某某变电所继电保护设计书

- 1 - 某某变电所继电保护设计书 2 运行方式分析及 短路电流计算 气主要设备参数 取 *1X = *2X = *3X= *4X = *5X 100% *6X=*5X*7X= *8X=*7X*9X= *10X= *11X =*10X*12X = *13X= 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 2 - *21X =2121 X = *43X=2121 X = *65X=2121 X =11 11=21= 行方式分析 本次设计 孔祥变电所继电保护设计，有两个电源（胜利电厂、胜文电厂），两台变压器（ 7500 66），主接线是单母线分段，切采用内桥接线。 在选择保护方式 及对其进行整定运行时 ,都必须考虑系统运行方式变化带来的影响。所 - 3 - 选用的保护方式，应在各种系统运行方式下都能满足选择性和灵敏性的要求。对过量保护来说 ,通常都是根据系统最大运行方式来确定保护的整定值，以保证选择性，因为只要在最大运行方式下能保证选择性，在其他运行方式也一定能保证选择性；灵敏度符合要求，在其他运行方式下，灵敏度也一定能满足要求。对某些保护，在整定计算时，还要按正常运行方式来决定动作值或计算灵敏度。 (1)最大运行方式 根据系统最大负荷的需要 ,电力系统中的发电设备都投入运行 (或大部分投入运行 )以及选定 的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护来说 ,是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。 (2)最小运行方式 根据系统最小负荷，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护来说 ,是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式。 (3)正常运行方式 根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应数量的发电机、变压器和线路的运行方式称为正常运行方式。这种运行方式在一年之内的运行时间最长。对更复杂的系统最大、最小运行方式的判断是比较困难的，有时需要经过多次计算才 能确定。对于某些特殊运行方式，运行时间很短，对保证保护的选择性或灵敏性有困难时，且在保护拒动或误动不会引起大面积停电的情况下，可不予考虑。 (4)双电源供电的运行方式 根据任务书的给定的条件，本次设计的最大运行方式是胜利电厂双回线在同一侧同时为孔祥变电所 (容量为 2 根据短路点的位置选择短路电流的路径 ,可得到流过短路器的最大电流。 最小运行方式是胜利电厂单独供电给孔祥变电所，变电所内只有一台变压器投入运行，根据短路点的位置选择短路电流的路径，可得到流过短路器的最小电流。 路电流计算 大运行方式三相短路电流计算 （ 1） K 1点发生三相短路时 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 4 - *1X= 1 2 3 4= *1*11X=1 *1663100= 1 由于是同一个变电所 K 2点发生三相短路时与 K 1点发生三相短路时基本一样 （ 2） K 3点发生三相短路时 *3X= *21X *43X= *3*31X=33663100= 33 - 5 - （ 3） K 4点发生三相短路时 4*5* *4X= *21X *43X *65X= *4*41X=4 *4 4 4 （ 5） K 5点发生三相短路时 *5X= *21X *43X *65X *7X= *5*51X=沈阳工程学院毕业设计（论文） - 6 - 55 55 由于是同一个变电所 K 5点发生三相短路时与 K 6点发生三相短路时基本一样 （ 6） *7X= *21X *43X *65X *9X= *7*71X=77 77（ 7） 发生短路时 - 7 - *8X= *21X *43X *65X *9X *13X= = *8*81X=88 88 小运行方式三相短路电流计算 (1) K 1点发生三相短路时 *1X= *1X = *1*11X=1663100= 1 1 由于是同一个变电所 K 2点发生三相短路时与 K 1点发生三相短路时基本一 (2) K 3点发生三相短路时 *3X= *1X *3X= *3*31X=33663100= 33 (3) K 4点发生三相短路时 *4X= *1X *3X *5X= 1 = *4*41X=沈阳工程学院毕业设计（论文） - 8 - 4 *4 4 4 (4) K 5点发生三相短路时 *5X= *1X *3X *5X *7X= 1 *5*51X=5555由于是同一个变电所 K 5点发生三相短路时与 K 6点发生三相短路时基本一样 (5)点 K 7发生短路时 *7X= *1X *3X *5X *9X= 1 *7*71X= 77 77 (6) K 8点发生短路时 *8X= *1X *3X *5X *9X *13X= 1 *8*81X= 88 88 2 3 3 短路电流计算结果表 - 9 - 3 保护配置方案说明及保护配制图 力变压器保护配置方案 电力变压器是电力系统中经常使用的重要电气设备，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件。因此 ,必须根据变压器容量和重要程序装设性能 ,动作可靠的保护。 变压器故障可分为油箱内部和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路。油箱内部故障对变压器 来说是非常危险的，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁心，而且还会使变压器油绝缘受热分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果。变压器油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。 变压器的不正常工作状态主要是由外部短路或是过负荷引起的过电流、油面降低和过励磁等。 对于上述故障和不正常工作状态 ,根据 规定，我为变压器配置了以下保护： （ 1） 根据规程 规定 变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对 上变压器应装设与瓦斯保护。本设计的变压器容量为 2 （ 2） 根据规程 定变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。以上并列运行变压器和 10以上单独运行变压器，以及 以上的厂用变压器，应装设纵差保护。 （ 3） 为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、纵差保护 (或电流速断保护 )的后备，应装设过电流保护。 （ 4） 为反应保护的安装地点要能够反应变压器所有绕组的过负荷情况，具体配置原则如下： 在双绕组升压变压器上 ,过负荷保护通常在变压器的低压侧即主电源侧。 在双绕组降压变压器上 ,过负荷保护装于高压侧。 短路点 K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6 K 7 K 8 三相最大短路电流 1014A 1014A 1017A 4069A 1446A 1446A 1171A 753 三相最小短路电流 1373A 1373A 508A 2023A 1067A 1067A 907A 632 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 10 - 为防止外部短路引起的过电流和作为变压器纵差保护、瓦斯保护的后备，变压器应装设后备保护。后备保护的方案有过电流保护、复合电压起动过电流保护、负序过电流保护和低阻抗保护 等。 变压器长期过负荷运行、促使绝缘变化、影响绕组绝缘寿命 变压器的主保护 (1)瓦斯保护 (2)变压器的比率差动保护 (3)比率速断保护 变压器的后备保护 : (1)变压器的过电流保护 (2)过负荷保护 压器瓦斯保护 (1)瓦斯保护主要是有瓦斯继电器组成，它安装在油箱与油枕之间的管道上，如下图所示： 复合式瓦斯继电器结构如左图所示：这类继电器有较好的防震性能。它是由挡板和开口杯复合而成的，上下方各有一个带干簧触点的开口杯 ,正常时，上下开口杯都浸在油内。由 于开口杯及附件在油内的策略所产生的力矩比平衡锤产生的力矩小，因此，开口杯处于上升位置，干簧触点断开。当发生轻微故障时，分解出少量气体，此气体上升并聚集在瓦斯继电器上部，使瓦斯继电器中油面下降，上开口杯露出油面。此时，开口杯及附件在空气中的重力加上杯中油的重量，所产生的力矩大于在油中平衡锤所产生的力矩，因此，开口杯顺时针方向转动，带动磁铁靠近 ,使上方的干簧触点闭合，发出轻瓦斯动作信号。