110kv变电站电气二次部分设计说明书-学位论文

河南理工大学毕业设计说明书110KV变电站电气(二次部分)设计摘要- 2 -一、设计任务书- 4 -二、原始资料分析- 5 -三、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、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、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、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、备用电源自动投入装置- 35 -八、母线保护- 38 -一、 母线保护简介- 38 -二、 母线的保护方式- 38 -九、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- 43 -参考文献- 44 - 45 -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 继电保护 保护整定 检验计算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.一、 设计任务书1、 题目：焦作市群英110KV变电站电气（二次部分）设计设计任务：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。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）35KV东城花园50000.851架空15槐店乡90000.851架空8耐火材料厂50000.851架空7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510KV17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区政府20000.851架空7二、 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）35KV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 机械厂84.960.851510KV17中20.970.915医院32.250.813农药厂0.70.490.8217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：由以上式子可以得出：三、 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、 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型号额定容量（KVA）额定电压（KV）连接组别阻抗电压（%）空载电流（%）损耗（KW）高压中压低压高低高中中低空载负载SFSZ9-50000/1105000011081.25%38.522.5%10.5YN yn0 d111810.56.50.9158.8225依据以上参数进行阻抗折算，计算过程过程如下：=11=-0.5=7 （记为0）二、 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；3、扩建时向两个方向均衡扩建。系统接线图如下：图（3-1）四、 短路电流计算一、 概述1、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1）三相短路。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，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。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。6） 短路后0.2S后的短路容量：用来校验断路器的遮断容量。二、 短路计算1、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. 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,则这一元件的各已知量的标幺值分别为,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(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）元件名称已定参数电抗平均值计算公式通用式=100MVA变压器额定容量阻抗电压百分比10KV架空线路平均电压每千米电抗线路长度L0.435KV架空线路平均电压每千米电抗线路长度L0.425线路接线见图如下：图4-1画出等值电路图：图4-2X1、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、 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：X系统XT1X1XT1图4-3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XT1XT1X2XT3XT3所以10KV总短路电抗为： 短路电流为：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： 当电阻值允许忽略不计时，式中： 、-变压器的电阻、电抗、阻抗；-变压器以额定值为基准的阻抗电压百分数；-变压器短路损耗（KW）（2）线路式中： 、-线路单位长度的电阻和电抗（）； -线路运行的额定电压（KV）电流短路计算如下：短路冲击电流为：（KM去值1.8）冲击电流最大有效值为：四、 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）ich110kV母线（并列）3.3355.078.4935kV母线（并列）6.249.4815.8810kV母线（并列）17.4926.58344.52五、 线路保护一、 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：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%。