变电站毕业设计

绪论变电站是电力系统中的一个重要组成部分，是联系发电厂和用户的中间环节，担负着电能转换和电能重新分配的重要任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。传统变电站一般都采用常规设备。二次设备中的继电保护和自动装置，远动装置等采用电磁式或晶体管式，体积大，设备笨重，因此主控室、继电保护室占地面积较大。常规装置结构复杂，可靠性底，维护工作量大。随着国民经济的持续发展，人民的生活质量和生活水平越来越高，家用电器越来越多地进入千家万户，各工矿企业和居民用户对保证电能质量的要求越来越高。衡量电能质量的主要指标是电压和频率，另外还要考虑谐波的危害。频率主要由发电厂来调节，而合格的电压则需要发电厂和变电站共同来保证，变电站也应该通过调节变压器分接头位置和控制无功补偿设备进行调节，但传统的变电站大多数不具备自动调压手段，因此无法保证电能质量。对于谐波的危害，更没有引起足够的重视和采取有力措施，且缺乏科学的电能质量考核办法。电力系统要做到优质、安全、经济运行，必须及时掌握系统的运行状况，以便采取一系列的自动控制和调节手段，但传统变电站由于远动功能不全，一些遥测、遥信量无法实时送到调度中心，不能满足向调度中心及时提供运行参数的要求。变电站本身又缺乏自动控制和调控手段，因此无法实时控制，不利于系统的安全、稳定运行。随着社会经济的发展，人民生活水平的不断提高，人们对于电能的需求也在迅速递。特别是近几年来，电力需求量出现了巨大的缺口，尤其是夏季用电高峰期。具统计，2004年，全国31个省、自治区、直辖市中有20个出现了“拉闸限电”的现象，使得国民经济和居民生活受到了一定的影响。其主要原因是电力增长率低于了国民经济生产总值增长率。因此加大电力和电网建设是十分必要的。我们本次所做的毕业设计就是针对电能的传输和分配问题，力图解决主变压器和电气主接线形式的选择问题，可能发生的短路电流，线路、变压器和电容器的保护问题，并综合考虑变电站远景的发展问题。从而使用户使用上可靠、优质、价廉的电能。随着电力系统的发展，电网结构越来越复杂，各级调度中心需要获得更多的信息，以准确掌握电网和变电站的运行状况。同时，为提高电力系统的可控性，要求更多地采用远方集中监控和控制，并逐步采用无人值班管理模式。显然，传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统的需求，而且不能适应现代电力系统管理模式的要求。采取更先进的技术改造变电站是一种必然趋势。20世纪70年代以前，为了提高电力系统的安全与经济运行水平，各种功能的自动装置被陆续研制出来，如自动重合闸装置，低频自动减载装置，备用电源自投装置和各种继电保护装置等。这些装置采用模拟电路，由晶体管等分立元件组成，这些元件组成的自动装置逐步由大规模集成电路或微机所代替，出现了微机型继电保护装置，微机监控和微机远动装置等。由微机处理器构成的自动装置具有智能化和计算能力强的显著优点，且装置本身具有故障自诊断能力，大大提高了测量的准确性，监控的可靠性和自动化水平。继电保护技术的发展,对整定计算提出了更高的要求,整定中相当部分的系数具有不确定性,传统整定方法中根据专家经验来确定的整定系数值,很可能不是最优系数。所以在设计中，在完成传统的整定基础上应考虑到在条件允许的情况下引进模糊集理论FUZZYSETSTHEORY,应用面向对象OOP技术,开发了一个经过系数寻优的继电保护整定计算专家系统,扩大专家系统整定计算的能力,保证整定结果的准确和可靠。第1章变电站的设计与分析11引言变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。变电站在电力系统中起着十分重要的作用，其运行性能的好坏直接影响所处地区经济的发展，是电力系统不可缺少的一部分。12电力系统分析电力系统及变电站的设计首先要对电力系统进行分析才能选择正确的方案，即对变电站进行总体分析才能设计比较经济、可靠的变电站方案。根据35110KV变电站设计规范第103106条规定第103条变电站的设计应根据工程的510年发展规划进行做到远，近期结合。以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。第104条变电站的设计，必须以全出发，统筹兼顾。按照负荷性质，用电容量，工程特点和地区供电条件，综合国情合理地确定设计方案。第105条变电站的设计，必须坚持节约用地的原则。第106条变电站设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。ZYB市郊变电站是一个110KV地区性城市变电所，向市区及附近工矿企业以及生活用电供电，它由系统1（容量为1500MVA）和系统2（容量为200MVA）供电，同时向变电站甲和变电站乙供电，与系统联系紧密。13变电站总体分析131设计依据根据所发任务书设计ZYB市郊110KV变电站电气二次部分。132变电站建设的必要性该变电站位于ZYB市郊的工矿企业集中区的中心，为了满足市区生产和生活及市郊工农业生产的供电要求，决定在此新建一所区域性变电站。133变电站的建设规模根据电力系统规划，本变电站的规模如下电压等级110/35/10KV线路回数110KV近期2回，远景发展2回。35KV近期5回，远景发展2回。10KV近期12回，远景发展2回。