某10KV变电所的继电保护毕业设计

1、第1章 绪论1.1 设计概概述 变电所的所所有一次次设备在在运行过过程中由由于外力力、绝缘缘老化、过过电压、误误操作、设设计制造造缺陷等等原因会会发生如如短路、断断线等故故障。最最常见同同时也是是最危险险的故障障就是发发生各种种类型的的短路。在在发生短短路时很很有可能能发生以以下后果果。1.流过短短路点的的短路电电流和燃燃起的电电弧使故故障元件件毁坏。2.短路电电流流过过非故障障元件，由由于产生生大量的的热使元元件损坏坏或缩短短其使用用寿命。3.使电力力系统中中部分地地区的电电压降低低，使大大量的用用户遭到到损失或或是设备备坏。4.破坏电电力系统统中各个个发电厂厂之间并并列运行行的稳定定性，引

2、引起系统统震荡，甚甚至使系系统崩溃溃。变电所故障障主要是是短路故故障，包包括三相相短路、两两相短路路、单相相接地短短路和两两相接地地短路。不不同类型型短路的的发生概概率也是是不同的的，通过过实际记记录数据据可知单单相接地地短路发发生概率率最大，约约为91.23%。不同同类型短短路的短短路电流流大小也也不一样样，一般般为额定定电流的的几倍到到几十倍倍。 随着自动化化技术的的发展，为为了在故故障后迅迅速恢复复变电所所的正常常运行，尽尽快消除除运行中中的异常常情况，以以防止大大面积的的停电和和保证对对用户的的连续供供电，继继电保护护的作用用就显得得尤为重重要。继继电保护护指的是是继电保保护技术术和由

3、各各种继电电保护装装置组成成的继电电保护系系统，包包括继电电保护的的设计原原理、配配置、整整定、调调试等技技术，也也包括由由互感器器获取电电压、电电流信息息和故障障状态下下保护装装置作用用于跳闸闸或是信信号的一一整套设设备。继继电保护护的基本本任务如如下。1. 快速速、自动动、有选选择地将将故障元元件或故故障部分分从系统统中分离离出来，保保护故障障设备不不遭受更更大的破破坏，保保证其他他正常工工作的部部分正常常工作。2. 在电电气设备备不正常常工作状状态时，根根据维护护的具体体条件，发发出故障障信号或或是直接接跳闸。由由于各种种保护之之间的相相互配合合和保证证故障损损失最小小化，往往往不要要求

4、迅速速动作，而而是根据据危害程程度进行行一定的的延时处处理，以以免短暂暂的冲击击波造成成继电器器的误动动作。针对10KKV变电所所的继电电保护设设计，该该继电保保护系统统可以分分为以下下几个大大的部分分来处理理：1. 变变电所10KKV进线的的继电保保护设计计；变电所降压压变压器器的继电电保护设设计；变电所母线线断路器器的继电电保护设设计；1.2 选题意意义与目目的10KV变变电所是是直接面面对用户户的终端端变电所所，在实实际应用用当中最最为广泛泛。继电电保护系系统作为为变电所所的重要要组成部部分，它它的作用用不次于于一次系系统。因因此继电电保护系系统的设设计要尽尽量周全全，整定定准确，这这样

5、才能能保证变变电所的的正常供供电和设设备的安安全。作为电气专专业的大大学毕业业生，电电力系统统的继电电保护是是我在大大学期间间必修的的一门功功课。是是专业的的象征性性课程。在在即将毕毕业的时时候，选选做继电电保护设设计的毕毕业课题题有重大大意义，它它不仅让让我将在在大学中中所有的的专业知知识作了了一次完完整的梳梳理，巩巩固了书书本知识识，还迫迫使我查查阅很多多相关资资料，进进一步了了解继电电保护。10KKV变电所所的继电电保护设设计，它它是一个个综合的的课题，让让我在走走出学校校工作之之前接触触到真正正地工程程设计，这这是对我我很大的的锻炼和和提高。1.3 国内外外研究现现状及生生产需求求状况

6、 继电保护技技术是随随着电力力系统的的发展而而发展的的，电力力系统在在运行过过程当中中，不可可避免会会发生各各种故障障，短路路则是最最常见的的故障。在在发生短短路故障障时短路路电流会会增大，为为了避免免电气设设备的损损坏，最最早采用用了熔断断器串接接于电路路当中，短短路发生生时，短短路电流流熔断熔熔断器断断开要保保护的设设备。这这种方式式由于简简单而大大量采用用。而在在现代社社会，电电力系统统的日趋趋复杂化化，这种种简单的的设备已已经不能能满足要要求了，于于是就出出现了现现在的继继电器保保护装置置，并迅迅速运用用于保护护技术当当中。与与此同时时，材料料和制造造等有关关技术的的发展，继继电保护护

7、装置的的结构和和制造工工艺也有有着巨大大的提高高，共经经历了机机电式保保护装置置、静态态继电保保护装置置和数字字式继电电保护装装置等三三个阶段段的发展展。目前在国内内有些小小型变电电所依然然使用的的是机电电式保护护装置，由由于其抗抗干扰性性能好，价价格较为为实惠，但但由于这这种保护护装置的的体积大大，动作作速度不不够，触触点容易易发生粘粘连且磨磨损严重重，不能能承担超超高压和和大容量量电力系系统的需需要而慢慢慢被取取代。目前，随着着计算机机技术和和数字技技术的飞飞速发展展，继电电保护系系统也趋趋于数字字化，这这种继电电保护装装置称为为数字式式继电保保护。这这种保护护可以实实现同一一种硬件件电路

