110kv变电站继电保护毕业设计.doc

.摘 要电力系统的不断发展和安全稳定运行给国民经济和社会发展带来了巨大动力和效益。但是电力系统一旦发生自然或人为故障如果不能及时有效控制就会失去稳定运行使电网瓦解并造成大面积停电给社会带来灾难性的后果。继电保护包括安全自动装置是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。许多实例表明继电保护装置一旦不能正确动作就会扩大事故酿成严重后果。因此加强继电保护的设计和整定计算是保证电网安全稳定运行的重要工作。 为满足电网对继电保护提出的可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求充分发挥继电保护装置的效能必须合理的选择保护的定值以保持各保护之间的相互配合关系。做好电网继电保护定值的整定计算工作是保证电力系统安全运行的必要条件。 本文详细地讲述了如何分析选定110kV电网的继电保护相间短路和接地短路保护和自动重合闸方式以及变压器相间短路主保护和后备保护并通过整定计算和校验分析是否满足规程和规范的要求。本次设计不对变电站的一、二次设备进行选择。 关键词 :继电保护、整定、校验.AbstractThe development of power system and the safe and stable operation of great power and benefits to the national economy and social development. But the power systems in case of natural or man-made fault if not timely and effective control will lose stability enable grid collapse and caused widespread power outages have disastrous consequences to the society. Relay protection including automatic safety device is to protect the power equipment safety and prevention and control of electric system long time blackout of the most basic, most important, the most effective technical means. Many examples show that the relay protection device once cannot correct action can expand the accident causing serious consequences. Therefore, to strengthen the design and calculation of relay protection is an important work to guarantee the safe and stable operation of power grid. In order to meet the selection of relay protection of power system protection and reliability, selectivity, sensitivity, speed requires the full play of relay protection device must be reasonable setting values in order to maintain the interaction relationship between the protection. Do the setting of relay protection setting calculation work is necessary to ensure the safe operation of the power system. This paper describes in detail how to analyze phase short-circuit protection of selected 110kV grid and short-circuit protection and automatic reclosing mode and transformer phase-to-phase short circuit of main protection and backup protection and by setting calculation and check whether meet the rules and specifications. Choose one or two times the design of substation equipment.Keywords: relay protection;setting;calibration;.目录摘要IAbstractII1 变电站电气主接线及设备选型11.1 电气主接线选择11.1.1 对电气主接线的基本要求11.1.2 变电站电气主接线的设计原则21.1.3 电气主接线设计步骤31.1.2 电气主接线接线图41.2 变压器型号选择51.2.1 主变压器台数的选择51.2.2 变压器容量的选择51.2.3 主变压器型号的选择61.2.4 变压器选择结果72 短路电流计算92.1 短路计算的目的、规定与步骤92.1.1 短路电流计算的目的92.1.2 短路计算的一般规定92.1.3 计算步骤102.2 变压器的参数计算及短路点的确定102.2.1 变压器参数的计算102.2.2 短路点的确定112.3 各短路点的短路计算122.3.1 短路点d-1的短路计算(110KV母线)122.3.2 短路点d-2的短路计算(35KV母线)122.3.3 短路点d-3的短路计算(10KV母线)133 继电保护基本知识153.1 继电保护概述153,2 继电保护的任务153.3 基本原理和保护装置的组成153.4 对继电保护装置的要求163.5 继电保护分类174 变压器及输电线路继电保护184.1 各线路保护装置选择184.1.1 110kV线路M-0保护配置选择184.1.2 变压器1B、2B保护配置选择194.1.3 35kV线路L35-1,L35-2保护配置选择214.1.4 