110kV變電站系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡的裝機容量迅速增加，電力緊張的供應狀況已得到暫時的緩解。但是因為我國配電網(wǎng)涉及技術(shù)比較薄弱，因此仍然不能滿足用戶對供電質(zhì)量的要求。變電所是電力系統(tǒng)組成中的一個重要環(huán)節(jié)，是電力網(wǎng)中線路的連接點，它的作用是變換電壓、匯集和分配電能。變電所是否可以正確運行關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定以及安全問題。這些問題在發(fā)生的短時間內(nèi)，若不能得到及時地處理和排除，就可能會給系統(tǒng)的長期安全穩(wěn)定運行留下隱患，嚴重時還會發(fā)生事故，不僅會對系統(tǒng)設(shè)備和線路造成損壞，還有可能引發(fā)大范圍的停電，影響人民的正常生活，給社會經(jīng)濟的持續(xù)運行造成巨大的損失，所以對變電所的設(shè)計就顯得尤為重要。變電站在輸電和配電中充當著重要角色，而保證變電站正常運行的最基本最重要的手段就是繼電保護。為確保110kV變電站安全穩(wěn)定的運行，即便是遇到事故故障也能迅速準確的切斷事故故障，使其不擾亂電力系統(tǒng)的供電的正常秩序，本文中圍繞該變電站的主變壓器部分、母線保護、線路保護、主變壓器保護等進行設(shè)計同時對參數(shù)整定計算，針對這些故障類型對各部分均開展了繼電保護的配套配置，并根據(jù)繼電保護配置原則，對這些設(shè)計內(nèi)容一一進行了整定計算和校驗工作。關(guān)鍵詞主接線設(shè)計，短路電流計算，主變壓器保護，母線保護目錄TOC\o"1-3"\h\u293601引言 3111051.1變電所繼電保護的重要性 3170431.2研究背景 3254391.3基本資料 339082主變壓器的選擇 4236532.1主變壓器類型 4203592.2主變壓器臺數(shù)和容量選擇 4163232.3主變壓器的選定 5180712.4變壓器的選定 5200183電氣主接線設(shè)計 5151193.1概述 585993.2電氣主接線的基本形式 6322753.2.1單母線接線 6128243.2.2單母線分段接線 632173.2.3雙母線接線 6247663.2.4橋型接線 791833.3電氣主接線的選擇 872184短路電流計算 9112684.1短路的危害 962354.2短路計算的目的與基本假設(shè) 9116174.3短路電流計算的方法和步驟 1061134.4短路電流計算 10298534.4.1基本值計算 10324864.4.2K1點短路電流計算(主變110KV側(cè)) 11243214.5.3K2點短路電流計算(35KV母線側(cè)) 11246964.4.4K3點短路電流計算(35KV出線側(cè)) 12232104.4.5K4點短路電流計算(10KV母線側(cè)) 1211524.4.6K5點短路電流計算(10KV出線側(cè)) 13166885主變壓器保護 1546655.1變壓器的故障類型及裝設(shè)原則 15104305.2變壓器的瓦斯保護 15111395.2.1瓦斯保護的原理 16262815.2.2瓦斯保護整定 16264975.3變壓器的差動保護 1761585.3.1差動保護的原理 17203185.3.2BCH-2差動繼電器 17266155.3.3BCH-2差動保護整定計算 18220795.4變壓器的過電流保護 20184595.5變壓器的過負荷保護 22198726母線保護 22143926.1母線故障與裝設(shè)保護基本原則 2286186.2電流差動保護原則 23229296.3單母線完全電流母線差動保護 24177466.3.1110KV單母線分段接線的整定計算 24141126.3.235KV單母線分段接線的整定計算 25133646.3.310KV單母線分段接線的整定計算 