220kV变电所继电保护设计终稿

毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：220kV变电所继电保护设计 基本内容：为满足宿州地区经济发展和人民生活对电力的需要，经系统规划设计论证，新建一座220kV变电所，变电所与系统连接情况如小图所示。1、建设规模：本所安装2台120MVA主变压器，先期安装1台。电压等级 220/110/10kV，各电压侧出线回路数220kV 本期4回 最终4回，110kV 本期5回 最终6回，10kV 本期12回 最终16回。2、各侧负荷情况：110kV侧有2回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为60MVA；其他作为地区变电所进线，其最小负荷与最大负荷之比为0.6。 10kV总负荷为30MVA，、类负荷用户占70%；最大一回出线负荷为5 MVA，最小负荷与最大负荷之比为0.65。3、各侧功率因数.cos与最大负荷利用小时数分别为 Tmax220kV侧：.cos=0.9，Tmax=4800小时/年；110kV侧：cos=0.85，Tmax=4200小时/年；10kV侧：cos=0.8，Tmax=4500小时/年。4、系统阻抗：220kV侧电源近似为无限大电源系统，以100MVA为基准容量，归算至本所220kV母线阻抗为0.021；110kV侧电源容量为800MVA，以100MVA为基准容量，归算至本所110kV母线阻抗为0.12。5、调压要求：经规划计算认为本所220kV侧母线电压波动较大，宜采用带负荷调压变压器，10kV留2回出线为本所无功补偿用。6、气象条件：该地区最热月平均气温为28，年平均气温16，绝对最高气温40，土壤最热月平均气温18，风速为25M/s，微风风速小于5M/s。该变电所所址位于平原地带，交通方便，无特殊环境污染。环境参数：海拔1000米，地震级5级，雷暴20日/年。7、变电所外接线路采用三段式电流保护，相关参数如下：线路AB、BC的最大负荷电流分别为230A、150 A；负荷自启动系数 Kq =1.5，各变电所引出线上后备保护的动作时间如图所示；后备保护的t=0.5s，线路的电抗为0.4/ km。8、110kV线路装有瞬时动作的主保护，其后备保护动作时间按秒考虑；10kV出线装有瞬时动作的主保护，其后备保护动作时间按0.5秒考虑。毕业设计的要求：、拟定主接线方案：分析原始资料，确定主变型式；并进行主接线方案设计论证。技术经济比较；确定最佳方案；选择各侧接线方式；、计算短路电流：选择计算短路点，计算各点短路电流并列出短路电流计算结果表。、选择10kV出线电流互感器；选择10kV主母线电压互感器。4、保护配置图、主变压器保护原理图、110kV线路继电保护原理图的设计。5、继电保护方式的选择与整定。指导教师：年月日指 导 教 师 评 语从设计 （论文）的选题、内容、论点、论据、结论、实验数据的可靠性、方法的运用、工作量、图件的质量、创新性、科学态度、环境保护、外文资料和计算机应用等方面予以评述：指导教师姓名： 指导教师职称：评阅时间 年 月 日 年级专业：电气工程及其自动化 学生姓名：刘建奎指导日期指 导 内 容指导教师姓名摘 要本次设计以220kV变电所为主要设计对象。该变电所设有2台主变压器，站内主接线分为220kV和110kV两个电压等级。两个电压等级均采用双母线接线的接线方式。本次设计中进行了主变压器的选择、电气主接线图方案的论证、短路电流计算、主要电气设备选择（包括电流互感器、电压互感器等），主变压器和线路的保护配置、整定计算，同时介绍了继电保护等相关方面的知识。本设计主要是220kV变电所继电保护部分的设计，从主变压器的选择、各电压等级侧接线方式的选择到短路电流的计算、主变压器保护的整定计算以及设备选型均作了详细的叙述计算。关键词 变电所，主接线，短路电流，继电保护目 录摘 要VI1. 绪 论11.1本课题的意义11.2 国内外研究现状21.3本文的主要工作32. 变电所位置与变压器的选择52.1 变电所位置和型式的选择52.1.1 变电所位置的选择原则52.2 主变压器的选择62.2.1 主变压器容量和台数的确定62.2.2调压方式与范围的选择82.3本章小结103.电气主接线的选择113.1 主接线设计的要求及原则113.1.1 变电所主接线设计的基本要求113.1.2 变电所主接线设计原则123.2 变电所的主接线设计133.2.1 220kV侧主接线方案选取133.2.2 110kV侧主接线方案选取153.2.3 10kV侧主接线方案选取163.3 本章小结174.短路电流的计算184.1 短路电流的计算条件184.1.1 计算假定条件：184.1.2 一般规定：194.2 短路电流计算204.2.1基准值214.2.2计算各元件的电抗标么值224.3 本章小结275.电流、电压互感器的选择与配置285.1 电流互感器的选择与配置285.2 电压互感器的选择325.3 本章小结376.变电所的继电保护设计386.1 设计继电保护的原则386.2 电力变压器的保护426.3 变电所线路保护设计556.4 本章小结607.