毕业设计58711

1、110kV北郊变电站继电保护方案作 者 姓 名 周卫瑾 专 业 电气10-2 指导教师姓名 李磊 专业技术职务 （目录格式） 目 录（三号、黑体、居中、目录两字空四格、与正文空一行）摘 要 1第一章 概述 21.1（四号黑体） 2（四号黑体）4 71.2 91524 第二章 变电站主控室 第三章 防雷保护3.13.2 第四章 变压器保护4.14.2 第五章 母线保护5.15.2 第六章 二次回路方案6.16.2 第七章 继电保护方案总结摘 要继电保护是电力系统中必不可少的环节。众所周知，在电力生产运行中，“安全”一直都是首要必须保证的，一旦出现事故，将对国民的人身安全以及社会生产造成严重威胁，

2、同时也带来重大损失。而继电保护系统就是保证电力系统安全的运行，同时尽量避免大面积停电的技术手段。根据现代电力系统运行的要求，人们提出了我们熟知的继电保护的“四性”，即：灵敏性，可靠性，选择性，速动性。灵敏性就是要求被保护的线路内发生故障时，应保证有故障就切除；可靠性通俗的讲就是该动作的时候一定要动作，不该动作的时候也一定不能动作；选择性就是由故障区域的保护率先切除故障，如不能动作，则由相邻的的保护动作；速动性就是指继电保护的装置能够快速的切除鼓掌，保证损失达到最小。现实的生产生活中的很多例子表明，继电保护系统的不完善将酿成很多惨剧的发生，正是因为能够确保系统中继电保护系统的四性，才能保证了电力

3、系统的稳定运行。本文章将讲述和记录完成110kv变电站继电保护方案设计的全过程，包括主控置屏的设计，变压器，母线，输电线路等的继电保护方案选择以及防雷保护的选择，并对所选择方案进行校验，最终得出配置方案。关键词： 四性 继电保护 校验ABSTRACTProtection is an essential part of the power system . As we all know , in the power production run , " security" has always been the primary must ensure that , once

4、the accident , the safety of citizens and the social production will pose a serious threat appeared , it also brings significant losses. The protection system is to ensure the safe operation of the power system , and try to avoid blackouts techniques. According to the requirements of modern power sy

5、stem operation , people familiar with the protection of our proposed "four ", that : sensitivity, reliability , selectivity, speed and mobility . Sensitivity is required when a fault occurs within the protected line is , you should ensure that there is a fault on the excision ; reliability

6、 of the popular talk is when the action must be action, when the action should certainly not action ; selectivity is the fault area failure to protect the lead removal , if not action, action by the adjacent protected ; speed and mobility means that devices can be quickly removed protection of appla

7、use , to ensure minimal loss . The reality of the production life of many examples show that imperfect protection systems will lead to a lot of tragedy , it is because four of the system to ensure protection systems in order to ensure the stable operation of the power system . This article will desc

8、ribe and record the entire process is completed 110kv substation design protection programs , including master home screen design , transformers , bus, transmission lines , such as the protection and lightning protection scheme selection choices , and the choice verification programs , concluded con

9、figuration.Key words：Four of feature; protection; check第一章 概述1.1设计内容概述设计题目本次设计内容为110kv北郊变电站继电保护设计。设计内容设计内容如下：1. 确定该变电站的防雷保护方案，并绘制防雷保护图。2. 确定该变电站的变压器保护方案，并绘制展开图。3. 确定该变电站母线的保护方案。4. 设置各电压等级电压，电流互感器二次回路方案并进行整定计算。1.2变电所概述技术要求一.出线次数： 110出线5回，35kv出线7回，10kv出线10回。 二.变压器零阻抗在中压测。 三.本所不装调相机，不装补偿电容器。负荷 一.年最大负荷利