26123997輸電線路保護 26247147.1110KV側(cè)線路保護 2692817.2線路三段式過電流保護 28219457.2.1無時限電流速斷保護原理及整定計算 2885537.2.2帶時限電流速斷保護原理及整定計算 29236137.2.3過電流保護原理及整定計算 30224098電容器組保護 3146058.1電容器組的橫差保護 3137238.1.1橫差保護的接線 31169818.1.2橫差保護的動作電流 32253568.2電容器組的過電壓保護 3325429結(jié)論 3414110參考文獻 35

1引言1.1變電所繼電保護的重要性電力系統(tǒng)的各類裝置，由于內(nèi)部絕緣老化嚴重、破壞也有由于工作人員誤操作造成，可能出現(xiàn)故障和異常操作。較常見的額定故障包括三相短路和兩相短路、一個相對地短路發(fā)生在中性點直接系統(tǒng)、電氣設(shè)備線圈匝間短路的問題等等。其中單相或相間短路是最容易造成電力系統(tǒng)故障的一種現(xiàn)象。出現(xiàn)短路時，產(chǎn)生的短路電流是額定電流的數(shù)倍至數(shù)十倍，與此同時，電力系統(tǒng)電壓也將隨之降低，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，在沒有更有效措施的情況下，給設(shè)備及工作人員都將造成極大傷害。當故障擴大時，不僅影響供電質(zhì)量還容易引起事故，甚至造成大面積停電的后果。因此，當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，需要盡快將故障排除，從而能夠使電力系統(tǒng)恢復正常。為了確保電力系統(tǒng)在事故情況下能夠及時可靠的切除故障，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運行，需要配備相應的保護裝置來保障其安全性和可靠性。繼電保護裝置是為了保護電力系統(tǒng)電氣設(shè)備能夠安全，可靠地運行，其主要工作是將系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行自動，快速地處理、選擇性切除，或者當系統(tǒng)中出現(xiàn)不正常運行狀況時，發(fā)出信號，工作人員可以及時的切除故障，把損失降到最小程度。1.2研究背景由于我國的配電網(wǎng)所涉及到的技術(shù)相對較弱，所以還是無法滿足用戶供電質(zhì)量需求。為了滿足人們對電網(wǎng)供電穩(wěn)定性及安全性的需求，需要在電力系統(tǒng)中加強變電站建設(shè)，從而為人們提供高質(zhì)量的服務。變電所在電力系統(tǒng)構(gòu)成中占有重要地位，它是電力網(wǎng)內(nèi)線路連接的紐帶，其功能在于變換電壓、匯集并分配電能。變電所的正常工作對于保證電網(wǎng)系統(tǒng)能夠可靠地提供電能具有重要意義。變電所能否正確地運行，事關(guān)電力系統(tǒng)穩(wěn)定和安全，因此，對于變電所來說，設(shè)計是非常重要的。1.3基本資料(1)110KV進線2回，110KV母線的系統(tǒng)短路電抗為0.2，基準電壓取平均電壓，基準功率取100MVA；（4）所用電2%；（5）環(huán)境條件：與當?shù)丨h(huán)境一致。2主變壓器的選擇2.1主變壓器類型在變電所里，變壓器屬于較為重要的一次裝置，它的作用就是將電力系統(tǒng)的電壓提升或者下降，這樣就實現(xiàn)了電能能夠得到合理的傳輸、分配和用途。1、相數(shù)的確定330KV以下變電所，一般選用三相式變壓器。這種類型的變壓器具有體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點。由于1臺三相式變壓器與3臺同等容量單相式變壓器相比，具有投資省，占地省，損耗低，同時該配電裝置構(gòu)造簡單，便于檢修。