铁岭一次降压变电所继电保护电气部分初步设计

摘要 本次设计的重要内容是变电所的主变压器的选择、主接线的选择、短路计算、变电所保护装置等的选定进行设计，通过对变压器以及线路保护配备的选择，来保证电力系统的安全运营。其重要采用的保护有继电保护、过电压保护、瓦斯保护、变压器差动保护。 本次设计是我们在校期间进行的最后一种非常重要的综合性实践教学环节，也是我们学生全面运用所学基本理论、专业知识对实际问题进行设计（或研究）的综合性训练，同步还是我们将来走向工作岗位而奠定的基本实践。通过本次设计可以增强我们运用所学知识解释实际问题的能力和创新能力，以便更好地适应工作的需要。 电力系统继电保护的设计与配备与否合理，直接影响电力系统的安全运营，故选择保护方式时，满足继电保护的基本规定。选择保护方式和对的的计算，以保证电力系统的安全运营。核心词 电力系统，继电保护，整定计算，敏捷度校验Abstract This important task of this design is protective relaying design of sabstation through the pootective distribution of the tramsformer and lines. Ensure the Electric power systems safe operation. Mainly uses the protection has the gas to protect, the transformer differential motion protection, the electric current, the load, the distance protection. This design is we in school period carries on last the count for much comprehensive practice teaching link, also is our student comprehensively utilizes studies the basic theory, the specialized knowledge carry on the design to the actual problem (or research) the comprehensive training, simultaneously or we future will move towards the basic practice which the work post will establish. May strengthen us through this design to utilize studies the knowledge explanation actual problem the ability and the innovation ability, in order to meets the work need well. The Electric power systems protective relaying design and distribution whether is rational directly affect safe operation whon selecting protective duty. Should satisfy basic requires of protectivc relaying selecting protective detty and right calculated setting ensures the electric power systems safe operationKey Words electric power system, relay protection, setting(up) to compute, sensitivity calibration目录 摘要IAbstractII引言1第一篇 阐明书21待设计变电所原始资料分析21.1 变电所概况简介21.2 变电所60KV的顾客负荷表21.3 电力系统接线方式图22变电所主变压器的选择42.1 主变台数的拟定42.2 变压器形式的选择42.3 主变容量的拟定43 变电所电气主接线的选择63.1 电气主接线的设计原则63.2 电气主接线的基本规定63.3 电气主接线的设计程序83.4 主接线的拟定方案及选择94 短路电流计算114.1 短路电流计算的目的、规定和环节114.2 三相短路电流的计算125 变电所保护装置145.1 变电所继电保护配备145.1.1 220kV及中性点直接接地电网线路保护配备145.1.2 变压器保护的配备155.2 变压器的多种保护原理16第二章 计算书261 主变压器选择的容量计算261.1 变电所60KV的顾客总容量261.2 折算到变压器的容量261.3 据主变压器容量选择规则262 短路电流计算272.1 三相对称短路计算272.2 元件阻抗归算到系统的标幺值计算272.3 网络化简282.4 短路点计算312.5 60kV侧短路电流323 整定计算部分333.1 整定计算333.1.1 变压器的整定计算原则及其整定计算333.1.2 变压器瓦斯保护整定333.1.3 变压器差动保护整定333.1.4 过电流保护的整定计算373.1.5 过负荷保护的整定计算383.2 变压器油温监测38道谢40参照文献41附录42 引 言 本毕业设计论文题目为铁岭220KV一次降压变电所继电保护电气部分初步设计，规定所设计的变电所可以保证供电的可靠性和一次性满足远期负荷的规定，本设计将按照远期负荷规划进行设计。