当发生严重故障时，产生大量气体 ,在气流和油流的冲击下，挡板带动下开口杯转动，使下干簧触点闭合，发生挑闸脉冲。当严重漏油时，油面 极度下降，与上开口杯动作原理相同，也可是下开口杯动作于跳闸。 (2)瓦斯保原理电路 - 11 - 至 延 时 信号+12 34R+C K 由 变 压 器 其 他保 护 来R 工作原理： 1 是瓦斯继电器； 2 是信号继电器； 3 是出口继电器； 4 是连片。当变压器内部发生轻微故障时，有轻瓦斯产生，瓦斯继电器的上触点闭合，作用于延时信号；发生严重故障时，重瓦斯冲出，瓦斯继电器的下触点闭合，经信号继电器，发出报警信号，同时通过连片使出口继电器动作使短路器跳闸。瓦斯继电器的下触点闭合，也可以利用切换片 换位置，只给出报警信号。 为了消除复合式瓦斯继电器的下触点在 发生重瓦斯时可能有跳动 (接触不稳定 )现象，出口继电器有自保持触点。只要瓦斯继电器的下触点一闭和， 动作并自保持。当短路器跳闸后，短路器的辅助触点断开自保持回路，使 复起始位置。 压器比率纵联差动保护 变压器纵差保护单相原理接线图 1 8 所示：在变压器纵动保护外部保护时一次侧流入的电流等于流出变压器的电流所以不平衡电流很小。差动继电器不动作。当 1+此时电流大于差动继电器动作电流，继电器动作跳闸。在实现变压器差动保护时，应考虑变压器高、低压两 侧电流的大小和相位，一般讲它们都不同。故在实现变压器差动保护时，应首先考虑对两侧电流进行相位补偿，在进行数值补偿，都能保证正常运行和外部短路时继电器中的电流等于零 (理想 )。此外，在实现差动保护时 ,还应考虑两个特点 ,一个是变压器励磁涌流 ,另一个是变压器差动保护的不平衡保护。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 12 - I - D 1* * *I 1I1I 2 I2图 1 - 8 变 压 器 纵 差 保 护 原 理 接 线 图按环流法接线变压器纵差是利用比较变压器的高压侧和低压侧的电流和幅值和相位的原理构成的。它主要是由接于差动回路的三个差动继电器组成。为了扩大纵差保护范围 ,电流 互感器应尽量靠近断路器。本设计 的变压器容量为 此采用的是 主要是用于两绕组或是三绕组电力变压器以及交流发电机的单向差动保护线路中的主保护，继电器能预防在非故障状态时出现的暂态电流作用。 当变压器正常运行 或是外部短路时，注入差动继电器的电流为不平衡电流。由于预先选择好两侧电流互感器的变比和接线方式，故该不平衡电流值很小，注入电流继电器内的电流 (为两侧电流互感器二次侧电流之差 )，保护不动作。当保护区内发生故障时，只要不平衡电流大于继电器的起动电流，则继电器动作，瞬时使变压器的两侧断路器 1920闸 . 在微机差动保护中，差动电流的获取方式与传统保护相比存在较大差异，主要表现在： （ 1） 在微机保护中，变压器各侧的电流信号均作为独立通道信号送入计算机，通过对各通道电流信号采样值进行数字差计算来取得差动电流。由于 次侧电流不再进行并联差接，因此，较传统方式相比，可进一步减小因 比不匹配、特性不一致以及二次负担不平衡而产生的不平衡电流。此外，也有利于对各侧电流信号采样值分别进行补偿计算，消除由于 比标准化所带来的误差。这种补偿方法较常规采用的平衡线圈补偿方法更为精确有效。 （ 2） 可通过数字计算进行电流相位调整。在传统保护中，当变压器采用 Y/联接方式时，需将 Y 侧三相 边接成形，以保证变压器两侧同相电流在区外故障时相们一致。这种方式容易造成运行现场接线错误，也给 线的检测造成了很在困难。此外，当变压器 Y 侧区外发生不对称故障时，故障相与非故障相流过的电流大小悬殊，各相 而会在形相连的 致差动回路不平衡电流增大。即使不对称短路发生在变压器侧区外，因 Y 的变换作用，这种影响会减轻一些，但此现象仍然存在。对于计算机差动保护， Y/变压器的 Y 侧 然可以采用 Y 形接线，通过数值计算来完成Y/变换，从而可以消除这类不平衡环流的影响，同时也为 线的检测判断提供了有利条件。 由此可以看出，即使采用传统的保护原理，借助计算机所具有的技术优势，在 保护原 - 13 - 理的具体实现方面进行调整和改进，可以使得计算机保护的总体性能得到明显改善。 注意 :由于本设计变压器为两绕组变压器，接法为 Y/D 11。所以变压角行侧电流互感器为星形接法，变压器星形侧电流互感器为角形接法。这样做可以补偿幅值和相位 。 