110kV地区变电站继电保护设计毕业设计

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1、以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。目录1 前言 12 方案比较 33 确定运行方式 43.1 标幺值计算 43.2 短路电流的计算 53.3 确定运行方式 104 短路计算 105 继电保护的配置 135.1 继电保护的基本知识 135.2发电机的保护配置 165.2.1发电机纵联差动保护 165.2.2发电机过电流保护 175.3 变压器的保护配置 185.3.1 变压器过负荷保护整定计算 185.3.2 变压器过电流保护整定计算 185.3.3 瓦 斯 保 护 195.4 母线的保护配置 205.4.1母线完全差动保护 206 结论 217 参考文献 23前言一、原

2、始资料1. 发电厂情况（1）类型：水电厂（2）发电厂容量与台数：，发电机电压：,（3）发电厂年利用小时数（4）发电厂所在地最高温度40C,年平均温度20C,气象条件一般， 所在地海拔高度低于 1000m2. 电力负荷情况（1）发电机电压负荷：最大12MW，最小4MW,（2）35KV电压负荷：最大90MW，最小10MW，（3）其余功率送入110KV系统，系统容量5000MVA。归算到110KV母线阻抗为 0.02，其中。（ 4）自用电 4。（5）供电线路数目 发电机电压10.5KV，架空线路4回，每回输送容量4MW， 35KV架空输电线路4回，每回输送容量40MW， 110KV架空线路2回，与系

3、统连接。二、电气主接线图2 方案比较本次毕业设计的主要内容是对水电厂变压器和母线继电保护的配 置。可以依据继电保护配置原理，根据经验习惯，先选择出保护方案， 通过论证比较后认可其中的一套方案，再对这套方案中的保护进行确定 性的整定计算和灵敏性校验，看看它们是否能满足要求，如果能满足便 可以采用，如果不能满足则需要重新选择，重新整定和校验。方案一保护对象主保护后备保护变压器纵联差动保护、瓦斯保护、零序电流差动保护过电流保护、过负 荷保护母线35KV单母线电流差动保护10KV单母线电流差动保护输电线路110kV侧距离保护I段距离保护III段其它电流速断保护（I段保护）过电流保护（III段保 护）方

4、案二保护对象主保护后备保护变压器电流速断保护过电流保护、过负 荷保护母线35KV单母线电流差动保护10KV单母线电流差动保护输电线路110kV距离保护I段距离保护III段其它电流速断保护（I段保护）过电流保护（III段保 护）对于变压器而言，它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯 保护，用两者的结合来做到优势互补。因为变压器差动保护通常采用三侧 电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧 电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动 保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这 些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组

5、匝间短路故障。考 虑到与发电机的保护配合，所以我们使用纵差动保护作为变压器的主保护， 不考虑用电流速断保护。瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由 于一方面简单，灵敏，经济；另一方面动作速度慢，且仅能反映变压器油 箱内部故障，就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补，效 果更佳。考虑到有110kV高压等级，变压器也采用零序电流差动保护。而 过电流保护和过负荷保护作为差动保护。对于400kV以上的变压器，当数 台并列运行或单独运行时，应装设过负荷保护。为了防止变压器外部短路， 并作为内部故障的后备保护，一般在变压器上应装设过电流保护。对单侧 电源的变压器，保护装置的电流互感器应安装在

6、电源侧，以便发生变压器 内部故障而瓦斯保护或差动保护拒动时，由过电流保护整定时限动作后， 作用于变压器各侧的断路器跳闸。而对于母线保护的配置，一般地不采用专门的母线保护，而利用供电 元件的保护装置就可以切除故障，但利用供电元件的保护装置切除母线故 障时，故障切除时间长，所以有时需装设专门的母线保护。比如： 110kV 及以上的双母线或分段单母线。 110kV、35kV 母线或重要变电所母线，为满足全线速动要求时。本设计双母线采用电磁型比相式电流差动保护，而35kV、10kV 母线均采用了单母线电流差动保护。对于出线部分首先考虑的是电流速断保护作为主保护，而过电流保护 作为后备保护。综上所述，方

