110kV变电站主变压器继电保护

目录TOC\o"1-3"\h\u29492摘要 I15955ABSTRACT II6797目录 3322651绪论 562181.1研究内容及要求 5132771.2课题背景及意义 5145461.3国内外发展现状 678972110kV变电站主变压器继电保护设计原理 7231062.1继电保护概述 7150952.1.1继电保护的基本任务 735122.1.2继电保护的基本要求 7280992.2110kv变电所电气主接线 7245552.2.1电气主接线的基本要求 7166482.2.2电气主接线的选择 8275532.2.3‌主变压器参数计算 11255913最大、最小运行方式短路电流计算 12114603.1最大运行方式时短路电流的计算 12118763.1.1计算条件与基准值选取 122873.1.2系统阻抗计算 12325263.1.3主变压器参数 13276633.1.4短路电流计算 13217783.2最小运行方式时短路电流的计算 1473373.2.1计算条件与基准值选取 14179043.2.2系统阻抗计算（标幺值） 14292223.2.3短路电流计算V变电站主变压器继电保护设计 17226754.1变压器主保护配置 1753654.1.1变压器纵联差动保护 17266424.1.2变压器瓦斯保护 18287664.2变压器后备保护配置 18172134.2.1概述 18300264.2.2系统概况与保护需求分析 19218504.2.3后备保护配置原则 19122734.2.4具体保护配置方案 19224104.2.5整定计算与灵敏度校验 209194.2.6保护装置选型参数 21317694.2.7特殊工况处理策略 22115264.3电流互感器变比的选择 22229314.3.1设计依据 22107184.3.2关键回路CT变比选择 23151874.3.3特殊场景CT选型 23131544.4差动继电器选择 25275494.4.1主变压器参数及运行方式分析 25124555110kv变电所计算与估算 27275295.1负荷计算与估算 27254285.2继电保护整定计算及灵敏度校验 29284895.2.1整定计算条件 29274825.2.2110kV侧保护整定计算（以甲电源为例） 30270195.2.335kV侧保护整定计算 3024892结论 321803参考文献 331004致谢 341绪论1.1研究内容及要求主要内容：采用数据分析方法确立本站主接线系统，进而实现变电站主变压器继电保护的合理配置。主要技术参数如下：（1）采用110/35kV的电压配置；（2）系统参数：系统采用甲与乙两座变电所供电，均采用单回供电线路，至新建变电所的输电距离各为150km与100km，采用架空电力线路供电，其短路容量对应为200MVA与250MVA，甲变电所与乙变电所的定时限过流保护均采用2.0秒动作时限。（3）负荷情况采用两回35千伏出线设计，安排两回架空线送出，单回线路承载容量4000千瓦，主要面向一二级用电负荷，负荷输送线路总长100km。（4）变电所主接线形式110kV侧配置分段式单母线，35kV配电采用单母线分段。（5）运行方式分为最大与最小两种工况：前者为双电源全投、负荷全投且母线分段断路器合闸运行；后者则为乙电源退出、电缆停运且分段断路器断开运行。1.2课题背景及意义1、借助选题培养整合电气工程学科基本理论框架、知识结构、技术能力及专业系统的综合素养设计电力系统变电站继电保护能力。2、掌握电气工程领域的中英文文献检索技巧，以及变电站工程设计规范的查阅与应用方法，获得学术探索的基本素养。3、为保证110kV变电站安全可靠运行，若发生非预期故障，可迅速精准地隔离突发故障，不破坏电网既定供电节奏。本选题围绕该变电站的主变压器、母线及线路的典型故障类型展开说明，针对不同故障对各部分实施配套的继电保护设置，按继电保护配置规程，分步骤实现设计内容的整定计算及校验要求。