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1、二次回路保护设计第一章 二次回路的根本概念1.1 二次回路的概述二次回路是指用来掌握、指示、监测和保护一次电路运行的电路。二次回路又称二次系统。按功能二次回路可分为断路器掌握回路、信号回路、保护回路、监测回路和自动化回路，为保证二次回路的用电，还有相应的操作电源回路等。供电系统的二次回路功能示意图如以下图所示。图 1-1 二次回路功能示意图二次回路是一个具有多种功能的简单网络，其内容包括高压电气设备和输电线路的掌握、调整、信号、测量与监察、继电保护与自动装置、操作电源等系统。分析如下：（1） 掌握系统由各种掌握器具、掌握对象和掌握网络构成。其主要作用是对变配 电所的开关设备进展远方跳、合闸操作
2、，以满足转变电力系统运行方式及处理故障的要求。掌握系统按自动化程度的不同分为手动掌握、半自动掌握和自动掌握；按掌握方式的不同分为分散掌握和集中掌握；按掌握距离的不同分为就地掌握和远方掌握；按操作电源的不同分为直流掌握、沟通掌握、强电掌握和弱电掌握等。强电掌握承受直流 110V 或 220V，沟通额定值 100V、5A；弱电掌握承受直流 60V 及以下，沟通 50V、1A 及以下。（2） 信号系统由信号发送机构、接收显示原件及其网络构成。其作用是准10确、及 时地显示出相应一次设备的工作状态，为运行人员供给操作、调整和处理故障的牢靠依据。信号系统按信号性质的不同分为事故信号、预报信号、指挥信号、
3、位置信号、继电保护及自动装置动作信号等；按信号的显示方式不同分为灯光信号、音响信号和其他显示信号；按信号的相应时间不同分为瞬时动作信号和延时动作信号；按信号的复归方式不同分为手动复归和自动复归信号（3） 测量与监察系统由各种电气测量仪表、监测装置、切换开关及其网络构成。 其作用是指示或记录主要电气设备和输电线路的运行参数，作为生产调度和值班人员把握电气一次系统的运行状况，进展经济核算和故障处理的主要依据。（4） 继电保护与自动装置系统由互感器、变换器、各种继电保护及自动装置、选 择开关及其网络构成。其作用是监视电气一次系统的运行状况，一旦消灭故障或不正常状态便自动进展处理，并发出信号。（5）
4、调整系统由测量机构、传送设备、执行元件及其网络构成。其作用是调整某 些一次设备的参数，以保证一次设备和电力系统的安全、经济、稳定运行。调整方式分手动、半自动和自动三种。（6） 操作电源系统由直流电源设备和供电电网构成。其作用是供给上述各二次系 统的工作电源，高压断路器的跳、合闸电源及其他重要设备的事故电源。大型变电所主要承受蓄电池组操作电源；中小型变配电所广泛承受整流型操作电源。其次章 线路相间保护的整定计算、灵敏度校验2.1 主接线图以下图为某电力系统主接线。该系统由某发电厂的三台发电机经三台升压变压器由 A 母线与单侧电源环形网络相连，其电能通过电网送至 B、C、D 三个降压变电所给用户供
5、电。图 2-1 电路主接线图2.2 相关数据（1） 电网中的四条 110kV 线路的单位正序电抗均为 0.4 /kM；（2） 全部变压器均为 YN,d11 接线，发电厂的升压变压器变比为 10.5/121，变电所的降压变压器变比为 110/6.6；（3） 发电厂的最大发电容量为 3 50 MW，最小发电容量为 2 50 MW，发电机、变压器的其余参数如图示；（4） 系统的正常运行方式为发电厂发电容量最大，输电网络闭环运行；（5） 系统允许的最大故障切除时间为 0.85s；（6） 线路 AB 、 BC 、 AD 、 CD 的最大负荷电流分别为 230、 150、 230和 140 ，负荷自启动系
6、数；（7） 各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示， t0.5s。（8） 系统中各 110kV 母线和变压器均设有纵差动保护作为主保护。2.3 三段式电流保护整定计算1. 计算网络各参数：假设选取基准功率B=100MVA 和基准电压为 VB=VavXG1(B) *= XG2(B) *= XG3(B) *= X S B G(N) *SN= 0 .129 100= 0 .25850XT 1(B) *= XT2(B) *= X S BT1(N) *SN= 10 .5100 10040= 0 .263XT 3(B) *=XS= BT3(N)*SN10 . 5100 10060S=0 . 17510
