可再生能源發(fā)電接入系統(tǒng)的 變壓器保護配置與整定

1、可再生能源發(fā)電接入系統(tǒng)的變壓器保護配置與整定上海電力學院本科畢業(yè)設計（論文） 題目：可再生能源發(fā)電接入系統(tǒng)的變壓器保護配置與整定院部：電氣工程學院專業(yè)年級：電氣工程及其自動化 2014屆學生姓名：姚金劍學號：20101216指導教師：高亮2013年6月16日【摘 要】 本文基于教科書上的內容，基于繼電保護整定配置的基本原則和要求，對中小容量可再生能源并網發(fā)電系統(tǒng)設計選擇一次系統(tǒng)的運行方式；利用電力仿真軟件ETAP，仿真出各短路點的短路電流，選擇二次繼電保護，主變、配變保護配置，繼電保護的整定計算原則；變壓器主保護為電流差動保護，做出整定計算，后備保護為復合電壓啟動的過電流保護，并作出整定計算；

2、對變壓器保護計算實例進行整定計算，填寫保護定值單，在RCS-9671及RCS-9682變壓器保護測試裝置上分別對主保護和后備保護進行測試分析。并在最后對本次設計進行總結，展望繼電保護整定計算未來的發(fā)展方向。關鍵詞：繼電保護；保護原理；保護配置；整定計算【Abstract】 Based on the content of textbooks, based on the basic principles and requirements relay setting configurations ，designing and choosing primary system operation mod

3、e for small and medium capacity for renewable energy and power generation system , using the ETAP simulation software for electricity , simulating out short-circuit current is calculated for each point of the short circuit, select a kind of secondary relay protection, transformer, distribution trans

4、former, segmented protection configuration; the current differential protection is transformer primary protection, and setting calculations, overcurrent protection of composite voltage start is the back-up protection, and setting calculation; make protection calculation to fill in the protection set

5、ting list，and make analyses and tests for primary protection and back-up protection on RCS-9671 and RCS-9682 transformer protection testing device. Finally，there will be a summary for this design, prospecting the future direction of relay protection calculation.Key Words: Protection; Protection calc

6、ulation; Protection configuration; Theoretical ProtectionI目錄1緒論11.1選題背景與意義11.2國內外研究現狀51.3本文的主要工作71.4繼電保護整定計算的目的及基本要求82原理102.1縱差保護整定計算內容102.2短路電流計算112.3縱差保護動作特性參數的計算112.4 過電流保護132.5 復合電壓啟動的過電流保護152.6變壓器瓦斯保護163變電站設計173.1系統(tǒng)圖173.2選擇運行方式183.3短路電流的仿真計算183.3.1大方式183.3.2小方式183.4保護配置183.5保護定值計算193.5.1相關參數計算1

7、93.5.2主變縱差動保護193.5.3主變復合電壓啟動的過電流保護213.5.4配變縱差動保護223.5.5配變復合電壓啟動的過電流保護244RCS9671變壓器差動保護測試實驗264.1RCS-9671CS變壓器差動保護邏輯框圖264.2 比例制動式差動保護計算274.3 裝置接線端子及說明274.4裝置參數及整定說明294.5保護定值列表304.6運行方式控制字314.7變壓器差動保護測試實驗315RCS9682變壓器后備保護測試實驗325.1RCS9682裝置邏輯框圖325.2裝置背板端子及說明335.3保護定制表345.4RCS9682變壓器后備保護測試實驗366總結376.1對本次

8、整定分析的總結376.2繼電保護整定計算的發(fā)展展望37致謝39參考文獻40附錄整定計算實例及詳細仿真過程41附錄2上機實驗報告491.RCS9671上機實驗報告492.RCS9682上機實驗報告52III1緒論1.1選題背景與意義能源是一個國家、地區(qū)經濟發(fā)展的重要基礎?？稍偕茉吹确植际侥茉词侵悄茈娋W建設的一個重要組成部分。智能電網包括電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度6大環(huán)節(jié)，其中發(fā)電機環(huán)節(jié)是智能電源的源頭。加快智能電網建設，提高電網的資源優(yōu)化配置能力，以滿足國家快速增長的能源需求，保障能源安全，由于我國能源消耗70%以上為化石能源煤炭，煤炭的過量消耗必然會產生環(huán)境污染等諸多問題，

9、但是可再生能源是取之不盡用之不竭的，因此我國未來能源消費機構將朝清潔化、低碳化方向發(fā)展，以可再生能源為主體的分布式能源系統(tǒng)將具有更廣闊的發(fā)展空間?？稍偕茉词侵缸匀唤缰锌梢圆粩嗬?、循環(huán)再生的一種能源，例如太陽能、風能、水能、生物質能、海洋能、潮汐能、地熱能等。太陽能一般指太陽光的輻射能量。在太陽內部進行的由“氫”聚變成“氦”的原子核反應，不停地釋放出巨大的能量，并不斷向宇宙空間輻射能量，這種能量就是太陽能。太陽內部的這種核聚變反應，可以維持幾十億至上百億年的時間。太陽能的利用已日益廣泛，它包括太陽能的光熱利用，太陽能的光電利用和太陽能的光化學利用等。太陽能的利用有光熱轉換和光電轉換兩種方式。

