线路继电保护的配置与整定计算论文

. . . . 本文由google256贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 三江学院 08 毕业设计（论文） 三 江 学 院 本科毕业设计（论文） 题目 线路继电保护的配置与整定计算 电气与自动化工程 系 电气工程与其自动化 专业 学 号 B04071028 学生 指导老师 芮 新 花 起讫日期 2008.3.10 2008.5.30 设计地点 3209 1 :线 路 继 电 保 护 的 配 置 与 整 定 计 算 摘要 随着电力工业迅速发展，继电保护与自动装置也加快了更新换代的步伐，线路保护 的方式千变万化。不同厂家各异的继电保护与自动装置能否正确动作，直接关系到电力 系统的安全稳定运行。有数据表明：电力系统因继电保护引起的电力事故占较大比重， 由于定值计算与管理失误造成继电保护“三误”事故也时有发生。因此，探索新模式下 的线路继电保护配置以与整定计算工作显得十分重要。 整定计算是决定保护装置正确动 作的关键环节，要满足继电保护和安全自动装置可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要 求，在不满足时应合理取舍。 本设计包括线路继电保护的配置、系统的等值计算、短路电流的计算与整定计算。 关键词：线路继电保护 整定计算 关键词 三江学院 08 毕业设计（论文） ABSTRACT Owing to the rapid advancement of power industry, relay setting calculating as well as automatic equipment accelerates its pace of development. At the same time, various kinds of circuit protection come into being. Since relay setting calculating and automatic equipment may differ from one another as a result of producers, therefore, whether they can work well makes great influence on the stability of the power industry. Some statistics has shown that a large proportion of accidents in the power industry are caused by relay setting calculating, for Three Errors, caused by setting calculating and improper management, happen from time to time. Hence, it is vital for us to explore the approaches on relay setting collocation and setting calculating. As we know, setting calculating is the core in the process of checking protection equipment, which needs to make the relay setting calculating and automatic equipment reliable, selective, sensitive, quick-act. And if the requirements can not be reached, we need to select setting calculating. My graduation design will consist of the collocation of circuit setting protection, the equivalent calculation of system, and the calculation of short circuit current as well as the setting calculation. 3 :线 路 继 电 保 护 的 配 置 与 整 定 计 算 目 录 摘 要 2 ABSTRACT 3 第一章 绪论 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 1.1 研究该课题的意义 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 1.2 课题的解决方案与手段 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 1.3 本论文的主要工作 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 第二章 线路继电保护 6 2.1 继电保护的简介 8 2.2 继电保护的发展现状 9 2.3 继电保护的基本要求 10 2.4 继电保护的未来发展 12 第三章 继电保护整定计算 13 3.1 继电保护整定计算的目的与基本任务 14 3.2 继电保护整定计算的步骤 14 3.3 整定计算运行方式的选择原则 16 3.4 继电保护的最小灵敏系数 17 3.5 整定配合基本原则 18 3.6 继电保护装置运行整定规程 19 第四章 系统的等值计算 20 4.1 原始数据 21 4.2 系统的等值计算 26 4.3 原始网络的等值电路 27 第五章 短路电流的计算与继电保护配置 27 5.1 短路电流计算 31 论文总结 32 参考文献 33 致 34 三江学院 08 毕业设计（论文） 第一章 绪论 1.1 研究该课题的意义 电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险 的故障是发生各种型式的短路。为了避免或减少上述情况的发生，因此，本论文就线路 继电保护的配置与整定计算展开。 在发生短路时可能产生以下的后果： 1.通过故障点的很大的短路电流和所燃起的 电弧，使故障元件损坏； 2.短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引 起它们的损坏或缩短它们的使用寿命； 3.电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏 用户工作的稳定性或影响工厂产品质量； 4.