220kV变电所继电保护设计

本科毕业设计说明书220kV 变电所继电保护设计220kV SUBSTATION RELAY PROTECTION DESIGN学院（部）：电气与信息工程学院专业班级： 电气 11-2 班 学生姓名： 杜万永 指导教师： 徐公林 年 月 日安徽理工大学毕业设计I220kV 变电所继电保护设计摘要继电保护是电力系统中极为重要的部分，继电保护可以在系统发生事故时切除故障障，减少故障对正常运行设备的影响，提高电力系统运行稳定性。本次设计是针对 220kV 变电所的继电保护部分而设计的，本设计中主要涉及内容包括：电气主接线设计、短路计算、继电保护等。关键词：短路计算，继电保护，变压器保护安徽理工大学毕业设计II220kV SUBSTATION RELAY PROTECTION DESIGNABSTRACTRelay protection is an important part in power system，Relay protection can be removed fault barrier when system accidents，Reduce the influence of fault to the normal operation of the equipment, and improve power system stabilityThis design is designed for 220 kV substation relay protection part, mainly involved in the design of the content includes: the main electrical wiring design, short circuit calculation and relay protection, etc.KEYWORDS: short circuit calculation, relay protection, transformer protection安徽理工大学毕业设计i目录220KV 变电所继电保护设计 .I摘要 .IABSTRACT.II1 绪论.11.1 电力系统继电保护概念.11.2 继电保护的重要性.21.3 继电保护的作用.21.4 对继电保护的基本要求.31.5 继电保护的构成和分类.41.5.1 构成.41.5.2 分类.41.6 发展过程及前景.52 设计任务书.62.1 设计的原始资料及依据.62.2 应完成的设计任务：.72.3 设计成品.72.4 资料分析.73 电气主接线方案.93.1 主变压器的选择.93.1.1 主变压器的类型.93.1.2 主变压器容量和台数的选择.103.2 主接线形式的选择和说明.113.2.1 主接线的设计原则.113.2.2 主接线的设计要求.123.2.3 主接线的设计程序.133.2.4 主接线的确定.134 短路计算.154.1 短路计算的目的.154.2 短路的类型.154.3 短路计算的基本假定.154.4 计算步骤.16安徽理工大学毕业设计ii4.5 计算公示.164.6 系统等值电路图.174.7 详细计算.174.8220KV 母线上的 K1 点发生短路时的短路计算 .194.960KV 母线上的 K2 点短路时的短路计算 .215 电气设备的选择和校验.245.1 电气设备的选择.245.2 设备选择的技术条件.245.3 断路器、隔离开关的选择和校验.255.3.1220kV 侧断路器和隔离开关的选择与校验 .255.3.260kV 侧断路器和隔离开关的选择与校验 .275.4 电压互感器、电流互感器的选择与校验.285.4.1220kV 侧电流互感器、电压互感器的选择 .285.4.260kV 侧电流互感器、电压互感器的选择 .295.5 母线的选择.295.5.1220kV 侧母线的选择 .295.5.260kV 侧母线的选择 .306 继电保护的配置和整定计算.316.1 继电保护基本知识.316.2 母线保护.316.3 输电线路保护.336.4 变压器保护.366.4.1 瓦斯保护.366.4.2 纵联差动保护.36结论.40参考文献.41致谢.42安徽理工大学毕业设计11 绪论在当前社会下，中国的科学技术正在飞速发展，而电能是科技和设备的根本，因此电力系统也有了跨越式的发展。随着我国的社会发展，人们对供电的稳定性有了更高的要求，这就使得在变电输电过程中的继电保护需要有更高的可靠性，这样才能保证有稳定的电力输送。