10、太陽能熱水器是利用太陽光的熱量加熱水的裝置，是目前應用最普遍的太陽能光熱利用方式之一。太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源利用方式。使用太陽電池，通過光電轉換把太陽光中包含的能量轉化為電能。風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據目前的風車技術，大約是每秒三米（微風的程度）以上的風速，便可以開始發(fā)電。風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，為風力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產生輻射或空氣污染。風力發(fā)電機因風量大小不穩(wěn)定，故其輸出的是1325V變化的交流電，須經充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發(fā)電機產生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶

11、里的化學能轉變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。以光伏發(fā)電為例，光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能電池發(fā)出的直流電轉化為與電網電壓同頻同相的交流電，并且實現既向負載供電，又向電網發(fā)電的系統(tǒng)。光伏并網發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏列陣、并網逆變器、控制器、繼電保護裝置組成。大規(guī)模的光伏并網電站不能像目前已投入的屋頂光伏系統(tǒng)一樣，通過380V低壓配電線路直接接入本地配電網，而是要通過升壓變壓器，以中壓或高壓接入輸電網絡，結構如圖1：DC/DCDC/DCPVDC/DCPV輸電網PVDC/DC PVDC/DCDC/DC 變壓器圖1-1 大型光伏系統(tǒng)結構 隨著電力用戶對供電的要求越來越高，尤其是近幾年來世界范圍內接連幾次發(fā)

12、生大面積停電事故以后，在保證可靠性和電能質量方面，集中式大電網逐漸呈現出自身的一些弊端。同時，各國現在越來越重視環(huán)境保護，能源短缺致使各國的能源顯得更加珍貴，在這種狀況下，分布式電源由于清潔無污染、較高的供電可靠性和經濟性等優(yōu)點獲得了飛速發(fā)展，是大電網的有力補充和有效支撐。但是在分布式電源并網運行后，配電網原有的結構會發(fā)生變化，配電網中的潮流分布以及故障時短路電流的方向、大小和持續(xù)時間等也都將發(fā)生變化。因此保護裝置的配備和整定動作值會受到影響2。大電網在過去數十年里體現出來的優(yōu)勢使其得以快速發(fā)展，成為主要的電力供應渠道。然而，集中式大電網也存在一些弊端:成本高、運行難度越來越大。全球發(fā)生了幾次

13、大面積停電事故，表明大電網在安全性和可靠性方面己經不能滿足社會日益增長的需求。最嚴重的是，當發(fā)生自然災害或者大面積電網故障的緊急情況下，醫(yī)療、金融、軍事等系統(tǒng)突然中斷電力供應，不論是經濟方面還是社會的穩(wěn)定方面，都會遭受一定的破壞。因此，人們開始對電力系統(tǒng)的發(fā)展模式另辟蹊徑。2003年美加大停電以后，國際上的專家們得出了一個結論一一發(fā)展分布式電源比通過改造電網來加強安全更加簡便、快捷。2008年冬天我國南部發(fā)生的雪災也透露了一個信號，在全面建設比較集中的大電網的時候，也應該發(fā)展一些分布式電源，這些分布式電源作為大電網的后備電源，在大電網發(fā)生故障的時候可以為附近用戶提供基本的電力供應。同時，各國現

14、在越來越重視環(huán)境保護，能源短缺致使各國的能源顯得更加珍貴，在這種狀況下，分布式電源由于清潔無污染、經濟性良好及可靠性比較高等優(yōu)點在近年來發(fā)展迅速，很好地支撐了大電網的運行，彌補了大電網的部分缺陷。全世界大部分的國家在面臨著同樣困境的時候，都逐漸開始重視發(fā)展分布式電源技術。然而分布式電源也存在一些缺點。首先，分布式電源對大電網來說是一個不可控源，因此大系統(tǒng)往往采取限制、隔離的方式來處置分布式電源，以期減小它對大電網的沖擊。其次，目前配電系統(tǒng)多為單電源輻射狀結構，功率流動也為單向固定路徑，因此分布式電源在并網運行時就會和負荷較類似，即它的裝機容量很小，這就極大限制了分布式電源的特點和優(yōu)勢。然而隨著

