畢業(yè)設計（論文）-110KV變電站電氣(二次部分)設計.doc

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1、河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 1 - 摘要摘要.- 2 - 一、一、設計任務書設計任務書 - 4 - 二、二、原始資料分析原始資料分析 - 5 - 三、三、一次部分的相關設計一次部分的相關設計 - 6 - 一、主變壓器的選擇極其參數(shù).- 6 - 二、電氣主接線設計及其參數(shù).- 7 - 四、四、短路電流計算短路電流計算 - 9 - 一、概述.- 9 - 二、短路計算.- 11 - 三、短路電流計算：.- 14 - 四、短路電流計算結果.- 17 - 五、五、線路保護線路保護 - 17 - 一、 電力系統(tǒng)繼電保護的作用- 17 - 二 、輸配電線保護- 21 - 三、 線路末端短路電流- 22

2、- 四、 線路保護整定- 23 - 六、六、變壓器的保護變壓器的保護 - 24 - 一、 變壓器裝設的保護- 24 - 1、 變壓器裝設的保護種類.- 24 - 二、變壓器保護的整定方法.- 26 - 1、 變壓器電流速斷保護.- 26 - 四、縱差保護的整定計算.- 30 - 五、 變壓器過流保護整定計算- 33 - 七、七、備用電源自動投入裝置備用電源自動投入裝置 - 35 - 八、八、母線保護母線保護 - 38 - 一、 母線保護簡介- 38 - 二、 母線的保護方式- 38 - 九、九、防雷保護和接地設計防雷保護和接地設計 - 40 - 一、直擊雷保護.- 40 - 二、雷電侵入波保護

3、.- 41 - 致謝致謝.- 43 - 參考文獻參考文獻.- 44 - 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 2 - 摘要摘要 本次設計任務旨在把大學所學各科專業(yè)知識的結合到一起，整體的了解電 力系統(tǒng)等方面的知識。首先根據(jù)任務書上所給相關資料，分析負荷發(fā)展趨勢。 然后通過對擬建變電站的概況以及出線方面來考慮，并對負荷資料的分析，以 及從安全、經(jīng)濟及可靠性等方面考慮，確定了 110kV，35kV，10kV 輸電線路及 母線的主接線，然后又通過負荷計算及供電范圍確定了主變壓器臺數(shù)及型號。 最后，根據(jù)短路計算結果，確定線路保護、變壓器保護、母線保護、防雷 保護的保護方案，根據(jù)保護方案對保護進行整定計算，確

4、定設計之后再對保護 的總體進行分析論證，檢驗二次回路的設計是否合格，從而完成了 110kV 電氣 二次部分的設計。 關鍵詞：變電站關鍵詞：變電站 繼電保護繼電保護 保護整定保護整定 檢驗計算檢驗計算 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 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 securi

5、ty, 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 tas

6、k 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, capa

7、city 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, pr

8、event the thunder from protecting. Thus finished electric designs of the part two times of 110kV. 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 4 - 一、一、設計任務書設計任務書 1、題目：題目：焦作市群英 110KV 變電站電氣（二次部分）設計 設計任務：設計任務：電氣一次部分 （1）：變電站總體分析 （2）：負荷分析計算與主變壓器選擇 （3）：電氣主接線設計； （4）：短路電流計算及主要電氣設備選擇； （5）：配電裝置及電氣總平面布置設計。 2、電氣二次部分 要求：決定保護方案，對各種保護的整定計算、分析

9、和論證。 3、設計原始資料設計原始資料 群英 110KV 變電站處于焦作市山陽區(qū)，地平、交通便利，進出線方便，空 氣污染輕微；待設計變電所選在黃沙土地上，土壤電阻率 P500*M。平均海 拔 200 米，最高氣溫 40，最低-10，年平均氣溫 20，最熱月平均氣溫 30，土壤溫度 25。冬季主導風向：西北；最大風速：25m/s；覆冰厚度： 8mm。系統(tǒng)通過 110KV I、II 修馬 T 架空線路向變電站供電，距離 30KM，系 統(tǒng)最大運行方式折算至設計變電站高壓母線的阻抗標幺值 0.15，=100MVA。 j S 系統(tǒng)容量設計時計算值為 500MVA。 表 1-1 負荷情況 電 壓 負荷 名

10、稱 每回最大 負荷 （KW） 功率因數(shù)回路數(shù)供電方式 線路長 度 （km） 東城花園 50000.851 架空 15 槐店鄉(xiāng) 90000.851 架空 8 35K V 耐火材料 廠 50000.851 架空 7 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 5 - 化肥廠 100000.851 架空 11 白鯊針布 40000.851 架空 3 保險公司 70000.851 架空 4 機械廠 80000.851 架空 5 17 中 20000.91 架空 5 醫(yī)院 30000.81 架空 3 農(nóng)藥廠 7000.821 架空 7 紫水小區(qū) 12000.851 架空 4 紫弦庭苑 10000.81 架空 5 鑫

11、鴛鴦集 團 5000.81 架空 2 面粉廠 6000.851 架空 5 10K V 區(qū)政府 20000.851 架空 7 二、二、原始資料分析原始資料分析 為了計算用電負荷情況，據(jù)原始資料中最大有功及功率因數(shù)，算出最大無 功，得出以下數(shù)據(jù): 電 壓 負荷 名稱 最大有功 功率 （MW） 最大無功 功率 （MVAr） 功率因數(shù)回路數(shù) 線路長 度 （km） 東城花園 53.100.85115 槐店鄉(xiāng) 95.580.8518 耐火材料廠 53.100.8517 化肥廠 106.200.85111 白鯊針布 42.840.8513 保險公司 74.340.8514 35K V 機械廠 84.960.