在电网和各种自动化系统中继电保护被广泛应用，其本身的重要性使得继电保护在近些年内有了巨大的发展。新技术的发展,也创造了继电保护的更好的发展前景，也有更多的要求。与此同时，随着计算机技术的进步,继电保护也倾向于数字和智能化。由于电网的继电保护是一个重要的部分，当电力系统设计和操作时，必须在继电保护方面给予足够的重视。在电力系统中继电保护发挥着极其重要的角色，在发电、变电、输电的各个部分都必不可少。继电保护是保证电网安全可靠运行和生产生活用电质量的根本技术，继电保护的设定、整定、维护和技术水平将会直接影响到系统性能，也影响到供电的质量、供电可靠性和用电设备的安全。继电保护是发展足够完善的技术部分，它主要由故障的分析、配置设计、运行维护等部分组成。而配置设计是完成继电保护的主要部分，继电保护装置能够反应出系统在正常运行和故障运行时的物理量的差异，并做出判断，然后发出报警信号或者直接跳闸切断故障，继电保护的设计必须能够满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性的要求。1.1 电力系统继电保护概念电力系统是把各种能源变换为电能，再经过输变配电部分将电能传输给企业和千家万户。而在电能的传输过程中，需要经过多次的测量、调节、控制等环节，来实现电能的调度和监控等，以达到对电能的有效利用。继电保护就是这样的作用，它在电力网的运行过程中，通过某些被保护部分的状态来判断系统的是否处于正常状态。当系统或者系统中的元件非正常运行或者破坏了系统的正常运行状态，继电保护设备就会发出信号或者直接断开故障，以减少发生严重后果的可能行。地点保护的基本任务就是切除故障或者把损失降到最低，降低电网的不正当运行对元件的影响。继电保护装置能够正确区分被保护的部分的运行状态是否正常，当某些元件发生异常，继电保护装置能够发出报警信号或使断路器跳闸。继电保护装置通过某些参量与整定值的对比来确定系统或者元件处于何种状态。在故障发生时某些电气量会产生变化，如电流增大、电压降低、阻抗变化、相位变化等，通过这些电气量与正常值的比较，继电保护装置判断是否动作。安徽理工大学毕业设计21.2 继电保护的重要性电力部门规定：所有的电力设备都不可以在没有继电保护的状态下运行。继电保护尽管不是一次设备，但在电力系统稳定运行方面发挥着必不可少的作用。系统的安全运行需要继电保护来保证，避免事故的发生和扩大。因为电力系统产生故障是无法避免的，一旦发生故障和事故就会破坏系统的稳定运行，甚至大范围停电。国家的各种建设的根本保障是电能的可靠供应，而且科技也离不开电能，电网在经济的发展中扮演着十分重要的作用，电力系统的发展能够促进经济和科技的进步，同时也提高了人们的物质生活。电能的供应使人们的生活水平大大提高，加快了中国社会主义建设的步伐，而继电保护在电网运行中起着无法替代的作用。首先变压器是变电环节的主要承担者，变压器的工作状态也决定着电网的状态。如果变压器发生故障，则会为电力系统造成巨大的损失，继电保护中的瓦斯保护可以保障变压器安全有效的运行，大大提高供电可靠性，同时监测变压器状态，避免变压器异常运行减少其寿命。其次，继电保护可以保护线路，当输电线发生短路故障时能够及时切除故障，避免对社会经济和人民安全造成巨大危害。电流速断保护和阻抗保护有效地保障了线路的正常运行，使电力系统输电部分更加安全有效。1.3 继电保护的作用无论在系统正常运行还是故障状态时继电保护都有着重要的作用。当电网正常运行时，保护装置处于监视状态，实时监控系统并把数据反馈给监测人员。一旦电网产生故障能够及时报警提醒工作人员，把故障信息提供给检修人员及时做出处理，或者自身做出相应的措施调整运行状态。另外，继电保护装置能够监测系统运行参数，如电网中各段的电压和电流，为电能的合理调度提供依据。根据这些数据，工作人员可以在对某些元件检修切换母线时，不至于造成更大范围的停电。同时，继电保护保证了电网的安全运行，当电网中某个环节出现故障时，能够把故障部分从系统中切除并隔离，使电流不再经过故障处，降低故障部分对电力系统的影响，以保障正常运行的部分不会收到干扰。另外，某些环境因素会导致电网的波动，而且是短暂性的。这时继电保护监测到电流异常会切开断路器，并在电流正常时自动重合闸，这样就使得电网更加可靠，也大大降低了工作人员的工作量。由于电气设备内部绝缘老化和损坏的经常发生，以及自然力的破坏如雷击等原因，会使电力系统从正常运行状态脱离发生故障。最为常见的是短路故障，如三相短路、两相短路、两相接地短路等。如果产生短路就会造成电流的激增，降低系统的电压水平，一般会发生如下后果：(1) 过电流会产生电弧烧坏设备。