4、随着电力系统的不断发展，电力系统运行中，变电站主变压器发挥着不可替代的核心作用，该装置承担着电力输送及分配的关键职责，主变保护工作的具体实施，直接牵涉到电网运行的可靠性，也关乎电力设备的安全运行、可靠和经济运行。因此，变电站主变压器的保护至关重要，而保证变电站正常运行的最基本最重要的手段就是继电保护。1.3国内外发展现状一、就国内部分而言，在我国电力系统持续迭代升级的进程中，110kV变电站主变压器继电保护技术取得了实质性突破。作为电力输送枢纽的核心构成，变电站运行稳定性与电网供电可靠性存在直接关联，而站内主变压器这类关键设备，其微机保护技术的应用已成为保障电网安全运行的关键环节。相较于传统继电保护系统，微机保护技术凭借其快速动作特性、强抗震性能和高灵敏度优势，显著提升了变压器运行稳定性，为电网安全可靠运行提供了坚实技术支撑。伴随智能电网建设的持续推进，智能化技术在主变压器继电保护领域的应用日益深化。当前，国内110kV变电站继电保护系统设计正从多维度进行优化完善：在主保护层面，差动保护、过流保护、接地保护和过压保护等构成了故障快速切除的第一道防线；辅助保护系统则通过瞬时保护、过载保护和温度保护等功能，实现对设备运行状态的全方位监测；通信联锁保护机制进一步强化了系统间的协同运作能力；通过这些系统性设计改进，继电保护系统的可靠性和稳定性得到显著提升。二、观察国外有关状况，20世纪70年代见证了主变压器继电保护研究的开端，该领域的重大进展源自美国、德国及日本的研究，早在1980年代，西门子便主导了德国首例变电站自动化系统的投产。国外在主变压器继电保护领域积极应用先进保护原理，如基于磁通密度的保护原理、基于频率特性的保护原理等。这些先进原理的应用提高了主变压器继电保护的灵敏度和可靠性；此外，还普遍采用了数字化的保护技术，以达到实现对主变压器运行状态的全面监控和数据分析的目的，提高了其效率和准确性。三、经过对比分析可以看出，国内外110kv变电站主变压器继电保护技术均都在智能化、数字化、一体化等方面呈现出共同的发展趋势；在未来，伴随技术领域的快速发展，主变压器继电保护的发展重心将转向智能化、自动化、多学科的交叉融合和绿色环保的发展方向，进一步地去提高电力系统的安全稳定运行水平。2110kV变电站主变压器继电保护设计原理2.1继电保护概述2.1.1继电保护的基本任务（1）、采用自动化技术迅速有选择性地隔离系统故障元件，力求故障元件的损害最小化，保证系统未故障部分及时回归标准运行模式。（2）、具备电气元件异常运行状态的监测功能，依据设备承受能力及运行维护条件的具体要求，执行信号发出、负荷削减或跳闸延时等操作。2.1.2继电保护的基本要求（1）、选择性方面体现为：保护装置触发后仅切除电力系统中的故障部件，力求最小化停电波及面积，从而维持系统完好区段的持续供电能力。（2）、速动性特征则表现为：继保装置应实现故障元件的极速隔离，进而降低设备在故障中的受损概率，限制用户在欠压环境中的工作周期，提升电网运行的稳定水平。（3）、灵敏性指标：指保护装置对指定保护区内故障及不稳定工况的敏感度称为灵敏性，灵敏度水平多由灵敏系数直接体现，保护装置测量环节的动作值整定结束后，针对极端运行状态、典型故障情形及保护域内设定点实施检测，并达到既定的技术标准。（4）、可靠性：若其保护区内出现需动作的故障时，保护装置应实现无差错动作；若出现与该保护动作无关的系统异常时，则禁止误动作。2.2110kv变电所电气主接线2.2.1电气主接线的基本要求（1）、‌可靠性‌第一点要确保主接线的设计能够持续稳定地提供电，在设备故障、检修或异常工况下还是能最大限度地维持电网的正常运行，大大减少停电的范围‌；第二点是通过分段母线、备用电源自动投入等机制，降低单一故障点对系统的影响‌。（2）、‌灵活性‌支持多种运行方式调整，例如通过母线分段或联络开关实现负荷转移、电源切换‌。便于调度操作，满足不同运行场景（如检修、扩建、故障隔离）的快速响应需求。（3）、‌经济性‌基于功能需求的充分满足，采用高效设备配置策略来减少初期支出及长期能源消耗费用（如电能损耗、维护费用）‌。合理控制占地面积，避免过度冗余设计‌。