220kV变电站继电保护毕业设计.doc

长沙电力职业技术学院长沙电力职业技术学院 20102010 届毕业设计 论文 届毕业设计 论文 课题名称 课题名称 220kV220kV 变电站继电保护设计变电站继电保护设计 专专 业业 发电厂及电力系统 学学 生生 姓姓 名名 谭棡译 学学 号号 200701041932 班班 级级 电气 0719 指指 导导 教教 师师 杨娟 20102010 年年 1 1 月月 毕业设计课题任务书 2007 2010 学年 系部名称 电力工程系 课题名称220kV 变电站继电保护设计变电站继电保护设计 学生姓名谭棡译专业发电厂及电力系统学号 32 指导教师杨 娟任务书下达时间2009 年 11 月 23 日 课题概述 包括设计或论文的课题 设计型课题的原始资料及主要参数要求或论文型 课题的论点 论据 逻辑性要求等 题目 220kV 变电站继电保护设计变电站继电保护设计 原始资料 由于某地区电力系统的发展和负荷增长 拟建一个 220kV 变电所 向该地区 110kV 和 10kV 线路供电 拟建变电所的主接线运行方式为 220KV 侧采用双母线接线方式 110KV 侧采用双 母线接线方式 10KV 侧采用单母线分段接线方式 拟建变电所的主变压器接线组别为 YN0 yn0 d11 的三绕组降压变压器两台 其主 变压器 220KV 110KV 侧的中性点均采用经间隙接地和直接接地方式 实际运行只一台 直接接地 1 拟建变电所联网情况如下图所示 2 地区自然条件 年最高气温 40 年最低气温 2 年平均气温 16 3 出线方向 220kV 向东 110kV 向西 10kV 向东南 4 负荷资料 1 220kV 线路 5 回 预留 1 回备用 2 110kV 线路 8 回 备用 2 回 情况如下表 1 所示 表 1 110kV 线路负荷情况 名 称最大负荷 MW 功率因数回路数线路 架空 石化厂 320 9250km 炼油厂 360 9230km 甲县变 250 9160km 上述 各负 荷间 的同时系数为 0 9 3 10kV 线路 12 回线路 负荷情况如表 2 所示 表 2 10kV 线路负荷情况 上述各负荷间的同时系数为 0 85 4 110kV 线路负荷和 10kV 线路负荷同时系数 0 9 5 所用电负荷统计如下表 3 表 3 所用电负荷统计 乙县变 280 9190km 丙县变 150 91110km 丁县变 260 85185km 名 称最大负荷 MW 功率因数回路数线路 架空 氮肥厂 40 8515km 机械厂 40 8513km 纺织厂 30 8518km 化工厂 30 8516km 造纸厂 2 50 8514km 水 厂 60 8527km 建材厂 30 8515 5km 变 40 9110km 变 40 914km 变 40 916km 变 30 914km 名 称容量 kw 台 数备 注 主变风扇 0 1566 连续 经常 主充电机 161 连续不经常 浮充电机 151 连续 经常 蓄电池进风 1 51 连续不经常 蓄电池排风 21 连续 经常 锅炉房水泵 21 连续 经常 空 压 机 20 连续 经常 载 波 室 2 短时不经常 220kV 配电装置电源 18 短时不经常 110kV 配电装置电源 18 短时不经常 220kV 断路器冬天加热 4 连 续 110kV 断路器冬天加热 4 连 续 室外配电装置照明 15 连 续 室 内 照 明 8 连 续 要求阅读或检索的参考资料及文献 1 电力系统继电保护及自动装置 中国电力出版社 2006 李火元主编 2 电气运行 中国电力出版社 2009 杨娟主编 3 电气设备 中国水利水电出版社 2006 3 电力系统稳态分析 第二版 M 中国电力出版社 1995 陈衍 4 电气工程 CAD 中国水利水电出版 2005 刘增良 刘国亭 5 国家电网公司输变电工程典型设计 M 国家电网公司 2005 刘振亚主编 6 35 110KV 小型无人值班 M 变电站标准工程图集 中国水利水电出版 2002 李 仕凤 段传 设计成果要求 1 设计说明书一份 说明书应包括设计的全部结果及优缺点分析 结论等 2 设计分析计算书一份 分析计算书应给出设计中的全部分析计算过程和结果 3 论文正文内容的字数 20000 30000 字 4 应交电子文稿及用长沙电力职院专用论文纸张打印的打印稿 进 度 起止日期要求完成的内容及质量 及 要 求 12 周 17 18 20 周 1 确定主变压器的保护 2 确定母线保护 3 确定 220KV 线路保护 4 确定 110KV 线路保护 5 确定 10KV 线路保护 6 质量要求 1 设计说明书 设计思想 设计观点明确 设计 步骤清楚 文字简洁通顺 技术用语表述准确 叙 述逻辑性和系统性强 2 设计分析计算书 设计方案分析比较 叙述论 证有说服力 设计计算结果及变电站继电保护装置 选择正确 7 设计须经指导老师审核合格 审核 系主任 批准 教务处 长沙电力职业技术学院毕业设计 论文 评阅表长沙电力职业技术学院毕业设计 论文 评阅表 指导 教师 意见 指导教师签名 