7、案 1比较合理，方案 1保护作为设计的初始保护，在后续章 节对这些保护进行整定与校验，是否符合设计要求。3 确定运行方式3.1 标幺值计算本次设计中取=100MVA,系统S1的电抗标幺值，系统S2的电抗标幺值。各元件的电抗标幺值计算如下：变压器的各绕组短路电压分别为：V % = 1X (V% + V % V %) = 1X (10.5 + 17.5 6.5) = 10.75s 12s (1 2)s (3 1)s (2 3)211V % = - X (V% + V % V %) = - X (10.5 + 6.5 17.5) = 0.25s22s(12)s(2 3)s(31)211V % = -

8、 x (V% + V % V %) = - x (17.5 + 6.5 10.5) = 6.75s32s(2 3)s(31)s(12)2所以，变压器的电抗值为= 0.171V % S10.75 100X=X 11100 S 10063NV % S 0.25 100x =r X B =X = 一0 004B12100 S 10063NV %S6.75100心x = s x b = x = 0.107 B13100S10063N变压器3.2 短路电流的计算110kV 电力系统正常运行时，系统存在二种运行情况，即：两台发电 机同时运行、一台发电机退出运行另一台单独运行。下面分别分析各种情 况下系统运

9、行时的转移电抗，计算电抗和短路电流。（一）两台发电机同时运行，变压器同时投入运行。G1S-0.01250.175图 3.1 S1、S2 运行时短路情况当 K1 发生短路时： x5 = x + x + x = 0.288+ 0.085- 0.002 = 0.3712341.所以，K1点发生短路时的等值网络如图32所示。-0.0125嘗:，0.275.0.340.5070.02AooG1G2S图3.2 K1 点发生短路时的等值网络 网络中间接点消去法，简称法1 1 1 1工 Y + 55.810.340.5070.020.275 0.0125C 工 Y x 55.81x(0.275 0.0125)

10、= 14.6523G1对短路点K1的计算电抗为：G2对短路点K1的计算电抗为：系统S对短路点K1的计算电抗为：查表得：标幺值：系统 S：G2：G2和S提供的：当 K2 发生短路时所以，K2点发生短路时的等值网络如图3.3所示。图 3.3 K2 点发生短路时的等值网络 同理用法计算，G1 对短路点 K2 的计算电抗为：G2 对短路点 K2 的计算电抗为：S 对短路点 K2 的计算电抗为：G2和S提供的：当 K3 发生短路时x x + x x + x x 0.1042 x 0.053 + 0.053 x 0.286 + 0.1042 x 0.2860.1770.48565576 I ”8x0.28

11、67x x +x x +x x 0.1042x0.053+0.053x0.286+0.1042x0.286x = 6 5才T孑子=9x0.10426所以，K3点发生短路时的等值网络如图3.4所示。图 3.4 点发生短路时的等值网络G1对短路点K3的计算电抗为：G2 对短路点 K3 的计算电抗为S 对短路点 K3 的计算电抗为：当 K4 发生短路时 S0.340.1670.02所以，K3点发生短路时的等值网络如图3.4所示58.82G3对短路点K3的计算电抗：x二(0.34 + 0.167) x -二0.298js3100S 对短路点 K3 的计算电抗:表 3.1 短路电流表短路点G1G2S短路

12、点总电流kAK1处短路有名值kA5.53有名值kA023有名值kA3.49.16K2处短路有名值kA3.77有名值kA0103有名值kA1.5225.395K3处短路有名值kA0.99有名值kA1.15有名值kA5052.14K4处短路有名值KA0有名值KA0有名值kA5050(二) S1、B1 运行， S2、B2 停运。图 3.5 S1、B1 运行时短路情况同理算得其短路电流大小表 3.2 短路电流表短路点系统S1K1处短路有名值kA29. 532K2处短路有名值kA8.38K3处短路有名值kA18. 514（三）S2、B1运行，S2、B2停运。图 3.6 S2、 B2 运行时短路情况同理算

13、得其短路电流大小表 3.3 短路电流表短路点系统S1K1处短路有名值kA12.085K2处短路有名值kA19.093K3处短路有名值kA14.0633.3 确定运行方式由 3.2 节的计算过程，统计系统各短路点短路时的短路电流如表 3.4表 3.4 各短路点短路时的电流总结表运行方式K1处短路时 的短路电流 kAK2处短路时 的短路电流 kAK3处短路时 的短路电流 kA两台发电机同时运行30.83120.68642.402S1、B1 运行，S2、B2停运29. 53283818. 514S2、B1 运行，S1、B2停运12. 08519. 09314. 063综上所述：系统S侧（处短路时）的