结 论62参考文献65VII1. 绪 论变电所设计是电力系统设计的重要组成部分，其主要作用使从地区电网中下载电力，为地区配电网供电或为用户直接供电。它直接影响整个企业的安全与经济运行，是联系发电厂和负荷的中间环节，起着变换和分配电能的作用。它能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常的运行。 1.1本课题的意义本次设计的意义在于综合运用了网络教育学习期间所学的理论知识，并结合实际加以理解和应用，加深了对本专业的认识，同时为以后在工作岗位上更好的工作打下了良好的基石。继电保护在电力系统中起着及其重要的作用，继电保护的基本性能要求应符合可靠性、选择性、快速性、灵敏性四点。它的设计应满足继电保护和安全自动装置方面的技术规程。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。所以，供电系统的继电保护是保证安全供电的重要工具。随着典型设计方案在变电所设计中被越来越多地采用，在设计时我参考了220kV变电所典型设计方案中的其中几个，对它们进行比较分析后，将其与自己毕业设计的要求内容进行有机地结合，最终完成毕业设计。1.2 国内外研究现状进入21世纪以来，我国仍然保持着高速的经济发展。国务院总理李克强曾把全国的总用电量作为衡量国民经济的一个重要参数。由此可见，电力能源在社会生产过程中扮演着重要的角色。对于我们国民来说，电能与我们息息相关。这些年来，在我国经济的大发展大背景下，电能的需求量也越来越大，因此供电技术也要不断地提高，具体表现在电能的质量，系统的稳定性和供电的可靠性。对于整个电力系统来看，我国变电所主要现状是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电所转变，交流传输向直流输出转变，国外主要是交流输出向直流输出转变。我国变电所主要现状是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电所转变，交流传输向直流输出转变，国外主要是交流输出向直流输出转变。在21世纪，国内外对电力的需求程度会比现在更高，所需电力设备也将有明显的增加。为了提高维修和运行效率，就需要开发一种维修简便、省时省力，能缩短故障停电时间的变电所。变电所理应是一个全面装有计算机、光纤和各种传感器的系统。其特点和目标如下：1数字化在控制保护装置使用计算机以及数字化的同时，GIS（气体绝缘开关）、变压器、全封闭配电装置（ 66kV）等设备的控制电路也采用数字化。由于控制保护电路全部实现无触点化，因而可以避免接触不良等故障，提高可靠性。2光通信化配合控制保护装置以及GIS等设备的控制电路的数字化，装置之间的接口、机构内的信号传输系统都将实现光通信化。因而从前为了对付电磁感应和浪涌电流的大型化接口部分将得以小型化。随着数字控制保护装置的进一步小型化，还将力求大容量、高可靠地传送情报。3预测维修传感器在GIS、变压器、全封闭配电装置等一次设备上装设检测局部放电和溶于油中的气体等的传感器，希望能早期发现设备异常，以便预防事故，达到提高供电可靠性和维修简便省力的目的。1.3本文的主要工作本次毕业设计为220kV变电所的继电保护部分设计，主要内容有：变电所位置和变压器的选择；变电所主接线的选择与设计；短路电流计算；220kV主变压器的保护选型及整定计算；电压互感器、电流互感器的选择；变电所继电保护及二次回路方案的设计。同时附有相应的保护配置图和二次接线图。根据规范，对10kV线路、电力电容器、母联断路器装设保护并绘制了相应的二次接线图。另外，还绘制了主变压器保护图、电压互感器二次接线图，以供参考。本次设计紧密结合实际，内容力求概念清楚，层次分明，选图典型。在设计过程中，从主变压器的选择、各电压等级侧接线方式的选择到短路电流的计算、主变压器保护的整定计算以及设备选型均作了详细的叙述计算。除此之外，我还完成了主变保护图、保护配置图、电压互感器二次图的设计。通过这次变电所的设计，我既巩固了学过的理论知识，又培养了自己运用所学知识分析和解决工程实际问题的综合能力和团队精神。2. 变电所位置与变压器的选择2.1 变电所位置和型式的选择2.1.1 变电所位置的选择原则据GB500599235110kV变电所设计规范第二章第2.0.1条：变电所所址的选择，应根据下列要求，综合确定：1、靠近负荷中心；2、节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地；3、与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和导出；4、交通运输方便；5、周围环境宜无明显污秽，如空气污秽时，所址宜设在受污源影响最小处；6、具有适宜的地质、地形和地貌条件（例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所），所址宜避免选在有重要文物或开采后对变电所有影响的矿藏地点，否则应征得有关部门的同意；7、所址标高宜在50年一遇高水位之上，否则，所址应有可靠的防洪措施或与地区（工业企业）的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位；8、应考虑职工生活上的方便及水源条件；9、应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。