2010 年 月 日 评阅 教师 意见 评阅教师签名 2010 年 月 日 答辩 成绩 答辩组长签名 2010 年 月 日 总评 成绩 指导教师签名 2010 年 月 日 前前 言言 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 本设计成品是本人经过为期一个月的时间 以及阅读参考了很多参考文献而设 计出来的成品 该设计研究的对象主要是针对 220kV 变电站继电保护装置 其中 包括主变压器的保护确定以及母线保护 220KV 线路保护 110KV 线路保护 10KV 线路保护的确定 本设计成品共分为四章 第一章是设计说明书 主要是对该成品的设计要求 条件以及设计的相关理念进行阐述说明 第二章是主变压器保护设计 母线保护是 第三章的主要内容 第四章则是线路保护 基本上能满足 220kV 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 在设计成品的某些部 分的过程中其他组员提出了不少的宝贵意见 在此深表谢意 限于时间及编者水平 内容遗漏及不妥之处难免 务请读者予以批评指正 谭棡译 2010 年 1 月 目目 录录 摘摘 要要 2 第第 1 1 章章 设计说明书设计说明书 2 第第 2 2 章章 主变压器保护设计主变压器保护设计 2 2 1 主变压器保护设计分析 3 2 2 变压器容量选择 2 2 3 变压器主保护 6 2 4 过电流保护 10 2 5 接地保护 10 2 6 变压器其他保护 10 第第 3 3 章章 母线保护母线保护 2 3 1 母线保护设计分析 2 3 2 22OkV 侧母线保护 3 3 3 11OkV 侧母线保护 6 3 4 1OkV 侧母线保护 10 3 5 母线微机保护 10 第第 4 4 章章 线路保护线路保护 11 4 1 线路保护设计分析 11 4 2 220kV 线路保护 13 4 3 110kV 线路保护 17 4 4 10kV 线路保护 18 摘摘 要要 中国的电力工业作为国家最重要的能源工业 一直处于优先发展的地位 电力 企业的发展也是令人瞩目的 电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求 也使得继电保护得以飞速的发展 在现代化的高压 大容量的电力系统中 继电保护更起着极为重要的作用 继 电保护装置的可靠运行涉及到装置的配置设计 制造安装 整定计算 运行维护等 诸多方面 其中选择合理的保护方式和正确地进行整定计算对保证电力系统继电保 护装置的可靠运行具有十分重要的作用 保护装置的配置与使用正确与否 直接关系到系统的安全运行及对用户供电的 可靠性 还与电网的经济指标 运行调度 设计调试等多方面的工作有密切联系 在确定继电保护满足选择性 快速性 灵敏性 可靠性的基础上作出合理的整定方 案 本文立足 220kV 变电站和继电保护装置 着眼于 220kV 变电站电力系统的安全 稳定运行和其设计的经济性 遵循了提出的问题 分析了问题以及依据国情并借鉴 其他继电保护装置设计解决问题的基本思路 对该 220kV 变电站继电保护的现状 成因和解决办法进行了深入的分析和探讨 力图做到系统故障能准确迅速安全的切 除 确保供电的稳定性 标本兼治 关键词 关键词 母线保护 线路保护 主变压器保护 变压器容量 原理接线图 第一章第一章 设计说明书设计说明书 为确保 220kV 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可靠的正常秩序 我们这组对该变电站 设计了一系列的继电保护装置 本成品共分为四大章 第一章为设计说明书 这是对该设计成品的一种阐述说 明 第二章主要讲的是主变压器保护设计 其中包括主变压器保护设计分析 主变 压器容量的选择 变压器的主保护和后备保护以及其他保护等 第三章则分为 220kV 母线保护 10kV 母线保护 10kV 母线保护等节叙述的 第四章则是线路部 分 内容同样包括了 220kV 侧线路保护 10kV 侧线路保护 10kV 侧线路保护等 节 该文书是发电厂及电力系统专业的大中专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 它是毕业没计的文字表达形式 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 第第 2 2 章章 主变压器保护设计主变压器保护设计 本设计主要针对变电站变压器保护配置进行设计分析 变压器是变电站重要设备 之一 它的安全运行直接关系到变电站安全 稳定 经济运行 特别是枢纽变电站一 旦因故障损坏或者导致线路停电 造成的损失将无法估计 因此必须针对变压器可能 出现的故障和异常工作情况 根据其容量 数量和重要程度 装设相应动作可靠 性 能良好的继电保护 防止故障的发生 其中主要对主变压器的主保护 后备保护及其 它保护进行设计分析 并阐述其优缺点 2 12 1 主变压器保护设计分析主变压器保护设计分析 一 一 主变压器保护设计目的 大型变压器的造价昂贵 