【110kV地区变电所母线保护设计8000字（论文）】

kV地区变电所母线保护设计目录TOC\o"1-3"\h\u20018第一章前言 1669第二章主接线方案的选择比较 2260372.1高压侧母线接线形式 2197322.2低压侧母线接线形式 328660第三章电气设备选型 670493.1主变压器选择 6160263.1.1主变压器台数的确定 6319153.1.2主变压器容量的确定 6170503.1.3主变压器的选择方法 6201213.2导线的选择 7139953.2.1110KV母线的选择与校验： 7107423.2.210KV母线的选择与校验： 778143.2.3电流互感器的选择与校验 88880第四章短路电流计算 9187054.1短路电流计算的目的 9296984.2短路电流计算的计算步骤 9135334.3短路电流计算的计算过程 965184.3.1电力系统接线简图 9290884.3.2电力系统简图 109451第五章母线保护设计 15119365.1变电所母线故障及继电保护的要求 15250765.1.1母线常见故障 15258775.1.2母线故障类型 1564085.1.3母线继电保护的基本要求 15182005.210KV侧单母线分段差动保护整定 1564945.2.1整定原理 1578365.2.2保护动作情况 1698275.2.3整定计算 17259765.3双母线差动保护 1836315.3.1整定原理 18262625.3.2保护动作情况 1962525.3.3整定计算 20311665.4母线后备保护 2214715第六章结论 23第一章前言110kV降压变电站通过将得到的电能进行变换，并通过母线的作用以实现对该区域各类负荷的供电。通过该降压变电站能将110kV的高压电将为10kV高压电，以满足化纤厂各类用电负荷用电。作为110kV和10kV的供电母线要分别进行保护，保证供电安全。110kV母线作为该变电所重要设备之一，一旦发生故障会造成严重的影响，因此需要对母线设置专门的继电保护装置。如果该母线出现故障，这就要求对母线设置的保护能自动，快速且有选择性地切除相应的断路器实现故障母线的快速切除。因此要对母线设置专门的保护。通过对110kV母线和10kV母线分别进行相应的差动保护。当对母线设置差动保护能够实现当母线正常运行或母线外部发生故障时差动保护不动作，而当母线上发生短路故障时继电保护设备能够实现自动并且迅速断开电力系统中相应故障母线上的断路器，从而实现母线保护。根据现有的设计原则的相关内容和资料选择合适的电气主接线图，大致分析。并选择满足要求的变压器型号、隔离开关和断路器并设计保护设备画出等值网络，计算短路电流并对110KV侧和10KV侧母线进行保护第二章主接线方案的选择比较高压配电有多种接线形式。已知现在选择变压器并联运行模式。下面通过比较各种接线方法的优缺点来确定要使用的接线类型。2.1高压侧母线接线形式（1）单母线分段接线：如图2-1所示为单母线分段接线，单母线分段接线适用于110KV-220KV配电设备，输出回路为3-4倍。它的优点是：①两个母线段可以分开或并联运行。②重要用户可以使用双回路连接到不同的母线部件，以确保电源不中断。③检修母线上的任何母线或断路器时，只能断开故障母线，以使故障母线退出，以利于检修。备用母线持续投入运行，从而保证了电力系统能够进行持续的电力维护，提高了供电系统的稳定性。缺点：①单母线分段接线由于需要建设两条母线因此使投资不仅增加了建设投资提高了成本，还增加了占地面积。②当母线某处出现短路故障时，可能会出现备用母线不能投入的现象，从而导致仍然断电的可能。③对断路器进行检修时，电路断电。④在扩展过程中，扩展需要向两端均衡扩展。（2）双母线接线：双母线接线如图2-2所示。在双母线接线模式下，电源的可靠性较高，并且具有两回路母线。一组母线是工作母线，另一组是备用母线。当工作母线发生故障时，可通过母联开关快速将故障母线切换为备用母线进行供电，以保证电力系统的不间断供电，提高电力系统供电的稳定性。