综上所述，该厂220kV总降压变电所位置应尽量接近负荷中心。也要考虑电源进线方向，以便使有色金属耗量最少和线路功率及电能损耗最小，同时要远离易燃、易爆或剧烈振动的场所并留有扩建余地。2.2 主变压器的选择主变压器的选择主要包括变压器的容量、变压器的台数、变压器的型式、绕组连接方式、变压器的调压方式和对变压器的阻抗选择。以下分别根据本次设计进行详细的阐述。2.2.1 主变压器容量和台数的确定1、 主变压器台数的选择选择主变压器的台数应考虑下列原则：1) 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，以便当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但在低压侧应敷设于其他变电所相联的联络线作为备用电源。2) 对季节负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。3) 除上述情况外，一般车间变电所宜于采用一台变压器。但集中负荷较大者，虽为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。4) 在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定余地。2、主变压器容量的选择主变压器的容量一般按变电所建成5-10年的规划负荷选取，并适当的考虑到远期10-20年的负荷发展。再者，可根据变电所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所，应考虑当一台主变故障或检修停运时，其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应能保证用户的一级和二级负荷，一般性变电所，每台变压器的容量（一般可概略地当用）,应该同时满足以下两个条件：1） 任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约70%的需要，即 （2.1）2） 任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即 （2.2）在一个地区的电网中，同一级电压的主变压器单台容量不宜超过三种。一般在同一变电所中同一级的变压器宜采用相同的容量规格。否则将会给变电所的运行管理和检修带来麻烦。220kV变电所单台主变压器容量一般选用或两种规格。根据GB500599235110kV变电所设计规范第3.1.2条，选择两台主变压器具有较大的灵活性和可靠性，变电所接线较简单。对一、二级负荷的变电所来说，应列为基本型式。故应选择两台120MVA主变压器。2.2.2调压方式与范围的选择1、电压质量要求：在在电力系统电压和无功电力技术导则中规定：220kV变电所的110kV母线正常运行方式时，电压允许偏差为相应系统额定电压的-3%7%。2、调压方式的选择：在供配电系统设计规范中规定，在电网电压可能有较大变化的220kV及以上的降压变压器及联络变压器，可采用带负荷调压方式。3、调压范围的选择：高峰负荷时，线路上的电压降大，可将变电所中变压器的电压适当升高至上限值，以适当抵偿部分或全部电压的损耗增大；低谷负荷时，线路上的电压损耗少，将变电所中变压器的电压适当降低，以适应电压损耗少的情况，这样就可能满足负荷对电压质量的方式，称为“逆调压”。实行逆调压时，高峰负荷时将中枢点电压升高至，低谷负荷时，将电压降低为，即变压器逆调压的范围宜为额定电压的05%。变压器分接头的选择原则，一般当变压器高压侧与系统连接时，应根据变压器高压侧母线的实际电压选择变压器的分接头。整定变压器调压开关分接头时，应将变电所主供电源母线实际运行电压，减去线路及变压器的电压降后，再合理选择。电力变压器标准调压范围见表2.1如下：表2.1 电力变压器标准调压范围方式额定电压和容量调压范围分接级级数有载调压10kV及以下2.5%935kV2.5%763kV及以上1.25%17根据以上综合比较，所选主变压器的技术数据如下：型号：；联结组别号：；额定电压：高压 ；低压：115kV。2.3本章小结220kV总降压变电所在位置选择上应尽量接近负荷中心。也要考虑电源进线方向，以便使有色金属耗量最少和线路功率及电能损耗最小，同时要远离易燃、易爆或剧烈振动的场所并留有扩建余地。在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定余地,220kV变电所单台主变压器容量一般选用或两种规格。根据GB500599235110kV变电所设计规范第3.1.2条，选择两台主变压器具有较大的灵活性和可靠性，变电所接线较简单。对一、二级负荷的变电所来说，应列为基本型式。故应选择两台120MVA主变压器.3.