一旦发生故障遭到损坏 其检修难度大 时间长 会造 成巨大的经济损失 特别是单台容量占系统容量比例很大的情况下 发生故障后突然 切除变压器 将给电力系统造成很大的扰动 因此 在考虑大型变压器继电保护的整 体配置时 除了保证其安全运行外 还应最大限度地缩小故障影响范围 特别要防止 保护装置误动作或拒绝动作 这样 不仅要求有性能良好的保护继电器 还要求在继 电保护的整体配置上尽量完善 合理 二二 主变压器保护设计原则 变压器继电保护整体配置设计时 必须清楚其可能发生的故障及异常运行状态 针对其可能发生的故障及异常运行状态进行相应的保护配置 一 变压器可能发生的故障 油箱内部故障 绕组相间短路 接地短路匝间短路 及铁芯烧损 油箱外部故障 主要是套管及引出线上发生相间短路和接地短路 二 变压器的不正常工作状态 由外部短路引起过电流 由于电动机自启动及尖峰负荷等原因引起的过电流 由于油箱漏油造成油面降低 由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁 三 三 主变压器保护配置 变压器的保护可以分为短路保护和异常运行保护两类 短路保护用以反应被保护 范围内发生的各种类型的短路故障 作用于断路器跳闸 为了防止保护装置或者断路 器拒动 又有主保护和后备保护之分 异常运行保护用以反应各种可能给机组造成危 害的异常工况 此保护作用于发信号 这类保护一般只装设一套专用继电器 不设后 备保护 根据 继电保护和安全自动装置技术规程 规定变压器一般应装设下列继电保护 装置 一 反应变压器油箱内部故障和油面降低的气体保护 容量在 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 均应装设气体保护 二 反应变压器绕组 引出线的相间短路 中性点直接接地侧绕组 引出线和 套管的接地短路 以及绕组匝间短路的电流速断保护或纵联差动保护 容量在 10000kVA 及以上或 6300kVA 以上并列运行变压器应装设纵联差动保护 以代替电流速 断保护 三 反应外部相间短路的过电流保护 复合电压启动的过电流保护 负序电流 保护和阻抗保护 四 反应中性点接地的电力网中 外部单相接地短路的零序电流保护 五 变压器其他保护 如过负荷 过励磁 变压器高压侧断路器失灵保护 温 度保护 冷却器故障保护等 2 2 变压器容量选择变压器容量选择 一一 主变压器容量选择原则 一 主变压器容量一般按变电站建成后 5 10 年的规划负荷选择 并应考虑变 压器正常工作和事故时过负荷能力 二 根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量 对于有重 要负荷的变电站 应考虑当一台变压器停运时 其余变压器容量在计及过负荷能力后 的允许时间内应保证对一 二级负荷的供电 二二 变压器容量选择整定计算 变压器保护装置应根据变压器容量 数量配置相应保护 由原始资料分析该变电 站主变压器为两台三绕组降压变压器 主要向 110kV 线路负荷 10kV 线路负荷 站用 电负荷供电 据 220kV 500kv 变电所所用电设计技术规程 规定 220kv 所用电宜 从主变压器低压侧分别引接两台容量相同 可互为备用 分列运行的所用工作变压器 只有一台主变压器时 其中一台所用变压器宜从所外电源引线 本设计中主变压器为 两台三绕组降压变压器 变电所所用电宜从主变压器低压侧分别引入 因此所用电可 当作 10kV 线路负荷来处理 110kV 10kV 线路负荷情况如下表 110kV 线 路 负 荷 名 称最大负荷 MW 功率因数 Cos 石化厂 320 9 炼油厂 360 9 甲县变 250 9 乙县变 280 9 丙县变 150 9 丁县变 260 85 蓄电池进风 1 50 85 蓄电池排风 20 85 锅炉房水泵 20 85 空 压 机 200 85 载 波 室 21 220kV 配电装置电源 181 110kV 配电装置电源 181 220kV 断路器冬天加热 41 110kV 断路器冬天加热 41 室外配电装置照明 151 室内照明 81 110kV 线路最大有功功率 KW000162 10 26 15 28 25 36 32P 3 1 110kV 线路最大无功功率 KVar Cos Sin Cos Sin Cos Sin P 444 82004 10 6210 15 28 25 36 32 Q 2 23 1 13 1 其中 9 0 1 Cos85 0 2 Cos 由于 110kV 线路各负荷间同时系数为 0 9 110kV 负荷的最大输出复功率 10KV 等 效 负 荷 名 称最大负荷 KW 功率因数 Cos 氮肥厂 40000 85 机械厂 40000 85 纺织厂 30000 85 化工厂 30000 85 造纸厂 25000 85 水 厂 60000 85 建材厂 30000 85 变 40000 9 变 40000 9 变 40000 9 变 30000 9 主变风扇 0 15 660 85 主充电机 160 85 浮充电机 150 85 j73804145800 