（4）、‌操作与维护便捷性‌接线清晰简洁，降低误操作风险，例如通过断路器与隔离开关的合理组合简化倒闸操作流程‌；检修时可通过分段隔离保证非故障区域正常供电，减少停电时间‌。（5）、扩展性为未来扩容或新增出线预留空间，例如采用双母线接线或预留备用间隔，以适应电网发展需求‌。2.2.2电气主接线的选择一、‌设计依据与原则‌根据绪论章节的原始数据可知，本变电站作为区域电网的重要节点，需承接甲、乙两个110kV电源的电力输送，并向35kV侧两回重要负荷（一、二级）供电，需确保供电可靠性、设备运行灵活性及经济性，同时满足短路电流控制与继电保护配合要求。‌关键原则‌：（1）一、二级负荷需双电源供电，故障时快速隔离并恢复供电；（2）主接线简化，减少操作复杂性；（3）适应最大/最小运行方式切换。二、主接线方案（一）、接线形式选择与论证（1）‌110kV侧方案‌：单母线分段接线。表2.1‌110kV侧方案比选接线方案可靠性灵活性经济性适用场景单母线分段高高中双电源、重要负荷双母线极高极高高超重要负荷、出线多桥型接线中低低终端变电站、出线少‌设备具体配置方面‌：在每段母线上配有电压互感器和避雷器；在进线侧装设隔离开关和六氟化硫断路器（其额定的开断电流必须得大于或等于二十五千安）；分段断路器配有备自投装置，确保在电源发生故障的时候可以自动切换。日常‌运维状态下‌：如常规情况下，母联侧分合装置是处于闭合那种工作状况，两个电源可以同时提供电源，在突发状况某一个电源发生了故障，无法正常提供电源，母联系统这边会瞬间跳起保护动作，实现迅速脱开，那些没有出故障部分自然就转由另一套电源供给系统继续承载，由此可见整个切换链条显得非常灵敏周详。（2）‌35kV侧方案‌35kV侧‌：单母线分段接线（含母联断路器）。理由：两回出线均为一、二级负荷，需分段隔离故障；预留扩建空间，未来可扩展至4回出线。‌出线配置‌：每回出线装设真空断路器（额定电流1250A，开断能力20kA）；配置微机保护装置，实现过流、速断保护。（二）、‌主接线详细设计（1）110kV侧配置‌‌母线分段‌：设置两段母线（Ⅰ段、Ⅱ段），配置母联断路器（QF12）；‌进线设计‌：甲电源进线（L1）：150kmLGJ-240架空线→隔离开关（QS11）→SF6断路器（QF11）→Ⅰ段母线；乙电源进线（L2）：100kmLGJ-240架空线→隔离开关（QS21）→SF6断路器（QF21）→Ⅱ段母线；具体设备选型如下：断路器：采用SF6介质的LW36-126断路器，标准工作电流2千安，31.5千安培的开断水平；配置JDZX-110型电容式电压互感器；采用氧化锌材料的Y10W-108/281W型避雷器。（2）‌35kV侧配置‌‌母线分段‌：两段母线（Ⅲ段、Ⅳ段），配置QF34母联断路器；‌出线设计方面‌：每回出线配置为ZN12-40.5型号的真空断路器输出至LZZBJ9-35型号的电流互感器再到100kmLGJ-185的架空线；‌设备选型环节‌：断路器：ZN12系列40.5kV真空灭弧开关，电流规格为1250安，具备25千安分断容量CT：LZZBJ9-35型，变比600/5，精度0.5S级。图1电气主接线图（3）主接线可靠性验证N-1准则校验：若系统检测到母线或电源故障，另一段母线可借助母联断路器实现供电且（8000kW）负荷全数承担；主变压器容量按2×20MVA选择，单台可承载总负荷的100%（9412kva<20mva）;运行方式切换:最大运行方式：QF12、QF34闭合，双电源并列运行；最小运行方式：QF12断开，仅甲电源供电，QF34断开，单台变压器带两回出现。2.2.3‌主变压器参数计算1、‌容量选择‌：35kV侧总负荷：P总=2×4000KW=8000KW视在功率：S=PcosØ=80000.85≈9412KVA,考虑N-1准则及20%裕量，选2×20MVA变压器，型号为SZ11-20000/110，接线组别短路阻抗：UK%=10.5，满足35kV侧短路电流限制要求；2、中性点接地方式中：110kV侧采用中性点直接接地形式；35kV系统经消弧线圈接地（实现电容电流补偿，阻止单相接地故障扩大）。