设计过程中遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的措施从全局出发，对的解决生产与生活、安全与经济等方面的关系，实行资源的综合运用，节省资源和用地，对生产工艺、重要设备和主体工程要做到可靠、合用、先进。 在上述原则基本上，明确设计的目的，逐渐完毕主变的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算、整定计算、绘制图纸等重要工作，形成较为完整的论文。 随着经济的飞速发展，电力这种干净的二次能源将对将来的发展起着举足轻重的作用。为了增进电力工作的持续稳定发展，保证西电东送工程的成功建设，满足个地区供电负荷规定，实现安全供电，保证供电可靠性，变电所的合理设计就变得尤为重要。第一篇 阐明书1 待设计变电所原始资料分析1.1变电所概况简介1、待设计变电所为某一大型公司的专用变电所，电压级别为220/60KV。2、进线为两回，出线为8回，所址位于该公司附近的丘陵地带，平均海拔高度为450米，交通以便，出线走廊宽阔，所址周边空气无污染；3、平均温度15,最高温度38，最低温度-254、该变电所的10回60KV架空出线，均送至顾客变电所，没有近区负荷。1.2 变电所60KV的顾客负荷表表1.1 负荷表序号负荷名称最大符合（KW）功率因素出线回数出线方式浮现 回路数近期五年规划1采煤15000160000.952架空线有重要负荷2化肥厂750010.952架空线有重要负荷3冶金11250125000.952架空线有重要负荷4汽车厂1170000.952架空线有重要负荷5电器厂560070000.952架空线有重要负荷6其她400080000.952架空线类负荷1.3 电力系统接线方式图 系统中所有的发电机均为汽轮发电机,送电线路均为架空线，单位长度正序电抗为0.4欧姆/公里图1.1 电力系统接线方式图2 变电所主变压器的选择2.1主变台数的拟定 为保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变，但一般不超主变。当只有一种电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。对大型枢纽变电所，根据工程的具体状况，应安装24台主变。 当变电所装设两台及以上主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时其他容量至少能保证所供一级负荷或为变电所所有负荷的6075%。一般一次变电所采用75%，二次变电所采用60%。2.2变压器形式的选择 （1）主变一般采用三相变压器，若因制造和运送条件限制，在220kv的边电所中，可采用单相变压器组。当装设一组单相变压时，应考率装设备用相，当主变超过一组，且各组容量满足全所负荷的75%时，可不装设备用相。 （2）当系统有调压规定期，应采用有载调压变压器。对新建的变电所，从网络经济运营的观点考虑，应注意选用有载调压变压器。其所附加的工程造价，一般在短期内是可以回收的。 （3）与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除低压负荷较大或与高中压间潮流不定状况外，一般采用自耦变压器，但仍需作经济比较。 （4）具有三种电压的变电所，例如220kv、110kv、63kv，一般采用三绕组变压器2.3主变容量的拟定 （1）为了对的的选择主变容量，要绘制变电所的年及日负荷曲线，并从该曲线得出变电所的年、日最高负荷和平均负荷。 （2）主变容量的拟定应根据电力系统5发展规划进行。 （3）变压器最大负荷按下式拟定： （2.1）式中 -负荷同步系数； -按负荷级别记录的综合用电负荷。 对于两台主变的变电所，其变压器的额定容量可按下式拟定： （2.2）总安装容量为： （2.3） 这样，当一台变压器停运，考虑变压器的过负荷能力为40%，则可保证98%的负荷供电。 根据计算，拟定变压器型号为SFD-63000/220表2.1重要参数高 压低 压额定容量阻抗电压空载损耗空载电流负载损耗 连接组标号YN,d11 本次设计的220kV降压变电所采用2台主变并列运营的方式。3 变电所电气主接线的选择 电气主接线是指变电所的变压器、输电线路如何与电力系统相连，从而完毕输配电任务，它是变电所的重要构成部分。采用何种主接线形式，与电力系统原始资料，发电厂、变电所自身运营的可靠性、灵活性和经济性的规定等密切有关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟订均有较大的影响。因此，主接线的设计必须根据电力系统、发电厂或变电所的具体状况，全面分析，对的解决好各方面的关系，通过技术经济比较，合理的选择主接线方案。3.1 电气主接线的设计原则 设计变电所电气主接线时，所遵循的总原则：符合设计任务书的规定；符合有关的方针、政策和技术规范、规程；结合具体工程特点，设计出经济合理的主接线。为此，应考虑下列状况： 明确变电所在电力系统中的地位和作用，变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的重要因素。变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、公司变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的规定也不同。考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据5电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络状况和潮流分布，来拟定主接线的形式以及连接电源数和出线回数。 