破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系 统振动，甚至使整个系统瓦解；电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种 情况属于不正常运行状态。例如，因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高（一 般又称过负荷） ，就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，使元件载流部分和 绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能发展成故障。此外，系统中 出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以与电力系统发 生振荡等，都属于不正常运行状态。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起 事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电 能质量变坏到不能容许的地步， 甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。 系统事故的发生， 除了由于自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般者是由于设备制造上的缺陷、设 计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。因此，只要充分发挥人的主 观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可能大大减少事故发生 的机率，把事故消灭在发生之前。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发 生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证 电力系统安全运行的最有效方法之一。 1.2 课题的解决方案与手段 对于不同电压等级、不同长度、不同结构的线路(如单电源辐射网，双电源环网， 平行线路)在进行线路保护和整定计算时，应采用不同的配置方案。 如辐射线路可采用三段式距离保护，平行线路采用方向过流保护，环网也可采用三 段式距离保护等。 1.3 本论文的主要工作 首先，对线路的继电保护进行配置；其次，对系统主接线图中 AF、XA、XF、FB、FC 线路保护进行整定计算，在计算过程中比较各种不同算法与不同保护方法的好坏； 最后，绘制变电所 A 的电气主接线图。 5 :线 路 继 电 保 护 的 配 置 与 整 定 计 算 第二章 线路继电保护 2.1 继电保护简介 2.1.1 电力系统继电保护的概念与作用 电力系统继电保护的概念与作用 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。 继电保护技术是一个完整的体系，它主要由电力系统故障分析、继电保护原理与实 现、继电保护配置设计、继电保护运行与维护等技术构成。 继电保护装置是完成继电保护功能的核心。 继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作 于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。 电力系统的故障和不正常运行状态： （三相交流系统） (3) (2) (1) 故障：各种短路（d 、 d 、d 、d(1-1)）和断线（单相、两相） ，其中最常见且最 危险的是各种类型的短路。其后果： 1 I 增加 危害故障设备和非故障设备； 2 U 增加 影响用户正常工作； 3 破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（系统震荡，互解） 4 I2（I0）旋转电机产生附加发热 I0相邻通讯系统 不正常运行状态： 电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如：过负 荷、过电压、频率降低、系统震荡等。 继电保护的作用： 故障和不正常运行状态 事故，不可能完全避免且传播很快（光速） 要求：几十毫秒切除故障 人（） ，继电保护装置（） 任务：被形象的比喻为“静静的哨兵” 2.1.2 继电保护的基本原理、构成与分类： 继电保护的基本原理 构成与分类： 1基本原理： 为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态找差别：特征。 增加故障点与电源间 过电流保护 U 降低 低电压保护 ? U arg ? I 变化； 正常：20左右 短路：6085方向保护. U ? Z= I增加 模值减少 I 入 I 出阻抗保护 I 入 = I出电流差动保护 I2 、I0 序分量保护等。 另非电气量：瓦斯保护，过热保护 原则上说： 只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征 （差别） ， 即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。 2构成（以过电流保护为例： ） 三江学院 08 毕业设计（论文） 正常运行：Ir=If LJ 不动 故障时：Ir=IdIdz LJ 动SJ 动（延时）XJ 动信号 TQ 动跳闸 一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。 （1） 测量元件 作用：测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等） ， 并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”“非”“大于”“不大于” 、 、 、 等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。 （2） 逻辑元件 作用：根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的 组合，使保护装置按一定的布尔逻辑与时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信 号，并将有关命令传给执行元件。 逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。 （3） 执行元件： 作用；根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时 跳闸；不正常运行时发信号；正常运行时不动作。 3.分类： 几种方法如下： （1） 按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、 母线保护等； （2） 按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序 保护等； （3） 按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断 线保护、失步保护、失磁保护与过励磁保护等； （4） 按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护） 、 整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护与微机型保护等； （5） 按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等； 7 :线 路 继 电 保 护 的 配 置 与 整 定 计 算 主保护 满足系统稳定和设备安全要求， 能以最快速度有选择地切除被保护设备和线 路故障的保护。 后备保护 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后 备保护两种。 远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备 保护。 近后备保护： 当主保护拒动时， 由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护； 当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。 辅助保护： 为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简 单保护。 2.2 线路继电保护的发展现状 电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信 技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术 得天独厚，在 40 余年的时间里完成了发展的 4 个历史阶段。建国后，我国继电保护学 科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约 10 年的时 间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50 年代，我国工程技术人员创造性地吸收、 消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术1，建成了一支具有深厚继 电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍， 对全国继电保护技术队伍的建立 和成长起了指导作用。继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立 了我国自己的继电器制造业。因而在 60 年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制 造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的 发展奠定了坚实基础。自 50 年代末，晶体管继电保护已在开始研究。60 年代中到 80 年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。 其中大学与电力自动化 设备厂合作研究的 500kV 晶体管方向高频保护和电力自动化研究院研制的晶体管 高频闭锁距离保护，运行于洲坝 500kV 线路上2，结束了 500kV 线路保护完全依 靠从国外进口的时代。在此期间，从 70 年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护 已开始研究。到 80 年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到 90 年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。在 这方面电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用 3，大学与电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频 保护也在多条 220kV 和 500kV 线路上运行。我国从 70 年代末即已开始了计算机继电保 护的研究4，高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华 北电力学院、交通大学、大学、交通大学、大学和电力自动化研 三江学院 08 毕业设计（论文） 究院都相继研制了不同原理、 不同型式的微机保护装置。 1984 年原华北电力学院研制的 输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用5，揭开了我国继电保 护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和 华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机?变压器组保护也相继于 19 89、1994 年通过鉴定，投入运行。电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于 1991 年通过鉴定。 大学与电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向 高频保护， 交通大学与继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继 于 1993、1996 年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具 特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。 随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以 说从 90 年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。 