10kV线路L10-1L10-7保护配置选择214.2 变压器保护及整定计算224.2.1 变压器保护分类224.2.2 变压器差动保护254.2.3 变压器后备保护294.3 35kV线路L35-1L35-2保护整定计算314.3.1 线路L31末端短路的最大、最小短路电流计算314.3.2 线路L35-1电流速断保护整定计算314.3.3 线路L35-1延时电流速断保护整定计算324.3.4 线路L35-1过电流保护整定计算334.3.5 线路L35-1过负荷保护整定计算334.4 10kV线路L10-1L10-7保护整定计算334.4.1 线路L104末端短路的最大、最小短路电流计算334.4.2 线路L104速断保护整定计算344.4.3 线路L104延时电流速断保护整定计算344.4.4 线路L104过电流保护整定计算344.4.5 线路L104过负荷保护整定计算355 变电站防雷及接地355.1 变电站防雷355.1.1 变电所遭受雷击的来源355.1.2 变电站遭受雷击的主要原因365.1.3 防雷措施365.1.4 变电站直击雷防护375.1.5 避雷器及其配制原则375.1.6 变电站对雷电侵入波防护385.1.7 避雷器的防护距离385.1.8 变电站的进线段雷电防护设计395.2 接地的基本常识425.2.1 接地概述425.2.2 接地电阻425.2.3 变电站接地装置435.2.4 变电站的接地原则44致谢46参考文献47附录一48附录二48.1 变电站电气主接线及设备选型变电站的电气主接线是指由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路，电气主接线又称为一次接线或电气主系统，它代表了变电站电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。1.1 电气主接线选择1.1.1 对电气主接线的基本要求现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各个发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足一下基本要求。（1）运行的可靠断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。（2）具有一定的灵活性主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快的推出设备。切除故障停电时间短，影响范围就最小，并且再检修时可以保证检修人员的安全。（3）操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不但不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或者不必要的停电。（4）经济上合理主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽可能的发挥经济效益。（5）具有扩建的可能性由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快，因此，在选择主接线时还应考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。1.1.2 变电站电气主接线的设计原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行和维护的方便，尽可能地节省投资，就进取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。他与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素 ，正确处理他们之间的关系，合理的选择主接线方案。在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的，设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥型接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110220kv配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110220kv出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。在大容量变电站中，为了限制610kv出线上的短路电流，一般可采用下列措施：1. 变压器分列运行2. 在变压器回路中装置分裂电抗器。3. 采用低压侧为分裂绕组的变压器。4. 出线上装设电抗器。断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够 的资料时，可采取下列数据：1. 最小负荷为最大负荷的6070%，如主要农业负荷时则取2030%；2. 负荷同时率取0.850.9，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取0.951；3.功率因数 一般取0.8；. 线损平均取5%。1.1.3 电气主接线设计步骤1.1.3.1 分析原始资料(1) 本工程情况包括变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。(2) 电力系统状况包括电力系统近期及远景规划（510年），变电站在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。主变压器中性点接地方式是一个综合问题，他与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等。我国一般对35kv及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地），又称小电流接地系统，对110kv就以上高压系统，皆采用中性点直接接地系统，有称大电流接地系统。(3) 负荷情况包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电厂和变电站电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间（510年）的检验。(4) 环境条件包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响，特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差较大，应予以重视。