8、实实现不同同原理的的保护功功能，从从而使保保护设备备简单化化，且更更易操作作，可靠靠性高且且经济。同同时，数数字式继继电保护护具有强强大的记记忆、储储存和运运算能力力，可以以实现原原理很复复杂的保保护。通通过程序序可以对对故障进进行分析析、记录录和处理理，工作作的可靠靠性很高高，是目目前世界界上主要要的研究究方向。对于10KKV的终端端变压器器，它是是工厂企企业和民民用的主主要配电电变压器器。在运运用当中中最为广广泛，具具有很大大的研究究价值。10KKV变电所所的继电电保护设设计也是是朝着简简单、实实用和经经济的方方向发展展。目前前国内对对于这一一类的低低压变电电所还是是采用了了原来的的电流继

9、继电器和和电压继继电器等等作为主主要设备备进行保保护装置置的配备备，所以以目前从从经济性性的角度度考虑，数数字式保保护装置置初期投投入较大大且技术术不够成成熟。继继电器保保护装置置还有很很大的研研究价值值。第2章 继电保保护的设设计思路路及意义义2.1 继电保保护的基基本原理理变电所在运运行过程程中或许许会出现现一些故故障和不不正常运运行状态态，这就就会让系系统的正正常工作作遭到破破坏，造造成对用用户供电电质量下下降或者者对设备备的损坏坏。除了了应采取取各种措措施消除除或是减减少事故故发生的的可能性性之外，一一旦故障障出现，就就必须迅迅速而且且准确地地切除故故障元件件或故障障线路。完完成这种种

10、功能的的电力系系统保护护装置就就是电力力系统的的继电保保护装置置。 一一般情况况下，变变电所发发生故障障时总会会伴随当当中的一一些物理理量的改改变。例例如，发发生短路路故障时时会有电电流增大大、电压压降低、线线路始端端测量阻阻抗减小小、电压压与电流流之间相相位角变变化等情情况。利利用这些些参量的的变化可可以构成成不同原原理的继继电保护护系统。如如过电流流保护、欠欠电压保保护、阻阻抗保护护等等。还还可以利利用流过过某一元元件电流流方向的的不同来来分辨是是保护区区内故障障或是保保护区外外的故障障（差动动保护），判判定正向向故障还还是反向向故障（方方向电流流保护），利利用不对对称故障障时出现现的负序

11、序和零序序分量作作为判据据构成的的各种继继电保护护。 除除了这些些反应电电气量变变化的保保护装置置外，还还有些反反应非电电量的保保护，例例如，瓦瓦斯保护护和反应应电动机机绕组温温度升高高而构成成的负荷荷保护。继继电保护护装置是是由一些些继电器器以一定定方式连连接组合合以实现现各种保保护原理理。原理理如图2-1所示。测量比较元件逻辑判断元件测量比较元件逻辑判断元件执行输出元件跳闸或信号相应输入值图2-1 继电保保护装置置的组成成方框图图由图2-11我们可可以看到到，继电电保护系系统分为为测量部部分、逻逻辑部分分和执行行部分。其其中测量量部分是是测量被被保护对对象输入入的有关关电气量量，通常常是由

12、各各种互感感器完成成这一工工作。并并将数值值与给定定的整定定值进行行比较，根根据比较较的结果果，给出出“是”、“非”；“大于”、“不大于”、等于“0”或“1”等性质质的一组组逻辑信信号，从从而判断断保护是是否应该该启动；逻辑部部分是根根据测量量部分各各输出量量的大小小、性质质和输出出的逻辑辑状态以以及出现现的顺序序或者是是它们的的组合，使使保护装装置按照照一定的的逻辑关关系工作作，然后后确定是是否应该该使断路路器跳闸闸或发出出信号，并并将有关关命令传传给执行行部分。继继电保护护中常用用的逻辑辑回路有有“或”、“与”、“非”、“延时启启动”、“延时返返回”以及记记忆等回回路；执执行部分分是根据据

13、逻辑部部分送出出的信号号，最后后完成保保护任务务的装置置。如故故障时动动作于跳跳闸，异异常运行行时发出出信号。2.2 继电保保护装置置的基本本要求变压器各电电气元件件之间通通常都是是用断路路器互相相连接，每每台断路路器都装装有相应应的继电电保护装装置，它它们可以以向断路路器发出出跳闸脉脉冲，从从而动作作于跳闸闸。继电电保护装装置是以以各电气气元件或或线路作作为被保保护对象象，其切切除故障障的范围围是断路路器之间间的部分分。继电保护的的基本要要求是有有选择性性、速动动性、灵灵敏性、可可靠性。这这些要求求之间相相辅相成成或是相相互制约约，根据据具体的的情况加加以协调调处理。1选择性性：作用用于跳闸

14、闸的保护护装置的的选择性性是指保保护装置置动作时时，仅将将故障元元件从电电力系统统中切除除，使停停电范围围尽量缩缩小，来来保证供供电系统统中的无无故障部部分仍然然能继续续安全运运行。2速动性性：快速速地切除除故障可可以提高高供电系系统的稳稳定性，减减少用户户在低电电压情况况下的工工作时间间，减轻轻故障元元件的损损坏程度度，缩小小故障的的影响范范围以及及提高自自动重合合闸装置置和备用用电源自自动投入入装置的的动作成成功率等等。因此此，在故故障发生生时，应应尽量保保证继电电保护装装置能迅迅速动作作，从而而切除故故障。3灵敏性性：保护护装置的的灵敏度度是指保保护装置置对其保保护区内内发生故故障或异异

15、常运行行状态时时的反应应能力。满满足灵敏敏性要求求的继电电保护装装置应该该是在规规定的保保护区内内发生短短路故障障时，不不论其位位置、形形式以及及系统的的运行方方向怎样样，都能能灵敏反反应。4可靠性性：保护护装置的的可靠性性是指在在指定的的保护区区内发生生故障时时，它不不能拒绝绝动作，而而在正常常运行或或保护区区外发生生故障时时，又不不能误动动作。可可靠性是是保护装装置本身身的质量量和维护护水平的的主要表表现，因因此是继继电保护护装置的的最根本本要求。2.3 继电保保护装置置常用器器件介绍绍继电保护装装置是由由一些继继电器通通过各种种方式组组合而成成，这些些常用的的继电器器主要包包括以下下几种

