毕业设计（论文）-110KV变电站电气(二次部分)设计.doc

河南理工大学毕业设计说明书 - 1 - 摘要摘要.- 2 - 一、一、设计任务书设计任务书 - 4 - 二、二、原始资料分析原始资料分析 - 5 - 三、三、一次部分的相关设计一次部分的相关设计 - 6 - 一、主变压器的选择极其参数.- 6 - 二、电气主接线设计及其参数.- 7 - 四、四、短路电流计算短路电流计算 - 9 - 一、概述.- 9 - 二、短路计算.- 11 - 三、短路电流计算：.- 14 - 四、短路电流计算结果.- 17 - 五、五、线路保护线路保护 - 17 - 一、 电力系统继电保护的作用- 17 - 二 、输配电线保护- 21 - 三、 线路末端短路电流- 22 - 四、 线路保护整定- 23 - 六、六、变压器的保护变压器的保护 - 24 - 一、 变压器装设的保护- 24 - 1、 变压器装设的保护种类.- 24 - 二、变压器保护的整定方法.- 26 - 1、 变压器电流速断保护.- 26 - 四、纵差保护的整定计算.- 30 - 五、 变压器过流保护整定计算- 33 - 七、七、备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置 - 35 - 八、八、母线保护母线保护 - 38 - 一、 母线保护简介- 38 - 二、 母线的保护方式- 38 - 九、九、防雷保护和接地设计防雷保护和接地设计 - 40 - 一、直击雷保护.- 40 - 二、雷电侵入波保护.- 41 - 致谢致谢.- 43 - 参考文献参考文献.- 44 - 河南理工大学毕业设计说明书 - 2 - 摘要摘要 本次设计任务旨在把大学所学各科专业知识的结合到一起，整体的了解电 力系统等方面的知识。首先根据任务书上所给相关资料，分析负荷发展趋势。 然后通过对拟建变电站的概况以及出线方面来考虑，并对负荷资料的分析，以 及从安全、经济及可靠性等方面考虑，确定了 110kV，35kV，10kV 输电线路及 母线的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数及型号。 最后，根据短路计算结果，确定线路保护、变压器保护、母线保护、防雷 保护的保护方案，根据保护方案对保护进行整定计算，确定设计之后再对保护 的总体进行分析论证，检验二次回路的设计是否合格，从而完成了 110kV 电气 二次部分的设计。 关键词：变电站关键词：变电站 继电保护继电保护 保护整定保护整定 检验计算检验计算 河南理工大学毕业设计说明书 - 3 - ABSTRACT The total operating mode of generation, transmission and distribution is presented in the operating mode of power system, which realizes the basic guarantee for the security, high quality and economical operation of power system. The optimization for operating mode of power system is to select an economical and reliable operating mode by comparing synthetically all kinds of operating mode in technical economy to get a reliable and economical operation. Design the task this time is jiaozuo qunying electric designs of the part two times of 110kV. first, analyze the tend of load department according to all parameter of load about system and circuit on task book. It expounds the necessity to this situation from the rspect of increasing load. capacity and type, capacity and type of using the voltage transformer stand surely at the same time, finally, the result of calculation of calculating that and short out according to the electric current of largest lasting job, make the circuit to protect, the voltage transformer is protected, the bus bar is protected, prevent the thunder from protecting. Thus finished electric designs of the part two times of 110kV. 河南理工大学毕业设计说明书 - 4 - 一、一、设计任务书设计任务书 1、题目：题目：焦作市群英 110KV 变电站电气（二次部分）设计 设计任务：设计任务：电气一次部分 （1）：变电站总体分析 （2）：负荷分析计算与主变压器选择 （3）：电气主接线设计； （4）：短路电流计算及主要电气设备选择； （5）：配电装置及电气总平面布置设计。 2、电气二次部分 要求：决定保护方案，对各种保护的整定计算、分析和论证。 3、设计原始资料设计原始资料 群英 110KV 变电站处于焦作市山阳区，地平、交通便利，进出线方便，空 气污染轻微；待设计变电所选在黄沙土地上，土壤电阻率 P500*M。