134系统接线简图图11系统接线图135所址概况该变电站位于ZYB市郊东南郊，交通便利，变电站的西边为10KV负荷密集区，主要有棉纺厂、食品厂、印染厂、针织厂、柴油机厂、橡胶厂及部分市区用电。变电站以东主要有35KV的水泥厂、耐火厂及市郊其它用电。该变电站所址区海拔220M,地势平坦，为非强地震区，输电线路走廊阔，架设方便，全线为黄土层地带，地耐力为24KG/，天然容重2G/，内摩擦2CM3CM角23,土壤电阻率为100CM,变电站保护地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。气象条件年最高气温40,年最低气温20，年平均温度15,最热月平均最高温度32,最大复水厚度B10MM，最大风速25M/S，属于我国第六标准气象区。136变电站的总体分析变电站的站址选择在市郊东南郊，靠近负荷中心，有利于系统运行性能的提高，降低损耗，提高经济效益；站址选择靠近公路，其附近还有铁路穿越，有良好的交通运输条件；站址所在地的地下水位较底，能很方便的满足生产和生活用水的需要；变电站所处区域地势平坦、全线为黄土层地带，避开了滑坡、滚石、洞穴、明暗河塘、岸边冲刷区等不良的地质条件，有利于线路架设和电气设备的安装，而且为进出线提供了广阔的线路走廊，还有利于变电站的扩建；海拔200米，有利于变电站的经济运行，另外，也降低对防雷保护装置的要求；变电站选址避开了大气严重污秽和严重盐雾地区及冬季主导风向的影响，否则将会发生污闪事故和沿面放电，影响电力系统的运行性能；另外，变电站选址还考虑了变电站与附近设施的影响，因为变电站选址不当，必将影响企业供电系统的主接线方式，送电线路的规格和布局，电网损失及投资的大小，还可能引起电力倒流，产生严重后果。新建变电站是110/35/10KV的降压变电站，由电力系统的结构简图如图11可知，变电站在电力系统中的位置相当重要，属于地区变电站。如果该变电站出现问题，将会引起环网解列所处地区全部停电，影响工农业的发展，破坏了人民的生活秩序。所以在变电站设计建设时要综合考虑各方面的因素，以保证所建变电站安全可靠、经济合理。14变电站负荷分析141负荷分析根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，即一级负荷、二级负荷、三级负荷。等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同。当发生停电事故时，一级负荷将造成人身伤亡或回引起对周围环境严重污染；对工厂将造成经济上的巨大损失，如重要的大型的设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响。二级负荷会造成较大的经济损失，如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产；还可能引起社会秩序混乱或较严重的政治影响。三级负荷造成的损失不大或不会造成直接经济损失。由此可知，供电的稳定性直接影响经济的发展，负荷等级不同，对供电的要求也不相同对于一级负荷，必须有二个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。对特别重要的一级负荷应该由二个独立电源点供电。对于二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电。对于三级负荷，一般只需一个电源供电。14235KV侧负荷分析表1135KV侧负荷最大负荷（MW）负荷组荷电压等级负荷名称近期远景一二自然力率HMAXT线长KM备注市郊一24365300912市郊二3425300916水泥厂1182415300920水泥厂2182415300920耐火厂121815300918备用13091535KV备用230915在35KV侧负荷中水泥厂和耐火厂的二类负荷比较大，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短水泥质量下降和一定的经济损失。因此要尽可能保证其供电可靠性。14310KV侧负荷分析表1210KV侧负荷最大负荷（MW）负荷组成电压等级负荷名称近期远景一二自然力率HMAXT线长KM备注棉纺厂12432040075550035棉纺厂22432040075550035印染厂118243040078500045印染厂218243040078500045毛纺厂24242040075500025针织厂12182040075450015柴油机厂1182425400840003柴油机厂2182425400840003橡胶厂1218304007245003市区1182420400825002市区2182420400825002食品厂14418153008400015备用11807810KV备用218078在10KV侧负荷中，印染厂、柴油机厂、毛纺厂、橡胶厂、市区一类负荷比较大；若发生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现设备事故，对市区医院则造成不良政治和社会影响，严重时造成重大经济损失和人员伤亡，必须保证其供电可靠性。第2章变电站主变压器的选择21引言主变压器的选择直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的结构。