3最大、最小运行方式短路电流计算3.1最大运行方式时短路电流的计算3.1.1计算条件与基准值选取一、基准值设定基准容量：SB基准电压：110kV侧取∪B1=115kV，35kV侧取基准阻抗：110kV侧：Z35kV侧：Z二、‌运行方式最大运行方式‌：甲、乙双电源并联运行，母联断路器闭合，系统阻抗最小。3.1.2系统阻抗计算一、‌电源等效阻抗甲电源（短路容量200MVA）：有名值：Χ标幺值：ΧS1∗乙电源（短路容量250MVA）：有名值：Χ标幺值：ΧS2∗二、‌线路阻抗（架空导线LGJ-240）甲电源线路（150km）：Χ乙电源线路（100km）：Χ三、主变压器阻抗（2×12.5MVA）单台主变阻抗（基准容量下）：Χ两台主变并联后总阻抗‌：Χ3.1.3主变压器参数一、‌主变容量‌：2×12.5MVA（假设短路阻抗∪K二、‌主变阻抗标幺值‌：Χ3.1.4短路电流计算一、‌110kV母线三相短路（F1点）‌总阻抗‌：（标幺值）Χ‌基准电流‌：Ι‌短路电流周期分量有效值‌：I‌冲击电流‌（取冲击系数2.55）：i二、35kV母线三相短路（F2点）‌总阻抗‌：(标幺值）Χ‌基准电流‌：Ι短路电流周期分量有效值‌：I‌冲击电流‌：i表3.1校验与结论短路点‌‌短路电流（kA）‌‌冲击电流（kA）‌‌校验依据110kV母线1.253.19断路器开断能力≥20kA‌35kV母线1.253.19设备动稳定≥6.3kA‌3.2最小运行方式时短路电流的计算3.2.1计算条件与基准值选取一、‌基准值选取基准容量：SB基准电压：110kV侧∪B1=115kV（按额定电压1.05倍选取）；35kV侧取二、运行方式最小运行方式‌：供电系统仅由甲电源维持，乙电源退出供电序列，110kV及35kV分段母线断路器均未闭合；系统阻抗升至顶峰、短路电流最小。3.2.2系统阻抗计算（标幺值）一、电源等效阻抗甲电源（短路容量200MVA）：ΧS∗（乙电源线路停运，不计入计算）。二、线路阻抗（架空导线LGJ-240）甲电源线路（150km）：Χ（乙电源线路停运，不计入计算）。三、‌主变压器阻抗（单台12.5MVA）‌单台主变阻抗（分段断路器断开，仅单台运行）：Χ（最小方式下主变未并联，总阻抗为单台值）。3.2.3短路电流计算一、‌110kV母线三相短路（F1点）‌总阻抗‌：Χ‌基准电流‌：Ι‌短路电流有效值‌：I‌冲击电流‌（取冲击系数2.55）：i二、‌35kV母线三相短路（F2点）‌总阻抗‌：（标幺值）Χ‌基准电流‌：Ι‌短路电流有效值‌：I‌冲击电流‌：i表3.2校验与保护灵敏度分析‌参数‌‌110kV侧‌‌35kV侧‌‌校核依据短路电流（kA）0.5260.869满足断路器开断能力≥20kA冲击电流（kA）1.342.22设备动稳定≥6.3kA4110kV变电站主变压器继电保护设计4.1变压器主保护配置4.1.1变压器纵联差动保护概述该保护采用变压器多侧电流矢量和比较的方式进行故障判别，核心功能是防护绕组、套管及引出线的相间短路,作为瓦斯保护的互补措施，共同组成主保护系统，大中型变压器应装设单独的纵联差动保护单元，该保护机制多采用三侧差动电流的架构，高压侧电流由高压断路器所连电流互感器引出，中压侧与低压侧电流分别引自该两侧配置的电流互感器；保护区域被三组电流互感器所定义，覆盖变压器主体及高、中低压侧接线部分，可对这些区域的相间短路、高压侧接地及绕组匝间短路进行判别。差动保护属于变压器核心保护装置，其工作原理与发电机纵联差动保护基本一致，但变压器在内部构架、运动形式及电学特征方面各有特点，引发一系列特有的技术困扰，变压器差动保护在实现结构上与发电机纵联保护大不相同，变压器各侧绕组连接组别的差异直接影响多侧差动接线方式的选择，还需针对大励磁涌流引起的差动保护误动采取对策等。下面加以介绍：（一）、‌基尔霍夫电流定律应用正常运行时，变压器各侧电流经变比折算和相位补偿后满足矢量和为零（差流趋近于零）；内部故障时，故障电流打破平衡，产生显著差流触发保护动作‌（二）、‌励磁涌流抑制技术空载合闸或电压恢复时产生的励磁涌流中二次谐波占比20%-50%，波形表现出间断角特性，以二次谐波制动（阈值≥18%）或波形对称性检测作为保护手段以实现可靠防护‌，有效闭锁涌流引起的误动，同时保持对故障电流的敏感性。