14、最大运行方式为：两台发电机同时运行最小运行方式为：S1、B1运行，S2、B2停运。最小运行方式下的两相短路电流：X 12.085 = 10.466 kAX 19.093 = 16.535 kA=3K 32X 14.063 = 12.179 kA4 短路计算110kV 侧线路保护整定最大运行方式下：图4.1 最大运行方式下 110kV 侧出线短路情况 0.0192 - X + 0.0192 x 0.371 + 0.371 - X1 0.371 0.0192 - X + 0.0192 x 0.371 + 0.371 - X2 0.0192最小运行方式下图 4.1 最小运行方式下 110kV 侧出线

15、短路情况表 4.1 110kV 侧出线短路电流A11.1680.8761.8041.78A21.2260.9343.0032.714A31.2840.9922.0811. 873A40.580.44.6044. 21935kV 侧出线短路计算同理可以算出35kV侧出线短路电流情况。表 4.2 35kV 侧出线短路电流B10 27342.634B30.2345. 8253. 528B40.4924.6453.016B20.3413.3442.338B50.3264.6453. 016B60.4964.2262.81510kV 侧出线短路计算同理可以算出10kV侧出线短路电流情况。表4.3 10k

16、V 侧出线短路电流)C10. 2751.6531. 364C20.1291 8751.538C30.1292.582.073C40. 2752. 1721. 766C50.1291. 4741.222C60. 2592. 1721. 766C70.1292. 1721. 766C80. 2592. 1721. 7665 继电保护的配置5.1 继电保护基础知识5.1.1 继电保护的基本要求对动作于跳闸的保护装置应该满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性 四个基本要求，四个要求之间相互制约，对立统一，在继电保护的各个环 节都应根据运行的需要协调四者之间的关系。1. 选择性继电保护动作的选择性是指电力系

17、统有故障时，应由距故障点最近的 保护装置动作，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小， 以保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。2. 速动性快速的切出故障可以提高电力系统并联运行的稳定性，减少用户在电 压降低情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生 故障时，应力求保护装置能迅速动作并切除故障。3. 灵敏性继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生任何故障或不正常运 行状态的反应能力，满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先要求的保护 范围内部故障时，不论短路点的位置、短路类型如何，以及短路点是否有 过渡电阻，都能敏锐感觉、正确反应。4. 可靠性 保护装置的可靠性是指在该

18、保护装置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，而在任何其他该保护装置不应该动作的 情况下，则不应该误动作。可靠性主要取决于保护装置本身的质量和运行维护水平。一般来说， 保护的原理完善，装置组成元件的质量越高、接线越简单、模拟式保护回 路中继电器的接点数量越少，保护装置的工作就越可靠。同时，精细的制 作工艺、正确的调整实验、良好是运行维护以及丰富的运行经验，对于提 高保护的可靠性也具有重要的作用。以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿整个课 程设计的基本路线。在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统 一的一面。继电保护的设计主要围绕着如何处理好这四个基本

19、要求之间的 辩证统一关系而进行的。 选择设计继电保护的方式除了应满足上述的四个基本要求外，还应考虑经 济条件。但首先应从国民经济的整体利益出发，按被保护元件在电力系统 中的作用和地位来确定保护方式，而不能只从保护装置本身的投资来考虑， 这是因为保护不完善或不可靠而给国民经济造成的损失，一般远远高于即 使是最复杂的保护装置的投资。但是要主意对较为次要的数量很多的电气 元件（如低压配电线路、小容量电动机），也不应该装设过于复杂的和昂贵 的保护装置。5.1.2 继电保护的作用电力系统继电保护是电力系统安全运行的重要保证，继电保护的整定 计算是保证保护装置正确可靠工作的基础。目前，继电保护技术发展趋势

20、 已经向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化 发展。继电保护装置，是指能反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运 行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务 是：（1）自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故 障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；（2）反应元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（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时延， 以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。因继电保护主要反应短路故障，故习惯

21、上对“短路”和“故障”二词 不加严格区分。例如“单相接地”、“单相短路”、“单相故障”实际上指的 是同一件事。但严格上说，故障的含义较广，不只是指短路，也包括其他 故障。5.1.3 继电保护结构原理继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量 , 电流、电压、功率、频率等的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他 的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置 都包括测量部分和定值调整部分、逻辑部分、执行部分。继电保护原理结构方框图如下：跳闸或 信号脉 冲整定值图 1 继电保护原理结构方框图图2跳闸或

