某110KV变电站毕业设计

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1、毕业设计题 目 某 110/10KV 变电站 继电保护设计 专 业 电气工程与自动化 班 级 学 生 指导教师 重庆交通大学 2010 年 前 言随着经济的发展，电能已经成为各方面建设及人们生活中不可缺少的能源，电能的使用已遍及各行各业，电力系统电能质量逐渐成为人们关注的焦点，如何保证电力系统安全稳定运行成为重要研究对象，变电站作为电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，是电能传输与控制的枢纽，其安全、稳定运行尤为重要。继电保护装置作为变电站重要二次设备，对一次系统的运行状况进行监视，迅速反应异常和事故，然后作用于断路器，进行保护控制。继电保护装置是一种有继电器

2、和其他辅助元件构成的安全装置，它能够反映电气元件的故障和不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发信号，是电力系统安全、稳定运行的可靠保证。当电力系统出现故障时发出跳闸信号将故障设备切除，保证无故障部分继续运行；当电力系统出现不正常运行状态时继电保护发出信号以便运行人员及时对不正常工作状态进行处理，防止不正常运行工作状态发展成为故障而造成事故。该设计研究的对象主要是针对 110kV 变电站继电保护装置，其中包括主变压器的保护以及母线保护、110KV 线路保护、10KV 线路保护。本设计共分为八章，第一章是设计说明书，主要是对该设计要求，条件以及设计的相关理念进行阐述说明；第二章是电气主接线及短路计

3、算，绘出了电力系统的电气主接线，并对其进行了短路计算；第三章是继电保护的基本知识；第四章则是变压器保护；第五章是母线保护；第六章是线路保护。该设计基本上能满足 110kV 变电站继电保护设计的要求，以及能保证电力系统安全稳定运行的基本要求。目 录前前 言言 .2 2摘要摘要 .I IABSTRACTABSTRACT .IIII第一章第一章 设计说明设计说明 .1 1第二章第二章 电气主接线及短路计算电气主接线及短路计算 .2 22.1 电气主接线及二次接线如图.22.2 短路计算的目的和简化假设.22.3 短路计算的方法.22.3 主要设备及选型.32.4 三相短路计算.42.4.1 短路电流

4、接线图：.4第三章第三章 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 .8 83.1 继电保护的任务是: .83.2 继电保护装置的组成： .93.3 对继电保护的基本要求： .9第四章第四章 主变压器保护设计主变压器保护设计 .11114.1 电力变压器的故障、不正常工作状态及其保护方式.114.1.1 变压器故障 .114.1.2 变压器不正常工作状态 .114.1.3 变压器保护方式 .114.1.4 变压器异常运行保护和必要的辅助保护的配置.124.2 变压器气体保护（瓦斯保护）.124.2.1 本变电站瓦斯保护设计的简介 .124.2.2.气体保护工作原理.134.3 变压器差动保护.14

5、4.3.1 变压器纵联差动保护的原理 .144.3.2 变压器纵联差动保护的整定计算 .154.4 变压器电流速断保护.174.5 变压器相间短路的后备保护及过负荷保护.17第五章第五章 母线保护母线保护 .19195.1 母线保护设计原则.195.1.1 母线的短路故障 .195.1.2 母线故障的保护方式 .195.2 母线保护原理.205.2.1 母线完全差动.205.2.2 母联电流相位比较式母线差动保护 .215.2.3 断路器失灵保护 .235.3 110KV母线保护.235.4 10KV母线保护.24第六章第六章 线路保护线路保护 .26266.1 无时限电流速断保护.266.2

6、 带时限电流速断保护.276.3 定时限过电流保护.286.4 110KV 线路保护 .286.5 10KV 线路保护 .29第七章、总结与体会第七章、总结与体会 .3131谢辞谢辞 .3131参考文献参考文献 .3333附录附录 .34342010 届电气工程与自动化专业毕业设计i摘 要本次毕业设计的主要内容是 110kV 电力系统继电保护的配置，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验，确定保护方案。首先是计算系统的短路电流，确定运行方式；接着我继电保护的基本知识做了一个大致的介绍。然后主要讲的是对电力变压器的保护，分为气体瓦斯保护，差动保护，电流速断保护和变压器相间短路

7、的后背保护及过负荷保护。并对母线进行了保护设计，分别介绍了保护设计的原则和母线各种保护的原理，紧接着根据实际情况，对 110kv 母线和 10kv 母线做了保护的整定计算。最后主要设计了 110kv 和 10kv 出线的线路保护，采用了三段式对 110kv进线和 10kv 出线分别做了线路保护。除此之外，还分别绘制了电气主接线图和二次回路图。关键词：关键词：母线保护，线路保护，主变压器保护； 毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计iiABSTRACTThis graduation design is for 110 kV electric power system ，the main

8、contents is the relay protection, and according to relay protection scheme principle， choice the proper protection and calculate with the delicate extent checkout, to assurance project in protection.First，I calculated the short-circuit current .Then I made a general introduction of relay protection

9、of basic knowledge. The following basically is designed for the power transformer which divided into gas gas protection, differential protection, the protection and transformer and velocity of short-circuit protection and overload protection. Then, bus protection design are introduced, which includi

10、ng the design principle and the bus protection principles of various protection, then according to the actual situation , Ive designed the 110 kv bus and 10kv bus protection and its setting calculation. Chapter 6 major design for the 110 kv line and 10kv line protection. Besides, I also have drawn t