电气主接线的选择电气主接线是为满足电能的生产、输送和分配的需要，按照一定的方式和顺序，用规定的图形符号和文字代号将一次设备连接起来的电路图。电气主接线是变电所设计的首要任务，也是构成供电系统的重要环节。主接线方案的确定对电力系统及变电所运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电所主接线的最佳方案。3.1 主接线设计的要求及原则3.1.1 变电所主接线设计的基本要求对变电所主接线的基本要求为安全、可靠、灵活、经济。1、保证必要的供电可靠性、要充分考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。 2、具有调度灵活，操作方便，能满足系统在事故、检修及特殊方式下的调整要求。 3、主接线应力求简单清晰，尽量节约一次设备的投资，节约占地面积，减少电能损失，即具有经济性。4、应能容易地从初期过度到最终接线，并在扩建过度时，一次和二设备所需的改造最小，即具有发展和扩建的可能性。3.1.2 变电所主接线设计原则1、变电所的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网上不得采用分支界线。2、220kV降压变电所中的220kV配电装置，当线路在4回及以上、变压器2组的情况下，一般都采用双母线接线，不带旁路。3、220kV降压变电所中的110kV配电装置，通常是地区配电网的电源点，出线回路数比较多。当出线回路超过6回，总元件数8个以上时，一般采用双母线接线，不带旁路；当地区110kV电网较薄弱，断路器检修有可能造成重要用户停电时，通常也不通过设旁路母线来解决，而是通过加强地区电网结构或对重要用户采用双回路供电方式来解决断路器检修问题。 4、在降压变电所中，10kV侧所连接的元件是到用户去的馈电线、无功补偿设备、所用变压器等。对重要用户都采用双回或多回线供电。配电装置中，线路回路数不超过5回时，一般采用单母线接线方式，线路在6回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大时，可采用双母线接线。5、当采用SF6等性能可靠、检修周期长的断路器以及更换迅速的手车式断路器时，均可不设旁路设施。6、考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据510年企业发展规划进行。应根据负荷的大小和增长速度，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回路。7、考虑负荷的重要性分级对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要求有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。总之，以设计原始材料及设计要求为依据，以有关技术规范、规程为标准，结合具体工作的特点，准确的基础资料，全面分析，做到既有先进技术，又要经济实用。3.2 变电所的主接线设计3.2.1 220kV侧主接线方案选取220kV降压变电所中的220kV配电装置，当220kV线路4回及以上、变压器2组的情况下，一般也都采用双母线接线，不带旁路；当220kV线路少于3回、总元件数少于5回时，也采用桥形接线。桥形接线的优点是采用断路器少。其缺点是：1）内桥结线是变压器的投切；外桥结线时线路的投切，均操作复杂，需要动作两台断路器，并且使得相对应的线路和变压器短时停运；2）因为无母线设施，对变电所扩建很困难。对于本变电所的设计，220kV侧将不采用桥形接线。双母线接线主要用于负荷容量大、可靠性要求高，进出线回路多的重要变电所。这种接线，每一元件通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上，两组母线间通过母线联络断路器连接，根据需要，每一元件可通过母线隔离开关连接到任一条母线上。双母线接线与单母线接线相比，具有较高的可靠性和灵活性，主要体现在以下几点：1） 接线故障断路器拒动或母线故障只需停一条母线及所连接的远见。将非永久性故障远见切换到无故障母线，可迅速恢复供电；2） 检修任一元件的母线隔离开关，只停该元件和一条母线，其他元件切换到另一母线；3） 可在任何元件不停电的情况下轮流检修母线，只需将要检修母线的元件切换到另一母线即可；4） 断路器检修可加临时跨条，将被检修断路器旁路用母联断路器代替被检修断路器，减少停电时间；5） 运行和调试灵活。根据系统运行的需要，各元件可灵活地连接到任一母线上，实现系统的合理接线；6） 扩建方便。一般情况下，双母线接线配电装置在一期工程中就将母线构架一次建成，近期扩建间隔的母线也安装好。在扩建新元件施工时，对原有元件没有影响。但双母线接线也有它的缺点：1） 增加一组母线和每回路就需增加一组母线隔离开关，故设备多接线复杂，投资增；2） 当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。3.2.2 110kV侧主接线方案选取根据GB500599235110kV变电所设计规范中第3.2.3条，110kV线路为6回及以上时，采用双母线接线。