毕业设计110V变电站二次设计

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1、绪 论毕业设计是教学的重要环节，也是学校对我们所学专业知识的一次检查，通过设计，可以使我在分析计算，掌握工程设计的技术经济规定，查阅工具书等技能方面得以提高。变电站是电力系统的重要组成部分，担负着电能转换和电能重新分配的重要任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。随着电力系统的发展电网结构越来越复杂。需准确掌握电网和变电站的运行情况。并逐步采用无人值班管理模式。传统变电站一般都采用常规设备。二次设备中的继电保护和自动装置，远动装置采用电磁式或晶体管式，体积大，设备重。常规装置结构复杂，可靠性低，维护工作量大。因此，实现变电站综合自动化是全面提高变电站的技术水平和管理水平的重要目标。仅从

2、变电站自动化系统的构成和所完成的功能来看，它是将传统变电站的监视控制、继电保护、自动控制和远动等装置所要完成的功能组合在一起，用一个以计算机硬件模块化软件和数据通信网构成的完整系统来代替。传统变电站一般都采用常规设备。二次设备中的继电保护和自动装置、远动装置等采用电磁式或晶体管式，体积大，设备笨重，因此，主控室占地面积较大。常规装置结构复杂，可靠性低，维护工作量大。随着国民经济的持续发展，人民的生活质量和生活水平不断提高家用电器越来越多的进入千家万户，人们对用电质量的要求越来越高。但是传统变电站缺乏科学的电能质量考核办法。传统变电站由于远动功能不全。一些遥测，遥信量无法实时送到调度中心，不能满

3、足向调度中心及时提供运行参数的要求。变电站本身又缺乏自动控制和调控手段，因此无法进行实时控制，不利于系统的安全稳定运行。本次设计是对发电厂及电力系统专业所学的内容进行一次系统的、全面的、内容较多的毕业设计。设计的为110kV变电站，分别对变电站做总体分析和负荷分析、变电站主变的选择、主接线、短路电流计算、电力系统继电保护等五部分的分析计算，在设计中发现所用数据不够准确，特别是在电力系统继电保护是计算中，存在很大缺陷，力求在以后的设计中能够逐步趋于完善，相信不久能实现无人值班高度自动化以弥补传统变电站的缺陷。它是我们大学三年的重要的一门课程之一。设计包括的知识面广，需要大量了解专业书和设计手册的

4、内容，也是给我们一次很好的复习机会，为今后的工作打下良好的基础，也从中摸索出一些初步的专业经脸。第1章 电力系统及变电站总体分析1.1 电力系统的组成电能是现代社会中最重要的，也是最方便的能源。电能具有许多优点，它可以方便地转化为别种形式的能，例如，机械能、热能、光能、化学能等；它的输送和分配易于实现；它应用规模也很灵活。因此，电能被极其广泛地应用于工农业，交通运输业，商业贸易，通信以及人民的日常生活中。以电能作为动力，可以促进工农业生产的机械化和自动化，保证产品质量，大幅度提高生产率。还要指出，提高电气化程度，以电能代替其他形式的能量，是节约总能量消耗的一个重要途径。发电厂把别种形式的能量转

5、换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的别种能量。这些生产、输送、分配和消耗电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。1.2 变电站的总体分析由于我国经济的高速发展，某些市区生产和生活的供电要求越来越大，在大力建设火力发电厂的同时，相应的配套电力设施也应跟上。其变电站的建设属于设施中较重要的一类。也是决定用电质量和效率的因素之一。对地区经济的发展有直接的关系，也是反映地区经济发展水平的重要参数之一。我们这里所要新建的是一所110KV降压变电站。变电站的站址选择在市区内部，靠近负荷中心，有利于系统运行性能的提高，降低损

6、耗，提高经济效益；此外，这些电力负荷位于变电站的北部和南部，避免了将变电站设在污染源的下风口，否则将会发生污闪事故和沿面放电，影响电力系统的运行性能；变电站东部没有重要的电力负荷，这为进出线提供了广阔的线路走廊，还有利于变电站的扩建 ；另外，变电站选址还考虑了变电站与附近设施的影响。因此，变电站选址不当，必将影响企业供电系统的主接线方式，送电线路的规格和布局，电网损失及投资的大小，还可能引起电力倒流，产生严重后果。变电站是电力系统的重要组成部分，它直接对电力用户馈送电能。变电站在电力系统中之所以起着十分重要的作用，是因为其运行性能的好坏直接影响到系统的稳定性。电力用户的直接利益。变电站是联系发

7、电厂和电力用户的重要纽带，是将电能从产品变成商品的中间环节。它担负着电能转换和电能重新分配的重要任务。对国家经济的发展有着极其重要的作用。根据35110KV变电站设计规范第1.0.31.0.6条规定：第1.0.3条 ：变电站的设计应根据工程的510年发展规划进行做到远，近期结合。以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。第1.0.4条 ：变电站的设计，必须以全出发，统筹兼顾。按照负荷性质，用电容量，工程特点和地区供电条件，综合国情合理地确定设计方案。第1.0.5条 ：变电站的设计，必须坚持节约用地的原则。第1.0.6条 ：变电站设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有