平均海 拔 200 米，最高气温 40，最低-10，年平均气温 20，最热月平均气温 30，土壤温度 25。冬季主导风向：西北；最大风速：25m/s；覆冰厚度： 8mm。系统通过 110KV I、II 修马 T 架空线路向变电站供电，距离 30KM，系 统最大运行方式折算至设计变电站高压母线的阻抗标幺值 0.15，=100MVA。 j S 系统容量设计时计算值为 500MVA。 表 1-1 负荷情况 电 压 负荷 名称 每回最大 负荷 （KW） 功率因数回路数供电方式 线路长 度 （km） 东城花园 50000.851 架空 15 槐店乡 90000.851 架空 8 35K V 耐火材料 厂 50000.851 架空 7 河南理工大学毕业设计说明书 - 5 - 化肥厂 100000.851 架空 11 白鲨针布 40000.851 架空 3 保险公司 70000.851 架空 4 机械厂 80000.851 架空 5 17 中 20000.91 架空 5 医院 30000.81 架空 3 农药厂 7000.821 架空 7 紫水小区 12000.851 架空 4 紫弦庭苑 10000.81 架空 5 鑫鸳鸯集 团 5000.81 架空 2 面粉厂 6000.851 架空 5 10K V 区政府 20000.851 架空 7 二、二、原始资料分析原始资料分析 为了计算用电负荷情况，据原始资料中最大有功及功率因数，算出最大无 功，得出以下数据: 电 压 负荷 名称 最大有功 功率 （MW） 最大无功 功率 （MVAr） 功率因数回路数 线路长 度 （km） 东城花园 53.100.85115 槐店乡 95.580.8518 耐火材料厂 53.100.8517 化肥厂 106.200.85111 白鲨针布 42.840.8513 保险公司 74.340.8514 35K V 机械厂 84.960.8515 17 中 20.970.915 医院 32.250.813 10K V 农药厂 0.70.490.8217 河南理工大学毕业设计说明书 - 6 - 紫水小区 1.20.740.8514 紫弦庭苑 10.750.815 鑫鸳鸯集团 O.50.380.812 面粉厂 0.60.370.8515 区政府 21.240.8517 对待建变电站的总体负荷分析，按系统最大运行方式分析情况如下： 48(MW)87410595P35 11(MW)20.60.511.20.732P10 )30.12(MVAr4.964.342.846.203.105.583.10Q35 )7.19(MVA1.240.370.380.750.740.492.250.97Q10r 59(MW)PPP 1035110 )37.31(MVAQQQ 1035110 r 由以上式子可以得出： )(67.5612.304812.3048S 22 35 MWj )(14.1319 . 7 1119 . 7 11S 22 10 MWj 69.81(MW)SSS 1035110 三、三、一次部分的相关设计一次部分的相关设计 设计中的一次部分设备选择来自于耀伟同学的焦作市群英 110KV 变电 站电气（一次部分）设计 ，本设计中不详细写出选择设备的相关过程，这里 直接写出型号和相关参数。 一、一、 主变压器的选择极其参数主变压器的选择极其参数 在一次设计中选择的变压器型号为 SFSZ9-50000/110，根据变压器的型号 可知，该变压器是三相三绕组式变压器。 变压器的基本参数如下：表 3-1 河南理工大学毕业设计说明书 - 7 - 额定电压 （KV） 阻抗电压 （%） 损耗 （KW） 型号 额定 容量 （KVA ） 高 压 中 压 低 压 连 接 组 别 高 低 高 中 中 低 空载 电流 （% ） 空 载 负 载 SFSZ9- 50000/110 50000 110 8 1. 25% 38. 5 2 2.5 % 10. 5 YN yn 0 d1 1 1 8 10. 5 6. 5 0.91 58. 8 22 5 依据以上参数进行阻抗折算，计算过程过程如下： =111123123 1 %(%) 2 ssss UUUU =-0.52122331 1 %(%) 2 ssss UUUU =73233112 1 %(%) 2 ssss UUUU 22 1 1 %11 (110) 26.62 100100 (50) SN T N UU X S （记为 22 2 2 %0.5 (110) 1.21 100100 (50) SN T N UU X S 0） 22 3 3 %7(110) 16.94 100100(50) SN T N UU X S 河南理工大学毕业设计说明书 - 8 - 二、二、 电气主接线设计及其参数电气主接线设计及其参数 电气主接线的设计要求 主接线的设计是一个变电站设计中非常重要的一部分，无论是一次部分还 是二次部分都是必不可少的。 “变电所主接线形式应根据变电所在电力系统中的地位、作用、回路数、 设备特点及负荷性质等条件确定，并且应满足运行可靠、简单灵活、操作方便 和节约投资等要求。 ” （35110KV 变电所设计规范第 3.2.1 条） 主接线设计的基本要求为： (1)供电可靠性。主接线的设计首先应满足这一要求；当系统发生故障时， 要求停电范围小，恢复供电快。 (2)适应性和灵活性。能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化；改变 运行方式时操作方便，便于变电所的扩建。 (3)经济性。在确保供电可靠、满足电能质量的前提下，要尽量节省建设投 资和运行费用，减少用地面积。 (4)简化主接线。配网自动化、变电所无人化是现代电网发展必然趋势，简 化主接线为这一技术全面实施，创造更为有利的条件。 (5)设计标准化。同类型变电所采用相同的主接线形式，可使主接线规范化、 标准化，有利于系统运行和设备检修。 