所以它的确定除了依据传递容量基本原始资料外，还要根据电力系统510年的远景发展计划，输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入电力系统中的紧密程度等因素，进行综合分析与合理的选择。22变压器容量和台数的选择变压器的容量、台数是选择主变压器的关键问题。如果变压器的容量选择过大，台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能的损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选的过小，将可能满足不了变电站的电力负荷的需要，这在技术上是不合理的，所以在进行主变压器的选择之前，应该了解变压器的选择原则，主要包括变压器台数、容量的确定原则221主变台数的考虑原则一、主变压器的台数、容量应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑。二、对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变压器为宜。当技术经济比较合理时主变压器的台数也可以多于两台。三、如果变电站可由中、低压侧电力网中取得足够能量的备用电源时，可以装设一台主变压器。对地区性孤立的一次变电站或大型的工业专用变电站，设计时应考虑装三台的可能性。四、对规划只装两台主变压器的变电站，其主变压器基础宜大于变压器容量的12级设计，以便负荷发展时更换主变压器。222主变容量的考虑原则一、主变压器容量的选择一般应按变电所建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。二、根据变电站带负荷性质和电网结构来确定主变压器容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60，即（N1）06SJS远，这里的N代表变压器的台数。三、同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。223主变压器台数的确定和容量的计算依据变电站所处市区的情况，变电站的电力负荷中含有大量的一级、二级负荷，基于对经济状况、占地面积及变电站位于负荷中心等诸多因素的考虑，选择上两台主变电压器。远表示按远景负荷计算的最大综合负荷，远计算公式为JSSJSS7MAX1COSIJSTIPSK式中KT同时率，35KV侧取09095，610KV侧取08509；A线损率，取5；各出线自然力率；COSI各出线最大负荷MAX一、由负荷资料表的数据按远期负荷经计算得到35KV中压侧取KT090,而且其出线回路数为7回，结合负荷资料表可知7MAX11COS364283092150909521IJSTIPSMVA10KV低压侧取KT085,其出线回路数为14回，结合负荷资料表可知14MAX2COSITJSIPS324182408570875011236MVA由此可知三绕组变压器的计算容量208521364921JSJSISKTMVA总由选择条件EJS总得1249EJSVA总参考电力工程电气设备手册故可选用主变的型号为SFSZL725000/110KVA/KV由校核条件总JSESN60112可得254958EJSSWVA总所以该条件不满足要求。由此应该选择主变压器的型号为SFSZL731500/110（KVA/KV842757745420001812383MVA由较核条件满足要求12152ENSSWVA由上述可知，选用型号为SFSZL731500/110KVA/KV的主变压器合格。二、近期与远景容量问题近期容量问题实际上是考虑第一期上一台主变还是两台。35KV中压侧取KT09,由负荷资料表中的35KV侧近期负荷情况可知5MAX11COS24381209509517IJSTIPSMVA10KV低压侧取KT085,由负荷资料表中的10KV侧近期负荷情况可知12MAXCOS41824180852707501264321641855IJSTIPSMVA则三绕组变压器的计算容量为1220857230JSTJSITJSJSKSMVA总由以上结果看出，显然，故第一期工程应考虑上一台主变压器。JSE总4S所以取4SKTPRBTPRATIN1、查短路电流运算曲线得各系统0S短路电流标幺值0431221SFI21SFI则F1点总的短路电流为121121033NNFSFSFSFBBIIIU50045217KA2、查短路电流运算曲线得各系统4S短路电流标幺值KT0461281SFI21SFI则F1点总的短路电流为12121433NNTKSFSFSFBBIIIU50068541297KA3、查短路电流运算曲线得各系统2S短路电流标幺值KT0431181SFI21SFI则F1点总的短路电流为12TK121233NNSFSFSFBBIIIU500485212KA4、查短路电流运算曲线得各系统TS短路电流标幺值0461381SFI21SFI则F1点总的短路电流为1212133NNSFSFSFBBIIU1502046381539KA5、由0S时的短路电流可求冲击电流为12847138SHMFII冲击系数，取18KMK二、求35KV侧发生短路，即F2点短路时的短路电流当F2点短路时的等值电路图如图47所示将图47化简得图48631017082TX将图48进行星形到三角形的转化得454556X0130138207464