考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响对一级负荷，必须有两个独立的电源供电，且当一种电源失去后，应保证所有一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一种电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需要一种电源供电。 考虑主变台数对主接线的影响,变电所主变的容量和台数，对主接线的选择将产生直接的影响。一般对大型变电所，由于传播容量大，对供电可靠性规定高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的规定也高。而容量小的变电所，其传播容量小，对主接线的可靠性灵活性规定不是很高。 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响,发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运状况下的应急规定。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当母线或断路器检修时，与否容许变压器、线路停运；当线路故障时容许切除线路变压器的数量等，都直接影响主接线形式的选择。3.2 电气主接线的基本规定 1、可靠性 供电的可靠性是电力生产和分派的首要规定，停电会对国民经济各部门带来巨大的损失，往往比少发电的价值大几十倍，会导致产品报废、设备损坏、人身伤亡等。因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。因事故被迫中断供电的机会越小，影响范畴越小，停电时间越短，主接线的可靠限度就越高。研究主接线可靠性应注意的问题如下： （1）考虑变电所在电力系统中的地位和作用。变电所是电力系统的重要构成部分，其可靠性应与系统规定相适应。如：对于一种小型的终端变电所的主接线一般不规定过高的可靠性，而对于一种大型超高压变电所，由于它在电力系统中的地位很重要，供电容量大、范畴广，发生事故也许使系统运营受到扰动，甚至失去稳定，导致巨大损失，因此其电气主接线应采用供电可靠性高的接线方式。 （2）变电所接入电力系统的方式。现代化的变电所都接入电力系统运营。其接入方式的选择与容量大小、电压级别、负荷性质以及地里位置和输送电能距离等因素有关。 （3）变电所的运营方式及负荷性质。电能生产的特点是发电、变电、输电、用电同一时刻完毕。而负荷的性质按其重要意义又分为类、类、类之分。当变电所设备运用率较高，年运用小时数在5000h以上，重要供应类、类负荷用电时，必须采用供电较为可靠的接线形式。 （4）设备的可靠限度直接影响着主接线的可靠性。电气主接线是由电气设备互相连接而成的，电气设备自身的质量及可靠限度直接影响着主接线的可靠性。因此，主接线设计必须同步考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。随着电力工业的不断发展大容量机组及新型设备投运、自动装置和先进技术的使用，均有助于提高主接线的可靠性，但不等于设备及其自动化元件使用得越多、越新、接线越复杂就越可靠。相反，不必要的接线设备，使接线复杂、运营不便，将会导致主接线可靠性减少。因此，电气主接线的可靠性是一次设备和二次设备在运营中可靠性的综合，采用高质量的元件和设备，不仅可以减小事故率，提高可靠性，并且还可以简化接线。此外，主接线可靠性还与运营管理水平和运营值班人员的素质有密切的关系。 2、灵活性 电气主接线应能适应多种运营状态，并能灵活的进行运营方式的转换。不仅正常运营时能安全可靠地供电，并且在系统故障或电气设备检修及故障时，也能适应调度的规定，并能灵活、简便、迅速地倒换运营方式，使停电时间最短，影响范畴最小。同步设计主接线时应留有发展扩建的余地。对灵活性的规定如下： （1）调度时，可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运营方式、检修运营方式以及特殊运营方式下的系统调度规定。 （2）检修时，可以以便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运营和对顾客的供电。 （3）扩建时，可以容易地从初期接线过度到最后接线。在不影响持续供电或停电时间最短的状况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并对一次和二次部分的改建工作量至少。 3、经济性 在设计主接线时，重要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。与使主接线可靠、灵活，必然要选高质量的设备和现代化的自动装置，从而导致投资的增长。因此，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。一般从如下方面考虑： （1）投资省。主接线应简朴清晰，节省断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等一次设备；使继电保护和二次回路但是于复杂，节省二次设备和控制电缆；限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；如能满足系统安全运营及继电保护规定，110kv及如下终端或分支变电所可采用简易电器。 （2）占地面积小。主接线设计要为配电装置布置发明条件，尽量使占地面积减少。 （3）电能损失少。在变电所中，正常运营时，电能损耗重要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压器而增长电能损耗。 