在一次部分设计中采用的方案是： 110KV 侧采用单母分段式接线 35KV 侧及 10KV 侧均采用单母分段式接线 选择此种接线形式的分析与评价： 优点：1、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回 路，有两个电源供电；2、当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切 除，保证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。 缺点：1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的问路都 要在检修期间内停电；2、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越； 河南理工大学毕业设计说明书 - 9 - 3、扩建时向两个方向均衡扩建。 系统接线图如下：图（3-1） 变变压压器器T1变变压压器器T2 系系统统一一 系系统统二二 110KV母母线线 35KV母母线线 10KV母母线线 河南理工大学毕业设计说明书 - 10 - 四、四、短路电流计算短路电流计算 一、一、 概述概述 1、短路的原因、短路的原因 1）电气设备或载流导体等因绝缘老化、遭受机械损伤，雷击、过电压等 原因引起绝缘损坏； 2）架空线路因大风、导线覆冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸体导体 等； 3）电气设备因设计、安装、维护不良等所致的设备缺陷引发的短路； 4）运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关， 线路或设备检修后不拆除接地线直接加上电压等。 2、计算短路电流的目的、计算短路电流的目的 计算短路电流的目的有：保障电力系统的安全运行、正确选择电气设备、 校验电气设备。避免在短路电流损坏电气设备，如果短路电流过大，需采用限 流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。而该变电站原短路电流由于是在 不考虑电缆电阻的情况下计算的,这样会致使在选择和校验设备上产生误差，造 成设备损坏和运行不当。所以,为了变电站更加安全的运行,在短路电流上我们 需考虑电缆电阻。 3、 短路电流的危害短路电流的危害 所谓短路，就是电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地直接发生通 路的情况。在电力系统中发生短路故障时，在回路中短路电流比额定电流大几 倍至几十倍。短路电流通过电气设备和导线必然产生很大的电动力，并且使设 备温度急剧上升，有可能致使损坏设备和电缆；在短路点附近电压显著下降， 造成这些地方供电中断或影响其正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短 路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，会造成发电机失 去同步，致使整个电力系统的运行解列。 4、短路的种类、短路的种类 1）三相短路。 河南理工大学毕业设计说明书 - 11 - 2）两相短路。 3）两相短路接地。 4）单相短路（接地） 。 三相短路是对称短路，此时三相电流和三相电压仍然是对称的，只是三相 电流特大。除三相短路外的其他短路都是不对称性短路，每相电流和电压数值 不相等，相角也不同。 5、短路电流的暂态过程、短路电流的暂态过程 当电力系统发生三相短路时，由于短路回路存在着电感，电流不能突变， 因此有一个暂态过程。短路电流随时间变化，最后达到稳定值。 短路全电流 id 由对称的周期分量和不对成的非周期分量两部分合成， z i f i 即。周期分量先开始衰减，然后逐渐增加到稳态值。非周期分量 dzf iii z ii 按指数规律衰减，其衰减时间常数为 0.05-0.2。 6、计算各短路电流的目的 1） 短路冲击电流：用来校验电气设备和母线的动稳定。 ch i 2） 短路全电流最大有效值 Ich（第一周期短路全电流有效值）：用来校 验电气设备和母线的动稳定。 3）超瞬变短路电流有效值 I：用来作继电保护的整定计算和校验断路器 的短流量。 4） 短路后 0.2 秒后的短路电流周期分量有效值：用来校验断路器的 0.2 I 断流量。 5）稳态短路电流有效值：用来校验电气设备和载流部分的热稳定。 I 6） 短路后 0.2S 后的短路容量：用来校验断路器的遮断容量。 0.2 s 二、二、 短路计算短路计算 1、计算系统电抗、计算系统电抗 短路电流的标幺值计算法 短路电流计算,根据电力系统的实际情况,可以采用标幺值或有名值计算, 那种方法方便就采用那种方法.在高压系统中通常采用标幺值计算. 河南理工大学毕业设计说明书 - 12 - 所谓标幺值,是实际值与基准值之比. 标幺值没有单位.设所选顶定的基 准值电压,基准电流,基准容量及基准电抗分别为,则这一元件的 j U j I j S j X 各已知量的标幺值分别为 , j j U U U J j S S S 3 j J Jj U I II IS 2 33 /3 jjj j jjj jj I XI XS X XX XUUUI 式中： S、U、I、X-以有名单位表示的容量(MVA)、电压(KV)、电流(KA) 、 电抗； 、-以基准量表示的容量(KVA)、电压(KV)、电流 j S j U j I j X (KA)、电抗。 基准容量的选择：在设计任务书里已经规定 Sj=100MVA； 基准电压的选择：为了计算方便选为各电压等级的平均额定电压，即 Uj=Up； 与其相应的基准电流 Ij 和基准电抗 Xj,均可由这两个基准值导出。 基准电流计算公式： 电抗计算所用公式如下表： 表 4-1（电力系统各元件阻抗值的计算公式） 计算公式 元件名称已定参数电抗平均值 通用式 =100MVA j S j j j U3 S I 5 . 0 1153 100 I 110 j 56 . 1 373 100 I 35 j 5 . 5 5 . 