8、关标准和规范的规定。设计依据：根据省电力公司文件ZX市郊变电所设计任务书的批复。1.3 变电站的负荷分析根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，即一级负荷、二级负荷、三级负荷。等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同，构成了电力系统环网。如果有任何一条线路发生故障，会直接影响电力系统环网运行的稳定性。由于各条线路的最大穿越功率不同，对电力系统造成的破坏程度也有所不同。但是，它们都会影响变电站的稳定运行，电能质量下降，导致变电站变压器容量在三相不平衡负荷下运行，产生谐波电流，造成严重的后果。对于10KV侧，我们可以将负荷分为工业电力负荷和非工业电力负荷，工业电 力负荷包括：

9、焦化厂、钢厂、电站设备厂、毛纺厂、化肥厂；非工业电力负荷包括：医院、广播电视台、宾馆、配电站甲、配电站乙、配电站丙、配电站丁及市区等(1)工业电力负荷，出线回路为2回，10KV直接供电，以焦化厂为例进行说明负荷分析情况：(2)非工业电力负荷，出线回路数均为1回，10KV直接供电，另外还有2条备用线路供扩展备用，以医院为例说明负荷分析情况：一级负荷：手术室、急诊室、监护病房、高压氧仓、病理切片分析、区域性中心血库的电力及照明，占负荷总数的40%；二级负荷：细菌培养、电子显微镜、电子计算机X射线断层扫描装置，放射性同位素加速器电源、电梯，占负荷总数的20%；三级负荷：其他的辅助科室及设备，占负荷总

10、数的40%。如果停电，一级负荷将造成人身伤亡或回引起对周围环境严重污染；对工厂将造成经济上的巨大损失，如重要的大型的 设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响。二级负荷会造成较大的经济损失，如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产；还可能引起社会秩序混乱或较严重的政治影响。三级负荷造成的损失不大或不会造成直接经济损失。由此可知，供电的稳定性直接影响经济的发展，负荷等级不同，对供电的要求也不相同：对于一级负荷，必须有二个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。对特别重要的一级负荷应该由二个独立电源点供电。对于二级负荷，一

11、般要有两个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电。对于三级负荷，一般只需一个电源供电。1.4 变电所的建设的必要性该所位于ZX市郊的企业集中区的中心，为满足该地区经济发展及人民生活需要，决定再此建设此区域性变电所。该变电所位于ZX市郊东南郊，交通便利,变电所的西边为10KV负荷密集区，主要有配电站甲、配电站乙、配电站丙、配电站丁、广播电视台、焦化厂、钢厂、宾馆、医院、电站设备厂、毛纺厂、化肥厂及部分市区用电。这些企业对用电的质量都是非常高的，他们都不容许随随便便的停电，一旦停电就会造成严重的经济损失，也会给人民的造成生活造成很大的不便，故对电有很高的质量要求。本所变

12、电站的建设满足了这一要求，有了它就保证了电能方面的技术要求，提高了用电的可靠性、经济性等，也给居民的用电带来了方便。第2章 主变选择及电气主接线设计2.1 主变容量及台数的确定变压器的容量、台数直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的结构。它的确定除了依据传递容量基本原始资料外，还要根据电力系统510年的远景发展计划，输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入电力系统中的紧密程度等因素，进行综合分析与合理的选择。如果变压器的容量选择过大，台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能的损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选的过小，将可能满足不了变电站的电力负荷的需要，这在技术上

13、是不合理的。可见，变电站主变压器的选择相当重要。(1)根据变电站带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60正常运行。(2)同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。（主要考虑备用品，备件及维修方便）(3)具有三种电压等级的变电站中，如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到主变压器容量的15%时，主变电压器宜采用三绕组变压器。根据35110kV变压器所设计规范3.1.2条规定“在有一、

14、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由是中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。因为待设计变电所（以下简称该变电所）的负荷有医院、钢厂及配电站，较为重要，变电所不能由低压侧取得足够的备用电源，为保证供电可靠性，故考虑安装两台主变压器。计算详见附录12.2 负荷分析10KV线路主要针对配电站、广播电台、钢厂、焦化厂、宾馆、医院、化肥厂、电站设备厂、毛纺厂、等供电，其负荷组成系数较高，如钢厂、医院、宾馆等，他们都不能随便停电，否则将会造成重大事故、资金流失。因此，10KV线路务必要保证供电的质量、可靠性。2.3 主变型

15、号的选择2.3.1相数选择依设计原则，只要不受运输条件限制，应优先考虑三相变压器受。该变压所主动为110kV降压变，单台容量不大（25000kV），不受到运输条件限制，故采用三相式变压器。容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。但是，由于变压器的制作条件和运输条件的限制，特别是大型变压器，需要考察其运输可能性。若受到限制时，则可选择单相变压器组。2.3.2 绕组选择电力变压器每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等形式。最大机容量为125MW