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。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 、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、 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35KVXL化肥厂图5-110kv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10KVXL医院图5-2 表4-135kv10kv最大运行最小运行最大运行最小运行4.85KA4.20KA5.05KA4.375A四、 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）：校验： (满足要求)定时限过电流保护（段保护）：可靠系数，取1.2自起动系数，取1.3返回系数，取0.85校验：1.5 (符合要求)4.4.2 10kv侧线路保护整定瞬时电流速断保护（段保护）：校验： （满足要求）定时限过电流保护（段保护）：校验：1.5 (符合要求)六、 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。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；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，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）-过负荷保护装置动作电流整定值（A）；-变压器额定电流（A）;-电流互感器变比。（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。 -过负荷系数，一般取23，当无自启动电动机时，取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 式中： -相对灵敏系数；-最小运行方式下变压器低压侧三相短路稳态电流(A)；-保护装置一次动作电流（A）。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CT接线方式：DdyCT一次电流计算：2749选用CT变比：标准变比100300600CT二次额定电流所以选定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：-可靠系数，取1.3；-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。-基本侧的变压器额定电流。（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： -变压器基本侧的最大负荷电流，当无法确定时，可用基本侧的额定电流。（3）躲开外部短路时的最大不平衡电流：最大外部短路电流； -可靠系数，取1.3-电流互感器允许最大相对误差，取0.1；变压器高中压侧分接头改变而引起的误差，一般取调整范围的一半；-电流互感器的同型系数；-非周期分量系数，取1.52；当采用速饱和变流器时，可取1。（4）确定基本侧工作线圈匝数：继电器的动作电流： 基本侧工作线圈匝数： ，故选择14匝。重新计算继电器动作电流和保护的动作电流：保护一次实际动作电流为：确定非基本侧工作线圈匝数和平衡线圈匝数：所以选： 整定匝数与计算匝数不等而产生的误差：0.050.05灵敏系数校验： 由以上计算可得：DCD-2型差动继电器的插头位置在A2-B1时满足要求。五、 变压器过流保护整定计算图5-2 变压器过流保护单相接线原理图过流保护采用三相式接线，且保护应装在电源侧。保护的的动作电流应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即： -可靠系数，一般取1.2 1.3；-返回系数，一般取0.80.9。确定时，应考虑下列两种情况：（1） 对并列运行的变压器，应考虑切除一台变压器以后所产生的过负荷。若变压器容量相等，则 -并列运行的变压器台数；-变压器的额定电流；（2） 对降压变压器，应考虑负荷中电动机自起动的最大电流，则 -自起动系数。对110kv降压变电站，610kv侧取1.52.5；35kv侧取1.52.0。-正常运行时最大负荷电流。保护的灵敏度为： 在被保护变压器受电侧母线上短路时，1.52；在后备保护范围末端短路时，1.2。整定计算由于选用的是两台变压器并列运行，所以：图5-3 变压器的连接方式的确定（归算至110kv侧） 确定 对考虑情况（1）：1.5 （符合要求）对考虑情况（2）：1.2 (符合要求)七、 备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置（BZT）可装设在备用电源进线开关或备用变压器高压侧开关上，也可装在双电源供电的变电所分列运行的母线联络开关上，当供电线路发生故障时，BZT自动投入，以保证供电的可靠性和缩短继电保护的动作时间。 应用BZT装置的一次接线图如图7-1所示，图7-1(A) 是备用电源自动投入的例子。正常情况下，由电源发生故障时，QF1跳闸，在BZT作用下，QF2自动投入，则可保持不间断供电。图7-1(B) 是双电源分段母线采用BZT的例子。当任一电源线路发生故障时，它的断路器跳闸，该母线失去电源，在BZT的作用下，分段开关QF5自动投入，则可保证全变电所的不间断供电。BZT通常按工作母线失去电压原则启动，而且只能在电源断路器断开后投入，动作只应一次。停电间隔应尽可能短，一般为0.5-1.5s，以利于电动机自启动。如图7-2所示是BZT一种典型原理接线。KV1、KV2为抵押继电器，KV1用于反应工作母线电压的消失，KV2为备用电源监视器。KT为时间继电器。它的延时是为了躲开配出线短路时母线电压降低而使KV1启动，利用KT的延时大于配出线电路速断保护的动作时间，以防止BZT误投入。BSJ为闭锁延时继电器，其任务是保证备用电源只合闸一次。BZT的动作情况如下。正常工作时一次回路的QF1、QF3闭合，电源S1供电，QF2断电，电源S2母线上有电，处于备用状态。由于QF3闭合，其辅助接点2-2闭合，BSJ线圈有电，延时断开接点闭合，为BZT投入做好准备。