因此，三相式變壓器是目前我國普遍采用的一種主接線型式。如果受制造，運輸條件的制約，可選擇2臺大容量三相變壓器進行運行。2、繞組數(shù)的確定在3個電壓等級變電所，如果變壓器每側(cè)繞組所經(jīng)過的能力均達到變壓器額定能力的15%，也可能是低壓側(cè)雖無負荷，但是要求該側(cè)安裝無功補償設(shè)備的情況下，還使用了三繞組變壓器。3、繞組連接方式的確定在某些特殊情況下，還需要將并聯(lián)的兩相電壓差進行調(diào)節(jié)以適應負載變化的要求。電力系統(tǒng)繞組接線方式一般有星型，三角形兩種。星型接法就是在一個主變上并聯(lián)兩個或多個副變來實現(xiàn)對負載供電。35KV或更低電壓，變壓器繞組的接線模式為三角形接線。4、結(jié)構(gòu)型式的選擇變電所的三繞組變壓器，若以高壓側(cè)向中壓側(cè)供電為主、向低壓側(cè)供電為輔，選用降壓型；如果以高壓側(cè)向低壓側(cè)供電為主、向中壓側(cè)供電為輔的話選用升壓型。2.2主變壓器臺數(shù)和容量選擇分析原始數(shù)據(jù)得知，本變電所屬于大城市郊區(qū)變電所，中低壓側(cè)已形成環(huán)網(wǎng)，在這種情況下我們裝設(shè)兩臺主變壓器。最大負荷計算：P式(2-1)PMK0P-按負荷等級統(tǒng)計的綜合用電負荷。裝有兩臺主變壓器的變電所，變壓器容量按下面的式子來計算：S在裝有兩臺及以上主變壓器的變電所中，斷開一臺主變壓器時，其余主變壓器的容量應可以保證用戶的正常用電。35KV側(cè)最大負荷為80MW，10KV側(cè)最大負荷為30MW，由Se≥0.6P2.3主變壓器的選定綜上所述主變?nèi)萘窟x75MV?A，查表變壓器的技術(shù)參數(shù)如下表，選用SFSZ9-75000?110型三相三線圈有載調(diào)壓的主變壓器，額其定電壓為110×(1±8×1.25%)/38.5(1±5%)/10.5KV，Ynyn0d11聯(lián)結(jié)，阻抗電壓為Uk1-2%=22.5，Uk1-3%=13，Uk2-3%=8。表2-1主變壓器技術(shù)參數(shù)型號及容量（KV?A）額定電壓/KV損耗/KW空載電流（%）短路電壓（%）聯(lián)結(jié)組別高壓中壓低壓空載短路高中高低中低SFSZ7-75000/110110（1±8×1.25%）38.5（1±2×2.5%）10.5572550.4522.5138Ynyn0d1138.5（1±5%）2.4變壓器的選定為保證所用電可靠，所用變裝設(shè)在10KV母線的兩段上。根據(jù)查資料，所用變的容量為主變壓器容量的0.1%，所以所用變?nèi)萘繛?.5KW,所以選用兩臺型號為S9-100/10的所用變壓器。3電氣主接線設(shè)計3.1概述電氣主接線圖等，也就是說，主電路圖是表示系統(tǒng)中電能傳輸和分配路線的電路圖。在某些特殊情況下，還需要將并聯(lián)的兩相電壓差進行調(diào)節(jié)以適應負載變化的要求。它包括各類開關(guān)電器，變壓器，互感器，線路，電抗器等、母線等以一定次序聯(lián)接而成的接收與分配電能電路。在電力系統(tǒng)運行過程中主接線起著重要作用。3.2電氣主接線的基本形式3.2.1單母線接線接線方便、所用設(shè)備較少，操作簡便，投資亦較?。凰詧D形或表格形式表達出電力系統(tǒng)各組成部件之間的相互關(guān)系及其在運行過程中所處的位置。不足之處在于母線和母線隔離開關(guān)失效的情況下，所有電源都必須切斷，會導致全網(wǎng)裝置斷電；如果在運行中發(fā)生了事故或有其它原因需要更換部分負荷元件時，必須重新進行合閘和分斷試驗才能使系統(tǒng)恢復供電，增加了不必要的工作量。在對其中一次斷路器進行大修中，這個回路需要斷電。筆者經(jīng)過反復試驗研究，設(shè)計出一種能使上述缺陷消失的保護裝置。