(5) 设备制造情况这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等质量汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可靠性。1.1.3.2 主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案（近期和远景）。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留23个技术上相当，有能满足任务书要求的方案，再进行经济比较，结合最新技术，最终确定出在技术上合理、经济山可行的最终方案。1.1.2 电气主接线接线图依据原始资料，经过分析，根据可靠性和灵活性经济性的要求，最终决定采用110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用单母线接线方式，10kv侧采用单母线分段接线方式。图1-1 主接线简图1.2 变压器型号选择1.2.1 主变压器台数的选择在变电站设计过程中，一般需要装设两台主变压器，防止其中一台出现故障或检修时中断对用户的供电。对110kv及以下的终端或分支变电站，如果只有一个电源，或变电所的重要负荷有中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器，对大型超高压枢纽变电站，可根据具体情况装设24台主变压器，以便减小单台容量。因此，在本次设计中装设两台主变压器。1.2.2 变压器容量的选择(1) 主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。(2) 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足60%（220kV及以上电压等级的变电所应满足70%）的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷和大部分II类负荷(220kV及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部I类负荷和II类负荷)，即 （4-1）最大综合计算负荷的计算： （4-2）式中， 各出线的远景最大负荷； m 出线回路数； 各出线的自然功率因数；同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小，一般在0.80.95之间；线损率，取5%。因此，由原始材料可得：35kv侧：Sjs=0.9*（8000/0.9+5000/0.9）*(1+5%)=13.65(MVA)10kv侧：Sjs=(0.85*3500/0.85+2*5000/0.85+2*1500/0.85+2000/0.85+1500/0.85)*(1+5%)=21(MVA)由上述计算结果可知：10KV侧 PLMAX=21(MVA)35KV侧 PLMAX=13.65(MVA)高压侧 PLMIN=0.6*(21+13.65)= 20.79(MVA) 变电站用电负荷Pz为：Pz=0.0653(MVA)所以变电站最大负荷Smax为： Smax=20.79+0.0653=20.9(MVA)1.2.3 主变压器型号的选择(1) 相数选择变压器有单相变压器组和三相变压器组。在330kv及以下的发电厂和变电站中，一般选择三相变压器。单相变压器组由三个单相的变压器组成，造价高、占地多、运行费用高。只有受变压器的制造和运输条件的限制时，才考虑采用单相变压器组，因此在本次设计中采用三相变压器组。(2) 绕组数选择：在具有三种电压等级的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该。变压器容量的15%以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所内需要装无功补偿设备时，主变压器宜选用三绕组变压器。(3) 绕组连接方式的选择：变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种。高压绕组为星形联结时，用符号Y表示，如果将中性点引出则用表示，对于中低压绕组则用及表示；高压绕组为三角形联结时，用符号表示，低压绕组用表示。三角形联结的绕组可以消除三次谐波的影响，而采用全星形的变压器用于中性点不直接接地系统时，三次谐波没有通路，将引起正弦波电压畸变，使电压的峰值增大，危害变压器的绝缘，还会对通信设备产生干扰，并对继电保护整定的准确性和灵敏度有影响。1.2.4 变压器选择结果表1-2 主变压器型号及参数型号及容量(KVA)额定电压(KV)连接组别损耗(KW)阻抗电压(%)空载电流(%)空载负载高中高低中低高中低SFSL7-31500/11010122.5%12122.5%38.522.5%3522.5%10.5YN,yn0,d11382510.517.50.51.1 表1-3 自用变压器型号及参数型号额定容量(KVA)额定电压(KV)连接组别损耗(W)阻抗电压(%)空载电流(%)空载短路SC9-80/108010.5/0.4Y,yn03401140422 短路电流计算2.1 短路计算的目的、规定与步骤2.1.1 短路电流计算的目的在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：(1) 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。(2) 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。(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相对地的安全距离。2.1.2 短路计算的一般规定2.1.2.1 计算的基本情况(1) 电力系统中所有电源均在额定负载下运行。(2) 所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。(3) 短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。(4) 所有电源的电动势相位角相等。(5) 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。2.1.2.2 接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。