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内容简介：

2011年度本科生毕业论文（设计）110KV变电站微机保护（继电保护） 2011年5月2011 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate 110 kv substations microcomputer protection （protection）May, 2011毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名：日期： 日期： 毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单姓名职称单位备注主席（组长）红河学院本科毕业论文（设计）摘要电力生产过程有别于其他工业生产过程的一个重要特点，就是它的生产、输送、变换、分配、消费的几个环节是在同一个时间内同步瞬间完成。电力生产过程要求供需严格动态平衡，一旦失去平衡生产过程就要受到破坏，甚至造成系统瓦解，无法维持正常生产。随着经济的快速发展，全国乃至全世界凸现缺电局面，如何进一步优化调度，加强电力资源的优化配置，最大限度满足电力需求成为人们探讨的问题之一。又随着计算机技术、通信技术、信息技术惊人的发展，变电站综合自动化技术进一步优化，整个电网运行的安全性和经济效益得到大幅提升。这项技术将引起电力行业有关部门的重视，成为变电站设计核心技术之一。本次设计的课题是一个110KV变电站初步电气设计，该站建成后与110KV电网相连，具有110KV、10KV两个电压等级，本站位于镇郊，地势平坦，交通便利，无环境污染，站址工程地质良好。本次设计的变电站主变采用两台SZ10-20000kVA/110KV型双绕组有载调压变压器，两台互为备用，即使有一台主变停电后，也可由另一台主变带全部外送电力的70%以上，提高了供电的可靠性。110KV侧主接线最后采用双母线接线， 10KV侧也采用双母线分段接线。10KV侧装设两台站用变压器，分别接于两分段母线上，平时两台站用变压器分列运行，当一台站用变出现故障，分段断路器由自投装置动作合闸，实现备用。关键词:短路电流;变电所;设备选择；微机保护Abstractelectric power production process is distinguished from other industrial production process, is an important feature of the production, transmission, it transform, distribution, and consumption some links in the same time synchronization is complete. Moments Power supply and demand strict production process requirements dynamic balance, once lost balance production process will damage, even cause system collapse, unable to maintain normal production. Along with the rapid development of economy, the lack of electricity situation highlights and even the world, how to further optimize scheduling, strengthen the optimized allocation of power resource to satisfy power demand become people to explore one of the problems. And along with the computer technology, communication technology, information technology, the most astonishing development substation integrated automation technology further optimization, the power network operation safety and economic benefits have been increased greatly. This technology will cause the attention of electric power industry departments concerned, become one of substation design core technology. This design topic is a 110 kv substations preliminary electrical design, after completion of 110 kv power station with 110 kv and connected, has two voltage level, this site consumers 10KV located in the outskirts of town, with a flat, convenient transportation, no environmental pollution, hail engineering geology is good. The design of the main transformer substations adopted two SZ10-20000kVA / 110 kv type duplex winding transformer on-load changer, two as spare, even if there is one of the main change, also can be cut in the main transformer by another with all foreign send power more than 70 percent of the reliability of power supply, improve. 110KV side by Lord wiring last single bus wiring, consumers 10KV side also USES single busbar subsection wiring. Two stations installed consumers 10KV side with transformer, in two subsection busbar respectively after two stations, usually with transformer respectively, when a stations run by variable malfunction, segmentation breaker from switch device, realize the backup. Action off Key Words: Substation；Short Circuit Calculation；Equipment Selection目录第1章 继电保护11.1继电的保护11.2继电的保护的特性11.3纵联差动保护11.3.1纵联差动保护的原理11.3.2 比率制动式纵差保护的整定2第2章 变压器保护52.1变压器瓦斯保护52.2 变压器过负荷保护62.3过电流保护6第3章 线路保护保护93.1 10KV线路的自动重合闸保护93.1.1自动重合闸的作用93.1.2自动重合闸的选择93.1.3单电源自动重合闸的整定计算93.2 10KV线路的距离保护103.2.1距离保护原理103.2.2距离保护的整定103.3 10KV线路的零序过电流保护113.3.1零序电流保护原理113.3.2零序电流保护的整定计算步骤113.4过电压保护14设计心得：15参考文献：16附录17致 谢18红河学院本科毕业论文（设计）1第1章 继电保护1.1继电的保护电力系统中的电力设备和线路应装设短路故障和异常运行保护装置，电力设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要可再增设辅助保护。主保护是满足系统稳定和设备有选择的切除被保护设备和线路故障的保护。 后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，后备保护可分为远后备的近后备两种子选手方式，远后备是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，近后备是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护，是当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的后备保护。辅助保护是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增设的简单保护。1.2继电的保护的特性电力变压器的保护使用继电保护装置，其装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。1.3纵联差动保护1.3.1纵联差动保护的原理由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，亦即在正常运行和外部故障时，差动回路的电流等于零。即 （变压器变比） 式中:高压侧电流互感器的变比；低压侧电流互感器的变比 变压器的变比 所以这时Ir=0，实际上，由于电流继电器接线方式，变压器励磁电流，变比误差等影响导致不平衡电流的产生，故Ir不等于0 ，针对不平衡电流产生的原因不同可以采取相应的措施来减小。