毕业设计（论文）-35kv变电站二次系统设计.doc

摘要本设计是为35KV变电站设计二次系统。主要内容是对主变压器和进出线路配置完整的保护和进行整定计算。南阳王村变电站是当地主要供电设施之一，其经过多次改造已变为高容量高自动化达到现代化标准的一所变电站，为这个变电站设计二次系统十分必要，将为这个变电站安全可靠运行打下坚实的基础。在对变电所一次部分的原始资料进行仔细计算和充分分析之后，本设计首先为一次系统配置了较为全面的继电保护，然后是对变电所的主变压器和进出线路进行相关的继电保护设计，之后在一次系统原始数据的基础上进行短路计算，在短路计算之后对配置的各个保护进行详细的计算和整定，以上也是本设计的核心部分。限于篇幅和知识水准，对其他二次系统部分，比如信号和控制回路等只进行简单设计和说明关键词变电站；二次系统；变压器；继电保护；整定计算ABSTRACTTHISDESIGNISARELAYPROTECTIONSYSTEMDESIGNFOR35KV/10KVOUTDOORTRANSFORMERSUBSTATIONTHEKEYOFTHISTRANSFORMERSUBSTATIONDESIGNISTOCONFIGURATIONANDSETTINGCALCULATIONFORTHETRANSFORMERSUBSTATIONSPROTECTIONWANGCUNTRANSFORMERSUBSTATATIONINNANYANGCITYISTHEMOSTIMPORTANTSUBSTATIONSINNANYANGAREATHISSUBSTATATIONHASBEENAUTOMATEDTOACHIEVEHIGHSTANDARDSOFAMODERNSUBSTATIONAFTERSEVERALTRANSFORMATIONITISNECESSARYFORTHESUBSTATIONTODESIGNSECONDARYSYSTEMITWILLMAKESURETHESUBSTATIONWORKSAFELYAFTERSTUDYTHEORIGINALDATAOFTHISSUBSTATATIONVERYCAREFULLY,IDESIGNAFULLPROTECTIONSYSTEMFORTHISSUBSTATION,ESPECIALLYONTHEMAINTRANSFORMERSUBSTATIONANDACCESSLINESASSOCIATEDRELAYDESIGNTHENICALCULATEFORALLNECESSARYPROTECTIONBASEDONTHECALCULATERESULT,ICHOOSEEVERYELECTRICITYEQUIPMENTFORTHISDESIGN,THECALCULATIONAISTHEMOSTIMPORTANTPARTOFTHISPASSAGEBECAUSETHELIMITEDOFMYKNOWLEDGEANDTHELENGTHOFTHISPASSAGE,IINTRODUCEOTHERPARTOFTHISSUBSTATATIONSSECONDARYSYSTEMVERYSIMPLELYKEYWORDSTRANSFORMERSUBSTATATION；SECONDCIRCUIT；TRANSFORMER；RELAYPROTECTIONSETTINGANDCALCULATION目录1概述111课题背景112研究现状113变电站简介214毕业设计任务22王村变电所简介321王村变电站电气主接线概述及母线接线方式322王村变电站的主要电气设备的原始数据5221主变压器铭牌数据5222电力线路原始数据523王村变电所的所用变配置624王村变电所二次系统初步配置6241继电保护概述6242本设计主变压器保护的初步配置7243本设计进出线路保护的初步配置8244电力电容器保护的初步配置9245变电所的其他二次配置93短路计算1131短路计算方法概述1132系统等效电路和基准值的选取1133阻抗计算1334短路电流计算14341最大运行方式下各短路点的短路电流计算14342最小运行方式下各短路点短路电流计算164主变保护的配置和整定计算1941主变主保护之一瓦斯保护的配置和整定19411瓦斯保护设计的简介及瓦斯保护原理19412瓦斯保护的整定21413瓦斯继电器的选型与安装2142主变主保护之二纵联差动保护的配置23421本设计纵联差动保护的配置23422采用BCH2继电器的纵联差动保护原理23423BCH2型变压器差动保护的整定方法2543主变主保护之二纵联差动保护的整定计算25431计算额定电流及CT变比25432确定基本侧动作电流27433线圈匝数与结果校验2944过电流保护整定30441变压器过电流保护概述30442过电流保护的选型和整定计算3045过负荷保护整定3146其他必要辅助保护325线路保护的配置选型和整定计算3451本设计采取的电力线路继电保护原理概述34511概述34512定时限过电流保护34513电流速断保护355235KV进线限时速断保护的选型和整定计算36521确定动作电流36522灵敏度校验和动作时限整定375335KV进线过电流保护的选型和整定计算37531动作电流的整定计算37532灵敏度检验和动作时限的整定385435KV和10KV母联开关速断保护的选型和整定计算385510KV出线保护的选型和整定计算3955110KV出线保护整定计算方法概述3955210KV线路出线保护的整定计算405610KV电力电容器保护的配置和整定计算456中央信号系统的设计4761信号回路设计概述4762本信号系统设计的核心部件ZC23冲击继电器4763中央事故信号系统4864中央预告信号系统49结论52参考文献53附录54致谢551概述11课题背景现代的生活处处离不开电力的供应，其中输电变电的安全高效运行是保证电力正常供应的重要部分。