665XX01301382039565664031820318204转化后的等值网络图如图49所示图47图48图49则系统S1相对于短路点F2的转移阻抗为1246039FX系统S2相对于短路点F2得转移阻抗为256F由转移阻抗再分别求出系统S1、S2相对于短路点F2的计算电抗121250398NSFJFBX2241SFJFS短路电流通过的时间为3S003S006S309S3S所以取3SKTPRBTPRATIN1、查短路电流运算曲线得各系统0S短路电流标幺值01704812SFI2SFI由于，直接由得017130SJX12SFJX1F12SFJX58则F2点总的短路电流为122122033NNFSFSFSFBBIIIU50748538219KA2、查短路电流运算曲线得各系统3S短路电流标幺值KT01704812SFI2SFI由于，直接由得017130SJX12SFJX1F12SFJX58由于没有3S的运算曲线，所以用2S和4S的运算曲线平均值来确定3S的短路KT电流标幺值2051SFI则F2点总的短路电流为12122233NNTKSFSFSFBBIIIU50078853213KA3、查短路电流运算曲线得各系统15S短路电流标幺值KT017049512SFI2SFI由于，直接由得01730JX12SFJX1F12SFJX58由于没有15S的短路电流运算曲线，所以用0S和2S的运算曲线平均值来确定15S的短路电流标幺值2KT2054809SFI则F2点总的短路电流为12TK1222533NNSFSFSFBBIIIU007495883216KA4、查短路电流运算曲线得各系统TS短路电流标幺值01705112SFI2SFI由于，直接由得017130SJX12SFJX1F12SFJX58则F2点总的短路电流为12122233NNSFSFSFBBIIU500788521KA5、由0S时的短路电流可求冲击电流为285291347SHMFII三、求10KV侧发生短路，即F3点短路时的短路电流当F3点短路时的等值电路图如图410所示将图410化简得图411731301270129TXX图410图411图412将图411进行星形到三角形的转化得454557XX01360136290674475475774X036036291转化后的等值网络图如图412所示由此可得系统S1相对于短路点F3的转移阻抗为3470系统S2相对于短路点F3的转移阻抗为3571X由转移阻抗再分别求出系统S1、S2相对于短路点F3的计算电抗13350471NSFJFB2232328SFJFXS短路电流通过的时间为1S003S006S109S1S所以取1SKTPRBTPRATIN1、查短路电流运算曲线得各系统0S短路电流标幺值014203613SFI23SFI由于，直接由得014210SJX13SFJX1F13SFJX705则F3点总的短路电流为123132303NNFSFSFSFBBIIIU5042651739KA2、查短路电流运算曲线得各系统1S短路电流标幺值KT014203413SFI23SFI由于，直接由得01710SJX13SFJX1F13SFJX58则F3点总的短路电流为12132333NNTKSFSFFBBIIIU5004245173KA3、查短路电流运算曲线得各系统05S短路电流标幺值2KT014203213SFI3SFI由于，直接由得01420JX13SFJX1F13SFJX705则F3点总的短路电流为12TK132330523NNSFSFSFBBIIIU150204231573KA4、查短路电流运算曲线得各系统TS短路电流标幺值014203613SFI23SFI由于，直接由得014210SJX13SFJX1F13SFJX705则F3点总的短路电流为12132333NNSFSFSFBBIIU500426151739KA5、由0S时的短路电流可求冲击电流为321856398SHMFII443短路点电流计算结果列表表41短路电流计算结果短路点FI2KTIKTIISHIF1447KA442KA475KA485KA1138KAF2529KA576KA535KA535KA1347KAF31566KA1522KA1544KA1566KA3986KA第5章线路保护整定计算51引言电力网中的架空线路和电缆线路的主要故障就是相间短路，它包括两相短路、三相短路、两相或三相接地短路以及不同地点的两点接地短路等。输电线路发生相间短路时，最主要的特征是电源至故障点之间的电流会增大，故障母线上电压会降低，利用这一特征可构成输电线路相间短路的电流、电压保护。它们主要用于35KV及以下的中性点非直接接地电网中单侧电源辐射形线路。对单侧电源辐射形线路上的电流、电压保护采用的测量方式是以流过被保护线路靠电源一侧的电流来判断故障点的电流，以母线上的电压来反映发生故障后电压的降低。单相接地时，只在接地点流过不大的电容电流，并不破坏系统电压的对称性，故对电网中电气设备的运行和对用户的连续供电没有多大影响，可视为异常状态，运行规程也规定，允许带单相接地运行12H。所以本设计主要考虑输电线路相间短路的电流、电压保护。本章分别对35KV输电线路和10KV输电线路做了保护的整定计算。