本次设计所采用的变压器型号为：SZ10-20000/110。对于这种大型变压器而言，它都必需装设单独的变压器差动保护，这是因为变压器差动保护通常采用两侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压侧电流互感器，低压侧电流引自变压器低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为二组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。所以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护，但当大型变压器内部产生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，纵联差动保护不能动作，这时我们还需对变压器装设另外一个主保护瓦斯保护。图4-1 差动保护原理图1.3.2 比率制动式纵差保护的整定比率制动特性的纵差保护的动作特性，通常用直角坐标系上的一条折线表示。该坐标系纵轴为保护的动作电流Iop；横轴为制动电流Ires，如图4-2所示。折线ACD的左上方为保护的动作区，折线右下方为保护的制动区。图4-2 纵差保护动作特性曲线图 这一动作特性曲线由纵坐标OA，拐点的横坐标OB，折线CD的斜率S三个参数所确定。OA表示无制动状态下的动作电流，即保护的最小动作电流Iop.min。OB表示起始制动电流Ires.0。 动作特性三个参数，目前在工程实用上有两种整定计算方法，现分述如下。 折线上任一点动作电流Iop与制动电流Ires之比Iop/IresKres称为纵差保护的制动系数。由图中各参数之间的关系可导出， 制动系数Kres与折线斜率S之间的关系如下式所示 从图可见，对动作特性具有一个折点的纵差保护，折线的斜率S是一个常数， 而制动系数Kres则是随制动电流Ires而变化的。在实际应用中，是通过保护装置的参数调节整定折线的斜率来满足制动系数的要求。1)纵差保护最小动作电流的整定。最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流，即Iop.minKrel(Ker+U+m)IN/na = 1.4（0.02+0.1+0.05）33/20 =0.4A式中：IN变压器额定电流；na电流互感器的变比；Krel可靠系数，取1.31.5；Ker电流互感器的比误差，10P型取0.032，5P型和TP型取0.012；U变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值(百分值)；m由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05。 在工程实用整定计算中可选取Iop.min(0.20.5)INna。一般工程宜采用不小于0.3IN/na的整定值。 根据实际情况(现场实测不平衡电流)确有必要时也可大于0.5IN/na。 2)起始制动电流Ires.0的整定。起始制动电流宜取Ires.0(0.81.0)IN/na。 Ires.00.91.65=1.4853)动作特性折线斜率S的整定。纵差保护的动作电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。变压器种类不同，不平衡电流计算也有较大差别，下面给出普通双绕组变压器差动保护回路最大不平衡电流Iunb.max计算公式。双绕组变压器Iunb.max(KapKccKer+U+m)Ik.max/na Iunb.max(1.00.11.6+0.1+0.05)3450/20 =53.1 式中：Ker0.1； Kcc电流互感器的同型系数，Kcc1.0；Ik.max外部短路时，最大穿越短路电流周期分量；Kap非周期分量系数，两侧同为TP级电流互感器取1.0；两侧同为P级电流互感器取1.52.0。差动保护的动作电流Iop.maxKrelIunb.max1.453.1=74.34 最大制动系数= Iop.max/Ires.max = 74.34/177=0.42 式中最大制动电流Ires.max的选取，因差动保护制动原理的不同以及制动线圈的接线方式不同而会有很大差别，在实际工程计算时应根据差动保护的工作原理和制动回路的接线方式而定。制动线圈的接线原则是使外部故障时制动电流最大，而内部故障时制动电流最小。当制动线圈数比变压器绕组少，不可能将每侧电流分别接入制动线圈时，可以将几个无源侧电流合并后接入制动线圈，但不应将几个有源侧电流合并接入制动线圈。 3第2章 变压器保护2.1变压器瓦斯保护 瓦斯保护是反应变压器油箱内各种故障的主保护。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瓦斯保护应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应瞬时动作于断开变压器各侧断路器。 瓦斯保护动作于信号的轻瓦斯部分，通常按产生气体的容积整定。对于容量10MVA以上的变压器，整定容积为250300ml。 瓦斯保护动作于跳闸的重瓦斯部分，通常按通过气体继电器的油流流速整定。流速的整定与变压器的容量、接气体继电器的导管直径、变压器冷却方式、气体继电器的型式等有关。表4-1瓦斯保护油流动作流速整定表变压器容量kVA气体继电器型式连接导管内径mm冷却方式动作流速整定值m/s1000及以下QJ-5050自冷或风冷0.70.870007500QJ-5050自冷或风冷0.81.0750010000QJ-8080自冷或风冷0.70.810000以上QJ-8080自冷或风冷0.81.0200000以下QJ-8080强迫油循环1.01.2200000及以上QJ-8080强迫油循环1.21.3有载调压开关QJ-25251.0瓦斯保护原理如图4-3所示。图4-3 瓦斯保护原理示意图2.2 变压器过负荷保护 根据变压器各侧绕组及自耦变压器的公共绕组可能出现过负荷情况，应装设过负荷保护。大型变压器的过负荷，通常是对称过负荷，故过负荷保护只接一相电流。过负荷保护的动作电流应按躲过绕组的额定电流整定，按下式计 式中：Krel可靠系数，采用1.05；Kr返回系数，0.850.95；IN被保护绕组的额定电流。 过负荷保护动作于信号。保护的动作时间应与变压器允许的过负荷时间相配合，同时应大于相间故障后备保护的最大动作时间(通常可大2个时间阶段)。 =1015S取10S 2.3过电流保护 过电流保护主要用于降压变压器，作为防御外部相间短路引起的变压器过电流和变压器内部相间短路的后备保护。1）过电流保护的动作电流计算。为了保证选择性，过电流保护的动作电流应能躲过可能流过变压器的最大负荷电流，即Iop=1.3/0.85/2030=4.67 式中：Krel可靠系数，取1.21.；Kr返回系数，取0.850.95；IL.max最大负荷电流。 2） 最大负荷电流IL.max可按以下情况考虑并取其最大者：对并列运行的变压器，应考虑切除一台时，余下变压器所产生的过负荷电流，当各台变压器容量相等时，可按下式计算 式中：m并联运行变压器的最少台数；IN每台变压器的额定电流。 当并联运行的变压器容量不等时，应考虑容量最大的一台变压器断开后引起的过负荷。对两台分列运行的降压变压器，在负荷侧母线分段断路器上装有备用电源自动投入装置时，应考虑备用电源自动投入后负荷电流的增加。IL.maxIL.max+KssKremI.L.max 式中：IL.max所在母线段正常运行时的最大负荷电流；IL.max另一母线段正常运行时的最大负荷电流；Krem剩余系数，母线停电后切除不重要负荷，保留下来的负荷与原负荷之比。与下一级过电流保护相配合，则IL.max1.1Iop+Im.L.max 式中：Iop分段断路器或与之相配合的馈线过电流保护的动作电流；Im.L.max本变压器所在母线段的正常运行最大负荷电流。3）灵敏系数校验。保护的灵敏系数可按下式校验 Ksen=2893/4.67/20=30.9 式中： 后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流。 要求Ksen1.3(近后备)或1.2(远后备)。17第3章 线路保护3.1 10KV线路的自动重合闸保护3.1.1自动重合闸的作用1)大大提高供电的可靠性，减少线路停电的次数2)在高压输电线路上采用重合闸，可以提高电力系统并联运行的稳定性3)对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起纠正的作用3.1.2自动重合闸的选择110kv及以下的单侧电源线路一般采用三相一次重合闸装置，所以本设计采用三相一次重合闸, 三相重合闸结构相对比较简单，保护出口可直接动作控制断路器，保护之间互为后备的保护性能良好。 3.1.3单电源自动重合闸的整定计算AAR装置的动作时限：从减少停电时间和减轻电动机自启动要求考虑，AAR的动作时限越短越好，实际上要考虑下面两个条件1)AAR装置的动作时限必须大于故障点去游离的时间，以使故障点绝缘强度能可靠地恢复。2)AAR装置的动作时限必须大于断路器及其操作机构准备好重合闸的时间。这时间包括断路器触头周围介质绝缘强度恢复及灭弧室充满油的时间，以及操作机构恢复原位做好重合闸准备的时间。一般情况下，断路器及其操作机构准备好重合闸的时间都大于故障点介质去游离的时间，因此AAR的动作时限只按条件b考虑.对于不对应启动方式： 对于继点保护启动方式： 式中 -操作机构准备好合闸时间，对电磁操作机构取0.30.5， -断路器的跳闸时间与储备时间，通常取0.30.4对于不对应启动方式： 满足要求对于继点保护启动方式： 满足灵敏性。注：式中取 ； ；3.2 10KV线路的距离保护3.2.1距离保护原理电流保护的主要优点是简单，可靠，经济，但它的灵敏性受系统运行方式变化的影响较大，特别是在重负荷，长距离，电压等级高的复杂网络中，很难满足选择性，灵敏性以及快速切除故障的要求，为此，必须采用性能完善的保护装置，因而就引入了“距离保护”。