此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，变电所接入系统的电压级别一般不超过两回。3.3 电气主接线的设计程序 电气主接线的设计随着着变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。在各阶段中随规定、任务的不同，其深度、广度也有所差别，但总的设计思路、措施和骤相似。其具体设计环节和内容如下。 （1）对原始资料进行分析，具体内容如下： 1）本工程状况。重要涉及：变电所类型；设计规划容量；变压器容量及台数；运营方式等。 2）电力系统状况。电力系统近期及远期发展规划（5）；变电所在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用；本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点地方式等。 3）负荷状况。负荷的性质及地理位置、电压级别、出线回路数及输送容量等。电力负荷在原始资料中虽已提供，但设计潮流应予以辨证地分析。由于负荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。如果设计时，只根据负荷筹划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金；否则电量供应局限性，就会影响其她工业的发展。 4）环境条件。本地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等因素对主接线中电器的选择和配电装置的实行均有影响。特别是国内土地广阔，各地气象、地理条件相差甚大，应予以注重。对重型设备的运送条件也应充足考虑。 5）设备制造状况。为使所设计的主接线具有可行性，必须对各重要电器的性能、制造能力和供货状况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性，经济性和可靠。 （2）拟定主接线方案。根据设计书任务书的规定，在原始资料分析的基本上，可拟定若干个主接线方案。由于对电源和出线回路数、电压级别、变压器台数、容量以及母线构造等考虑的不同，会浮现多种接线方案（近期和远期）。应根据对主接线的基本规定，从技术上论证各方案的长处，裁减某些明显不合理的方案，最后保存两个或三个技术上相称，又都能满足任务书规定的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得最优秀的技术合理、经济可行的主接线方案。 （3）主接线经济比较。 （4）短路电流计算。对拟定的电气主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。 （5）电器设备的选择。3.4 主接线的拟定方案及选择表3.1 220kV侧母线接线比较方式单母线分段接线双母线接线可靠性对重要顾客可以从不同段引出两个回路。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电。可以轮流检修母线而不致使供电中断。检修任一母线的隔离开关时，只停该路。母线故障后，能迅速恢复供电。灵活性当出线为双回时，常使架空线路浮现交叉跨越。扩建时需向两个方向均匀扩建。调度灵活。扩建以便。便于实验。经济性接线简朴清晰，设备较少。增长了母线的长度、隔离开关的数量和配电装置架构，占地面积增大，投资增多。隔离开关容易误操作，需在隔离开关和短路器之间装设联锁装置。表3.2 60kV侧母线接线比较方式双母线带旁路接线单母线分段带旁路接线可靠性1.可以轮流检修母线而不致使供电中断。2.检修任一母线的隔离开关时，只停该回路，旁路提高供靠性。3.母线故障后，能迅速恢复供电。1.对重要顾客可以从不同段引出两个回路。2.当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电，带旁路保证供电可靠性。灵活性1.调度灵活。2.扩建以便。3.便于实验。1.当出线为双回时，常使架空线路浮现交叉跨越。2.扩建时需向两个方向均匀扩建。经济性1.投资较小。1.接线简朴清晰，设备较少 本变电所的电压级别为220kV/60kV，220kV侧有进线2回，60kV侧有出线12回。根据主接线设计必须满足供电可靠性，保证电能质量，满足灵活性和以便性，保证经济性的原则，上面列表比较多种方案的特点，根据设计规定从中选出最佳方案. 根据以上几种方案的比较以及本次设计变电所的实际状况，一次侧为2回进线，并且根据负荷的不同变化需要常常变化主接线的运营方式，二次侧出线，有12回出线，并且顾客基本都是有重要负荷的，因此决定主接线的一次侧采用双母线接线；二次侧采用双母线带旁路母线接线。4 短路电流计算 产生短路的重要因素是电气设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的因素多因设备过电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路杆塔也能导致短路事故。所谓短路是指相与相之间通过电弧或其她较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。4.1 短路电流计算的目的、规定和环节 （1）短路电流计算的重要目的: 1）电气主接线的比较与选择。 2）选择断路器等电器设备，或对这些设备提出技术规定。 3）为继电保护的设计以及调试提供根据。 4）评价并拟定网络方案，研究限制短路电流的措施。 