因此二次系统的设计必须高度重视。虽然在变电所中一次回路是主体，但是二次回路是保证一次回路能安全稳定可靠运行的重要保障。二次回路可以对一次系统进行完全监视和实时测量以及远程操作和控制。目前无论国内还是国外都十分重视变电站二次系统方面的技术创新和完善。随着电脑的普及使用二次系统保护方面也进入了一个崭新的智能化时代。目前,很多区域35KV新建变电站多采用综合自动化系统，二次系统的自动化程度已经相当高，目前正在向智能化的方向迈进。国外发达国家在这个方面领先于我国，但我国的研究起点较高进步快，在某些领域已经达到甚至超过世界先进水准。作为一个电气专业的学生，35KV变电站二次系统设计正好在我们的专业知识范畴之内。当然仅仅依靠我们平时课堂学到的知识完成这个设计是远远不够的，还需要更进一步通过学习相关资料拓展自己的知识面。12研究现状随着经济的发展，现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，对电网运行的可靠性要求也越来越高。而电力系统对变电站又提出了减人的要求，这两者之问的矛盾可以通过变电站自动化技术来解决。专题报道中的文献论述了变电站综合自动化技术的发展过程、新的设计思想，报道了所采用的最新技术，汇集了其主要特点，并预测了变电站自动化其今后的发展趋势。变电站自动化系统集电力系统、电子技术、自动化、继电保护之大成，以计算机和网络技术为依托，面向变电站通盘设计，用分散、分层、分布式结构实现面向对象的设计思想。它用高性能单片机构成的IED数字智能电子设备和计算机主机替代了数量大、功能和结构单一的继电器、仪表、信号灯、自动装置、控制屏等设备，用计算机局域网络LAN替代了大量复杂的连接电缆和二次电缆，在遵循信息共享、减少硬件重复配置的原则下，做到继电保护相对独立和有一定的冗余，提高变电站运行的安全可靠性，减少系统维护工作量和提高维护水平。鉴于本设计中变电站规模偏小故采用传统二次系统设计方式。13变电站简介王村变电站的概况如下此变电站为终端变电站，负责为当地工农业供电。1变电站的电压等级为35/105KV，采用2台双绕组主变压器。2本变电站由两个独立的、中间无“T”型负荷的35KV电源供电，每个电源进线2回共4回进线，有5条出线为当地各种区域供电。输电方式架空线双回路，出线电流保护动作时间1S414毕业设计任务本设计要求，根据王村变电站的一次系统的原始数据完成如下设计任务对变电所的一次部分进行较详细的说明和分析。1在基础上为变电所的一次系统配置完整的二次保护，重点是主变压器和进出线路的保护部分。根据中提供的一次部分原始数据进行短路计算。在短路计算结果的基础上进行本设计所配置的继电保护的整定计算并进行相应的选型。设计本变电所的中央信号回路。2王村变电所简介21王村变电站电气主接线概述及母线接线方式本变电站为35KV户外小型变电站，设计为2台容量为10250KVA的35KV/105KV降压变压器，设有35KV，105KV两个电压等级。其中35KV侧有4回进线105KV侧有5回出线和2回备用线35KV和105KV母线均采用单母线分段接线。所接负荷主要为普通用户但也有一些一类与二类负荷，对供电质量有相当严格的要求。本变电所的一次系统的接线方式和具体参数均为已知的，其中本变电站的电气主接线图如图11所示。单母线分段接线用分段断路器或分段隔离开关将单母线接线中的母线分成两段，将变压器和线路分别接到两段母线上的电气主接线。它区分为用断路器分段和用隔离开关分段的单母线分段接线两种。右图第一种接线方式中，当一段母线上发生故障、母线隔离开关发生故障、或线路断路器拒绝动作时，分段断路器将自动断开故障母线段，或断开连接有拒绝动作断路器的母线段，使无故障母线段能继续运行。此外，还可以在不影响一段母线正常运行的情况下，对另一段母线或其母线隔离开关进行停电检修。其优点为接线简单，操作方便，使用电器较少。配电装置费用低。隔离开关仅在检修时作隔离功能用，不用它进行倒闸操作，误操作少。缺点任一段母线及母线隔离开关发生故障时，需要停止该段母线上所有的工作。任一段母线及母线隔离开关检修时，也将造成母段上所有回路停电。引出线回路的断路器检修时，该回路要停止供电。由于这种特点，这种接线多用于10KV35KV线路变、配电所和主变电所，以及110KV电源进线回路较少的交流牵引变电所，正好符合本设计的要求。因此本设计选择单母线分段接线方式来构成一次与二次侧线路。号主变主变段母线段母线母线段进线进线Y母线段进线A5A4A2A1进线YA3图21变电所一次系统电气主接线图22王村变电站的主要电气设备221主变压器铭牌数据型号SZ710250/35电力变压器额定电压35325/105KV参数UK65接线方式Y，D11B1、B2主变容量为10250KVA，型号为SZ710250/35型双绕组变压器，Y/11之常规接线方式，具有带负荷调压分接头，可进行有载调压。其中UK65。