11、he main electrical wiring diagram and the secondary circuit diagram.KEYWORDS : Bus protection，Line protection，Transformer protection;2010 届电气工程与自动化专业毕业设计1第一章 设计说明为确保 110kV 变电站安全稳定的运行，即便是遇到事故故障也能迅速准确的切断事故故障，使其不扰乱电力系统的供电的正常秩序，我对该变电站设计了一系列的继电保护装置。本设计共分为七大章，第一章为设计说明书，这是对该设计的一种阐述说明；第二章主要讲的是电气主接线及短路计算，第三章

12、对继电保护的基本知识做了一个大致的介绍，第四章是电力变压器的保护，其中包括主变压器保护设计分析、变压器的主保护和后备保护以及其他保护等；第五章则分为 110kV 母线保护、10kV 母线保护等节叙述的，主要是对母线保护的配置与计算；第六章则是线路部分，内容同样包括了110kV 进线线路保护、10kV 出线线路保护等节；第七章则是我对本次设计的总结与体会。该毕业设计是考验我们电气工程及自动化毕业生综合运用基础知识、专业知识和实践运行经验，将调查研究、设计、计算等资料进行分析整理、归纳总 结后形成的说明性文件。它是毕业设计的文字表达形式，也是毕业生必须要完成的基本训练的最后一个教学环节。它通常由毕

13、业生在教师的指导下进行，是考核学生运用科学的思维和方法进行工程设计能力的基本依据。该设计包括以下任务：1.根据一次部分电气主接线设计和负荷情况，进行短路电流计算；2.进行 110/10kV 主变压器保护的配置与整定计算；3.进行 110kV 电源进线，110kV 母线分段断路器保护的配置与整定计算；4.进行 10kV 馈出线，10kV 母线分段断路器保护的配置与整定计算；5.绘制电气主接线图，绘制 110kV 线路控制回路图，绘制主变高、低压侧操作及控制信号回路图；绘制 10kV 线路二次回路接线图。6.编写设计说明书，编写计算书。毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计2第二章 电气主

14、接线及短路计算2.1 电气主接线及二次接线如图 见附录。2.2 短路计算的目的和简化假设在电力系统中短路故障对电力系统可能造成极为严重的后果，所以一方面应采取措施以限制短路电流，另一方面要正确选择电气设备、载流导体和继电保护装置。这一切都离不开短路电流计算。概括起来，计算短路电流的主要目的在于：（1） 、为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据，为此，计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性；（2） 、为设计和选择发电厂和变电站的电气主接线提供必要的依据；（3） 、为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。

15、在实际短路计算中，为了简化计算工作，通常采用一些简化假设，其中包括：（1） 、负荷用恒定电抗表示或略去不计；（2） 、认为系统中各元件参数恒定，在高压网络中不计元件的电阻和导纳，即各元件均用纯电抗表示，并认为系统中个发电机的电势同相位，从而避免了复数的运算；（3） 、系统除不对称故障处出现局部不对称外，其余部分是三相对称的。2.3 短路计算的方法本变电的短路计算采用最常用的标么值计算法。因为本变电所属于相对对较复杂的高压供电系统，计算短路电流时采用标么制进行计算比较简便。标么制属于相对电位制的一种，在标么制计算时，各电气元件的参数都用标么值表示。在短路计算中所遇到的电气量有功率、电压、电流和电

16、抗等四个量。某一电气量的标么值就是它的实际值（有名值）与一个预先选定的同单位的基准值的比值。下面我们就要标么值法进行短路电流的计算。2010 届电气工程与自动化专业毕业设计32.3 主要设备及选型1. 主变压器型号： SFZ7-31500/110, 31500KVA 额定电压： 1108 1.25%/10.5KV 接线组别： Yd 11 阻抗电压： Uk=10.2%2. 110kv 设备(1)110KV 断路器型号： LW-126/T3150-40额定电压： 126kv额定电流： 3150A开端能力： 40KA(2)110KV 隔离开关型号： GW22-126DW11额定电压： 126KV额定

17、电流： 1250A1 秒热稳定电流：31.5KA动稳定电流： 80KA(3)电容式电压互感器型号： TYD110/-0.02H, TYD110/-0.01H33额定电压： 110/0.1/0.1/0.1KV, 110/0.1/0.1KV33333(4)氧化锌避雷器型号： Y10W1-108/281 HY5WZ1-17/45(5)电流互感器型号： LCWB6-110W2级次组合： 5P20/5P20/5P20/0.5/0.2S额定电流比： 2 400/53. 10kv 开关柜 真空断路器： ZN65-12 额定电压： 12KV毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计4 进线及分段开关：40

18、00A 40KA 馈线开关： 1250A 31.5KA4. 10kv 并联电容器 型号： TBB10-6000/200-AK 额定容量： 6000kvar2.4 三相短路计算2.4.1 短路电流接线图：图 2-1 短路电流接线图数据计算 本次设计中取=100MVABS 各元件的电抗标幺值计算如下：变压器： Xb= 100%UkUdSd（2.1）=0.2691002 .105 .31100输电线路：XL= XL=0.0301 UdSd（2.2）所以，110kV 电力系统继电保护的等值网络如图2010 届电气工程与自动化专业毕业设计5图 2-2 等值阻抗图d-1 110KV 母线发生短路时的短路电