444 82004j162000 9 0S 1 10kV 线路负荷最大有功功率 KW4 40635 4 13540500 815441818220221 51516 660 1510 3 444362 5334 4P 3 2 10kV 线路负荷最大无功功率 KVar Cos Sin Cos Sin Cos Sin Cos Sin Cos Sin Cos Sin P 835 23117 4 2556615000 20225 115166615 0 10 365 23344 10 3 44 4 Q 2 2 1 1 2 2 2 23 1 13 2 上叙 10kV 等效负荷间同时系数取为 0 85 其中 变电站9 0cos 1 85 0C 2 os 旋转设备的功率因数取 非旋转设备功率因数取 85 0 Cos1 Cos 10kV 负荷的最大输出复功率 j19650 1634540 09 3117 8352j4 40635 85 0S 2 已知 110kV 10kV 线路负荷同时系数为 0 9 主变压器总输出复功率 j84108 744 162306 081 j19650 16 34540 09j73804145800 9 0 S S 9 0S 21 主变压器的总最大视在功率 根据规定 对装有两台主变压器的变电所应能在一台主变停运时 另一台容量在 KVA 66 182804 84108 744 162306 081S 22 max 及过负荷力允许时间内 仍能够保证 类及 类负荷连续供电 变压器总容量一般有 max 7 0SSN 其中为变电所最大负荷 这样可以保证对 70 负荷的供电 考虑到变压器 40 max S 的事故过负荷能力 则可以保证对 98 负荷供电 MVA SS 96 127 7 0 max1 台 考虑将来的负荷可能会超出本来预算 为了有所发展的余地 选择的主变压器的容 量为 150MVA 2 32 3 变压器主保护变压器主保护 一 一 气体保护 一 气体保护定义 油浸式变压器是利用变压器油作为绝缘盒冷却介质 当变压器内部发生短路故障 时 故障点局部产生高温 使油温升高体积膨胀 甚至沸腾 油内溶解的空气就会被 排出 变成气泡上升 故障点产生电弧 使变压器油及其他绝缘材料分解 产生气体 含气体成分 从油箱向油枕流动 反应这种气流与油流动作得的保护称为气体保护 本次设计中每一台变压器额定容量为 150MVA 根据规程规定须装设气体保护 二 气体保护原理 气体保护原理接线如下图 1 所示 气体保护的测量继电器为气体继电器 气体继电器安装在油箱与油枕之间的连接 管道中 这样油箱内的气体都要通过瓦斯继电器 为了便于气体的排放 安装时需要 有一定的倾斜度 变压器顶盖与水平间应有 1 1 5 的坡度 连接管道应有 2 4 的坡 度 气体继电器油三种形式 即浮筒式 挡板式即开口杯与挡板构成的复合式 运行 经验表明 浮筒式气体继电器存在着一些严重的缺点 如防震性差 且浮筒的密封性 能不良使浮筒失去浮力 使水银触点闭合造成误动作等 而用挡板代替下浮筒的挡板 式气体继电器 仍保留上浮筒且克服了浮筒渗油的缺点 运行比较稳定 可靠性相对 提高 但当变压器油面严重下降时 动作速度不快 因此目前通常采用开口杯与挡板 构成的复合式气体继电器 该继电器用磁力干簧触点代替水银触点 80 1 QJ 正常运行时 继电器内上开口杯内充满了油 在轴一侧的开口杯 同时受到杯内 油的重力即油对开口杯浮力的作用 在轴另一侧的平衡锤 有重锤的重力及油对重锤 的浮力 这些力平衡的结果 由于开口杯侧产生的力矩小于平衡锤的力矩 开口杯处 于上升位置 和开口杯固定在一起的永久磁铁位于干簧接点的上方 干簧接点可靠断 开 变压器内部发生轻微故障时 产生的气体在继电器上部 迫使油面下降 开口杯 在气体中的重量加上杯内油的重量所产生的力矩 超过平衡锤的力矩 使开口杯随着 油面降低而下沉 当永久磁铁靠近干簧接点时 接点闭合 延时发出 轻瓦斯动作 信号 变压器内部发生严重故障时 产生大量气体 强烈油流冲击挡板 当油流速度达 到整定值时 挡板被冲击到一定位置 永久磁铁靠近干簧接点 接点闭合后发出重瓦 斯跳闸脉冲 经信号继电器启动出口中间继电器 跳开变压器两侧断路器 KSKOM 变压器严重漏油使油面降低时 开口杯下沉到一定位置 干簧接点闭合 同样发 出 轻瓦斯动作 信号 气体保护动作后 观察分析从继电器上部排气口收集的气体 可判断故障的性质 气体保护能反应油箱内各种故障 且动作迅速 灵敏度高 特别对于变压器绕组的匝 间短路 当短路匝数很少时 灵敏度好于其他保护 所以气体保护是大 中 小型变 压器必不可少的油箱内部故障最有效地主保护 但气体保护不能够反应油箱外的引出 线和套管上的如何故障 因此不能够单独作为变压器的主保护 尚须与纵差动保护或 电流速断保护配合使用 二 二 纵 差 动 保 护 一 纵差动保护定义 纵差动保护是用辅助导线 或称引导线 将被保护设备两侧的电量连接起来 比 较被保护设备始端与末端电流的大小及相位 在设备两侧装设电流互感器 两侧电流 互感器一次回路的正极性端均置于远离设备的一侧 二次回路用电缆同极性相连 差 