103 100 I 10 j 河南理工大学毕业设计说明书 - 13 - 变压器 额定容量 p U 阻抗电压百分比 % d U % 100 j d b e S U XX S * 1 % bd e XU S 10KV 架空线路 平均电压 p U 每千米电抗 0 X 线路长度 L 0.4 / KM 0 2 j p S XX L U 2 40 p L X U 35KV 架空线路 平均电压 p U 每千米电抗 0 X 线路长度 L 0.425 / KM 0 2 j p S XX L U 2 42.5 p L X U 线路接线见图如下：图 4-1 画出等值电路图：图 4-2 变压器T1变压器T2 110KV母线 S1 30KM S2 30KM 35KV母线10KV母线 河南理工大学毕业设计说明书 - 14 - X1、X2为 110KV 侧阻抗，X3、X4为 35KV 侧阻抗，X5、X6为 10KV 侧阻抗 X3、X4归算为零 三、三、 短路电流计算：短路电流计算： 一、短路电流的标幺值计算 1、当 110KV 母线三相短路时 2、35KV 侧短路简化网络图： 0.20 115 100 26.62 U S XXX 22 B B T1 2 * 1 * 0.128 115 100 16.94 U S XXX 22 B B T3 * 6 * 5 67.615.0/1 X 1 I * D1 * 系统 X系统 XT1X1 XT1 河南理工大学毕业设计说明书 - 15 - 图 4-3 0.1 2 0.2 2 X X * T1* 1 所以 35KV 总短路电抗为： 短路电流为： 3、10KV 侧短路简化网络图： X系统 XT1XT1 X2 XT3XT3 所以 10KV 总短路电抗为： 短路电流为： 15 . 0 1 . 0XXX * 1 * 11 系统 4 0.25 1 X 1 I * 11 * D2 0.164 2 0/1280.2 2 XX X * T2 * T1 * 2 314 . 0 164 . 0 15. 0XXX * 2 * 12 系统 3.18 X 1 I * 12 * D3 河南理工大学毕业设计说明书 - 16 - 二、短路电流有名值计算 短路电流的有名值计算法： 在有名值计算法中，每个电气元件的单位是有名的，而不是相对值。在比 较简单的网路低电压电网，常采用有名值计算法计算短路电流。采用此方法计 算，须将各电压等级的电气元件参数都归算到同一电压等级上来。凡涉及发电 机、变压器、电动机、电抗器等元件的百分数电抗值（铭牌上一般有标出）均 应换算成有名值来计算。 电力系统各元件阻抗有名值的计算公式如下： （1）变压器： 2 3 2 10 dp b e PU R S 22 bbb XZR 2 % 100 p d b e U U Z S 当电阻值允许忽略不计时， 2 % dP b ee UU X SS 式中： 、-变压器的电阻、电抗、阻抗； b R b X b Z -变压器以额定值为基准的阻抗电压百分数；% d U -变压器短路损耗（KW） d P （2）线路 2 0 p e U Rr L U 河南理工大学毕业设计说明书 - 17 - 2 0 p e U Xx L U 式中： 、-线路单位长度的电阻和电抗（） ； 0 r 0 x/ KM -线路运行的额定电压（KV） e U 电流 短路计算如下： 短路冲击电流为：（KM去值 1.8） 8.49(KA)3.33521.8I2K “ 1M1 ch i )(88.1524 . 6 28 . 12 “ 22 KMIKi Mch )(52.4449.1728 . 12 “ 32 KAIKi Mch 冲击电流最大有效值为： )(07 . 5 52 . 1 I “ 11 KAI ch )(48 . 9 “52 . 1 22 KAIIch )(58.2652 . 1 “ 33 KAIIch 四、四、 短路电流计算结果短路电流计算结果 短路点名称 短路电流周期分量 起始有效值（KA） I 短路全电流最大 有效值（KA） Ich 短路电流冲 击值（KA） ich * III j (KA)335 . 3 67 . 6 5 . 0II * 1110 “ 1 Dj I (KA)24. 6456 . 1 II * 235 2 Dj I )(49.1718 . 3 5 . 5II * 310 “ 3 KAID j 河南理工大学毕业设计说明书 - 18 - 110kV 母线 （并列） 3.3355.078.49 35kV 母线 （并列） 6.249.4815.88 10kV 母线 （并列） 17.4926.58344.52 五、五、线路保护线路保护 一、一、 电力系统继电保护的作用电力系统继电保护的作用 在整个电力系统运行中，由于人为因素或大自然的原因，会发生这样那样 的故障和不正常运行状态。常见的同时也是危险的故障是发生各种形式的短路。 一旦发生故障即会产生以下的后果： （1）通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备损坏。 （2）短路电流通过故障设备和非故障设备时，由于发热和电动力的作用， 受到机械损坏和绝缘损伤以至缩短它们的使用寿命。 （3）电力系统中电压下降，使大量的用户正常工作时遭受破坏或产生废 品。 （4）破坏电力系统各发电厂之间并列运行的稳定性，导致事故扩大，甚 至造成整个系统瓦解。 对于电力系统运行中存在的这些故障隐患，要积极采取一些防御性措施。 对于不可抗拒的事故发生时要即时发现，并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。切除故障的时间常常要求小到 十分之几甚至百分之儿秒，实践证明只有在每个电气元件上装设一种具有“继 电特性”的自动装置才有可能满足这个要求。 所谓继电保护装置，就是一种能够反应电力系统故障和不正常状态，并及 河南理工大学毕业设计说明书 - 19 - 时动作于断路器跳闸或发出信号的自动化装置。它的基本任务是： （1）自动、迅速、有选择性地将故障组件从电力系统中切除，保证其他 无故障部分迅速恢复正常运行，使故障部分设备免于继续遭到破坏。 （2）发现电气组件的不正常状态，根据运行维护条件(例如有无经常值班 人员)而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而 是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和 由于干扰而引起的误动作。 电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分。继电保护的装 设一般应满足可靠性与安全性、选择性、速动形、经济性五个基本要求。设计 应满足继电保护和安全自动装置技术规程 （SDJ683） ，也需要对应该区域 变电站其自身的特点。因此应根据电缆系统的特点制定合理的保护方案，争取 做到可靠、简单、经济。 电路系统的电气设备和线路除了必要的主保护外，还需要考虑后备保护和 辅助保护的问题。 主保护在系统稳定性要求的时限内能够快速而有效地切除保护区内的 故障。 后备保护在主保护或断路器拒绝动作时，切除故障，实现后备保护。 后备保护有分为近后备保护和远后备保护两种形式： 远后备保护是指当主保护或断路器拒动作时，由相邻组件实现后备保护。 近后备指当本组件的主保护拒绝动作时，由本组件的另一套保护作为后备 而实现保护；当断路器拒绝动作时，由同一发电厂或变电所内的有关断路器动 作实现后备保护。 辅助保护当需要另还切除线路故障或消除方向功率死区时可采用由电 流速断保护构成的辅助保护（用来补充主保护、后备保护不足） 。 保护装置的装设原则： 1.当被保护元件发生短路或是破坏系统正常运行的情况，保护装置应动作 于跳闸，当发生不正常动作时，保护装置应动作于信号。 2.为保障系统非故障部分的正常供电，保护装置应以足够小的动作时限去 河南理工大学毕业设计说明书 - 20 - 切除故障 3.系统故障时保护装置应有选择性地动作于跳闸，在必须加速时，可无选 择性地跳闸而由自动重合闸装置来纠正保护的无选择性动作。 4.满足要求上述第二条原则或用作后备保护时，保护装置容许带有一定的 时限切除故障。 5.保护装置所用的继电器越少越好，并使其接线简单可靠。 6.保护装置电压回路断线时，如可能造成保护装置的误动作则应装设电压 回路断线监视或闭锁装置。 7.在表示保护装置动作的出口上应装设信号继电器。以利于运行人员分析 和统计保护的动作情况。 8.主保护装置除了完成主保护任务外，如有可能还应作为相邻元件的后备 保护。 9.当保护装置因动作原理不能起相邻元件的后备保护作用时，应在所有和 部分断路器上装设单独的后备保护。 10.为了起到相邻元件的后备保护的作用而使保护装置复杂化，或不能达 到完全的后备保护作用时，允许缩短后备范围。 11.在实际可能出现最不利的运行方式和故障类型下，保护装置应有足够 的灵敏系数； 对反应故障参数增加的保护装置： 对反应故障参数减少的保护装置： 算值短路故障参数的最大计保护范围内发生金属性 保护装置的动作参数 灵敏系数 各种保护装置的灵敏系数应满足电力系统继电保护和安全自动装置技术 规程 （SDJ83）的规定。 12.保护装置的灵敏性还应该与相邻设备或线路配合。 13.保护装置所用电流互感器在最不利的条件下其误差应小于 10%。 保护范围内发生金属性短路故障参数的最小计算值 灵敏系数 保护装置的动作参数 河南理工大学毕业设计说明书 - 21 - 1、电力系统继电保护的基本任务 它的基本任务是： 1.当被保护的电力系统组件发生故障时，由该组件的继电保护装置迅速准 确地给故障组件脱离点最近的断路器发出跳闸命令，使故障组件及时从电力系 统中脱离，并且最大限度地减少对电力系统组件本身的损坏，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)。 2.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。 2 、对继电保护的基本要求 1.可靠性是指在所规定的保护范围内，发生了它应该动作的故障时，它不 应该拒绝动作，称作可靠不拒动；而在该保护不该动作的情况下，则不应该误 动作，称作可靠不误动。 继电保护的可靠性主要由配置合理、质量和技术性能优良的继电保护装置 以及正常的运行维护和管理来保证。任何电力设备(线路、母线、变压器等)都 不允许在无继电保护的状态下运行。 2.选择性是指保护装置动作时，仅将故障组件从电力系统中切除，使停电 范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全工作。为保证对相邻 设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳 闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下 应相互配合。 3.灵敏性是指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。在 事先规定的保护范围内，设备或线路发生金属性短路时，保护装置需要必要的 灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。 河南理工大学毕业设计说明书 - 22 - 4.速动性是指保护装置快速切除故障提高电力系统并列运行的稳定性，减 少用户在低压工作的其情况下的工作时间，减小故障组件的损坏程度，提高自 动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如 高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、 减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面进行保护来提高速动性。 二二 、输配电线保护、输配电线保护 设计的线路保护应满足继电保护和全自动装置技术规程SDJ6-83 等有 关专业技术规程的要求。 输电线路的主保护根据动作时间划分为全线瞬时动作及按阶梯时限特性动 作两类。