12、8515 17 中 20.970.915 醫(yī)院 32.250.813 10K V 農(nóng)藥廠 0.70.490.8217 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 6 - 紫水小區(qū) 1.20.740.8514 紫弦庭苑 10.750.815 鑫鴛鴦集團 O.50.380.812 面粉廠 0.60.370.8515 區(qū)政府 21.240.8517 對待建變電站的總體負荷分析，按系統(tǒng)最大運行方式分析情況如下： 48(MW)87410595P35 11(MW)20.60.511.20.732P10 )30.12(MVAr4.964.342.846.203.105.583.10Q35 )7.19(MVA1.240.

13、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、一次部分的相關設計一次部分的相關設計 設計中的一次部分設備選擇來自于耀偉同學的焦作市群英 110KV 變電 站電氣（一次部分）設計 ，本設計中不詳細寫出選擇設備的相關過程，這里 直接寫出型號和相關參數(shù)。 一、一、 主變壓器的選擇極其參數(shù)主變壓

14、器的選擇極其參數(shù) 在一次設計中選擇的變壓器型號為 SFSZ9-50000/110，根據(jù)變壓器的型號 可知，該變壓器是三相三繞組式變壓器。 變壓器的基本參數(shù)如下：表 3-1 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 7 - 額定電壓 （KV） 阻抗電壓 （%） 損耗 （KW） 型號 額定 容量 （KVA ） 高 壓 中 壓 低 壓 連 接 組 別 高 低 高 中 中 低 空載 電流 （% ） 空 載 負 載 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

15、依據(jù)以上參數(shù)進行阻抗折算，計算過程過程如下： =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 （記為 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 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 8 - 二、二、 電氣主接線設計及其參

16、數(shù)電氣主接線設計及其參數(shù) 電氣主接線的設計要求 主接線的設計是一個變電站設計中非常重要的一部分，無論是一次部分還 是二次部分都是必不可少的。 “變電所主接線形式應根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位、作用、回路數(shù)、 設備特點及負荷性質等條件確定，并且應滿足運行可靠、簡單靈活、操作方便 和節(jié)約投資等要求。 ” （35110KV 變電所設計規(guī)范第 3.2.1 條） 主接線設計的基本要求為： (1)供電可靠性。主接線的設計首先應滿足這一要求；當系統(tǒng)發(fā)生故障時， 要求停電范圍小，恢復供電快。 (2)適應性和靈活性。能適應一定時期內沒有預計到的負荷水平變化；改變 運行方式時操作方便，便于變電所的擴建。 (3)經(jīng)

17、濟性。在確保供電可靠、滿足電能質量的前提下，要盡量節(jié)省建設投 資和運行費用，減少用地面積。 (4)簡化主接線。配網(wǎng)自動化、變電所無人化是現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展必然趨勢，簡 化主接線為這一技術全面實施，創(chuàng)造更為有利的條件。 (5)設計標準化。同類型變電所采用相同的主接線形式，可使主接線規(guī)范化、 標準化，有利于系統(tǒng)運行和設備檢修。 在一次部分設計中采用的方案是： 110KV 側采用單母分段式接線 35KV 側及 10KV 側均采用單母分段式接線 選擇此種接線形式的分析與評價： 優(yōu)點：1、用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回 路，有兩個電源供電；2、當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段

18、切 除，保證正常段母線不間斷供電和不致使大面積停電。 缺點：1、當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的問路都 要在檢修期間內停電；2、當出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越； 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 9 - 3、擴建時向兩個方向均衡擴建。 系統(tǒng)接線圖如下：圖（3-1） 變變壓壓器器T1變變壓壓器器T2 系系統(tǒng)統(tǒng)一一 系系統(tǒng)統(tǒng)二二 110KV母母線線 35KV母母線線 10KV母母線線 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 10 - 四、四、短路電流計算短路電流計算 一、一、 概述概述 1、短路的原因、短路的原因 1）電氣設備或載流導體等因絕緣老化、遭受機械損傷，雷擊、過電壓等

19、原因引起絕緣損壞； 2）架空線路因大風、導線覆冰引起電桿倒塌等，或因鳥獸跨接裸體導體 等； 3）電氣設備因設計、安裝、維護不良等所致的設備缺陷引發(fā)的短路； 4）運行人員違反安全操作規(guī)程而誤操作，如運行人員帶負荷拉隔離開關， 線路或設備檢修后不拆除接地線直接加上電壓等。 2、計算短路電流的目的、計算短路電流的目的 計算短路電流的目的有：保障電力系統(tǒng)的安全運行、正確選擇電氣設備、 校驗電氣設備。避免在短路電流損壞電氣設備，如果短路電流過大，需采用限 流措施，以及進行繼電保護裝置的整定計算。而該變電站原短路電流由于是在 不考慮電纜電阻的情況下計算的,這樣會致使在選擇和校驗設備上產(chǎn)生誤差，造 成設備損

20、壞和運行不當。所以,為了變電站更加安全的運行,在短路電流上我們 需考慮電纜電阻。 3、 短路電流的危害短路電流的危害 所謂短路，就是電力系統(tǒng)中一切不正常的相與相之間或相與地直接發(fā)生通 路的情況。在電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時，在回路中短路電流比額定電流大幾 倍至幾十倍。短路電流通過電氣設備和導線必然產(chǎn)生很大的電動力，并且使設 備溫度急劇上升，有可能致使損壞設備和電纜；在短路點附近電壓顯著下降， 造成這些地方供電中斷或影響其正常工作；發(fā)生接地短路時所出現(xiàn)的不對稱短 路電流，將對通信線路產(chǎn)生干擾；當短路點離發(fā)電廠很近時，會造成發(fā)電機失 去同步，致使整個電力系統(tǒng)的運行解列。 4、短路的種類、短路的種類