222电力线路原始数据系统参数电源I短路容量SDMAX210MVA；电源短路容量SDMAX270MVA；供电线路L1L215KM，L3L410KM，线路阻抗XL050/KM。35KV进线4回（来自两个电源）。10KV出线出线5回，2回备用。其他运行方式以SS全投入运行，线路L1L4全投。DL1合闸运行为最大运行方式；以线路L3、L4停运，DL1断开运行为最小运行方式。已知变电所35KV进线保护最长动作时间为25S，10KV出线保护最长动作时间为10S。23王村变电所的所用变配置本设计配置两台所用变压器，以满足强迫油循环变压器、整流操作电源、无人值班等的需要。容量一般为主变容量的02，故选用的2台电力变压器为1所用变，S790/35额定容量90KVA，额定电压35KV,短路阻抗6，空载电流3，连接标号序号YYN0，空载损耗028KW，负载损耗15KW，重量外形尺寸长35宽1050高1845MM。2所用变，S9M90/10为密封式配电变压器，额定容量90KVA，额定电压10KV,短路阻抗4，空载电流3，连接标号序号YYN0，空载损耗018KW，负载损耗135KW。引线方式分别从两个不同电压等级的母线上引用所用电源，以提高供电安全可靠性。24王村变电所二次系统初步配置241继电保护概述当供配电系统发生故障时，会引起电流增大、电压降低、电压和电流间相位角改变等。因此，利用上述物理量故障时与正常时的差别，可构成各种不同工作原理的继电保护装置。继电保护的种类很多，但是其工作原理基本相同，它主要由测量、逻辑和执行三部分组成。三个部分的功能作用简介如下测量部分测量被保护设备的某物理量，和保护装置的整定值进行比较，判断被保护设备是否发生故障，保护装置是否应该起动。逻辑部分逻辑部分根据测量部分输出量的大小、性质、出现的顺序，使保护装置按一定的逻辑关系工作，输出信号到执行部分。执行部分执行部分根据逻辑部分的输出信号驱动保护装置动作，使断路器跳闸或发出信号。为保障电力系统的稳定运行必须为其配置完整的继电保护装置。继电保护装置就是指反应电力系统电气设备发生故障或不正常运行状态，并作用于开关跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装置的基本任务是发生故障时，自动、迅速有选择地将故障设备从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定延时，并根据运行维护条件，而动作于发出减负荷或跳闸等信号，且能与自动重合闸相配合。继电保护应满足以下四项基本要求选择性系统发生故障时，有选择的切除故障部分，使非故障部分可以运行，这个就是继电保护的选择性。速动性快速切除故障，可以提高电力系统的稳定性，、减轻故障设备的损坏程度、防止故障的扩展、提高自动重合闸的成功率、减少对用电单位的影响、迅速恢复系统的正常运行。灵敏性要求在保护范围内故障的时候，不管短路点的位置和短路的类型，都能敏锐且正确的反应。可靠性继电保护装置对它所在保护范围之外发生的各种故障和不正常运行状态时，不应该拒绝动作，在保护范围外的各种故障和不正常运行状态的时候，不应该误动作。要保证很高的动作正确率。242本设计主变压器保护的初步配置变压器是本二次系统设计的重点。电力变压器的故障，可分为外部故障和内部故障两类。为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地，电网侧绕组和引线接地短路及绕组匝间短路，本设计装设纵联差动保护。为了反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对于08MVA及以上的油浸式变压器和户内04MVA以上变压器装设瓦斯保护。为反应过负荷装设过负荷保护。为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、纵联差动保护的后备，应装设过电流保护。为反应变压器过励磁应装设过励磁保护，装设温度保护装置用于保护变压器温度升高。针对变压器可能发生的故障，在同时兼顾稳定和可靠、快速灵敏及提高系统安全性的同时为本变电所设置相应的主保护、异常运行时保护和必要的辅助保护分别会在下文详细介绍。为本变电所配置的后备保护有过电流保护防止变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和纵联差动保护的后备保护。同时用来保护变压器内部或外部的故障。过负荷保护防止变压器对称过负荷。只接在某一相的电路上动作于信号。变压器异常运行保护和必要的辅助保护的配置如下。温度信号装置用来检测变压器的油温，防止变压器油劣化急剧加速，对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按照现行电力变压器标准的要求，装设可作用于信号或跳闸的装置。冷却风机自启动用变压器一相电流的70来启动冷却风机，防止变压器油温过高。报警和跳闸通WTZ288温度信号。当变压器上层油温升高达到80时，系统输出超温报警信号；若温度继续上升达85，变压器已不能继续运行，须向二次保护回路输送超温跳闸信号，应使变压器迅速跳闸。243本设计进出线路保护的初步配置本设计中的电力系统主要是有非直接接地的架空线路和中性点不接地的电力变压器等设备。为35KV进线设置电流速断和过流保护。同时也为各个10KV出线都配置电流速断和过流保护，为35KV和10KV的母联开关设置电流速断保护。