因此， 110kV侧的电气主接线也采用双母线接线方式。220kV降压变电所中的110kV配电装置，通常是地区配电网的电源点，出线回路数比较多。当出线回路数超过6回，总元件数8个以上时，一般采用双母线接线，不带旁路；当出线回路数少于6回的110kV配电装置，或采用GIS的配电装置，通常采用单母线或单母线分段接线。当双母线接线配电装置进、出线回路数多时，为增加可靠性和运行的灵活性，可在双母线中的一条或两条母线上加分段断路器，形成双母线单分段接线或双母线双分段接线。3.2.3 10kV侧主接线方案选取根据变电所设计要求，10kV侧进出线较多，据35kV110kV变电所设计规范第3.2.5条：当变电所装有两台主变压器时，610kV侧宜采用单母分段接线，线路为12回及以上时，也可采用双母线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。1） 单母线分段接线优点 用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，提供双回路供电。 安全性、可靠性高。当一段母线发生故障，断路器拒动时，由继电保护动作断开分段断路器。将故障限制在故障母线范围内，非故障母线继续运行，整个配电装置不会全停，也能保证对重要用户的供电。2） 单母线分段接线缺点 当分段断路器故障时，整个配电装置会全停；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停电。 扩建时需要向两个方向均衡扩建，以保证负荷分配的均匀。 当出线回路为双回路时，常使母线出线交叉跨越。3.3 本章小结 本章确定了该220kV降压变压器的各电压侧的接线方式，即：220kV侧：双母线接线方式 110kV侧：双母线接线方式4.短路电流的计算供、配电系统的事故大部分是由短路引起的，发生短路时，电流可能达到正常运行电流的十几倍，有的甚至上百倍。这样大的电流所产生的热效应和力效应会使电气设备受到严重的损坏。为此，要进行短路电流的计算，确保供配点电系统能具有选择性地尽快切除短路故障。短路电流的计算短路电流计算主要是为了解决下列问题：1) 选择导体和电器设备；2) 电网接线和发电厂、变电所电气主接线的比较、选择；3) 选择继电保护装置和整定计算；4) 验算接地装置的接触电压和跨步电压；5) 为确定送电线路对附近通信线路电磁危险的影响提供计算资料。4.1 短路电流的计算条件4.1.1 计算假定条件： 短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则： 1、电力网正常工作时，三相系统对称运行； 2、所有电源的电动势相位角相同； 3、系统中的同步电动机和异步电动机均为理想电动机，不考虑电动机磁饱和、磁滞、涡流及导体的集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子绕组三相结构完全相同，空间角为； 4、电力系统中各元件的磁路不饱和； 5、电力系统中所以电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上； 6、同步电动机都具有自动调整励磁装置 7、短路发生在短路电流为最大值的瞬间； 8、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流； 9、除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计； 10、元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围； 11、输电线路的电容略去不计； 12、用概率统计法制定短路电流运算曲线。4.1.2 一般规定： 1、验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统510年的远景发展规划。 确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的按线方式。 2、在电气连接的网络中，选择导体和电器用的短路电流，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 3、选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。 对带电抗器的610kV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔离板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器之前外，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。 4、导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路电流计算。若发生电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。