16、。1. 电流流继电器器电流继电器器是电流流保护的的主要测测量器件件，它是是反应电电流变化化的简单单继电器器的典型型代表，在10KV的变电所当中，通常选择DL-10或是GL-10系列。电流继电器一般都是过量继电器，当被保护线路当中电流超过其整定值时，由于衔铁被磁化产生的电磁力矩大于其弹簧的反作用力时，衔铁被吸引，从而常开触点闭合。这就是继电器动作的原理；当被保护电路中电流减小，继电器内部回路中产生的力矩小于弹簧的作用力时，衔铁释放。常开触点打开，这就是继电器的返回。返回电流与动作电流之比称为继电器的灵敏系数。2. 电压压继电器器欠电压继电电器的触触点为常常闭触点点，系统统正常运运行时其其触点打打

17、开，出出现故障障时，当当母线电电压下降降到一定定程度的的时候继继电器触触点闭合合，保护护装置动动作。这这个电压压称为动动作电压压。当故故障清除除，被保保护线路路电压上上升到一一定值时时，继电电器触点点打开，保保护返回回。这时时的电压压称为返返回电压压。3. 中间间继电器器中间继电器器的作用用是在继继电保护护装置中中增加触触点个数数以及容容量，其其触点可可以是常常开也可可以是常常闭触点点。4. 时间间继电器器时间继电器器的主要要功能是是在得到到电流继继电器或或是电压压继电器器的动作作信号时时，加以以一定的的延时，以以保证动动作的选选择性，而而后才把把信号向向下一级级传递。其其主要要要求是：延时动

18、动作，瞬瞬时返回回。5. 信号号继电器器信号继电器器用来做做继电保保护的故故障信号号指示，接接通灯管管或报警警设备。其其动作后后触点自自保持，不不能自动动返回，需需要由值值班人员员手动复复归。第3章 10KKV变电所所的一次次系统分分析及短短路电流流计算3.1 10KKV变电所所一次系系统的构构成和特特点变电所的一一次系统统是指将将所有一一次设备备，诸如如变压器器、母线线、断路路器、电电力电容容器（补补偿器）、输输电线路路等设备备连接起起来的线线路。在在一次系系统当中中，几乎乎所有电电气设备备都在高高电压状状态下工工作，为为了保证证设备的的正常运运行和其其自身的的安全，必必须在一一次系统统上设

19、计计二次系系统，对对一次系系统进行行保护和和监控。设设计可靠靠的二次次系统对对设备的的稳定运运行至关关重要。因因此必须须对一次次系统进进行仔细细的分析析和准确确的判断断。如图图3-1所示。 QSQSFQFTAQSQSFUTVQSQSFUTVQSTAQFQSQSQFQSTAYoYo进线变压器联络测量电压互感器测量电压互感器图3-1 100KV变电所所一次系系统图需要说明的的是，图图3-1只是一一次系统统的一部部分，全全图是由由与上图图对称的的另一部部分一起起构成的的。作为为主电路路的备用用电路和和电源。通通过联络络线将两两边连起起来。当当电路正正常运行行的时候候进线处处的1QF接通对对线路供供电

20、，而而联络处处的3QF处于断断开状态态，线路路处于正正常工作作状态。电电路线路路系统出出现故障障的时候候，各种种继电保保护使其其1QF跳闸，而而为了能能使其他他设备正正常工作作，在断断开1QF的同时时接通3QF，另一一路电源源为其供供电。它它对电力力系统的的安全稳稳定运行行至关重重要，因因而要对对其进行行相应的的继电保保护。图中采用单单母线分分段式接接线，一一段正常常工作，一一段作为为后备线线路和电电源，由由于两段段同时出出故障的的可能性性很小，因因此这样样可以很很大程度度提高供供电的可可靠性和和稳定性性。在进进线处，采采用母线线隔离开开关和断断路器，为为了保证证进线端端的稳定定，防止止因电流

21、流电压波波动引起起的其他他电气设设备的不不正常工工作，必必须对这这里的断断路器进进行二次次保护。在在主接线线中使用用的是接接于A、C两相的的电流互互感器，所所以在保保护的时时候也要要采用两两相两继继电器的的星型接接线方式式。另外外，在保保护中最最好做一一个欠电电压保护护；在变变压器端端，母线线隔离开开关和断断路器接接于变压压器的高高压端，采采用了三三相的电电流互感感器接线线，在变变压器保保护当中中就首选选三相三三继电器器的接线线方式；母线联联络处起起到了备备用电源源和备用用电路在在另一电电路故障障时投入入工作的的切换作作用，采采用两相相电流互互感器，在在设计保保护时，就就选择了了两相两两继电器

22、器接线。3.2 10KKV变电所所继电保保护方式式和保护护类型3.2.11 电源进进线应配配置的继继电保护护 通过对100KV变电所所一次系系统的分分析，在在该变电电所的两两组进线线当中必必须设定定以下保保护方式式：1带时限限的过电电流保护护，采用用两相两两继电器器星型接接线，作作用于信信号和断断路器跳跳闸。2速断保保护，采采用两相相两继电电器星型型接线，作作用于信信号和断断路器跳跳闸。3欠电压压保护，由由电压互互感器引引出线，作作用于信信号和断断路器跳跳闸。3.2.22电力变变压器应应配置的的继电保保护对于10KKV的电力力变压器器，查阅阅相关的的变压器器参数以以及结合合实际情情况，应应设以