7、 .5100XT 4(B) *= XT5(B) *= XT 6(B) *= XT7(B) *= XB T4(N) *SN=10020= 0 .525X=XLS B= 0 . 4 40 100= 0 . 121L1 (B) *XL2 (B) *XL3 (B) *=XL=XL1 V2 N S B2 V2 N S B3 V2 NS=0 . 4 50= 0 . 4 60115210011521001152100=0 . 151= 0 . 181X=XLB= 0 . 4 50= 0 . 151L4 (B) *4 V2 N1152最大运行方式下的最小电源阻抗：0 . 2580 . 263X=+|0 . 2
8、58+ 0 . 175 = 0 . 261| 0 . 433= 0 . 163122最小运行方式下的最大电源阻抗：0 . 2580 . 263X=+= 0 . 261122最大短路电流计算和整定计算:为计算动作电流，应当计算最大运行方式下的三相短路电流，为 校验灵敏度要计算最小运行运行方式下两相短路电流。为计算1OF、3OF、5QF、7QF 的整定值依据如上系 统图可知，最大运行方式要求8QF 断开，等值阻抗图如下：0.263X1=0.1630.1210.1810.263X2=0.261K1K20.1510.151K30.525相当于空载线路2.4 短路电流列表：I 3 = m 3 K1 I
9、3 Ia1B= 1 10 0 .502= 5 .02 KA I 3 = m 3 K2 I 3 Ia1B= 1 8 .403 0 .502 = 4 .218 KA I 3 = m 3 K3 I 3 Ia1B= 1 5 . 291 0 . 502= 2 . 656 KA 2.5 电力系统阻抗图2.5.1 保护 5QF 电流三段的整定计算及校验当 K3 点发生三相短路时，由题意计算得:正序阻抗： X=0 . 189W基准电流： I=0 . 502KA1 BB基准阻抗： X= V2BSB=1152100=132. 25Wr e l牢靠系数： KI=1.25KII=1.15KIII=1.15r e lr
10、e l返回系数： K= 0.85r e三相短路的正序电流： I I=E=1= 5 . 291 KAa1j X1+ X 3 0 . 189X 短路电流：I I= m 3 K3 I I Ia1B= 1 5 .291 0 .502= 2 .656 KA瞬时电流速断保护，即躲过本线路末端最大短路电流，所以 保护 5QF 电流速断的整定及校验为：I Iset.5= K I rel I IK3= 1 .25 2 .656= 3 .320 KAt = 0 s检验灵敏度系数：3115320.261+L4即：L4m in=3. 320L=m inm in50=34. 12%15%灵敏度系数符合要求（2） 保护
11、5QF 限时电流速断的整定及校验：I Iset.5= K I rel Ik.A.max= 1 . 25 11530 . 163+ 20 + 20= 2 . 066 KAI IIset.5= K IIrel I Iset.5= 1 .15 0 .865= 2 .376 KAt II1= 0 .5 sKsenI= k.D.min=I IIset.5(321153)( 0 . 261+ 20 )2 . 376= 1 . 194 1 . 3作相邻线路远后备时的灵敏系数：Ksen=I k.A.min=I IIIset.5284.118=1431.666(1152103 )( 0 . 163+20+20