5）分析计算送电线路对通讯设施的影响 （2）短路电流计算一般规定 1）接线方式 计算短路电流所用的接线方式，应是也许发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运营方式），而不能用仅在切换过程中也许并列运营的接线方式。 2）计算容量 应按工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，一般取工程建成后的5。 3）一般按三相短路计算 4）短路计算点 在正常接线方式时，通过设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。 5）短路计算措施 在工程设计中，短路电流计算均应采用实用计算法。即在一定的假设条件下计算出短路电流的各个分量。 （3）计算环节-实用计算法 1）选择计算短路点。 2）绘出等值网络（次暂态网络图）。 3）化简等值网络：将等值网络化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。 4）求计算电抗。 5）由运算曲线查出各电源提供应的短路电流周期分量的标幺值。 6）计算无限大容量的电源提供应的短路电流周期分量的标幺值。 7）计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 8）计算短路电流冲击值。 9）绘制短路电流计算成果表。4.2 三相短路电流的计算 （1）等值网络的绘制 1）网络模型的拟定 计算短路电流所用的网络模型为简化模型，即忽视负荷电流；发电机用次暂态电抗表达；觉得各发电机电势模值为1，相角为0。 2)网络参数的计算 短路电流的计算一般采用标幺值进行近似计算。常取基准容量为一整数100MW或1000MW而将各电压级的平均额定电压取为基准电压即=1.05，从而是计算大为简化。 （2）化简等值网络 采用网络简化法将等值电路逐渐化简，求出各电源与短路点之间的转移电抗。在工程计算时，为进一步简化网络，减少工作量，长将短路电流变化规律相似或相近的同类型发电机可以合并；直接接于短路点的发电机一般予以单独考虑，无限大容量的电源应当单独计算。 （3）三相短路电流周期分量任意时刻的计算 进行网络简化时，求出各个等值电源与短路点之间的转移电抗，再将其换算成以等值电源容量为基准的标幺值，即为该电源的计算电抗。 = （4.1）式中 - 第i个等值电源的额定容量，MVA；i=1，2，n 。 1）无限大容量电源当供电电源为无限大容量或计算电抗3.45时，则可以觉得其周期分量不衰减，此时 （4.2） 2）有限容量电源 当供电电源为有限容量时，其周期性分量是随时间衰减的。这时工程上常采用运算曲线法来求得任意时刻短路电流的周期分量。 3）总的短路电流周期分量的有名值 最后将得到的各电源在某同一时刻供出的短路电流的标幺值换算成有名值，然后相加，便得到短路点某一时刻的三相短路电流周期分量，即 （4.3）式中 -有限容量供应的短路电流周期分量标幺值； -无限大容量电源供应的短路电流的标幺值； -短路点t秒短路电流周期性分量的有效值，kA 。 （4）三相短路电流冲击值的计算 三相短路电流的最大峰值出目前短路后半个周期，当f=50Hz时，发生在短路后0.01s，此峰值被称为冲击电流。其计算式为 式中 -冲击系数。（发电机出口1.9；其她地点1.8）本次设计所选的短路点取为变电所两台主变高压侧的点和低压侧并列运营时的。计算成果如下：表4.1 短路电流周期分量有效值：短路点0/S2/S4/S0.083kA0.083kA0.083kA0.373kA0.387kA0.433kA点冲击电流： 点冲击电流： 5 变电所保护装置5.1 变电所继电保护配备5.1.1 220kV及中性点直接接地电网线路保护配备在220kV中性点直接接地电网,线路得相间短路及单相接地短路保护均应动作于短路器跳闸.在下列的状况下,应装设一套全线速动保护:(1) 根据系统稳定规定有必要时.(2) 线路发生三相短路时,如使发电厂厂用母线电压低于容许值(一般约为70%额定电压),且其她保护不能无时限和有选择地切除短路时.(3) 如电力网的某些重要线路采用全线速动保护后,不仅改善本线路保护性能,并且可以改善整个电网保护的性能时. 1）对220kV线路,符合下面条件之一时,可装设二套全线速动保护: 根据系统稳定规定.复杂网络中,后备保护整定配合有困难时。对于需要装设全线速动保护的电缆短线路及架空短线路,可采用倒引线保护或光纤通道的纵联保护作为主保护,另装设多段式电流电压保护或距离保护作为后备保护.220kV线路宜采用近后备方式.但某些线路,如能实现远后备,则宜采用远后备,或同步采用远近结合的后备方式.2）220kV线路保护可按下列原则配备: 反映接地短路的保护配备对220kV线路,当接地电阻不不小于100时,保护应能可靠地,有选择地切除故障.如已满足装设一套或二套全线速动保护的条件,则除装设全线速动保护外,还应装设接地后备保护,宜装设阶段式反时限零序电流保护;也可采用接地距离保护,并辅以阶段式或反时限零序电流保护. 反映相间短路的保护装置对于220kV线路,一方面考虑与否装设全线速动保护.如装设全线速动保护.则除此,还要装设相间短路后备保护(如相间距离后备保护)和辅助保护(如电流速短保护).对单侧电源单回220kV线路,如不装设全线速动保护,可装设三相多段式电流电压保护作为本线路的主保护及后备保护,如不能满足敏捷性及速动性的规定期,则应装设相间距离保护作为本线路的主保护及后备保护.对双侧电源单源单回,如不装设全线速动保护,应装设相间距离保护作为本线路的主保护及后备保护.正常运营方式下,保护安装对短路,电路速短保护的敏捷系数在1.2以上时,可装设电流速短保护作为辅助保护.对于平行线间的相间短路,一般可装设横差动电流方向保护或电流平衡保护作为主保护.