15、電力電子接口技術的不斷發(fā)展，又出現了一個新興的概念:微型電網。微型電網簡稱微電網或者微網，它將分布式電源、負荷、控制元件及儲能元件等結合，形成一個單一的整體，這個整體是可控的，向用戶供給電能和熱能。微電網比傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)距離負荷更近，不存在遠距離高壓以及超高壓輸電情況，輸電線路上的損耗大大降低，具有很好的經濟性。由于兼具發(fā)電、供熱、制冷等多種服務功能，分布式發(fā)電可以有效實現能源的階梯利用。微電網可以很好地協(xié)調控制分布式電源，使分布式電源的優(yōu)勢完全被挖掘出來，減輕了大電網對分布式電源的控制負擔。針對我國國情，對比與集中大電網的獨立運行，建設微電網優(yōu)勢顯著:可以提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，有利于

16、電力系統(tǒng)抗災能力建設;可以促進可再生能源分布式發(fā)電的并網，有利于可再生能源的發(fā)展;可以提高供電可靠性，保證電能質量，有利于提高電網企業(yè)服務質量;可以延緩電網投資，降低網損，有利于節(jié)約型社會建設;可以扶貧，有利于社會主義新農村建設3。配電網一般是單電源、輻射狀網絡，配電網的繼電保護也是以此為基礎設計的。分布式電源并網運行后，配電網的結構將發(fā)生改變，在配電網發(fā)生短路時，除了系統(tǒng)向短路點提供短路電流外，分布式電源也將向短路點提供短路電流，因此改變了配電網的節(jié)點短路水平。分布式電源的類型、安裝位置和容量等因素都將對配電網繼電保護的正常運行造成影響。具體表現在:改變線路的保護范圍，導致保護誤動作，影響重

17、合閘，影響分支線路重合器、分段器和熔斷器動作。我國具有特殊國情，尤其是在黨的第十八次代表大會閉幕后，在我國進行含分布式電源的配電網繼電保護技術的研究是十分必要的，也是十分迫切的4?？稍偕茉窗l(fā)電的間歇性主要反應在其出力一般是不可預測和不完全可控的。不可預測意味著發(fā)電機的出力不能事前被精確的評估，原因在于它們的出力強烈依賴于天氣等條件。比如對于風電和太陽能發(fā)電，它們分別受風速和太陽輻射強度的影響。目前己有不少方法預測可再生能源發(fā)電的出力情況，但所得結果仍不夠樂觀;不完全可控性則意味著可再生能源發(fā)電的出力不能像傳統(tǒng)電廠一樣可以有目的地調節(jié)出力大小，其隨機性比較大。目前，風力發(fā)電是可再生能源中發(fā)展最

18、快、最有前景的能源。常用的風力發(fā)電機主要有如下三種:鼠籠式感應電機、同步電機和雙饋感應電機(Doubly-Fed Induction Machine, DFIM)。在比較舊的風電場中，常常使用傳統(tǒng)的鼠籠式感應電機，而近代則傾向于采用兆瓦級的同步電機或者雙饋感應電機。與其它傳統(tǒng)發(fā)電技術不同，風力發(fā)電的突破并不是由于科學和技術的先進，而是許多國家的政策所驅，風力發(fā)電被看作是減少溫室氣體排放的一個低成本的有效途徑。然而風速的變化常使得風力發(fā)電的出力波動較大，影響繼電保護的正常運作。方向過電流繼電器常用于保護配電系統(tǒng)以解決潮流反向問題，如何為該類繼電器選擇合適的整定值來清除各種系統(tǒng)故障是項十分重要的工

19、作。為了解決上述可再生能源間歇性出力所引起的相關保護問題。變壓器保護的整定計算：1.11、變壓器縱差保護縱差保護是變壓器內部故障的主保護，主要反應變壓器油箱內部、套管和引出線的相間和接地短路故障，以及繞組的匝間短路故障。對220500kV變壓器縱差保護的技術要求：a)在變壓器空載投入或外部短路切除后產生勵磁涌流時，縱差保護不應誤動作。b)在變壓器過勵磁時，縱差保護不應誤動作。c)為提高保護的靈敏度，縱差保護應具有比率制動或標積制動特性。在短路電流小于起始制動電流時，保護裝置處于無制動狀態(tài)，其動作電流很小(小于額定電流)，保護具有較高的靈敏度。當外部短路電流增大時，保護的動作電流又自動提高，使其

20、可靠不動作。d)在最小運行方式下，縱差保護區(qū)內各側引出線上兩相金屬性短路時，保護的靈敏系數不應小于2。e)在縱差保護區(qū)內發(fā)生嚴重短路故障時，為防止因電流互感器飽和而使縱差保護延遲動作，縱差保護應設差電流速斷輔助保護，以快速切除上述故障。1.12、縱差保護整定計算內容a)與縱差保護有關的變壓器參數計算，包括變壓器的各側額定電流，電流互感器和中間電流互感器的變比選擇等。b)短路電流計算。c)縱差保護動作特性參數的整定。d)縱差保護靈敏系數的校驗。e)其他輔助驗算和經驗數據的推薦，包括諧波制動比(對諧波制動原理的差動保護)和閉鎖角 (對間斷角原理的差動保護)的推薦。1.13、變壓器分側差動保護分側差