（三）、关于相角调节补偿环节就是针对于YNd11这样的组接方式展开的，有一个做法比较普遍，即对检测电流的CT副圈实施星形-三角形位移改变，有时候也采用数字算法动态修正30度的相差。实际情况表明，这些步骤整体上加强了性能保持和交流波形精度。幅值修正功能‌：通常基于变压器实际生成的变比以及电流互感部件数值偏差进行分析，经由软件环节对各侧线路所测得电流强度做出适时动态调整，旨在减少正常情况下莫名出现的虚假不平衡电流现象。（四）、‌比率制动特性‌采用变斜率比率制动曲线（斜率0.3-0.6），当外部故障CT饱和导致不平衡电流增大时，制动量随差流升高而增强，防止误动；区内故障时差流快速越过制动区，实现25ms内速断跳闸。4.1.2变压器瓦斯保护概述若变压器内部发生重度漏油、细微匝间短路或绕组断开故障时，差动保护及电量检测保护均未启动，瓦斯保护系统却能顺利启动，瓦斯保护作为变压器内部故障的核心防护装置，该保护需与纵联差动保护协同工作，二者共同构成变压器的主保护体系。该保护方式直接反映变压器本体状态，具有其他电气量保护无法比拟的灵敏度。瓦斯保护系统是由瓦斯继电器、信号回路和跳闸回路构成的，它的工作原理是基于变压器内部发生故障时会产生气体物质从而会发生一些反映；当绝缘介油因铁芯温升或绕组局部烧蚀等显示轻微异常时，遭受分解后会有少量气泡慢慢积聚到继电器上方，并推动装置感知机构开启轻型告警提示。一旦大故障冲击造成液体急剧涌动带动机械挡板，闭合开断触点，则迅速进入重载跳闸程序以隔离风险。可以发现，采用这一信息识别机制捕捉内部气体变化，使反应过程既快速又较为安全可靠，对于供电设施日常预防事故至关重要。实际情况表明，这类检测虽具备高度灵敏和成本优势特征，但是操作延迟时间比较长，而且只限于处理箱体本身的问题，因此单独依靠明显存在很多局限，为了充分保障系统完整性，一般还需要配合非同一原理的比差动作保护联合使用。瓦斯保护根据情况发生的轻重不同，可以分为两档：轻级与重级，位于油箱与油枕之间的连接管段上，若变压器油体大量泄漏或轻微失常时，由气体压力引发，引起轻瓦斯保护运作，延时后输出警示信号；若变压器出现严重内部故障，绝缘油及固体材料在高温下分解产生气体聚集，故障气体顺着导管向油枕侧高速迁移，引发重瓦斯保护跳闸，瞬时执行断路器分闸。轻瓦斯保护的动作临界值采用气体体积参数表示，设定区间一般为：250~300重瓦斯保护动作值采用油流速度大小表示，整定范围通常为0.6~1.5m4.2变压器后备保护配置4.2.1概述在整个电能系统中，变压器件作用显著，无疑属于绝对核心的环节，运行过程中的安稳情况，与所述电网结构的平稳性关联极密。继电保护体系的重要组成部分是后备保护，后备保护承担着在主保护动作时没有任何作用或断路器拒绝动作的时候，切掉故障的关键任务，从而起到了保护变压器和保障了电力系统安全的作用，它是保障变压器及电力系统安全的第二道抵抗体系；实际状况表明，通常这类后援延时保护机制属于时序推迟式措施，相对于主要应急设备起到延伸辅助的效果。假设差值流动法、瓦气探测等核心防御装置暂时没有反应，它则会在预先规约的参数下的定时启动功能会将出故障线路或机组迅速分离，由此可见事故的蔓延受到了有效的压制，从而达到防止事故扩大的目的。根据保护范围的不同，后备保护可分为近距离保护和远端覆盖保护两大类，近距离保护是由设备自身的另一套保护实现，或通过断路器失灵保护切除故障；远端覆盖保护是由相邻的设备或线路的保护动作来切除故障的。4.2.2系统概况与保护需求分析本变电站采用110/35kV电压等级，主接线为双母线分段结构。系统电源由甲（150km）、乙（100km）两变电所通过架空线路供电，短路容量分别为200MVA和250MVA。35kV侧配置两回架空出线，输送容量合计8MW（2×4000kW），负荷等级为一、二级。运行方式需兼顾最大（双电源并列）与最小（单电源运行）两种工况，对保护的选择性、灵敏性提出严格要求。