2.1.3 计算步骤(1) 选择计算短路点。(2) 画等值网络图。 首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。 选取基准容量Sb和基准电压Ub（一般取各级的平均电压）。 将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。 绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。(3) 化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd。(4) 求计算电抗Xjs。(5) 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到Xjs=3.5）。 计算无限大容量（或Xjs3）的电源供给的短路电流周期分量。 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。2.2 变压器的参数计算及短路点的确定2.2.1 变压器参数的计算基准值的选取：，取各侧平均额定电压(1) 主变压器参数计算由表1.4查明可知：U12%=10.5 U13%=17.5 U23%=6.5U1%=0.5(U12%+U13%-U23%)=0.5(10.5+17.5-6.5)=10.75U2%=0.5(U12%+U23%-U13%)=0.5(10.5+6.5-17.5)=-0.253所以I*=I*=I0.2*= 1/Xjs1=1/4.54=0.22 Ib=Sb/(3Ub)=100/(3115)=0.502(KA)In=IbSn/Sb =0.5021000/100=5.02(KA)I= I=I0.2=I*In=I*In=I0.2*In=0.225.02=1.1(KA)ich=2.55I=2.551.1=2.8(KA)ich=1.52I=1.521.1=1.672(KA)S=3IUn=31.1110=209.58(MVA)2.3.2 短路点d-2的短路计算(35KV母线)网络化简为：图2-3 d-2点短路等值图Xf2=Xs+(X1+X2)/(X1+X2)=0.454+(0.341+0)/(0.341+0)=0.6245Xjs2=Xf2Sn/Sb=0.62451000/100=6.245I*=I*=I0.2*= 1/Xjs2=0.16Ib=Sb/(3Ub)=100/(337)=1.56(KA)In=IbSn/Sb =1.561000/100=15.6(KA)I= I=I0.2=I*In=I*In=I0.2*In=0.1615.6=2.5(KA)ich=2.55I=2.552.5=6.375(KA)ich=1.52I=1.522.5=3.8(KA)S=3IUn=32.535=151.55(MVA)2.3.3 短路点d-3的短路计算(10KV母线)网络化简为：图2-4 d-3点短路等值图Xf3=Xs+(X1+X3)/(X1+X3)=0.454+(0.341+0.214)/(0.341+0.214)=0.7315Xjs3=Xf3Sn/Sb=0.73151000/100=7.315I*=I*=I0.2*= 1/Xjs3=0.1367Ib=Sb/(3Ub)=100/(310.5)=5.5(KA)In=IbSn/Sb =5.51000/100=55(KA)I= I=I0.2=I*In=I*In=I0.2*In=0.136755=7.52(KA)ich=2.55I=2.557.52=19.176(KA)ich=1.52I=1.527.52=11.43(KA)S=3IUn=37.5210=130.25(MVA).3 继电保护基本知识3.1 继电保护概述 研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件，使之免遭损害，所以沿称继电保护。3,2 继电保护的任务当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。3.3 基本原理和保护装置的组成 继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护：(1) 反映电气量的保护 电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值(阻抗)和它们之间的相位角改变等现象。因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别就可以构成各种不同原理的继电保护装置。 除此以外，还可根据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差别，分别构成差动保护、高频保护等。同理，由于序分量保护灵敏度高，也得到广泛应用。新出现的反映故障分量、突变量以及自适应原理的保护也在应用中。(2) 反映非电气量的保护 如反应温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的瓦斯保护、温度保护等。 继电保护相当于一种在线的开环的自动控制装置，根据控制过程信号性质的不同，可以分模拟型和数字型两大类。对于常规的模拟继电保护装置，一般包括测量部分、逻辑部分和执行部分。测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值比较，以判断是否发生故障或不正常运行状态；逻辑部分依据测量部分输出量的性质、出现的顺序或其组合，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作；执行部分依据前面环节判断得出的结果子以执行：跳闸或发信号。3.4 对继电保护装置的要求继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。(1) 选择性 选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。 (2) 速动性 速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。 对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求快速动作，而应按照选择性的条件，带延时地发出信号。 (3) 灵敏性 灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。 