19、流 E*=1 Sd=100MV.A Ud=Uav I* = =33.2 0301. 0*E0301. 01（2.3） I = I* Id = 33.2=17.38KA 1103100（2.4）短路冲击电流峰值: Ish=Ksh17.38=1.817.38=44.32KA 22（2.5）短路容量: 1*100S331.10.0301jzdSMVAX（2.6）d-2 10kv 母线发生短路时假设双变并列运行：毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计6 X*=0.0301+0.269/2=0.1646 I*=6.0751646. 01 I = I*Id =6.075=33.4KA5 .1031

20、00短路冲击电流峰值 Ish=Ksh33.4=1.833.4=85.2KA22短路容量:1*1*1100100100S6071001000.2692331.1jzdLLdSMVAXXXXS假设单变运行： X* =0.0301+0.269=0.2991 I* = =3.3432991. 01 I = I*Id =3.343=18.38KA5 .103100短路冲击电流峰值 Ish=Ksh18.4=1.818.4=46.9KA22短路容量:1*1*1100100100S3341001000.269331.1jzdLLdSMVAXXXXS因此，短路电流计算结果如下表：短路点平均电压运行方式短路电流周

21、期分量的起始值稳态短路电流值短路冲击电流峰值短路容量UpIIIchS短路点编号短路点位置千伏千安千安千安兆千安d-1110 千伏母线11517.3817.3844.32331.12010 届电气工程与自动化专业毕业设计7d-210 千伏母线10.5双变并列运行33.433.485.2607d-210 千伏母线10.5单变运行18.418.446.9334表 1，短路电流计算结果表根据系统提供资料得知：主变按本期规模考虑时变电站 110KV 母线上最大运行方式下的三相短路电流为9.33KA；主变按最终规模考虑时变电站 110KV 母线上最大运行方式下的三相短路电流为17.38KA。为了将来主变增

22、容时不更换其他设备，所以本次设备选型按最终规模考虑，主变参数按选型变压器 SFZ9-63000/110 参数进行计算。由上表可以看出，最终规模形成后，此站在正常运行方式下不允许主变并列运行（倒闸操作过程除外） 。在设计时应该考虑以此为设备选型依据毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计8第三章 继电保护的基本知识电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。发电-输电-配电-用电构成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。电力系统在运行中,各种电气设备可

23、能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但是没有发生故障的运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。其中最常见且最危险的是各种类型的短路,电力系统的短路故障会产生如下后果:(1)故障点的电弧使故障设备损坏；(2)比正常工作电流大许多的短路电流产生热效应和电动力效应,使故障回路中的设备遭到破坏；(3)部分电力系统的电压大幅度下降,使用户的正常工作遭到破坏,影响企业的经济效益和人们的正常生活；(4)破坏电力系统运行的稳定性,引起系统振荡,

24、甚至使电力系统瓦解,造成大面积停电的恶性循环；故障或不正常运行状态若不及时正确处理,都可能引发事故。为了及时正确处理故障和不正常运行状态,避免事故发生,就产生了继电保护,它是一种重要的反事故措施。继电保护包括继电保护技术和继电保护装置,且继电保护装置是完成继电保护功能的核心,它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。3.1 继电保护的任务是:(1)当电力系统中某电气元件发生故障时,能自动,迅速,有选择地将故障元件从电力系统中切除,避免故障元件继续遭到破坏,使非故障元件迅速恢复正常运行。2010 届电气工程与自动化专业毕业设计9(2)当电力

25、系统中某电气元件出现不正常运行状态时,能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。继电保护装置的基本原理:我们知道在电力系统发生短路故障时,许多参量比正常时候都了变化，当然有的变化可能明显，有的不够明显，而变化明显的参量就适合用来作为保护的判据，构成保护。比如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用短路时母线电压降低的特点可构成低电压保护；利用短路时线路始端测量阻抗降低可构成距离保护；利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护。除此之外，根据线路内部短路时，两侧电流相位差变化可以构成差动原理的保护。当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保护，如反应变压器油在故障时分解产生

26、的气体而构成的气体保护。原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别） ，即可形成某种判据，从而构成某种原理的保护，且差别越明显，保护性能越好。3.2 继电保护装置的组成： 被测物理量测量逻辑执行跳闸或信号 整定值测量元件：其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流，电压，阻抗，功率方向等） ，并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出逻辑信号，从而判断保护是否该起动。逻辑元件：其作用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，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。执行元件：其作用是

27、根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行时不动作等。3.3 对继电保护的基本要求：选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量减小停电范围。毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计10速动性：是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。灵敏性：是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。可靠性：是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，而在

28、不该动作时，它能可靠不动。即不发生拒绝动作也不发生错误动作。2010 届电气工程与自动化专业毕业设计11第四章 主变压器保护设计4.1 电力变压器的故障、不正常工作状态及其保护方式4.1.1 变压器故障变压器故障分为油箱内故障和油箱外故障。油箱内故障，主要有绕组的相间短路、接地短路和匝间短路等。油箱内产生的高温电弧，不仅会损坏绝缘、烧毁铁芯。而且由于绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，有可能引起变压器油箱爆炸。油箱外故障，主要有套管和引出线上的相间短路及接地短路。4.1.2 变压器不正常工作状态变压器不正常工作状态，主要有外部短路引起的过电流、过负荷、油箱漏油引起的油位下降、冷却系统故障、