它的布線見下圖：圖3-1單母線接線圖3.2.2單母線分段接線單母線分段接線圖如下：圖3-2單母線分段接線圖3.2.3雙母線接線優(yōu)點:①在不造成中斷供電的情況下檢修母線；②在大修其中一個支路母線隔離開關(guān)時，只將支路斷電；③工作母線失效后，在倒閘運行的這段斷電時間之后，可以快速的恢復供電；④大修任何一回路斷路器，可更換為母聯(lián)斷路器。缺點是:①倒閘運行時隔離開關(guān)是操作電器，易發(fā)生誤操作；當需要進行停電檢修時必須將所有設(shè)備全部切除后才能作業(yè)，存在著安全隱患。②所用電氣設(shè)備量較大，占地多、投資大。這種接線方式一般適用于電源，引出線數(shù)量較大的大中型發(fā)電廠，電壓等級在220KV以上地區(qū)的變電所，其供電可靠性高，靈活性強，特別在加旁路母線時優(yōu)越性更大。雙母線接線圖如下：圖3-3雙母線接線圖3.2.4橋型接線橋型接線可分為內(nèi)橋和外橋兩種接線方式。共同特點是兩臺變壓器一次側(cè)進線處兩回路用一橋臂相連，橋臂連接在進線斷路器以內(nèi)的稱為內(nèi)橋，連在進線斷路器以外的稱為外橋。內(nèi)橋接線用于電源進線路線較長，變壓器無需頻繁開關(guān)的場合，而且外橋接線適合電源線路短，變壓器需頻繁開關(guān)。兩種橋式接線圖如下：圖3-4橋型接線圖a)內(nèi)橋b)外橋3.3電氣主接線的選擇110KV共有2回出線，兩次均能為變電所提供電能，還可一次給變電所提供電能，另一次用作備用電源，在可靠經(jīng)濟方面，內(nèi)橋接線及單母線分段接線，適用于110KV的局部；35KV段可選擇單母線分段連接，單母線有旁路母線連接；10KV側(cè)采用單母線分段接線方式。為此我們進行了分析，認為有如下兩個方案:①110KV一側(cè)選擇內(nèi)橋接線,35KV和10KV兩側(cè)選擇單母線分段接線。②110KV側(cè)采用單母線分段接線,35KV側(cè)選用單母線帶旁路母線接線,10KV側(cè)選用單母線分段接線。我們從電氣主接線原理出發(fā)，對比分析了這兩個方案:110KV側(cè):①使用內(nèi)橋接線，任何回路在斷開維修時，均不影響其他回路正常工作，均失電概率低，但在變壓器斷線檢修失效的情況下，變壓器的倒閘操作比較復雜且易發(fā)生錯誤。②單母線分段接線方式，當任何變壓器和線路發(fā)生故障，不會影響到其他回路，當分段上斷路器失效后，兩段母線可分別操作，均失電概率較低，易于擴建。35KV側(cè):①用單母線分段連接，在檢修某次斷路器過程中，這個回路要求停止工作，分段的斷路器發(fā)生故障后，兩側(cè)母線分別正常工作不會受到影響，在任意一條母線失效的情況下，自動切斷分段斷路器，確保正常操作段，故障母線側(cè)需要停機。這種方式既能滿足檢修要求又可減少停電時間。操作方便，靈活。②用單母線有旁路母線連接，當檢修任何一臺出線斷路器，均可更換旁路之斷路器，但在任何一條母線出線失效的情況下，旁路斷路器僅能取代一回路操作，本母線的其他線路已停止運行。10KV側(cè)：兩種方案均采用單母線分段接線，不需作比較，直接采用。綜上所述，我們從電氣主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性上分析得出，方案一都要優(yōu)于方案二，因此，我們最終選擇方案一作為我們的主接線設(shè)計。電氣主接線如下所示：圖3-5主接線圖4短路電流計算4.1短路的危害電力系統(tǒng)的短路將使系統(tǒng)的總阻抗顯著降低，電流急劇增大，短路電流比正常工作電流大幾十甚至上百倍，若電力系統(tǒng)短路，短路電流甚至可達幾萬，幾十萬安時。目前我國電網(wǎng)中短路電流一般都處于幾千安到幾萬安之間。這樣巨大的短路電流會造成破壞性的結(jié)果，具體表現(xiàn)為:（1）由短路電流引起的熱效應若持續(xù)時間較長，則會使裝置因溫度過高而受損。（2）短路電流會產(chǎn)生較大電功率而導致機械變形，扭曲乃至設(shè)備損壞等。（3）在短路嚴重情況下，改變了系統(tǒng)內(nèi)功率分布，其穩(wěn)定性將因并列運行發(fā)電廠而受到損害。