当要求对线路全线任何地点的任何故障均能瞬时具有选择性切除时用 全线瞬时动作的保护作为主保护，例如各种反线路两侧电气量变化从而实现全 线有选择性动作的纵联差动保护。当电网允许线路一侧以保护第二段时限切除 故障时，也可采用具有阶梯时限特性的保护作为主保护，如距离保护，电流保 护等。送电线路的后备保护分为远后备和近后备两类，一般采用远后备。在我 国 220kV 及以上输电线路，广泛采用高频闭锁负序方向保护。 三、三、 线路末端短路电流线路末端短路电流 35kv 侧线路短路电流：（选择水泥厂 1 的线路保护） 至化肥厂线路示意图 35KV XL 化肥厂 图 5-1 河南理工大学毕业设计说明书 - 23 - )(85 . 4 114 . 03 37 I )3( maxK. KA X E L S )(20 . 4 4 . 432 337 2 3 )2( min. KA X E I L S K 10kv 侧线路短路电流：（选择棉纺厂 1 的线路保护） 至医院线路示意图 10KV XL 医院 图 5-2 (3) .max 10.5 5.05(K ) 30.4 3 S K L E IA X (2) .min 3310.5 4.375( ) 2230.4 3 S K L E IA X 表 4-1 35kv10kv 最大运行最小运行最大运行最小运行 4.85KA4.20KA5.05KA4.375A 四、四、 线路保护整定线路保护整定 1、 35kv 侧线路保护整定 瞬时电流速断保护（段保护）： (3) .max 1.2 4.855.82(K ) oprelK IKIA 河南理工大学毕业设计说明书 - 24 - 校验： min 131337 7.95 20.425.823 S op E Lkm XI (满足要求) min 7.95 100%100%72.3% 11 L L 定时限过电流保护（段保护）： .max 10000 204.28( ) 30.95 cos30.95 0.85 35 L S P IA E .max 1.2 1.3 204.28374.91( ) 0.85 III relSS opL re KK IIA K rel K可靠系数，取 1.2 自起动系数，取 1.3 est K 返回系数，取 0.85 re K 校验： 1.5 (符合要求) ( 2)3 . m i n 4. 2010 11. 20 374. 91 K senI I I op I K I 4.4.2 10kv 侧线路保护整定 瞬时电流速断保护（段保护）： (3) .max 1.2 5.056.06(K ) oprelK IKIA 校验： min 131310.5 2.17km 20.426.063 S op E L XI （满足要求） min 2.17 100%100%72.3% 3 L L 定时限过电流保护（段保护）： 3 .max 3 10 227.90( ) 30.95 cos30.95 0.8 10 L S P IA E 河南理工大学毕业设计说明书 - 25 - .max 1.2 1.3 227.90418.26( ) 0.85 III relSS opL re KK IIA K 校验： 1.5 (符合要求) (2) .min 4375 10.46 418.26 K sen III op I K I 六、六、 变压器的保护变压器的保护 一、 变压器装设的保护 1、 变压器装设的保护种类 电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性 和系统的正常运行带来严重的影响。由于大容量的电力变压器是十分昂贵的元 件，必须根据变压器的容量和重要程度来考虑装设性能良好，工作可靠的继电 保护。 变压器的内部故障分为油箱外故障和内故障。油箱外的故障，主要是套管 和引出线上发生相间短路和接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接 地短路、匝间短路以及铁心的烧损。对于变压器而言，这些故障都是十分危险 的，因为油箱内部发生故障产生的电弧，将引起绝缘物质的剧烈气化，可能会 引起爆炸。变压器的不正常状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电 流，外部接地短路引起的过电流和中性点过电流；由于负荷超过额定容量引起 的过负荷，以及由于漏油等原因而引起的油面降低。 根据上述变压器的各种故障和不正常运行状态等一系列问题，变压器一般 装设下列继电保护装置： 对于变压器油箱内部故障以及油面下降，应装设瓦斯保护。它反应于油箱 内部所产生的气体或油流动作。应装设瓦斯保护的变压器容量界限是 800kVA 及以上的油浸式变压器和 400kVA 及以上的车间内油浸式变压器。轻瓦斯保护 动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。 河南理工大学毕业设计说明书 - 26 - 1.瓦斯保护整定： (1) 一般气体继电器气体容积整定范围为 250-300 立方厘米，变压器容积 在 1000KVA 以上时，一般正常整定为 250 立方厘米，气体容积整定值是利用调 节重锤的位置来改变的。 (2) 重瓦斯保护油流速度的整定 重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为 0.6-1.5m/s，再整定流速均以导油 管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。 根据运行经验管中油流速整定为 0.6-1.5m/s 时，保护反映内部故障是相 当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油 管中油流速度约为 0.4-0.5m/s。因此，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作， 故对本站的主变的瓦斯保护可将油流速度整定在 1m/s 左右。 2.纵联差动保护 ：对于变压器绕组、套管及引出线上的故障，根据容量 的不同选择相应的保护。