4.2.3后备保护配置原则（1）‌双重化配置‌：采用主保护加后备保护模式（2）‌方向闭锁‌：防止反方向故障误动作（3）‌多段式保护‌：设置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段实现分级保护（4）‌时限配合‌：遵循0.3s级差阶梯原则（5）‌运行方式适应性‌：涵盖最大/最小运行方式4.2.4具体保护配置方案（一）10kV侧后备保护（1）‌复合电压闭锁方向过流保护Ⅰ段：按躲过主变额定电流整定IⅡ段：与35kV出线保护配合T闭锁元件：负序电压7V，线电压70V。(2)‌零序方向过流保护动作值：I时限：与相邻线路零序Ⅱ段配合，取3.5s。（二）35kV侧后备保护（1）‌复合电压闭锁过流保护动作电流：I动作时间：对应110kV侧Ⅱ段要求，时间参数采用3.5秒。（2）带复合电压闭锁的过流保护整定:负序电压定值需特别关注：∪低电压闭锁定值：∪动作时间级差：按阶梯原则与相邻线路配合，时限级差取‌0.5s‌‌‌过负荷保护定值：I延时9s发信号4.2.5整定计算与灵敏度校验（一）‌短路电流计算‌（以最小运行方式为例）：110kV母线三相短路：I（二）灵敏度校验：（满足要求）K（三）‌时间阶梯配合‌：35kV出线保护（2.5s）→35kV侧后备（3.0s）→110kV侧后备（3.5s）表4.1短路电流统计短路点最大运行方式（kA）最小运行方式（kA）110kV母线12.8（三相）8.4（两相）35kV母线14.2（三相）9.1（两相）主变35kV侧9.8（三相）6.3（两相）(四）‌零序方向过流保护的整定:零序电流定值：I方向元件：110kV侧指向母线，35kV侧指向变压器表4.2灵敏度校验补充保护类型校验点灵敏度系数规程要求复压闭锁过流35kV母线短路2.31≥1.5零序方向过流110kV接地1.87≥1.5过负荷保护主变额定电流1.62≥1.2‌4.2.6保护装置选型参数（一）‌110kV侧设备‌保护装置型号：‌RCS-978E‌（南瑞继保）CT（电流互感器）配置：主变高压侧：变比选择600比5安培，采用5P20精度等级；分段开关：400比5安的变比规格，采用5P10精度等级。‌电压互感器（PT）的配置则是：变比‌110kV/0.1kV‌，精度‌0.2级‌‌（二）‌35kV侧设备‌保护装置型号：‌PCS-9621C‌（四方继保）CT（电流互感器）配置：变比‌2000/5A‌，带‌小变比抽头‌（400/5A）‌过负荷告警：动作由信号激活，延时设定为9秒‌方向元件设置‌：110kV侧采用方向判别机构，防止双电源并列时保护误动。‌负荷切换逻辑‌：分段断路器设置低电压延时跳闸（0.5Ue，1.5s）表4.3运行方式适应性分析运行方式短路电流变化保护动作情况最大方式增加28%加速动作，缩短切除时间最小方式降低35%经校验仍满足灵敏度要求表4.4运行方式影响分析运行方式保护动作逻辑变化关键参数调整最大方式方向过流保护加速动作，闭锁低压侧分段自投时间定值缩短‌0.2s‌最小方式零序保护退出方向元件，复压闭锁定值降低‌15%‌低电压闭锁值调整为‌65kV‌‌4.2.7特殊工况处理策略（一）‌变压器并列运行‌差动保护闭锁条件：和流突变量‌>0.2Ie‌时闭锁后备保护。‌后备保护时限：延长‌0.3s‌躲过涌流影响。（二）‌单电源运行‌110kV侧复压闭锁过流保护：自动转为无方向模式‌35kV分段开关：启动低电压保护（定值‌0.4Ue/1.5s‌）4.3电流互感器变比的选择4.3.1设计依据一、系统参数110kV电源侧短路容量：甲电源200MVA，乙电源250MVA‌；35kV侧总负荷：8000kW（两回出线，4000kW/回），功率因数0.85，视在功率9412kVA‌；短路电流：110kV母线短路时电流最大达到1.19千安，35kV母线系统短路电流极值为2.85千安培。二、‌标准规范‌测量用CT：0.5级，保护用CT：5P/10P级，准确限值系数≥20‌；变比选择需满足额定电流1.2~1.5倍裕量，并校验短路电流下的动热稳定性。4.3.2关键回路CT变比选择一、‌110kV进线回路1、最大工作电流：（考虑N-1准则裕量）I2、‌CT变比选择‌：测量用：100/5A（0.5级），覆盖59.3A（占59.3/100≈59.3%）；保护用：100/5A（5P20），准确限值电流2000A>1.19kA。