它的主要优点是：①在对工作母线进行检修时，可以将工作母线上的所有电路切换到备用母线，然后可以使工作母线退出运行以进行维护，而不会发生电源故障。②维修任何回路的母线隔离开关时，只能使该回路停止，其他回路不会断电。将其余电路切换到另一组母线后，可以关闭隔离开关的电源以进行维护。③两组母线可以同时操作，并且可以任意分配负荷和电源与任一组母线的连接，因此双母线连接形式下调度较为方便。对重要用户的供电可以由连接到两组母线的双电路来进行供电供电，以重要用户的用电安全，保证用户用电电源不会中断。④双母线连接时还可以导出其他接线方法，例如双母线截面接线，双母线横截面接线，3/2接线等。⑤双母线连接形式下对其进行扩建时较为非常方便。主要缺点是：①双母线的接线和操作比较复杂，并且在切换操作过程中容易发生误操作。因此，双母线连接时往往需要更复杂的互锁机构。②双母线隔离开关比单条母线的隔离开关多得多，并且配电设备的结构更加复杂，因此经济性较差。结合以上两种接线方式的优缺点和当前电网运行经验，并考虑到变电站目前的通用接线方式，确定110kV母线接线方式采用双母线线段接线方式。2-1单母线分段接线2-2双母线接线2.2低压侧母线接线形式（1）单母线接线：单母线接线如图2-3所示。单母线通常适合三级负荷，其可靠性低。它的主要优点主要有：接线简单明了，方便又经济，设备使用少，操作方便，易于扩展和采用一套完整的配电装置。它还适用于10回路10kV配电系统。它的主要缺点是：不够灵活，当任何组件（断路器或隔离开关）出现故障时，都会影响整个电源系统。影响电源系统的可靠性。当母线的一部分发生故障时，由于没有断路器的中断作用，母线的整个部分都会受到影响，最终将导致负载用户大规模停电。因此单母线接线通常用在6-220kV电力系统中，出线回路较少，对可靠性较低容量不高的变电所之中。（1）单母线分段接线：如图2-1所示为单母线分段接线，单母线分段接线适用于110KV-220KV配电设备，输出回路为3-4倍。它的优点是：①两个母线段可以分开或并联运行。②重要的用户可以使用双电路连接到不同的总线部分，以确保电源不中断。③检修任一处母线或母线上的断路器时，可以仅断开该处故障母线，使故障母线退出方便对其进行检修。而备用母线继续投入运行，从而保证电力系统能进行不断电检修，提高了供电系统供电的稳定性。缺点：①单母线分段接线由于需要建设两条母线因此使投资不仅增加了建设投资提高了成本，还增加了占地面积。②当母线某处出现短路故障时，可能会出现备用母线不能投入的现象，从而导致仍然断电的可能。③对断路器进行检修时，电路断电。④在扩展过程中，扩展需要向两端均衡扩展。因此通过对高压侧与低压侧各接线形式优缺点的对比可知，在高压侧可以选择双母线的接线形式，以提高供电的可靠性。在考虑到电力系统供电要求的可靠性与经济性的要求，在低压侧可以选择单母线分段接线形式，由以上比较可知，单母线分段接线较双母线形式比较下具有较高的经济性，而单母线分段形式接线对比单母线接线形式又具有较高的可靠性。所以通过以上分析总结出高压侧使用双母线接线，低压侧使用单母线分段接线最为合适。电气主接线形式如图2-4所示。2-3单母线接线图2-4电气主接线图第三章电气设备选型3.1主变压器选择变压器是电力系统中的重要设备，变压器的合理选择影响着电力系统的稳定运行，变压器的主要功能有：（1）变换电压：实现升压或降压，以促进电能的合理输送、分配和使用；（2）能量传输：将电能从原边输送到副边，实现能量的传输；（3）电气隔离：变压器的原边与副边只有磁的耦合没有电的联系，因此当某侧发生故障时大电流不会通过变压器而扩大短路故障范围。它对变电站主接线形式及其可靠性和经济性具有重要影响。因此，正确合理地选择变压器的类型、数量和容量是主接线设计中的主要问题。3.1.1主变压器台数的确定由于变电站由两个电源供电并具有一个或两个重要负荷，因此可考虑使用两变压器并联运行。即设置变压器互为暗备用接线形式，双变压器并联运行的优点为提高供电的可靠性，当一处变压器故障时，可有备用变压器继续工作。防止出现变压器因故障而导致负荷断电的情况。