21、1）三相短路。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 11 - 2）兩相短路。 3）兩相短路接地。 4）單相短路（接地） 。 三相短路是對稱短路，此時三相電流和三相電壓仍然是對稱的，只是三相 電流特大。除三相短路外的其他短路都是不對稱性短路，每相電流和電壓數(shù)值 不相等，相角也不同。 5、短路電流的暫態(tài)過程、短路電流的暫態(tài)過程 當電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，由于短路回路存在著電感，電流不能突變， 因此有一個暫態(tài)過程。短路電流隨時間變化，最后達到穩(wěn)定值。 短路全電流 id 由對稱的周期分量和不對成的非周期分量兩部分合成， z i f i 即。周期分量先開始衰減，然后逐漸增加到穩(wěn)態(tài)值。非周期分量 dzf ii

22、i z ii 按指數(shù)規(guī)律衰減，其衰減時間常數(shù)為 0.05-0.2。 6、計算各短路電流的目的 1） 短路沖擊電流：用來校驗電氣設備和母線的動穩(wěn)定。 ch i 2） 短路全電流最大有效值 Ich（第一周期短路全電流有效值）：用來校 驗電氣設備和母線的動穩(wěn)定。 3）超瞬變短路電流有效值 I：用來作繼電保護的整定計算和校驗斷路器 的短流量。 4） 短路后 0.2 秒后的短路電流周期分量有效值：用來校驗斷路器的 0.2 I 斷流量。 5）穩(wěn)態(tài)短路電流有效值：用來校驗電氣設備和載流部分的熱穩(wěn)定。 I 6） 短路后 0.2S 后的短路容量：用來校驗斷路器的遮斷容量。 0.2 s 二、二、 短路計算短路計算

23、 1、計算系統(tǒng)電抗、計算系統(tǒng)電抗 短路電流的標幺值計算法 短路電流計算,根據(jù)電力系統(tǒng)的實際情況,可以采用標幺值或有名值計算, 那種方法方便就采用那種方法.在高壓系統(tǒng)中通常采用標幺值計算. 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 12 - 所謂標幺值,是實際值與基準值之比. 標幺值沒有單位.設所選頂定的基 準值電壓,基準電流,基準容量及基準電抗分別為,則這一元件的 j U j I j S j X 各已知量的標幺值分別為 , 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-

24、以有名單位表示的容量(MVA)、電壓(KV)、電流(KA) 、 電抗； 、-以基準量表示的容量(KVA)、電壓(KV)、電流 j S j U j I j X (KA)、電抗。 基準容量的選擇：在設計任務書里已經(jīng)規(guī)定 Sj=100MVA； 基準電壓的選擇：為了計算方便選為各電壓等級的平均額定電壓，即 Uj=Up； 與其相應的基準電流 Ij 和基準電抗 Xj,均可由這兩個基準值導出。 基準電流計算公式： 電抗計算所用公式如下表： 表 4-1（電力系統(tǒng)各元件阻抗值的計算公式） 計算公式 元件名稱已定參數(shù)電抗平均值 通用式 =100MVA j S j j j U3 S I 5 . 0 1153 100

25、 I 110 j 56 . 1 373 100 I 35 j 5 . 5 5 . 103 100 I 10 j 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 13 - 變壓器 額定容量 p U 阻抗電壓百分比 % d U % 100 j d b e S U XX S * 1 % bd e XU S 10KV 架空線路 平均電壓 p U 每千米電抗 0 X 線路長度 L 0.4 / KM 0 2 j p S XX L U 2 40 p L X U 35KV 架空線路 平均電壓 p U 每千米電抗 0 X 線路長度 L 0.425 / KM 0 2 j p S XX L U 2 42.5 p L X U 線路接

26、線見圖如下：圖 4-1 畫出等值電路圖：圖 4-2 變壓器T1變壓器T2 110KV母線 S1 30KM S2 30KM 35KV母線10KV母線 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 14 - X1、X2為 110KV 側阻抗，X3、X4為 35KV 側阻抗，X5、X6為 10KV 側阻抗 X3、X4歸算為零 三、三、 短路電流計算：短路電流計算： 一、短路電流的標幺值計算 1、當 110KV 母線三相短路時 2、35KV 側短路簡化網(wǎng)絡圖： 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

27、B T3 * 6 * 5 67.615.0/1 X 1 I * D1 * 系統(tǒng) X系統(tǒng) XT1X1 XT1 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 15 - 圖 4-3 0.1 2 0.2 2 X X * T1* 1 所以 35KV 總短路電抗為： 短路電流為： 3、10KV 側短路簡化網(wǎng)絡圖： X系統(tǒng) XT1XT1 X2 XT3XT3 所以 10KV 總短路電抗為： 短路電流為： 15 . 0 1 . 0XXX * 1 * 11 系統(tǒng) 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.