它反映变压器绕组和引出线相间短路及绕组匝间短路 的纵联差动保护或电流速断保护。 (1) 容量为 6300KVA 以下的变压器，可装设电流速断保护作为变压器相间 短路保护的主保护。 (2) 容量为 6300KVA 以上的变压器，应装设纵联差动保护作为变压器的主 保护而以过电流保护作为其后备保护。 （并列运行的变压器以及发电厂厂用变 压器和工业中重要的变压器，容量为 6300kVA 以上；单独运行的变压器，容量 为 10000kVA 以上。 ） 3.外部相间短路时的保护 1）过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状 态下可能出现的过负荷电流。 2）复合电压（包括负序电压及线电压）启动的过电流保护，一般用于大 容量升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器。 3）负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护，一般用于大容量升 压变压器和系统联络变压器。 4）阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当 2） 、3）保护不能满 河南理工大学毕业设计说明书 - 27 - 足灵敏性和选择性要求时可以采用此保护。 4.接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。110KV 及以上中 性直接接地电网中，若电网中部分变压器中性点接地运行，为防止发生接地短 路时中性点不接地的变压器（低压侧有电源）仍带接地故障继续运行，应装设 反映外部接地短路的变压器零序电流保护。 5.过负荷保护。对 400kVA 以上的变压器，当数台并列运行时，或单独作 为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负 荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于无经常值班人员的变电所， 必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。 二、变压器保护的整定方法 1、 变压器电流速断保护 对于 2000-10000KVA 及以下较小容量的变压器，可采用电流速断保护作变 压器的主保护。电流速断保护装设在变压器的电源侧，当电网为中性点不直接 接地系统时，电流速断保护按两相式接线；否则按三相式接线。为了提高保护 对变压器高压侧因出线接地故障的灵敏系数，可采用两相三继电器式接线。 2、 变压器纵联差动保护 变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时，由于变压器的励磁涌流、 变压器两侧电流相位不同、两侧电流互感器型号不同、变压器带负荷调整分接 头等原因，使差动继电器中有不平衡电流流过，且这些不平衡电流远比发电机 及线路差动保护的大。所以说减小或消除不平衡电流对差动保护的影响是变压 器差动保护中很重要的问题之一。 规程中规定：对于 6.3KVA 及以上厂用工作变和并行运行的变压器 10MVA 及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器应装设纵联差动保护，对于高压侧 电压为 330KV 及以上变压器，可装设双重的纵联差动保护。 纵联差动保护应符合下列要求： 1.能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流； 河南理工大学毕业设计说明书 - 28 - 2.差动保护范围应包括变压器套管及引出线，如不能包括引出线时，应采 取快速切除故障的辅助措施。 3.对于大容量的变压器，由于其额定工作时的磁通密度相当于近于铁心的 饱和磁通密度，因此在多电压或者低频率等异常方式下，要注意变压器的过励 磁故障。所以在变压器过励磁时要保证不误动作； 变压器纵差保护与发电机纵差保护一样也可以通过采用比率制动特性纵联 差动或标记制动式差动方式来达到外部短路不误动和快速有效切除内部所发生 故障内部的目的。但变压器的纵差保护需考虑以下问题： 1.变压器各侧额定电压和额定电流各不相同。由于各测电流互感器的型号、 变比各不相同，它们的饱和特性、励磁电流（归算至同一侧）也就不同。因此， 在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。所以各测电流的相位可能不一致， 这样使外部短路时不平衡电流增大，所以变压器的纵差保护的最大制动系数比 发电机的最大灵敏度相对较低。 2.变压器高压绕组常有调压分接头，实际上就是改变变压比。如果差动某 一变比已经调整好，则当分接头改换时，就会产生一个新的不平衡电流流入差 动回路。所以不可能再用重新选择平衡线圈匝数的方法来消除这个不平衡电流。 这是因为变压器的分接头经常在改变，二差动保护的电流回路在带电的情况下 是不能进行操作的。 3.对于定子绕组的匝间短路，发电机纵差保护完全无作用。变压器绕组各 侧的匝间短路，通过变压器的铁心耦合，改变了各测电流的大小和相位，使变 压器的纵差保护对匝间短路有作用（匝间短路可视为变压器的一个新绕组发生 端口短路） 。 4.无论变压器绕组还是发电机定子绕组开路故障，纵差保护均不能动作。 变压器依靠瓦斯或压力保护来反应。变压器因为励磁电流存在，增大纵差保护 的不平衡电流特别是在变压器空载投入时，励磁电流急剧增加至数十倍的额度 电流，如不特别考虑将会造成纵差保护误动作。 3、 变压器后备保护 相间后备保护配置是为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流， 河南理工大学毕业设计说明书 - 29 - 以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，变压器应装设过 电流保护。