二、‌主变压器110kV侧1、‌额定电流‌：（含裕量）I2、‌CT配置‌：测量用：150/5A（0.5级），覆盖104.8A（占70%）‌；保护用：150/5A（5P20），准确限值电流3000A>1.19kA。三、主变压器35kV侧1、‌额定电流‌：（含裕量）I2、‌CT配置‌：测量用：400/5A（0.5级），覆盖330A（占82.5%）‌；保护用：400/5A（5P20），准确限值电流8000A>2.85kA四、‌35kV出线回路（4000kW/回）1、‌最大工作电流‌：I2、‌CT配置‌：测量用：100/5A（0.5级），覆盖93.1A（占93.1%）‌；保护用：100/5A（5P20），准确限值电流2000A>线路短路电流（需复核具体值）。4.3.3特殊场景CT选型一、‌差动保护CT匹配：主变压器两侧CT变比需满足平衡条件（110kV侧150/5A，35kV侧400/5A），必要时采用中间变流器调整变比。二、‌零序电流保护CT：中性点接地CT：50比5安，覆盖单相接地短路的电流（该数值需结合系统电容电流进行校验）表4.5校验与选型清单‌回路位置‌‌CT变比‌‌准确级‌‌用途‌‌校验结果110kV进线100/5A0.5级测量量程占比59.3%‌110kV进线100/5A5P20保护准确限值2000A>1.19kA‌主变110kV侧150/5A0.5级测量量程占比69.9%‌主变110kV侧150/5A5P20保护准确限值3000A>1.19kA‌主变35kV侧400/5A0.5级测量量程占比82.5%‌主变35kV侧400/5A5P20保护准确限值8000A>2.85kA‌35kV出线100/5A0.5级测量量程占比93.1%‌35kV出线100/5A5P20保护准确限值2000A>线路短路电流‌110kV进线100/5A0.5级测量量程占比59.3%‌110kV进线100/5A5P20保护准确限值2000A>1.19kA‌主变110kV侧150/5A0.5级测量量程占比69.9%‌主变110kV侧150/5A5P20保护准确限值3000A>1.19kA‌主变35kV侧400/5A0.5级测量量程占比82.5%‌主变35kV侧400/5A5P20保护准确限值8000A>2.85kA‌35kV出线100/5A0.5级测量量程占比93.1%‌35kV出线100/5A5P20保护准确限值2000A>线路短路电流‌4.4差动继电器选择4.4.1主变压器参数及运行方式分析一、主变压器容量1、35kV侧总负荷：P总2、视在功率：S总3、短路阻抗：Uk%=10.5二、‌运行方式影响‌最大方式‌：双电源供电，母联闭合，短路电流大；‌最小方式‌：单电源供电，母联断开，短路电流降低约30%。4.4.2差动保护配置要求一、保护范围主变一次和二次侧绕组连同引出线，涵盖匝间绝缘击穿、相间短路等内部故障模式。二、‌基本要求‌选择性‌：仅动作于变压器内部故障，不误动于穿越性电流（如外部短路或励磁涌流）‌；‌灵敏性‌：最小运行方式下区内故障时，Ksen4.4.3差动继电器选型与参数整定一、‌型号选择‌微机差动保护装置‌（如南瑞PCS-9621），涵盖比率制动及二次谐波闭锁功能模块；‌动作特性曲线‌：采用分段折线比率制动机制(斜率K1二、动作电流整定‌‌最小动作电流‌：Iop.min‌比率制动系数‌：Kr三、‌二次谐波制动‌制动比‌：≥15%，抑制励磁涌流引起的误动；‌闭锁时间‌：100ms，确保涌流衰减后保护恢复‌。四、‌CT参数匹配110kV侧CT‌：变比6005准确级5P20，满足20×600=12kA>1.19kA‌35kV侧CT‌：变比10005准确级5P20，满足20×1000=20kA>2.85ka‌接线方式‌：高、低压侧均采用全星形接线（Y/Y-12），消除零序电流影响。4.4.4灵敏度校验一、最小运行方式下区内故障35kV侧两相短路电流‌：Ik(2)‌灵敏度系数‌：Ksen二、CT误差校验‌最大外部短路时误差‌：∆<5%，避免误动。