动继电器则并联在电流互感器二次侧的环路上 在正常运行情况下 引导线中形成环 流 称为纵差动保护 二 纵差动保护原理 根据 继电保护和安全自动装置技术规程 的规定 容量在 10000kVA 及以上 或 6300kVA 以上并列运行变压器应装设纵联差动保护 以代替电流速断保护 本次 设计中 两台压器额定容量 150MVA 并列运行 它用来反应变压器绕组 套管及引 出线的各种故障 且与气体保护配合作为变压器的主保护 使保护的性能更加全面 和完善 三绕组变压器差动保护原理接线如下图 2 所示 由此可见 变压器差动保护是通过比较变压器各侧电流的大小和相位而构成的保护 各侧电流互感器所包围的区域为差动保护的保护范围 保护区内故障 继电器动作于 跳闸 保护区外故障时 继电器不动作 因此 在满足选择性要求的同时 不需要于 相邻元件的保护在整定值上相配合 从而构成不带延时的速动保护 用来反应变压器 绕组 套管及引出线的各种故障 三 差动回路不平衡电流 变压器差动保护在正常运行和外部故障时 理想情况下流入差动继电器的电流为 零 保护装置不动作 但实际上变压器差动保护与其他设备差动保护相比 在正常和外 部短路时的故障行为有很大不同 因为变压器差动回路中不平衡电流大 形成不平衡 电流的因素多 所以必须采取措施躲过不平衡电流或减小不平衡电流的影响 形成不 平衡电流的因素及所采取的措施 1 变压器励磁涌流形成不平衡电流 变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中由于变压器铁芯中的磁通急剧 增大 是铁芯瞬间饱和 出现数值很大的励磁电流 此电流通过变压器的一次绕组 进入差动回路形成不平衡电流 如不采取措施纵差动保护将会误动作 励磁涌流的特 点如下 其值在初始很大 可达额定电流的 5 10 倍 还有大量非周期分量和高次谐波分量 且随时间衰减 其波形有间断角 根据励磁涌流的特点可采取如下措施减小不平衡电流的影响 利用延时动作或提高保护动作值来躲过励磁涌流 利用励磁涌流中的非周期分量 采取速饱和变流器的差动继电器构成差动 利用励磁涌流波形中的二次谐波分量 采用二次谐波制动的差动继电器 利用励磁涌流中波形间断的特点 采用具有鉴别间断角差动继电器构成差动 保护或对称识别原理构成的差动保护 2 变压器各侧接线组别不同引起不平衡电流 由于变压器连接组别为 由于三角形侧的电流超前于星型侧同一电11 0 0dynYN 流如果各侧电流互感器都按通常接线接成星型 则使变压器各侧电流互感器二次电 30 流的数值相等 在差动回路中会出现不平衡电流 如图 3 所示 umb I 为了消除不平衡电流 可采用相位补偿法 即将变压器星型侧的电流互感器的二次侧 接成星型 从而将电流互感器二次侧的电流相位校正过来 3 电流互感器的实际变比与计算变比不等引起的不平衡电流 由于电流互感器都是标准化的定型产品 所以选择电流互感器的变比于计算变比 往往不相等 因此 在差动回路中会引起不平衡电流 这种不平衡电流的影响 可采用电流补偿法来消除 将电流互感器二次电流大的 那一侧 经电流变换器 TAA 变换后 是 TAA 的输出与另一侧电流互感器电流大小相等 从而消除电流互感器的实际变比与计算变比不等引起的不平衡电流 4 各侧互感器型号不同 产生不平衡电流 此不平衡电流是由于两侧电流互感器的相对误差引起的 型号相同相对误差较小 型号不同相对误差较大 它们的特性差别较大 估引起较大的不平衡电流 此不平衡 电流应在保护的整定计算中予以考虑 即适当增大保护的动作电流 其具体做法是在 不平衡定电流计算中引入互感器同型系数 用以平衡由于各侧互感器型号不同 产生 不平衡电流的影响 5 变压器调压分接头改变产生的不平衡电流 带负荷调节的变压器在运行中常常需要改变分接头来条电压 这样就改变了变压 器变比 原已调整平衡的差动保护又会出现新的不平衡电流 一般再用提高差动保护 动作电流的方法来解决 由于各种因素的存在 三绕组变压器差动保护不平衡电流比较大 为减小外部短 路不平衡电流影响 提高保护的灵敏度 一般采用带制动特性的差动继电器构成差动 保护 2 42 4 过电流保护过电流保护 为了反映外部短路引起的变压器过电流和作为变压器主保护的后备保护 根据变 压器容量的不同和系统短路电流的不同 须装设不同的过电流保护 三绕组在外部故 障时应尽量减小停电范围 因此在外部发生短路时 要求仅断开故障侧的断路器 而 使另外两侧继续运行 二内部发生故障时 过电流保护应起到后备作用 为此 三绕 组变压器的过电流保护按如下原则配置 单侧电源的三绕组变压器 一般只装设两套 过电流保护 一套装在负荷侧 如下图所示 侧 起整定的动作时间 t2 应比其他两侧 的时限都小 动作后断开 QF2 另一套装于电源侧 I 侧 他设有两个时限 t3 和 t1 在时限配合上要求 t2 t1 t3 当 III 侧 负荷侧 故障时 经 t1 跳开 QF3 故障切除 I 侧继续运行 若变压器内部故障 则经 t1 跳 QF3 经 t3 在跳 QF1 和 QF2 将三 侧断路器全部断开 变压器过电流保护 2 52 5 接接 地地 保保 护护 对中性点直接接地电网中的变压器 