10、用小时数：110千伏侧大于5000小时；35千伏侧为30005000小时；10千伏侧为30005000小时。 二.35kv每回线路负荷为6.43MW，负荷同时率取0.8。10kv每回线路负荷为6.43MW，负荷同时率取0.8。 35KV、10KV负荷的功率因数分别取0.85和0.9。110千伏侧母线:电力系统最大运行方式时，由系统供给的短路容量为2500MVA。电力系统最小运行方式时，由系统供给的短路容量为1500MVA。1.3电力系统概述变电所的性质及其在电力系统中的地位本所系经常有人值班的区域性110kV降压变电所，供电电压分别为35kV和10kV两个电压等级。其中有两回35kV线路供给本

11、地区一重要企业，为一类负荷；其余的负荷均为二类或三类负荷。由系统以两回110kV线路向本所送电，并由本所两回110千伏线路向后继的三个变电所转送44000千伏安容量。电力系统提供的原始资料 电源情况：110千伏侧的二路电源线路为并联的双回路供电线路；三回负荷线路分别供给后继的三个不同的10千伏降压变电所；35千伏侧无电源；10千伏侧无电源。电力系统短路容量：电力系统最大运行方式时，由系统供给的短路容量为2500MVA。电力系统最小运行方式时，由系统供给的短路容量为1500MVA。电力系统各序电抗：电力系统正序电抗与负序电抗相等：1S=2S电力系统零序电抗3.5倍于正序电抗：0S=3.51S第二

12、章 变电站的主控室2.1主控室配置的原则1.主变压器与各级配电装置的连接线应短些 2.应有利于主变压器和其他电气设备的运输。3.有人值班的降压变电站应设立值班室。 4 为了保证设备与人员的安全，值班室内不能有高压设备。5 布局尽量紧凑，节约用地。6 结合地形，因地制宜。7 符合防火防爆的要求。2.2主控室内的作用主控室可以将一次设备和二次设备的控制和保护功能，集中体现在主控室的计算机当中。可以通过计算机进行操作和控制，通过屏幕可以显示整个变电站的各种数据。 1.控制屏用来控制电气设备和线路的运行状态。 2.保护屏对设备的运行故障进行防护，防止故障设备继续运行以造成更大危害。

13、 第三章 防雷保护3.1变电站防雷保护特点及要求3.1.1变电站遭受雷击方式 变电站是一个地区供配电的枢纽，重要性不可言喻。在雷雨天气，变电站容易比较遭受到雷击，一般雷击的方式有两种，一种是直击雷，顾名思义，直接遭受的雷电侵袭；另一种是沿着线路传过来的雷电侵入波，称为绕击雷。如果变电站发生雷击事故而受到损坏，后果将不可估计。因此，应该保证变电站的雷击过电压保护措施十分严密，以保证能够安全供电。3.1.2变电站防雷保护方式和要求 变电站遭受到直击雷时，一般可采用避雷针或者避雷线的措施。避雷针能够使雷电场畸变，将雷云放电的通道吸引到避雷针本身，经由与避雷针相连的引下线和接地装置，将其引入到大地中，

14、以使被保护物免遭雷击。所以，避雷针的实质是引雷针，将雷电引入地下，从而保护线路与设备。变电站遭受到雷电入侵波时，一般采用避雷器的保护方式。避雷器分为金属氧化物避雷器和阀式避雷器，可以有效的限制入侵的雷电波。一般母线上和变压器中性点采用金属氧化物避雷器。本变电站方案重点讨论直击雷保护方案。并绘制防雷保护图。3.2变电站直击雷保护方案3.2.1避雷针位置本站直击雷的防护主要是避雷针，首先要确定其位置。该变电站为20m乘20m正方形变电站，高度为10m，由于电压等级较高，避雷针将直接安装在装置的构架上，可以避免发生反击现象，避免电力设备绝缘的损坏。考虑到经济原因，同时考虑到该变电站为正方形。采用一根