22、信号原理示意图5.1.4 继电保护装置的组成1. 测量部分 测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量。并与已给定的整定 值进行比较，根据比较的结果，判断保护是否应该启动的部件。2. 逻辑部分逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出 现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑关系工 作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行 部分的部件。3. 执行部分执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的对 外操作的任务的部件。如检测到故障是，发出动作信号驱动断路器跳闸； 在不正常运行时发出示警信号；在正常运行时，不产生动作信号。

23、5.1.5 保护配置的一般设计原则电力系统继电保护设计与配置是否合理直接影响电力系统的安全运 行。若设计与配置不当，在出现保护不正确动作的情况时，会使得事故停 电范围扩大，给国民经济带来程度不同的损失，还可能造成设备或人身安 全事故。因此，合理地选择继电保护的配置主案正确地进行整定计算，对 保护电力系统安全运行具有十分重要的意义。选择继电保护配置方案时，应尽可能全面满足可靠性、选择性、灵敏 性和速动性的要求。当存在困难时允许根据具体情况，在不影响系统安全 运行的前提下适当地降低某些方面的要求。选择继电保护装置方案时，应首先考虑采用最简单的保护装置，以求 可靠性较高、调试较方便和费用较省。只有当

24、最简单的保护装置满足不了 四个方面的基本要求时，才考虑近期电力系统结构的特点、可能的发展情 况、经济上的合理性和国内外已有的成熟经验。所选定的继电保护配置方案还应能满足电力系统和各站、所运行方式变化 的要求。35千伏及以上的电力系统，所有电力设备和输电线路均应装设反 应于短路故障和异常运行状况的继电保护装置。一般情况下应包括主保护 和后备保护。主保护是能满足从稳定及安十要求出发，有选择性地切除被 保护设备或全线路故障设备或线路的保护。后备保护可包括近后备和远后 备两种作用。主保护和后备保护都应满足电力装置的继电保护和自动装 置设计规范所规定的对短路保护的最小灵敏系数的要求。5.2 发电机保护的

25、配置5.2.1 发电机纵联差动保护50= 3.23 KA1 计算发电机二次额定电流发电机一次额定电流1 = U cos品10.5 X 0.85 “3二次侧额定电流A2 确定最小动作电流KA3 确定拐点电流KA4确定制动特性曲线 S计算机端保护区外三相短路时流过发电机的最大短路电流1 S 158.82I（3） = x = x= 16.17 KAk.max X U 30.2 10.5 X *3d计算差动回路最大不平衡电流I -(K K K +Am)仝Lx -(1.5x0.5x二 1.536 Aunb.maxunb st T n1000TA制动特性斜率Sq、K I -1 _ 2x1.536-0.96

26、9S 2 rel unb.maxs 0.15I -I 16.17-2.261res.maxt取 S=0.35 灵敏度计算计算流入差动回路的电流1 S 1I ： 3x B x k X + X 1.55.3 变压器保护的配置5.3.1 变压器过负荷整定计算对于400kVA以上的变压器、当数台并列运行或单独运行并作为其他负 荷的备用电源时，应装设过负荷保护。过负荷保护通常用只装在一相，其 动作时限较长，延时动作于发信号。仅一侧电源的三绕组降压变压器，若 三侧容量相等，只装于电源侧；若三侧容量不等，则装于电源侧；若三侧 容量不等，则装于电源侧及容量较小侧，所以本设计中装于高压和低压侧。图5.7 变压器

27、过负荷保护原理图整定计算：110kV 侧：I = k I =x 262.43 = 324.18dz K e 0.85f式中 :可靠系数取 1.05；:返回系数： 0.85；：变压器额定电流。10kV 侧：I =乞 I =105 x 2749.29 = 3396.18dz K e 0.85f过负荷信号装置动作时间取9到10s。5.3.2 变压器过电流保护整定计算为了防止变压器外部短路，并作为内部故障的后备保护，一般在变压器 上应装设过电流保护。变压器过电流保护原理图 整定计算：按躲过变压器可能的最大负荷电流整定。即：式中：可靠系数，取 1.11.2:返回系数，取 0.85。:最大负荷电流。n为并