23、下下保护配配置：1装于变变压器高高压侧的的定时限限过电流流保护，采采用三相相三继电电器星型型接线。作作用于信信号和断断路器跳跳闸，同同时兼做做低压侧侧的单相相接地保保护。2电流速速断保护护，采用用三相三三继电器器星型接接线，装装于变压压器高压压侧，作作用于信信号和断断路器跳跳闸。3零序电电流保护护，零序序电流保保护作为为接地短短路的后后备保护护。4装于高高压侧的的过负荷荷保护，由由于过负负荷保护护一般三三相对称称，因此此采用单单相一继继电器接接线。作作用于信信号。5瓦斯保保护，装装于变压压器上。轻轻瓦斯作作用于信信号，重重瓦斯作作用于信信号和断断路器跳跳闸。3.2.33 变电所所母线联联络装置

24、置应配置置的继电电保护母线联络装装置是两两组线路路和电源源的重要要切换设设备，在在保护时时应考虑虑到两组组线路的的特点，现现给出以以下配置置：1过电流流保护，采采用两相相两继电电器接线线，作用用于信号号和断路路器跳闸闸。2速断保保护，采采用两相相两继电电器接线线，作用用于信号号和断路路器跳闸闸。3.3 10KKV变电所所的短路路电流计计算3.3.11 100KV变电所所短路电电流计算算的概念念和意义义通常情况下下在三相相交流运运行的电电力系统统当中，主主要包括括了以下下几种短短路故障障：三相相短路、两两相短路路和单相相接地短短路。一一般来说说，三相相短路的的电流值值最大。可可以达到到额定电电压

25、的很很多倍。短短路时产产生很大大的电动动力和很很高的温温度，损损坏电气气设备。短短路时电电压大大大降低，严严重影响响到系统统的正常常运行。在在短路过过程中，短短路电流流的波动动情况取取决于电电力系统统的电源源容量或或是短路路点离电电源的距距离。短路电流计计算内容容应该包包括最大大短路电电流值，用用来校验验电气设设备的热热稳定、动动稳定和和分断能能力，整整定继电电保护装装置；同同时还应应该求出出最小的的短路电电流值，用用来校验验继电保保护设备备的灵敏敏度。 3.3.22 110KVV变电所所标幺值值法短路路电流的的计算标幺值是一一种相对对单位制制法，其其值为该该设备的的实际值值与选定定的基准准值

26、的比比值。采采用标幺幺值法进进行短路路计算时时，通常常需要首首先选定定基准容容量和基基准电压压，则对对于本设设计，基基准容量量选择为为，与其其对应的的基准电电流和基基准电抗抗可以由由下式推推导 (3-1) (3-2) 11. 三相短短路电流流计算对于本设计计，其计计算电路路如图3-2所示。图3-2 短路电电流计算算电路图图1) 基准准值的选选定由图3-22可知变变电所高高压侧的的电压等等级为10KKV，低压压侧电压压等级为为0.338KVV，则其其标幺值值法的基基准值为为：高压压侧，低低压侧。而 2) 计算算电路中中主要元元件的电电抗标幺幺值a. 电力力系统的的电抗标标幺值计计算已知系统在在最

27、大方方式下，因此此b. 架空空线路的的电抗标标幺值计计算查相关手册册得到，已已知架空空线路长长则有c. 电力力变压器器的电抗抗标幺值值计算查手册可以以得到s9-6300/100的，于是是有由于是两台台同型号号变压器器，所以以，所以以该电路路的短路路等效电电路如图图3-3所示。图3-3 短路等等效电路路图3) 对于于短路点点K-1的计算算 最大运运行方式式下计算算a. 总电电抗标幺幺值b. 三相相短路电电流周期期分量的的有效值值c. 其他他的三相相短路电电流为d. 三相相短路容容量 最小运运行方式式下计算算a. 总电电抗标幺幺值b. 三相相短路电电流周期期分量的的有效值值c. 其他他的三相相短路

28、电电流为d. 三相相短路容容量4) 对于于短路点点K-2点的计计算 最大运运行方式式下计算算a. 总电电抗标幺幺值b. 三相相短路电电流周期期分量的的有效值值c. 其他他的三相相短路电电流为d. 三相相短路容容量 最小运运行方式式下计算算a. 总电电抗标幺幺值b. 三相相短路电电流周期期分量的的有效值值c. 其他他的三相相短路电电流为d. 三相相短路容容量2. 两两相短路路电流计计算在系统容量量无限大大时，发发生两相相短路的的短路电电流可以以由下式式求得 (3-3)式中，为短短路点的的线电压压。在无限大容容量系统统中，两两相短路路电流和和三相短短路电流流有如下下的关系系 (3-4)因此，在无无

29、限大容容量系统统中，可可以计算算出该短短路点的的三相短短路电流流，从而而得到两两相短路路电流。3. 单单相短路路电流计计算在工程设计计中，常常利用下下式计算算单相短短路电流流 (3-5)式中，为电电源相电电压；为为单相短短路回路路的阻抗抗，可查查相关手手册。或或按下式式计算 (3-6)式中，、分分别为变变压器单单相的等等效电阻阻和电抗抗；、分别为为相线与与N线或与PE线的短短路回路路电阻和和电抗，可可由相关关手册查查得。在在相关手手册查得得本设计计用变压压器单相相短路电电流为第4章 10KKV变电所所进出线线继电保保护设计计4.1 带时限限过电流流保护设设计1带时限限过电流流保护的的原理带时限

30、的过过电流保保护在运运用当中中可以作作为主保保护或是是下级保保护拒动动的远后后备保护护，同时时也可以以作为本本线路主主保护拒拒动时的的近后备备保护。这这里采用用了定时时限的过过电流保保护，这这种保护护的整定定动作时时间固定定。在一一般的情情况下，过过电流保保护能保保护线路路的全长长，也能能作为邻邻近保护护的后备备保护。如如图4-11(a)所示，电电流互感感器分别别接于保保护线的的A、C两相，正正常工作作时断路路器QF闭合，在在系统中中由于短短路而导导致的短短路电流流增大时时，流入入电流继继电器的的电流增增大，继继电器启启动，经经过时间间继电器器KT的延时时后，信信号传送送至信号号继电器器线圈，