压器过负荷保护 由于本次设计的变压器容量 于中、小型变压器。所以采用的是定时限过负荷保护 ,反应变压器三相对称过负荷，变压器的过负荷原理与发电机相似也是由电流继电器和 成。因为是反应三相对称过负荷 ,所以只需在一相中接入电流继电 器动作后延时发出信号。正常运行时电流继电器不动作，当出现过负荷电流时，故障电流大于电流继电器动作值或定值，电流继电器动作时间继电器开始计时，到达设定时间后故障仍未消失 ,发出信号报警。 压器过电流保护 I t+ +跳 1 D D 图 1 - 9 变 压 器 过 电 流 保 护 单 相 原 理 接 线 图变压器的过电流保护主要是装设在降压变压器的高压侧。过电流保护的测量元件为电流继电器，延时元件时间继电器，其保护单相原理如图 1 9 所示：当短路电流达到或超过电流继电器的动作定值时，电流继电器动作并起动时间继电器，经给定的延时后时间继电器的动合 触点闭和，出口继电器将变压器从运行的设备中切除保证电网的正常运行。 路的继电保护原理 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 14 - 电力系统是由发电机、变压器、输电线路以及负荷所组成的总体 输电线路的保护也至关重要的 . 中性点不接地电网故障是的现象 . (1) 发生接地后 ,全系统出现零序电压和零序电流 . (2) 非故障线路保护安装处 ,流过本线路的零序电容电流 (3) 故障线路保护安装处 ,流过的是所有非故障元件的零序电容电流之和 即其功率方向与非故障线路方向相反 . 根据以上线路故障是 出现的现象 ,程对线路的保护配置提出了以下要求 . (1)100接接地电力网的线路 ,应装设反应相间短路和接地短路的保护 . (2)110路宜采用远后备方式 . (3)对接地短路 ,应按下列之一装设保护 : (4)可采用接地距离保护 ,并辅之以阶段式或反时限零序电流保护 . (5)对相间短路 ,应按下列规定装设保护装置 : 单侧电流单回路 ,可装设三相电流电压保护 ,如不能满足要求 ,则装设距离保护 ; 根据以上规程的要求 ,我为大新线路配置了距离保护、中性点不接地系统的接地保护(零序电流保护 )以 及绝缘监视装置 . 线路配置方案 : （ 1）保护 I 的无时限电流速断保护 （ 2）保护 I 的限时电流速断保护 根据规程 无时限电流速断保护虽然能迅速切除短路故障，但不能保护线路全长；限时电流速断保护虽能保护全长，却不能作为相邻线路的后备；而过电流保护可保护本线路及相邻线路全长，但做本线路的主保护时，往往动作时间较长，它们各有优缺点。为了保证迅速可靠地切除故障，常常将无时限，限时电流速断及定时限过电流保护组合在一起，构成一整套保护，使之相互补充和配合，成为三段式电流保护，并通常将无时限电流速断保护成为段 和段保护共同组成线路的主保护，段保护作为本线路，段保护的近后备，也作为下一线路保护的远后备。 - 15 - 压器保护整定计算及灵敏度效验 压器保护装置的差动保护整定计算 A 平衡系数计算 （ 1） 变压器各侧的一次电流 6637500= =1n2=中 一次额定电流，为变压器 （ 2） 变压器各侧的 比， 计算侧 K 次额定电流 原边计算侧A=5 150=30 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 16 - K 次额定电流 原边计算侧A=5 500=100 式中 计算侧的 比， 次额定电流为 5A， （ 3） 变压器各侧二次额定电流 (即互感器两侧 ) 2 中 K 变压器计算侧的 比 （ 4） 差动各侧平衡系数计算 Kb= 4 变压器各侧平衡系数计算公式为： = =1 电流的比值小于 4，以变压器低压侧为准取 1。 动电流起动定值 整定 差动保护最小动作电流值，应按躲过正常变压器额定负载时的最大不平衡电流 整定，即： 在工程实用整定计算中选取 设计中 e（ ） 动特性拐点电流 选取 对于比率差动拐点电流 虑到装置中采用了高灵敏的突变量比率差动，拐点的电流取值为 系数的整定 装置的比率制动系数应按躲过外部故障时的最大误差整定，即差动保护的动作电 流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。 - 17 - （ 1） 首先整定斜率 斜率 ) =中： 变压器二次额定电流标幺值， 2）； U 为变压器调压引起的误差（无调压为 0）； m 为由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，可取为 躲避变压器两侧额定不平衡电流 I K =动电流 1(中 斜率 取 2）其次整定斜率 率 ) = 1( 中 最大不平衡电流，最大运行方式下短路电流，最大动作电流 根据上述 K 2= 取 K 2= 3） K 3斜率高于 3= 阳工程学院毕业设计（论文） - 18 - 灵敏系数应按最小运行方式下差动保护区内变压器引出线上两相金属性短路计算。根据 计算最小短路电流 相应的制动电流 ，在动作特性曲线上查得对应的动作电流 灵敏系数为 根据方程组解得动作电流 K1 = = 2 利用二次谐波和五次谐波来防止励磁涌流误动的差动保护中，二次谐波制动比和五次谐 波制动比分别表示差电流中的二次谐波分量、五次谐波分量与基波分量的比值。一般二次谐 波的典型值取 变压器励磁涌流中二次谐波含量过小，取 空投不能躲过涌流 可适当减小二次谐波制动比。五次谐波制动比一般取 对于电力变压器，差动电流速断保护是纵差保护中的一个辅助保护。当内部故障电流很 大时，防止由于电流互感器饱和引起差动保护延时动作。其整定值应按躲过变压器初始励磁 涌流整定，一般可取： k =6 =中： K 为倍数，视变压器容量和系统阻抗大小而定， K 的推荐值如下： 40000120000变压器： 120000以上 的变压器： 变压器容量越大，系统阻抗越大，则 K 的取值越小。差动速断保护灵敏系数应按正常方式下保 护安装处两相金属性短路计算 = 2 - 19 - 压器的过电流保护 按一般过并列运行中切除一台变压器时所产生的过负荷电流 m = =电器动作 电流 K=压器过电流保护动作时间：按相邻保护的后备保护动作时间配合 tb=t+ t 保护灵敏度效验：按变压器低压母线故障时的最小短路电流计算 =为 变压器的过负荷保护 对称过负荷保护的动作电流，按避越额定电流整定 K = =K= 保护定值清单 （ 1）定值清单及整定说明 装置的系统参数 输入各侧一次电压和各侧 比是为了计算变压器的二次额定电流，以实现软件自动 调整差动二次电流的调节系数。另外就是为了满足变电站综合自动化的需要。 系统参数定值 定值种类 定值名称 整定范围及步长 出厂 定值或 (标么值 ) 系统参数 变压器额定容量 0 500压侧一次电压 0 6 压侧一次电压 0 V 高压侧 边 0 63000， 1A 30 低压侧 边 0 63000， 1A 100 各侧一次电压以实际运行电压为准，否则平衡系数会有误差。 （ 2）变压器主保护定值 表 主保护定值 定值种类 定值名称 整定范围及步长 出厂定值或标么值 ) 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 20 - 差动速断保护 比率差动保护 比率差启动定值 2流速断投退定值 退出 /投入 退出 差动电流速断定值 1 20率差动保护投退 退出 /投入 退出 比率定值 率定值 率定值 拐点制动电流定值 拐点制动电流定值 路保护整定及灵敏度计算 整定线路段的短路电流 短路点 大运行方式下三相短路电流 1171 753 最小运行方式下三相短路电流 907 632 三段保护采用接线方式：两相不完全星型接线 线路 树线）整定 时限电流速端保护 （ 1）动作电流的整定保护装置的一次动作电流应按躲过本线路末端 短路时流经保护装置的最大三相短路电流来整定 1= 1171=A） 为可靠系数。一般取 2）继电器的动作电流 = =A） 选用 0型电流继电器，其动作电流的整定范围为 50A。 护 1 的限时电流速断保护 （ 1）要计算出保护 1 的段动作电流应先计算出保护 2的无时限电流速断保护的动作电流 2 753=A） - 21 - = 2 A） （ 2）继电器的动作电流 1 1 =A） 选用 其动作电流整定范围： 5 20A 敏度校验： 824239071o p e r1 m i e n 作时限的整定 按照阶梯原则比相邻下一元件电流保护中最大的动作时限还大一个 t . 结 论 时间如梭，一转眼大学的学习生活就要结束了。同时我的毕业设计也接近了尾声。再这 10 周的时间了我受益非浅。我这次主要是设计孔祥变电所继电保护设计。我不仅要从理论出发还要结 合实际情况，对 1号主变配置继电保护装置。我不但运用了传统的保护方法，还配置了新型保护装置 微机型继电保护装置。使我的思路不断的拓宽。同时对继电保护这门学科有了更深刻的理解。 在郭老师的耐心指导下，使我能更好的完成了本次设计