3.2.2距离保护的整定 1) 距离保护I段的整定 原则：按躲过线路末端故障整定。 2) 距离保护II段的整定 原则1：与相邻线路的距离I段配合 原则2：按躲过线路末端变压器低压母线短路整定 （考虑到的计算误差大） 取上述两项中数值小者作为保护II段定值。 动作时间： 灵敏度校验：按本线路末端故障校验灵敏度。 要求大于1.25。 若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护II段配合。3) 距离保护III段整定 原则：按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定。 求最小负荷阻抗：考虑外部故障切除后，电动机自启动时，距离保护III段应可靠返回。对于全阻抗继电器，其整定值为：对于方向阻抗继电器。其整定阻抗为：4）动作时间按阶梯时限原则整定。在负荷阻抗同样的条件下，采用方向阻抗继电器比采用全阻抗继电器时，距离保护三段的灵敏度高。灵敏度校验： 近后备的灵敏度： 要求大于1.5 远后备的灵敏度： 求大于1.2 说明方向阻抗比全阻抗继电器灵敏度高的图。 5) 最小精确工作电流校验 按各段保护范围末端短路的最小短路电流整定。 3.3 10KV线路的零序过电流保护3.3.1零序电流保护原理零序电流保护属于小接地电流系统的保护方式，它利用当系统发生故璋时零序电流比正常运行时较大的特点，来实现有选择性地发出信号或瞬时切断主回路电源避免事故。的发生.尽管此种保护方式属于小接地电流系统，但早已在发电厂、变电站和配电系统中得到较广泛的应用。3.3.2零序电流保护的整定计算步骤1)零序电流保护段的整定按躲开本线路末端接地短路的最大零序电流整定，即 式中 可靠系数，取1.21.3；计算时取1.3线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流。零序电流保护段的保护最小保护范围亦要求不小于本保护线路长度的15%。整定的动作延时为0。2） 零序电流保护段的整定此段保护按满足以下条件整定：按与相邻下一级线路的零序电流保护段配合整定，即 式中 可靠系数，取1.1。 分支系数，按实际情况选取可能的最小值； 相邻下一级线路的零序电流保护I段整定值。 当按此整定结果达不到规定灵敏系数时，可改为与相邻下一级线路的零序电流保护段配合整定： 零序段的灵敏度校验： 1.31.5 零序电流保护段的动作时间： 或3）零序电流保护段保护的整定此段保护一般是起后备保护作用。段保护通常是作为零序电流保护II段保护的补充作用。零序电流保护段保护按满足以下条件整定：按躲开下一条线路出口处发生三相短路时，流过保护装置的最大不平衡电流来整定 式中 可靠系数。取1.25。 最大不平衡电流。 其中 式中 非周期分量系数,取12； 电流互感器的同性系数,取0.5； 电流互感器的10%误差,取0.1； 下一级线路始端三相短路的最大短路电流。零序段的灵敏度校验： 当作为近后备保护时， 1.3 1.5 当作为远后备保护时， 式中 本线路末端短路时在小方式运行下的最小零序电流。 下一级线路末端短路时在小方式运行下的最小零序电流。 最大分支系数。零序电流保护段的动作时间： 或4）时限的确定:对于环型网络,若按阶梯原则与相邻线路配合时,会产生断路器误动的现象因此应找出解环点所以必须选出某一线路的保护段与其相邻的保护段配合此即环网保护段的动作时限的起始点，此起始点的选择原则是：应考虑尽可能使整个环网中保护三段的保护灵敏度较高。 各段保护的整定时间均应按整定配合原则增加时间级差。 当分支系数随短路点的移远而变大时，例如有零序互感的平行线路，保护的整定配合应按相配合保护段的保护范围末端进行计算，一般可用图解法整定， 与相邻双回线路的零序保护配合整定。当双回线路装设了横联差动保护时，为提高灵敏度，可按与横联差动保护配合整定，即按双回线路全线为快速保护范围考虑，但时间整定要考虑横联差动保护相继动作的延时；如考虑双回线运行中将横联差动保护停用的情况时，可相应提出将双回线路运行临时改为单回线路运行的措施。3.4过电压保护 在变电所周围装设独立避雷针，为防止直击雷和雷电波的危害，在10kV出线安装金属化物避雷器；变压器安装金属氧化物避雷器；10kV母线也用一组金属氧化物避雷器进行过压保护。设计心得：毕业设计作为大学阶段一次重要的学习经历，自己觉得受益非浅，同时也感到自己的理论水平在不断地提高。 通过此次毕业设计，加深了我对供电知识的理解，了解了供电设计的思路和方法以及设计中需注意的问题，对变电所的设计从一无所知到一定程度的掌握，起到了非常重要的作用。但是，实践才是检验真理的唯一标准。我要在以后的工作中检验自己的所学，来完善自己的知识结构，真正的做到学以致用。这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，计算，信息分析及使用办公室软件的能力。 每位同学都已经准备步入社会，进入工作岗位，这样梳理自己所学机会对我们来说已经不多了，我们都很重视。在设计过程中，我们充分发扬了团队合作的精神，互相配合，一起进行课题分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。通过这次设计，我们都感觉到的团队力量是巨大的，高效的，我相信这种团队精神在我以后的工作中也会继续发扬下去的。由于资料的有限和个人能力的不足，设计过程中还存在许多问题，比如在设备的选择与校验方面，因为没有具体参数，所以有部分的数据是不符合的。再者，因为我们没有实际的工作经验，在设计过程中对设备的实用性及经济性方面考虑得欠周到，以至于所选设备在经济成本上可能会较高以及设备利用率不高。在以后的工作中，我将会主动收集各方面资料，弥补自己知识的欠缺，尽可能的设计出即经济又可靠的配电方案。参考文献：1 刘介才.工厂供电.机械工业出版社，20072 刘学军.继电保护原理.中国电力出版社，20043 中华人民共和国能源部.电工培训教材(上、下册).辽宁科学技术出版，19924 董锦凤.毕业论文设计指导.西安电子科技大学出版社, 20055 陈跃.电气工程专业毕业设计指南. 中国水利水电出版社，20086 杨晓敏.电力系统继电保护原理及应用.中国电力出版社，2006附录 致 谢本篇论文是在刘玉福老师悉心关怀和精心指导下完成的。从论文整体方案的确立到每章节内容的详细审定，无不倾注了刘老师的巨大心血和辛劳。老师求实的治学态度，认真细致的工作作风，深厚的学术造诣和丰富的实践经验，使我受益匪浅。他强烈的事业心，高度的责任感，将激励我在今后的工作学习中不断努力进取。在这里，我特别的感谢刘老师对我学习上的关怀！老师，衷心的谢谢您！最后，对所有评阅我的毕业论文的老师们表示深深的敬意！真诚的希望您们能给予意见与指导。谢谢！ 2010年6月2011年度本科生毕业论文（设计）110KV变电站微机保护 2011年5月2011 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate 110 kv substations microcomputer protectionMay, 2011毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名：日期： 日期： 毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单姓名职称单位备注主席（组长）本科毕业论文(设计)摘要电力生产过程有别于其他工业生产过程的一个重要特点，就是它的生产、输送、变换、分配、消费的几个环节是在同一个时间内同步瞬间完成。电力生产过程要求供需严格动态平衡，一旦失去平衡生产过程就要受到破坏，甚至造成系统瓦解，无法维持正常生产。随着经济的快速发展，全国乃至全世界凸现缺电局面，如何进一步优化调度，加强电力资源的优化配置，最大限度满足电力需求成为人们探讨的问题之一。又随着计算机技术、通信技术、信息技术惊人的发展，变电站综合自动化技术进一步优化，整个电网运行的安全性和经济效益得到大幅提升。这项技术将引起电力行业有关部门的重视，成为变电站设计核心技术之一。本次设计的课题是一个110KV变电站初步电气设计，该站建成后与110KV电网相连，具有110KV、10KV两个电压等级，本站位于镇郊，地势平坦，交通便利，无环境污染，站址工程地质良好。本次设计的变电站主变采用两台SZ10-20000kVA/110KV型双绕组有载调压变压器，两台互为备用，即使有一台主变停电后，也可由另一台主变带全部外送电力的70%以上，提高了供电的可靠性。110KV侧主接线最后采用双母线接线， 10KV侧也采用双母线分段接线。10KV侧装设两台站用变压器，分别接于两分段母线上，平时两台站用变压器分列运行，当一台站用变出现故障，分段断路器由自投装置动作合闸，实现备用。关键词:短路电流;变电所;设备选择；微机保护Abstractelectric power production process is distinguished from other industrial production process, is an important feature of the production, transmission, it transform, distribution, and consumption some links in the same time synchronization is complete. 