35KV进线和10KV出线的电流速断保护是根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流，以动作电流的大小来控制保护装置的保护范围；有无时限电流速断和限时电流速断，采用二相二电流继电器的不完全星形接线方式。本设计35KV进线设置限时速断保护，10KV出线，设置瞬时速断保护。35KV进线和10KV出线过电流保护这是利用短路时的电流比正常运行时大的特征来识别线路发生了短路故障，其动作的选择性通过过电流保护装置的动作具有适当的延时来保证，其中又包括定时限过电流保护和反时限过电流保护；本设计中电流速断保护装置与过电流装置共用两组电流互感器，二相二继电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流保护，同时作为电流速断保护的后备保护，来切除电流速断保护范围以外的故障，其保护范围为本线路全部和下段线路的一部分。35KV和10KV母联开关保护35KV母联开关设置限时速断保护，10KV母联开关设置速断保护。244电力电容器保护的初步配置对3KV及以上的并联补偿电容器组的下列故障和异常运行方式，应按规定配置相应的保护电容器内部故障及其引出线短路；电容器组和断路器之间连接线短路；电容器组的单相接地故障；电容器组中，某一故障电容器切除后所引起的过电压；电容器组过电压；所联接的母线失压。通过认真仔细考虑为本变电所的电容器配置如下保护装设电流速断和定时限过电流保护；电容器组和断路器之间连接线的短路，内部故障采用熔断器保护；另外还有过电压保护和低电压保护，并使用电压互感器作为放电设备。本设计主要侧重于电容器的电流速断保护。245变电所的其他二次配置变电所配备了以下的自动装置自动频率减负荷装置频率是电能质量的基本指标之一,正常情况下,系统的频率应保持在50HZ，运行频率和它的额定值允许差值限制在05HZ内，因此，为保证系统频率恒定和重要用户的生产稳定，本设计10KV出线设置自动频率减负荷装置（ZPJH），按用户负荷的重要性顺序切除。三相自动重合闸装置针对架空线路的故障多系雷击、鸟害、树枝或其它飞行物等引起的瞬时性短路，其特点是当线路断路器跳闸而电压消失后，随着电弧的熄灭，短路即自行消除。若运行人员试行强送，随可以恢复供电，但速度较慢，用户的大多设备（电动机）已停运，这样就干扰破坏了设备的正常工作，因此本设计在10KV各出线上设置三相自动重合闸装置（CHZ），即当线路断路器因事故跳闸后，立即使线路断路器自动再次重合闸，以减少因线路瞬时性短路故障停电所造成的损失。备用电源自动投入装置针对变电所负荷性质，缩短备用电源的切换时间，提高供电的不间断性，保证人身设备的安全等，本设计在35KV母联断路器（DL1）及10KV母联断路器（DL8）处装设备用电源自动投入装置（BZT）。3短路计算31短路计算方法概述要完成继电保护部分设计与整定必须先进行完整的短路计算。本变电所二次设计中配置的继电保护形式，以及这些保护装置的整定方法，都必须根据本变电所电力系统中发生的各种短路情况仔细计算和分析后的结果才能确定。因此在本设计中，不仅要求出在故障支路的短路电流数值，还要计算短路电流的分布情况。供电系统短路的物理过程十分复杂，影响因素很多，全部考虑进去会使短路计算变的很复杂。需要先假设一些理想化条件，来简化分析和计算，在本设计中我们假设不考虑磁路的饱和与磁滞现象，系统中各元件参数一定。忽略短路点的过渡电阻。不考虑各元件的电阻。实际的电力系统都当作相对称处理。本变电的短路计算采用最常用的标么值计算法。因为本变电所属于复杂的高压供电系统，计算短路电流时运用标么制进行计算会比较简便。标么制属于相对电位制的一种，在运用标么制计算时，各电气元件的参数都会用标么值表示。在短路计算中所遇到的电气量有功率、电流、电压和电抗这四个量，都是用标幺值表示参与计算的。某一电气量的标么值就是它的有名值与一个同单位的基准值的比值。下面我们就要运用标么值法进行短路电流计算。32系统等效电路和基准值的选取系统等效电路图如图31所示。采用标么值计算必须选定共同的基准值，这里选取基准值SD100MVA，35KV侧UD37KV；10KV侧UD105KV；那么如图31所示，各段线路阻抗均标注在线路中，横线上为代号，横线下为阻抗。为方便起见，以K3直到K7的标号作为5条出线区域代号进行短路计算。图31系统等效电路图各出线参数如表31表3110KV侧出线参数线型MAXS回路数COS长度供电方式K3LGJ1201200KVA1086KM架空K4LGJ1201300KVA1085KM架空K5LGJ1201200MVA1087KM架空K6LGJ1201500KVA1088KM架空K7LGJ1201600KVA1086KM架空1105637DSIKAU2D33阻抗计算以下全为标么值计算系统阻抗标么值各个线路阻抗标么值进线L1、L2阻抗标幺值进线L3、L4阻抗标幺值K3出线阻抗标幺值K4出线阻抗标幺值K5出线阻抗标幺值K6出线阻抗标幺值1MAX04821DISX2AX37DI34122105537DLSXLU5632210537DLS135221065DLSXLU1572210537DLSXLU1682210536DLS14622DLK7出线阻抗标幺值主变压器阻抗标么值34短路电流计算341最大运行方式下各短路点的短路电流计算