4.2 短路电流计算 对该变电所来说，220kV电源进线方向的大型电力系统为无限大容量系统。无限大容量的系统基本特点是其母线电压总维持不变，高压短路电流计算一般只计及各元件（变压器、电抗器、线路等）的电抗，本设计采用标幺值进行短路电流的计算。其供电系统图如下：图 4.1 变电所设计系统图4.2.1基准值基准容量：基准电压：，基准电流： 基准电抗： 4.2.2计算各元件的电抗标么值电源电抗标么值： 输电线路： 变压器： 母线阻抗： 4.2.3求从电源到各短路点的总阻抗 ： ： ： ： ： （说明：上述各式中为变压器阻抗、为线路阻抗）4.2.4短路电流计算：基准电流为：点三相短路周期分量有效值：短路容量为：取三相短路电流冲击系数，计算三相短路全电流有效值，即计算三相短路全电流冲击值，即：点三相短路周期分量有效值：短路容量为： 三相短路电流有效值： 三相短路全电流冲击值：点三相短路周期分量有效值：短路容量为： 三相短路电流有效值： 三相短路全电流冲击值：点三相短路周期分量有效值：短路容量为： 三相短路电流有效值： 三相短路全电流冲击值：点三相短路周期分量有效值：短路容量为： 三相短路电流有效值： 三相短路全电流冲击值：4.2.5短路电流计算结果表各短路点短路电流计算结果列表如下：表4.1 点短路电流计算结果短路点编号短路点平均电压基准电流以平均电压计算的合成电抗三相短路周期分量有效值短路容量三相短路全电流有效值三相短路全电流冲击值2300.2510.07933.1651260.924.788.071150.5020.22.515003.796.41150.5020.3661.37273.182.073.510.55.50.62858.75159.1413.2122.311150.5020.5470.918182.781.3852.344.3 本章小结本章着重进行了短路电流的计算，有目的地选择了五个短路点，逐个进行短路计算，包括三相短路周期分量有效值、短路容量、三相短路全电流有效值、三相短路全电流冲击值的计算，得出表4.1如上，为下面正确地进行电气设备的选择、主变保护整定计算及线路保护计算做好了铺垫。 5.电流、电压互感器的选择与配置电流、电压互感器的配置是变电所电气设计的主要内容之一，包括电流、电压互感器型式的选择、装设位置和数量的确定等。这些内容往往需要结合电气一次和二次设备的要求来确定。电流、电压互感器是继电保护、自动装置和测量仪表获取电气一次回路信息的传感器。正确地选择和配置电流、电压互感器对继电保护、自动装置和测量一般的准确工作，保障变电所的可靠运行十分重要。5.1 电流互感器的选择与配置为降低工程造价，在设计上通常采用测量仪表与继电保护共用一组电流互感器的方式，以各电流互感器内有一个或多个铁芯，每个铁芯上有一个二次绕组。测量仪表和继电保护接不同的二次绕组，且供测量仪表的铁芯和供继电保护的铁芯在特性上有较大差别。测量铁心是按电流互感器正常运行条件设计的，铁芯截面小，饱和倍数低；而保护用铁芯是按断路条件设计的，铁芯截面大，饱和倍数高。5.1.1电流互感器的选择1、一次电流的选择测量仪表用电流互感器的一次电流一般应取。其中，为发电机或变压器的额定电流，对线路应是最大负荷电流。继电保护用电流互感器额定电流应大于该电气主设备可能出现的最大长期负荷电流。对于10kV侧出线回路的电流互感器的设计，额定一次电压等级为10kV。变压器额定电流计算如下： （5.1）根据，应选用，即额定一次电流等级为1500A。2、二次电流的选择标准电流互感器二次额定电流为5A或1A。在相同一次额定电流、相同额定输出容量的情况下，电流互感器二次电流采用1A或5A，其结构和特性有所不同。采用1A比采用5A的电流互感器匝数比大5倍，二次绕组匝数大5倍，开路电压高，内阻大，励磁电流小，制造的难度较大，价格略高。但采用1A可以大幅度降低电缆中的有功损耗，在相同条件下，可增加电流回路电缆的允许长度。在220kV及以上电压等级大型变电所，220kV及以上回路数较多，电流回路电缆较长，采用5A导线截面要大于2.5mm2，电流互感器二次额定电流采用1A是经济的，在相同的条件下可减轻电流互感器的二次负担，减小电流回路电缆截面，降低工程造价。对于10kV出线回路，电流互感器的二次额定电流选用5A。3、额定输出容量的选择电流互感器的额定输出容量是指在额定一次电流、额定变比条件下，保证所要求的准确级时，所能输出的最大容量（伏安数）。可根据二次负载所消耗的容量来计算电流互感器的额定输出容量。电流互感器二次负载所消耗的容量为： （5.2）式中， 电流互感器的二次额定电流，A； 二次回路的负载阻抗，可采用实际测量值或通过计算得到，。 （5.3）则，根据式（5.2）有：根据GB 1208-1987的规定，额定输出容量的标准值是5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100VA。要注意的是，对测量仪表用互感器的额定容量只要稍大于二次负载即可，以保证锻炼时铁芯能迅速饱和，使测量仪表免遭过大的电流所造成的损坏。所以应选择额定输出容量为100VA。