(2) 当正常运行的设备流过度短路电流时，造成电动力和发热增加，影响非故障设安徽理工大学毕业设计3备的运行、损坏设备、降低设备的使用寿命。(3) 发生故障时会降低电压水平，会影响工厂的生产，电压的降低会导致生产出次品、无法生产甚至烧坏电机。当系统处于不正常的运行情况，可能会使电力系统发生事故。电力系统事故是指某个电力部分或系统的正常运行状态被破坏，使电能质量变差导致不能继续使用的地步，损坏电气设备损，严重威胁到人身安全。系统发生事故一部分是由于外界因素的影响，另一部分是由于设备的制造不合格、设计安装不当、维修程度不达标和运行维护不合格造成的。而一套完整的继电保护装备加以合理的设计和维护，就可以大大减少事故的发生，避免造成较为严重的后果。另外，在电力系统中，除了采取措施减少发生故障的几率，还应该在故障发生时能够迅速有效地把故障切除。通常切除故障的时间至少要求小于毫秒级，而人力无法完成这样的极限，只有继电保护装置才能完成这样的要求。电与磁的现象在电力系统中十分普遍，当设备发生故障时，导致的电磁变化会迅速影响到设备元件。如果出现故障，必须在极短的时间内把故障切除，避免引起其他设备的损坏，继电保护可以切除故障的能力，保证了电气设备和电力系统安全运行。1.4 对继电保护的基本要求继电保护需要满足四个基本要求，只有满足要求继电设施才能被使用。 具体来说：(1) 选择性，当发生短路时，继电保护仅切除被保护的部分，当继电保护设备或者断路器拒动时，相邻部分的后备保护能够及时动作。(2) 速动性，当故障发生时，故障能够被继电保护装置尽快的断开，以防止故障对其他正常部分造成影响，减小设备在过流状态下长时间的运行，避免设备在大电流状态下的损毁。需要及时断开故障的原因在于：及时断开故障可以使系统更加稳定；防止故障扩大；使重合闸更容易自动投入；减少电压不稳定的时间，可以加快恢复正常；减轻设备在故障情况下的损毁程度。(3) 灵敏性，在继电保护的保护区域内发生异常时，继电保护设备能够动作，灵敏性即是能够在保护区域故障时准确动作的能力。(4) 可靠性，当所保护部分在稳定运行时，继电保护不动作。当所保护部分发生异常时，能准确不拒动。选择性、速动性、灵敏性、可靠性是对继电保护的四个基本要求。当被保护部分是线路时，需要同时满足四个要求，以保证准确跳闸。即使某些情况下对继电保护要求不高，仍必须要保证至少满足一个基本要求。在设计继电保护系统时，必须要把这四个要求放在首位。安徽理工大学毕业设计41.5 继电保护的构成和分类继电保护装置为了保证正确地完成切除故障的任务，就要使得继电保护具有区分系统和元件是否故障的能力，能正确判断系统和元件是正常运行还是处于不正常或者异常状态。而要区别这些状态，就要寻找电气参考量的变化情况，根据参考的电气量的变化情况，构成不能形式的继电保护。当发生短路时，一般都会造成电流突增和电压降低，还有电压电流之间相位差的也会改变。所以，各种继电保护，都是根据系统正常时的物理数据和不正常时数据的差异来形成的。例如，过电流保护可以反映出电流的改变以及方向保护可以反应出相位角的改变。也可以根据某些非电气量的变化来构成保护，比如利用变压器油在故障时产生的气体构成的瓦斯保护。总而言之，只要找出某些电气参量或者非电气参量在正常和不正常运行时的差异，就可以确定一种判断依据，依此来构成针对特定对象的继电保护，当差别越明显时，继电保护性能就越好。1.5.1 构成一般情况下，继电保护主要由测量元件、逻辑环节和执行元件组成。(1) 测量元件：测量被保护部分元件的某些数据，并且与整定值对比，并将结果交由逻辑环节判断。(2) 逻辑环节：将测量结果和给定值的比较后，给出“是” 或“非”的逻辑结果，根据所得结果判断故障的范围和类型，最后决定继电保护设备应该如何动作，如报警、跳闸、延时等，并将信息传递给执行元件执行动作。(3) 执行元件：根据逻辑环节发来的指令，执行相应的动作。测量元件所监测的物理量是从一次线路变换所得，将高电压、大电流通过互感器变换为二次侧的低电压、小电流。执行元件是通过改变线圈的电流来达到跳闸的目的。继电保护的主要工作过程分为这三部分，此三部分只有全部正常才能保证继电保护能够有效可靠地运行。1.5.2 分类继电保护装置可以按照原理、对象、故障类型、作用，有着不同的分类方法。(1) 按保护原理分有：电压保护、电流保护、距离保护、方向保护、差动保护和零序保护。(2) 按保护对象分有：元件保护和线路保护(3) 按故障类型分有：接地故障保护、相间短路保护、断线保护、匝间短路保护、失磁保护和失步保护等。