等效系统简化如图32所示,具体计算过程如下令冲击电流设为那么K1点35KV母线上的短路电流PIK2点10KV母线上的短路电流折算到35KV侧短路电流K3点线路短路电流K4点线路短路电流1792210567DLSXLU7810631025KDTNUS9134082750X02561D156487KA032IX（）12709D215789K0I（）D12642A95IX（）K1K2K3K4K5K6K7132541429015326162717890743105719（8）24517092DKMAXI（KA）23150027DKMAXI（K）K5点线路短路电流K6点线路短路电流K7点线路短路电流最大运行方式下等效电路图如下图32最大运行方式下系统化简化图K1K2K3K4K5K6K7132714275316317290751057063SISI25513097DKMAXI（KA）2651200936DKMAXI（）275100927DKMAXI（KA）342最小运行方式下各短路点短路电流计算图33最小运行方式下系统简化图最小运行方式下，系统简化如图33，仅考虑电源单独运行的情况,那么S故最小运行方式下K1点37KV母线上短路电流最小运行方式下K2点105KV母线的短路电流折算到37KV侧短路电流SIK1K2K4K5K7132714275316317290757063KK613970563185XD92KAI（）2113078619KDII（）D2135KA8IX（）22970634KDII（）D123513KA8IX（）233140861KAKKII（）K3点线路短路电流K4点线路短路电流K5点线路短路电流K6点线路短路电流K7点线路短路电流2451013827DKMAXI（KA）23513413827DKMAXI（KA）244063KKKII（）265101386DKMAXI（KA）27513413827DKMAXI（KA）255121387DKMAXI（KA）25506KKKII（）277406KKII（K）26609KKKII（）233406KKKII（）短路计算结果汇总表32如下（少数未统计入内），其中冲击电流25PKII表32短路计算汇总表短路点最大运行冲击电流KIPI最小运行KI最小两相短路电流2KIK137KV）488KA1244KA207KA179KAK2105KV）579KA1476KA397KA344KAK3150KA383KA134KA116KAK4171KA436KA150KA131KAK5133KA339KA121KA105KAK6120KA306KA110KA095KAK7150KA383KA134KA116KA4主变保护的配置和整定计算41主变主保护之一瓦斯保护的配置和整定411瓦斯保护设计的简介及瓦斯保护原理查找相关规定我们可以知道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瓦斯保护。本设计采用瓦斯保护作为主保护之一，瓦斯保护是反映变压器内部故障最有效最灵敏的保护装置，是最重要的变压器的保护之一，它可以反映油箱内的一切故障。包括油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。对于变压器油箱内的故障，差动保护不会反应。又如变压器绕组产生少数线匝的匝间短路,虽然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击,但表现在相电流上却并不大,因此差动保护没有反应,但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应,这就是差动保护不能代替瓦斯保护的原因。瓦斯保护装置结构简单、经济，对缓慢发展的故障，其灵敏性比变压器的差动保护优越，能够反应变压器油箱内部各种类型的故障，但对变压器油箱外部套管引出线上的短路不能反应，对绝缘突发性击穿的反应不及差动保护；而且在强烈地震期间和变压器新投入时，瓦斯保护不能投到跳闸位置,所以瓦斯保护一般与差动保护共同使用构成变压器的主保护。本设计采取的瓦斯保护的原理如下页图41所示。瓦斯保护不但在发生故障和危险的时候动作，也在变压器内部出现空气和油的冲击时动作，其中轻瓦斯保护作用于信号，重瓦斯保护作用于跳闸或转回信号。重瓦斯动作，会立即切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩大，起到保护变压器的作用。图41瓦斯保护原理接线图正常运行在正常运行时，继电器内充满油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，接点断开；档板则由于本身重量而下垂，其接点也是断开的。轻瓦斯保护动作当变压器内部发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于气体继电器的上部空间，使油面下降，开口杯随之下降而使接点闭合，接通报警信号。重瓦斯保护动作当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使接点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸。此外变压器保护的出口中间继电器必须是自保持中间继电器。