（4）出現(xiàn)不對稱短路后，由于不平衡電流引起不平衡磁場，將在給相鄰平行線路帶來電磁干擾而影響其正常運行。4.2短路計算的目的與基本假設(shè)在對電氣設(shè)備進行選型校驗的時候，通常僅需近似地計算出系統(tǒng)處于最大工作模式時，可能流經(jīng)此裝置的三相短路電流最大值，要精確地完成短路計算，有相當大的難度，近似計算是施工現(xiàn)場普遍采用的方法。目前我國電網(wǎng)中短路電流一般都處于幾千安到幾萬安之間。該方法是建立在一系列假設(shè)之上的，其中最重要的是:（1）忽略磁路飽和、磁滯等因素，認為系統(tǒng)各部件參數(shù)不變；（2）忽略各部件電阻。電力線路中電容被忽略掉了負荷影響；（3）忽略短路點處過渡電阻。在一些具體繼電保護計算中，過渡電阻才被考慮在內(nèi)；4.3短路電流計算的方法和步驟短路電流的一般計算方法是歐姆法和標幺制法兩種，標幺制法在工程上經(jīng)常使用。本文介紹一種快速估算電力系統(tǒng)短路容量的新方法——等效阻抗法。具體程序如下:①基準容量的測定和基準電流的計算；②標幺值的計算；③畫出等值網(wǎng)絡圖；④選取短路點和化簡網(wǎng)絡；⑤短路容量，短路電流沖擊值以及全電流最大有效值的計算⑥列舉了短路電流的計算，得到了計算結(jié)果。4.4短路電流計算4.4.1基本值計算取基準容量Sd=100MV?A，基準電壓Ud1=115KV、Ud2=37KV、Ud3=10.5KV則：I式(4-1)II主變壓器各繞組短路電壓為：U式(4-2)UU所以，各繞組電抗標幺值為X式(4-3)XX4.4.2K1點短路電流計算(主變110KV側(cè))系統(tǒng)為無窮大系統(tǒng)，根據(jù)原始資料：系統(tǒng)短路阻抗Xs圖4-1K1點短路等效電路圖系統(tǒng)標幺值為：I式(4-4)短路電流有效值：I式(4-5)I式(4-6)三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值：i式(4-7)I式(4-8)三相短路容量：S式(4-9)4.5.3K2點短路電流計算(35KV母線側(cè))等值網(wǎng)絡圖如下：圖4-2K2點短路等效電路圖圖中：X阻抗標幺值為：I短路電流有名值：II三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值：iI三相短路容量：S4.4.4K3點短路電流計算(35KV出線側(cè))K3點短路情況與K2點短路情況一致，I''=I∞=I0.24.4.5K4點短路電流計算(10KV母線側(cè))圖中：圖4-3K4點短路等效電路圖X阻抗標幺值為：I短路電流有名值：II三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值：iI三相短路容量：S4.4.6K5點短路電流計算(10KV出線側(cè))短路電流較大，需要裝設(shè)限流電抗器，我們初步選擇NKL-10-300-4型電抗繼電器，參數(shù)如下表：表4-1電抗繼電器參數(shù)型號額定電壓/KV額定電流/A電抗率/%動穩(wěn)定電流峰值/KA1s熱穩(wěn)定電流/KANKL-10-300-410300419.117.45電抗標幺值：X式(4-10)代入數(shù)據(jù)得XX阻抗標幺值為：I短路電流有名值：II三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值：iI三相短路容量：S短路計算表如下：表4-2短路電流計算結(jié)果表短路計算點三相短路電流/KA三相短路容量/MVAIIIiISK12.512.52.56.383.78498K24.464.464.4611.376.73286K34.464.464.4611.376.73286K420.3720.3520.3551.8930.73370K55.195.175.1713.187.81945主變壓器保護變壓器廣泛應用于電力系統(tǒng)中電壓的升降，變壓器是電力系統(tǒng)中不可缺少的電氣設(shè)備，變壓器故障嚴重影響系統(tǒng)的安全運行，因此根據(jù)變壓器的容量和重要性，必須裝設(shè)性能優(yōu)良的可靠的繼電保護裝置。