4.4.5配套措施第一，针对CT饱和防护方面，通常采用TPY类别电流互感科技或者加装具备极其完备繁复结构的饱和判别单元，可以在区外线路出现异常情况下，对于由此产生的信息传递混乱进行一定程度上的阻断，从而潜移默化地减少因电流检测部件状态失真带来的误报现象。第二部分，在自动化交互口设计环节，目前多配合IEC61850格式化通信标准应用，并通过接入极为全面的SCADA远程监测平台，实现故障波形自动采集以及远端参数随时调控。实际情况表明，该模式对运行安全稳定性的提升具有叠加效用。表4.6推荐方案总结‌项目‌‌参数差动继电器型号南瑞PCS-9621（微机保护）最小动作电流31.5A（二次侧）比率制动系数K二次谐波制动比≥15%CT配置110kV侧6005（5P20），35kV侧10005（灵敏度校验结果K5110kv变电所计算与估算5.1负荷计算与估算一、负荷统计与分类1、负荷基础数据：35kV出线负荷‌：2回架空出线，每回容量4000kW，总负荷8000kW；‌负荷等级‌：以一、二级负荷为主（占比≥80%），需满足N-1供电可靠性要求；‌‌功率因数‌：假设为0.85（需根据实际负荷特性调整）。2、负荷分类与同时系数：‌分类‌：一级负荷（如医院、通信）：30%总负荷（2400kW）；二级负荷（如工业、商业）：50%总负荷（4000kW）；三级负荷（如居民）：20%总负荷（1600kW）。‌同时系数‌：一级负荷：Ksim=1.0（全时运行）;二级负荷：Ksim=0.9;三级负荷：Ksim=0.7;总计算负荷‌：P二、主变压器容量选择1、‌视在功率计算：S考虑N-1准则裕量‌：选择2台变压器，单台容量为1.2×8376≈10051kVA，取标准容量‌12.5MVA。2、运行方式验证：‌最大方式‌：双电源供电，母联合闸，单台变压器负载率：（安全范围）η‌最小方式‌：单电源供电，单台变压器负载率：（满足短期过载能力）η三、线路损耗与电压降估算1、35kV出线损耗计算线路参数‌：假设LGJ-240导线，R=0.118Ω‌单回线电流‌：Ι=‌有功损耗‌：∆‌总损耗（2回线）‌：（占计算负荷的7.3）∆P总2、‌电压降校验电压降百分比‌：∆∪%四、短路容量校验1、110kV侧短路电流（甲电源）:I(乙电源）：I2、35kV侧短路电流系统阻抗折算‌：(甲电源）Z‌变压器阻抗‌：Z总阻抗‌：Z‌短路电流‌：I‌五、设备选型建议1、‌主变压器‌：2×12.5MVA（SZ11-12500/110），短路阻抗10.5%；2、‌35kV出线断路器‌：额定电流1250A，开断电流25kA（覆盖短路电流0.29kA+裕量）‌；3、无功补偿‌：按负荷功率因数0.85计算，需补偿容量：Q(选2×1000kvar电容器组）表5.1校验与保护灵敏度分析‌参数‌‌110kV侧‌‌35kV侧‌‌校核依据短路电流（kA）0.5260.869满足断路器开断能力≥20kA冲击电流（kA）1.342.22设备动稳定≥6.3kA5.2继电保护整定计算及灵敏度校验5.2.1整定计算条件一、‌系统参数最大运行方式情况是：甲、乙双电源并联，110kV侧短路电流数值为1.24千安，35千伏侧短路电流为1.89千安培；最小运行方式情况是：仅依赖甲电源进行供电，短路电流110kV侧0.526kA，35kV侧0.869kA；‌负荷电流：35kV出线每回最大负荷电流Ι二、‌整定原则《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-92的相关规定被严格遵循；实现选择性、快速动作、灵敏检测和可靠工作。5.2.2110kV侧保护整定计算（以甲电源为例）一、电流速断保护（I段）‌整定值‌：躲过110kV母线三相短路最大电流Ι‌保护范围校验‌：按线路末端短路电流计算（需覆盖线路长度≥85%），若不足则调整可靠系数二、限时速断保护（II段）‌整定值‌：与下级线路速断配合（若下级速断为1.2kA）：Ι灵敏度校验‌（最小运行方式下末端两相短路）：(Κsen=三、定时限过电流保护（III段）‌整定值‌：躲过最大负荷电流Ι灵敏度校验‌（最小运行方式下末端短路）：(合格）Κ‌动