31、接接通脱扣扣线圈而而断路器器跳闸。同同时信号号继电器器发出故故障信号号。 （a）（b） 图4-1 (aa）带时时限过电电流保护护的接线线原理图图; (b) 带时限限过电流流保护展展开图2带时限限过电流流保护的的整定计计算1）动作电电流的整整定计算算 (44-1)式中 可靠系系数，取取1.22(DLL)至1.33(GLL)；返回系数数，取0.885；过负荷电电流，；接线系数数，取1；电流互感感器变比比(3000/5)； 所所以 取。2）动作时时间的整整定计算算一般比相邻邻保护动动作时间间大一个个阶梯时时间，这这里相邻邻的为速速断保护护，时限限过电流流保护作作为它的的后备保保护。其其动作时时间为1

32、s。3）灵敏度度的校验验保护的灵敏敏度校验验为 (4-22)式中为最小小运行方方式下，线线路末端端两相短短路稳态态电流；在过电流保保护作为为后备保保护时，灵灵敏度大大于1.2即满足足要求；，满足要求求。 在在此选择择GL-11/5型过电电流继电电器即能能满足要要求。4.2 速断保保护设计计1电流速速断保护护原理作为进线保保护的主主保护，要要求速断断保护能能迅速地地切除故故障。需需要注意意的是，这里采用瞬时速断保护是不合适的。因为母线短路和馈线出口短路的短路电流是一样的，根本无法区分是母线故障还是馈线短路。所以进线只能采用定时限速断电流保护。图4-2是无时限电流速断保护的原理图，由图中可以知道，

33、它和前面不同的地方在于没有时间继电器，这是为了时现瞬时动作。 (a) (b)图4-2 (aa ) 电流速速断保护护原理图图; (b) 电流速速断保护护展开图图2电流速速断保护护的整定定计算 1）动作电电流的整整定 (44-3)式中 最大运运行方式式下线路路末端的的三相短短路超瞬瞬态电流流可靠系数数，取1.22(DLL)或1.55(GLL)则2）灵敏度度校验按最小方式式运行下下线路始始端两相相短路电电流校验验，则有有 (4-44)式中 为最最小运行行方式下下，线路路始端两两相短路路电流；因此，；不不满足灵灵敏度要要求，因因此装设设带时限限的速断断保护来来实现。按按照相邻邻元件末末端短路路时的最最

34、大三相相短路整整定，其其整定电电流为 (4-55)式中 为最最大运行行方式下下相邻元元件末端端三相短短路稳态态电流。则有，取557A；灵敏度校验验为： ，满足要要求；动作时间整整定为0.55s，设计计原理图图如图4-1所示。这里选择DDL-331/1100型电流流继电器器，整定定倍数为为8倍。4.3 欠电压压保护设设计1欠电压压保护的的基本原原理在工厂运行行过程中中，由于于发生 HYPERLINK /wiki/%E7%9F%AD%E8%B7%AF短短路故障障等原因因，线路路电压会会在短时时间内出出现大幅幅度降低低甚至消消失的现现象。这这会给线线路和电电气设备备带来很很大的损损伤。例例如：让让电

35、动机机疲倒、堵堵转，从从而产生生很大的的短路电电流，以以至于烧烧坏电动动机。当线路中电电压降低低到一定定程度时时，会引引起电动动机疲倒倒。这时时的电压压称为临临界电压压。线路路电压降降低到临临界电压压时，保保护电器器启动，这这是欠电电压保护护，它的的任务主主要是防防止设备备因过载载而烧毁毁。当本本路电压压低于临临界电压压保护电电器才动动作的称称为失压压保护，其其主要任任务则是是防止电电动机自自起动。在在本设计计中采用用了欠电电压保护护，装于于出线上上。其保保护原理理图如4-3所示。图4-3 欠电压压保护原原理图2欠电压压保护整整定计算算欠电压保护护的整定定电压为为(4-6)式中为正常常工作时时

36、的最低低工作电电压，一一般取为为额定电电压的90%；为可靠系数数，取1.1；为低电压继继电器的的返回系系数，取取1.225；因此，；动作时间整整定为0.55s。选择JVRR-3880型电压压继电器器。4.4 电流测测量和电电机储能能回路设设计1电流测测量回路路设计在前面章节节中，对对于一次次系统的的分析可可知，进进线端采采用的是是两相电电流互感感器接线线，分别别接于保保护线段段的A、C两相。因因此选择择了两个个电流表表分别接接在A、C相上，用用以测量量电流值值。如图图4-4所示。图4-4 电流测测量回路路2电机储储能回路路设计 在在断路器器需要跳跳闸来实实现保护护功能时时，是由由电机储储能设备

37、备为其提提供跳闸闸能量的的，那么么在正常常工作情情况下，储储能电路路就要储储存足够够的能量量，为故故障状况况下的跳跳闸准备备能量。其其设计电电路如图图4-5所示。图4-5 电流测测量回路路4.5 防跳闸闸、合闸闸信号及及事故分分闸信号号设计在变电所正正常或是是不正常常状态下下，为了了便于值值班人员员观察，都都会设置置一些很很直观的的信号来来表示变变电所当当前的工工作状态态。这些些直观信信号就是是信号继继电器发发出的灯灯光或是是报警信信息。如如图4-6和4-7所示。 图4-6 合闸和和防跳闸闸回路图4-7 事故分分闸信号号回路第5章 10KKV变电所所变压器器继电保保护设计计5.1 S9_630

38、0/100变压器器基本参参数介绍绍S9_6330/110变压器器为三相相油浸式式变压器器，其主主要参数数如下：安装位置：户外 正常安安装相数/频数数：三相相 500HZ中性点方式式：接地地电压变比：6222.50.44KV阻抗电压：4.5额定容量：6300KVAA联结组号：Dynn11分接范围：高压侧侧22.55分接方式：无励磁磁调压绝缘方式：变压器器油绝缘等级：F现场工频耐耐压/雷电冲冲击耐压压：25/65KKV结构形式：密闭 油浸绕组：铜冷却方式：自然 液冷低压侧出线线形式：绝缘母母线温度显示控控制装置置：要 5.2 变压器器的故障障类型和和不正常常工作状状态 在在10KKV变电所所中，变