29、油温升高、外部接地短路引起中性点过电压、绕组过电压或频率降低引起过励磁等。4.1.3 变压器保护方式变压器保护分为电量保护和非电量保护。反应变压器故障的保护动作于跳闸，反应变压器不正常工作状态的保护动作与信号。对于上述故障和不正常工作状态，变压器应装设如下保护：（1）.气体保护，又称瓦斯保护。反应油箱内故障和油面降低。（2）.纵差保护或电流速断保护。反应变压器绕组和引出线的相间短路、中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路。（3）.相间短路后备保护。反应外部相间短路引起的过电流和作为气体保护、纵差保护或电流速断保护的后备保护。例如：过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负

30、序过电流保护等。（4）.零序保护。用于反应变压器高压侧（或中压侧） ，以及外部元件的接地短路。变压器中性点直接接地运行，应装设零序电流保护；变压器中性点可能接地或不接地运行时，应装设零序电流、电压保护。（5）.过负荷保护。反应变压器过负荷。（6）.过励磁保护。反应 500kv 及以上变压器过励磁。毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计124.1.4 变压器异常运行保护和必要的辅助保护的配置温度信号装置；以检测变压器的油温，防止变压器油劣化加速，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标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。冷却风机自启动。用变压器一相电流的

31、 70%来启动冷却风机，防止变压器油温过高。根据以上要求并联系实际，决定为本变电所配置以下的保护。4.2 变压器气体保护（瓦斯保护）4.2.1 本变电站瓦斯保护设计的简介按 GB50062-92 规定，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均应装瓦斯保护。本设计采用瓦斯保护作为主保护之一，瓦斯保护是反映变压器 内部故障最有效最灵敏的保护装置，是最重要的变压器的保护之一 ，它可以反映油箱内的一切故障。包括：油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结

32、构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。对于变压器油箱内的故障，差动保护对此无反应。又如变压器绕组产生少数线匝的匝间短路,虽然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击,但表现在相电流上却并不大,因此差动保护没有反应,但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应,这就是差动保护不能代替瓦斯保护的原因。瓦斯保护装置结构简单、经济，对缓慢发展的故障，其灵敏性比变压器的差动保护优越，能够反应变压器油箱内部各种类型的故障，但对变压器油箱外部套管引出线上的短路不能反应，对绝缘突发性击穿的反应不及差动保护；而且在强烈地震期间和变

33、压器新投入时，瓦斯保护不能投到跳闸位置,所以瓦斯保护一般与差动保护共同使用构成变压器的主保护。2010 届电气工程与自动化专业毕业设计134.2.2.气体保护工作原理 油浸式变压器是利用变压器油作为绝缘和冷却介质的，变压器油箱内部故障产生的电弧或内部某些部件发热时，使变压器绝缘材料和变压器油分解产生气体（含有瓦斯成分） 。利用气体上升、右面下降和气体压力构成的保护装置，成为气体保护。 气体保护分为轻气体和重气体。轻气体主要反应变压器内部轻微故障和变压器漏油，动作于信号。重气体主要反应变压器内部严重故障，动作于跳闸。 当变压器出现内部故障时，产生的气体将聚集在瓦斯继电器的上部，使油面降低。当油面

34、降低到一定程度后，上浮筒便下沉，使水银接点接通，发出信号。如果是严重故障，油流会冲击挡板，使之偏转，并带动挡板后的连动杆向上转动，挑动与水银接点卡环相连的连动环，使水银接点分别向与油流垂直的两侧转动，两水银接点同时接通，使开关跳闸或发出信号。 图 4-1 瓦斯继电器的安装示意图气体保护动作迅速，灵敏度高。但它不反应油箱外的引出线和套管上的任何故障，因此必须与变压器纵差保护（或电流速断保护）配合，共同作为变压器的主保护。 毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计14图 4-2 瓦斯保护原理示意图4.3 变压器差动保护对于大容量的变压器，纵差保护是必不可少的主保护，它可以反应变压器绕组、套管

35、及引出线的各种故障，与气体保护相配合作为变压器的主保护。4.3.1 变压器纵联差动保护的原理纵联差动保护是反应被保护变压器各端流入和流出电流的相量差。对双绕组变压器实现纵差动保护的原理接线如下图所示。 图 4-3 差动保护的原理接线图为了保证纵联差动保护的正确工作，应使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，差回路电流为零。在保护范围内故障时，流入差回路的电流为短路点的短2010 届电气工程与自动化专业毕业设计15路电流的二次值，保护动作。 应使 (4.1)TnTA2TA1nn结论：适当选择两侧电流互感器的变比。纵联差动保护有较高的灵敏度。4.3.2 变压器纵联差动保护的整定计算 主变 S

36、FZ-31500/110,31500KVA 110+81.25%/10.5KV Yd11，Uk=10.2%根据第 2 章提供的一次部分的原始数据，计算如下： I1e=165 110331500（4.2）I2e=1732.1 110331500（4.3）110KV 侧 CT 采用接线可得： ni（d）= （4.4516535286）10KV 侧 CT 采用 Y 形接线： ni（y）=346 （4.551732）则实际额定电流即差动保护臂中的电流：IN1=4.76 (4.6)35/300165IN1=4.33 (4.7)5/20001732则不平衡电流：Iab= IN1- IN1=4.76-4.3