21、動保護是將變壓器的各側繞組分別作為被保護對象，在各繞組的兩端裝設電流互感器，實現差動保護。這種分側差動保護，如同發(fā)電機定子繞組差動保護一樣，無須考慮繞組的勵磁涌流、過勵磁、調壓等的影響。兩側電流互感器取相同變比并按星形接線。分側差動保護接線簡單、可靠，對相間和單相短路靈敏度高，但對匝間短路無保護作用。1.14、變壓器零序差動保護220500kV變壓器，單相接地短路是主要故障型式之一。特別是單相變壓器組，變壓器油箱內部相間短路不可能發(fā)生。變壓器零序差動保護就是保護變壓器單相接地短路而設置的。零序差動保護各側采用變比相同的電流互感器，采用比率制動式或標積制動式差動繼電器或差電流繼電器。1.15、變

22、壓器瓦斯保護瓦斯保護是反應變壓器油箱內各種故障的主保護。當油箱內故障產生輕微瓦斯或油面下降時，瓦斯保護應瞬時動作于信號；當產生大量瓦斯時，應瞬時動作于斷開變壓器各側斷路器。瓦斯保護動作于信號的輕瓦斯部分，通常按產生氣體的容積整定。對于容量10MVA以上的變壓器，整定容積為250300ml。瓦斯保護動作于跳閘的重瓦斯部分，通常按通過氣體繼電器的油流流速整定。流速的整定與變壓器的容量、接氣體繼電器的導管直徑、變壓器冷卻方式、氣體繼電器的型式等有關。1.16、過電流保護過電流保護主要用于降壓變壓器，作為防御外部相間短路引起的變壓器過電流和變壓器內部相間短路的后備保護。過電流保護的動作電流計算。為了保

23、證選擇性，過電流保護的動作電流應能躲過可能流過變壓器的最大負荷電流5。1.2國內外研究現狀可再生能源是我國重要的能源資源,在滿足能源需求、改善能源結構、減少環(huán)境污染、促進經濟發(fā)展等方面發(fā)揮了很大作用。過去幾年，我國可再生能源產業(yè)有了較全面的發(fā)展，在風能、太陽能、生物質能、核能等利用領域都取得了令人欣喜的成績。自20 世紀80 年代起，風電、太陽能、現代生物質能等技術應用和產業(yè)也在政府的支持下穩(wěn)步發(fā)展，水電、太陽能熱水器、風電等一些可再生能源技術和產業(yè)的發(fā)展已經走在世界的前列。我國具備發(fā)展可再生能源的豐富的資源條件和一定的產業(yè)基礎，近年來，我國可再生能源產業(yè)處于快速發(fā)展階段。從政策形勢、技術創(chuàng)新

24、和目標規(guī)劃的角度看，我國可再生能源發(fā)展會有一個更具競爭力的前景。由于政府的大力引導和支持，隨著可再生能源法規(guī)體系的逐步完善和應對氣候變化的需要，我國能源結構調整的力度不斷加大，加上市場需求的推動，給我國可再生能源的發(fā)展創(chuàng)造了良好的內外部條件。我國可再生能源的發(fā)展已經邁上了快車道，取得了令世人矚目的成果。2009 年，我國可再生能源年利用量總計達2.6 億t 標準煤，約占一次能源消費總量的8.34%。2009 年，我國水電裝機容量1.97 億kW，居世界第一位。風電裝機容量連續(xù)4 年快速增長，達2 730 萬kW，發(fā)展速度大大超出預期，新增裝機容量居世界第一位，總裝機容量居世界第三位，相當于3

25、年前的10 倍。我國太陽能光伏電池和熱水器產量均居世界第一位。太陽能光伏電池年產量達4 011 MW，為全球份額的40%。太陽能熱水器保有量超過1.45 億m2， 與1998 年的1 500 萬m2 相比，11 年間增長了約10 倍， 居世界第一，占全球使用量的60%以上。生物燃料也在有序發(fā)展。根據農業(yè)部科教司的統(tǒng)計數據，2009 年全國已累計推廣戶用沼氣池近3 507.03 萬座，年產沼氣達124.08 億m3；累計建成沼氣工程5.69 萬處，年產沼氣達9.17 億m3。2009 年燃料乙醇產量為171.2 萬t， 其中非糧燃料乙醇為16.2 萬t。全國乙醇汽油消費量約占全年汽油消費總量的2