5235KV线路保护整定计算521整个网络电抗值的计算一、系统电抗最大运行方式下2261MIN115063NSSUX2272IN74SSN最小运行方式下2261MAX115067SS2272AX496NSSUX二、线路阻抗近似取各线路的单位电抗都为则0/XKM104728ABXL21C30D4E504520AL设35KV侧到水泥厂长度为20KM线路的电抗为则LX08LMX三、变压器电抗（按同时上两台变压器）根据所选主变型号为SFSZL731500/110KVA/KV的变压器的技术参数可知315315NSKVA012SU07SU02365SU00121323NTSSX55761413TX则可得网络等值电路图如图51所示图51523系统网络的化简对图51进行网络化简812843X9450101526TTX化简后的等值电路图如图52所示图52对图52进行星型到三角型的转化891324768120X81293313893249610XX化简后的等值电路如图53所示图54图53对图3进一步化简可得16310624X最大运行方式时45811571243最小运行方式时465X15712917最大运行方式时系统的阻抗最小，而最小运行方式时的系统阻抗最大。所以与分别有两种取值。14X5化简后的等值电路如图54所示根据任务书中负荷资料情况，按35KV侧水泥厂远景最大负荷来MAX24IPMW选择水泥厂的降压变压器。参考电力工程电气设备手册可选35KVSZ7系列有载调压变压器，其型号为SZ72500/35根据该型号变压器的技术参数可知25NSWVA065SU按上两台变压器可求变压器的电抗为22063815STNUX此时的网络等值电路如图55所示因为S1、S2两个系统的电压等级相同，所以可合并为一个电源，化简后的等值电路如图56所示系统最大运行时1451745843/12XX系统最小运行时14517457/6/38192TTXX把、从110KV侧归算到35KV侧可得16X7221863854401271XKT系统最大运行时2219748T系统最小运行时2219738516160215T由此可得到图57所示的等值电路图将和串联化简后可得18X9最大运行方式2018927148X最小运行方式20189523化简后的电路图如图58所示图55图56图57图5852435KV侧到水泥厂长度为20KM线路的保护整定计算过程图59根据前面所述并参照图59对本段线路进行电流的段保护整定。一、电流的段保护，即电流速断保护的整定动作电流为MAX13824DZKDMIKKAMAXSIN205/318DDLEXX灵敏性校验INMAX013/42342SDZLI82495满足要求MIN000IN9571L动作时间TS二、电流的段保护，即限时电流速断保护的整定动作电流为MAX130712DZKDNIKIKAMAXSIN2085/307149DNDLTEXX灵敏性校验满足要求MI1571MLZIMINAX20332DMSDLEI385/174KA动作时间T5ST三、电流的段保护，即定时限过电流保护的整定动作电流MAX139810KZQDZFHKIIMAX155240593COSNNFPSAU灵敏性校验近后备满足要求3IN7104DMLMZIKINAX2032DSDLEEIXX385/1724KA远后备满足要求3MIN0652DNLZIKINAX2032DSDLTEEIXX85/36149KA动作时间T0ST5310KV线路保护整定计算531系统网络化简当对10KV侧线路进行保护的整定计算时系统的等值电路图可参考35KV侧计算时的网络等效图，所以由图54可近似得出图510所示的等值电路图网络中各电抗参数如下16310624X系统最大运行方式时146158157243系统最小运行方式时14615X572917最大运行方式时系统的阻抗最小，而最小运行方式时的系统阻抗最大。所以与分14X5别有两种取值。设10KV侧到棉纺厂长度为35KM的线路电抗为则图510L04351LMX根据任务书中负荷资料情况，按10KV侧棉纺厂远景最大负荷来选MAX3IPMW择水泥厂的降压变压器。参考电力工程电气设备手册可选10KV级S7系列变压器，其型号为S73150/10KVA/KV根据该型号变压器的技术参数可知315NSWVA05SU按上两台变压器可求该变压器的电抗为220510913SNTUX所以图510可以等效为图511所示的等值电路图因为S1、S2两个系统的电压等级相同，所以可合并为一个电源，化简后的等值电路如图512所示系统最大运行时1451745843/12XX系统最小运行时图51114517457/36811/902TTXX把、从110KV侧归算到10KV得16722186105440832KT系统最大运行时221973101XT系统最小运行时2219705163683T由此可得到图513所示的等值电路图将和串联化简后可得18X9最大运行方式201890213X最小运行方式201890213X化简后的电路图如图514所示图512图513图51453210KV侧到棉纺厂长度为35KM线路的保护整定计算过程图515根据前面所述并参照图515对本段线路进行电流的段保护整定。