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This design topic is a 110 kv substations preliminary electrical design, after completion of 110 kv power station with 110 kv and connected, has two voltage level, this site consumers 10KV located in the outskirts of town, with a flat, convenient transportation, no environmental pollution, hail engineering geology is good. The design of the main transformer substations adopted two SZ10-20000kVA / 110 kv type duplex winding transformer on-load changer, two as spare, even if there is one of the main change, also can be cut in the main transformer by another with all foreign send power more than 70 percent of the reliability of power supply, improve. 110KV side by Lord wiring last single bus wiring, consumers 10KV side also USES single busbar subsection wiring. Two stations installed consumers 10KV side with transformer, in two subsection busbar respectively after two stations, usually with transformer respectively, when a stations run by variable malfunction, segmentation breaker from switch device, realize the backup. Action off Key Words: Substation；Short Circuit Calculation；Equipment Selection目录第1章 概述1页1.1所址的选择1页1.2变压器的选择1页1.3电力电容器的选择1页1.4电气一次部分设计的基本情况2页1.5变电所布局与结构3页1.5.1变电所的总体布局要求局与结构3页1.5.2变压器室的布局4页1.6电气主接线选择4页第2章 短路电流计算5页2.1短路电流的计算目的及一般原则.5页2.1.1.短路电流计算的目的6页2.1.2.短路电流一般规定.6页2.1.3短路电流计算原则6页2.3.最大运行方式下短路电流的计算6页2.4.最小运行方式下短路电流的计算8页2.5短路电流计算结果表9页第3章 主要电器设备的选择.10页3.1断路器和隔离开关的选择.10页3. 1.1断路器,隔离开关的选择原则.10页3.1.2 变压器110KV侧断路器及隔离开关.11页3.1.3变压器10KV侧断路器及隔离开关.12页3.1.4线路10KV出线侧断路器及隔离开关 13页3.1.5.10KV侧母联断路器及隔离开关 13页3.1.610KV侧母联断路器及隔离开关.14页3.2互感器的选择15页3.2.1电流互感器的选择原则. 15页3.2.2 10KV出线电流互感器的选择 15页3.2.3变压器110KV侧电流互感器的选择 16页3.2.4变压器10KV侧电流互感器的选择16页3.2.5 110KV母线侧电流互感器的选择16页3.3电压互感器选择.16页3.3.1 电压互感器的选择原则16页3.3.2 110KV侧电压互感器的选择17页3.3.3 10KV侧电压互感器的选择 17页3.4母线的选择17页3.4.1 110KV侧母线的选择.17页3.4.2 10KV出线导线截面的选择.17页第4章 继电保护18页4.1继电的保护18页4.2继电的保护的特性18页4.3 变压器的差动保护. 18页4.3.1差动保护的原理18页4.3.2比率制动式纵差保护的整定19页4.4 变压器的瓦斯保护. 22页4.5 变压器的过负荷保护. 23页4.6 变压器的过电流保护. 23页4.7 10KV侧线路的自动重合闸保护.25页4.7.1自动重合闸的作用.25页4.7.2自动重合闸的选择.25页4.7.3单电源自动重合闸的整定计算.25页4.8 10KV侧线路的距离保护.26页4.8.1距离保护原理.26页4.8.2距离保护的整定.26页4.9 10KV侧线路的零序保护.27页4.9.1零序电流保护原理.27页4.9.2零序电流保护的整定计算28页4.10 10KV侧线路的过电压保护.30页第5章 WDJS8000电力系统微机继电保护.30页5.1微机保护的定义.30页5.2 WDJS8000电力系统微机保护的优点30页5.3 WDJS8000电力系统微机保护装置的使用范围31页5.4 WDJS8000电系统微机保护装置简介31页5.4.1 WDJS8000电力系统微机保护装置简图31页5.4.2电源插件32页5.4.3信号插件32页5.4.4 CPU插件33页5.4.5交流插件33页5.4.6硬件33页5.4.7软件34页5.4.8功能34页5.4.9技术指标34页5.5 WDJS8000电力系统人机接口说明35页5.5.1面板说明 35页5.5.2显示菜单说明.36页5.6 WDJS8000电力系统保护原理42页5.6.1 110变压器微机保护.42页5.6.2 零序电流保护44页5.6.3 过负荷保护44页第6章 防雷保护和接地装置计算45页6.1 变电所的防雷设计原则和主要防雷设备45页6.2. 变电所的防雷设计.45页6.3.避雷器 45页6.3.1对避雷器的基本要求 46页6.3.2各种避雷器的主要应用场合.46页6.3.3避雷器保护设备须满足条件 47页6.4 避雷器的选择47页6.5 接地网48页附录：1.变电站主接线图 2.变压器继电保护原理图 3.10KV出线继电保护接线图 4.变压器微机保护接线图 5.10KV出线微机保护接线图6.防雷接地保护配置图第一章 概述1.1所址选择首先考虑变电所所址的标高，历史上没有被水浸淹历史；进出线便于架空线路的引入和引出，尽量少占地并考虑发展余地；其次列出变电所所在地的气象条件：年均最高、最低气温、最大风速、覆冰厚度、地震强度、年平均雷暴日、污秽等级，把这些作为设计的技术条件。1.2变压器的选择变压器台数和容量的选择直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应依据电力系统5-10年的发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。选择主变压器型式时，应考虑以下问题：相数、绕组数与结构、 绕组接线组别（在电厂和变电站中一般都选用YN，d11常规接线）、调压方式、 冷却方式。 由于本变电所具有三种电压等级110KV、10KV，各侧的功率均达到变压器额定容量的15%以上，低压侧需装设无功补偿，所以主变压器采用双绕组变压器。为保证供电质量、降低线路的损耗此变压器采用的是有载调压方式，在运行中可改变分接头开关的位置，而且调节范围大。由于本地区的自然地理环境的特点，故冷却方式采用自然风冷却。 为保证供电的可靠性，该变电所装设两台主变压器。当系统处于最大运行方式时两台变压器同时投入使用，最小运行方式或检修时只投入一台变压器且能满足供电要求。1.3电气一次部分设计的基本情况工程规模：该变电所为110/10KV二级电压，所内装设SZ10-20000kVA/110KV型双绕组有载调压变压器，2回110KV架空进线， 10回10KV出线。变电所配有10KV无功补偿装置。主接线考虑110KV侧采用内桥接线方式， 10KV单母分段。 所用电配置：一台由10KV母线接出。防雷与接地：110KV进线侵入雷电波的保护是在架空线首端装一组避雷器，并配合进线上的相应保护。主变中性点装设一组避雷器及设间隙保护。10KV母线分别装设避雷器作为出线侵入的雷电波保护。直击雷由避雷针保护。主要参数： 系统参数：Xs.min=0.0581,Xs.max=0.0832 (Sd=100MVA,Ud=Uc=110kv为基准)110KV进线：双回路。10KV线路长度按20KM考虑，10回路。主变铭牌参数：主变：型号 SZ10-200000/110 接线： YNd11 电压组合： 11081.25%/10.5 空载损耗(kW)： 18.6负载损耗(kW)： 89空载电流(%)： 0.5%短路阻抗（%）：10.5%所用电负荷统计表如下，见表1-1设备名称容量（W）空调照明、电热取暖附属建筑取暖主变风载波通讯检修用电微机用电合计900090001000023007006000200039000考虑各母线上的电压平衡，所用电取自于10KV母线，由以上计算数据可选用S6-50/10型其参数如下所示： 额定电压：10/0.4 连接组构号Y. 1.4补偿装置的选择：电力电容器的选择方法并联电容器主要用来增加网络的无功功率以及提高受端的电压水平，对于35-100KV变电所中的电容器装置可按主变压器的10-30%考虑，电容器的选择应选择允许稳态过电流达到电容器额定电流的1.3倍，对于具有最大电容偏差的电容器，该选择过电流达到电容器额定电流的1.43倍。单台电容器的容量应按电容器组单相容量和每相各串联、并联台数确定。串联补偿电容器，在220KV及以上的电压的系统中用以提高线路输送容量和系统稳定，其补偿度一般不超过0.50.6，在110KV及以下系统中用以改善电压质量，其在1到4之间，较多接近或大于1。静止补偿器是并联电容器补偿装置和容量无级连续可调的感性无功设备联合组成的一种装置，调节平滑均匀，反应快速全面提高电能质量，并兼有减少有功损耗，提高系统稳定，降低工频过电压等功能。本设计是采用的功率因素提高的方法来补偿无功。本设计选用的是：两台TB112400+24003W挂在10KV母线上。在本变电所的功率因素为0.85，但实际的运行的功率因素一般早0.91之间，因此需补偿容量，以提高功率，在实际的运行中一般是并联电容器组的方式来补偿无功以改善电压质量，减少有功损耗，以及稳定系统等。