37、3=0.43 （4.8）毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计16项目各侧数据额定电压（kv）110（99）10.5额定电流（A）=165（183.7）110331500=1732.1110331500互感器接线方式d 接线Y 接线互感器计算变比=516535286=34651732互感器选择变比530052000保护臂中电流（A）=4.76（5.3）35/300165=4.335/20001732不平衡电流（A）4.76-4.33=0.43注：括号内数值是在-81.25%抽头电压时的计算值表 2，计算数据表（1（在变压器的各侧中，二次额定电流最大一侧称为基本侧。从表中可以看出，取11

38、0kv 侧作为基本侧。（2）计算差动保护基本动作电流A）躲过励磁涌流条件 Iop=KrelITN.d=1.3165=214.5 (A) （4.9）其中为可靠系数，取 1.3，而 ITN.d=165 为变压器的额定电流。krel110331500B）在正常运行情况下，为防止电流互感器二次回路断线时引起差动保护误动作，保护装置的动作电流应大于变压器的最大负荷电流（条件） Iop=KrelIL.max=1.3165=214.5 (A) （4.10）C） 躲过外部短路时最大不平衡电流的条件 Iop=Krel（KstKerr+U+fs）I（3）k2.max =1.3（1 1 0.1+0.1+0.05）

39、9.33=3.03 2010 届电气工程与自动化专业毕业设计17(4.11)其中 Kst 为电流互感器同型系数，型号相同时取 0.5，型号不同时取 1，这里为避免以后更换设备的方便故取 1；Kerr 为非周期分量引起的误差，取 1；fs 建议采用中间值 0.05；U 取 0.1；I（3）k2.max为变压器外部最大运行方式下的三相短路电流，由前面的计算结果知=9.33。(3).maxdzI综合上述三种不同情况下计算的动作电流，取最大值为最终计算结果则：Ik=214.5（A） (4.12)4.4 变压器电流速断保护对 6.3MVA 以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及 10MVA 以下厂用

40、备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护动作时限大于 0.5s 时，应装设电流速断保护。他与气体保护配合，可以保护变压器内部和电源侧套管及引出线上全部故障。保护动作电流取下列两条件的较大者作为整定值:1、躲开变压器负荷侧母线上短路时流过保护的最大短路电流： Iset = KrelIk。max (4.13)Krel为可靠系数，取 1.31.4；Ik。max为变压器负荷侧母线母线上最大短路电流。单变运行时： Iset = KrelIk。max =1.318.3=23.79 (4.14) 双变运行时：Iset = KrelIk。max =1.333.4=43.42 (4.15)2、躲过变压器空载投入

41、时的励磁涌流 Iset=(35)IN =（35）158.1=474.3790.5（A） (4.16)综合上述两种不同情况下计算的动作电流，取最大值为最终计算结果则： Ik = 790.5灵敏系数校验：毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计18 Ksen = Ik1.min/ Ik = =19.04 2 5 .7901738023（4.17）Ik1.min为 110kv 侧两相短路电流。满足要求。4.5 变压器相间短路的后备保护及过负荷保护相间短路的后备保护用于反应外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整

42、定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器，并发相应信号。一般采用过流保护、复合电压起动过电流保护或负序电流单相低电压保护等。变压器的后备保护的整定(1)复合电压启动过流保护,下面对它进行整定与灵敏性校验:过电流元件动作值按躲开主变额定电流整定,即:Iop.IN stIop = =213（A） stNrerelIKK.11533150085. 015. 1(4.17)其中 Krel是可靠系数,一般为 1.151.25,这里取 1.15,是返回系数,这里取kre0.85, 为主变额定电流。stNI.保护的灵敏性校验: Ksen=70.61.3 IopIf min.232131738023（4.18）

43、 为 110kv 侧母线短路电流，Iop 为过电流元件动作值。min. fI 满足要求。(2)过负荷保护的整定计算：取可靠系数 Krel为 1.05,返回系数 Kres为 0.85,IN为保护安装侧变压器的额定电流。2010 届电气工程与自动化专业毕业设计19其额定电流为：In = (4.19)(165110331500A所以： Iop= IN = 165=203.8 (4.20)KrKrel85. 005. 1 为了防止过负荷保护外部短路时误动作，其动作时限应比变压器后备保护动作时限长一个 t，一般取 910s。第五章 母线保护母线故障如未装设专用的母线保护，需靠相邻元件的保护作为后备，将延

44、长故障切除时间，并且往往要扩大停电范围，甚至酿成系统性大面积停电。由于母线保护涉及开关较多，误动作后果特别严重，所以要求它比其他保护具有更高的安全性。5.1 母线保护设计原则5.1.1 母线的短路故障母线式电能集中和分配的场所，是电力系统的重要组元件之一。母线发生故障将使接于母线的所有元件被迫切除，造成大面积用户停电，电器设备遭到严重迫害，甚至使电力系统稳定运行破坏，导致电力系统瓦解，后果十分严重。母线故障的原因有：母线绝缘子和断路器套管的闪络，装于母线上的电压互感器和装在母线和断路器之间的电流互感器故障，母线隔离开关和空气断路器的支持绝缘子损坏，运行人员的误操作等。母线上发生的短路故障，主要