当敏捷度和速动性不能满足规定期,应在每一回线路上装设纵联保护作主保护,装设带方向后不带方向元件的多段式电流保护或距离保护作后备保护,并作为单回线运营时的主保护和后备保护.当采用近后备保护方式时,后备保护分别接于每一回线路上;当采用远后备方式时,则应接入双回线路的电流.对于平行线路的接地短路宜装设零序横差动保护作为主保护;装设接于每一回线路的带方向或不带方向的多段式零序电流保护作为后备保护,当作远后备保护时,可接两线路零序电流之和,以提高敏捷度.（4） 短线路纵差保护的整定计算34km及如下的短线路（涉及110kV及以上电压级别），无论是采用电流电压保护还是采用距离保护，常常都不能满足选择性、敏捷性和速动性的规定。在这种线路上常常需要采用纵差保护以适应系统运营的需要。发电厂厂用电源线（涉及带电抗器电源线），一般距离较短，宜装设纵差动保护。5.1.2 变压器保护的配备变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。它的安全运营直接关系到电力系统供电和稳定运营，特别是大容量变压器，一旦因故障损坏导致的损失就更大。因此必须真对变压器的故障和异常工作状况，根据其容量和重要限度，装设动作可靠，性能良好的继电保护装置。一般涉及：反映内部短路和油面减少的非电量（气体）保护，又称瓦斯保护。反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的差动保护，或电流速断保护作为变压器外部相间短路和内部短路的后备保护的过电流保护（或带有复合电压起动的过电流保护或负序电流保护或阻抗保护）。反映中性点直接接地系统中外部接地短路的变压器零序电流保护。反映变压器过负荷的变压器过负荷。反映变压器非全相运营的非全相保护。（1）纵联差动保护纵联差动保护是变压器的主保护之一。对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运营的变压器。10MVA及以上厂用备用变压器和单独运营的变压器，应装设纵联差动保护。对高压侧电压为330kV及以上变压器，可装设双重差动保护。（2）变压器相间短路的后备保护为避免外部相间短路引起的变压器过电流及作为变压器主保护的后备，变压器配备相间短路的后备保护。保护动作后，应带时限动作于跳闸。有关的规程规定：过电流保护宜用于将压变压器。复合电压（涉及负序电压及线路电压）起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联系变压器和过电流保护不符合敏捷性规定的降压变压器。负序电流和单相式低压启动的过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器。（3）变压器接地短路后备保护在中性点直接接地系统中，接地短路是常用的故障形式，因此处在该系统中的变压器要装设接地保护，以反映变压器高压绕组、引出线上的接地短路，并作为变压器主保护和相邻母线、线路接地保护的后备保护。电力系统接地保护时，国内，在220kV系统中，广泛采用中性点绝缘水平较高的分级绝缘变压器，其中性点可接地运营或不接地运营。如果中性点绝缘水平较低，则中性点必须直接接地运营。（4）变压器过负荷保护对于6.3MVA及以上电力变压器，当数台并列运营或单独运营，并作为其她负荷的备用电源时，应根据也许过负荷的状况，装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反映公共绕组及各侧过负荷的状况。过负荷保护采用单项式，带时限作用于信号。在无常常值班人员的变电所，必要时，过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。（5）变压器非电量保护变压器非电量保护重要涉及瓦斯保护、温度及压力保护等。由于非电量保护动作量不需电气量运算。一般根据运营经验、测试等措施获得。其配备原则为：1）瓦斯保护。瓦斯保护是油侵式变压器的主保护之一。当变压器壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当变压器壳内故障产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油侵式变压器的调压装置，也应装设瓦斯保护。轻微瓦斯动作于信号，大量瓦斯动作于断开变压器各侧断路器。2）变压器温度及压力保护。对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器原则的规定，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。5.2 变压器的多种保护原理（1） 瓦斯保护工作原理瓦斯保护是反映变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内多种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其她绝缘材料分解，产气愤体。气体从油箱经连通管流向油枕，运用气体的数量及流速构成瓦斯保护。瓦斯继电器是构成瓦斯保护的重要元件，它安装在油箱与油枕之间的连接管道上，如下图所示。图5.1 瓦斯继电器安装位置图为了不阻碍气体的流通，变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有11.5的升高坡度，通往继电器的连接管具有24的升高坡度。开口杯挡板式瓦斯继电器，其内部构造如下图所示。正常运营时，上、下开口杯2和l都浸在油中，开口杯和附件在油内的重力所产生的力矩不不小于平衡锤4所产生的力矩，因此开口杯向上倾，干簧触点3断开。 油箱内部发生轻微故障时，少量的气体上升后逐渐汇集在继电器的上部，迫使油面下降。