16、及以下的发电厂多采用三绕组变压器，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15及以上，否则绕组未能充分利用，反而不如选用2台双绕组变压器在经济上更加合理。该变电所只有110kV、10kV两个电压等级，故采用双绕组变压器。2.3.3 冷却方法电力变压器的冷却方式随变压器形式和容量的不同而异，一般有自然风冷、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。通常依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器及电动风扇散发热量的自然风冷却及强迫风冷却，适用于中、小型变压器。本次设计所用到的变压器为中、小型变压器，故选择为自然风冷却的冷却方式。2.4 调压方式及接线组

17、别的选择变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。因此，变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在一定范围内。通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现调压。切换方式有两种：一种式不带电切换，称为无激磁调压；另一种是带负荷切换，称为有载调压。根据35110kV变压器所设计规范3.1.5条规定“变压器的有载调压是改善电压质量，减少电压波动的有效手段，对电力系统，一般要求110kV及以下变电所至少采用一级有载调压变电器”。而该变电所

18、10kV侧有负荷波动较大的企业(如钢厂)，对电能质量和可靠性的要求较高，为保证连续供电和满足对电能质量的要求，并能随时调压，扩大调压幅度而不引起电网的波动，故应采用有有载调压的变压器。电力工程电气设计手册规定，变压器绕组的连接方式必须与系统电压相位一致，否则不能并列运行。由于110kV系统采用中性点直接接地，10kV系统采用中性点不接地，故主变的接线方式采用YN,d-11。2.5 结构方式的选择：因该变电所为降压变电所，故主变压器选择降压式结构。综上所述，查电工产品目录选择主变压器型号为：SFZ-31500/110，其型号意义及技术参数如下：图21变压器型号示意图表21 变压器参数型号额定容量

19、(kVA)电压组合(kV)联结组标号阻抗电压(%)其它参数SFZ7-25000/11025000高压低压YN,d1110.5空载电流%1.111081.25%11空载损耗（kW）35.5负载损耗（kW）123外形尺寸: 709045205600 总重49.0吨2.6 对电气主接线基本要求及设计这里以从工程的观点出发，在考虑了主要设备的设计原则下以及对变压器选择，短路电流计算后作出的。对电气主接线的基本要求，有可靠性、灵活性和经济性三个方面。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，它要求用规定的设备文字和图形符号，并按工作顺序排列，详

20、细地表示电气设备或成套装置全部基本组成和连接关系代表该变电站电气部分的主体结构，是电力系统结构网络的重要组成部分。它的设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性，灵活性及对电器的选择、配电装置、继电保护、自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，我们要重视电气主接线的设计。35110kV变压器所设计规范有以下几条规定:第3.2.1条 变电所的主接线,应根据变电所的电力网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定。并应满足供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。第3.2.2条 当能满足运行要求时，变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。第3.2.4条

21、 在采用单母线、分段单母线或双母线的35110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。当110kV线路为6回及以上，3563kV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器。主变压器35110kV回路中的断路器，有条件时亦可接入旁路母线。采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。第3.2.5条 当变电所装有两台主变压器时，610kV侧宜采用分段单母线。线路为12回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当635kV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。市区将要新建的变电站的

22、负荷资料数据及其对负荷的分析情况，基本上决定了改变电站的电气主接线形式，负荷资料需要辩证的分析，因为负荷的发展和增长受政治、经济、工业水平和自然条件等方面的影响。如果设计时，只依据负荷计划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金；否则，电源不同，就影响其他工业的发展，因此，电气主接线的质量不仅在于当前是合理的，而应考虑510年内的供电质量也是好的。但是，对于电气主接线的基本要求（可靠性、灵活性、经济性）的考虑，让变电站的电气主接线更趋合理化，应尽量满足以下要求：电气主接线应具有足够的灵活性，能适用多种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便，调度灵活、检修安全、扩建发展方便等。2.

23、7 主接线的选择根据可靠性、灵活性和经济性三个方面，参考计算说明书的结果，决定了改变电站的电气主接线形式，负荷资料需要我们认真的分析，因为负荷的发展和增长受政治、经济、工业水平和自然条件等方面的影响。主接线的基本形式，就是电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线作为主体。为便于电能的汇集和分配，在进出线较多时采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。有汇流母线的界限形式可概括地分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。2.7.1 110kV主接线的选择图22 内、外桥式接线与单母线分段接线方式该变电所110kV出线回路

24、为2回，且本所选择了两台主变压器，故考虑内、外桥接线和单母线分段接线。表22 方案比较内 桥 接 线外 桥 接 线单母线分段接线优点1、 高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。2、 同内桥形接线。3、 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。4、 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重要用户停电。缺点变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运。桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。出线断路器检修时，线路需较长时期停运。线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运。桥连断