45、是各种类型的接地和相间短路。毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计205.1.2 母线故障的保护方式母线故障，如保护动作迟缓，将会导致电力系统的稳定性遭到破坏，从而使事故扩大，因此母线必须选择合适的保护方式。母线故障的保护方式有两种：一种是利用供电元件的保护兼母线故障保护，另一种是采用专用母线保护。一般来说母线故障可以利用供电元件的保护来切除。图 5-1 母线保护图B 处的母线故障，可由 1DL 处的或段切除，2DL 和 3DL 处的发电机、变压器的过流保护切除。缺点：延时太长，当双母线或单母线时，无选择性。所以下列情况应装设专门的母线保护：母线保护应特别强调其可靠性，并尽量简化结构。

46、对电力系统的单母线和双母线保护采用差动保护一般可以满足要求，所以得到广泛应用。母线上连接元件较多，所以母差保护的基本原则为：（1） 、幅值上看：正常运行和区外故障时，即)0()0(outinII 0I 母线故障时 0 动作outIdzdIII（2） 、相位上看：正常运行和区外故障时，流入、流出电流反相位 母线故障时 流入电流同相位母差保护分为：1 母线完全差动 2.电流比相式差动保护 3.断路器失灵保护 由设计的已知条件可知,110kV 母线均是采用单母线接线,对于单母线我们可以采用母线完全电流差动保护。5.2 母线保护原理5.2.1 母线完全差动母线完全差动保护的原理接线图如图 5.4 所示

47、,和其它元件的差动保护一样,也是按环流法的原理构成。在母线的所有连接元件上必须装设专用的电流互感器,而且这些电流互感器的变比和特性完全相同,并将所有电流互感器的二次绕组在母线侧的端2010 届电气工程与自动化专业毕业设计21子互相连接,在外侧的端子也互相连接,差动继电器则接于两连接线之间,差动电流继电器中流过的电流是所有电流互感器二次电流的相量和。这样,在一次侧电流总和为零时,在理想的情况下,二次侧电流的总和也为零。此图为母线外部 K 点短路的电流分布图,设电流流进母线的方向为正方向。图中线路 I,II 接于系统电源,而线路 III 则接于负载。 (1)在正常和外部故障时(K 点),流入母线与

48、流出母线的一次电流之和为零,即: 0IIIIIIIIII（5.1） 而流入继电器的电流为: 1231gIIIIIITAIIIIIIIn（5.2）因电流互感器变比 nTA相同,在理想情况下流入差动继电器的电流为零,即 Ig=0 但实际上,由于电流互感器的励磁特性不完全一致和误差的存在,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,即: gunbII图 5-2 母线完全电流差动保护的原理接线图其中 Iunb是电流互感器特性不一致而产生的不平衡电流。 (2)母线故障时,所有有电源的线路,都向故障点供给故障电流,即: （5.311gIIIKTATAIIIInn） 其中 Ik是故障点的总短路

49、电流,此电流数值很大,足以使差动继电器动作。毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计225.2.2 母联电流相位比较式母线差动保护由设计的已知条件可知,110kV 侧的母线是采用双母线带旁路母线接线,这种接线方式有一个特点就是它的运行方式不是固定不变的,而是有多种运行方式。所以双母线固定连接运行的完全差动保护对它来说缺乏灵活性,为了克服此缺点,我采用另一种差动保护母联电流相位比较式母线差动保护,它很适用于双母线连接元件运行方式经常改变的母线上。母联电流相位比较式母线差动保护的原理是比较母线联络断路器回路的电流与总差动电流的相位关系。该保护的单相原理接线如图 5.5 所示。它的主要元件是起

50、动元件 KD 和选择元件 1KW,2KW 。起动元件 KD 接于所有引出线的总差动电流,KW 的两个绕组分别接入母联断路器回路的电流和总差动回路的电流,通过比较这两个回路中电流的相位来获得选择性。在图 5.5(a)所示双母线接线中,假设 I,II 母线并列运行,I 母线和 II 母线的连接元件中均有电源线路,规定母联电流 I5的正方向为由 II 母线流向I 母线,则当 I 母线上的 K1点发生短路故障时,母联电流 I5为： 534III（5.4） 短路电流 Ik为： 1234kIIIII故,当忽略各电源间相角差和各元件阻抗角差时,I5和 Ik同相位,如图 5.5(b)所示。II 母线上的 K2

51、 点发生短路故障时,母联电流 I5为： 512III 短路电流 Ik仍如式(5.21)所示,所以 I5与 Ik反相位,如图 5.5(c)所示。可见,以图示 I5为正方向时,若 I5与 Ik同相位,则判别为 I 母线上发生了短路故障。在图5.14(a)接线中,差动继电器 KD 中的电流为： KkTAIIn（5.5） 2010 届电气工程与自动化专业毕业设计23 (a) (b) (c)(a) 原理接线图; (b), (c) 相量关系图 5-3 母联电流与短路电流相位比较所以电流 Ik的相位就是短路电流 IK的相位,并且 KD 动作时,即表示 I 母线或 II母线发生了短路故障。1KW,2KW 是故

52、障母线的选择元件,进行 I5与 Ik的相位比较。当与同时从 1KW 的两个绕组的同极性端流进时,1KW 处于动作状态,对 2KW 处,从同wIkI极性端流出,处于不动作状态；当-与同时从 2KW 的两个绕组的同极性端流进时,wIkI2KW 处于动作状态,对 1KW 处, -从同极性端流出,处于不动作状态。wI由以上分析可见,KD,1KW 动作时,判别为 I 母线短路故障；KD,2KW 动作时,判别为II 母线上发生了短路故障。母线差动保护的动作原理建立在基尔霍夫电流定律的基础上。把母线视为一个节点，在正常运行和外部故障时流入母线电流之和为零，而内部短路时为总短路电流。假设母线上各引出线电流互感