而使上开口杯露出油面，此时由于浮力的减小，开口杯和附件在空气中的重力加上杯内油重所产生的力矩不小于平衡锤4所产生的力矩，于是上开口杯2顺时针方向转动，带动永久磁铁10接近干簧触点3，使触点闭合，发生“轻瓦斯”保护.油箱内部发生严重故障时，大量气体和油流直接冲击挡板8，使下开口杯l顺时针方向旋转，带动永久磁铁接近下部干簧的触点3使之闭合，发出跳闸脉冲，表达“重瓦斯”保护动作。当变压器浮现严重漏油而使油面逐渐减少时，一方面是上开口杯露出油面，发出报警信号，继之下开口杯露出油面后亦能动作，发出跳闸脉冲。图5.2 瓦斯继电器构造图（2） 瓦斯保护的原理接线图上面的触点表达“轻瓦斯保护”，动作后经延的发出报警信号。下面的触点表达“重瓦斯保护”，动作后起动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳闸。 图5.3 瓦斯保护原理接线图（3）瓦斯保护评价重要长处：动作迅速、敏捷度高、安装接线简朴、能反映油箱内部发生的多种故障。重要缺陷：不能反映油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。 因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，与纵差动保护互相配合、互相补充，实现迅速而敏捷地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的多种故障。 （4）瓦斯保护的反事故措施瓦斯保护动作，轻者发出保护动作信号，提示维修人员立即对变压器进行解决；重者跳开变压器开关，导致变压器立即停止运营，不能保证供电的可靠性，对此提出了瓦斯保护的反事故措施：将瓦斯继电器的下浮筒改为档板式，触点改为立式，以提高重瓦斯动作的可靠性。为避免瓦斯继电器漏水而短路，应在其端子和电缆引线端子箱上采用防雨措施。瓦斯继电器引出线应采用防油线。 瓦斯继电器的引出线和电缆应分别连接在电缆引线端子箱内的端子上。（5）瓦斯保护原理电路工作原理：1是瓦斯继电器；2是信号继电器；3是出口继电器；4是联片。当变压器内部发生轻微故障时，有轻瓦斯产生，瓦斯继电器的上触点闭合，作用于至延时信号；发生严重故障时，重瓦斯冲出，瓦斯继电器的下触点闭合，经信号继电器，发出报警信号，同步通过联片使出口继电器动作使断路器跳闸。瓦斯继电器的下触点闭合，也可以运用切换片XB切换位置，只给出报警信号。为了消除复合式瓦斯继电器的下触点在发生重瓦斯时也许有跳动（接触不稳定）现象，出口继电器有自保持触点。只要瓦斯继电器的下触点一闭合，CKJ就动作并自保持。当断路器跳闸后，断路器的辅助触点断开自保持回路，使CKJ恢复起始位置。 图5.4 变压器瓦斯保护原理图瓦斯保护的整定：轻气体保护的动作值采用气体容积表达。一般气体容积的整定范畴为250300立方厘米。对于容量在10MVA以上变压器，多采用250300立方厘米。气体容积的调节可通过变化重锤位置来实现。重气体保护的动作值采用油流流速表达。一般整定范畴在0.61.5m/s，该流速指的是导油管中油流速度。（6）变压器纵差动保护变压器纵联差动保护是一种比较完善的迅速保护。它能反映变压器绕组的相间短路、匝间短路、引出线的相间短路以及中性点直接接地、系统侧绕组和引出线上的接地短路、是大、中型电力变压器的重要保护方式。电力变压器纵联差动保护的基本原理用辅助导线或引出线将变压器两侧电流引入差动继电器，比较两端电流的大小和方向，从而判断被保护的变压器与否发生短路，以决定保护与否动作。变压器纵差动保护单相原理接线图所示。在变压器纵差动保护外部保护时一次侧流入的电流等于流出变压器的电流因此不平衡电流很小。差动继电器不动作。当D2点短路时此时流过差动回路的电流为。此时电流不小于差动继电器动作电流，继电器动作跳闸。在实现变压器差动保护时，应考虑变压器高、低压两侧电流的大小和相位，一般讲它们都不同。故在实现变压器差动保护时，应先考虑对两侧电流进行相位补偿，再进行数值补偿，都能保证正常运营和外部短路时继电器中的电流等于零（抱负）。此外，在实现差动保护时，还应考虑两个特点，一种是变压器励磁涌流，另一种是变压器差动保护的不平衡保护。按环流法接线变压器纵差是运用比较变压器的高压侧和低压侧的电流和幅值和相位的原理构成的。它重要是由接于差动回路的三个差动继电器构成。为了扩大纵差保护范畴，电流互感器应尽量接近断路器。本设计的变压器容量为16MVA，因此采用的是BCH-2型差动继电器。她重要是用于两绕组或三绕组电力变压器以及变流发电机的单相差动保护线路中作为主保护，继电器能避免在非故障状态时浮现的暂态电流的作用。BCH-2型差动继电器由两部分构成：DL-11型电流继电器和中间速饱和变流器。当变压器正常运营或外部故障时，注入差动继电器的电流为不平衡电流。由于预先选择好两侧电流互感器的变比和接线方式，故该不平衡电流值很小，注入电流继电器内的电流（为两侧电流互感器二次侧电流之差），保护不动作。当保护区内发生故障时，只要不平衡电流大雨继电器的启动电流，则继电器动作，瞬时使变压器的两侧断路器19DL和20DL跳闸。由于变压器各侧额定电压和额定电流不同，故须合适选择两侧电流互感器的变比，使它们的变比等于变压器的变比。此外，在实现变压器差动保护时，还应考虑变压器励磁涌流和变压器差动保护的不平衡电流。变压器的励磁涌流只在电源侧流过，它反映倒变压器差动保护中，就构成不平衡电流但是正常运营时励磁电流只但是时额定电流的35。当外部短路时由于电压下降。则此时的励磁电流也相应的减少，其影响就变小。故可不考虑。图5.5 变压器纵差动保护原理接线在变压器空载投入或外部故障切除后，电压恢复时的励磁电流很大。可达额定电流的510倍。因此。必须考虑励磁涌流的影响以便更好的躲过励磁涌流。励磁涌流具有很大的非周期分量。并且偏向时间轴一侧。