在其高压侧装设接地 零序 保护 用来反 应接地故障 并作为变压器主保护的后备保护和相邻元件的接地故障的后备保护 拟建变电所的主变压器接线组别为 YN0 yn0 d11 的三绕组降压变压器两台 其主 变压器 220kV 110kV 侧的中性点均采用经间隙接地和直接接地方式 实际运行只一台 直接接地 必要时可以可相互切换为直接接地运行 因此 可以根据其接地方式来配 置不同的保护 变压器直接接地运行时 其接地保护可采用两段式零序电流保护 变压器非直接接地运行 而是通过放电间隙接地时 不仅须装设两段式零序电流 保护 还须装设零序电流保护零序电压保护 非直接接地运行变压器当发生单相接地 故障 差动保护拒动 放电间隙放电 为了避免放电时间过长 还应装设专门反应间 隙放电电流的零序电流保护 其任务是及时切除变压器 防止间隙长时间放电 造成 中性点绝缘破坏 如果万一放电间隙拒动 变压器中性点出现工频过电压 为此还须 设置零序电压保护 当放电间隙拒动时 由零序电压保护切除变压器 变压器中性点接地运行时 隔离开关 QS 合上 两段式零序电流保护投入工作 第 I 段与相邻元件接地保护 I 段配合 以 t1 0 5s 延时断开高压侧分母联断路器 以 延时断开变压器各侧断路器 第 II 段与相邻元件接地保护后备段配合 以 12 ttt t3 和 t4 的延时分别断开母联断路器和各侧断路器 变压器中性点不接地运行时 隔离开关 QS 打开 当发生单相接地故障且失去中性 点时 中性点不接地的变压器的中性点将出现工频过电压 放电间隙击穿 放电电流 使零序电流元件启动 瞬时跳开变压器 见故障切除 当放电间隙拒动时 零序电压 保护启动将变压器切除 其动作之应低于变压器中性点绝缘的耐压水平 2 62 6 其其 他他 保保 护护 一一 过负荷保护 变压器过负荷通常只对称性过负荷 变压器的过负荷保护反应变压器对称过负荷 引起的过电流 通常过负荷保护只用一个电流继电器 接于任一相电流之中 一般为 B 相电流 经过延时动作于信号 本次设计的变压器由高压侧向中 低压侧传送功率 的降压变压器 至少要在高压侧和低压侧装设过负荷保护过负荷保护的动作电流按躲 过变压器额定电流即 N I TNrrelop IKKI 式中 为可靠系数 通常取 1 05 为返回系数 通常取 0 85 rel K r K 微机保护中 过负荷保护保护通常设有 3 段 并且均取 B 相电流 一般 I 用于发告警 信号 II 段用于启动风扇冷却器 III 段用于闭锁有载调压 二二 过励磁保护 变压器过电压时会使发生发生过励磁 使铁芯饱和 铁损增加 温度增加 造成 绕组绝缘损坏 油质污染 同时变压器励磁电流激增 可以引起差动误动作 因此必 须装设过励磁保护 通常装设反时限过励磁保护 过励磁倍数越大 允许的过励磁持 续时间越短 三三 主变压器高压侧断路器失灵保护 内容详母线保护 断路器失灵保护 四四 变压器温度保护 变压器运行中 总有部分损失 如铜损 铁损 介质损失等 时变压器各部分温 度升高 绕组温度过高时会加速绝缘的老化 缩短使用寿命 绕组温度越高 持续时 间越长 会造成绝缘老化的速度越快 使用期限越短 因此变压器必须冷却系统 保 证在规定的环境温度下按额定容量运行时 使变压器温度不超过极限值 变压器温度 保护在冷却系统发生个故障或其他原因引起变压器温度超过极限值时 发出告警信号 以便采取措施 或者延时作用于跳闸 五五 冷却器故障保护 当冷却器引起变压器温度超过安全期限时 并不是立即将变压器退出运行 常常 允许其运行一段时间 以便处理冷却器故障 这期间变压器可以降负荷运行 使变压 器温度恢复到正常水平 若在规定时间内温度不能降至正常水平 才切除变压器 冷却器故障保护一般监测变压器绕组的负荷电流 并与温度保护配合使用 构成 两段时限保护 当变压器冷却发生故障时 温度升高 超过限值后温度保护首先动作 发出报警 的同时开放冷却器故障保护出口 这时变压器电流若超过保护 段整定值 先按继电 器固有延时动作于减负荷 使变压器负荷降低 促使变压器温度下降 若温度保护返 回 则变压器维持在较低负荷下运行 一减少停运机会 若温度保护仍不能返回 即 说明减负荷无效 为保证变压器的安全 变压器冷却器故障保护将亿 II 段延时 t 动作 于解列或程序跳闸 延时时间 t 值的大小通常按失去冷却系统后 变压器允许运行时间 整定 第第 3 章章 母母 线线 保保 护护 母线是电能集中和分配的主要设备 是变电站重要设备之一 与其他设备一样 母线也会存在各种故障 当母线发生故障时 有可能造成大面积的停电事故 并可能 破坏系统的稳定运行 母线的故障的原因有母线绝缘子和断路器套管的闪络 装于母 线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 母线隔离开关和断路器 的支持绝缘子损坏 运行人员的误操作等 虽然母线结构简单 且处于变电站内 发 生故障的几率相对于其他设备小 但母线发生故障时 接于母线上的所有元件都要断 开 会造成大面积停电 此外枢纽变电所的高压母线故障 如果动作迟缓 