53、器的变比相同，二次侧同极性端连接在一起，按照图一接线则在正常及外部短路时继电器中电流为零。 实际上由于电流互感器有误差，在外部短路时继电器中有不平衡电流出现，差动保护的启动电流必须躲开最大的不平衡电流才能保证选择性。毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计245.2.3 断路器失灵保护 电力系统中，有时会出现系统故障、继电保护动作而断路器拒绝动作的情况。这种情况下，可导致设备烧毁，扩大事故范围，甚至使系统得稳定运行遭到破坏。因此，对于较重要的设备，应装设断路器失灵保护。断路器失灵保护有称后备接线，它是防止因断路器拒绝动而扩大事故的一项措施，断路器失灵保护的工作原理是，当线路、变压器或母线

54、发生短路并伴随断路器失灵时。相应的继电保护动作，出口中间继电器发出断路器跳闸脉冲。由于短路故障未被切除，故障元件的继电器仍处于动作状态，此时利用装设在故障元件上的故障判别元件，来判别断路器仍处于合闸状态。如故障元件出口中间继电器触点和故障判别元件的触点同时闭合时，失灵保护被启动。在经过一个时限后失灵保护出口继电器动作，跳开与失灵的断路器相连的母线上的各个断路器，将故障切除。保护由启动元件、时间元件、闭锁元件和出口回路组成，为了提高保护动作的可靠性，启动元件必须同时具备下列两个条件才能启动：（1）故障元件的保护出口继电器动作后不返回（2）在故障保护元件的保护范围内短路依然存在，即失灵判别元件启动

55、。为防止失灵保护误动作，在失灵保护接线中加设了闭锁元件，常用的闭锁元件由负序电压。零序电压和低电压继电器组成，通过“与”门构成断路器失灵保护的跳闸出口回路。5.3 110kv 母线保护完全电流差动保护整定计算差动继电器的动作电流按以下原则整定： （1）按躲开母线外部的最大不平衡电流整定，即： （5.5.maxkkkIIdrel LHfzq d） 可靠系数，取 1.3。krel 电流互感器变比误差，取 0.1kLH 非周期分量系数，一般电流继电器取 1.52。kfzq 母线差动保护外部短路时流过的最大短路电流。.maxId2010 届电气工程与自动化专业毕业设计25 由于起动元件采用 BCH2

56、型差动继电器，故取=1，=0.1，=1.3。kfzqkLHkrel起动电流：Idz= =1.3=1.3 0.1 1 17380=2259.4（A）krelkLHkfzq.maxId 二次电流为：Idz.j=37.65(A) 53004 .2259（5.6） (2)由于母线差动保护电流回路中连接元件较多，接线复杂，因此，电流互感器二次回路断线的几率比较大，为了防止在正常运行情况下，任一电流互感器二次回路断线时引起保护误动作，启动电流应大于任一连接元件中最大的负荷电流 Iop，即Iop = TALrelnIKmax.（5.7） = = 376.5 5300173803 . 1为可靠系数，取 1.3

57、；为保护处的短路电流；为电流互感器变比。 relKmax.LITAn灵敏度按下式计算Ksen = = (5.8)IopIL max.5 .37617380=46.12 满足要求。式中母线短路时短路电流。max.LI5.4 10kv 母线保护根据 DL400继电保护和安全自动装置技术规程中，非专门的母线保护装设原则：对于发电厂和主要变电所的 310kV 分段母线及并列运行的双母线，一般可由变压器的后备保护实现母线的保护。对重要 310kV 分段母线，宜采用不完全电流差动式母线保护，保护仅接入有电源支路的电流。保护由两段组成：其第一段采用无时限或带时限的电流速断保护，当灵敏系数不符合要求时，可采用

58、电流闭锁电压速断保护；第二段采用过电流保护，当毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计26灵敏系数不符合要求时，可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路，以降低保护的起动电流。2010 届电气工程与自动化专业毕业设计27第六章 线路保护输电线路发生短路时，电流突然增大，电压降低，利用电流突然增大使保护动作而构成的保护装置，称作电流保护。相间短路的电流保护 根据线路故障对主、后备保护的要求，线路相间短路的电流保护有三种：第一，无时限电流速断保护或无时限电流电压联锁速断保护；第二，带时限电流速断保护或带时限电流电压联锁速断保护；第三，定时限过电流保护或低电压启动过电流保护。6.1 无时限电流

59、速断保护无时限电流速断保护依靠动作电流来保证其选择性，即被保护线路外部短路时流过该保护的电流总小于其动作电流，不能动作；而只有在内部短路时流过保护的电流才有可能大于其动作电流，使保护动作。故无时限电流速断保护不必外加延时元件即可保证保护的选择性 。无时限电流速断保护的灵敏度是通过保护范围的大小来衡量的，即它所保护的线路长度的百分数来表示。保护在不同运行方式下和不同短路类型时，保护的灵敏度即保护范围各不相同。应采用最不利情况下保护的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护范围不小于线路全长的 15% 。图 6-1 无时限电流速断保护整定计算示意图ABC1QF2QFsmaxsminZZ3QFmin