3.1.2主变压器容量的确定变电站中有10kV电压等级的用户。考虑到负载系数K1=0.85；线损率为5％。通常，电网的变电站具有约25％的非关键负载。并且应保证电源至少供应到负载的60％；因此，为了确保在发生事故时变压器仍能为84％的负载供电，这就要求变压器的过载能力达到40％以上。3.1.3主变压器的选择方法根据计算得出的负载Sc，由于两个变压器被用作并联运行的暗备用状态，因此应基于70％Sc来选择单个变压器的容量。由于两个主变压器彼此处于暗备用状态来设计的接线形式，因此应将单个单元的容量选择为计算容量的70％。考虑5-10年的计算计划，并留有一定的余量，所以应按照远景目标来选择变压器型号。单台变压器的容量与计算负荷的关系应满足：故所选变压器的每台容量应为：kVA因此，所选的变压器容量大于12308kVA。在此设计中，选择了两个单元：2*SFZ9—16000/110变压器。其技术参数如表2-1：表3-12*SFZ9—16000/110型变压器技术参数型号额定容量kVA高压kV高压分接范围低压kVSFZ9-16000/11016000110110±81.25%6.36.610.5空载损耗KW负载损耗kW空载电流I%阻抗电压联结组标号20.2477.41.210.5所选变压器满足容量选择的要求。3.2导线的选择对于110kV侧母线选取LGJ型母线，10kV侧母线选取硬母线。3.2.1110KV母线的选择与校验：（1）按最大工作电流选择导线截面SImax=1.05×＝105.4(A)IYj=Imax/K0=105.4/0.93=113.3(A)，查表得K0=0,93。选择110KV母线型号为：LGJ—150/25，查表得IY=472A。Imax=113.3A＜KθIY=0.89×472=420.08A满足要求（2）热稳定校验：S=150mm2＞Smin===127.9mm2满足热稳定要求。3.2.210KV母线的选择与校验：由于安装在室内，选用硬母线（1）按最大持续工作电流选择母线截面:Imax=1.05×＝1150.7（A）IYj=Imax/k0=1150.7/0.93=1237.3(A)选择10KV母线型号为h100×b8（单条矩形），查表得IY=1547A。Imax=1150.7A＜KθIY=0.89×1547=1376.8A满足要求（2）热稳定校验：S=800mm2＞Smin===158.97mm2满足热稳定要求。（3）动稳定校验母线采取水平排列平放则W=bh2/6=8×1002/6=13333(mm3)=13.33×10-6m3相邻支柱间跨距取L=1.2m相间母线中心距离取a=0.25mσmax=0.173ish2×=0.173×23.792×=4.51×106paσmax＜σy=70×106pa满足动稳定要求。4.3电流、电压互感器的选择有校验3.2.3电流互感器的选择与校验在装有断路器回路的母线或支路的地方均应该设置电流互感器，以满足对该电力系统支路、元件和母线的保护。电流互感器应按照以下要求进行选择：（1）110kV电流互感器的选择选择电流互感器型号为：LCWD-110,其电流互感器一次侧与二次侧变比应该满足：变压器至双母线处设置电流互感器：,所以该处电流互感器变比为：200/5=40（2）10kV电流互感器的选择选择该处10kV单流互感器型号为：LZZ1-10，其对应的电流互感器一次侧与二次侧变比应满足以下要求：①变压器至单母线处设置电流互感器：,所以该处电流互感器变比为：2000/5=400②线路处的最大负荷至单母线分段处设置的电流互感器变比选择为：，所以该处电流互感器变比为：600/5=120