26、5%。2009 年生物質發(fā)電裝機總量為412 萬kW。我國地熱（水）年開采量為3.68 億m3，年減少二氧化碳排放量2 500 萬t6。國外起步早，發(fā)展快，含分布式電源的微型電網的概念最早是由美國的電力可靠性技術解決方案協(xié)會提出來的，對于分布式電源研究的己經取得了初步的理論成果，同時在實驗室構建出了微電網模型，對這些理論進行了成功的驗證。美國的北部電力系統(tǒng)承建了本國的第一個微電網模型一一曼德瑞沃微電網，在這個示范工程里面，針對微電網對內部單元的控制策略、線路和元件的保護方案和整體的經濟效益等進行了較系統(tǒng)的研究。國外從70年代末、80年代初就開始進行保護和控制綜合自動化系統(tǒng)的新技術開發(fā)和試驗研究

27、工作。如由美國西屋電氣公司和美國電力科學研究院(EPRI)聯(lián)合研制的SPCS變電站保護和控制綜合自動化系統(tǒng)，由日本關西電力公司與三菱電氣公司共同研制的 SDS- I、II保護和控制綜合自動比系統(tǒng)從1977-1979年進行了現場試驗及試運行，80年代初已交付商業(yè)應用。目前，日本日立、三菱、東芝公司，德國西門子公司(SIEMENS)、AEG公司，瑞士ABB公司，美國通用電氣公司(GE)、西屋電氣公司(Wesing house)，法國阿爾斯通公司(AL-STHOM)，瑞士Landis&Gyr公司等國際著名大型電氣公司均開發(fā)和生產了變電站綜合自動化系統(tǒng)(或稱保護與控制一體化裝置)，并取得了較為成熟的運

28、行經驗。其主要特點為：系統(tǒng)一般采用分層分布式，系統(tǒng)由站控級和元件間隔級組成，大部分系統(tǒng)在站控級和元件間隔級的通信采用星形光纖連接，繼電保護裝置下放到就地，主控制室與各級電壓配電裝置之間僅有光纜聯(lián)系，沒有強電控制電纜進入主控制室，這樣節(jié)約了大量控制電纜，大大減少對主控制室內計算機系統(tǒng)及其他電子元件器的干擾，提高了運行水平和安全可靠性。我國繼電保護發(fā)展較國外慢，建國后，我國繼電保護學科、繼電保護設計、繼電器制造工業(yè)和繼電保護技術隊伍從無到有，在大約10年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。50年代，我國工程技術人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術，建成了一支具有

29、深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗的繼電保護技術隊伍，對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術，建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。因而在60年代中我國已建成了繼電保護研究、設計、制造、運行和教學的完整體系。這是機電式繼電保護繁榮的時代，為我國繼電保護技術的發(fā)展奠定了堅實基礎。自50年代末，晶體管繼電保護已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代。其中天津大學與南京電力自動化設備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護，運行于葛洲壩500 kV線路上，結束了5

30、00kV線路保護完全依靠從國外進口的時代。在此期間，從70年代中，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產、應用仍處于主導地位，這是集成電路保護時代。在這方面南京電力自動化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護起了重要作用，天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的集成電路相電壓補償式方向高頻保護也在多條220kV和500kV線路上運行。我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究，高等院校和科研院所起著先導的作用。華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大學、天津大學、上海交通大學、

31、重慶大學和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原華北電力學院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應用，揭開了我國繼電保護發(fā)展史上新的一頁，為微機保護的推廣開辟了道路。在主設備保護方面，東南大學和華中理工大學研制的發(fā)電機失磁保護、發(fā)電機保護和發(fā)電機變壓器組保護也相繼于1989、1994年通過鑒定，投入運行。南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的微機相電壓補償式方向高頻保護，西安交通大學與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護也相繼于1993、1996年通過鑒定。至

32、此，不同原理、不同機型的微機線路和主設備保護各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果?？梢哉f從90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代7。1.3本文的主要工作第一，選擇不同短路點進行短路計算；第二，主變壓器繼電保護配置；第三，變壓器保護整定原則；第四，變壓器保護整定計算；第五，利用繼電保護設備進行上機實驗。1.4繼電保護整定計算的目的及基本要求整定計算是針對具體的店里系統(tǒng)，通過網絡計算工具進行分析計算沒確定配置的各種保護系統(tǒng)的保護方式，得到保護裝置的定值以滿足系統(tǒng)的運行要求。

33、整定計算主要針對已經配置的各種保護裝置計算其運行定值、整定計算是幾點保護工作中一項非常重要的內容，正確合理的進行整定計算才能使系統(tǒng)中各種保護裝置和諧的一起工作，發(fā)揮積極地作用。一、對繼電保護應滿足四個基本要求，即選擇性，靈敏性，速動性，可靠性，簡稱四性。四性是繼電保護系統(tǒng)中應該考慮的基本要求，應從系統(tǒng)的各個方面進行考慮，如整定計算，保護裝置設計，制造及調試維護，二次回路設計。保護裝置運行維護及管理，這其中整定計算尤其需要處理好這四性的關系。選擇性 選擇性就是指當電力系統(tǒng)中的設備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護僅將故障的設備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當故障設備或線路的保護或斷路器拒動時，應由相鄰設備或