60、lmaxlact1IIl0213kact1relkBmaxIK I毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计28当系统运行方式变化很大，或者保护线路的长度很短时，无时限电流速断保护的灵敏度就会不满足要求甚至没有保护范围，此保护不宜使用，此时可采用无时限电流电压联锁速断保护。电流电压联锁速断保护是采用电流、电压元件相互闭锁实现的保护，只要有一个元件不动作，保护即被闭锁。 6.2 带时限电流速断保护电流保护第段只能保护线路的一部分，而该线路剩下部分的短路故障必须依靠电流保护第段来可靠切除。这样，线路上的电流保护第段和第段共同构成整个被保护线路的主保护，它能以尽可能快的速度，可靠并有选择性地切除

61、本线路上任一处故障。 带时限电流速断保护电流测量元件的整定值遵循原则：第一、在任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路全长（包括本线路末端） ，为此，保护范围必须延伸至相邻的下一线路，以保证保护在有各种误差的情况下仍能保护线路的全长；第二、为了保证在相邻的下一线路出口处短路时保护的选择性，本线路的带时限电流速断保护在动作时间和动作电流两个方面均必须和相邻线路的无时限电流速断保护配合。 图 6-2 带时限电流速断保护整定计算示意图当带时限电流速断保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线路电流保护第段整定值配合的方法确定，以降低本线路电流保护第段的整定值，提高其灵ABC1QF2QF3QF

62、act1IIl0ABIBIBCIkkBmaxIact1Iact2IkCmaxIact1relact2bminact1act2/IK IKttt 2010 届电气工程与自动化专业毕业设计29敏度。6.3 定时限过电流保护 定时限过电流保护的作用是做本线路主保护的近后备，并做相邻下一线路或元件的远后备，因此它的保护范围要求超过相邻线路或元件的末端 。由于定时限过电流保护的动作值只考虑在最大负荷电流情况下保护不动作和保护能可靠返回的情况，而无时限电流速断保护和带时限电流速断保护的动作电流则必须躲过某一个短路电流，因此，电流保护第段的动作电流通常比电流保护第段和第段的动作电流小得多，其灵敏度比电流保护

63、第、段更高。当网络中某处发生短路时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第段的电测量元件均可能动作。为了保证选择性，各线路第段电流保护均需增加延时元件，且各线路第段保护的延时必须互相配合。 两相邻线路电流保护第段动作时间之间相差一个时间阶段的整定方式称为按阶梯原则整定。 当定时限过电流保护灵敏度不满足要求时，可采用低电压启动的过电流保护。所谓低电压启动的过电流保护是指在定时限过电流保护中同时采用电流测量元件和低于动作电压动作的低电压测量元件来判断线路是否发生短路故障的保护。 6.4 110kv 线路保护 图 6-3 系统简图1. 无时限电流速断保护（第 段）保护relact2act1bmin

64、KIIKact1act2ttt 毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计30（1）.按躲过本线路末端故障整定 (6.1) IIop.1= Krel I（3）K.max = 1.2 17.38=20.856 (6.2)Krel电流保护第一段的可靠系数，可取 1.21.3 I（3）K.max被保护线路末端的最大短路电流2.带时限电流速断保护（第二段）保护为保证选择性，带时限电流速断保护的整定值必须与相邻元件的保护相配合，通常与相邻元件的无时限电流速断保护配合。它的整定计算与电网的结构和相邻元件的保护类型有关。（1） 按躲过变压器 T 低压侧母线短路整定按与相邻变压器保护配合整定。当相邻元件为

65、变压器时，可以采取与变压器保护配合的方式整定以扩大保护范围当变压器采用纵差保护时 IIop.1= Krel I（3）K.max = 1.318.4=23.92 (6.3) I（3）K.max变压器低压侧母线短路时，流过本线路末端的最大短路电流 Krel 可靠系数，取 1.31.4（2）于相邻线路瞬时电流速断保护配合IIIop.1 =Krel IIop.2 =1.318.4=26.45 (6.4)IIop.2为 10kv 母线侧短路电流。 t =0.5s（3）.灵敏度校验 为了保证在极端的情况下限时电流速断保护也能保护本线路的全长，应校验在最小运行方式下在本线路末端发生两相短路时，流过保护的短路

66、电流是否大于动作电流。使保护可靠动作，即灵敏系数为 (6.5) = 704.284 .3323Ksen 1.3 复合要求lXXEIkB1minss)3(max.保护装置的动作值间短路电流计算值保护区末端最小两相相senK2010 届电气工程与自动化专业毕业设计316.5 10KV 线路保护 采取电流速断保护 IIop.2= Krel I（3）K.max = 1.2 18.4=22.08 (6.6)Krel电流保护第一段的可靠系数，可取 1.21.3I（3）K.max被保护线路末端的最大短路电流毛娅婕：某钢厂 110KV 变电站继电保护设计32第七章、总结与体会本次毕业设计的主要内容是对 110kV 电力系统继电保护的配置。经过对设计要求，设计内容的分析可知，首先要利用电力系统分析的知识，求出各短路点的短路电流，从而确定各短路点短路时系统的最大及最小运行方式，由于电力系统分析的相关知识掌握得比较好，因此这一步进行得比较顺利。接下来在最大最小运行方式下求出各出线的最大最小三相短路电流，两相短路电流和相应的最大负荷电流，在计算这一步过程中遇到了一些小困难，通过查找相关的书籍，同时在老师的指导