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 3 13 1 母线保护设计分析母线保护设计分析 一一 母线保护设计原则 母线保护的方式通常分为两种 一是利用供电元件的保护兼作母线故障的保护 二是采用专门的母线保护 在不太重要的较低电压的厂 站中可以利用供电设备 发电机 变压器 线路 保护的第 II 及第 III 段来反映并切除母线故障 在 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 3 10KV 分段 母线及并列运行的双母线 一般可由发电机和变压器的后备保护实现母线的保护 利用供电元件的后备保护来切除故障母线 简单 经济 但切除故障的时间长 此外当双母线同时运行或母线为分段单母线时 上述不能够保证只切除故障母线 因 此 对于重要的母线根据 规程 要求装设专用的母线保护 二二 母线保护配置 为了确定母线的保护 必须明确其母线运行方式 根据已知变电所的主接线运行 方式为 220kV 侧采用双母线接线方式 110kV 侧采用双母线接线方式 10kV 侧采用单 母线分段接线方式 为了提高供电的可靠性 常采用双母线运行 将母联断路器投入 在每组母线上固定连接 约 1 2 供电和受电元件 因此 220kV 侧采用双母线同时投 入运行方式 将母联断路器投入 而 110kV 侧采用一组母线投入运行方式 10kV 侧 采用单母线运行方式 为满足快速性和选择性的要求 母线保护广泛采用差动保护原理构成 3 23 2 220kV220kV 侧母线保护侧母线保护 通过分析 220kV 侧采用双母线同时投入运行方式 将母联断路器投入 对于这 种运行方式 为了有选择地将故障母线切除 可采用元件固定连接的母线完全差动保 护 这时 当如何一组母线发生故障时 保护装置只将故障母线切除 而另一组非故 障母线及其连接的所有元件可继续运行 一 元件固定连接的双母线电流差动保护 元件固定连接的双母线电流差动保护单相原理接线如图下 保护装置的主要部分 由三组差动继电器组成 第一组由电流互感器 TA1 TA2 TA5 和差动继电器 KD1 组成 用以选择第 I 组母线上的故障 第二组由电流互感器 TA3 TA4 TA6 和差动继电器 KD2 组成 用以选择第 II 组母线上的故障 第三组由电流互感器 TA1 TA6 和差动继电器 KD3 组成 它作为整套保护的启动元件 当任一组母线短路时 KD3 都启动 给 KD1 KD2 加上直流电流 并跳开母联断路器 QF5 保护的动作情况分析如下 1 正常运行及元件固定连接方式下外部短路故障时各差动继电器 KD1 KD3 仅流 过不平衡电流 其值小于整定值 保护不动作 2 元件固定连接方式下任一组母线短路时 如母线 I 差动保护继电器 KD1 KD3 流过全部的短路电流而动作 跳开母线断路器 QF5 和母线 I 上所有连接元件的 断路器 QF1 QF2 从而将母线 I 切除 此时 由于差动继电器 KD2 不动作 无故障的 II 母线可继续运行 3 元件固定连接方式破坏后 如将母线 I 上的 L2 切换到母线 II 区外短路时 启动元件 KD3 中流过不平衡电流 故不动作 整套保护不会误动 当内部短路时 KD1 KD2 KD3 都通过短路电流 因而他们启动跳开断路器 无选择性地将两组母线 全部切除 从上面分析可知 元件固定连接的双母线电流差动保护能快速而有选择地切除故 障母线 保证非故障母线继续供电 但在固定方式破坏后不能选择故障母线 限制了 系统运行调度灵活性 这是该接线的不足之处 但对于进线较少的母线保护还是比较 优越的 二 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 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 3 33 3 110kV110kV 侧母线保护侧母线保护 通过分析 110kV 侧采用双母线接线 单母线投入运行方式 母联断路器不投入 对于这种运行方式 双母线经常只有一组母线投入运行 可母线完全差动保护 一 完全电流差动保护 单母线的完全电流差动保护的原理接线如下图 在母线的所有连接元件上装设变 比相等的电流互感器 按环流发接线 从结构上看 母线实际上就是电路的一个节点 在正常运行或母线范围以外故障时 母线上所有连接元件注入母线的电流向量和等于 零 流入差动继电器的电流为各电流互感器特性不同产生的不平衡电流 即 umb IIIII III2II2I2 在母线故障时 所有连接的元件都向故障点提供电路电流 而供电给负荷的连接元件 中电流等于零 则流入差动继电器的电流为 TAk nIIIII III2II2I2 式中 为流入短路点 k 的总电流 为电流互感器的变比 k I TA n 差动保护动作后 将故障母线的所有连接元件断开 切除故障 二 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 躲过外部故障时流入差动回路的最大不平衡电流 即 TAkrelundrelactk nIKIKI 1 0 max max 