2.3 继电保护的基本要求 对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、 灵敏性、可靠性。即保护四性。 （一）选择性： 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍 能正常运行，以尽量缩小停电围。 例： 当 d1 短路时，保护 1、2 动跳 1DL、2DL，有选择性 当 d2 短路时，保护 5、6 动跳 5DL、6DL，有选择性 当 d3 短路时，保护 7、8 动跳 7DL、8DL，有选择性 若保护 7 拒动或 7DL 拒动，保护 5 动跳 5DL（有选择性） 若保护 7 和 7DL 正确动作于跳闸，保护 5 动跳 5DL，则越级跳闸（非选 择性） 小结：选择性就是故障点在区就动作，区外不动作。当主保护未动作时，由近后备或 远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善（对保护装置 DL、二次回路 和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。 （二）速动性： 1 2 3 快速切除故障。提高系统稳定性；减少用户在低电压下的动作时间；减少 故障元件的损坏程度 ，避免故障进一步扩大。 t = t bh + t DL ； 9 :线 路 继 电 保 护 的 配 置 与 整 定 计 算 t故障切除时间； tbh-保护动作时间； tDL-断路器动作时间； 一般的快速保护动作时间为 0.060.12s，最快的可达 0.010.04s。 一般的断路器的动作时间为 0.060.15s，最快的可达 0.020.06s。 （三）灵敏性： 指在规定的保护围，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应 在区故障时， 不论短路点的位置与短路的类型如何， 都能灵敏地正确地反应出 来。 通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为 Klm。 对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护） K lm = 保护区金属性短路时故障参数的最小计算值 I d min 保护的动作参数 I dz 对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护） K lm = U 保护的动作参数 dz 保护区金属性短路时故障参数的最大计算值 U d . max 其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型 和短路点来计算的。 在继电保护和安全自动装置技术规程（DL40091） 中，对各类保护的灵敏系 。 数 Klm 的要求都作了具体规定（参见附录 2，P231） （四）可靠性： 指发生了属于它改动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动） ；而 在不改动作时，他能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动） 。 影响可靠性有在的和外在的因素： 在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、 外接线简明，触点多少等； 外在的：运行维护水平、调试是否正确、正确安装 上述四个基本要分析研究继电保护性能的基础， 也是贯穿全课程的一个基本 线索。在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。 2.4 继电保护的未来发展 继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据 通信一体化发展。 计算机化随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电 力学院研制的微机线路保护硬件已经历了 3 个发展阶段： 8 位单 CPU 结构的微机保护 从 问世，不到 5 年时间就发展到多 CPU 结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性 能大大提高，得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从 8 位 CPU，发展到 以工控机核心部分为基础的 32 位微机保护。 电力自动化研究院一开始就研制了 16 位 CPU 为基础的微机线路保护，已得到 大面积推广，目前也在研究 32 位保护硬件系统。东南大学研制的微机主设备保护的硬 件也经过了多次改进和提高。大学一开始即研制以 16 位多 CPU 为基础的微机线路 保护，1988 年即开始研究以 32 位数字信号处理器(DSP)为基础的保护、控制、测量一体 三江学院 08 毕业设计（论文） 化微机装置，目前已与晋电自动化设备公司合作研制成一种功能齐全的 32 位大模 块，一个模块就是一个小型计算机。采用 32 位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度 受 A/D 转换器分辨率的限制，超过 16 位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更 重要的是 32 位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址 空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU 的寄存器、数据总线、地址总线都是 32 位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存(Cach e)和浮点数部件都集成在 CPU 。电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基 本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强 大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源 的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台 PC 机的功能。在计 算机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机作成继电保护装置。由于当时小型机体 积大、成本高、可靠性差，这个设想是不现实的。