第四章短路电流计算4.1短路电流计算的目的（1）选择电气设备并校验电气设备的热稳定性和动稳定性；（2）电气主接线选择比较时进行必要的短路计算；(3)确定继电保护和安全自动装置的整定值，以确保继电保护装置的准确性和灵敏度;（4）确定中性点接地方式；4.2短路电流计算的计算步骤（1）根据电力系统接线简图画出电力系统简图，标注各阻抗值大小；（2）将各阻抗实际有名值换算成在SB=100MVA,VB=Vav条件下的标幺值，以方便计算；（3）通过△—Y、Y—△简化电力系统简图，计算出电源至各短路点的转移电抗值，并根据公式计算出该短路点的短路电流。（4）由公式得出相应的冲击电流。将转移电抗值转换为该点处的计算电抗，通过查表得出0.2s、2s时的短路电流值。4.3短路电流计算的计算过程4.3.1电力系统接线简图4.3.2电力系统简图图4-1电力系统简图注：LGJ150：0.416Ω/kmLGJ185:0.410Ω/kmLGJ240:0.401Ω/km4.3.3各回路阻抗的计算(取SB=100MVA,VB=Vav)图4-2电力系统化简图最大运行方式下:根据所选变压器的技术参数可以求变压器的阻抗:4.3.4110KV侧短路分析:图形化简:图4-3110KV侧短路线路化简图(1)(2)△—Y(3)Y—△（4）起始次暂态电流:冲击电流：计算电抗：查表得：t=0.2S时，t=2S及2S后时，4.3.510KV侧短路分析:图4-410KV侧短路线路化简图(1)(2)△—Y(3)(4)Y—△（5）起始次暂态电流:冲击电流：计算电抗：当计算电抗＜3.45时,其短路电流查表得出;当计算电抗≥3.45时,则可以近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间而变即

第五章母线保护设计5.1变电所母线故障及继电保护的要求5.1.1母线常见故障①接头接触的地方不能正常工作导致电阻增大，由公式可知当电阻增大时会导致接头接触的地方温度升高。②由支持绝缘子绝缘不良引起的母线对地绝缘电阻降低。③母线发生弯曲、折断或烧伤。5.1.2母线故障类型母线发生短路故障的几率相较于线路故障和变压器故障较低，但母线故障的危害确十分严重，严重时可能导致大面积停电。因此，对母线进行必要的继电保护是十分有必要的。5.1.3母线继电保护的基本要求选择性、速动性、灵敏性和可靠性为继电保护在进行保护动作时要满足的要求，即继电保护在完成保护动作的同时也需要控制保护时间尽可能短，以减小短路故障时间，这些要求是继电保护在完成任务时需要遵守的。如果保护动作时间不能控制在设定时间范围内可能会造成大面积停电，因此需要在对继电保护设计时考虑到实际要求情况。（1）选择性：继电保护装置的选择性是根据具体的保护方案和整定计算决定的。继电保护装置的选择性是指当系统出现故障时，保护装置能有选择性地切除故障范围，而非故障的区域能够正常运行。（2）速动性：继电保护装置是否具有良好的速动性主要是看在母线发生故障时保护装置是否能及时切除故障，防止出现大规模断电情况，保证电力系统供电的稳定性。（3）灵敏性：灵敏性是指在继电保护范围内，电力系统发生故障或异常运行时，继电保护能够正确响应。对于灵敏性的要求需要通过具体的整定来实现。（4）可靠性：继电保护装置的可靠性主要是看当系统发生短路故障时，保护装置能否快速切除故障，不拒动。当故障切除或正常运行时，保护装置不误动。可靠性是电力系统保护的根本要求。5.210KV侧单母线分段差动保护整定5.2.1整定原理图5-1单母线分段完全电流差动保护如图5-1所示为单母线分段接线时电流完全差动保护原理图。在正常情况下电流互感器二次侧电流和为零即，此时电力系统正常运行，母线正常工作。5.2.2保护动作情况（1）母线外部故障时当母线外部发生短路故障时，进线端电流流向母线，进线端的各支路电流方向不发生变化。由于故障点在出线端上，因此故障支路的电流仍然流出母线，即此时电流互感器中感应出的二次电流不改变，所以母线保护不会动作。因此在理想情况下由基尔霍夫定律得出，即流入继电器的电流为零。图5-2单母线完全差动保护外部故障如图5-2图所示为母线完全差动保护时外部故障的示意图。当IⅢ支路发生故障时IΙ与IⅡ电流方向不发生变化仍然是流向母线，而IⅢ故障时电流方向为流向故障点，与原电流方向相同。因此由基尔霍夫定律可知流向电流互感器二次电流之和仍为零。因此差动保护不会动作，即。（2）母线内部短路故障时保护内部故障时，由于所有带电源的电路都会向故障点提供故障电流，而所有出线端支路不再有电流流出。