39、变压器作作为用来来降低电电压的必必备电气气设备，它它的故障障会对供供电系统统的安全全性带来来巨大威威胁，同同时变压压器本身身也是十十分贵重重的。因因此在实实际运用用中，要要根据实实际情况况对变压压器进行行可靠的的继电保保护装置置的配置置，以保保证变压压器能够够正常工工作。变压器的故故障可以以分为内内部故障障和外部部故障。内内部的故故障是指指油箱内内的故障障，主要要包括绕绕组的相相间短路路、接地地短路、匝匝间短路路和铁芯芯的因过过电流而而烧坏，同同时产生生的电弧弧会损坏坏绕组间间的绝缘缘、烧坏坏铁芯、使使绝缘材材料和变变压器油油分解产产生大量量的气体体，有时时可能会会引起变变压器油油箱的爆爆炸；

40、油油箱外的的故障主主要是指指套管和和引出线线上发生生相间短短路以及及接地短短路等故故障。变压器的不不正常工工作状态态主要有有：变压压器外部部短路，通通过长期期实践可可知，变变压器发发生单相相接地短短路的概概率最大大，约占占到总故故障的83%，其次次是两相相接地短短路，大大约8%。引起起的短路路电流、负负荷长时时间超过过额定值值引起的的过负荷荷，各种种原因引引起的冷冷却能力力下降等等问题。这这些不正正常运行行状态会会使绕组组和铁芯芯产生大大量的热热。另外外，在中中性点不不接地运运行的星星型接线线变压器器中，外外部发生生接地短短路时，有有可能造造成变压压器中性性点过电电压，威威胁其绝绝缘；而而容量

41、较较大的变变压器在在过电压压或是低低频率等等异常情情况下运运行会使使变压器器过励磁磁，引起起铁芯和和其他金金属构件件的过热热。变压压器在不不正常工工作状态态时，继继电保护护应视其其严重程程度发出出故障信信号或跳跳闸，确确保变压压器不受受到毁灭灭性的伤伤害。变变压器故故障时，除除了变压压器各侧侧电压、电电流会较较正常时时有所变变化，其其内部的的冷却油油、气、温温度等非非电气量量也会与与正常时时不同。因因此就可可以根据据这些物物理量的的改变确确定变压压器的继继电保护护方式和和类型。5.3 S9_6300/100变压器器的继电电保护配配置按GB500062219992规定：对电力力变压器器的下列列故

42、障及及异常运运行方式式，应装装设相应应的保护护装置：1、绕组组及其引引出线的的相间短短路和中中性点直直接接地地侧的单单相接地地短路；2、绕组组的匝间间短路；3、外部部短路引引起的过过电流；4、中性性点直接接接地系系统中外外部接地地短路引引起的过过电流及及中性点点过电压压；5、过负负荷；6、油面面降低；7、变压压器温度度升高或或油箱压压力升高高或冷却却系统故故障。根根据S9_6300/100变压器器的各种种参数，查查阅相关关资料，现现给出如如下继电电保护配配置。5.3.11 带时限限的过电电流保护护带时限的过过电流保保护是将将被保护护线路的的电流接接入过电电流继电电器，在在线路发发生短路路时，线

43、线路中的的电流剧剧增，当当线路中中电流增增大到整整定值时时，过电电流继电电器动作作，并且且用时间间继电器器来保证证动作的的选择性性。按照照动作时时间特性性区分，有有定时限限过电流流保护和和反时限限过电流流保护两两种。由由于变压压器高压压侧装设设有断路路器，因因此选择择了定时时限过电电流保护护。同时时考虑到到低压侧侧的单相相接地短短路保护护，这里里采用三三相三继继电器接接线方式式兼做低低压侧的的单相短短路保护护，适合合小型配配电所，接接线简便便，经济济适用。1定时限限过电流流保护的的基本原原理定时限过电电流保护护装置的的动作时时间按整整定的动动作时间间固定不不变，与与故障电电流大小小无关。定定时

44、限过过电流保保护装置置由电磁磁式系列列继电器器组成，其其组成原原理电路路图如5-1所示。（a）（b）图 5-11 (a) 定时限限过电流流保护原原理图; (b) 定时限限过电流流保护的的展开图图 当变压器高高压侧发发生相间间短路或或单相短短路时，较较大的故故障电流流使电流流继电器器KA1、KA2和KA3瞬时动动作，其其触点闭闭合，接接通时间间继电器器KT的线圈圈回路，其其触点经经一定时时间的延延时后闭闭合，接接通信号号继电器器KS和中间间继电器器KM线圈回回路，KS动作后后，其指指示牌掉掉下，同同时接通通信号回回路，发发出灯光光信号或或者音响响信号。KM动作后后，接通通断路器器QF跳闸线线圈Y

45、R回路，使使断路器器QF跳闸，切切除故障障部分。在变压器低低压侧发发生单相相接地短短路时，工工作原理理同上。QF跳闸后后，其辅辅助触点点QF 12随之切切断跳闸闸回路，以以减轻KM触点的的工作。在在短路故故障切除除后，继继电保护护装置除除了KS外的其其他所有有继电器器都自动动返回起起始状态态，KS可以手手动复位位。2定时限限过电流流保护的的整定计计算1) 动作作电流的的整定，为为保证被被保护元元件通过过最大负负荷电流流时过电电流保护护不误动动作，并并且在外外部故障障切除后后能可靠靠返回，其其动作电电流为 (5-11)式中 可靠系系数，取取1.22(DLL)至1.33(GLL)；返回系数数，取0