15、避雷针，设计其长度使保护范围覆盖整个变电站。3.2.2避雷针保护范围按照防雷设计规范，通常使用“滚球法”确定避雷针的保护范围。当避雷针的高度小于滚球半径时，避雷在被保护物高度hx的保护半径，按下式计算。Rx=h（2hr-h）-hx（2hr-hx） 其中，hr为滚球半径，hx为被保护物高度，避雷针的高度为h。避雷针在地面上的保护半径，按下式计算。R0=h（2hx-h） 其中，r0为地面保护半径。 参照表格如下：建筑物防雷类别滚球半径 m避雷网格尺寸 m第一类防雷建筑物30小于等于5X5或6X4第二类防雷建筑物45小于等于10mX10m或12mX8m第三类防雷建筑物60小于等于20mX20m或24

16、mX16m查表得知，滚球半径hr为60m。假设避雷针长度为3m，则h=10+3=13m。经计算，保护范围约为37.296m，大于20m。所以所选方案可行。第四章 变压器继电保护设计4.1变压器的保护方式变压器的保护方式通常分为油箱内保护和油箱外保护。油箱外故障主要是套管和引出线发生短路所引发，油箱内故障主要由绕组的短路，接地，匝间短路引起。根据油箱内故障时所引发的很多数据的变化，变压器保护也可分为电量保护和非电量保护。油箱内变压器故障则动作于跳闸，变压器处于不正常工作状态则动作于信号。保护方式有以下几种：瓦斯保护电流速断保护变压器纵差动保护零序电流保护32负荷计算 负荷的计算直接决定着主变压器

17、容量及台数的选择。35kv侧： P35=6.43*7*0.8=36.008(MW) Q35=36.008*tan(arccos0.85)=22.316(MVar) 则视在功率为：S35=36.008/0.85=42.362（MVA）10kv侧：P10=1*10*0.8=8(MW)Q10=9*tan(arccos0.9)=4.359 (MVar)则视在功率为：S10=8/0.9=8.889（MVA）变电站供电总容量为： S总=42.362+8.889=51.251（MVA） P总=36.008+8=44.008 (MW) 由于35kv侧为本地区重要企业，为一级负荷，所以必须保证其供电可靠性。综合

18、考虑，选择两台并联变压器。 4.3变压器型号 一台变压器停止运行时，另一台应保证负荷的百分之60以上，则S=S总 *0.6=26.4 （MVA）综合考虑，选择变压器型号为SFSQ7-31500/110。参数如下表：型号额定容量高压 kv中压低压短路电压空载电流 % SFSQ7-31500/11031500110±2×2.5% 38.5±2.5%10.50.8变压器绕组接线方式为YY接线。4.4 主变压器的整定 4.4.1参数设定和阻抗计算平均电压：Uav110=115k，Uav35=37kv，Uav10=10.5kv基准功率：Sb=100MVA

19、。变压器额定功率Sn=31.5MVA。4.4.1差动速断保护的整定为了快速切除变压器的内部故障，通常使用差动速断保护，其动作电流按照躲过变压器空载合闸最大励磁涌流来整定，通常为6-8倍的一次侧额定电流，其中本方案取7倍。公式为： Ik.op=Krel*Imax 其中， Imax：变压器实际的最大励磁涌流。 Krel：可靠系数，可取为1.31.5。4.4.2比率制动式纵差保护的整定(1)按平均电压（变压器额定电压及变压器最大额定容量）计算各侧二次额定电流，完成主变电流互感器参数、额定电流、平衡系数的计算。1)一次侧额定电流In1=Sn/(3*Un)式中 Sn：变压器额定容量。由设计任务书知为31

20、.5MVA； Un：变压器各侧额定电压；2)选择电流互感器变比为式中 为电流互感器接线系数。当三角形接线时，；当为星形接线时，。 选择标准变比3)二次侧额定电流式中 为电流互感器接线系数。当三角形接线时，；当为星形接线时，。(2)计算各侧外部短路时的短路电流值按短路电流计算方法进行各侧短路电流值的计算(3)计算差动保护的动作电流按下述条件计算差动保护的动作电流，并选取最大者。1)按躲过变压器空投时和外部故障切除后电压恢复时变压器产生的励磁涌流计算，即 式（2）式中 保护动作电流； 变压器额定电流（折算至基本侧）；可靠系数，取1.3。 2)按躲过外部短路时的最大不平衡电流计算，即 式中 不平衡电