34、線路的保護將故障切除。 速動性 速動性是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障，以減少設備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。 一般必須快速切除的故障有： (1) 使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值(一般為0.7倍額定電壓)。 (2) 大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內部故障。 (3) 中、低壓線路導線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障。 (4) 可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)或鐵路信號造成強烈干擾的故障。 故障切除時間包括保護裝置和斷路器動作時間，一般快速保護的動作時間為0.04s0.08s，最快的可達0.01s0.04s，一般斷路器的跳閘時間為0

35、.06s0.15s，最快的可達0.02s0.06s。 對于反應不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應按照選擇性的條件，帶延時地發(fā)出信號。 靈敏性 靈敏性是指電氣設備或線路在被保護范圍內發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力。 能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內故障時，不論短路點的位置和短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應動作，即要求不但在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統(tǒng)最小運行方式下經過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。 系統(tǒng)最大運行方式：被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護裝置的短路電流為最大運

36、行方式； 系統(tǒng)最小運行方式：在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式。保護裝置的靈敏性是用靈敏系數來衡量。 可靠性 可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護最根本的要求。 安全性：要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動。 信賴性：要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了應該動作的故障時可靠動作，即不拒動。繼電保護的誤動作和拒動作都會給電力系統(tǒng)帶來嚴重危害。即使對于相同的電力元件，隨著電網的發(fā)展，保護不誤動和不拒動對系統(tǒng)的影響也會發(fā)生變化。 以上四個基本要求繼電保護整定計算的依據，又是分析評價繼電保護的基礎。這四個基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又

37、存在著矛盾。因此，在實際工作中，要根據電網的結構和用戶的性質，辯證地進行統(tǒng)一9。二、整定計算的具體任務有以下幾點：（1） 繪制電力系統(tǒng)接線圖（2） 繪制電力系統(tǒng)阻抗圖，包括正序、負序、零序三個序網。（3） 建立電力系統(tǒng)設備參數表（4） 確定繼電保護整定需要滿足的電力系統(tǒng)規(guī)模及運行方式變化限度（5） 電力系統(tǒng)各短路點計算結果列表（6） 各種繼電保護整定計算表總之，繼電保護整定計算既有自身的整定技巧問題，又有繼電保護的配置與選型問題，還有電力系統(tǒng)的結構和運行問題。因此，整定計算要綜合、辯證、統(tǒng)一的運用。2原理2.1縱差保護整定計算內容 a)與縱差保護有關的變壓器參數計算，包括變壓器的各側額定電流，

38、電流互感器和中間電流互感器的變比選擇等。 b)短路電流計算。 c)縱差保護動作特性參數的整定。 d)縱差保護靈敏系數的校驗。 e)其他輔助驗算和經驗數據的推薦，包括諧波制動比(對諧波制動原理的差動保護)和閉鎖角 (對間斷角原理的差動保護)的推薦。 縱差保護的整定計算及變壓器參數計算： 與縱差保護有關的變壓器參數計算，可按表2所列的公式和步驟進行。在表2中作了如下假定：三繞組變壓器；額定容量SN；繞組接法為YN,YN,d11；如低壓側電流互感器的二次電流最小，則選低壓側為基本側；電流互感器二次額定電流為1A。表2- 1 變壓器參數計算表(舉例)3序號名 稱各 側 參 數高壓側(H)中壓側(M)低

39、壓側(L)1額定電壓UNUNhUNmUNL2額定電流IN3各側接線1)YNYNd114各側電流互感器二次接線ddY5電流互感器的計算變比nc6電流互感器實際選用變比nsnshnsmnsL7各側二次電流I8基本側的選擇2)9中間電流互感器的變比nm1)對于通過軟件實現電流相位和幅值補償的微機型保護，各側電流互感器二次均可按Y接線。2)一般可選二次電流較小側為基本側。2.2短路電流計算 一般情況下，為整定變壓器縱差保護，需作兩種運行方式下的短路電流計算。一種是在系統(tǒng)最大運行方式下變壓器外部短路時，計算通過變壓器縱差保護的最大穿越性短路電流(通常是三相短路電流)，其目的是為計算差動保護的最大不平衡電

40、流和最大制動電流。另一種是在系統(tǒng)最小運行方式下，計算縱差保護區(qū)內最小短路電流(兩相或單相短路電流)，其目的是為計算差動保護的最小靈敏系數。 計算短路電流所采用的系統(tǒng)最大和最小運行方式，對于運行整定用的應由系統(tǒng)調度部門提供；對于設計過程中用于保護選型計算的，應由系統(tǒng)設計專業(yè)提供。2.3縱差保護動作特性參數的計算帶比率制動特性的縱差保護的動作特性，通常用直角坐標系上的一條折線表示。該坐標系縱軸為保護的動作電流Iop；橫軸為制動電流Ires，如下圖所示。折線ACD的左上方為保護的動作區(qū)，折線右下方為保護的制動區(qū)。 圖2-1 縱差保護動作特性曲線圖 這一動作特性曲線由縱坐標OA，拐點的橫坐標OB，折線