因为重瓦斯是靠油流的冲击而动作的，当变压器内部发生严重故障的时候，油流速不稳定，且断路器的跳闸有其固有动作时间，为了防止短时闭合造成动作不可靠，将2个电流自保持线圈分别和断路器两侧的跳闸线圈串联，当重瓦斯动作时，接通出口中间继电器的电压线圈，闭合其触点，这样就可以分别经2个电流线HLRKM1234KS1KS2KGXB重瓦斯信号轻瓦斯信号YR12341QF1QSQF2QS35KV10KV圈接通断路器的跳闸线圈而自保持，从而能保证断路器跳闸的高可靠性。412瓦斯保护的整定一般轻瓦斯保护的动作值按气体容积为整定，变压器容量在320CM10MVA以上时，一般正常整定值为。气体容积整定是通过调节重锤力35C臂长度来改变的。表41为轻瓦斯保护气体容积的参考整定值,本设计采用。3280CM表41轻瓦斯保护气体容量整定参考标准变压器容量（MVA）导油管直径（MM）整定范围（CM）3正常整定值（CM）31251001201101105018521522010以上80220280250一般重瓦斯保护的动作值是按照导油管的油流速度为08M/S16M/S整定，为了防止特殊故障时瓦斯保护误动作，也可将流速整定在1M/S11M/S左右。表42为油流速度参考整定值,本设计采用10M/S。表42重瓦斯保护油流速整定参考标准变压器容量（MVA）导油管直径（MM）整定范围（M/S正常整定值（M/S）125075125090110500811351010以上8009515511413瓦斯继电器的选型与安装本设计瓦斯继电器选用F80型。此型号继电器为复合式瓦斯继电器件，3J用开口杯代替密封浮筒，克服了浮筒渗油的缺陷，用干簧接点代替水银接点，防止震荡时误动作，是一种有较好抗震结构的瓦斯继电器。当大量气体和油流直接冲击挡板，使下开口杯顺时针方向旋转，带动永久磁铁靠近下部干簧的触点使之闭合，发出跳闸脉冲，表示“重瓦斯”保护动作。图42FJ380复合型瓦斯继电器结构原理图图43瓦斯继电器的安装示意图当变压器出现严重漏油而使油面逐渐降低时，首先是上开口杯露出油面，发出报警信号，继之下开口杯露出油面后亦能动作，发出跳闸脉冲。其安装原理如图43，瓦斯继电器要安装在油箱和油枕之间的联通导油管中，为了保证变压器内积聚的气体可以顺利经过管道流入油枕，规定变压器顶盖沿瓦斯继电器方向具有115的升坡高度，联通管有24的升高坡度，出线端用防腐塑料线。42主变主保护之二纵联差动保护的配置421本设计纵联差动保护的配置在GB5006292里规定10000KVA及以上的单独运行变压器和6300KVA及以上的并列运行变压器，应装设差动保护；6300KVA及以下单独运行的重要变压器，也可装设差动保护。当电流速断保护灵敏度不符合要求时，宜装设差动保护。而且纵联差动保护应符合下列要求应在变压器过励磁时不误动；应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；差动保护范围应包括变压器套管及其引出线。如不能包括引出线时，采取快速切除故障的辅助措施。本设计采用较经济的BCH2型带有速饱和变流器的继电器，以提高保护装置的励磁涌流的能力。BCH2型差动继电器由电磁型电流继电器、三柱铁芯和几个线圈组成。中间柱截面较大，易于饱和，在其上面绕有四个线圈差动线圈、两个平衡线圈和一个短路线圈。差动线圈接于变压器差动保护的差动回路中，当安匝磁势达到一定值时，二次绕组感应的某一电势值使电流继电器起动。平衡线圈的作用是消除变压器两侧电流互感器的计算变比与实际变比不一致所产生的不平衡安匝磁势。短路线圈的作用是提高差动继电器躲过励磁涌流的能力。422采用BCH2继电器的纵联差动保护原理如图44，在变压器两侧安装电流互感器，其二次绕组串联成环路，继电器KA（或差动继电器KD）并接在环路上，流入继电器的电流等于变压器两侧电流互感器的二次绕组电流之差，即，IUB为变压器一、二次侧21KDI的不平衡电流。变压器正常运行或差动保护的保护区外短路时，流入差动继电器的不平衡电流小于继电器的动作电流，保护不动作。在保护区内短路时，对单端电源供电的变压器远大于继电器的动作电流，继电器KA瞬时动作，通过中间继电器KM，使变压器两侧断路器跳闸，切除故障。差动保护的基本原理如图44所示图44差动保护单相原理图BCH2型差动继电器，由一个带短路线圈的速饱和变流器和一个执行元件DL11/02电流继电器组成，如图45所示。在速饱和变流器铁芯的中间芯柱上绕有一个差动线圈ND、两个平衡线圈NEQ1和NEQ2和一个短路线圈。左侧芯柱上绕有一个短路线圈，和接成闭合回路，它们产生的磁通在“KN“K左侧芯柱是同相的。右侧芯柱上绕有一个二次线圈N2，与执行元件相接。平衡线圈的作用是用于平衡由于变压器差动保护二侧电流互感器二次电流不等所引起的21KDUBII35KV10KV1I2IIIKD21IIDIKDKM1KS2KS1QF1YR2YRQFQF信号信号图45BCH2差动继电器结构原理图不平衡电流。短路线圈的作用是消除励磁涌流的影响。当变压器外部短路或空载投入，在差动回路出现不平衡电流或励磁涌流存在较大的非周期分量时，速饱和变流器迅速饱和，使周期分量的传变工作变坏，从而继电器不动作。BCH2动作安匝为AN0604安匝，在一般情况下,和应改用相同KN“K标号的抽头，这样匝数保持为的2倍。