21、流；可靠系数，取1.3。 对于三绕组变压器两侧均有电源时 式（3）其中 式中 由于电流互感器误差引起的不平衡电流； 由变压器分接头改变引起的不平衡电流； 由于在平衡线圈实用值不能完全平衡引起的不平衡电流； 电流互感器最大相对误差，取0.1; 电流互感器同型系数。同型号时，=0.5;不同型号时，=1； 在变压器两侧（，及侧）因有调压分接头引起的相对误差，一般可取调整范围之半； 最大外部短路电流； 在所计算的外部短路时，流过调压侧相应电流互感器的短路电流周期分量值；在所计算的外部短路时，流过所计算的、侧相应电流互感器的短路电流；继电器整定匝数与计算匝数不等所引起的相对误差。相对误差计算公式为 式中

22、 平衡线圈计算匝数；平衡线圈实用匝数；差动线圈实用匝数。因为在开始计算动作电流时，是未知的，故可先采用中间值（0.05，最大值为0.09），并取及两项均为正值进行计算。当三绕组变压器仅一侧有电源时，式（3）中的各短路电流为同一值。若外部短路电流不流过某一侧，则式中相应项为零。3)按躲过电流互感器二次回路断线时计算，即 式中 正常运行时变压器的最大负荷电流。当不能确定时，采用变压器额定电流。计算中，各侧所有的短路电流均应归算到基本侧。这样求出的是基本侧的动作电流计算值（）。选用上述三条件算得的保护动作电流的最大值作为计算值。(4)基本侧继电器线圈匝数计算三绕组变压器基本侧直接接差动线圈，其余两侧

23、接相应的平衡绕圈。基本侧继电器动作电流计算为 式中 基本侧继电器动作电流计算值； 基本侧保护动作计算值； 基本侧电流互感器变比； 电流互感器的接线系数。基本侧继电器线圈匝数（差动线圈匝数）计算为 式中 继电器的动作安匝，一般可用实测值。若无此值，可采用额定值，即；差动线圈匝数计算值（直接接基本侧）。接继电器线圈实有抽头，选用较计算值小而相近的抽头匝数，作为差动线圈的整定匝数（）。基本侧实际的继电器动作电流计算为 保护的实际动作电流计算 式中 电流互感器变比；为电流互感器接线系数。当三角形接线时，；当为星形接线时，。(5)非基本侧工作线圈匝数和平衡线圈匝数计算A.平衡线圈匝数计算对于三绕组变压器

24、为 非基本侧的平衡线圈按四舍五入进行。B.非基本侧工作线圈匝数 （6）确定相对误差，即 式（4） 若则以上计算有效（按绝对值进行比较）；若，则应根据的实际值代入重新计算动作电流。(7)保护灵敏度计算，即 式中 变压器内部故障时，归算至基本侧总的最小短路电流；若为单电源变压器，应为归算至电源侧的最小短路电流； 接线系数；基本侧保护一次动作电流；若为单侧电源变压器，应为电源侧保护一次动作电流。如果灵敏度约为2，且算出的小于初算时采用的0.05，而动作电流又是按躲过外部短路时的不平衡电流决定，则可按灵敏度条件选择动作电流，检查此电流是否满足励磁涌流、电流互感器二次回路断线的要求。然后确定各线圈的计算

25、匝数和整定匝数，按式（4）求出，再按式（3）作精确计算。在上述计算中若不满足选择性要求，则可改用其他特性的差动继电器。3相间短路后备保护为防止外部相间短路引起的变压器过电流及作为变压器保护的后备，变压器配置相间短路的后备保护。保护动作后，应带时限动作于跳闸。规程规定：过电流保护宜用于降压变压器；复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护，宜用于升压变、系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。（1）过电流保护1）动作电流的整定原则A按躲过变压器可能的最大负荷电流整定为 式中 可靠系数，一般取1.21.3； 返回系数，取0.850.95(静态继电器取较大值)； 变压器最大负荷