41、BP的斜率S三個參數所確定。OA表示無制動狀態(tài)下的動作電流，即保護的最小動作電流Iop.min。OB表示起始制動電流Ires.0。 動作特性三個參數，目前在工程實用上有兩種整定計算方法，現分述如下。 整定法： 折線上任一點動作電流Iop與制動電流Ires之比Iop/IresKres稱為縱差保護的制動系數。由圖2中各參數之間的關系可導出， 制動系數Kres與折線斜率S之間的關系如下式所示 (2-1) (2-2)從圖1可見，對動作特性具有一個折點的縱差保護，折線的斜率S是一個常數， 而制動系數Kres則是隨制動電流Ires而變化的。在實際應用中，是通過保護裝置的參數調節(jié)整定折線的斜率來滿足制動系數

42、的要求。1)縱差保護最小動作電流的整定。最小動作電流應大于變壓器額定負載時的不平衡電流，即 (2-3)式中：IN變壓器額定電流；na電流互感器的變比；Krel可靠系數，取1.31.5；Ker電流互感器的比誤差，10P型取0.032，5P型和TP型取0.012；U變壓器調壓引起的誤差，取調壓范圍中偏離額定值的最大值(百分值)；m由于電流互感器變比未完全匹配產生的誤差，初設時取0.05。 在工程實用整定計算中可選取Iop.min(0.20.5)INna。一般工程宜采用不小于0.3IN/na的整定值。 根據實際情況(現場實測不平衡電流)確有必要時也可大于0.5IN/na。 2)起始制動電流Ires.

43、0的整定。起始制動電流宜取 (2-4) 3)動作特性折線斜率S的整定?？v差保護的動作電流應大于外部短路時流過差動回路的不平衡電流。變壓器種類不同，不平衡電流計算也有較大差別，下面給出普通雙繞組和三繞組變壓器差動保護回路最大不平衡電流Iunb.max計算公式。雙繞組變壓器 (2-5)式中：Ker，U，m，na的含意同式(4)，但Ker0.1； Kcc電流互感器的同型系數，Kcc1.0；Ik.max外部短路時，最大穿越短路電流周期分量；Kap非周期分量系數，兩側同為TP級電流互感器取1.0；兩側同為P級電流互感器取1.52.0。 (2-6) 式中：Kap，Kcc,Ker含意同式(5)； Uh,Um

44、變壓器高、中壓側調壓引起的相對誤差(對UN而言)取調壓范圍中偏離額定值的最大值； Ik.max低壓側外部短路時，流過靠近故障側電流互感器的最大短路電流周期分量；Ik.h.max,Ik.m.max在所計算的外部短路時，流過高、中壓側電流互感器電流的周期分量； Ik.max,Ik.max在所計算的外部短路時，相應地流過非靠近故障點兩側電流互感器電流的周期分量； na、na.h、na.m各側電流互感器的變比； m、m由于電流互感器(包括中間互流器) 的變比未完全匹配而產生的誤差。差動保護的動作電流 (2-7)最大制動系數 (2-8)式(8)中最大制動電流Ires.max的選取，因差動保護制動原理的不

45、同以及制動線圈的接線方式不同而會有很大差別，在實際工程計算時應根據差動保護的工作原理和制動回路的接線方式而定。制動線圈的接線原則是使外部故障時制動電流最大，而內部故障時制動電流最小。當制動線圈數比變壓器繞組少，不可能將每側電流分別接入制動線圈時，可以將幾個無源側電流合并后接入制動線圈，但不應將幾個有源側電流合并接入制動線圈。根據Iop.min、Ires.0、Ires.max、Kres.max按式(1)可計算出差動保護動作特性曲線中折線的斜率S，當Ires.maxIk.max時有 2.4過電流保護 過電流保護主要用于降壓變壓器，作為防御外部相間短路引起的變壓器過電流和變壓器內部相間短路的后備保護

46、。a)過電流保護的動作電流計算。為了保證選擇性，過電流保護的動作電流應能躲過可能流過變壓器的最大負荷電流，即 (2-9)式中：Krel可靠系數，取1.21.；Kr返回系數，取0.850.95；IL.max最大負荷電流。 最大負荷電流IL.max可按以下情況考慮并取其最大者：1)對并列運行的變壓器，應考慮切除一臺時，余下變壓器所產生的過負荷電流，當各臺變壓器容量相等時，可按下式計算 (2-10) 式中：m并聯(lián)運行變壓器的最少臺數；IN每臺變壓器的額定電流。 當并聯(lián)運行的變壓器容量不等時，應考慮容量最大的一臺變壓器斷開后引起的過負荷。2)當降壓變壓器低壓側接有大量異步電動機時，應考慮電動機的自起動