式中 可靠系数 取 1 3 rel K 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 即 max L I TArelkact nIKI max 灵敏度按下式计算 2 min actKsen IIK 式中 母线短路时最小短路电流 min K I 3 43 4 10kV10kV 侧母线保护侧母线保护 通过分析 10kV 侧采用单母线运行方式对于这种运行方式 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 3 10kV 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 3 10kV 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 可采用电流闭锁电压速断保护 第二段采用过电流保护 当 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 2 6 微机母线保护微机母线保护 拟建变电所的主接线运行方式为 220KV 侧采用双母线接线方式 110KV 侧采用 双母线接线方式 10KV 侧采用单母线分段接线方式 RCS 915AB 型微机母线保护装置 适用于各种电压等级的单母线 单母分段 双 母线等各种主接线方式 母线上允许所接的线路与元件数最多为21 个 包括母联 并可满足有母联兼旁路运行方式主接线系统的要求 结合要设计的变电所的主接线运行方式和RCS 915AB 型微机母线保护装置的适用 范围 该变电所的母线保护采用RCS 915AB 型微机母线保护装置 一 RCS 915AB 型微机母线保护装置简介 保护配置 RCS 915AB 型微机母线保护装置设有母线差动保护 母联充电保护 母联死区保护 母联失灵保护 母联过流保护 母联非全相保护以及断路器失灵保护等功能 二 性能特征 允许TA 变比不同 TA 调整系数可以整定 高灵敏比率差动保护 新型的自适应阻抗加权抗TA 饱和判据 完善的事件报文处理 友好的全中文人机界面 灵活的后台通讯方式 配有RS 485 和光纤通讯接口 可选 支持电力行业标准DL T667 1999 IEC60870 5 103 标准 的通讯规约 与 COMTRADE 兼容的故障录波 第第 4 章章 线线 路路 保保 护护 电力线路承担着电能输送 分配作用 其安全稳定运行影响整个变电站 必须对 输配电线路配置完善的继电保护 如果继电保护配置不当 保护将不能正确动作 误 动或拒动 从而会扩大事故停电范围 给国民经济带来严重后果 有时还会造成人身 和设备安全事故 因此合理选择保护方式 对保证变电站的安全运行有非常重要的意 义 4 14 1 线线 路路 保保 护护 分分 析析 一 线路保护原则 输配电线路的继电保护的配置要根据其接地形式 电压等级 线路长度 运行方 式 以及负荷性质 可能的故障形式等要求来确定 选择输电线路的保护方式及设计保护装置 必须根据线路的电气特征进行 比如 中性点直接接地的高压网最显著的特点是单相接地时较大的零序电流 因此要求快速 切除故障 以减少对设备及通信线路的影响 又比如 由于短路 操作或负载突变 可能引起系统震荡 产生电气量的对称脉动变化 因此要求装设振荡闭锁装置 以区 别短路和单纯的振荡 或者使保护装置不反应或躲过振荡的影响等问题 但在 10 35kV 中性点非直接接地电网中则不必考虑 在 110 220kV 中性点直接接地电网输电线路中 应针对接地故障和相间短路装设相应的保护装置 二二 线路保护整定计算 不同线路所配置的保护装置不同 由于保护配置不同 整定计算各部一样 设计 中取 110kV 的一条线路距离保护与 10kV 的一条线路电流保护为例进行计算 4 24 2 220kV220kV 线线 路路 保保 护护 由于 220kV 输电线路 其电压等级高 短路电流非常大 为保证系统的稳定性 要求瞬时切除被保护线路每一点的故障 其线路又长 因此通常采用高频保护作为相 间短路和接地短路的主保护 而以距离保护作为后备保护 对于平行线路 通常采用 电流平衡保护作为 其灵敏度比横差动保护高 而以距离保护 带延时 作为后备保 护 一 高频保护 线路纵联差动保护能瞬时切除被保护线路全长任一点的短路故障 但是由于它不 需敷设与线路相同长度的辅助导线 一般只能用在短线上 为快速切除高压输电先例 上任一点的短路故障 将线路两端的电气量转化为高频信号 让后利用高频通道 将 此信号送至对端进行比较 决定保护是否动作 这种保护称为高频保护 因为它不反 应被保护输电线路范围以为的故障 在定值选择上也无需与下一条线路相配合 故可 不带延时 目前广泛采用的高频保护有 高频闭锁方向保护 高频闭锁距离保护 高频闭锁 零序电流保护及电流相位差动高频保护 高频闭锁方向保护是比较被保护线路两端的 短路功率方向 高频闭锁距离及高频闭锁零序电流保护分别是由距离保护 零序电流 保护与高频收发信机结合而构成的保护 也是属于比较方向的高频保护 电流相位差 动高频保护是比较被保护线路两端工频电流