26、电流二次值。当为台变压器并列运行时，应考虑其中一台大变压器 突然断开后，该整定变压器可能增加的负荷电流。当台变压器同容量时，（为变压器的额定电流二次值）。B按躲过降压变压器低压侧电动机起动时的最大自起动电流（二次值）整定为式中 自起动系数，对36kV及以上电压等级负荷，取1.52;对610kV电压级负荷，取1.52.5.C按躲过变压器低压母线自动投入负荷时的总负荷整定。即 式中 可靠系数，取1.2； 正常运行时最大负荷电流（二次值）；自动投入部分的负荷电流（二次值）；自动投入负荷的自起动系数。D按与相邻保护相配合。其中：A）与分断断路器过电流保护配合时 式中 分段断路器过电流保护的动作电流（二

27、次值）； 变压器所在母线分段的正常负荷电流（二次值）。B）与变压器低压侧出线保护配合时式中 可靠系数，一般取1.21.5； 出线保护动作电流二次值，应取各出线中最大值。选择以上诸中最大者作为变压器过电流保护的动作电流。2）灵敏度校验按变压器低压母线故障时的最小短路电流二次值计算 要求。（2）复合电压起动的过电流保护1）电流元件动作电流按变压器额定电流整定 式中 变压器的额定电流。2）低电压继电器动作电压按躲过正常运行时母线的最低工作电压（如电动机自起动时）整定，根据运行经验，可取 式中 变压器额定线电压二次值； 电压互感器变比； 通常取70V。3）负序电压继电器的动作电压按躲过正常运行时的最大

28、不平衡电压整定。式中 通常取6V。4）灵敏系数式中 相邻元件末端两相金属性短路时保护安装处最小负序电压二次值。要求。5）动作时间单侧电源的三绕组降压变压器，相间故障后备保护一般在低压侧和电源侧。其中低压侧保护设两段时限，以断开低压母线分段断路器（为低压侧馈线配合段保护动作时间）；以断开变压器低压侧断路器。电源侧保护也设两段时限，以每一段时限断开中压侧断路器；以第二段时限断开变压器各侧断路器。（3）变压器的零序电流保护对降压变压器，如果中、低压侧没有电源（无发电机）时，即使中性点接地运行，其中性点的零序电流保护也没必要运行。4接地短路后备保护在中性点直接接地系统中，接地短路是常见的故障形式，所以

29、处于该系统中的变压器要装设接地（零序）保护，以反映变压器高压绕组、引出线上的接地短路，并作为变压器主保护和相邻母线、线路接地保护的后备保护。对降压变压器，如果中、低压侧没有电源（无发电机）时，即使中性点接地运行，其中性点的零序电流保护也没必要运行。5过负荷保护 对于降压变压器，双绕组变压器的过负荷保护装在高压侧。单侧电源的三绕组降压变压器，过负荷保护装在电源侧和绕组容量较小的一侧；若三侧容量相同，过负荷保护仅在电源侧装设。两侧电源的三绕组变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。6非电量保护变压器非电量保护主要包括瓦斯保护、温度及压力保护等。由于非保护动作量不需电气量运算。通常根据运行经验、测试等方法获得。（1）瓦斯保护瓦斯保护是油浸式变压器的主保护之一。当变压器壳内故障产生轻微气体或油面下降时，轻瓦斯保护应瞬时动作于信号；当变压器壳内故障产生大量气体时，重瓦斯保护应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调节器压的油浸式变压器的调压装置，也应装设瓦斯保护。轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于断开变压器各侧断路器。（2）变压器湿度及压力保护 对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器标准的要求，装设可作用于信号式动作于跳闸的装置。第五章 母线保护5.1母线的故障及母线保护变电站的母线是整个系统中的重要组成部分，如果母线发生故障，在故障修复期间，将使得连