“KK423BCH2型变压器差动保护的整定方法本设计按双绕组变压器的情况按照以下步骤整定按平均电压及变压器最大容量计算变压器各侧额定电流，选择各侧电流互感器一次额定电流。计算出电流互感器二次回路额定电流。差动保护基本侧的一次侧动作电流整定。差动保护基本侧的一次侧动作电流应满足下面三个条件躲过变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时的励磁涌流；躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流；躲过变压器正常运行时的最大负荷电流。继电器线圈匝数的确定。非基本侧平衡线圈匝数的确定。计算由于整定匝数和计算匝数不等而产生的相对误差。确定短路线圈抽头。进行灵敏系数校验。43主变主保护之二纵联差动保护的整定计算431计算额定电流及CT变比我们根据第2章提供的一次部分的原始数据，计算如下110251690837EESIAU22EE互感器实际变比实选变比,那么实际额定电流即差动保护臂中的电流那么不平衡电流计算结果汇总于表43中。表43IE以及CT变比计算结果汇总表各侧数据Y（35KV）（105KV）额定电流1691A5918A变压器接线方式YCT接线方式YCT计算变比293/5592/5实选CT变比N300/5600/5实际额定电流488A493A不平衡电流IUB493488005A确定基本侧基本侧非基本侧1348ENIA29EI2105UBNIIIN2E432确定基本侧动作电流按躲过外部故障时候的最大不平衡电流相应的最小二次启动电流的计算公式为KOPI（41）式中为可靠系数，一般取1315，本设计取13；RELK非同期分量引起的误差，这里取1；同型系数，当CT型号相同且处于同一情况时取05，型号不同取TXK1，本设计取1；电流互感器的相对最大误差，本设计取01IF变压器调压时候产生的相对误差，本设计取005U继电器整定匝数和计算匝数不同所产生的相对误差，本设计先采取F中间值005再通过进一步计算进行校验。代入数据以及第4章短路计算所计算得的,得21MAXDI按躲过变压器空载投入或者外部故障后电压恢复时候的励磁涌流计算（42）上式子中为可靠系数取13RELK为变压器额定电流I代入数据可得按躲过变压器正常工作时的最大负荷电流计算（43）上式子中为可靠系数取13；RELKFZQTXI21MAXUFKOPRELDIKIFZQEKOPRLII13691283KOPIAMAXKOPRELII13691283KOPIA1301506492KOPIAMAXEI为变压器正常运行时的最大负荷电流，这里采用变压器的额定电流，那么代入数据可得综合上述三种不同情况下计算的动作电流，取最大值为最终计算结果那么有确定基本侧继电器线圈匝数和继电器的动作电流,两侧电流互感器分别接于继电器的两个平衡线圈上，再接入差动线圈，使继电器的实用匝数和动作电流更接近于计算值；以二次回路额定电流最小侧作为基本侧，基本侧的继电器动作电流及线圈匝数计算如下基本侧（35KV）继电器动作电流计算值44其中为电流互感器的接线系数,这里用，为基本侧电流互感器变比，JXK31N那么代入数据，可得基本侧继电器差动线圈匝数45上式中，为继电器动作安匝，应采用实际值，本设计采用的是额定值600AW安匝，代入数据得选较差动线圈匝数计算值稍小且相近的数值作为差动线圈的整定匝数，故J实际整定差动线圈匝数5CDZ匝）那么继电器的实际动作电流那么保护装置的实际动作电流6048123匝0BJKACTAWIZ60125KACTCDZAWOAWI1KZACTACTJX6041703KNII（）BJXKOPKACTIIBA42693/5KCTI4269KOPIA433线圈匝数与结果校验确定非基本侧平衡线圈和工作线圈的匝数，平衡线圈计算匝数那么取平衡线圈实际匝数PHFJZ0W故工作线圈计算匝数计算由于整定匝数不等而产生的相对误差F此值小于原定值005，故取法相当合适，不需要重新计算。初步确定短路线圈的抽头。短路线圈有4组抽头可供选择，短路线圈的匝数越多，躲过励磁涌流的性能越好，但继电器的动作时间越长。因此所选抽头匝数是否合适，应在保护装置投入运行时，通过变压器空载试验确定。根据前面对BCH2差动继电器的分析，考虑到本系统主变压器容量较小，励磁涌流较大，故选用较大匝数的“CC”抽头，实际应用中，还应考虑继电器所接的电流互感器的型号、性能等，抽头是否合适，应经过变压器空载投入试验最后确定。保护装置灵敏度校验。差动保护灵敏度要求值，2SENK本系统在最小运行方式下，10KV侧出线发生两相短路时，保护装置的灵敏度最低。此时本保护的灵敏度1PHFJSCDZ2NI（）5493/8105匝21MINSN33086124457JXDEKACTIK，满足要求5GFJZPHFJZCDZ匝PHFJSFJZCD（）（0）1（）（5）44过电流保护整定441变压器过电流保护概述变压器过电流，用来保护变压器外部短路时引起的过电流，这里是作为变压器内部短路时，瓦斯保护和差动保护的后备保护，保护装置装在电源侧，单电源供电的变压器的保护原理见图46，和线路的定时限过电流保护相同所以在这里不再详细叙述，在下面的章节有线路过电流保护原理的详细介绍。当通过线路的电流大于继电器的动作电流，保护装置起动，并用时限保证动作的选择性，这种继电保护装置称为过电流保护。保护动作时候应切断变压器两侧断路器。