现在，同微机保护装置大小相似的工 控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机作成继电 保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。大学已研制成用同微机保 护装置结构完全一样的一种工控机加以改造作成的继电保护装置。这种装置的优点有： (1)具有 486PC 机的全部功能，能满足对当前和未来微机保护的各种功能要求。(2)尺寸 和结构与目前的微机保护装置相似，工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可 运行于非常恶劣的工作环境，成本可接受。(3)采用 STD 总线或 PC 总线，硬件模块化， 对于不同的保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易扩展。继电保护装置的微机化、 计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高 继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。 网络化计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人 类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业 领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保 护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小 事故影响围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的 概念，这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制 事故影响围(这是首要任务)，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单 元都能共享全系统的运行和故障信息的数据， 各个保护单元与重合闸装置在分析这些信 息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基 本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来， 亦即实现微机保护装 置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。对于一般的非系统保护，实现保护 装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对 故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过 很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自 适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到 这一点。对于某些保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。大学 1993 年针对未来三峡水电站 500kV 超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理 6，初步研制成功了这种装置。其原理是将传统的集中式母线保护分散成若干个(与 被保护母线的回路数一样)母线保护单元，分散装设在各回路保护屏上，各保护单元用 计算机网络联接起来，每个保护单元只输入本回路的电流量，将其转换成数字量后，通 过计算机网络传送给其它所有回路的保护单元， 各保护单元根据本回路的电流量和从计 算机网络上获得的其它所有回路的电流量，进行母线差动保护的计算，如果计算结果证 11 :线 路 继 电 保 护 的 配 置 与 整 定 计 算 明是母线部故障则只跳开本回路断路器，将故障的母线隔离。在母线区外故障时，各 保护单元都计算为外部故障均不动作。这种用计算机网络实现的分布式母线保护原理， 比传统的集中式母线保护原理有较高的可靠性。 因为如果一个保护单元受到干扰或计算 错误而误动时，只能错误地跳开本回路，不会造成使母线整个被切除的恶性事故，这对 于象三峡电站具有超高压母线的系统枢纽非常重要。由上述可知，微机保护装置网络化 可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。 保护、控制、测量、数据通信一体化在实现继电保护的计算机化和网络化的条 件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络 上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它 所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微 机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控 制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。目前，为了测量、 保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必 须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资，而且使二次回路非 常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安 装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置转换成数字 量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的 传输介质，还可免除电磁干扰。现在光电流互感器(OTA)和光电压互感器(OTV)已在研 究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用 OTA 和 OTV 的情况下，保护装 置应放在距 OTA 和 OTV 最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OTA 和 OTV 的光 信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断；另一方面 作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命 1992 年大学提出了保护、 令送到此一体化装置， 由此一体化装置执行断路器的操作。 