46、.885；变压器一一次侧额额定电流流；综合负荷荷的自启启动系数数，取1.5至3；电流互感感器变比比（2000/5）；由此 取；2) 动作作时间整整定，按按照阶梯梯原则整整定，高高于相邻邻的定时时限过电电流保护护一个时时间阶，即即式中(定时时限一般般为0.55s，反时时限为0.77 s)。为相邻邻定时限限过电流流保护的的整定时时间。一一般取作作0.5到0.77s。所以以在这里里取为0.55s。3) 灵敏敏度校验验，躲过过最小运运行方式式下，低低压侧两两相短路路时流过过高压侧侧的短路路电流来来校验。则则有 (5-2)式中 为为最小运运行方式式下变压压器低压压侧两相相短路时时，流过过高压侧侧的稳态态

47、电流；所以有 满足要求。在在这里选选择GL-11/5型继电电器。5.3.22 变压器器的电流流速断保保护当过电流保保护动作作时限大大于0.55s时，就就需要装装设电流流速断保保护。变变压器的的电流速速断保护护是防止止被保护护范围内内发生金金属性单单相或多多相短路路时产生生电流长长时间冲冲击而引引起的事事故扩大大，并且且波及故故障线路路及其以以上的设设备，一一般都作作用于断断路器跳跳闸。1. 电流流速断保保护的工工作原理理在带时限的的过电流流保护当当中，它它有越靠靠近电源源其过电电流保护护动作时时间越长长的缺点点，但是是短路电电流则是是与靠近近电源其其值越大大，危害害更加严严重。因因此，在在GB

48、550066219992中规定定，如果果过电流流保护动动作时限限超过0.5到0.7秒，应应该装设设瞬时动动作的电电流速断断保护。电流速断保保护是一一种瞬时时动作的的过电流流保护。对对于使用用DL型继电电器而言言，电流流速断保保护就相相当于在在定时限限过电流流保护当当中去除除时间继继电器，在在电流继继电器启启动后直直接启动动信号继继电器和和中间继继电器，最最后由中中间继电电器接通通跳闸回回路，从从而达到到保护的的目的。如如图5-2所示，其其中KA1、KA2、KA3是电流流继电器器，在电电流超过过整定值值时，电电流继电电器动作作接通信信号继电电器发出出故障信信号，再再接通中中间继电电器接通通跳闸回

49、回路。(a) (b)图5-2 (aa) 电流速速断保护护原理图图; (b) 电流速速断保护护展开图图2. 电流流速断保保护的整整定计算算1) 动作作电流的的整定为了保证前前后两级级瞬动的的电流速速断保护护的选择择性，电电流速断断保护的的整定电电流应该该按照躲躲过二次次侧母线线三相短短路电流流来整定定。因此此其整定定公式为为 (55-3)式中 可靠系系数，取取1.55(GLL)；保护装置置的接线线系数，两两相两继继电器接接线时取取1；最大运行行方式下下变压器器低压侧侧三相短短路时，流流过高压压侧（保保护安装装处）的的超瞬态态电流；保护装置置连接的的电流互互感器变变比，取取40；所以有：，取86A

50、A；瞬动电流倍倍数取为为8倍。2) 灵敏敏度的校校验灵敏度的校校验按照照最小运运行方式式下，保保护装置置安装处处两相短短路电流流校验 (5-4)式中 为最最小运行行方式下下保护安安装处两两相短路路超瞬态态电流。有 ；满足要求。在在这里选选择DL-31/1000型继电电器则满满足要求求。5.3.33 低压侧侧单相短短路保护护变压器低压压侧的单单相接地地保护原原理和定定时限过过电流保保护线路路的保护护类似，因因此在设设计时高高压侧过过电流保保护采用用三相三三继电器器的接线线方式兼兼做低压压侧的单单相短路路保护如如图5-1所示，这这种接线线方式的的优点在在于它既既能实现现相间短短路保护护，还能能实现

51、低低压侧的的单相短短路保护护，通过过实践可可知，对对于Dynn11的配电电变压器器，它的的保护灵灵敏度完完全满足足要求，这这样的设设计经济济适用，是是小配电电所的首首选方案案。5.3.44 变压器器低压侧侧零序电电流保护护变压器的主主保护通通常采用用差动保保护和瓦瓦斯保护护，除了了主保护护外变压压器还应应装单相相接地保保护的后后备保护护。后备备保护的的作用是是为了防防止由外外部故障障引起的的变压器器绕组过过电流，并并作为相相邻元件件（母线线或线路路）保护护的后备备以及在在可能的的条件下下作为变变压器内内部故障障时主保保护的后后备。变变压器的的单相接接地保护护的后备备保护通通常采用用低压侧侧装设

52、三三相均带带电流脱脱扣器的的低压断断路器保保护、低低压侧三三相均装装设熔断断器保护护、零序序保护等等，也有有采用阻阻抗保护护作为后后备保护护的时候候。零序保护原原理接地故障是是电力系系统运行行中最常常见的故故障形式式。在中中性点直直接接地地系统的的变压器器，一般般要在变变压器上上装设接接地保护护，用来来当做变变压器的的主保护护和相邻邻元件接接地保护护的后备备保护。在在变压器器发生接接地故障障时，其其中性点点将出现现零序电电流，母母线出现现零序电电压，变变压器的的接地后后备保护护就是反反应这些些电气量量而构成成的。在本次设计计当中，采采用变压压器的零零序电流流保护作作为接地地短路时时的后备备保护

53、。装装于变压压器的低低压侧。如如图5-3所示，保保护用的的电流互互感器接接于变压压器的中中性线上上。图5-3 中性点点直接接接地变压压器零序序电流保保护原理理图零序电流保保护的整整定计算算1) 动作作电流的的整定保护的动作作电流应应躲过正正常运行行时，变变压器中中性线上上流过的的最大不不平衡电电流，其其值按照照GB 10994.11-5电力力变压器器规定定，不超超过额定定电流的的35%。其计计算公式式为： (5-5)式中 为可可靠系数数，在此此取1.2；为变压器低低压侧的的额定电电流为9099.4AA；则有 ，取10A。保护的灵敏敏度校验验按照最小运运行方式式下，低低压侧母母线或母母干线单单相