因此电流互感器二次侧感应出的电流Ig不再平衡，即，Ik为故障点的总短路电流，此时保护动作。图5-3单母线完全差动电流保护母线故障如图5-3为单母线完全差动保护母线故障示意图，如图当母线故障时，负荷侧没有电流流过，因此母线电流为IΙ，IⅡ进线电流。此时流过继电器的电流不再是平衡电流，当流经继电装置的电流Ig超过一定整定值时，差动保护动作。5.2.3整定计算最大运行方式下,K1点三相短路电流：，K2点三相短路电流:电流互感器匝数n=1201.母线完全电流差动保护：接于10KV母线处最大负荷电流：按躲过电流互感器二次回路断线时的负荷整流整定：A按躲过外部故障时差动回路中可能产生的最大不平衡电流整定：取整Iop.k=15A保护装置的灵敏度校验：其中：Ik.min为母线短路故障最小短路电流；故满足灵敏度校验。5.3双母线差动保护5.3.1整定原理对110kV的双母线采用电双母线完全差动保护，如下图5-4：图5-4双母线固定连接的母线完全差动保护示意图双母线完全差动保护主要由大差动和小差动组成，其中大差动用于判断保护区内是否发生故障，小差动用于鉴别具体哪条母线故障。当区内发生故障时无论是哪条母线故障，大差都会动作。如图所示3KD为大差动保护，当保护区外发生故障或正常运行时3KD都不会动作，当区内Ι母或Ⅱ母故障时3KD跳开。当3KD动作时启动中间继电器6KM，从而断开母联断路器5QF。1KD、2KD为小差动保护，用于切断具体故障母线。当故障发生在Ι母或Ⅱ母上时，相应的小差动保护1KD和2KD电流继电器中间由于有不平衡故障电流流过会触发相应的中间继电器4KM和5KM，从而将故障母线的断路器断开。5.3.2保护动作情况（1）正常运行和区外短路故障时在正常操作和区域外故障期间，电流继电器将不工作，因为流经电流继电器元件1KD、2KD和3KD的电流都小于设定值，因此电流继电器都不会动作，从而与Ι母和Ⅱ母相连的断路器也不会动作。图5-5固定连接的母差保护区外故障电流分布图图5-5为双母线固定连接的母线完全差动保护区外发生故障时的电流分布示意图，如图所示当负载区发生故障时，负载侧的电流方向仍由双母线流向负载，而目前的方向与原电流方向相比没有改变。因此，从基尔霍夫定律可以看出，流入电流等于流出电流。在理想条件下，流经电流互感器次级侧的电流之和仍为零，此时继电器不工作。（2）区内母线短路故障图5-6固定连接的母线差动保护在区内故障时的电流分布如图5-6所示为母线区内故障时电流分布情况。如图当母线内部故障时，大差动保护3KD动作，启动中间继电器断开母联开关5QF，从而使母线Ι与母线Ⅱ分开运行避免造成更大范围故障。若此时故障母线为母线Ι，则启动小差动保护1KD，断开断路器开关1QF,2QF。具体动作情况如下：当母线Ι上出现短路故障时，母线Ι上与电源相连的L1、L2支路电流均流向短路故障点K，同时在短路的瞬间母线Ⅱ上与电源相连的支路L3、L4通过隔离开关的作用为母线Ⅱ供电。由于短路故障发生在母线Ι上，因此母联断路器上电流方向为从母线Ⅱ流向母线Ι。由于电流互感器的作用，流过电流互感器6的一次侧电流为L3、L4提供，流过电流互感器1,2的一次电流由L1,L2供，电流方向均是流向差动电流继电器1KD。当流经1KD故障电流值大于其设定的整定值时1KD启动中间继电器4KM，从而断开母线Ι上的1QF,2QF，切除短路故障，保证电力系统的稳定运行。5.3.3整定计算最大运行方式下,K1点三相短路电流：，K2点三相短路电流:电流互感器匝数n=40母线完全电流差动保护：接于110KV母线处最大负荷电流：按躲过电流互感器二次回路断线时的负荷电流整定：A按躲过外部故障时差动回路中可能产生的最大不平衡电流整定：取整Iop.k=45A二次电流及BCH-2差动匝数为A取保护装置的灵敏度校验：其中：Ik.min为母线短路故障最小短路电流；故满足灵敏度校验。按躲过外部故障时差动回路中可能产生的最大不平衡电流整定：取整Iop.k=17A二次电流及BCH-2差动匝数为A取保护装置的灵敏度校验：