系统最大运行方式：被保护线路末端短路时，系统等效阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大运行方式； 系统最小运行方式：在同样短路故障情况下，系统等效阻抗为最大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。 (4) 可靠性 可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。 安全性：要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。 信赖性：要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。 以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的基础。这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。3.5 继电保护分类(1) 按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等；(2) 按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；(3) 按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；(4) 按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；(5) 按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等；主保护 满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护；后备保护 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护两种；远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护；近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护；辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护；4 变压器及输电线路继电保护4.1 各线路保护装置选择4.1.1 110kV线路M-0保护配置选择按照继电保护和安全自动装置技术规程（GB14285-93）及电力装置的继电保护和安全自动装置设计规范（GB50062-92）的要求，110kV中性点直接接地电力网中的线路，应按规定装设反应相间短路和接地短路的保护，110kV线路后备保护配置宜采用远后备方式，并规定：(1) 对接地短路，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定：(2) 宜装设带方向或不带方向的阶段式零序电流保护；(3) 对某些线路，当零序电流保护不能满足要求时，可装设接地距离保护，并应装设一段或两段零序电流保护作后备保护。4.1.1.1 对相间短路，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定(1) 单侧电源线路，应装设三相多段式电流或电流电压保护，如不能满足要求，则装设距离保护；(2) 双侧电源线路，可装设阶段式距离保护装置。4.1.1.2 按照继电保护和安全自动装置技术规程（GB14285-93）的要求，应按如下规定装设自动重合闸：（1） 110kV及以下单侧电源线路的自动重合闸装置，按下列规定装设：a、采用三相一次重合闸方式；b、当断路器断流容量允许时，下列线路可采用两次重合闸方式：c、无经常值班人员变电所引出的无遥控的单回线；d、给重要负荷供电，且无备用电源的单回线。e、由几段串联线路构成的电力网，为了补救电流速断等速断保护的无选择性动作，可采用带前加速的重合闸或顺序重合闸方式。（2）110kV及以下双侧电源线路的自动重合闸装置，按下列规定装设：a、 双侧电源的单回线路，可采用下列重合闸方式：b、解列重合闸方式，即将一侧电源解列，另一侧装设线路无压检定的重合闸方式；c、当水电厂条件许可时，可采用自同步重合闸方式；d、为避免非同步重合及两侧电源均重合于故障线路上，可采用一侧无压检定，另一侧采用同步检定的重合闸方式。根据提供的原始参数及电力系统接线图，由于110kV线路L11、L12是双电源线路，且都是单回线路运行，应在L11、L12线路上装设三段式相间距离保护、三段式接地距离保护、三段式零序方向电流保护及三相一次重合闸，重合闸检定采用一侧无压检定，另一侧采用同步检定的重合闸方式。4.1.2 变压器1B、2B保护配置选择按照继电保护和安全自动装置技术规程及电力装置的继电保护和安全自动装置设计规范的要求，对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应按本节的规定装设相应的保护装置：a、绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；b、绕组的匝间短路；c、外部相间短路引起的过电流；d、中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；e、过负荷；f、过励磁；（500kV及以上变压器）g、油面降低；h、变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障。（1） 0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护；当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，因瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油浸式变压器的调压装置，亦应装设瓦斯保护。因此，本系统中变压器1B、2B应装设本体重瓦斯、轻瓦斯及调压重瓦斯、轻瓦斯保护，重瓦斯瞬时动作于跳闸，轻瓦斯瞬时动作于信号。（2）对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按下列规定，装设相应的保护作为主保护：6.3MVA及以上厂用变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。因此，本系统中变压器1B、2B应装设纵联差动保护作为主保护，保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。