控制、测量、通信一体化问题，并研制了以 TMS320C25 数字信号处理器(DSP)为基础的 一个保护、控制、测量、数据通信一体化装置。 智能化近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等 在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始7。神经 网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题， 应用神经网络方法则可迎刃而解。 例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过 渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误 动或拒动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了 各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其 独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。大 学从 1996 年起进行神经网络式继电保护的研究，已取得初步成果8。可以预见，人 工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。 三江学院 08 毕业设计（论文） 第三章 继电保护整定计算 3.1 继电保护整定计算的目的与基本任务 继电保护整定计算的目的 继电保护装置与安全自动装置（以下简称继电保护）属于二次系统，但是，它是电 力系统中的一个重要组成部分。它对电力系统安全稳定地运行起着极为重要的作用。特 别是在现代的超高压，大容量的电力系统中，对继电保护提出了更高的要求，重点是提 高其速动性。总之，电力系统一时一刻地也不能离开继电保护，没有继电保护的电力系 统是不能运行的。继电保护工作类别多种多样，诸如设计、制造、调试、安装、运行等 等。继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作。在电力生产运行工作和电力 工程设计工作中，继电保护整定计算是一项必不可少的容。不同的部门其整定计算的 目的是不同的。电力生产的运行部门，例如电力系统的各级调度部门，其整定计算的目 的是对电力系统中已经配置安装好的各种继电保护， 那找具体电力系统的参数和运行要 求，通过计算分析给出所需的各项整定值，使全系统中各种继电保护有机协调地布署， 正确地发挥作用。 电力工程的设计部门其整定计算的目的是按照所设计的电力系统进行 计算分析，选择和论证继电保护的装置与选型的正确性，并最后确定其技术规等等， 正确圆满地完成设计任务。继电保护是建立在电力系统基础之上的，它的构成原则和作 用必须符合电力系统的在规律；同时，继电保护自身在电力系统中也构成一个有严密 配合关系的整体，从而形成了继电保护的系统性。因此，继电保护的整定计算是一种系 统工程。 继电保护整定计算的基本任务 继电保护整定计算的基本任务，就是要对各种继电保护给出整定值；而对电力系统中的 全部继电保护来说，则需编制出一个整定方案。整定计算方案通常可按电力系统的电压 等级或设备来编制，还可按继电保护的功能划分方案分别进行。 各种继电保护适应电力系统运行变化的能力都是有限的， 因而继电保护方案也不是一成 不变的。随着电力系统运行情况的变化（包括建设发展和运行方式变化） ，当超出预定 的适应围时，就需要对全部或部分继电保护重新进行整定，以满足新的运行需要。 必须注意，任何一种保护装置的性能都是有限的，即任何一种保护装置对电力系统的适 应能力都是有限的。当电力系统的要求超出该种保护装置所能承当的最大变化限度时， 该保护装置便不能完成保护任务。 当继电保护的配置和选型均难以满足电力系统的特殊需要时， 必须考虑暂时改变电力系 统的需要或采取某些临时措施加以解决。 继电保护整定计算既有自身的整定问题，又有继电保护的配置与选型问题，还有电力系 统的结构和运行问题。因此，整定计算要综合，辨证，统一的运用。 整定计算的具体任务有以下几点： （1）绘制电力系统接线图。 （2）绘制电力系统阻抗图。 （3）建立电力系统设备参数表。 （4）建立电流、电压互感器参数表。 （5）确定继电保护整定需要满足的电力系统规模与运行方式变化限度。 13 :线 路 继 电 保 护 的 配 置 与 整 定 计 算 （6）电力系统各点短路计算结果列表。 （7）建立各种继电保护整定计算表。 （8）按继电保护功能分类，分别绘制出整定值。 （9）编写整定方案报告书，着重说明整定原则、结果评价、存在的问题与采取的对策 等。 3.2继电保护整定计算的步骤 3.2继电保护整定计算的步骤 继电保护整定计算的步骤如下: (1)按继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式，选择短路类型，选择分支系数的计 算条件。 （2）进行短路故障计算，录取结果。 （3）按同一功能的保护进行整定计算，选取整定值并做出定值图。 （4）对整定结果分析比较，以选出最佳方案；最后应归纳出存在的问题，并提出运行 要求。 （5）画出定值图。 （6）编写整定方案说明书，一般应包括以下容： 1）方案编制时间、电力系统概况； 2）电力系统运行方式选择原则与变化限度； 3）主要的，特殊的整定原则； 4）方案存在的问题与对策； 5）继电保护的运行规定，如保护的停、投，改变定值、改变使用要求以与对运行方式 的限制要求等； 6）方案的评价与改进方向。 3.3整定计算运行方式的选择原则 继电保护整定计算用的运行方式，是在电力系统确定完好运行方式的基础上，在不 影响继电保护的保护效果的前提下， 为提高继电保护对运行方式变化的适应能力而进一 步选择的，特别是有些问题主要是由继电保护方面考虑决定的。例如，确定变压器中性 点是否接地运行，当变压器绝缘性能没有特殊规定时，则应以考虑改善零序电流保护性 能来决定。整定计算用的运行方法选择合理与否，不仅影响继电保护的保护效果，也会 影响继电保护配置和选型的正确性。主要由继电保护方面考虑决定，整定计算用运行方 式选择与否影响： （1）继电保护的效果。 （2）继电保护配置和选型的正确性。 确定运行方式变化的限度，即确定最大最小运行方式，应以满足常见运行方式为基 础。在不影响保护效果的前提下，适当加大变化围，一般原则如下： （1）考虑抢救和故障两种状态的重叠出现，但不考虑多种重叠。 (2)不考虑极少见的特殊方式。 