一、电流的段保护，即电流速断保护的整定动作电流为MAX135461DZKDMIKKAMAXSIN20/35MDLEXX灵敏性校验INMAX01310/31426SDZLI94满足要求MIN000IN21653L动作时间TS二、电流的段保护，即限时电流速断保护的整定动作电流为MAX1206DZKDNIKIKAMAXSIN2015/32049NDLTEKAXX灵敏性校验满足要求IN354163DMLMZIINAX202DSDLEEIXX3105/34KA动作时间TST三、电流的段保护，即定时限过电流保护的整定动作电流MAX12306585KZQDZFHKIIAMAX157303COS1NNFPSU灵敏性校验近后备满足要求3MIN541086DMLZIKINAX2032DSDLEEIXX105/34KA远后备满足要求3MIN9721605DNLZIKINAX2032DSDLTEEIXX1/3197045KA动作时间TST第6章电力变压器保护整定61引言变压器是电力系统中的重要电器设备之一。尽管它是静止设备，结构可靠，但运行经验表明，在实际运行中，仍可能发生各种故障和不正常运行状况，对整个电力系统带来严重的影响。因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设可靠的保护装置。电力变压器多为油浸式的，其高低压绕组均在油箱内，故变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障两种。内部故障主要有绕组的相间短路、匝间短路和单相接地故障等；外部故障主要是绝缘套管和引出线上的相间短路以及在中性点直接接地侧的单相接地短路等。变压器发生内部故障是很危险的，因为故障电流产生的电弧，不仅会破坏绕组的绝缘，烧毁铁芯，而且将引起绝缘材料和变压器油的急剧气化，从而可能导致变压器油箱的爆炸。变压器的不正常工作情况主要是由于外部短路引起的过电流，长时间的过负荷和不允许的油面降低等。它将使变压器绕组温度升高，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至引起变压器内部故障，因此必须采取措施加以消除。62变压器的保护方式根据变压器的故障类型和异常运行状态，变压器一般应装设下列保护装置。621瓦斯保护容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护，作为变压器油箱内部故障和油面降低的主保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时作用于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器。容量为400KVA及以上的车间内油浸式变压器，也应装设瓦斯保护。622纵差动保护和电流速断保护容量在1000KVA及以上的单独运行变压器和6300KVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动保护；对于容量为6300KVA及以上单独运行的重要变压器，也可装设纵联差动保护，作为变压器内部绕组、绝缘套管及引出线上相间短路的主保护。对于容量在1000KVA及以下的变压器，其过电流保护时限大于05S时，可采用电流速断保护代替差动保护，但是，如果容量在2000KVA及以上的变压器，电流速断的灵敏度不能满足要求时，则仍应装设差动保护。623过电流保护对于由外部相间短路引起变压器的过电流，应装设过电流保护装置，保护装于主电源侧，同时也作为上述主保护的后备保护。根据主接线情况，保护装置可带一段和两段时限，动作后，以较短的时限动作于缩小故障影响范围，以较长的时限动作于变压器两侧开关。624过负荷保护容量在400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能出现过负荷的情况，装设过负荷保护。变压器过负荷，大多数情况下时三相对称的，因此，保护可接于一相电流上，延时作用于信号。对无人值班的变电站，必要时过负荷保护可动作于切除一些次要负荷或跳闸。63变压器保护整定计算631变压器瓦斯保护及整定一、瓦斯继电器的类型瓦斯继电器又称气体继电器，瓦斯继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。目前，国内采用的瓦斯继电器有浮筒档板式和开口档板式两种形型式，均有两对触点引出，可以并联使用。瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成。变压器内部发生轻微故障时，继电器触点闭合，发出瞬时“轻瓦斯动作”信号。变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强烈的油流冲击档板，继电器触点闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器侧断路器。因重瓦斯继电器触点有可能瞬时接通，故跳闸回路中一般要加自保持回路。变压器严重漏油使油面下降时，继电器动作，同样发生“轻瓦斯动作”信号。二、瓦斯保护的整定1、一般瓦斯继电器气体容积整定范围为200300CM2，变压器的容量在100KVA以上时，一般正常整定值为2500CM3，气体容积整定值利用调节重锤的位置来改变的。2、重瓦斯保护油流速度的整定重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为0615M/S时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越故障电流的影响，在导油管中油流速度约为0405M/S。因此，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定在1M/S左右。632变压器差动保护的整定计算变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时，由于变压器的励磁电流、接线方式和电流互感器误差等因素的影响，使差动继电器中有不平衡电流流过，且这种不平衡电流远比发电机及线路差动保护的大。因此，减小或消除不平衡电流对差动保护的影响是变压器差动保护中很重要的问题之一。差动保护的主要元件是差动继电器，根据变压器差动回路在外部故障及励磁涌流情况下不平衡电流很大的特点，目前广泛采用具有速饱和变流器的BCH型差动继电器，其类型如下带短路线匝的BCH2型差动继电器；带磁制动特性的BCH1型差动继电器；多侧磁制动特性的BCH4型差动继电器；鉴别涌流间断角的差动继电器；二次谐波制动的差动继电器。其中BCH2型继电器是利用短路线圈的二次传变作用使继电器躲过励磁涌流的能力得到提高。由于一般中小型变压器励磁涌流的倍数较大，因此往往采用躲过励磁涌流的能力较强的BCH2型差动继电器，所以对本设计所选的变压器采用BCH2型继电器构成的纵联差动保护。BCH2型继电器构成的变压器纵联差动保护的整定计算。一、基本侧电流的确定。在变压器的各侧中选二次侧电流最大的一侧为基本侧。各侧二次电流的计算方法如下1、按额定电压及变压器的最大容量计算各侧一次额定电流为高压侧（110KV侧）113501589NTSIAU中压侧（35KV侧）12247268N低压侧（10KV侧）13350319TSI2、选择电流互感器变比为1185475CONNCTJSKI122316CONJS33745CNCTJSI式中高压侧（110KV侧）计算变比；1CTJSK中压侧（35KV侧）计算变比；2JS低压侧（10KV侧）计算变比；3CTJS电流互感器接线系数，三角形接线时为，星型接线时为CONK31。由电流互感器的计算变比选择实际变比为160CT20CTK340CTK3、电流互感器二次电流分别为高压侧1213586CONNNCTIIA中压侧1224710CONK低压侧13233CONNNCTII因为110KV侧二次额定电流最大，所以选择110KV侧为基本侧。二、计算各侧外部短路时的最大短路电流由所选的变压器型号为SFSZL731500/110（KVA/KV）可知其各参数为额定电压KV001825/325/1额定容量315WVA连接组号YNYN0D11阻抗电压US12105US13175US2365则系统接线图如图61所示图6将系统网络图等效化简后得出如图62所示的等值电路图，其电抗值参照线路计算时的数值。系统最大运行方式下X1181X24843系统最小运行方式下X1185X25173X316XT14513XT2012XT3024图62图63因为S1、S2两系统电压等级相同，所以可以合并为一个电源，其等效电路图为图63所示最大运行方式下1248438765132X最小运行方式下1245190对图3进行化简得到如图4所示的等效电路图最大运行方式下X5X3X416132148最小运行方式下X5X3X4161361521、计算当35KV外部短路时的最大和最小短路电流为将35KV侧的电抗归算到基本级（110KV）侧，则图6422T215X038TK91因为35KV侧变压器的电抗为负值，所以可以忽略不计，由此可得31MAXIN521/34580DSDTEIKAXX21INMAX521/380DSDTE2、计算当10KV外部短路时的最大和最小短路电流为将10KV侧的电抗值归算到基本侧（110KV）侧，则223104041285TTXK2MAXIN53/5DSDTEIKAX2INMAX5331/32228DSDTE因为35KV侧外部短路发生三相短路时的短路电流最大，所以就取最大外部短路电流为3MAX450DIKA三、保护装置动作电流的确定。保护装置的动作电流可按下面三个条件决定1、躲过变压器的励磁涌流AIINKBKDZ42051831KK可靠系数，取13；INB基本侧变压器的额定电流。2、躲过电流互感器二次回路断线时变压器的最大负荷电流IKINKLKDZ42051831MAXKK可靠系数,取13；ILMAX变压器基本侧的最大负荷电流,当无法确定时,可用基本侧变压器的额定电流。3、躲过外部短路时的最大不平衡电流MAX353810DZAIFZQTXKDZIFUKI4013450A7式中FI电流互感器容许最大相对误差，采用01；KTX电流互感器同型系数，型号相同时取05，不同时取1；KFZQ非同期分量引起的误差,取为1；变压器的高中压侧由于改变分接头引起的相对误差,10U538一般采用调压范围的一半。取上述三个条件的最大值作为保护动作电流的计算值，即IDZJS1755A4、基本侧继电器匝数的确定。基本侧继电器的动作电流可按下式计算317509764CONDZJSDZJSCTKIIA基本侧继电器的匝数为0687WCDJSZJSAWI匝匝所以按继电器实际抽头选用差动线圈的整定匝数为匝7CDZW根据选用的基本侧工作线圈匝数，计算出继电器的实际动作电流和保护JDZI的一次动作电流为DZIAWCDWJZ6870KICONNCTJSZ2983015、确定非基本侧工作线圈和平衡线圈的匝数匝450145621538CDZNJSFPHI匝2133211CDZJSFHWW选取匝1538ZFJPHZFJPH实际工作线圈匝数为匝8711538CDZZFJGZFJG计算由于整定匝数与计算匝数不等产生的相对误差045053838538CDZJSPHPHZAWF172538111CDZJSHHZAF相对误差，所以应将实际值代入公式07538ZAF重新计算动作电流得MAX353810DZAIFZQTXKDZIFUKIMAX353810DZAIFZQTXKDZIFI407134520A87则基本侧的动作电流为31872039814CONDZJSDZJSCTKIIA差动线圈的匝数为0647WCDJSZJSAWI匝匝由于精确计算匝数大于原整定匝数，故仍可选取匝CDZW6、保护的灵敏性校验。