25、路器检修时，两个回路需解列运行。变压器侧断路器检修时，变压器需较长时期停运。当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。当出线为双回路时，常使用架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围适用于较小容量发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长、故障率较高情况。适用于较小容量发电厂、变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较少的情况。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线。110220kV配电装置出线回路数为34回时。综上所述，110kV母线采用单母线分段接线。2.7.2 10kV主接线的选择10kV侧通常采用单母线或单母线分段接线两

26、种方式，如图d,e示： 图23 单母线分段和简单单母线接线图表23 方案比较单母线分段接线单母线分段接线优点16、接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。18、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。23、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重要用户停电。缺点不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该

27、段母线的回路都要在检修期间内停电。当出线为双回路时，常使用架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围一般只适用于一台发电机或一台主变压器情况下，610kV配电装置的出线回路数不超过5回。610kV配电装置出线回路数为6回路及以上时。单母线虽使用设备少，经济性好，但可靠性差。该变电所有钢厂、医院等重要负荷且出线多，亦采用单母线分段接线，其具有可靠性较好，操作方便的优点，且重要负荷已有双回路，可从两段母线引出，故不考虑设置旁路母线，综上所述，10kV母线采用单母分段。 第3章 短路电流计算3.1 短路电流的计算目的(1) 选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，确定某接线是否需要采

28、用限制短路电流措施，均需要进行必要的短路电流计算。(2) 在选择电气设备时，为了保证各种电器设备和导体在正常运行和故障情况下都能保证安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要用短路电流进行校验。(3) 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地安全距离。(4) 在选择继电器保护方式和进行整定计算时，需以各种短路电流为依据。3.2 短路电流的计算在电力供电系统中，短路给电力系统带来很大的危害。短路的形式可以分为三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地。在短路形式中，三相短路电流最大。在供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达

29、数千倍，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电线、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设备损坏；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，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的瓦解和解列。计算见附录2。第4章 继电保护整定4.1 电力系统继电保护的作用继电保护在电力系统中占据重要的地位，继电保护的方法很多，它的可靠程度直接影响变电站工作的质量。因此，我们应该慎重地作继电保护。继电保护指继电保护技术或各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生

30、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. 电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路。在发生短路时可能产生以下的后果：(1)通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；(2)短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短它们的使用寿命；(3)电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；(4)破坏变电站并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解。电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。例如，因负荷超过

31、电气设备的额定值而引起的电流高（一般又称过负荷），就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能发展成故障。此外，系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行态。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。系统事故的发生，除了由于自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般都是由于设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行

32、维护不当而引起的。因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确的掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可以大大的减少事故发生的机率，把事故消灭在发生之前。在电力系统中，出应采用各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性切除故障元件，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几秒，实践证明只有装设在每一个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。这中保护装置直到目前为止，大多是有单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。在电子式静态保护装置和数字式保护装置出现之后，虽然继电器已被电子元件或计算机所代替

33、，但仍沿用此名称。在电业部门常用继电保护一词泛指继电保护技术或有各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置一词则指各种具体的装置。继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于短路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的任务是：(1)自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；(2)反应电气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延时，以免不必要的动作和由于干扰而

34、引起的误动作。 4.2 变电站继电保护的要求动作于跳闸的继电保护 ，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可能性，现分别讨论如下。4.2.1 选择性继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。在下图所示的网络接线中，当d1点短路时，应由距离点最近的保护1和2动作跳闸，将故障线路切除，变电所B则仍可有另一条无故障线路继续供电。而当d3点短路时，保护6动作跳闸，切除线路C-D，此处只有变电所D停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停点范围限制到最小，甚至可以作到不中断向用户供电。图4-1

35、单侧电源网络图3-1单侧电源网络中，有选择性的说明在要求继电保护动作有选择性的同时，还必须考虑继电保护或断路器有拒绝动作的可能性，因而就需要考虑后备保护的问题。如图所示，当d3点短路时，距短路点最近的保护6本应动作切除故障，但由于某种原因，该处的继电保护或断路器拒绝动作，故障便不能消除，此处如其前面一条线路（靠近电源侧）的保护5能动作，故障也可消除。能起保护5这种作用的保护称为相邻元件的后备保护。同理，保护1和3又应该作为保护5和7的后备保护。按以上方式构成的后备保护是在远处实现的，因此又称为远后备保护。在复杂的高压电网中，当实现远后备保护保护在技术上有困难时，也可以采用近后备保护的方式。即当

36、本元件的主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护作为后备保护；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。为此，在每一元件上应装设单独的主保护和后备保护，并装设必要的断路器失灵保护。由于这种后备作用是在主保护安装处实现，因此，称它为近后备保护。应当指出，远后备的性能是比较完善的，它对相邻元件的保护装置、断路器、二次回路和直流电源所引起的拒绝动作，均能起到后备作用，同时它的实现简单、经济，因此，应优先采用，只当远后备不能满足要求时，才考虑采用近后备的方式。4.2.2 速动性 快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障