12、)284.118=5 . 039 1 . 2第三章 电流互感器选择原则3.1 保护用电流互感器的类型选择保护用电流互感器分为 P 类和 TP 两大类。1P 类P 意为保护电流互感器包括 PR 和 PX 类。该类电流互感器的准确限值是由一次电流为稳态对称电流时的复合误差或励磁特性拐点来确定的。2TP 类TP 意为暂态保护电流互感器。该类电流互感器的准确限值是考虑一次电流中同时具有周期重量和非周期重量，并按规定的暂态工作循环的峰值误差来确定的。该类电流互感器适用于考虑短路电流中非周期重量暂态影响的状况。3.2 电流互感器类型选择原则1保护用电流互感器的性能应满足继电保护正确动作的要求。首先应保证在
13、稳态对称短路电流下的误差不超过规定值。对于短路电流的非周期重量和互感器的剩磁等的暂态影响，应依据互感器所在系统暂态问题的严峻程度，所接保护装置的特性、暂态饱和可能引起的后果和动作阅历等因素，予以合理考虑。如保护装置具有减缓电流互感器饱和影响的功能，则可按保护装置的要求选择适当的互感器。2330-500KV 系统保护，高压侧为 330-500KV 的变压器保护和 330MW 级以上发电机变压器组保护用的电流互感器，由于系统一次时间常数较大，电流互感器暂态饱和严峻，由此导致保护误动或拒动的严峻后果。因此所选去电流互感器应保证在实际短路工作循环中不致暂态饱和，即暂态误差不超过规定值，宜选用TP 类互
14、感器。3220KV 系统保护、高压侧为 220KV 的变压器差动保护、100-200MW 级发电机变压器组及大容量电动机差动保护用电流互感器，暂态问题及影响后果相对较轻，可按稳态条件进展选择，并为减轻可能发生的暂态饱和影响给定适当的暂态系数，宜选用 P 类、PR 类或 PX 类电流互感器。PR 类能限制剩磁影响，有条件时可推广使用。给定暂态系数 K=Kalf/Kpcf电流互感器，应依据应用状况和运行阅历确定：1100-200MW 级机组外部故障给定暂态系数不宜低于 10。2220KV 系统的给定暂态系数不宜低于 2。4110KV 及以下系统保护用电流互感器一般按稳态条件选择，选用 P 类电流互
15、感器。（5） 高压母线差动保护用电流互感器的选择，由于母线故障短路电流大，而且外部短路时流过各电流互感器的电流差异也可能很大，即使全部选用特性一样的电流互感器，其暂态饱和程度也可能很不全都，为此，母线差动保护宜具有抗互感器饱和力量。在工程应用中，可按稳态短路电流或保护装置的要求选取用适当的互感器。（6） 非直接接地系统的接地保护用电流互感器，可依据具体状况承受三相电流互感器组成零序滤过器、专用的电缆式或母线式零序电流互感器。3.3 电流互感器额定参数选择保护用电流互感器的额定参数选择要考虑以下状况：（1） 变压器差动回路电流互感器额定一次电流的选择，应尽量使互感器的二次电流进入差动继电器时根本
16、平衡。当承受微机保护时，可由保护装置实现两侧变比差和角差的校正。在选择额定一次电流及二次绕组接线方式时，应留意使变压器两侧互感器和二次负荷尽量平衡，以削减可能消灭的差电流。（2） 自耦变压器公共回路过负荷保护用的电流互感器，应当公共绕组的允许负荷电流选择。此电流通常发生在低压侧断开，而高-中压侧传输自耦变压器的额定容量的状况。此时，公共绕组上的电流为中压侧与高压侧额定电流之差。（3） 大型发电机变压器组厂用分支的额定电流远小于主变压器额定电流，厂用分支的电流互感器一般可以用分支额定工作电流为根底进展选择，但应留意该回路的动稳定性。例外的是厂用分支侧用于发电机-变压器组成或主变压器差动保护的电流
17、互感器，原则上应与主回路互感器变比全都。如因额定电流过大，装设有困难时，可依据具体状况实行适当措施，如由保护装置或增设关心电流互感器以转变变比。或者承受二次额定电流为 1A 的互感器当其他侧互感器额定二次电流为 5A 时，以便在保持变比全都条件下降低互感器额定一次电流。（4） 中性点有效接地系统或中阻抗接地系统变压器中性点接地回路的电流互感器，大型发电机零序电流横差保护用电流互感器等，在正常状况下一次电流为零，应依据实际应用状况，不平衡电流的实测值或阅历数据，并考虑接地保护灵敏系数和互感器误差限值以及动、热稳定因素，选用适当的额定一次电流。（5） 对中性点非有效接地系统的电缆式母线式零序电流互感器，因接地故障电流很小，需要按保证装置动作灵敏系数来选择变比及有关参数。