28、0XXX * 2 * 12 系統(tǒng) 3.18 X 1 I * 12 * D3 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 16 - 二、短路電流有名值計算 短路電流的有名值計算法： 在有名值計算法中，每個電氣元件的單位是有名的，而不是相對值。在比 較簡單的網(wǎng)路低電壓電網(wǎng)，常采用有名值計算法計算短路電流。采用此方法計 算，須將各電壓等級的電氣元件參數(shù)都歸算到同一電壓等級上來。凡涉及發(fā)電 機、變壓器、電動機、電抗器等元件的百分數(shù)電抗值（銘牌上一般有標出）均 應換算成有名值來計算。 電力系統(tǒng)各元件阻抗有名值的計算公式如下： （1）變壓器： 2 3 2 10 dp b e PU R S 22 bbb XZR 2 %

29、 100 p d b e U U Z S 當電阻值允許忽略不計時， 2 % dP b ee UU X SS 式中： 、-變壓器的電阻、電抗、阻抗； b R b X b Z -變壓器以額定值為基準的阻抗電壓百分數(shù)；% d U -變壓器短路損耗（KW） d P （2）線路 2 0 p e U Rr L U 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 17 - 2 0 p e U Xx L U 式中： 、-線路單位長度的電阻和電抗（） ； 0 r 0 x/ KM -線路運行的額定電壓（KV） e U 電流 短路計算如下： 短路沖擊電流為：（KM去值 1.8） 8.49(KA)3.33521.8I2K “ 1M1

30、 ch i )(88.1524 . 6 28 . 12 “ 22 KMIKi Mch )(52.4449.1728 . 12 “ 32 KAIKi Mch 沖擊電流最大有效值為： )(07 . 5 52 . 1 I “ 11 KAI ch )(48 . 9 “52 . 1 22 KAIIch )(58.2652 . 1 “ 33 KAIIch 四、四、 短路電流計算結果短路電流計算結果 短路點名稱 短路電流周期分量 起始有效值（KA） I 短路全電流最大 有效值（KA） Ich 短路電流沖 擊值（KA） ich * III j (KA)335 . 3 67 . 6 5 . 0II * 1110

31、 “ 1 Dj I (KA)24. 6456 . 1 II * 235 2 Dj I )(49.1718 . 3 5 . 5II * 310 “ 3 KAID j 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 18 - 110kV 母線 （并列） 3.3355.078.49 35kV 母線 （并列） 6.249.4815.88 10kV 母線 （并列） 17.4926.58344.52 五、五、線路保護線路保護 一、一、 電力系統(tǒng)繼電保護的作用電力系統(tǒng)繼電保護的作用 在整個電力系統(tǒng)運行中，由于人為因素或大自然的原因，會發(fā)生這樣那樣 的故障和不正常運行狀態(tài)。常見的同時也是危險的故障是發(fā)生各種形式的短路。 一旦

32、發(fā)生故障即會產(chǎn)生以下的后果： （1）通過故障點的很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障設備損壞。 （2）短路電流通過故障設備和非故障設備時，由于發(fā)熱和電動力的作用， 受到機械損壞和絕緣損傷以至縮短它們的使用壽命。 （3）電力系統(tǒng)中電壓下降，使大量的用戶正常工作時遭受破壞或產(chǎn)生廢 品。 （4）破壞電力系統(tǒng)各發(fā)電廠之間并列運行的穩(wěn)定性，導致事故擴大，甚 至造成整個系統(tǒng)瓦解。 對于電力系統(tǒng)運行中存在的這些故障隱患，要積極采取一些防御性措施。 對于不可抗拒的事故發(fā)生時要即時發(fā)現(xiàn)，并迅速而有選擇性地切除故障元件， 這是保證電力系統(tǒng)安全運行的最有效方法之一。切除故障的時間常常要求小到 十分之幾甚至百分之兒秒

33、，實踐證明只有在每個電氣元件上裝設一種具有“繼 電特性”的自動裝置才有可能滿足這個要求。 所謂繼電保護裝置，就是一種能夠反應電力系統(tǒng)故障和不正常狀態(tài)，并及 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 19 - 時動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的自動化裝置。它的基本任務是： （1）自動、迅速、有選擇性地將故障組件從電力系統(tǒng)中切除，保證其他 無故障部分迅速恢復正常運行，使故障部分設備免于繼續(xù)遭到破壞。 （2）發(fā)現(xiàn)電氣組件的不正常狀態(tài)，根據(jù)運行維護條件(例如有無經(jīng)常值班 人員)而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。此時一般不要求保護迅速動作，而 是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免不必要的動作和 由于干

34、擾而引起的誤動作。 電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分。繼電保護的裝 設一般應滿足可靠性與安全性、選擇性、速動形、經(jīng)濟性五個基本要求。設計 應滿足繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程 （SDJ683） ，也需要對應該區(qū)域 變電站其自身的特點。因此應根據(jù)電纜系統(tǒng)的特點制定合理的保護方案，爭取 做到可靠、簡單、經(jīng)濟。 電路系統(tǒng)的電氣設備和線路除了必要的主保護外，還需要考慮后備保護和 輔助保護的問題。 主保護在系統(tǒng)穩(wěn)定性要求的時限內能夠快速而有效地切除保護區(qū)內的 故障。 后備保護在主保護或斷路器拒絕動作時，切除故障，實現(xiàn)后備保護。 后備保護有分為近后備保護和遠后備保護兩種形式： 遠后備保護

35、是指當主保護或斷路器拒動作時，由相鄰組件實現(xiàn)后備保護。 近后備指當本組件的主保護拒絕動作時，由本組件的另一套保護作為后備 而實現(xiàn)保護；當斷路器拒絕動作時，由同一發(fā)電廠或變電所內的有關斷路器動 作實現(xiàn)后備保護。 輔助保護當需要另還切除線路故障或消除方向功率死區(qū)時可采用由電 流速斷保護構成的輔助保護（用來補充主保護、后備保護不足） 。 保護裝置的裝設原則： 1.當被保護元件發(fā)生短路或是破壞系統(tǒng)正常運行的情況，保護裝置應動作 于跳閘，當發(fā)生不正常動作時，保護裝置應動作于信號。 2.為保障系統(tǒng)非故障部分的正常供電，保護裝置應以足夠小的動作時限去 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 20 - 切除故障 3.