37、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切除故障。动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置，一般都结构比较复杂，价格比较昂贵。电力系统在一些情况下，允许保护装置带有一定的延时切除故障。因此，对继电保护速动性的具体要求，应根据电力系统的接线以及被保护元件的具体情况来确定。下面列举一些必须快速切除的故障：根据维持系统稳定的要求，必须快速切除的高压输电线路上发生的故障；(1)使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值（一般为0.7倍额定电压）的故障；(2)大容量的发电机，变压器以及电动机内部发生的故障；(3)1-10KV线路导线截面积过小为避免过热不允许延时切除的故障等；(4)可能

38、危及人身安全，对通讯系统或铁道号志系统有强烈干扰的故障等。故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之合。一般的快速保护的动作时间为0.06-0.12秒，最快的可达0.01-0.04秒，一般的断路器的动作时间为0.06-0.15秒，最快的可达0.02-0.06秒。4.2.3灵敏性继电保护的灵敏性，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。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过度电阻，都能敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏性系数来衡量，它主要决定于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。在原水利

39、电力部颁发的继电保护和安全自动装置技术规程SDJ-83中，对各类保护灵敏系数的要求都作了具体的规定。4.2.4 可靠性保护装置的可靠性是指在该保护装置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，而在任何其它该保护不应该动作的情下，则不应该误动作。可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平而言。一般说来，保护装置的组成元件的质量越高、接线越简单、回路中继电器的触点数量越少，保护装置的工作就越可靠。同时，精细的制造工艺、正确地调整实验、良好的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。继电保护装置的误动作和拒绝动作都会给电力系统造成严重的危害。但提高其不误动

40、作的可靠性和不拒动的可靠性的措施常常是互相矛盾的。由于电力系统的 结构和负荷性质的不同，误动作和拒动作的危害程度有所不同，因而提高保护装置可靠性的着重点在各种具体情况下也应有所不同。例如当电力系统中有充足的旋转备用容量、输电线路很多、各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时，由于继电保护装置的误动作，使发电机变压器或输电线切除而给电力系统造成的影响可能很小。但如果发电机变压器或输电线故障时继电保护装置拒绝动作，将会造成设备的损坏或系统稳定的破坏，损失是巨大的。在此情况下，提高继电保护不拒动的可能性比提高不误动作的可能性更为重要。但在系统中旋转备用容量很少及各系统之间和电源与负荷之间的联系比较薄弱

41、的情况下，由于继电保护装置的误动作使发电机、变压器或输电线切除时，将会引起对负荷供电的中断，甚至造成系统稳定的破坏，损失是巨大的。而当某一保护装置拒动时，其后备保护仍可以动作而切除故障。因此，在这种情况下，提高保护装置不误动作的可靠性比提高其不拒动的可靠性更为重要。由此可见，提高保护装置的可靠性应根据电力系统和负荷的具体情况采取适当的措施。为了便于分析继电保护装置的可能性，在有些文献中将继电保护不误动作的可能性称为“安全性”，而将其不拒动和不会非选择性动作的可能性成为“可信赖性”，意指保护装置的动作行为完全依附于电力系统的故障情况。安全性和可信赖性基本上都属于可靠性的范畴，因此本书仍沿用我国传

42、统的四项基本要求（或称“四性”）的提法。4.3 线路保护整定 根据对继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足系统稳定和保证重要用户供电可靠性。在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上总是越来越好。因此，在各种保护电气元件上，应力求装设快速动作的继电保护对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护称电流速断保护。计算详见附录24.4 继电保护的特点继电保护在电力系统中的作用及其对电力系统安全连续供电的重要性，要求继电保护必须具有一定的性能、特点，因而对继电保护工作者也应提出相应的要求。继电保护的特点及对保护工作者的要求如下：a. 电力系统是由很多复杂的一次主设备和二次保护、控制、调

43、节、讯号等辅助设备组成的一个有机的整体。每个设备都有其特有的运行特性和故障时的工作行为。任一设备的故障都将立即引起系统正常运行状态的改变和破坏，给其它设备以及整个系统造成不同程度的影响。因此，继电保护的工作牵涉到每个电气主设备和二次辅助设备。这就要求继电保护工作者对所有这些设备的工作原理、性能、参数计算和故障状态的分析等有深刻地理解，还有广泛的生产运行知识。此外对于整个电力系统的规划设计原则、运行方式制定的依据、电压及频率调节的理论、潮流及稳定计算的方法以及经济调度、安全控制原理和方法等都要有清楚的概念。b. 电力系统继电保护是一门综合性的科学，它奠基于理论电工，电机学和电力系统等基础理论，还