故障时当电源S1线路上发生故障时，QF1跳闸，工作母线失去电压，KV1失电，其常闭接点闭合。若此时备用母线上电压正常，KV2的常开接点闭合，于是KT线圈有电，其接点延时后闭合，使中间继电器KM1有电，接通QF3的跳闸线圈，QF3接点切断，其辅助接点3-3闭合，使KM2有电，向QF2送出合闸脉冲，使备用电源投入。闭锁继电器BSJ室为保证备用电源只投入一次而设的，在工作电源正常供电时，它的线圈有电，接点闭合，当QF3跳闸后，其辅助接点2-2断开，BSJ线圈即失电，但其接点延时0.5-0.8s断开，以保证QF可靠的合闸。如果备用电源投入到母线的永久性故障上，则QF2将被继电保护断开，这时由于BSJ的接点已断开，QF2便不会再次投入。图5-3图7-2八、 母线保护一、 母线保护简介母线是电能集中和分配的重要设备，发电厂和变电所的母线是电力系统的重要组成元件之一。当母线上发生故障时，将使连接于母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。甚至在电力系统中枢变电所的母线上发生故障时，还可能使电力系统稳定运行受到破坏，因而造成比较严重的后果。母线故障的原因很多，母线上发生短路故障主要是各种类型的接地和相间短路。二、 母线的保护方式母线的保护方式有两种：一种是利用供电元件的保护兼做母线保护，它利用变压器的过电流保护切除低压母线故障；另一种是采用专门的母线保护，利用完全电流差动母线保护。利用变压器过流保护切除低压母线故障。图8-1对于降压变电所低压侧采用分段母线的系统，正常运行时QF5断开，则K点故障就可以由变压器下的过流保护使QF1、QF2跳闸予以切除。专用母线保护（完全电流差动母线保护）工作原理接线图如下：图8-2在正常运行或外部故障时，流入差动继电器的电流为不平衡电流；在母线故障时，流入差动继电器的电流为故障点短路电流的二次值，该电流足够使差动继电器动作而起动出口继电器，使断路器QF1、QF2、QF3跳闸。九、 防雷保护和接地设计一、 直击雷保护1、 保护对象屋外配电装置、输电线路、变电所电气设备与建筑物2、 保护措施1）屋外组合导线装设独立避雷针；2）110KV配电装置装设独立避雷针；3）主变压器装设独立避雷针。3、 避雷针装设应注意的问题应妥善采用独立避雷针和构架避雷针，其联合保护范围应覆盖全所保护对象。根据电力设备过电压保护技术规程SDJ776规定：独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m。110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在其构架或房顶上；6KV及以上的配电装置，允许将避雷针装在其构架或房顶上；35KV及以下高压配电装置，构架或房顶上不宜装设避雷针。装在构架上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。在主变压器的门型构架上，不应装设避雷针、避雷线。110KV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架上；35KV配电装置可将线路的避雷线引接到出线门型架上，但应集中接地装置。我国规程规定:(1)110KV及以上的配电装置,一般将避雷针在构架上。但是在土壤电阻率m的地区,仍宜装设独立避雷针,以免发生反击;(2)35KV及以下的配电装置应采用独立避雷针来保护;(3)10KV的配电装置,在的地区宜采用独立避雷针,在的地区容许采用构架避雷针。变电站的直击雷防护设计内容主要是选择避雷针的指数、高度、装设位置、验算它们的保护范围、应有的接地电阻、防雷接地装置的设计等。二、 雷电侵入波保护1、 保护措施避雷器结合进线段保护。装设阀式避雷器是变电站对雷电过电压波进行防护的主要措施,它的保护作用主要是限制过电压波的幅值.但是为了使阀式避雷器不至与负荷过重(流过的冲击电流过大)和有效的发挥其保护功能,还需要有”进线段保护”与之配合,这是现代变电站防雷接线的基本思路。阀式避雷器的保护作用基于三个前提:它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合在一切电压波形下,前者均处于后者之下它的伏安特性应保证其残压低于被保护绝缘的冲击电气强度被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内。2、 避雷器的设置参考电力设备过电压保护技术规程SDJ779中的规定：第78条：变电站的每相母线上都应装设阀型避雷器,应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近架设集中接地装置。第80条：大接地短路电流系统中的中性点不接地变压器如中性点绝缘按线电压设计，应在中性点装设保护装置。第83条：与架空线联络连接的三绕组变压器的10KV绕组，如有开路运行的可能，应采用防止静电感应电压危害该绕组绝缘的措施。在其一相出线上装设一只阀型避雷器。第85条：变电站310KV配电装置应在每相母线和每路架空线上装设阀型避雷器；110KV，35KV，10KV每段母线上均装一组避雷器；变压器35KV侧每一相上装一个避雷器，10KV侧在一相上装一个避雷器；110KV中性点为分级绝缘且装有隔离开关，故需装一个避雷器；35KV架空出线连接处应装设一组避雷器。3、 变电站的保护根据该变电站的实际情况需要设置四只避雷针分布在四周。因为土壤电阻率cm,仍宜装设独立避雷针,以免发生反击; 选取避雷针高h=50m相邻两针的距离D=60m对角的两针相距D=被保护物高 当时相邻两针间外侧保护半径为：相邻两针间保护范围为：相邻两针高水平面上的保护范围为：对角两针间的保护范围为：对角两针高水平面上的保护范围为：致谢经过近两个月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及同学们的支持，想要完成这个设计是很困难的。 在这里首先要感谢我的指导老师齐老师。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。其次要感谢和我一起作毕业设计的同学，他们在本次设计中帮我解决了很多困难。最后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。参考文献1 范锡普.发电厂电气部分 中国电力出版社. 1987年版2 贺家李、宋从矩电力系统继电保护原理 中