46变压器过电流保护单相原理图442过电流保护的选型和整定计算整定计算和选型本设计所采取的过电流保护的按照变压器可能出现的最大负荷电流来整定，这里按躲过变压器额定电流来整定，那么有35KV10KVIKA2TKS1QF1YRIKM1QFS2QSFTA1TA2CKA1信号（46）式子中为可靠系数，本设计采用12RELK为返回系数，本设计采用085，那么代入数据可以计算得OP1269/085237IA那么继电器的动作电流KOP1/N/689I故本设计选择继电器DL21C/10,整定范围为520A灵敏度校验按保护末端K3点短路进行校验，要求灵敏系数不小于12由上章计算可知道对灵敏系数的校验可以按照以下公式进行45过负荷保护整定变压器过负荷电流三相对称，过负荷保护装置只采用一个电流继电器接于一相电流回路中，经过较长的延时后发出信号。运行中可能出现过负荷的变压器应装设过负荷保护。接线和工作原理同线路的过负荷保护；动作电流整定按变压器一次侧额定电流整定；动作时间一般整定其动作电流按躲过变压器额定电流来整定。动作带延时作用于信号，那么（47）式中RELK为可靠系数，本设计采用105。131MIN560383827DKMAXII（KA）“31MIN30612812,287KSENACTI满足要求RELREL1NOPKIIIRELMAXREL1OPLKIIIREK为返回系数，本设计采用085，NI为保护安装侧的额定电流。那么代入数据可以计算得OP10569/08529IA那么继电器的动作电流为KOP1/N23/6I延时取10S，以躲过电动机的自启动，如果当过负荷保护起动后，在达到时限后仍未返回，则动作ZPJH装置进行自动减负荷。46其他必要辅助保护本设计的辅助保护包括温度信号装置和冷却风扇自启动装置。变压器的油温越高，劣化速度越快，使用年限减少的越厉害，当油温达115120时候，油开始劣化，运行规定最高允许油温为95，正常情况不超过85因此要采用温度信号装置对变压器上层次油温进行监视。温度信号装置本设计的温度信号装置的基本元件采用带电触点的WTZ288型压力式温度计，其结构简图如图47图47WTZ288型压力式温度计受热器插入变压器顶盖温度计孔中，当被测温度升高的时候，受热器里面液体的体积膨胀，温度指示表计里的流体压力感应计所受压力增大，指示指针，指示指针位置改变，当指针到达定位指针预先放置的位置的时候，定位指针的一对触点接通发出信号或者开启变压器冷却风扇。冷却风扇自起动由WTZ288测取温度信号。变压器负荷增大，运行温度上升,当上层油温达75时，系统自动启动风机冷却；当油温度低至50时，系统自动停止风机。报警和跳闸通WTZ288温度信号。当变压器上层油温升高达到80时，系统输出超温报警信号；若温度继续上升达85，变压器已不能继续运行，须向二次保护回路输送超温跳闸信号，应使变压器迅速跳闸。5线路保护的配置选型和整定计算51本设计采取的电力线路继电保护原理概述511概述一般电力线路发生故障的重要特征是电流和电压增加，常见的故障为相间短路、单相接地、过负荷等。反应电流突然增大而使继电器保护动作的装置，称作电流保护。电压保护主要是低电压保护，多数情况下要与电流保护配合使用。电力线路保护短路保护、单相接地保护和过负荷保护。电力线路装设过电流保护和电流速断保护，保护动作于断路器跳闸，作为相间短路的保护。电力线路装设绝缘监视装置或单相接地保护，保护动作于信号，作为单相接地故障保护。可能经常过负荷的电缆线路，装设过负荷保护，动作于信号。针对本变电所的规模和特点，综合考虑决定，在35KV进线设置限时速断保护和定时限过电流保护，各10KV出线上装设速断保护和定时限过电流保护，在35KV母联开关上装设限时速断保护，10KV母联开关装设速断保护，这样可以基本满足本变电站电力线路的继电保护要求。512定时限过电流保护对于过电流保护来说，由于采用的继电器不同，其时限特性有两种由电磁式电流继电器等构成的定时限过电流保护和由感应式电流继电器构成的反时限过电流保护。分为定时限过电流保护、反时限过电流保护。本设计采取的是定时限电流保护，其原理如图51。由图可见，定时限过电流保护一般由两个主要元件组成，即启动元件和时间元件，启动元件就是电流继电器，用以判断保护范围内是否有故障，时间元件就是时间继电器，用以建立适当的延时，保证保护动作的选择性。当K点发生短路故障的时候，短路电流经过电流互感器TA流入电流继电器，当短路电流大于其整定值的时候它便启动，并通过其触点接通时间继电器的线圈回路使时间继电器动作，经过整定的延时之后，其触点闭合，并启动信号继电器发出信号及出口中间继电器接通跳闸回路，使QF断路器跳闸，至此故障切除。图51定时限过电流保护装置的接线原理由上述动作过程可知，保护装置的动作时间只取决于时间继电器的动作时间，也就是无论短路电流多大，保护装置的动作时间永远恒定，这个也就是这种过电流保护装置被称为定时限过电流保护装置的原因。其整定过程是先进行动作电流的计算，再进行动作时限的整定计算和进行灵敏度校验。513电流速断保护过电流保护最大的缺点是没法保证速断性的要求，因为线路越靠近电源，过电流保护的动作时限越长，而短路电流越大，危害也越大，这是过电流保护的不足。因此GB5006292规定当过电流保护动作时限超过0507S时，应装设瞬动的电流速断保护。限时电流速断保护和定时限过电流保护的原理接线相同，不同的是各继电35KV10KVIKA2KTKS1QF1YRIKM1QFSTA1TA2CKA