54、接地地稳态短短路电流流校验 (55-6)式中为最小小运行方方式下变变压器低低压侧母母线或母母干线末末端单相相接地稳稳态短路路电流，则则有满足要求。选选择GL-12/10型继电电器。3) 保护护动作时时限整定定动作时限应应该比引引出线零零序电流流后备段段的最大大动作时时限大一一个阶梯梯时限。在在这里取取1s。5.3.55 过负荷荷保护1. 过负负荷保护护的工作作原理在大多数情情况下，变变压器的的过负荷荷是三相相对称的的，在小小型变电电所中，为为了节约约成本，在在此选择择只用一一个电流流继电器器的单相相一继电电器接线线方式，在在有人值值班的变变电所，变变压器的的过负荷荷保护一一般经延延时作用用于信

55、号号。对于于降压变变压器装装设于变变压器的的高压侧侧。其原原理图如如5-4。 (a) (bb) 图5-4 (aa)过负荷荷保护原原理图; (b) 过负荷荷保护展展开图2. 过负负荷保护护的整定定计算过负荷保护护的动作作电流按按照躲过过变压器器的额定定电流来来整定公公式 (5-77)式中 为为变压器器高压侧侧的额定定电流；为电流流互感器器变比(取2000/5)。所以，取33A保护的动作作时限应应该考虑虑到后备备保护的的最长动动作时间间，一般般取作10到15s。这里选择GGL-111/55型继电电器。5.3.66 瓦斯保保护1. 瓦斯斯保护的的原理和和优点在油浸式变变压器油油箱内发发生故障障时，由

56、由于故障障点局部部高温使使变压器器油温升升高，油油内气体体排除形形成气泡泡，若故故障点有有电弧产产生则变变压器油油使其他他绝缘材材料分解解出大量量气体，这这些气体体会由油油箱内上上升到油油枕上部部，故障障越严重重产生的的气体越越多，气气体流速速就越快快。利用用这种气气体实现现保护的的原理称称为瓦斯斯保护或或是气体体保护。气体保护具具有灵敏敏度高、动动作迅速速、简单单经济的的优点。当当变压器器严重漏漏油或匝匝间短路路时，其其他保护护不能反反应，而而气体保保护能工工作。但但瓦斯保保护只能能反应油油箱内部部故障，不不能反应应油箱外外套管和和断路器器引线上上的短路路故障，因因此不能能单独作作为变压压器

57、的主主保护，必必须和其其他保护护配合使使用。2. 瓦斯斯保护继继电器的的工作原原理如图5-55所示，气气体继电电器安装装在变压压器油箱箱与油枕枕间的连连接管道道上，为为使气体体能够顺顺利进入入气体继继电器和和油枕，变变压器顶顶盖与水水平面之之间夹角角应有1%到5%的坡度度，连接接道应有有2%的坡度度。图 5-55 气体继继电器安安装示意意图3. 瓦斯斯保护的的接线如图5-66所示为为气体保保护接线线图，当当气体继继电器KG轻瓦斯斯触点（上上触点）闭闭合，通通过信号号继电器器KS1，延时时发出预预告信号号；重瓦瓦斯触点点（下触触点）闭闭合后，经经信号继继电器KS2，连接接片XB接通中中间继电电器

58、KM作用于于断路器器跳闸，从从而切除除变压器器。 (a) (b)图 5-66 (a) 瓦斯保保护原理理接线图图; (b) 瓦斯保保护展开开图为了避免继继电器KG下触点点受油的的冲击出出现跳动动现象造造成保护护失效，KM具有自自保持功功能，利利用第三三对触点点进行自自锁，以以保证断断路器可可靠跳闸闸，跳闸闸后可利利用解除除按钮SB解除自自锁或利利用QF1辅助触触点解除除自锁。为为了防止止气体保保护在变变压器漏漏油或KG实验时时误动作作，出口口回路连连接片XB用于将KG下触点点切换到到信号灯灯，使重重瓦斯保保护退出出工作。5.4 电机储储能操作作机构变压器断路路器的电电机储能能操作机机构和其其他断

59、路路器一样样，需要要在正常常工作状状态下储储能，为为故障情情况下的的跳闸提提供能量量。所以以就要设设计可靠靠的电机机储能电电路，实实现这个个功能。其其设计电电路如5-7所示。图5-7 电机储储能操作作机构5.5 断路器器合闸、分分闸信号号断路器的合合闸、分分闸信号号反应的的是变电电所系统统的工作作状态，当当系统出出现故障障时，会会伴随着着断路器器的动作作。为了了提醒值值班人员员及时排排除故障障，保证证最大限限度地减减小用户户在停电电状态下下的时间间，就需需要故障障时发出出的故障障信号。其其电路图图如5-8所示。 图5-8 断路器器合闸、分分闸信号号5.6 变压器器故障及及事故分分闸信号号当变压

60、器发发生故障障时，需需要发出出信号，提提醒值班班人员及及时维修修。其信信号电路路如图5-9所示。图5-9 变压器器故障及及事故分分闸信号号5.7 事故信信号回路路及光字字牌显示示变压器光字字牌显示示是最直直接的信信号表现现方式，可可以供值值班人员员直观准准确地了了解到设设备的运运行状态态，其设设计如图图5-110所示。图5-100 事故回回路及光光字牌显显示第6章 10KKV变电所所母线联联络断路路器继电电保护设设计6.1 测量回回路设计计测量回路是是线路运运行过程程中不可可或缺的的部分，它它能直观观显示出出当前系系统的运运行状态态，便于于值班人人员准确确地进行行判断。在在故障时时能快速速准确