36、系統(tǒng)故障時保護裝置應有選擇性地動作于跳閘，在必須加速時，可無選 擇性地跳閘而由自動重合閘裝置來糾正保護的無選擇性動作。 4.滿足要求上述第二條原則或用作后備保護時，保護裝置容許帶有一定的 時限切除故障。 5.保護裝置所用的繼電器越少越好，并使其接線簡單可靠。 6.保護裝置電壓回路斷線時，如可能造成保護裝置的誤動作則應裝設電壓 回路斷線監(jiān)視或閉鎖裝置。 7.在表示保護裝置動作的出口上應裝設信號繼電器。以利于運行人員分析 和統(tǒng)計保護的動作情況。 8.主保護裝置除了完成主保護任務外，如有可能還應作為相鄰元件的后備 保護。 9.當保護裝置因動作原理不能起相鄰元件的后備保護作用時，應在所有和 部分斷路器

37、上裝設單獨的后備保護。 10.為了起到相鄰元件的后備保護的作用而使保護裝置復雜化，或不能達 到完全的后備保護作用時，允許縮短后備范圍。 11.在實際可能出現(xiàn)最不利的運行方式和故障類型下，保護裝置應有足夠 的靈敏系數(shù)； 對反應故障參數(shù)增加的保護裝置： 對反應故障參數(shù)減少的保護裝置： 算值短路故障參數(shù)的最大計保護范圍內發(fā)生金屬性 保護裝置的動作參數(shù) 靈敏系數(shù) 各種保護裝置的靈敏系數(shù)應滿足電力系統(tǒng)繼電保護和安全自動裝置技術 規(guī)程 （SDJ83）的規(guī)定。 12.保護裝置的靈敏性還應該與相鄰設備或線路配合。 13.保護裝置所用電流互感器在最不利的條件下其誤差應小于 10%。 保護范圍內發(fā)生金屬性短路故障

38、參數(shù)的最小計算值 靈敏系數(shù) 保護裝置的動作參數(shù) 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 21 - 1、電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務 它的基本任務是： 1.當被保護的電力系統(tǒng)組件發(fā)生故障時，由該組件的繼電保護裝置迅速準 確地給故障組件脫離點最近的斷路器發(fā)出跳閘命令，使故障組件及時從電力系 統(tǒng)中脫離，并且最大限度地減少對電力系統(tǒng)組件本身的損壞，降低對電力系統(tǒng) 安全供電的影響，并滿足電力系統(tǒng)的某些特定要求(如保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn) 定性等)。 2.反應電氣設備的不正常工作情況，并根據(jù)不正常工作情況和設備運行維 護條件的不同(例如有無經(jīng)常值班人員)發(fā)出信號，以便值班人員進行處理，或 由裝置自動地進行調整，或將那些

39、繼續(xù)運行會引起事故的電氣設備予以切除。 反應不正常工作情況的繼電保護裝置允許帶一定的延時動作。 2 、對繼電保護的基本要求 1.可靠性是指在所規(guī)定的保護范圍內，發(fā)生了它應該動作的故障時，它不 應該拒絕動作，稱作可靠不拒動；而在該保護不該動作的情況下，則不應該誤 動作，稱作可靠不誤動。 繼電保護的可靠性主要由配置合理、質量和技術性能優(yōu)良的繼電保護裝置 以及正常的運行維護和管理來保證。任何電力設備(線路、母線、變壓器等)都 不允許在無繼電保護的狀態(tài)下運行。 2.選擇性是指保護裝置動作時，僅將故障組件從電力系統(tǒng)中切除，使停電 范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全工作。為保證對相鄰 設備

40、和線路有配合要求的保護和同一保護內有配合要求的兩元件（如啟動與跳 閘元件或閉鎖與動作元件）的選擇性，其靈敏系數(shù)及動作時間，在一般情況下 應相互配合。 3.靈敏性是指對于保護范圍內發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力。在 事先規(guī)定的保護范圍內，設備或線路發(fā)生金屬性短路時，保護裝置需要必要的 靈敏系數(shù)，各類保護的最小靈敏系數(shù)在規(guī)程中有具體規(guī)定。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 22 - 4.速動性是指保護裝置快速切除故障提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，減 少用戶在低壓工作的其情況下的工作時間，減小故障組件的損壞程度，提高自 動重合閘和備用電源或備用設備自動投入的效果等。一般從裝設速動保護(如 高頻保護

41、、差動保護)、充分發(fā)揮零序接地瞬時段保護及相間速斷保護的作用、 減少繼電器固有動作時間和斷路器跳閘時間等方面進行保護來提高速動性。 二二 、輸配電線保護、輸配電線保護 設計的線路保護應滿足繼電保護和全自動裝置技術規(guī)程SDJ6-83 等有 關專業(yè)技術規(guī)程的要求。 輸電線路的主保護根據(jù)動作時間劃分為全線瞬時動作及按階梯時限特性動 作兩類。當要求對線路全線任何地點的任何故障均能瞬時具有選擇性切除時用 全線瞬時動作的保護作為主保護，例如各種反線路兩側電氣量變化從而實現(xiàn)全 線有選擇性動作的縱聯(lián)差動保護。當電網(wǎng)允許線路一側以保護第二段時限切除 故障時，也可采用具有階梯時限特性的保護作為主保護，如距離保護，