4、准确级的选择根据GB 12081987的规定，测量用电流互感器铁芯，准确等级用有0.1、0.2、0.3、0.5、1、3、5级等，测量和表计用的电流互感器一般为0.5级。只作为测量用的允许用1级，对非重要的测量允许使用3级。当一个电流互感器的回路内有几个不同型式的仪表时，电流互感器的准确度等级应按对准确度要求高的仪表选择。使用了规定准确级的电流互感器后，并不能确保实际的电流误差控制在规定范围之内。必须保证二次负载实际的消耗伏安数不超过电流互感器的额定容量。此外，对继电保护用电流互感器的一次最大短路电流不应超过电流互感器规定的极限准确倍数。5.1.2 电流互感器的配置电流互感器的配置时应考虑以下因素：电流互感器的二次绕组的数量与等级应满足继电保护自动装置和测量表计的要求；用于保护装置时，应消除主保护的不保护区。保护接入电流互感器二次绕组的分配，应注意避免当某一线路的保护停用而线路继续运行时，出现电流互感器内部故障时的保护死区；对中性点直接接地系统，电流互感器应采用三相式（三相都装电流互感器），以取得零序电流；对中性点非直接接地系统，一般为两相式（装于A、C两相上）以保护相间短路，对重要回路（如发电机），为防止两点异相接地或需提高灵敏度时，则电流互感器可分为三相式；用于自动调整励磁装置时，应布置在发电机定子绕组的出线侧。而不应布置于发电机中性点侧以防止发电机内部短路并跳闸后产生误强励；用于变压器差动保护的各侧电流互感器铁芯，宜具有相同的铁芯形式；用于同以母线差动保护的电流互感器铁芯，宜具有相同的铁芯形式。目的是减小外部短路时的不平衡电流。经查阅相关手册，LDZ型系列电流互感器均为单匝式环氧树脂浇注绝缘，供户内装置，适用于50Hz、10kV及以下的交流线路中，用以变换高压侧一次电流到安全的二次电流，以便连接仪表及继电器，因此额定一次电流随装机容量而选用，本型互感器额定二次电流均为5A。故选用LDZBJ-10型电流互感器。5.2 电压互感器的选择5.2.1 一次和二次电压的选择与配置电压互感器的一次绕组额定电压标准值应符合GB 156-1980额定电压所规定的标准值之一，即6、10、20、35、110、220、330、500kV。对于接在三相系统相与地间的单相电压互感器，其额定一次电压为上述额定电压的。在选择电压互感器的一次额定电压时，应与国标规定的标准额定电压相一致。电压互感器二次绕组分主二次绕组及辅助二次绕组两类，即主二次绕组的额定电压是按下述原则设计的：一次绕组接于线电压时，二次绕组额定电压为100V；一次线路接于相电压时，二次绕组的额定电压为。辅助二次绕组的额定电压按下列原则设计：中性点直接接地的系统中，二次绕组额定电压为100V；中性点非有效接地或经消弧线圈接地的系统中，二次绕组额定电压为。5.2.2 额定二次输出容量电压互感器额定的二次绕组寄生于电压绕组输出容量标准值是10、15、30、50、75、100、150、200、250、300、400、500、1000VA。除额定输出外，电压互感器还有一个极限输出额定容量值。其含义是在1.2倍额定一次电压下，互感器各部位温升不超过规定值，二次绕组能连续输出视在功率值（此时互感器的误差通常超过限值）。国家标准中对极限输出值未作规定，在订货时由用户与制造厂协商确定。在选择电压互感器的二次输出时，首先要进行电压互感器所接的二次负荷统计。计算出各台电压互感器的实际负荷，然后再选出与之相近并大于实际负荷的标准输出容量。5.2.3 准确度的选择在企业变电所内，供测量、计量与保护用的电压互感器，其二次负荷较小，一般能够满足仪表对电压互感器准确度的要求。只有在利用电压互感器作为控制电源或当电压互感器二次侧接有经常通电的事故照明灯时，才需校验电压互感器的准确度。5.2.4 相数和接线的选择220kV电压等级的母线电压互感器选用单相电容式电压互感器。220kV选用三绕组或四绕组型（三个二次绕组）电压互感器，三绕组的情况与110kV电压互感器相同。采用四绕组，主要是为保护双重化考虑的。110kV电压等级互感器一般采用三个单相电磁式电压互感器。电压互感器选用三绕组型（两个二次绕组）。二次设一组主二次绕组供仪表测量和继电保护，一组辅助二次绕组接成开口三角形，用于向继电保护装置提供零序电压。在335kV变电所中，广泛采用三相电磁电压互感器或三个单相电磁式电压互感器，一般选用三绕组型电压互感器，即一组一次绕组，接于母线取得一次电压；一组（三相）主二次绕组，供仪表测量和继电保护装置；一组（三相）辅助二次绕组接成开口三角形，用于绝缘监视装置。电磁式电压互感器的优点是：结构简单，有长时间的制造和运行经验，产品成熟；在220kV及以下电压等级中与电容式电压互感器相比，电磁式电压互感器造价低；暂态响应特性较好。其缺点是：因铁芯的非线性特性，容易产生铁磁谐振，引起测量部准确和造成电压互感器的损坏； 在电压高时（超过220kV），造价高于电容式电压互感器。电压互感器采用的是矩形整体铁芯，尺寸小，重量轻，不需要专门的冷却装置，其常用的三种结线方式及应用范围如下：1）两个单相电压互感器联结成型，或称开口三角形联结法，这种接线方式常用于中性点不接地系统中，可以测量三相相间电压，也可接电度表或功率表。2）三相三芯式的联结法，这种联结方式可用来测量三相相间电压，也可接电度表或功率表，但不能测量相对地电压。