如果按（10-30%）考虑：按功率因素提高到0.95考虑： 在按变压器容量30%的范围内，可以选择容量为4800kVar的两台TBB112400+24003W电容器组，分别挂于10kV两组母线上。1.5变电所布局与结构1.5.1变电所的总体布局要求1)高压配电装置一般均装设在单独的高压配电室内2)高压配电室应留有适当数量的开关空位，每段母线至少留两个3)高压配电室不应通过非本身所用的管道和明线路4)高压电力电容器一般装设在单独的电容器室内5)在变电所地受到限制时，可以是建筑楼房，但不应该超过二层楼通过以上要求及设计要求变电所设计在地下一层，变电所分为四个部分： 变压器室：低压配电室；高压配电室；高压电容器室。1.5.2变压器室的布局要求1） 每台三相电力变压器应该安装在单独的变压器室内；2）变压器外廓与变压器室的四壁的间距应不小于800mm；3）需要经常进入变压器室内部检查设备时，要与变压器保持1500mm的距离；4）变压器的安装采用宽面推进，地缆引线进入；5）变压器室要有很好的通风性；1.6变电站电气主接线 变电站主接线的设计要求，根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。对本变电所原始材料进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。故拟定的方案如下：方案一：110KV侧采用带母线型内桥接线，10KV采用带母联断路 器的双母线接线 方案二： 110KV侧采用带母线型外桥接线，10KV采用单母线接线.为了供电的可靠性：110KV进线2回，10KV出线8-12回,变电所（拟设计）主要是向周边城市及工业负荷供电，是一所终端变电所，就变电所在电力系统的中的地位和作用而言则可靠性要求很高。两方案比较：内桥、外侨接线都适用于进线为2回的情况，其可靠性和灵活性都比较高，一回进线故障不影响另一进线的正常工作。但内桥接线设备简单、投资少、供电比较可靠、运行灵活。而外侨接线当主变压器断路器外侧发生短路故障时，会影响主系统供电的可靠性。10KV的双母线接线较单母线接线方式其可靠性及灵活性均要高，其运行方式灵活，如:一组母线工作，一组母线备用，相当于单母线运行，其运行可靠，操作方便。双母线还可以同时运行，负荷平均分配在两母线上。双母线接线操作简便，较单母线出现误操作的几率小得多。单母线还有50%的停电率。从经济性考虑方案二与方案一投资都差不多，但方案一的供电更可靠，综合上述因素：本设计最终的设计方案确定为方案。59第二章 短路电流计算及设备选择2.1短路电流的计算目的及一般原则2.1.1短路电流计算的目的在发电厂、变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，也是电气设计的主要计算项目，其目的有以下几个方面：1)在选择电气主接线时，为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措施等均要进行必要的短路电流计算。2)在选择电气设备时，如高压断路器，隔离开关等，为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；计算短路电流的冲击值，用以校验设备的动稳定。3)在计算屋外高压配电装置时，需要短路条件校验的相间和相对地的距离。4)在选择继电保护方式和进行整定计算时，需要以各种短路时的短路电流为依据。2.2.2在验算导线和电气设备时所用的短路电流一般规定2.2.2.1计算的基本情况1)电力系统中所有电源都在额定负荷下运行。2)短路发生在短路电流最大的瞬间。3)所有电源的电动势相同。4)正常工作时三相系统对称运行。5)应考虑对短路电流有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。 2.2.2.2短路电流计算：通常取基准容量Sd100MVA；基准电压Ud取各级电压的平均电压，即UdUc基准电流 ；基准电抗 常用基准值如表2-1所示表21常用基准值表（Sd100MVA）基准电压Ud（kV）3.156.310.537115230基准电流Id（kA）18.339.165.501.560.5020.251基准电抗Xd（）0.09920.3971.1013.7132530网络变换计算公式串联阻抗合成：并联阻抗合成：，当只有两支时 短路电流计算公式短路电流周期分量有效值： 短路冲击电流峰值：短路全电流最大有效值：2.3最大运行方式下短路电流的计算变压器阻抗：0.694最大运行方式下等值电路标么阻抗图见图2-1。 图2-1 最大运行方式下等值电路d1：0.0581d2：d3：同理可知d4： d5： d6： d7： 2.4最小运行方式下短路电流的计算最运行方式下等值电路标么阻抗图见图2-2。图2-2 最运行方式下等值电路d1：d2：d3：同理可知d4： d5： d6： d7： 2.5短路电流计算结果110kV变电站相关短路电流计算结果见下表2-2。表2-2 短路电流计算结果表短路点短路电流周期分量(有效值)Id(kA)短路冲击电流(峰值)ich(kA)短路全电流最大有效值Ich(kA)最大运行方式下d18.6422.0213.04d27.3118.6411.03d3 D4 d5 d6 d76.0315.379.10最小运行方式下d 16.0315.39.10d27.0718.0510.67d3 d4 d5 d6 d75.8614.968.84第三章 主要电器设备的选择3.1断路器,隔离开关的选择3.1.1断路器,隔离开关的选择原则断路器是变电所中重要的开关器件，具有灭弧装置，能够开断短路电流和负荷电流，其是母线、变压器及线路的保护元件。断路器种类和型式选择：按照断路器采用的灭弧介质可以分为油断路器，压缩空气断路器，六氟化硫断路器，真空断路器，随着开关技术的发展，现在变电所设计一般是采用六氟化硫断路器和真空断路器，而油断路器基本上被淘汰。额定电压和电流的选择 式中电网额定电压设备的额定电压电气设备的额定电流电网的最大负荷电流。开断电流选择高压断路器的额定开断电流不应小于实际开断瞬间短路电流周期分量即:当断路器的较系统短路电流电流大很多的时候，简化可用，为短路电流的有效值。短路关合电流的选择 为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流的最大冲击值。即短路动稳定和热稳定校验 为断路器热稳定电流，为热稳定时间。隔离开关是发电厂，变电所常用的开关器件，它与断路器配套使用，但隔离开关不能用来接通或开断短路电流和负荷电流， 隔离开关与断路器相比，额定电压，额定电流选择及短路动、热稳定校验项目相同，但由于隔离开关不能够开断、接通短路电流，故不需要进行开断电流和关合电流的校验。3.1.2变压器110KV侧断路器及隔离开关变压器的最大工作电流 =（1.05）/（）=1.0520000/115=105.42A根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求，查表可选择LW14-110型断路器。短路时间：=0.2+0.06+0.03=0.29S短路电流的热效应：=8.648.640.29=21.64.S断路器及隔离开关的相关数据并与计算值相比较，如表2-3所示表2-3计算数据LW14-110型断路器GW4-110D型隔离开关 110KV 105.42A 8.64KA 21.64.S 22.02KA 110KV 2000At=4800.S 80KA 110KV 1000At=980.S 50KA 由以上数据比较可知LW14-110型断路器和GW4-110D型隔离开关均能达到要求。3.1.3变压器10KV侧断路器及隔离开关变压器的最大工作电流 =（1.05）/（）=1.0520000/10.5=1154.7A根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋内的要求，查表可选择ZN-10/2000-40型断路器。短路时间：=0.7+0.06+0.05=0.81S短路电流的热效应：=7.317.310.81=43.28.S断路器及隔离开关的相关数据并与计算值相比较，如表2-4所示：表2-4计算数据ZN-10/2000-40型断路器GN2-10/2000-85型隔离开关 10KV 1154.7A 7.31 KA43.28.S 18.64KA 10KV 2000At=3200.S 80KA 10KV 2000At=36000.S 85KA由以上数据比较可知ZN-10/2000-40型断路器和GN2-10/2000-85型隔离开关均能达到要求。3.1.4线路10KV出线侧断路器及隔离开关线路的最大工作电流 =（1.05）/（COS）=1.0531000/10.50.8=173.2A根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋内的要求，查表可选择ZN4-10/1250-20型断路器。短路时间：=0.7+0.06+0.05=0.81S短路电流的热效应： =6.036.030.81=29.45.S断路器及隔离开关的相关数据并与计算值相比较，如表2-5所示：表2-5计算数据ZN4-10/1250型断路器GN6-10T200型隔离开关 10KV 173.2A 6.032KA 29.45.S 15.37KA 10KV 1250At=850.S 50KA 10KV 200At=1250.S 25.5KA由以上数据比较可知ZN4-10/1250型断路器和GN6-10T/200型隔离开关均能达到要求。3.1.5 110KV侧母联断路器及隔离开关母线的最大工作电流 =2（1.05）/（）=21.0520000/110=220.4A根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求，查表可选择LW14-110型断路器。短路时间： =0.2+0.06+0.03=0.29S短路电流的热效应：=8.648.640.29=21.64.S断路器及隔离开关的相关数据并与计算值相比较，如表2-6所示：表2-6计算数据LW14-110型断路器GW4-110D/1000型隔离开关 110KV 220.4A 8.64KA 21.64.S 22.02KA 110KV 2000At=4800.S 80KA 110KV 1000At=980.S 50KA由以上数据比较可知LW14-110型断路器和GW4-110D/1000型隔离开关均能达到要求。3.1.6 10KV侧母联断路器及隔离开关母线的最大工作电流 =2（1.05）/（）=21.0520000/10.5=2309.4A根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求，查表可选择ZN12-10型断路器。短路时间：=0.7+0.06+0.05=0.81S短路电流的热效应：=7.317.310.81=43.28.S断路器及隔离开关的相关数据并与计算值相比较，如表2-7所示：表2-7计算数据ZN12-10/2500型断路器GN2-10/3000型隔离开关 10KV 2309.4A 7.31KA 43.28.S 18.64KA 10KV 2500At=850.5.S 80KA 10KV 3000At=50000.S 100KA由以上数据比较可知LW14-110型断路器和GW4-110D/1000型隔离开关均能达到要求。3.2电流互感器的选择3.2.1电流互感器的选择:电流互感器的二次侧绝对不能够开路1)电流互感器的额定电压不小于安装地点的电网电压。2)电流互感器的额定电流不小于流过电流互感器的长期最大负荷电流3)户内或户内式4)作出电流互感器所接负载的三相电路图，根据骨仔的要求确（4）定所需电5)流互感器的准确级；例如有功功率的测量需要0.5级；过流保护需要3级；差动保护需级。6)根据电路图确定每相线圈所串联的总阻抗欧姆数（包括负载电流线圈的阻抗、连接导线的电阻和接触电阻），要求其中总欧姆数最大的一相，不大于选定准确级下的允许欧姆数。7)校验电动稳定性：流过电流互感器最大三相短路冲击电流与电流互感器原边额定电流振幅比值，应该不大于动稳定倍数。8)校验热稳定：产品目录给出一秒钟热稳定倍数，要求最大三相或者两相短路电流发热，不允许的发热。3.2.2 10KV出线10KV出线线路的最大工作电流 =173.2A互感器的二次负荷如下表2-8所示表2-8 互感器的二次负荷表仪表名称A相C相电流表（46L1-A型）功率表（46D1-W型）电能表（DS1）总计0.350.60.51.450.60.51.1可选择LA-10屋内电流互感器，变比为100-200/5。由于用于测量和保护故选用0.5级，=90，=160。3.2.3 变压器110KV侧110KV侧电流互感器选择Ug=110kVIgmax=110%I 选：LB7-110 ,技术参数如下表2-9表2-9型号技术参数电流比级次组合KdKtLB7-1101200/50.2/10P15/10P2013575/1s3.2.4变压器10KV侧变压器10KV的最大工作电流 =1154.7A互感器的二次负荷如表1-1所示： 可选择LAJ-10屋内电流互感器，变比为2000-6000/5。由于用于测量和保护故选用0.5级，当额定一次电流为2000A时，=50，=90。3.2.5 110KV母线侧变压器110KV的最大工作电流 =2220.4=440.8A 可选择L-110屋外电流互感器，变比为50-600/5。由于用于测量和保护故选用0.5级，当额定一次电流为200A时，=75，=135。3.3电压互感器 3.3.1电压互感器的选择和配置（电压互感器的二次侧绝对不能够短路）1)型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择：2)电压互感器一次额定电压应允许10%的波动范围，二次电压应根据使用情况选择。3)准确等级：电压互感器应在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定，在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级的仪表，确定为电压4)互感器工作的最高准确等级。3.3.2 110KV侧电压互感器的选择110KV只有单相式，所以算作6JCC2110型电压互感器，分别挂在110KV母线上。3.3.3 10KV侧电压互感器的选择 10KV母线上的电压互感器除仪表外，其它负荷忽略不计。选择2JSJW10三相五柱式电压互感器，由于回路中接有计费用的电能表，故要选择0.5准确等级。3.4导线截面的选择：3.4.1 110KV侧母线的选择按经济电流密度选择导线的截面，由于=5000h/年，查表可得J=1.07A/。 变压器110KV母线的最大工作电流=2105.42=210.82A所以S=/J=210.82/1.07=188.61故 可选择型号为LGJ-120/25的导线，其载流量为399A热稳定校验：=。+（al-。）=35+（70-35）=53.5 由此查表得C=93则 =1000/C=1000/93=51,2227.34热稳定校验 对于电缆线路有中间接头，应按接头处短路校验热稳定。短路前电缆最高运行温度为 =。+（al-。）=20+（60-20）=54.68 由此查表得C=93则 =1000/C=1000/93=58.3400 满足导线的最小截面的要求。 可见，选用单根ZLQ2型150电缆能够满足要求第四章 继电的保护4.1继电的保护电力系统中的电力设备和线路应装设短路故障和异常运行保护装置，电力设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要可再增设辅助保护。主保护是满足系统稳定和设备有选择的切除被保护设备和线路故障的保护。 后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，后备保护可分为远后备的近后备两种子选手方式，远后备是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，近后备是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护，是当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的后备保护。辅助保护是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增设的简单保护。4.2继电的保护的特性电力变压器的保护使用继电保护装置，其装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。4.3纵联差动保护4.3.1纵联差动保护的原理由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，亦即在正常运行和外部故障时，差动回路的电流等于零。即 （变压器变比） 式中:高压侧电流互感器的变比；低压侧电流互感器的变比 变压器的变比 所以这时Ir=0，实际上，由于电流继电器接线方式，变压器励磁电流，变比误差等影响导致不平衡电流的产生，故Ir不等于0 ，针对不平衡电流产生的原因不同可以采取相应的措施来减小。本次设计所采用的变压器型号为：SZ10-20000/110。对于这种大型变压器而言，它都必需装设单独的变压器差动保护，这是因为变压器差动保护通常采用两侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压侧电流互感器，低压侧电流引自变压器低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为二组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。所以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护，但当大型变压器内部产生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，纵联差动保护不能动作，这时我们还需对变压器装设另外一个主保护瓦斯保护。图4-1 差动保护原理图4.3.2 比率制动式纵差保护的整定比率制动特性的纵差保护的动作特性，通常用直角坐标系上的一条折线表示。该坐标系纵轴为保护的动作电流Iop；横轴为制动电流Ires，如图4-2所示。折线ACD的左上方为保护的动作区，折线右下方为保护的制动区。图4-2 纵差保护动作特性曲线图 这一动作特性曲线由纵坐标OA，拐点的横坐标OB，折线CD的斜率S三个参数所确定。OA表示无制动状态下的动作电流，即保护的最小动作电流Iop.min。OB表示起始制动电流Ires.0。 动作特性三个参数，目前在工程实用上有两种整定计算方法，现分述如下。 折线上任一点动作电流Iop与制动电流Ires之比Iop/IresKres称为纵差保护的制动系数。由图中各参数之间的关系可导出， 制动系数Kres与折线斜率S之间的关系如下式所示 从图可见，对动作特性具有一个折点的纵差保护，折线的斜率S是一个常数， 而制动系数Kres则是随制动电流Ires而变化的。在实际应用中，是通过保护装置的参数调节整定折线的斜率来满足制动系数的要求。1)纵差保护最小动作电流的整定。最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流，即Iop.minKrel(Ker+U+m)IN/na = 1.4（0.02+0.1+0.05）33/20 =0.4A式中：IN变压器额定电流；na电流互感器的变比；Krel可靠系数，取1.31.5；Ker电流互感器的比误差，10P型取0.032，5P型和TP型取0.012；U变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值(百分值)；m由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05。 在工程实用整定计算中可选取Iop.min(0.20.5)INna。一般工程宜采用不小于0.3IN/na的整定值。 根据实际情况(现场实测不平衡电流)确有必要时也可大于0.5IN/na。 2)起始制动电流Ires.0的整定。起始制动电流宜取Ires.0(0.81.0)IN/na。 Ires.00.91.65=1.4853)动作特性折线斜率S的整定。纵差保护的动作电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。变压器种类不同，不平衡电流计算也有较大差别，下面给出普通双绕组变压器差动保护回路最大不平衡电流Iunb.max计算公式。双绕组变压器Iunb.max(KapKccKer+U+m)Ik.max/na Iunb.max(1.00.11.6+0.1+0.05)3450/20 =53.1 式中：Ker0.1； Kcc电流互感器的同型系数，Kcc1.0；Ik.max外部短路时，最大穿越短路电流周期分量；Kap非周期分量系数，两侧同为TP级电流互感器取1.0；两侧同为P级电流互感器取1.52.0。差动保护的动作电流Iop.maxKrelIunb.max1.453.1=74.34 最大制动系数= Iop.max/Ires.max = 74.34/177=0.42 式中最大制动电流Ires.max的选取，因差动保护制动原理的不同以及制动线圈的接线方式不同而会有很大差别，在实际工程计算时应根据差动保护的工作原理和制动回路的接线方式而定。制动线圈的接线原则是使外部故障时制动电流最大，而内部故障时制动电流最小。当制动线圈数比变压器绕组少，不可能将每侧电流分别接入制动线圈时，可以将几个无源侧电流合并后接入制动线圈，但不应将几个有源侧电流合并接入制动线圈。 4.4变压器瓦斯保护 瓦斯保护是反应变压器油箱内各种故障的主保护。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瓦斯保护应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应瞬时动作于断开变压器各侧断路器。 瓦斯保护动作于信号的轻瓦斯部分，通常按产生气体的容积整定。对于容量10MVA以上的变压器，整定容积为250300ml。 瓦斯保护动作于跳闸的重瓦斯部分，通常按通过气体继电器的油流流速整定。流速的整定与变压器的容量、接气体继电器的导管直径、变压器冷却方式、气体继电器的型式等有关。表4-1瓦斯保护油流动作流速整定表变压器容量kVA气体继电器型式连接导管内径mm冷却方式动作流速整定值m/s1000及以下QJ-5050自冷或风冷0.70.870007500QJ-5050自冷或风冷0.81.0750010000QJ-8080自冷或风冷0.70.810000以上QJ-8080自冷或风冷0.81.0200000以下QJ-8080强迫油循环1.01.2200000及以上QJ-8080强迫油循环1.21.3有载调压开关QJ-25251.0瓦斯保护原理如图4-3所示。图4-3 瓦斯保护原理示意图4.5 变压器过负荷保护 根据变压器各侧绕组及自耦变压器的公共绕组可能出现过负荷情况，应装设过负荷保护。大型变压器的过负荷，通常是对称过负荷，故过负荷保护只接一相电流。过负荷保护的动作电流应按躲过绕组的额定电流整定，按下式计 式中：Krel可靠系数，采用1.05；Kr返回系数，0.850.95；IN被保护绕组的额定电流。 过负荷保护动作于信号。保护的动作时间应与变压器允许的过负荷时间相配合，同时应大于相间故障后备保护的最大动作时间(通常可大2个时间阶段)。 =1015S取10S 4.6过电流保护 过电流保护主要用于降压变压器，作为防御外部相间短路引起的变压器过电流和变压器内部相间短路的后备保护。1）过电流保护的动作电流计算。为了保证选择性，过电流保护的动作电流应能躲过可能流过变压器的最大负荷电流，即Iop=1.3/0.85/2030=4.67 式中：Krel可靠系数，取1.21.；Kr返回系数，取0.850.95；IL.max最大负荷电流。 2） 最大负荷电流IL.max可按以下情况考虑并取其最大者：对并列运行的变压器，应考虑切除一台时，余下变压器所产生的过负荷电流，当各台变压器容量相等时，可按下式计算 式中：m并联运行变压器的最少台数；IN每台变压器的额定电流。 当并联运行的变压器容量不等时，应考虑容量最大的一台变压器断开后引起的过负荷。对两台分列运行的降压变压器，在负荷侧母线分段断路器上装有备用电源自动投入装置时，应考虑备用电源自动投入后负荷电流的增加。IL.maxIL.max+KssKremI.L.max 式中：IL.max所在母线段正常运行时的最大负荷电流；IL.max另一母线段正常运行时的最大负荷电流；Krem剩余系数，母线停电后切除不重要负荷，保留下来的负荷与原负荷之比。与下一级过电流保护相配合，则IL.max1.1Iop+Im.L.max 式中：Iop分段断路器或与之相配合的馈线过电流保护的动作电流；Im.L.max本变压器所在母线段的正常运行最大负荷电流。3）灵敏系数校验。保护的灵敏系数可按下式校验 Ksen=2893/4.67/20=30.9 式中： 后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流。 要求Ksen1.3(近后备)或1.2(远后备)。4.7 10KV线路的自动重合闸保护4.7.1自动重合闸的作用1)大大提高供电的可靠性，减少线路停电的次数2)在高压输电线路上采用重合闸，可以提高电力系统并联运行的稳定性3)对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起纠正的作用4.7.2自动重合闸的选择110kv及以下的单侧电源线路一般采用三相一次重合闸装置，所以本设计采用三相一次重合闸, 三相重合闸结构相对比较简单，保护出口可直接动作控制断路器，保护之间互为后备的保护性能良好。 4.7.3单电源自动重合闸的整定计算AAR装置的动作时限：从减少停电时间和减轻电动机自启动要求考虑，AAR的动作时限越短越好，实际上要考虑下面两个条件1)AAR装置的动作时限必须大于故障点去游离的时间，以使故障点绝缘强度能可靠地恢复。2)AAR装置的动作时限必须大于断路器及其操作机构准备好重合闸的时间。这时间包括断路器触头周围介质绝缘强度恢复及灭弧室充满油的时间，以及操作机构恢复原位做好重合闸准备的时间。一般情况下，断路器及其操作机构准备好重合闸的时间都大于故障点介质去游离的时间，因此AAR的动作时限只按条件b考虑.对于不对应启动方式： 对于继点保护启动方式： 式中 -操作机构准备好合闸时间，对电磁操作机构取0.30.5， -断路器的跳闸时间与储备时间，通常取0.30.4对于不对应启动方式： 满足要求对于继点保护启动方式： 满足灵敏性。注：式中取 ； ；4.8 10KV线路的距离保护4.8.1距离保护原理电流保护的主要优点是简单，可靠，经济，但它的灵敏性受系统运行方式变化的影响较大，特别是在重负荷，长距离，电压等级高的复杂网络中，很难满足选择性，灵敏性以及快速切除故障的要求，为此，必须采用性能完善的保护装置，因而就引入了“距离保护”。4.8.2距离保护的整定 1) 距离保护I段的整定 原则：按躲过线路末端故障整定。 2) 距离保护II段的整定 原则1：与相邻线路的距离I段配合 原则2：按躲过线路末端变压器低压母线短路整定 （考虑到的计算误差大） 取上述两项中数值小者作为保护II段定值。 动作时间： 灵敏度校验：按本线路末端故障校验灵敏度。 要求大于1.25。 若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护II段配合。3) 距离保护III段整定 原则：按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定。 求最小负荷阻抗：考虑外部故障切除后，电动机自启动时，距离保护III段应可靠返回。对于全阻抗继电器，其整定值为：对于方向阻抗继电器。其整定阻抗为：4）动作时间按阶梯时限原则整定。在负荷阻抗同样的条件下，采用方向阻抗继电器比采用全阻抗继电器时，距离保护三段的灵敏度高。灵敏度校验： 近后备的灵敏度： 要求大于1.5 远后备的灵敏度： 求大于1.2 说明方向阻抗比全阻抗继电器灵敏度高的图。 5) 最小精确工作电流校验 按各段保护范围末端短路的最小短路电流整定。 4.9 10KV线路的零序过电流保护4.9.1零序电流保护原理零序电流保护属于小接地电流系统的保护方式，它利用当系统发生故璋时零序电流比正常运行时较大的特点，来实现有选择性地发出信号或瞬时切断主回路电源避免事故。的发生.尽管此种保护方式属于小接地电流系统，但早已在发电厂、变电站和配电系统中得到较广泛的应用。4.9.2零序电流保护的整定计算步骤1)零序电流保护段的整定按躲开本线路末端接地短路的最大零序电流整定，即 式中 可靠系数，取1.21.3；计算时取1.3线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流。零序电流保护段的保护最小保护范围亦要求不小于本保护线路长度的15%。整定的动作延时为0。2） 零序电流保护段的整定此段保护按满足以下条件整定：按与相邻下一级线路的零序电流保护段配合整定，即 式中 可靠系数，取1.1。 分支系数，按实际情况选取可能的最小值； 相邻下一级线路的零序电流保护I段整定值。 当按此整定结果达不到规定灵敏系数时，可改为与相邻下一级线路的零序电流保护段配合整定： 零序段的灵敏度校验： 1.31.5 零序电流保护段的动作时间： 或3）零序电流保护段保护的整定此段保护一般是起后备保护作用。段保护通常是作为零序电流保护II段保护的补充作用。零序电流保护段保护按满足以下条件整定：按躲开下一条线路出口处发生三相短路时，流过保护装置的最大不平衡电流来整定 式中 可靠系数。取1.25。 最大不平衡电流。 其中 式中 非周期分量系数,取12； 电流互感器的同性系数,取0.5； 电流互感器的10%误差,取0.1； 下一级线路始端三相短路的最大短路电流。零序段的灵敏度校验： 当作为近后备保护时， 1.3 1.5 当作为远后备保护时， 式中 本线路末端短路时在小方式运行下的最小零序电流。 下一级线路末端短路时在小方式运行下的最小零序电流。 最大分支系数。零序电流保护段的动作时间： 或4）时限的确定:对于环型网络,若按阶梯原则与相邻线路配合时,会产生断路器误动的现象因此应找出解环点所以必须选出某一线路的保护段与其相邻的保护段配合此即环网保护段的动作时限的起始点，此起始点的选择原则是：应考虑尽可能使整个环网中保护三段的保护灵敏度较高。 各段保护的整定时间均应按整定配合原则增加时间级差。 当分支系数随短路点的移远而变大时，例如有零序互感的平行线路，保护的整定配合应按相配合保护段的保护范围末端进行计算，一般可用图解法整定， 与相邻双回线路的零序保护配合整定。当双回线路装设了横联差动保护时，为提高灵敏度，可按与横联差动保护配合整定，即按双回线路全线为快速保护范围考虑，但时间整定要考虑横联差动保护相继动作的延时；如考虑双回线运行中将横联差动保护停用的情况时，可相应提出将双回线路运行临时改为单回线路运行的措施。4.10过电压保护 在变电所周围装设独立避雷针，为防止直击雷和雷电波的危害，在10kV出线安装金属化物避雷器；变压器安装金属氧化物避雷器；10kV母线也用一组金属氧化物避雷器进行过压保护。第五章WDJS8000电力系统微机继电保护5.1微机保护的定义微机保护是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展方向，它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度。微机保护装置硬件包括微机处理器为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等，该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。随着我国电力工业的迅速发展，目前微机型继电保护装置已广泛用于电力系统。在此设计中采用的是WDJS8000电系统微机继电保护。5.2 WDJS8000电力系统微机保护的优点 1）可靠性高：一种微机保护单元可以完成多种保护与监测功能。代替了多种保护继电器和测量仪表，简化了开关柜与控制屏的接线，从而减少了相关设备的故障环节，提高了可靠性。微机保护单元采用高集成度的芯片，软件有自动检测与自动纠错功能，也有提高了保护的可靠性。 2）精度高，速度快，功能多。测量部分数字化大大提高其精度。CPU速度提高可以使各种事件以m s来计时，软件功能的提高可以通过各种复杂的算法完成多种保护功能。 3）灵活性大，通过软件可以很方便的改变保护与控制特性，利用逻辑判断实现各种互锁，一种类型硬件利用不同软件，可构成不同类型的保护。（4）维护调试方便，硬件种类少，线路统一，外部接线简单，大大减少了维护工作量，保护调试与整定利用输入按键或上方计算机下传来进行，调试简单方便。 4）经济性好，性能价格比高，由于微机保护的多功能性，使变配电站测量、控制与保护部分的综合造价降低。高可靠性与高速度，可以减少停电时间，节省人力，提高了经济效益。 5.3 WDJS8000电力系统微机保护装置的使用范围 1）中小型发电厂及其升压变电站。 2）110 kV / 10 kV区域变电站。 3）城市10 kV电网10 kV开闭所 4）用户110 kV /10kV /10kV总降压站。 5）用户10kV变配电站 5.4 WDJS8000电系统微机保护装置简介5.4.1 WDJS8000电力系统微机保护装置简图电力系统信号处理采样及A/D转换 器计算机系统跳闸继电器打 印 机触点输出键 盘运行人员图5-1本保护装置由以下插件构成：电源插件、信号插件、CPU插件、交流插件以及人机对话插件5.4.2电源插件由电源模块将外部提供的直流电源转换为保护装置工作所需电压。本模块输入直流220V/110V或交流220V,输出+5V、15V和+24V。+5V电压用于装置数字器件工作，15V电压用于A/D采样，+24V电压用于驱动装置继电器及直流电源输出。在电源插件上设置了失电告警继电器，电源插件失电后，其常闭接点闭合用来发告警信号。电源插件还附加有出口继电器4(BYJ4)、出口继电器5(BYJ5)、出口继电器6(BYJ6)。5.4.3信号插件信号插件有带操作回路和不带操作回路两种型号。1）带操作回路信号插件包括信号部分和跳合闸部分以及出口部分。信号部分主要包括跳闸信号继电器（TXJ）、重合闸信号继电器（HXJ）、告警继电器（GXJ）。跳合闸部分主要完成跳合闸操作及保持、防跳等功能。主要包括跳闸继电器（BTJ）、重合闸继电器（CHJ）、遥跳继电器（YTJ）、遥合继电器（YHJ）、跳闸保持继电器（TBJ）、合闸保持继电器(HBJ)、压力继电器（YLJ）、储能继电器（CNJ）、合后继电器（HHJ）。还包括反映断路器位置的跳闸位置继电器（TWJ1、TWJ2）、合闸位置继电器（HWJ）。此外还有出口继电器1（BYJ1）、出口继电器2（BYJ2）和出口继电器3（BYJ3）。2）不带操作回路的信号插件只含有开入、开出及信号部分，没有操作回路。信号部分包括跳闸信号继电器（TXJ）、重合闸信号继电器（HXJ）和告警继电器（GXJ）。开入包括跳位、遥控允许、合后位、合位、弹簧未储能和压力异常开入。开出包括跳闸继电器（TZJ2）、重合闸继电器（TZJ7）、遥跳继电器（TZJ5）、遥合继电器（TZJ6）以及出口继电器1（TZJ3）、出口继电器2（TZJ4）、出口继电器3（TZJ1）。5.4.4 CPU插件CPU插件包含：微处理器CPU、RAM、ROM、Flash Memory、A/D转换电路、开关量输入输出回路、LonWorks网络通讯电路等；此外还包括启动继电器QDJ，用来闭锁跳、合闸出口，防止驱动跳、合闸出口的光耦击穿导致误动作。插件采用6层印制板和表面贴装工艺，采用了多种抗干扰措施，大大提高了抗干扰性能。高性能的微处理器CPU为32位浮点处理器，主频达40MHz；A/D数据输入精度达16位。集成电路全部采用工业品或军品，使得装置有很高的稳定性和可靠性。5.4.5交流插件交流变换部分包括电流变换器TA和电压变换器TV，用于将系统TA、TV的二次侧电流、电压信号转换为弱电信号，供保护插件转换，并起强弱电隔离作用。WXH821装置交流插件的6个TA分别变换IA、IB、IC、3I0、CIA、CIC 六个电流量，3个TV分别变换母线电压UA、UB、UC；WXH822装置交流插件的7个TA分别变换IA、IB、IC、3I0、CIA、CIB、CIC 七个电流量，4个TV分别变换母线电压UA、UB、UC、Ux(线路抽取电压)。5.4.6硬件硬件采用许继公司新一代32位基于DSP技术的通用硬件平台。全封闭机箱，硬件电路采用后插拔式的插件结构,CPU电路板采用6层板、元件采用表面贴装技术，装置强电回路、开入开出回路合理布局，抗干扰能力强。5.4.7软件软件采用ATI公司的RTOS系统Nucleus Plus，Nucleus Plus是一个多领域成功使用的实时多任务操作系统，保证了软件系统的高度可靠性。5.4.3功能表5-1功能名称保护功能110kv变压器保护10线路保护三相多次重合闸过负荷保护零序电流保护测控功能遥信采集 装置遥信变位 事故遥信正常断路器遥控分台 小电流接地探测遥控分台P、Q、IA、IC、Ua、Ub、Uc、f、COS、UAB、UBC、UCA等模拟量的遥测4路脉冲输入5.4.9技术指标1）额定数据额定直流电压: DC220V或DC110V或AC220V (订货注明, AC220V用于交流操作回路)。额定交流电压：相电压100/V，线路抽取电压100/V 或100V。额定交流电流：5A或1A(订货注明) 零序电流1A额定频率： 50Hz热稳定性：交流电压回路： 长期运行1.2Un交流电流回路： 长期运行2In 1s40In零序电流回路： 长期运行 1A 1s 40A稳定性：半周波：100In2)装置功耗交流电压回路： 每相不大于1VA；交流电流回路： In=5A时每相不大于1VA；In=1A时每相不大于0.5VA；零序电流回路: 不大于0.5VA；保护电源回路： 正常工作时,不大于12W；保护动作时,不大于15W。3）保护定值整定范围及误差定值整定范围交流电压： 4V100V；交流电流： 0.1In20In；零序电流： 0.02A12A。定值误差电流： 2.5%。电压： =Iop.0 (Ires=Iop.0+（Ires- Ires.0时）式中：Iop为差动电流，Iop.0为差动最小动作电流整定值，Ires为制动电流，Ires.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性的斜率。各测电流的方向都式中：IT，IN分别为机端、中性电流互感器（TA）二次测的电流。当差动电流大于0.2倍的额定点流时启动TA断线判别程序，满足下列个条件认为TA断线：保护逻辑图如图5-19：图5-19 保护逻辑图5.6.2零序电流保护装置设有一段零序电流保护，通过设置保护压板控制投退。在不接地或小电流接地系统中发生接地故障时，其接地故障点零序电流基本为电容电流，且幅值很小，用零序过流保护来检测接地故障很难保证其选择性。本装置通过网络互联，与其他装置信息共享，通过CBZ-8000综合自动化系统采用网络小电流接地选线的方法来获得接地间隔。 在经小电阻接地系统中，接地零序电流相对较大，故采用直接跳闸方法，本装置中设一段零序过流保护（可整定为报警或跳闸）。在某些不接地系统中，电缆出线较多，电容电流较大，也可采用零序电流保护直接跳闸方式。原理框图如图5-19所示。图5-19零序电流保护原理框图表5-4 零序电流保护整定值表零序电流（I0dz）零序过电流保护延时Tlx零序过电流跳闸电流互感器变比(0.02A-12A) 0.01A（0s-100s） 0.01s1(跳闸)/0（告警）10005.6.3过负荷保护装置设有过负荷保护功能。过负荷可通过控制字定值选择动作于跳闸或告警。投跳