42、電流保 護等。送電線路的后備保護分為遠后備和近后備兩類，一般采用遠后備。在我 國 220kV 及以上輸電線路，廣泛采用高頻閉鎖負序方向保護。 三、三、 線路末端短路電流線路末端短路電流 35kv 側線路短路電流：（選擇水泥廠 1 的線路保護） 至化肥廠線路示意圖 35KV XL 化肥廠 圖 5-1 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 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 側線路短路電流：（選擇棉紡廠 1 的線路保護） 至醫(yī)院線路示意

43、圖 10KV XL 醫(yī)院 圖 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 最大運行最小運行最大運行最小運行 4.85KA4.20KA5.05KA4.375A 四、四、 線路保護整定線路保護整定 1、 35kv 側線路保護整定 瞬時電流速斷保護（段保護）： (3) .max 1.2 4.855.82(K ) oprelK IKIA 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 24 - 校驗： min 131337 7.95 20.425

44、.823 S op E Lkm XI (滿足要求) min 7.95 100%100%72.3% 11 L L 定時限過電流保護（段保護）： .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可靠系數(shù)，取 1.2 自起動系數(shù)，取 1.3 est K 返回系數(shù)，取 0.85 re K 校驗： 1.5 (符合要求) ( 2)3 . m i n 4. 2010 11. 20 374. 91 K senI I I

45、op I K I 4.4.2 10kv 側線路保護整定 瞬時電流速斷保護（段保護）： (3) .max 1.2 5.056.06(K ) oprelK IKIA 校驗： min 131310.5 2.17km 20.426.063 S op E L XI （滿足要求） min 2.17 100%100%72.3% 3 L L 定時限過電流保護（段保護）： 3 .max 3 10 227.90( ) 30.95 cos30.95 0.8 10 L S P IA E 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 25 - .max 1.2 1.3 227.90418.26( ) 0.85 III relSS o

46、pL re KK IIA K 校驗： 1.5 (符合要求) (2) .min 4375 10.46 418.26 K sen III op I K I 六、六、 變壓器的保護變壓器的保護 一、 變壓器裝設的保護 1、 變壓器裝設的保護種類 電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的故障將對供電可靠性 和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響。由于大容量的電力變壓器是十分昂貴的元 件，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度來考慮裝設性能良好，工作可靠的繼電 保護。 變壓器的內部故障分為油箱外故障和內故障。油箱外的故障，主要是套管 和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路。油箱內的故障包括繞組的相間短路、接 地短路、匝

47、間短路以及鐵心的燒損。對于變壓器而言，這些故障都是十分危險 的，因為油箱內部發(fā)生故障產(chǎn)生的電弧，將引起絕緣物質的劇烈氣化，可能會 引起爆炸。變壓器的不正常狀態(tài)主要有：由于變壓器外部相間短路引起的過電 流，外部接地短路引起的過電流和中性點過電流；由于負荷超過額定容量引起 的過負荷，以及由于漏油等原因而引起的油面降低。 根據(jù)上述變壓器的各種故障和不正常運行狀態(tài)等一系列問題，變壓器一般 裝設下列繼電保護裝置： 對于變壓器油箱內部故障以及油面下降，應裝設瓦斯保護。它反應于油箱 內部所產(chǎn)生的氣體或油流動作。應裝設瓦斯保護的變壓器容量界限是 800kVA 及以上的油浸式變壓器和 400kVA 及以上的車間

48、內油浸式變壓器。輕瓦斯保護 動作于信號，重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側的斷路器。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 26 - 1.瓦斯保護整定： (1) 一般氣體繼電器氣體容積整定范圍為 250-300 立方厘米，變壓器容積 在 1000KVA 以上時，一般正常整定為 250 立方厘米，氣體容積整定值是利用調 節(jié)重錘的位置來改變的。 (2) 重瓦斯保護油流速度的整定 重瓦斯保護動作的油流速度整定范圍為 0.6-1.5m/s，再整定流速均以導油 管中的流速為準，而不依據(jù)繼電器處的流速。 根據(jù)運行經(jīng)驗管中油流速整定為 0.6-1.5m/s 時，保護反映內部故障是相 當靈敏的。但是，在變壓器外部故

49、障時，由于穿越性故障電流的影響，在導油 管中油流速度約為 0.4-0.5m/s。因此，為了防止穿越性故障時瓦斯保護誤動作， 故對本站的主變的瓦斯保護可將油流速度整定在 1m/s 左右。 2.縱聯(lián)差動保護 ：對于變壓器繞組、套管及引出線上的故障，根據(jù)容量 的不同選擇相應的保護。它反映變壓器繞組和引出線相間短路及繞組匝間短路 的縱聯(lián)差動保護或電流速斷保護。 (1) 容量為 6300KVA 以下的變壓器，可裝設電流速斷保護作為變壓器相間 短路保護的主保護。 (2) 容量為 6300KVA 以上的變壓器，應裝設縱聯(lián)差動保護作為變壓器的主 保護而以過電流保護作為其后備保護。 （并列運行的變壓器以及發(fā)電廠