线路运行变化限度的选择： （1）一个厂、站母线上有多条线路，应考虑一条线路检修，另一条线路又故障的方式。 （2）双回线不考虑同时停用。 （3）相隔一个厂、站的线路可考虑与上述（1）的条件重叠。 流过保护的最大、最小短路电流计算方式的选择 （1）相间保护： 三江学院 08 毕业设计（论文） 对单侧电源辐射型网络，最大短路电流出现在最大运行方式下，即选择所有机组、 变压器、线路全部投入运行的方式。 而在最小短路电流出现在最小运行方式下， 对于双侧电源的网络，一般（取Z1=Z2）与对侧电源的运行变化无关，可按单侧电 源的方法选择。 对于环状网络，最大短路电流应选开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路 的相邻下一级线路上。而最小短路电流应选闭型运行方式。同时，合理停用该保护背后 的机组，变压器与线路。 （2）零序电流保护： 对于单侧电源的辐射网络，选择方法参照（1） ，但要注意变压器接地点的变化。 对于双侧电源的网络与环状网络，选择方法同样参照（1） ，其重点也是考虑变压器接地 点的变化。 选取流过保护最大负荷电流的方法： 考虑各种运行方式变化时出现的最大负荷电流考虑到以下的运行变化： 备用电源自投引起的负荷增加 并联运行线路的减少，负荷转移 环状网络的开环运行，负荷转移 对于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧负荷增加。 （3）过电流保护：过电流保护反应短路的基本特征，即反应电流突然增大，母线电压 突然降低。过流保护一般由瞬时段、定时段组成，构成三段式保护阶梯特性。三段式电 流保护一般用于 110kV 与以下电压等级的单电源出线， 对于双电源辐射线路可以加方向 元件组成带方向闭锁的各段保护。当系统运行方式变换比较大时，线路电流变换的 I、 II 段可能在保护区和灵敏度方面不满足要求。 考虑到线路上发生短路故障时， 母线电压 的变化一般比流过保护的短路电流的变化大，为此，可以采用电流电压联锁保护。 整定配合的基本原则： 电力系统中的继电保护是按断路器配置装设的， 因此继电保护必须按断路器分级进 行整定。 断路器的分级是按保护的正方向来划分的，要求按保护的正方向各相邻的上，下级 保护之间实现配合协调，以达选择性的目的（整定配合总原则） 。 在继电保护整定计算时， 应按该保护在电力系统运行全过程中均能正确工作来设定 整定计算的条件。 当保护装置已经具有防止某种运行状态下误动作的功能时， 则整定计算就不再考虑 该运行状态下的整定条件。 综上所述，整定计算应考虑的运行状态： （1）短路（三相，两相，单相接地，两相接地）与复故障。 （2）断线与非全相运行。 （3）振荡。 （4）负荷电动机自启动。 （5）变压器励磁涌流。 （6）发电机失磁、进相运行。 （7）重合闸与手动合闸，备用电源自动投入。 （8）不对称、不平衡负荷。 （9）保护的正、反方向短路。 继电保护的整定计算方法按保护构成原理分为两种。一种是以差动为基本原理的保护。 它在原理上具备了区分、外部故障的能力，保护围固定不变，而且在定值上与相邻 15 :线 路 继 电 保 护 的 配 置 与 整 定 计 算 保护没有配合联系，具有独立性，整定计算也比较简单；另一种是阶段式保护，它们的 整定值要求与相邻的上，下级之间有严格的配合关系，而它们的保护围又随电力系统 运行方式的变化而变化，所以阶段式保护的整定计算是比较复杂的，整定结果的可选性 也是比较多的。 （1）根据保护的整定方法根据保护装置的构成原理和电力系统运行特点，确定其整定 条件和整定公式中的有关系数。 （2）按整定条件进行初选整定值，按电力系统可能出现的最小运行方式校验灵敏度， 其灵敏度应满足要求，在满足要求之后即可确定选定的整定值。若不满足要求，就需要 重新考虑整定条件和最小运行方式的选择是否恰当， 再进一步考虑保护装置的配置和选 型问题。 差动保护 差动保护整定计算可独立进行，只要满足电力系统运行变化的限度就可以确定整定值。 阶段式保护 （1）相邻上、下级保护之间的配合：1）在时间上配合；2）在保护围上配合；3）上、 下级保护的配合是按保护正方向进行的。 按反方向进行配合增大整定值取消方向原件的 配合方法，一般是不可取的。 （2） 多段保护的整定应按保护段分段进行。 （3） 一个保护与相邻的几个下一级保护整定配合或同时应满足几个条件时进行整定时， 整定值应取最严重的数值。 （4）多段式保护的整定，应改善提高以保护性能为主，兼顾后备性。 （5）整个电网中，阶段式保护的整定方法是首先对电网中所有线路的第一段保护进行 整定计算，再依次进行第二段保护整定计算，直至电网保护全部整定完毕。 （6）具有一样功能的保护之间进行配合整定。 （7）判定电流保护是否使用方向元件。 3.4 继电保护的最小灵敏系数 继电保护的最小灵敏系数 保 护 分 类 保护类型 组成元件 计算条件 最小灵敏系 数 带 方 向 的 电 流 或 电 零序、 负序方向元 压保护 件 发电机、变压器、线 路 与 电 动 机 纵 联 差 差电流元件 动保护 主 保 护 按被保护区末端金属性 2 短路计算 按被保护区末端金属性 2 短路计算 2 2 1.5 1.3 1.5 线路两侧均未断开前，其 平行线路横差方向 电压或电流启动 中一侧保护按线路中性 和电流平衡保护 元件 点金属性短路计算 母线完全差动保护 差电流元件 按金属性短路计算 距离启动元件 按被保护区末端金属性 距离保护 短路计算 距离测量元件 电流保护和电压保 按被保护区末端金属性 电流和电压元件 护 短路计算 三江学院 08 毕业设计（论文） 主 保 护 的 个 别 元 件 母线不完全差动保 差电流元件 护 平行线路横差方向 电流元件 和电流平衡保护 中性点非直接接地 电流元件 保护 负序或零序增量 距离保护 （或实变量） 启动 元件 按金属性短路计算 1.5 线路一侧断开后，按另一 1.5 侧对端金属性短路计算 按被保护区末端金属性 1.5 短路计算 按被保护区末端金属性 4 短路计算 线路两侧均未断开前，其 中一侧按保护线路中间 4 金属性短路计算 线路一侧断开后，另一侧 保 护 按 对 侧 金 属 性 短 路 2.5 计算 按相邻电力设备和线路 1.2 末端金属性短路计算 平行线路横差方向 零序方向元件 保护 后 备 保 护 电流保护和电压保 电流、电压元件 护 3.5整定配合基本原则 3.5整定配合基本原则 3.5.1继电保护的可靠性 3.5.1继电保护的可靠性 （1）继电保护可靠性主要由配置结构合理、质量优良和性能能满足运行要求的继电保 护装置以与符合规程要求的运行维护和管理来保证。 （2）任何电力设备都不允许无保护运行。运行中的电力设备，一般应有分别作用于不 同断路器，且整定值有规定的灵敏系数的两套独立的保护装置作为主保护和后备保护， 以确保电力设备的安全。 （3）3110kV电网继电保护一般采用远后备原则，即在临近故障点的断路器处装设的 继电保护或该断路器本身拒动时，能由电源侧上一级断路器处的继电保护动作切除故 障。 （4）如果变压器低压侧母线无母线差动保护，电源侧高压线路的继电保护整定值对该 低压母线又无足够的灵敏系数时，应按下述原则考虑保护问题： 1）如变压器高压侧的过电流保护对低压母线有规程规定的灵敏系数时，则在变压器 的低压侧断路器与高压侧断路器上配置的过电流保护将成为该低压母线的主保护与后 备保护。在此种情况下，要求这两套过电流经不同的直流熔断器。 2）如变压器高压侧的过电流保护对低压母线无灵敏系数时，则在变压器的低压侧断 路器上应配置两套完全独立的过电流保护作为该低压母线的主保护与后备保护。 在此种 情况下，要求这两套过电流保护接于不同的电流互感器，经不同的直流熔断器供电并分 别作用于该低压侧断路器与高压侧断路器。 （5）对中低压侧有并网小电源的变压器，如变压器小电源侧的过电流保护不能在变压 器其他侧母线故障时可靠切除故障，则应由小电源并网线的保护装置切除故障。 17 :线 路 继 电 保 护 的 配 置 与 整 定 计 算 （6）对于装有专用母线保护的母线，还应有满足灵敏系数要求的线路或变压器的保护 实现对母线的后备保护。 3.5.2继电保护的选择性 3.5.2继电保护的选择性 （1）继电保护的选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除障碍，当故障设备 或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护 切除障碍。为保证选择性，对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护有配合要 求的两元件，其灵敏系数与动作时间，在一般情况下应相互配合。 （2）如遇下列情况，允许适当牺牲部分选择性： 1）接入供电变压器的终端线路，无论是一台或多台变压器并列运行，都允许线路侧 的速动段保护按躲开变压器其他侧母线故障整定。需要时，线路速动段保护可经一短时 限动作。 2)对串联供电线路，如果按逐级配合的原则将过分延长电源侧保护的动作时间，则可 将容量较小的某些中间变压器按T接变电所或不配合处理，以减少配合的级数，缩短动 作时间。 3)双回线部保护的配合，可按双回线主保护动作，或双回线中一回线故障时两侧零 序电流（或相电流速断）保护相继动作的条件考虑，确有困难时，允许双回线中一回线 故障时，两回线的延时保护时间有不配合的情况。 4)在构成环网运行的线路中，允许设置预定的一个解列点或一回解列线路。 （3）变压器电源侧过电流保护的整定，原则上主要考虑为保护变压器安全的最后一级 跳闸保护，同时兼作其他侧母线与出线故障的后备保护，其动作时间与灵敏系数视情况 可不作为参与选择配合，但动作时间必须大于所有配出线后备保护的动作时间。 （4）线路保护围伸出相邻变压器其他侧母线时，可按下列顺序优先的方式考虑保护 动作时间的配合： 1)与变压器同电压侧指向变压器的后备保护的动作时间配合。 2)与变压器其他侧后备保护跳该侧总断路器动作时间配合。 当下一级电压电网的线路保护围伸出相邻变压器上一级电压其他侧母线时，还可按 下列顺序优先的方式考虑保护动作时间的配合。 3)与其他侧出线后备保护段的动作时间配合。 4) 与其他侧出线保全线有规程规定的保护段动作时间配合。 3.5.3继电保护的灵敏性 3.5.3继电保护的灵敏性 （1）电力设备电源侧的继电保护整定值应对本设备故障有规定的灵敏系数，同时应 力争继电保护最末一段整定值对相邻设备故障有规定的灵敏系数。 （2）对于110kV电网线路，考虑到可能的高电阻接地故障下的动作灵敏系数要求，其 最末一段零序电流的电流定值不应大于300A（一次值） ，此时，允许线路两侧零序保护 相继动作切除故障。 （3）在同一套保护装置中闭锁、起动和方向判别等辅助元件的灵敏系数应大于所控 制的保护测量元件的灵敏系数。 3.5.4继电保护的速动性 3.5.4继电保护的速动性 （1）地区电网主网提出的整定时间要求，下一级电压电网满足上一级电压电网提出 的整定时间要求，必要时为保证主网安全和重要用户供电，应在地区电网或下一级电压 电网适当的地方设置不配合点。 （2）采用高精度时间继电器，以缩短动作时间级差。综合考虑断路器跳闸断开时间， 整套保护动作返回时间，时间继电器的动作误差等因素，在条件具备的地方，保护配合 可以采用0.3s的时间级差。 三江学院 08 毕业设计（论文） 继电保护装置运行整定 装置运行整定规程 3.6 继电保护装置运行整定规程 继电保护与安全自动装置是保证电网安全运行，保护电器设备的主要装置，是组成 电力系统整体的不可缺少的重要部分。保护装置配置使用不当或不正确动作，必将引起 事故或事故扩大，损坏电器设备，甚至造成整个系统崩溃瓦解。因此为了加强和提高电 网继电保护与安全自动装置的运行管理水平， 确保电网不发生因继电保护装置不正确动 作，而引起或扩大系统稳定破坏事故和大面积停电事故，规定如下： 继电保护正确动作率与故障录波完好率是继电保护的主要指标，它是从技术原则， 原理接线，实验运行，制造工艺，元器件质量等方面总结经验，反映电力系统一些有关 专业在运行维护、基建、设计、制造等多方面的综合管理水平。因此，不能用继电保护 动作正确率作为对继电保护人员工作的考核指标。 分管领导和工程师应该经常了解继电 保护工作情况，对其中存在的问题予以组织督促解决，对由继电保护引起的重大系统瓦 解事故和大面积停电事故负应有的责任。 19 :线 路 继 电 保 护 的 配 置 与 整 定 计 算 第四章 系统的等值计算 4.1 原始数据 系统接线图 三江学院 08 毕业设计（论文） 毕业设计（论文）的任务和要求： 1、线路的继电保护的配置 2、对图中 AF 线路保护进行整定计算 3、对图中 XA 线路保护进行整定计算 4、对图中 XF 线路保护进行整定计算 5、对图中 FB 线路保护进行整定计算 6、对图中 FC 线路保护进行整定计算 7、绘制变电所 A 的电气主接线图 8、设计说明书一份 9、线路继电保护的配置图一 10、变电所 A 电气主接线图一 其他要求： 1、 独立完成任务； 完成开题报告； 2、 3、 设计报告、论文格式需符合规 4、 学会查找 10 篇以上有关文献，其中外文资料至少 2 篇； 题目一般不超过 20 个字； 5、 中文摘要 300 汉字左右，外文摘要约 250 个实词左右； 6、 7、 图纸容与数： 设计报告、论文字数： 8、 9、 实物容与要求（无此项要求不填） ： 4.2 系统的等值计算 一. 各元件电抗标幺值的计算 1. 发电机标幺值的计算； 已知：发电厂 F 机组容量 P=50MW 功率因素 cos=0.8 容量基准值 Sd=100MVA 正序电抗 Xd=0.