（3） 对由外部相间短路引起的变压器过电流，应按下列规定装设相应的保护作为后备保护。保护动作后，应带时限动作于跳闸：a、过电流保护宜用于降压变压器，保护的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷；b、复合电压（包括负序电压及线电压）启动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流不符合灵敏性要求的降压变压器。c、双绕组变压器，外部相间短路保护应装于主电源侧；三绕组变压器和自藕变压器，宜装于主电源侧及主负荷侧。d、220kV及以下三相多绕组变压器，除电源侧外，其他各侧保护可仅作为本侧相邻电力设备和线路的后备保护。保护对母线的各类故障应符合灵敏性要求，保护作为相邻线路的远后备时，可适当降低对保护灵敏系数的要求。因此，本系统中变压器1B、2B应在中、低压侧装设三段式复合电压闭锁过电流保护，一段时限跳开中、低压侧母联，用于缩小故障范围，二段时限跳开本侧断路器，三段时限跳开变压器各侧断路器；在高压侧装设一段复合电压闭锁过电流保护，作为变压器内部及中、低压侧系统的后备保护，并以较长时限动作于断开变压器各侧断路器。（4） 110kV及以上中性点直接接地的电网中，如果变压器的中性点直接接地运行，对外部接地短路引起的过电流，应装设中性点零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。若变压器的中性点不接地运行，为了保护变压器的中性点绝缘，应在变压器中性点安装放电间隙，并加装避雷器。当电网或变压器发生接地短路时，电网中的中性点接地运行变压器首先被零序电流保护切除，若故障依然存在，变压器放电间隙击穿，间隙零序电流元件启动，切除变压器，若放电间隙未击穿，当零序电压达到定值时，零序电压元件动作，经延时切除中性点不接地运行变压器。4.1.3 35kV线路L35-1,L35-2保护配置选择35kV及以上中性点非直接接地电力网的线路，对相间短路和单相接地，应按本节的规定装设相应的保护。保护装置采用远后备方式。(1) 对单侧电源线路，可装设一段或两段式电流速断保护和过电流保护。(2) 对单相接地故障，应在发电厂和变电站母线上，装设单相接地监视装置，监视装置反映零序电压，动作于信号。(3) 可能时常出现过负荷的电缆线路，或电缆与架空混合线路，应装设过负荷保护。保护宜带时限动作于信号，必要时可动作于跳闸。由于本系统中35kV线路L31-L36均为单侧电源线路，可考虑配置一段电流速断保护、一段延时电流速断保护、过电流保护、过负荷保护及三相一次重合闸。4.1.4 10kV线路L10-1L10-7保护配置选择310kV中性点非直接接地电力网的线路，对相间短路和单相接地，应按本节的规定装设相应的保护。保护装置采用远后备方式。(1) 对单侧电源线路，可装设三段式过电流保护。第一段为不带时限的电流速断保护，第二段为带时限的电流速断保护，第三段为延时过电流保护。(2) 对单相接地故障，应在发电厂和变电站母线上，装设单相接地监视装置，监视装置反映零序电压，动作于信号。(3) 可能时常出现过负荷的电缆线路，或电缆与架空混合线路，应装设过负荷保护。保护宜带时限动作于信号，必要时可动作于跳闸。由于本系统中10kV线路L104-L1019均为单侧电源线路，可考虑配置一段电流速断保护、一段延时电流速断保护、过电流保护、过负荷保护及三相一次重合闸。4.2 变压器保护及整定计算4.2.1 变压器保护分类(1) 变压器瓦斯保护变压器瓦斯保护的主要元件就是瓦斯继电器，变压器瓦斯保护是利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继电器来判别变压器内部故障；当变压器内部发生故障时，电弧使油及绝缘物分解产生气体。故障轻微时，油箱内气体缓慢的产生，气体上升聚集在继电器里，使油面下降，继电器动作，接点闭合，这时让其作用于信号，称为轻瓦斯保护；故障严重时，油箱内产生大量的气体，在该气体作用下形成强烈的油流，冲击继电器，使继电器动作，接点闭合，这时作用于跳闸并发信，称为重瓦斯保护。图4.1 变压器瓦斯保护接线图(2) 平行双回线路横联方向差动保护平行双回线路横联方向差动保护是通过比较两线路的电流相位和数值相同与否鉴别发生的故障，由电流起动元件、功率方向元件和出口执行元件组成，电流起动元件用以判断线路是否发生故障，功率方向元件用以判断哪回线路发生故障，双回线路运行时能保证有选择的动作。该保护动作时间0S，由于横联保护在相继动作区内短路时，切除故障的时间将延长一倍，故加装一套三段式电流保护，作为后备保护。(3) 纵差动保护三绕组变压器差动保护的动作原理是按循环电流原理构成的。正常运行和外部短路时，三绕组变压器三侧电流向量和（折算至同一电压等级）为零。它可能是一侧流入另两侧流出，也可能由两侧流入，而从第三侧流出。所以，若将任何两侧电流相加再和第三侧电流相比较，就构成三绕组变压器的纵差动保护。图4.2 三绕组变压器差动保护单相原理图(4) 复合电压启动的过电流保护当保护区内发生不对称故障，系统出现负序电压，负序过滤器13有电压输出使继电器7常闭触点打开，欠压继电器8失压，常闭触点闭合，接通中间继电器9，若电流继电器4、5、6任何一个动作，则启动时间继电器10，经过整定时限后，跳开两侧断路器。在对称短路情况下，电压继电器7不启动，但欠压继电器8因电压降低，常闭触点接通，保护启动。图4.3 复合电压启动的过电流保护原理图(5) 变压器中性点直接接地零序电流保护中性点直接接地零序电流保护：中性点直接接地零序电流保护一般分为两段，第一段由电流继电器1、时间继电器2、信号继电器3及压板4组成，其定值与出线的接地保护第一段相配合，0.5s切母联断路器。第二段由电流继电器5、时间继电器6、信号继电器7和8压板9和10等元件组成，。定值与出线接地保护的最后一段相配合，以短延时切除母联断路器及主变压器高压侧断路器，长延时切除主变压器三侧断路器。 中性点间隙接地保护：当变电站的母线或线路发生接地短路，若故障元件的保护拒动，则中性点接地变压器的零序电流保护动作将母联断路器断开，此时中性点的电位将升至相电压，分级绝缘变压器的绝缘会遭到破坏，中性点间隙接地保护的任务就是在中性点电压升高至危及中性点绝缘之前，可靠地将变压器切除，以保证变压器的绝缘不受破坏。间隙接地保护包括零序电流保护和零序过电压保护，两种保护互为备用。 大电流接地系统普遍采用分级绝缘的变压器，当变电站有两台及以上的分级绝缘的变压器并列运行时，通常只考虑一部分变压器中性点接地，而另一部分变压器的中性点则经间隙接地运行，以防止故障过程中所产生的过电压破坏变压器的绝