44、与电子技术、通讯技术、计算机技术和信息科学等新理论新技术有着密切的关系。纵观继电保护技术的发展史，可以看到电力系统通讯技术的每一个重大进展都导致了一种新保护原理的出现，例如高频保护和微波保护等；每一种新电子元件的出现也都引起了继电保护装置的革命。由机电式继电器发展到晶体管保护装置、集成电路式保护装置并向计算机保护的方向过渡，就充分说明了这个问题。可以预见，微处理机的迅速发展和实用化与计算机在电力系统调度控制自动化方面的应用，以及光导纤维通讯和信息网络的实现都将使继电保护技术的面貌发生根本的变化。在继电保护的设计、制造和运行方面都将出现一些新的理论、新的概念和新的方法。由此可见，继电保护工作者应

45、密切注意相邻学科中新理论、新技术、新材料的发展情况，积极而慎重地运用各种新技术成果不断发展继电保护的理论、提高其技术水平和可靠性指标，改善保护装置的性能，以保证电力系统的安全运行。继电保护是一门理论和实践并重的科学。为掌握继电保护装置的性能及其在电力系统故障时的动作行为，既需运用所学课程的理论知识对系统故障情况和保护装置动作行为进行分析，还需对继电保护装置进行实验室试验、在电力系统动态模型上实验、现场人工故障试验以及在现场条件下的试运行。仅有理论分析不能认为对保护性能的了解是充分的。只在经过各种严格的试验，试验结果和理论分析基本一致，并满足预定的要求，才能在实验中使用。因此，要搞好继电保护工作

46、不仅要善于对复杂的系统运行和保护性能问题进行理论分析，还必须掌握科学的实验技术，尤其在现场条件下进行调试和实验的技术。c. 继电保护的工作稍有差错，就可能对电力系统的运行造成严重的影响，给国民经济和人民带来不可估量的损失。国内、外几次电力系统瓦解，进而导致广大地区工、农业生产瘫痪和社会秩序混乱的严重事故，常常是一个继电保护装置不正确动作引起的。因此继电保护工作者对电力系统的安全运行肩负着重大的责任。这就要求继电保护工作者。具有高度的责任感，严谨细致的工作作风，在工作中树立可靠性第一的思想。此外，还要求他们有合作的精神，主动配合各规划、设计和运行部门分析研究电力系统发展和运行情况，了解对继电保护

47、的要求，以便及时采取应有的措施，确保继电保护满足电力系统安全运行的要求。第5章 变压器保护5.1 变压器保护种类 变压器是电力系统中的重要电器设备之一。变压器故障对电力系统的影响是很大的，因此，对变压器应装设必要的保护装置，包括主保护和变压器后备保护。变压器一般装设下列继电保护装置：5.1.1 瓦斯保护对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中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。根据规程，容量为800kVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。本所主变容量设计为25000kVA，故应装设瓦斯保护，用来反

48、应变压器内部故障或油面降低，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作跳主变三侧开关。瓦斯保护为变压器的主保护之一。(由于资料欠缺，无法进行整定计算。)5.1.2 纵差保护或电流速断保护根据规程，10 MVA及以上单独运行变压器和6.3MVA及以上的并列运行变压器， 应装设纵联差动保护。本所两台变容量均为25MVA，所以装设纵差动保护，用以防御变压器绕组、套管和引出线上的相间短路，大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路以及绕组匝间短路，动作跳主变三侧开关，为变压器的主保护。对由外部相间短路引起的变压器过电流，应装设过电流保护装置，保护装置可带一段或两段时限，以较短的时限动作于缩小故障影响范围，以较长的时

49、限动作于断开变压器各侧断路器。5.1.3主变零序保护110kV及以上中性点直接接地的电网中，如变压器的中性点直接接地运行，为防御外部接地短路引起的过电流，在主变110kV中性引出线的CT上装设零序电流保护，由两段组成，每段各带两个时限，并均较短时限动作于缩小故障影响范围，以较长时限有选择性地动作于断开各侧开关。5.1.4 过负荷保护对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见减负荷或跳闸。为防止变压器对称过负荷而装

50、设，由于主变压器比为100/100，故过负荷分别装设于110kV和10kV侧的一相电流上，延时动作于信号。5.1.5 变压器后备保护相间后备保护配置方式及接线。为防止变压器外部故障引起的过电流及作为变压器主保护的后备，变压器应装设后备保护。保护采用带低电压或不带低电压闭锁的过电流保护。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。后备保护装设于电源侧，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，各侧均应装设后备保护。其作用为：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。作为各侧母线和线路的后备保护，要求它动作后跳开本侧的

51、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。5.2 母线保护对于变电所3-10KV分段或不分段的单母线,如果接在母线上的出线不带电抗器,或对中、小容量变电所接在母线上的出线带电抗器并允许带时限切除母线故障时，不装设专用母线保护。母线故障可利用装设在变压器断路器的后备保护和分段断路器的保护来切除。当分段断路器的保护需要带低压起动元件时，分段断路器上可不装设保护，而利用变压器的后备保护以第一段时限动作于分段断路器跳闸。综上所述，并结合该变电所，故10kV母线不装设专用母线保护，而利用变压器过流保护切除故障母线。由于该变电所110kV主接线采用内桥式接线，相当于无母线接线，故不用装