50、廠用變 壓器和工業(yè)中重要的變壓器，容量為 6300kVA 以上；單獨運行的變壓器，容量 為 10000kVA 以上。 ） 3.外部相間短路時的保護 1）過電流保護，一般用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應考慮事故狀 態(tài)下可能出現(xiàn)的過負荷電流。 2）復合電壓（包括負序電壓及線電壓）啟動的過電流保護，一般用于大 容量升壓變壓器及過電流保護靈敏性不滿足要求的降壓變壓器。 3）負序電流保護和單相式低電壓啟動的過電流保護，一般用于大容量升 壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器。 4）阻抗保護，對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器，當 2） 、3）保護不能滿 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 27 - 足靈敏性和選擇性要求時可

51、以采用此保護。 4.接地電網(wǎng)中的變壓器外部接地短路時的零序電流保護。110KV 及以上中 性直接接地電網(wǎng)中，若電網(wǎng)中部分變壓器中性點接地運行，為防止發(fā)生接地短 路時中性點不接地的變壓器（低壓側有電源）仍帶接地故障繼續(xù)運行，應裝設 反映外部接地短路的變壓器零序電流保護。 5.過負荷保護。對 400kVA 以上的變壓器，當數(shù)臺并列運行時，或單獨作 為其他負荷的備用電源時，應根據(jù)可能過負荷的情況，裝設過負荷保護。過負 荷保護接于一相電流上，并延時作用于信號。對于無經(jīng)常值班人員的變電所， 必要時過負荷保護可動作于自動減負荷或跳閘。 二、變壓器保護的整定方法 1、 變壓器電流速斷保護 對于 2000-1

52、0000KVA 及以下較小容量的變壓器，可采用電流速斷保護作變 壓器的主保護。電流速斷保護裝設在變壓器的電源側，當電網(wǎng)為中性點不直接 接地系統(tǒng)時，電流速斷保護按兩相式接線；否則按三相式接線。為了提高保護 對變壓器高壓側因出線接地故障的靈敏系數(shù)，可采用兩相三繼電器式接線。 2、 變壓器縱聯(lián)差動保護 變壓器縱聯(lián)差動保護在正常運行和外部故障時，由于變壓器的勵磁涌流、 變壓器兩側電流相位不同、兩側電流互感器型號不同、變壓器帶負荷調整分接 頭等原因，使差動繼電器中有不平衡電流流過，且這些不平衡電流遠比發(fā)電機 及線路差動保護的大。所以說減小或消除不平衡電流對差動保護的影響是變壓 器差動保護中很重要的問題之

53、一。 規(guī)程中規(guī)定：對于 6.3KVA 及以上廠用工作變和并行運行的變壓器 10MVA 及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器應裝設縱聯(lián)差動保護，對于高壓側 電壓為 330KV 及以上變壓器，可裝設雙重的縱聯(lián)差動保護。 縱聯(lián)差動保護應符合下列要求： 1.能躲過勵磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流； 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 28 - 2.差動保護范圍應包括變壓器套管及引出線，如不能包括引出線時，應采 取快速切除故障的輔助措施。 3.對于大容量的變壓器，由于其額定工作時的磁通密度相當于近于鐵心的 飽和磁通密度，因此在多電壓或者低頻率等異常方式下，要注意變壓器的過勵 磁故障。所以在變壓器過勵磁時

54、要保證不誤動作； 變壓器縱差保護與發(fā)電機縱差保護一樣也可以通過采用比率制動特性縱聯(lián) 差動或標記制動式差動方式來達到外部短路不誤動和快速有效切除內部所發(fā)生 故障內部的目的。但變壓器的縱差保護需考慮以下問題： 1.變壓器各側額定電壓和額定電流各不相同。由于各測電流互感器的型號、 變比各不相同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算至同一側）也就不同。因此， 在差動回路中所產(chǎn)生的不平衡電流也就較大。所以各測電流的相位可能不一致， 這樣使外部短路時不平衡電流增大，所以變壓器的縱差保護的最大制動系數(shù)比 發(fā)電機的最大靈敏度相對較低。 2.變壓器高壓繞組常有調壓分接頭，實際上就是改變變壓比。如果差動某 一變比已經(jīng)調

55、整好，則當分接頭改換時，就會產(chǎn)生一個新的不平衡電流流入差 動回路。所以不可能再用重新選擇平衡線圈匝數(shù)的方法來消除這個不平衡電流。 這是因為變壓器的分接頭經(jīng)常在改變，二差動保護的電流回路在帶電的情況下 是不能進行操作的。 3.對于定子繞組的匝間短路，發(fā)電機縱差保護完全無作用。變壓器繞組各 側的匝間短路，通過變壓器的鐵心耦合，改變了各測電流的大小和相位，使變 壓器的縱差保護對匝間短路有作用（匝間短路可視為變壓器的一個新繞組發(fā)生 端口短路） 。 4.無論變壓器繞組還是發(fā)電機定子繞組開路故障，縱差保護均不能動作。 變壓器依靠瓦斯或壓力保護來反應。變壓器因為勵磁電流存在，增大縱差保護 的不平衡電流特別是

56、在變壓器空載投入時，勵磁電流急劇增加至數(shù)十倍的額度 電流，如不特別考慮將會造成縱差保護誤動作。 3、 變壓器后備保護 相間后備保護配置是為了反應變壓器外部故障而引起的變壓器繞組過電流， 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 29 - 以及在變壓器內部故障時，作為差動保護和瓦斯保護的后備，變壓器應裝設過 電流保護。根據(jù)變壓器的容量和系統(tǒng)短路電流水平的不同，保護采用帶過電流 保護、低電壓、不帶低電壓閉鎖的以及負序過電流過電流保護等。如果靈敏度 不夠，可采用帶復合電壓閉鎖的過電流保護。 1.對于單側電源的變壓器。電源側需要有后備保護裝置，此裝置可以作為 差動保護、瓦斯保護的后備或相鄰元件的后備。 2.對于