5.1變壓器的故障類型及裝設(shè)原則變壓器故障類型主要有兩類，一個在油箱里，二是在油箱外面，內(nèi)部故障主要有繞組相間短路、接地短路，匝間短路等。本文介紹一種簡單實用的計算方法——等效阻抗法，它能快速準確地求解出任意形狀電路的短路電流值和阻抗匹配情況，而且不受元件參數(shù)變化影響。出現(xiàn)內(nèi)部故障后，產(chǎn)生的氣體較多，導致油箱爆炸，產(chǎn)生電弧將損壞繞組絕緣，燒毀鐵芯，等等。因此，當發(fā)生內(nèi)部故障時必須對其進行處理，以保證變壓器的安全運行。外部故障多表現(xiàn)為套管與引出線之間的接地短路或者相間短路。我們安裝了以下保護裝置。（1）瓦斯保護其達到油箱內(nèi)各種失效，減少油面，輕瓦斯防護作用在信號上，重瓦斯保護的功能是跳過各個電源側(cè)的斷路器。應在800kVA或更大容量油浸式變壓器以及400kVA或更大車間油浸式變壓器設(shè)置瓦斯保護；（2）差動保護容量為6300kVA或更大并置運行變壓器，或者是容量為10000kVA以上獨立運行變壓器，安裝差動保護，對2000kVA以上變壓器來說，差動保護還應裝在電流速斷保護靈敏度未達標時；（3）過電流保護是針對變壓器外部短路所產(chǎn)生的過電流進行保護，同時它還是差動保護、瓦斯保護等后備保護之一；（4）過電壓保護通常安裝于高壓側(cè)。5.2變壓器的瓦斯保護當油面升高時，氣體將通過蓋板向上運動并推動觸頭接觸開關(guān)觸點使電路接通或斷開。該保護以氣體繼電器為主要元件，其裝于油箱和儲油柜的連接管道內(nèi)，下圖是為避免氣體流動而設(shè)計，頂蓋和水平面之間要有1%-5%梯度，而至繼電器處的管道，則要與水平面梯度為2%-4%。1-變壓器油箱2-連接管3-氣體繼電器4-儲油柜1-變壓器油箱2-連接管3-氣體繼電器4-儲油柜圖5-1氣體繼電器安裝圖5.2.1瓦斯保護的原理瓦斯保護示意圖，以上觸電代表輕瓦斯防護，觸發(fā)時發(fā)出報警信號，以下觸電代表重瓦斯保護，一旦動作，將引發(fā)變壓器保護總出口繼電器動作，斷路器跳閘是當油箱內(nèi)出現(xiàn)嚴重的故障，由于油流的不穩(wěn)定性，會引起觸電晃動，因此，為了確保斷路器能夠穩(wěn)定跳閘，需要選擇帶電流自保持線圈出口中間繼電器KM,動作完成時，輔助觸點自保持解除。當出現(xiàn)事故時，通過檢測出油箱內(nèi)是否有空氣或油質(zhì)發(fā)生變化等信號，并將其轉(zhuǎn)換成電壓后送到控制器中，控制電機啟動，從而達到對變壓器進行保護的目的。此外，為了避免變壓器在測試過程中發(fā)生故障，該電路能使跳閘回路經(jīng)切換片轉(zhuǎn)換為信息回路。圖5-2瓦斯保護原理圖5.2.2瓦斯保護整定重瓦斯保護的整定值是通過調(diào)節(jié)擋板上的彈簧壓力，該壓力換算成相應的油氣流的流速。重瓦斯保護油流速整定范圍為0.6?1.5m/s，對于10000kVA的變壓器可整定為1m/s。本變電所主變壓器容量為66000kVA，因此輕瓦斯保護整定值取250cm3，將油流速度整定為5.3變壓器的差動保護5.3.1差動保護的原理其主要被用于變壓器內(nèi)部繞組、絕緣套管等的主保護。接線原理圖如下:圖5-3變壓器差動保護原理圖5.3.2BCH-2差動繼電器變壓器保護時，我們通常采用BCH-2型差動繼電器，結(jié)構(gòu)圖見下圖，它由1只DL-11電流繼電器及1只速飽和變流器所構(gòu)成。圖中Nb1、Nb2兩個相同的平衡線圈，Nd為差動線圈，Nk'圖5-4BCH-2差動繼電器結(jié)構(gòu)圖5.3.3BCH-2差動保護整定計算(1)確定基本側(cè)根據(jù)額定電壓和變壓器額定容量計算各側(cè)一次額定電流IN1，同時按KwII式(5-1)I本設(shè)計中，35KV側(cè)二次額定電流最大，因此取其為基本側(cè)。