52、设母线保护。5.3 变压器保护整定变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。同时大容量的变压器也是十分重要的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。变压器的内部故障可以分为油箱内和油箱外故障两种。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等，对变压器来讲，这些故障都是十分危险的，因为油箱内故障时产生的电弧，将引起绝缘物质的激烈气化，从而可能引起爆炸，因此，这些故障应该尽快加以切除。油箱外故障，主要时套管和引线上发生相间短路和接地短路。计算详见附录4第6章 电容器保护6.1 电容器

53、的作用及故障类型6.1.1 概述故障电力系统补偿装置分为两类：一类是串联补偿装置，它是将电容器组串接在输电线路的适当位置，用于抵消线路的感抗，以达到缩短线路电气距离，提高输送能力，改善电压质量。增强系统稳定性的是一个电抗补偿装置。另一类是并联补偿装置，用以补偿无功功率，以达到调相、调压、改善电压质量和提高功率因数，减少电能损耗，支撑网点电压，平衡系统无功功率等。随着电网的发展与扩大，发电厂、变电所布点的增多，输电线路距离相对的缩短，串联补偿装置就有的较少，故变电所的无功补偿采用的是并联无功补偿装置，并联电容器组系由许多单台低电压小电容器串联组成，其接线方式很多，为了限制高次谐波的放大作用，常在

54、大容量的并联电容器组中串接一只小电抗器。6.1.2 故障类型并联电抗器组保护设计一般考虑装设下列故障及异常运行方式保护装置。(1)电容器组与断路器之间连线的短路(2)单台电容器内部极间短路(3)电容器组多台电容器故障(4)电容器组过负荷(5)母线电压升高(6)电容器组失压6.2 电容器保护及整定计算针对上述故障及异常，其保护方式如下：6.2.1 电容器组与断路器之间连线的短路保护对电容器组与短路器之间连线的故障宜装设带有短延时的过电流保护，动作于跳闸。(1) 动作电流 式中动作电流（A）可靠系数 接线系数（电流互感器接成星行时其值为1）电流互感器变比 电容器组回路额定电流（A）(2) 灵敏系数

55、校验 式中保护装置的灵敏系数系统最小运行方式下保护装置安装处的三相短路电流稳态值（二次值）（A）保护装置应带0.2s以上的时限，以躲过涌流，一般整定为0.30.5s。电容器一般不装设电流速断保护，因为速断保护要考虑躲过电容器组合闸冲击电流电流及对外放电电流的影响，其保护范围和效果不能充分利用。6.2.2 对单台电容器内部绝缘损坏而发生极间短路故障保护对单台电容器内部绝缘损害而发生极间短路故障，应对每台电容器分别设专用的熔断器，其熔丝的额定电流可取电容器额定电流的1.52倍。熔断器的选型及安装由电气一次专业完成。单台电容器的内部由若干带埋入式熔丝和电容器元件并联组成。一个元件故障，由熔丝熔断自动

56、切除，不影响电容器运行，因而对单台电容器内部极间短路，理论上可以不外装熔断器，但为了防止电容起外壳爆炸，一般动装设外部熔断器，这样就增加了投资和布置的复杂性。6.2.3 对电容器组多台电容器故障大容量的并联电容器组由许多单台电容器串并联组成，一台电容器故障，由专用的熔断器切除，而对整个电容器组无很大影响。因为电容器具有一定的过载能力，且在设计中进行设备选择时一般均留有适当裕度。但是当多台电容器故障切除之后，就可能使留下来继续运行的电容器严重过载或过电压，这是不允许的。为此需考虑保护措施。电容器组的继电保护方式随其接线方案不同异，总的来说，尽量采用简单可靠而有灵敏的接线，把鼓掌检测反映出来。当引

57、起电容器端电压超过110额定电压时，保护应带延时将整个电容器组断开。常用的保护方式有：零序电压保护，电压差动保护，电桥差电流保护，中性点不平衡电流或不平衡电压保护等。本所采用的是单星形接线，当电容器组为单星形接线时常用零序电压保护。保护装置接在电压互感器的开口三角形绕组中，其接线见图零序电压保护整定计算对未设置专用单台熔断器保护的电容器组式中由于三相电容器的不平衡及电网电压的不对称正常时存在不平衡零序电压，故应进行校验即式中为可靠系数取1.31.5。6.2.4 对电容器组过负荷故障电容器过负荷是由系统过电压及高次谐波引起的按照国标规定。电容器应能在有效值为1.3倍额定电流 下长期运行，对于电容