47、電流，即 (2-11)式中：IL.max正常運行時最大負荷電流；Kss電動機自起動系數，其值與負荷的性質及與電源間的電氣距離有關，取1.52；特殊情況，如接有大型電動機負荷的變壓器，應視具體情況而定。3)對兩臺分列運行的降壓變壓器，在負荷側母線分段斷路器上裝有備用電源自動投入裝置時，應考慮備用電源自動投入后負荷電流的增加。 (2-12)式中：所在母線段正常運行時的最大負荷電流；另一母線段正常運行時的最大負荷電流；剩余系數，母線停電后切除不重要負荷，保留下來的負荷與原負荷之比。4)與下一級過電流保護相配合，則 (2-13)式中：Iop分段斷路器或與之相配合的饋線過電流保護的動作電流；Im.L.m

48、ax本變壓器所在母線段的正常運行最大負荷電流。b)靈敏系數校驗。保護的靈敏系數可按下式校驗 (2-14)式中： 后備保護區(qū)末端兩相金屬性短路時流過保護的最小短路電流。 要求1.3(近后備)或1.2(遠后備)。2.5復合電壓啟動的過電流保護 復合電壓啟動的過電流保護宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器和過電流保護不能滿足靈敏度要求的降壓變壓器。a)電流繼電器的整定計算。電流繼電器的動作電流應按躲過變壓器的額定電流整定，計算公式同式 (2-15)b)接在相間電壓上的低電壓繼電器動作電壓整定計算。該低電壓繼電器應按躲過電動機自起動條件整定，按式Uop(0.50.6)Un/nv(2-16)或式Uop0.7

49、Un/nv (2-17)計算。對發(fā)電廠中的升壓變壓器，當低電壓繼電器由發(fā)電機側電壓互感器供電時，還應考慮躲過發(fā)電機失磁運行時出現的低電壓， 取 (2-18) c)負序電壓繼電器的動作電壓整定計算。負序電壓繼電器應按躲過正常運行時出現的不平衡電壓整定，不平衡電壓值可通過實測確定，當無實測值時，根據現行規(guī)程的規(guī)定取 (2-19)式中：Un額定相間電壓。 d)靈敏系數校驗。電流繼電器的靈敏系數校驗同式(9)；接相間電壓的低電壓繼電器的靈敏系數校驗同式(14)。負序電壓繼電器的靈敏系數按下式計算 (2-20)式中：后備保護區(qū)末端兩相金屬性短路時，保護安裝處的最小負序電壓值。 要求2.0(近后備)或1.

50、5(遠后備)。2.6變壓器瓦斯保護 瓦斯保護是反應變壓器油箱內各種故障的主保護。當油箱內故障產生輕微瓦斯或油面下降時，瓦斯保護應瞬時動作于信號；當產生大量瓦斯時，應瞬時動作于斷開變壓器各側斷路器。 瓦斯保護動作于信號的輕瓦斯部分，通常按產生氣體的容積整定。對于容量10MVA以上的變壓器，整定容積為250300ml。 瓦斯保護動作于跳閘的重瓦斯部分，通常按通過氣體繼電器的油流流速整定。流速的整定與變壓器的容量、接氣體繼電器的導管直徑、變壓器冷卻方式、氣體繼電器的型式等有關。表3為動作于跳閘的瓦斯保護油流流速整定表3。 表2-2 瓦斯保護油流動作流速整定表變壓器容量kVA氣體繼電器型式連接導管內徑

51、mm冷卻方式動作流速整定值m/s1000及以下QJ-5050自冷或風冷0.70.870007500QJ-5050自冷或風冷0.81.0750010000QJ-8080自冷或風冷0.70.810000以上QJ-8080自冷或風冷0.81.0200000以下QJ-8080強迫油循環(huán)1.01.2200000及以上QJ-8080強迫油循環(huán)1.21.3500kV變壓器QJ-8080強迫油循環(huán)1.31.4有載調壓開關QJ-25251.03變電站設計3.1系統(tǒng)圖圖3-1 系統(tǒng)圖3.2選擇運行方式1）大方式運行時電網系統(tǒng)選擇大方試運行，發(fā)電機左側5臺運行，右側6臺運行，分段斷路器打開；2）小方式運行時電網系統(tǒng)選擇小方式運行，發(fā)電機左側3臺運行，右側4臺運行，分段斷路器閉合，僅投入一臺主變即可。3.3短路電流的仿真計算通過電力系統(tǒng)潮流計算軟件ETAP軟件的方真模擬，得出以下結論：3.3.1大方式：1）K6短路（分段斷路器打開）短路電流7.16KA；2）K1短路（分段斷路器打開）短路電流3.32KA；3）K2短路（分段斷路器打開）短路電流9.9KA；4）K3短路（分段斷路