变电所继电保护设计

摘要：随着经济的快速发展，负荷大幅度增加，使得电网规模不断扩大，高电压、大机组、长距离输电、电网互联的趋势，使电网结构越来越复杂，加强电力资源的优化配置，最大限度满足电力需求，保证电网的安全稳定成为人们探讨的问题之一。继电保护是一种电力系统的反事故自动装置，它能在系统发生故障或不正常运行时，迅速，准确地切除故障元件或发出信号以便及时处理。可见继电保护是任何电力系统必不可少的组成部分，对保证系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。本文将就变电所电力设备继电保护装置的作用原理及配置进行讲解。

关键词：变电所；电力设备；继电保

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：

一 引言

继电保护的作用

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，并产生断路器跳闸或发出信号动作的一种自动装置。

继电保护基本原理

当电力系统发生故障时，总是伴随有电流的增大、电压的降低及电流和电压之间相位角的变化等物理现象。因此，便可利用这些物理量的变化，构成各种不同原理的继电保护。例如：利用短路时电流增大的特征可构成过电流保护，过电流保护反应于电流的增大而动作；利用电压的特征，可构成低电压保护，低电压保护反应于电压的降低而动作；利用电压和电流比值的变化，可构成低阻抗保护（距离保护），这种保护反应于测量阻抗的减小（或短路点到保护安装地点之间的距离）而动作；利用电压和电流之间相位关系的变化，可构成方向保护；利用比较被保护设备各端的电流大小和相位的差别可构成差动保护等等。此外，也可根据电气设备的特点实现反应非电量变化的保护。例如反应变压器油箱内部故障的瓦斯保护。

继电保护分类

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。

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。

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、失磁保护及过励磁保护等。

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、集成电路型保护及微机型保护等。

按保护所起的作用分类

主保护、后备保护、辅助保护等。

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。

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。

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，以尽量缩小停电范围。

速动性

即快速切除故障。快速切除故障的优点：1、提高系统稳定性；2、减少用户在低电压下的动作时间；3、减少故障元件的损坏程度 ，避免故障进一步扩大。

灵敏性

指在规定的保护范围内，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内故障时，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。

可靠性

指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不该动作时，他能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。

二、变电所继电保护设计

变电所主要设置以下继电保护装置

(1) 主变压器保护

(2) 电源进线保护

变电所10KV馈线保护

变电所10KV母线保护

变压器保护设置

根据GB50062-1992《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规程规定，容量小于6300KVA的变压器设以下保护：

瓦斯保护

防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。

过电流保护

防御外部相间短路，并作为瓦斯保护盒电流速断保护的后备保护，动作于跳闸。

过电流保护动作电流的整定

取，而=1，=0.8，=150/5=30，，，故动作电流整定为10A。

考虑到院区变电所为系统终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时间整定为0.5s。

电流速断保护

防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。对于中小容量的变压器，可以在其电源侧装设电流速断保护而不设置变压器纵差动保护。速断保护接线采用两相继电器式接线方式，继电器采用GL-15/10型，应用去电流跳闸操作方式。

电流速断保护的速断电流整定

取=1.5，而=32KA×0.4KV/10KV=1280A，故,因此速断电流倍数整定为。

过负荷保护

防御变压器本身的对称性过负荷及外部短路引起的过载，按躲过变压器额定一次电流整定：。

动作时间一般取10-15s。

低压侧单相短路保护

对于变压器低压侧的单相短路，可采用在变压器低压侧装设三相带过电流脱扣器的低压断路器。这一断路器，既作低压主开关，操作方便，且便于实现自动化，又可用来保护低压侧的相间短路和单相短路。

变电所10KV馈线保护

院区内变电所的供电距离比较短，所以线路保护设置比较简单，常用的保护设置有：

过电流保护（这里采用反时限过电流保护装置）

高压侧线路断路器系统图如下图（选取1QF的继电保护装置为例叙述）：过保护电流采用两相两继电器式接线，继电器采用GL-25/10型，操作方式为去分流跳闸，可知KA2的动作电流为：，， ，。

图2-1 高压侧线路断路器系统图

=200/5=40，故：

根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为8A，馈电变电站所装断路器的定时限过电流保护整定的动作时间1.5s，所以KA2的实际动作时间应为，=1.5-0.7=0.8s。

确定KA2的10倍动作电流时间，由于K-2点发生三相短路时KA2的电流为，故，对KA2的动作电流倍数为利用=8.6和KA2的实际动作时间0.7S，查GL-25/10型继电器的动作特性曲线，得KA2应整定的10倍动作电流动作时间为0.6S。

由已知条件知：，线路末端在系统最小运行方式下两相短路电流=17.8KAx0.4KV/10kv=712A，故过电流保护灵敏度=712/280=2.54>1.5

由此可见，KA2整定的动作电流满足保护灵敏度的要求，故不必装设低压闭锁装置。

电流速断保护

根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定，在电流保护动作时间超过0.5-0.7S时，应装设瞬动电流速断保护装置。

过电流保护保护动作电流的整定，由已知条件得：， ，，，线路末端三相短路电流为，故，因此速断电流倍数整定为。

过负荷保护

线路的过负荷保护是针对电缆线路的过负荷要求装设的，一般延时动作于信号，其整定电流应躲过线路的计算电流，故，动作时间取12s。

单相接地保护

在小接地电流的电力系统中，单相接地故障时，接地电容电流很小，但由于非故障相的对地电压要升高，可能会引起线路的绝缘装置击穿，因此要引起重视，不可长期故障运行。一般在系统发生单相接地故障时，通过无选择性的绝缘监视装置或有选择性的单相接地保护装置，发出报警信号，以便运行值班人员及时发现和处理。

变电所10kv母线保护

母线相间短路较少，大多数故障为单相接地。对于小电流接地系统，通常可用主变压器过电流保护切断10kv母线相间故障，如果需要专门的母线保护，可以设置不完全的或完全的差动电流速断保护。

结 论

在本文中介绍了变电所电力系统继电保护的作用。提出了10KV变电所电力系统继电保护装置的配置整定设计方法，实现了变电所电力系统继电保护装置的优化配置及整定。在10KV变电所电力系统继电保护装置配置时有重要作用。方便了继电保护装置配置整定过程。

参考文献

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