58、量具有最大正偏差的电容器，过电流允许达到1.43倍额定电流。由于按规定电容器组必须装设反映母线电压稳态升高的过电压保护，又由于大容量电容器组一般需装设抑制高次谐波的串联电抗器，顾可以不装设过负荷保护。仅当系统高次谐波含量较高；或电容器组投运后经过实测，在其回路中的电流超过允许值时才装设过电流保护。保护带延时动作于信号。为了与电容器的过载特性相配合，宜采用反时限特性的继电器。当采用反时限特性继电器时，可与前述的过电流保护结合起来。6.3 对母线电压升高故障电容器组只能允许在1.1倍额定电压下长期运行，因此，当系统引起母线稳态电压升高时，为了保护电容器组不致损坏，应装设母线过电压保护。且带时限动作

59、与信号与跳闸。母线过电压整定计算式中动作电压（V） 电容器长期允许过电压倍数 电容器接入母线的额定电压（V） 电容器组每相感抗（XL）与每相容抗（XC）的比值，即A=过电压保护装置宜采用反时限特性继电器。6.4 对电容器组失压故障当系统故障线路断开引起电容器组失压，而线路重合又使母线带电，电容器组端子上残余电压又未放电到0.1倍额定电压时，可能使电容器组承受高于长期允许的1.1倍额定电压的合闸过电压而使电容器组损坏，而应装设失压保护。失压保护接自高压电源母线电压互感器，带延时动作于跳闸。失压保护整定计算式中系统正常运行时可能出现最低电压系数一般取0.5 高压母线额定电压串联电抗器保护国内串联电

60、抗器多为油浸自冷式，其容量较小，一般不装设继电保护，而主要利用其气体继电器作电抗器内部故障保护。轻气体或油面降低时动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。并联电容器组中接有串联电抗器，其额定电压值应按下式修正式中电容器组额定相电压（V） 系统额定电压（KV） 电容器组容抗 电容器组感抗也就是说，考虑到串联电抗器接入后电容器组端电压的升高，所有动作电压均相应提高倍。整套并联电容器保护配置见图，当装入自动投入装置时，保护动作后，应闭锁断路器的操作回路，闭锁回路由运行人员解除。第7章 展望本次毕业设计针对“ZX市新建110KV变电站”二次设计的要求，分别对线路，变压器等方面作了保护。10KV线路采用了三段保护

61、电流保护，限时电流速断和定时限电流速断保护。变压器主要采用了BCH-2型差动保护，瓦斯保护，过电流和过负荷保护等。经过计算分析，以上所做的保护基本符合要求，能够起到相应的保护作用。为了使系统的可靠性不断提高，这就要求我们要具有很高的综合素质和先进的设备。而且，随着社会的发展，电力的作用越来越重要，所以更需要可靠的系统保护。保证电力系统可靠运行将面临许多新问题，所以我们应在电力系统的保护上，从设计、设备、人员、技术等多方面深入研究和探讨。在设计中重新把以前所学的专业课翻阅好多遍，在图书馆反复查阅资料，从中获得了新的体会，对以前理解不透的知识，又作反复理解，达到潜移默化的效果。本次设计是在学习了相

62、关专业课程(如发电厂电气部分、电力系统分析、电力系统继电保护原理、高电压技术等)专业课的基础上进行的基本性的设计.本次设计使同学们在走出校园前对具体的工程设计有细致的了解,并掌握一定的工程设计方法尤其是在各种工程数据方面有了一个更深刻的认识，同时使得我们在今后的工作和学习中能够更好的对设备的选择，以及参数的查找和运用起到了一个很好的开端和先例.在本设计过程中也遇到不少问题，比如在进行短路电流计算时短路点的选择,若选择不当就会给计算过程复杂，在整定计算中系统运行方式的选择、短路电流的计算、各种保护的选择、保护定值的计算以及高压防雷技术等方面遇到了一系列的问题，在老师和同学的细心指导和帮助下,进行

63、设计方案比较,计算,查找相关资料对遇到的困难一一解决,对此有了深入细致的了解,为以后的工作打下了坚实得基础。为了使系统的可靠性不断提高，这就要求我们要具有很高的综合素质和先进的设备。而且，随着社会的发展，电力的作用越来越重要，所以更需要可靠的系统保护。保证电力系统可靠运行将面临许多新的问题，所以我们应在电力系统的保护上，从设计、设备、人员、技术等多方面深入研究和探讨。并希望大家多多指导，交流提高。致 谢首先感谢河南机电高等专科学校的各位恩师们对我学习过程的严格指导。三年来各位老师们在生活和学习中的关怀和帮助是你们交给我丰富的专业知识，交给我如何在日益激烈的社会竞争中生存和发展自己。直此即将大学毕业走向社会之际我要郑重的向你们道一声深情的“谢谢”。真心的谢谢你们三年来对我的培养和关爱。让我在三年的大学生活中感受颇多，同时也学到了许多专业知识，使我在今后的工作和学习当中得到深深的教益。此次，110kv降压变电站的设计对我