(2)按下面3種方式確定保護一次動作電流，可靠系數(shù)Krel=1.3①躲過變壓器的勵磁電流I式(5-2)I②躲過變壓器外部短路最大不平衡電流I式(5-3)非周期分量影響系數(shù)Knp=1，電流互感器的同型系數(shù)Ksam=1，fi?式(5-4)初步整定時，?f本設(shè)計中I③躲過變壓器正常運行時的最大負荷電流，即I式(5-5)IL.max本設(shè)計中，II(3)確定基本側(cè)差動線圈匝數(shù)N式(5-6)I式(5-7)本設(shè)計中，Nd.c=AN0I(4)確定非基本側(cè)平衡線圈匝數(shù)I式(5-8)選擇與Nb.c接近的匝數(shù)作為平衡線圈的整定匝數(shù)N本設(shè)計中110kv側(cè)5.68×Nb‖.c+1610kv側(cè)6.87×NbⅢ.c因此平衡線圈匝數(shù)我們?nèi)b‖.set=6，(5)校驗相對誤差110kv側(cè)?10kv側(cè)?110KV和10KV側(cè)相對誤差均小于0.05，說明以上選擇均有效。(6)靈敏度校驗K式(5-9)在本設(shè)計中IK由此發(fā)現(xiàn)靈敏度符合要求。5.4變壓器的過電流保護這種保護用于保護變壓器外部短路導致的過電流，作是為差動保護和瓦斯保護的后備保護。其中復合電壓起動保護方式靈敏度高，應用廣泛，其原理接線圖如下：圖5-5復合電壓起動的過電流保護原理圖(1)110KV側(cè)復合電壓起動的過電流保護，三相星形聯(lián)結(jié)，繼電器為DL-11型號。動作電流按躲過變壓器的額定電流整定：I式(5-10)可靠系數(shù)Krel=1.2；返回系數(shù)K低電壓繼電器動作電壓按躲過電動機自起動的條件整定：U式(5-11)U式(5-12)負序電壓繼電器電壓按躲過正常運行時的不平衡電壓整定：U式(5-13)靈敏度校驗：K式(5-14)(2)35KV側(cè)復合電壓起動的過電流保護采用三相星形聯(lián)結(jié)，繼電器為DL-11型號。動作電流按躲過變壓器額定電流整定：I低電壓繼電器動作電壓按躲過電動機自起動的條件整定：UU負序電壓繼電器電壓按躲過正常運行時的不平衡電壓整定：U靈敏度校驗：K(3)10KV側(cè)復合電壓起動的過電流保護，三相星形聯(lián)結(jié)，繼電器為DL-11型號。動作電流按躲過變壓器額定電流整定：I低電壓繼電器動作電壓按躲過電動機自起動的條件整定：UU負序電壓繼電器電壓按躲過正常運行時的不平衡電壓整定：U靈敏度校驗：K5.5變壓器的過負荷保護一般情況下由于過負荷保護都是三相對稱的，所以過負荷保護只采用一個電流繼電器接在一相電流回路中，通過較長的時間延時發(fā)出信號，在雙繞組變壓器情況下，通常裝設(shè)在高壓側(cè)。過負荷保護的動作電流，按照躲開變壓器額定電流整定：I式(5-15)此式中，Krel=本設(shè)計中，過負荷保護應裝在110KV側(cè)，按照躲開變壓器額定電流整定II動作時間取10s。6母線保護變電所的母線是電力系統(tǒng)中的重要組成元件，當母線上發(fā)生故障時，如果不及時將其切斷，將會破壞更多的電力系統(tǒng)元件以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)中樞紐變電所的母線發(fā)生故障時，還會產(chǎn)生更嚴重的后果。6.1母線故障與裝設(shè)保護基本原則一般情況下，不需要采用專門的母線保護，母線的故障可以利用供電元件保護裝置來切除，具體如下：圖6-1利用電源側(cè)保護切除故障采用電源側(cè)保護的方法切除了故障，見上文5.1，變電所B母線k點發(fā)生短路時可采用第1和第4第‖段進行保護作用，斷路器第1和第4段跳閘，這樣就把B母線的故障清除了。從上面我們可以看出，當采用電氣元件進行保護來切除母線故障時，此法雖經(jīng)濟簡便，但故障切除所需時間亦較長。在電力系統(tