110KV变电站微机保护(继电保护)部分设计.doc
110KV变电站微机保护(继电保护)部分设计-带开题答辩ppt【含CAD图纸】
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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
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