根据变压器的容量和系统短路电流水平的不同，保护采用带过电流 保护、低电压、不带低电压闭锁的以及负序过电流过电流保护等。如果灵敏度 不够，可采用带复合电压闭锁的过电流保护。 1.对于单侧电源的变压器。电源侧需要有后备保护装置，此装置可以作为 差动保护、瓦斯保护的后备或相邻元件的后备。 2.对于多侧电源的变压器，变压器各侧均应装设后备保护； 作为变压器差动保护的后备，要求它动作后启动总出口继电器。 作为各电压侧母线和线路的后备保护，要求它动作后跳开本侧的断路器， 作为变压器断路器与其电流互感器之间死区故障的后备保护。 4、 变压器过负荷保护 为了防止变压器在超过允许负载能力下运行，根据可能过负荷的情况，需 要装设过负荷保护装置。变压器的过负荷一般是三相对称的，过负荷保护接于 一相电流，便可以延时作用于信号。 保护的安装地点应能够反应变压器所有绕组的过负荷情况，就双绕组升压 变压器而言，过负荷保护通常装设在低压侧一端。就双绕组降压变压器来说， 过负荷保护装设在高压侧一端。 （1）动作电流的整定。按躲过变压器的额定电流来整定 =（1.21.25） dzj I 1 eb I n -过负荷保护装置动作电流整定值（A） ； dzj I -变压器额定电流（A）; eb I -电流互感器变比。 1 n （2）动作时限的整定：动作时限为 1015s，一般用于信号。 5、 变压器过电流保护 为了防止变压器外部故障引起的变压器绕组流过电流，并作为内部故障的 差动保护和瓦斯保护的后备，一般变压器上应装设过电流保护。就单侧电源的 变压器而言，保护装置的电流互感器应该装设在电源侧，以便在发生变压器内 部故障而瓦斯或差动保护拒绝动作时，由过电流保护经整定时限动作后，作用 河南理工大学毕业设计说明书 - 30 - 于变压器两侧断路器跳闸。 （1）动作电流的整定。按躲过变压器的最大负荷电流来整定。 dzj I 1 gheb Kjx h K I K K K n -过负荷系数，一般取 23，当无自启动电动机时，取 gh K 1.31.5； 动作时限的整定。动作时限比由变压器供电的线路保护装置的最大时限大 一时限阶段，一般取 0.50.7s。 灵敏度校验 (3) (2) 2.min 1.5 d mmxd dz I KK I 式中： -相对灵敏系数； mxd K -最小运行方式下变压器低压侧三相短路稳态电流(A)； (3) 2.mind I -保护装置一次动作电流（A） 。 dz I 三、 变压器差动保护整定计算 计算变压器各侧的一次及二次电流值，并选择电流互感器的变比，如表所 示。 表 6-1 变压器和互感器各侧电流值 名称：各侧数值 额定电压： 110KV38.5KV10KV 额定电流 )(Ae I 50000 262.44 3 110 50000 750 3 38.5 50000 2749 3 10 CT 接线方式： Ddy CT 一次电流计算： A（）3262.4445537501299 2749 选用 CT 变比： 455 91 5 1299 260 5 2749 550 5 河南理工大学毕业设计说明书 - 31 - 标准变比 100300600 CT 二次额定电流 )(2 Ae I 455 4.55 100 1299 4.33 300 2749 4.58 600 所以选定 10kv 侧为基本侧。短路电流已在表 4-2 中给出 四、纵差保护的整定计算 （1）躲过变压器励磁涌流： op.cal 1.3 1 27493573.7( ) reluN IKK IA -可靠系数，取 1.3； rel K -励磁涌流最大倍数，在采用加强速饱和变流器差动保护取 1。 U K u K -基本侧的变压器额定电流。 N I （2）躲开电流互感器二次回路断线时变压器的最大负荷电流： op.cal.maxrelL IKI 10 .max 10 3cos kv L kv P I U -变压器基本侧的最大负荷电流，当无法确定时，可用基本侧的额 .maxL I 定电流。 33 . 10 3 103 10 1.31.3216.51( ) 3cos3 10 0.8 op cal kv IA U （3）躲开外部短路时的最大不平衡电流： max () op calrelerhmerumpstK IKfUUf KKI 最大外部短路电流； .maxK I -可靠系数，取 1.3 rel K -电流互感器允许最大相对误差，取 0.1； er f 河南理工大学毕业设计说明书 - 32 - 变压器高中压侧分接头改变而引起的误差，一般取调整范 hm UU、 围的一半； -电流互感器的同型系数； ts K -非周期分量系数，取 1.52；当采用速饱和变流器时，可取 1。 umb K . 1.3 (0.0580.050.0250.1 1 1) 141404283( ) op cal IA （4）确定基本侧工作线圈匝数： 继电器的动作电流： . . 4283 7.14( ) 600 conop cal opr cal TA KI IA n 基本侧工作线圈匝数： o w.cal opr.cal 100 14 7.14 AW Wt I ，故选择 14 匝。 ,.d setw cal WW 重新计算继电器动作电流和保护的动作电流： o w.cal opr.cal 100 7( ) 14 AW WA I 保护一次实际动作电流为： . 7 600 4200( ) 1 opr calTA con In IopA K 确定非基本侧工作线圈匝数和平衡线圈匝数： 2.2. 38.5 38.5 2. 38.5 4.584.33 0.058( ) 4.33 NbNn nb cal Nn II Wt I 2.2. 110 110 2. 110 4.584.55 0.0066( ) 4.55 NbNn nb cal Nn II Wt I 所以选： 38.5110 1( ) nb calnb cal WWt . 1 1415( ) w setd setb set WWWt 河南理工大学毕业设计说明书 - 33 - 整定匝数与计算匝数不等而产生的误差： 0.05 .38.5 0.058 1 0.0628 0.058 1