当系统最小运行方式下，10KV侧出口处发生两相短路时，保护装置的灵敏系数最底。则满足要求2MINMIN1320498CONCODLMDZZKII第7章母线保护71引言在发电厂和变电站中，户外和户内配电装置的母线是电能集中与分配的重要环节，它的安全运行对不间断供电具有极为重要的意义。虽然对母线进行着严格的监视和维护，但它仍有可能发生故障。母线故障的原因一般是母线绝缘子及套管闪络；电压互感器或装于母线与断路器之间的电流互感器故障；母线隔离开关在操作时绝缘子损坏；运行人员的误操作等。母线故障是发电厂和变电站中电气设备最重要的故障之一，它将使连接在故障母线上的所有元件，在故障母线修复期间或切换到另一组母线所必须的时间内停电；枢纽变电站高压母线故障时。由于母线电压降低，若不快速切除故障，将破坏电力系统的稳定运行。72母线故障的保护方式母线保护方式总的可分为两大类一类为利用供电元件的保护来切除母线故障，另一类为装设母线的专用保护装置。721利用供电元件的保护当发电厂和变电站的母线上短路时，若连接在母线上的供电元件的保护装置能够保证系统所要求的快速性、选择性、灵敏性的条件，并且在主要发电厂厂用电母线上残余电压不低于允许值（一般要求不底于5060URAT）时，一般不需要装设母线专用保护，而利用供电元件的保护切除母线故障。这种母线保护方式简单、经济，但切除故障的时间较长。因此，它只应用于不太重要的较低电压的网络中。722装设专门的母线保护在下列情况下，母线应装设专用保护装置一、110KV及以上电压等级电网的发电厂、变电站双母线和分段单母线；二、110KV及以上的单母线，重要的发电厂或110KV及以上重要变电站的35KV66KV母线，按电力系统稳定和保证母线电压等要求，需要快速切除母线故障时；三、3566KV电网中重要变电站的3566KV双母线或分段单母线，当母联或分段断路器上装设解列装置和其它自动装置后，仍不满足电力系统安全运行时；四、对于发电厂和主要变电站的110KV分段单母线或并列运行的双母线，须快速而有选择性地切除一段或一组母线上的故障，或因线路断路器系按电抗器后短路选择不允许切除线路电抗器前的短路时。母线专用保护应能保证快速性和选择性，并应有足够的灵敏性和工作可靠性。按差动原理构成的母线保护得到了广泛的应用。在直接接地系统中，母线保护采用三相式接线，以便反应相间短路。在非直接接地系统中可采用两相式接线。73母线保护的原理为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。实现母线差动保护所必须考虑的特点是在母线上一般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机等）。因此，就不像发电机的差动保护那样，只用简单的接线加以实现。但不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的，即在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有的元件中，流入的电流和流出电流相等，或表示为I0；当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都向故障点供给短路电流，而在供电给负荷的连接元件中电流等于零，因此，IID（短路点的总电流）；如从每个连接元件中电流的相位来看，则在正常运行以及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，具体说来，就是电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其它元件中的电流则是同相位的。先结合以上原则，举例说明如下。731完全电流差动母线保护在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的电流互感器。因为在一次侧电流总和为零时，母线保护用电流互感器必须具有相同的变比，才能保证二次侧的电流总和也为零。所有互感器的二次线圈在母线侧的端子互相连接，另一端的端子也互相连接，然后接入差动继电器。这样，继电器中的电流即为各个二次电流的向量和。在正常运行及外部故障时，流入继电器的是由于各互感器的特性不同二引起的不平衡电流；而当母线上故障时，则所有与电源连接的元件都向短路点供给短路电流，于是流入继电器的电流为即为故障点的全部短路电流，此电流足够使继电器动作而起动出口继电器，使断路器一一跳闸。差动继电器的起动电流应按如下条件考虑，并选择其中较大的一个一、躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流，当所有电流互感器均按10误差曲线选择，且差动继电器采用具有速饱和铁心的继电器时，起动电流IDZJ可按下式计算DZJMAXMAX01/KBPKDLIKII