3） 三相五芯三绕组电压互感器的联结法，这种联结方式用得最广泛。二次侧联结法可用来测量线电压、相电压即接电度表和功率表，另一个二次辅助线圈联结成开口三角形，用来测量电路对地绝缘，即测量零序电压值。电压互感器二次侧不能短路运行。为了保护电压互感器，在高、低压两侧均装设熔断器来切除内部故障。对于10kV侧主母线电压互感器的选择，应选用单相三绕组的电磁式电压互感器。一个主二次绕组接成星形，供测量仪表和继电保护回路用；一个剩余电压绕组接成开口三角形，供接地保护用。经查阅相关手册，JDZX-10型电压互感器为单相户内用浇注绝缘互感器，符合GB 1207-75标准，适用于50Hz，10kV配电线路，作电压测量、电能计量、继电保护和控制装置用。产品为单相三绕组，采用优质硅钢板叠片铁芯，主绝缘为环氧树脂混合料浇注半封闭式，一次绕组（标记为A、N）由上部引出，二次绕组（标记为a、n）和剩余电压绕组（标记为da、dn）由二次接线板引出。故选用JDZX-10型电压互感器。其主要技术参数如下表：表5.1 JDZX-10型电压互感器的主要技术参数产 品型 号额定电压（V）二次绕组额定输出（VA）极 限输出（VA）剩余电压绕组额定输出（3P级）（VA）额定频率（Hz）一次绕组二次绕组剩余电压绕组0.5级1级3级JDZX-104060150300100505.3 本章小结本章主要进行了电流、电压互感器的选择，根据相应的选择配置原则，确定了电流互感器的型号以及的接线方式及其型号，它们分别为：电流互感器：LDZBJ-10型电压互感器：JDZX-10型6.变电所的继电保护设计电力系统继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分，继电保护的装设应符合可靠性及安全性、选择性、灵敏性、速动性四个基本要求。设计应满足继电保护和安全自动装置方面的技术规程。供电系统的继电保护是保证安全供电的重要工具。对于现代工业和民用建筑：供电系统主要是35kV及以下的电压等级的系统；供电负荷大部分属于一、二级负荷；供电线路较短等。因此，应根据工矿企业电力系统的特点制定合理的保护方案，设计时应以合理的运行方式和可能的故障类型为依据，力求做到可靠、简单、经济，并适当考虑电网的发展。6.1 设计继电保护的原则设计继电保护的原则为：(1) 继电保护是保证安全供电和电能质量的重要工具。设计继电保护时，应根据供电系统的接线方式和运行的特点，并适当考虑系统发展的要求，合理地制定方案和选择设备。 (2) 继电保护设计应以合理的运行方式和故障类型作为依据，而不考虑可能性很小的故障情况。保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，可靠性是“四性”的前提，以便正确、迅速地切除系统内的各种故障，保证安全供电。 (3) 为了保证系统稳定及用电设备的可靠运行，限制故障元件的损坏程度和缩小故障范围，保护装置应尽快地切除短路故障。 (4) 动作于跳闸的继电保护装置，应保证选择性。对具有时限阶段特性及反时限特性的保护，其前后两级之间的灵敏性与动作时限要相互配合。根据系统运行的需要，也可以用无选择性动作来加速切除相邻元件上的短路，并用自动重合闸或备用电源自动投入来补救。(5) 保护装置应力求简单可靠、性能良好，使用元件和触点的数量最少，接线简单，便于运行维护，并尽可能满足系统运行灵活性的要求。 (6) 按保护装置的作用，一般可以分为主保护、后备保护及辅助保护。1) 主保护满足系统稳定及设备安全要求，快速而有选择地切除被保护元件范围内的故障的保护。 2) 后备保护分为远后备与近后备两种方式。远后备当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻元件的保护实现后备。为此，每个元件的保护装置除装设作为本身的主保护以外还应装设作为相邻元件的后备保护。近后备当本元件主保护或断路器拒绝动作时，由本元件的另一套保护或本变电所另一台断路器实现后备。为此，每一元件应装设单独的主保护与后备保护，并装设必要的断路器失灵保护。3) 辅助保护为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。例如，为加速切除故障或消除方向元件的死区，可用电流速断来实现。 (7) 在拟制保护装置和制定保护配置方案时，对稀有故障，可根据对电网影响程度和后果采取相应措施，使保护装置能正确动作。对两种稀有故障同时出现的情况可不考虑。如果为了满足安全的远后备作用而使保护装置大为复杂化，或在技术上难以实现时，允许： 1) 在某些情况下（如变压器后面及电抗器线路上的短路等）缩短后备保护的范围； 2) 仅按常见的运行方式和故障考虑后备作用； 3) 使后备保护无选择性动作，并尽可能用自动垂合闸或备用电源自动投入装置来补救。(8) 各类保护装置应满足灵敏性要求，灵敏系数应根据常见不利运行方式和不利的故障类型计算。常见不利运行方式，系指正常不利运行方式和一条线路或一台电力设备抢修的运行方式。(9) 供保护装置用的电流互感器，其稳态比误差不应大于10。对35kV及以下电网，当技术上难以满足要求