某35kV变电站继电保护设计

1 前言

在如今随着科学的发展，电力系统的能否安全稳定运行，会直接影响国民经济和社会发展。电力系统一旦发生自然或人为故障，如果不能及时有效控制，就会失去稳定运行，使电网瓦解，并造成大面积停电，给社会带来灾难性的后果。继电保护（包括安全自动装置）是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。许多实例表明，继电保护装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿成严重后果。因此，加强继电保护的设计和整定计算，是保证电网安全稳定运行的重要工作。

为满足电网对继电保护提出的可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求，充分发挥继电保护装置的效能，必须合理的选择保护的整定值，以保持各保护之间的相互配合关系。做好电网继电保护定值的整定计算工作是保证电力系统安全运行的必要条件。

继电保护装置的基本任务是：自动，迅速，有选择性将系统中故障部分切除，使故障元件损坏程度尽量可能降低，并保证该系统无故障部分迅速恢复正常运行。反映电器元件的不正常运行状态，并根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出信号，减负荷或者延时跳闸。

2继电保护的介绍

2.1继电保护结构原理

继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量,电流、电压、功率、频率等的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分和定值调整部分、逻辑部分、执行部分。继电保护原理结构方框图如下：

图2.1继电保护原理结构方框图

2.2继电保护的基本组成

测量比较部分：测量所要保护的电气元件上的电气参数并与标准值比较。

逻辑判断部分：由以上比较结果判断系统是在正常运行状态，还是发生故障或是在不正常运行状态。

执行部分：根据判断出的运行状态去动作或不动作。

2.3继电保护的基本要求

在技术上必须满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性四个基本要求。对于作用于断路器跳闸的继电保护，应同时满足这四个基本要求，对于作用于信号以及只反应不正常运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求如速动性可以降低。

选择性:所谓继电保护装置的动作选择性就是指当系统中的设备或线路发生短路

时，其继电保护仅将故障的设备和线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的设备或断路器拒绝动作时，应由相邻的设备或线路的保护将故障切除。虽然扩大了停电范围，但控制了故障的扩大，它起着对下一段线路的后备保护作用。

速动性:快速切除故障，可以提高电力系统运行的稳定性，减轻故障设备的损坏程度，防止故障的扩展，提高自动重合闸的成功率，减少对用电单位的影响，迅速恢复系统的正常运行。

故障切除的时间等于继电保护装置动作时间与断路器跳闸时间之和，对于反应故障的继电保护，要求快速动作的主要理由和必要性在于：

（1）快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性；

（2）快速切除故障可以防止故障的扩大，提高自动重合闸和备用电源或设备自动投入成功率，因为快速切除故障，对提高故障点饿灭弧速度，缩小短路持续时间，防止出现接地故障发展为相间故障；两相短路发展为三相短路；暂时性故障发展为永久性故障等。

（3）快速切除故障可以减少发电厂厂用电及用户电压降低的时间，加速恢复正常运行的过程，保证厂用电及用户工作的稳定性。

（4）快速切除故障可以减轻电气设备和线路的损坏程度，短路电流通过的时间愈长，则设备损坏的程度就愈严重，甚至烧毁，特别在发电机变压器的内部短路时，是不允许带时限切除故障的。

从上述理由可知，快速切除故障，对提高电力系统运行的可靠性具有重大意义。

一般快速保护的动作时间为0.08—0.12s，一般断路器的跳闸时间为0.1—0.27s，因此，一般快速保护切除故障的时间为0.18—0.27s；最快速保护的动作时间为0.02—0.03s，最小的断路器跳闸时间为0.04—0.05s，所以最快速保护切除故障的时间为0.06—0.08s。

灵敏性:所谓灵敏性，即在保护范围内发生故障和不正常工作情况下，继电保护装置的反应能力，也就是在保护范围内故障时，不论短路点的位置以及短路的类型如何，都能敏锐且正确的反应。

继电保护的灵敏性以灵敏系数

K来衡量。

sen

（1）对于反应故障时参数量增加的保护装置。

灵敏系数=保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值∕保护装置动作参数的

整定值

如：过电流保护的灵敏系数为

act

K K sen I I K .min

.

式中 min .K I ——保护区末端金属性最小短路电流二次值

act K I .——保护装置的二次动作电流

（2）对于反应故障时参数量降低的保护装置

灵敏系数=保护装置动作参数的整定值∕保护区末端金属性短路时故障参数的最大计算值。

可靠性:继电保护装置对它所保护的范围内发生各种故障和不正常运行状态时，不应该拒绝动作。而在保护范围内之外发生的各种故障和不正常运行状态时，不应该误动作。这种性能称为可靠性。在实际的运行中，可靠性用动作正确率来表示。

由上述可知，对继电保护装置的四个基本要求筹兼顾，相互联系且又相互制约的。 2.4继电保护的任务

电力系统动行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指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、系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线，如三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路、发电机和电动机以及变压器绕组间的匝间短路、单相为线、两相断线等。

当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求,如保持电力系统的暂态稳定性等。

反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同,例如有无经常值班人员,发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。