28、列运行的变压器台数。1.2 2所以 I 二 x x 262.43 二 740.98 dz 0.852 -1灵敏度校验：按变压器低压母线故障时的最小短路电流计算。即 K = d.min = 2.22 2im I 0.74dz变压器过电流保护动作时间：5.3.3 瓦斯保护800kV 及以上的油浸式变压器和 400kV 以上的车间内油浸式变压器， 均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反应变压器油箱内部的短路故障及油面 降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源测，轻瓦斯保护动作于发 出信号。瓦斯保护有重瓦斯和轻瓦斯之分，它们装设于油箱与油枕之间的连接 导管上。其中轻瓦斯按气体容积进行整定，整定范围为：25

29、0300cm3, 一 般整定在250cm3。重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为：0.615ms, 一般整定在1ms。瓦斯保护原理示意图5.4母线保护当正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接支路中流入的电 流和流出的为满足速动性、选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成 的。由于母线上一般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机等） 因此其差动保护基本原理有如下几项：（1）电流相等，或表示为。（2）当母线上发生故障时，所有与电源连接的支路都向故障点供给短路 电流，而在供电给负荷的连接支路中电流几乎等于零，因此（短路点的总 电流）。（3）如从每个连接支路中的电流的相位来看，则在正常

30、运行以及外部故 障是，至少有一个支路中的电流相位和其余支路中的电流相位是相反的。 具体来说，就是电流流入的支路和流出的支路的电流相位相反。而当母线 故障时，除电流几乎等于零的负荷支路以外，其他支路中的电流都是流向 母线上的故障点，因此是同相位的110KV 母线保护：5.4.1 母线完全差动保护1. 躲开外部短路故障产生的最大不平衡电流由短路电流计算可知外部短路故障产生的最大不平衡电流=37.05KA比mhr15xO.lx37.05_ _ _ ._ ,.所以得到二 0.055 KA = 55.6 A1002. 动作电流大于任意一线路的最大负荷电流最大负荷电流= 二0.682KA二682A100K

31、V x 0.85所以得到综上，保护的整定值55.6A3. 灵敏系数校验最小不平衡电流=7. 067KA=7067A6 结论表61 110kV侧出线的保护配置情况表保护A1A2距离I段（主保护）整定距离III段整定（后备保护）校验表 6.2 35kV 侧出线的保护配置情况表保护B1B3主保护I段保护的整定I段保护的整定保护范围保护范围后备保护III段保护的整 定III段保护的整定校验校验保护B4B2主保护瞬时电流闭锁电压速断 保护整定保护范围后备保护III段电流保护的整定校验表 6.3 10kV 侧出线的保护配置情况保护C1C2C3C4主保护I段保护的整定保护范围后备保护III段电流保护的整 定

32、校验保护C5C6C7C8主保护I段保护的整定保护范围后备保护III段电流保护的整定校验表 6.4 变压器保护配置与整定变压器保护配置动作整定值灵敏度动作时间主变压器瓦斯保护0.08s纵联差动保护二次侧额定电流：5.727A,5 844A,3.331A6.241008s零序电流差动保护动作电流：44.429kA5.917过电流保护电流元件：933.688A11. 2062.5s过负荷保护110kV 电流元件：408.48A10kV电流元件：2139.655A10s表 6.5 母线保护配置与整定母线动作整定值灵敏度动作时间110kV母线电流元件：4008A2. 0143s7参 考 文 献电压闭锁元

33、件：60V 断线闭锁元件：0. 859A35kV母线电流元件：2689A电压闭锁元件：60V 断线闭锁元件：0. 877A5.9053s10kV母线电流元件：6360A 电压闭锁元件：60V 断线闭锁元件：0.5A2.0053s1 许建安.继电保护整定计算.北京：中国水利水电出版社.2001.12 方大千.继电保护及二次回路速查速算手册 .北京：中国水利水电出 版社.20043 贺家李 李永丽等.电力系统继电保护原理第四版 . 北京：中国电力 出版社.2010.14 曹绳敏 .电力系统课程设计毕业设计参考资料 .中国电力出版社， 19985 电力工程设计手册.中国电力出版社，19986 电力工程设备手册.中国电力出版社，19987 电力工业部电力规划设计总院编 .电力系统设计手册 .中国电力出版 社，19958 何仰赞等.电力系统分析.武汉：华中理工大学出版社，1997