励磁涌流中具有大量的高次谐波分量，其中2次谐波占较大比例，额短路电流中2次谐波成分很小，有间断角。变压器差动保护中不平衡电流重要由电流互感器误差不一致、电流互感器和自耦变压器变比原则化等因素产生。注意：由于本设计变压器为两绕组变压器，接法为Y/D-11。因此变压器角型侧电流互感器为星型接法，变压器星型测侧电流互感器为角型接法。这样做可以补偿幅值和相位。1）BCH2型差动保护BCH2型差动继电器由一种执行元件DL11/0.2型电流继电器和一种带短路绕组的三柱铁芯速饱和变流器构成。平衡绕组的作用：由于差动保护中两侧电流互感器的磁路不也许完全相似，且计算变比与选用变比不相似，因此平时总有不平衡电流流过继电器，为了减少它的影响，可把平衡绕组接入差动保护的一臂中，起到电流数值的补偿作用。有了短路绕组后，当差动绕组中通过具有非周期分量电流时，能自动增大继电器动作电流的限度将比没有短路绕组时更明显，这就是BCH2型可靠地躲过外部短路时暂态不平衡电流或变压器空载投入时的励磁涌流的因素。2）变压器差动保护的方式采用BCH2型差动继电器的差动保护，变压器差动保护的整定计算，差动继电器动作电流的整定计算。在正常运营时，避免电流互感器二次回路断线时引起差动保护误动作。因此保护装置的起动电流应不小于变压器的最大负荷电流（当不能拟定期，用变压器的额定电流替代）。躲过变压器的励磁电流: 即： （5.1） 式中 可靠系数，取1.3； 变压器基本侧的额定电流；躲过外部短路时的最大不平衡电流 （5.2）式中 可靠系数，取1.3； 电流互感器相对误差，取0.1； 电流互感器同型系数，取1； 外部短路时流过基本侧的最大短路电流； 变压器分接头变化而引起的误差； 继电器整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差。计算动作电流时，先用0.05进行计算。躲开电流互感器二次回路断线时变压器的最大负荷电流 （5.3）式中 变压器正常时归算到基本侧的最大负荷电流。差动保护的敏捷度校验，按变压器内部短路故障时最小短路电路校验。 （5.4）式中 内部短路故障式流入继电器的最小短路电流，已归算到基本侧； 基本侧保护一次动作电流；若为单侧电源变压器，应为电源侧保护一次动作电流。（7） 复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护宜用于升压变电器、系统联系变压器和过电流保护不满足敏捷度规定的降压变压器。保护的三相原理接线图如图：复合电压起动的过电流保护由电流继电器 1KA、2KA、3KA，低电压继电器KVU、负序电压继电器KVN和中间继电器KM、时间继电器KT、信号继电器KS、出口继电器KCO构成。图5.6 复合电压起动的过电流保护原理图 正常运营时，由于负序电压，因此负序电压继电器KVN不动作，动断触点闭合，将线电压Uac加在低电压继电器KVU上，其动断触点打开，保护装置不动作。保护区内发生多种不对称短路故障时，负序电压滤过器Z有较高的输出电压，帮KVN动作，动断触点打开，低电压继电器KVU失压，KVU动作，其动断触点闭合，使中间继电器KM励磁。此时，电流继电器到少有两个动作，于是起动时间继电器KT，经预定延时，动作于跳闸。保护区内发生三相短路故障时，由于负序电压，因此KVN不动作，同步三相电压均减少，低电压继电器处在动作状态，起动中间继电器KM。KM起动后，动作状况与不对称短路相似。应当指出，虽然三相短路故障时浮现负序电压，也不会影响保护的对的动作。当电压互感器二次回路发生断线时，低电压继电器动作，而整套保护装置不会动作，故只通过中间继电器发出断线信号，由运营人员进行解决。根据如下规定：对由外部相间短路引起的变压器过电流应按规定装设相应的保护作为后备保护。保护动作后，应带时限动作于跳闸。过电流保护宜用于降压变压器，保护的整定值应考虑事故时也许浮现的过负荷。外部相间短路保护应装于变压器下列各侧，各项保护的接线，宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的故障。双绕组变压器，应装于主电源侧。根据主接线状况，保护可带一段或两段时限，较短的时限用于缩小故障影响范畴，较长的时限用于断开变压器各侧断路器。和变压器后备保护设计原则：变压器后备保护应作为相邻元件及变压器自身主保护的后备。但当为满足远后备而使接线大为复杂化时，容许缩短对相邻线路的后备保护范畴。变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的敏捷系数。变压器后备保护应尽量独立，而不由发电机的后备保护替代。变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。最后采用复合电压起动的过电流保护。由于过电流保护的动作电流按最大负荷电流整定，敏捷度往往满足不了规定。低电压起动的过电流，它的电流元件可按变压器额定电流整定，保护的敏捷度有所提高，但若低电压继电器只装在变压器一侧，当在另一侧发生相间短路时，低电压继电器的敏捷度往往不够，为此在变压器两侧都需要装设低电压继电器，这就使其接线复杂化了，这里也不采用。而负序过电流保护虽然也满足设计规定，但其整定计算比较复杂，一般只用于大容量升压变压器和系统联系变压器，不符合本次设计的具体规定，因此也不予以考虑。复合电压起动的过电流保护，其电压起动元件是由低电压继电器和负序电压继电器构成。当发生三相短路时，短路初瞬总会浮现负序电压，负序电压继电器动作，断开加在低压继电器上的电压，从而使其动作。负序电压消失后，虽然低电压继电器重新接于线电压上，但由于三相短路电压较低，不能返回于动作状态。当发生不对称短路时，故障相电流继电器动作，负序电压继电器动作，致使低电压继电器动作，最后将变压器两侧断路器断开。这里的低电压继电器和负序电压继电器相称于接在一种