57、多側電源的變壓器，變壓器各側均應裝設后備保護； 作為變壓器差動保護的后備，要求它動作后啟動總出口繼電器。 作為各電壓側母線和線路的后備保護，要求它動作后跳開本側的斷路器， 作為變壓器斷路器與其電流互感器之間死區(qū)故障的后備保護。 4、 變壓器過負荷保護 為了防止變壓器在超過允許負載能力下運行，根據(jù)可能過負荷的情況，需 要裝設過負荷保護裝置。變壓器的過負荷一般是三相對稱的，過負荷保護接于 一相電流，便可以延時作用于信號。 保護的安裝地點應能夠反應變壓器所有繞組的過負荷情況，就雙繞組升壓 變壓器而言，過負荷保護通常裝設在低壓側一端。就雙繞組降壓變壓器來說， 過負荷保護裝設在高壓側一端。 （1）動作電

58、流的整定。按躲過變壓器的額定電流來整定 =（1.21.25） dzj I 1 eb I n -過負荷保護裝置動作電流整定值（A） ； dzj I -變壓器額定電流（A）; eb I -電流互感器變比。 1 n （2）動作時限的整定：動作時限為 1015s，一般用于信號。 5、 變壓器過電流保護 為了防止變壓器外部故障引起的變壓器繞組流過電流，并作為內部故障的 差動保護和瓦斯保護的后備，一般變壓器上應裝設過電流保護。就單側電源的 變壓器而言，保護裝置的電流互感器應該裝設在電源側，以便在發(fā)生變壓器內 部故障而瓦斯或差動保護拒絕動作時，由過電流保護經(jīng)整定時限動作后，作用 河南理工大學畢業(yè)設計說明書

59、- 30 - 于變壓器兩側斷路器跳閘。 （1）動作電流的整定。按躲過變壓器的最大負荷電流來整定。 dzj I 1 gheb Kjx h K I K K K n -過負荷系數(shù)，一般取 23，當無自啟動電動機時，取 gh K 1.31.5； 動作時限的整定。動作時限比由變壓器供電的線路保護裝置的最大時限大 一時限階段，一般取 0.50.7s。 靈敏度校驗 (3) (2) 2.min 1.5 d mmxd dz I KK I 式中： -相對靈敏系數(shù)； mxd K -最小運行方式下變壓器低壓側三相短路穩(wěn)態(tài)電流(A)； (3) 2.mind I -保護裝置一次動作電流（A） 。 dz I 三、 變壓器差

60、動保護整定計算 計算變壓器各側的一次及二次電流值，并選擇電流互感器的變比，如表所 示。 表 6-1 變壓器和互感器各側電流值 名稱：各側數(shù)值 額定電壓： 110KV38.5KV10KV 額定電流 )(Ae I 50000 262.44 3 110 50000 750 3 38.5 50000 2749 3 10 CT 接線方式： Ddy CT 一次電流計算： A（）3262.4445537501299 2749 選用 CT 變比： 455 91 5 1299 260 5 2749 550 5 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 31 - 標準變比 100300600 CT 二次額定電流 )(2 A

61、e I 455 4.55 100 1299 4.33 300 2749 4.58 600 所以選定 10kv 側為基本側。短路電流已在表 4-2 中給出 四、縱差保護的整定計算 （1）躲過變壓器勵磁涌流： op.cal 1.3 1 27493573.7( ) reluN IKK IA -可靠系數(shù)，取 1.3； rel K -勵磁涌流最大倍數(shù)，在采用加強速飽和變流器差動保護取 1。 U K u K -基本側的變壓器額定電流。 N I （2）躲開電流互感器二次回路斷線時變壓器的最大負荷電流： op.cal.maxrelL IKI 10 .max 10 3cos kv L kv P I U -變壓器

62、基本側的最大負荷電流，當無法確定時，可用基本側的額 .maxL I 定電流。 33 . 10 3 103 10 1.31.3216.51( ) 3cos3 10 0.8 op cal kv IA U （3）躲開外部短路時的最大不平衡電流： max () op calrelerhmerumpstK IKfUUf KKI 最大外部短路電流； .maxK I -可靠系數(shù)，取 1.3 rel K -電流互感器允許最大相對誤差，取 0.1； er f 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 32 - 變壓器高中壓側分接頭改變而引起的誤差，一般取調整范 hm UU、 圍的一半； -電流互感器的同型系數(shù)； ts K

63、 -非周期分量系數(shù)，取 1.52；當采用速飽和變流器時，可取 1。 umb K . 1.3 (0.0580.050.0250.1 1 1) 141404283( ) op cal IA （4）確定基本側工作線圈匝數(shù)： 繼電器的動作電流： . . 4283 7.14( ) 600 conop cal opr cal TA KI IA n 基本側工作線圈匝數(shù)： o w.cal opr.cal 100 14 7.14 AW Wt I ，故選擇 14 匝。 ,.d setw cal WW 重新計算繼電器動作電流和保護的動作電流： o w.cal opr.cal 100 7( ) 14 AW WA I

64、保護一次實際動作電流為： . 7 600 4200( ) 1 opr calTA con In IopA K 確定非基本側工作線圈匝數(shù)和平衡線圈匝數(shù)： 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 所以選： 38.5110 1( ) nb calnb cal WWt . 1 1415( ) w setd setb set WWWt 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 - 33 - 整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的誤差： 0.05 .38.5 0.058 1 0.0628 0.058 1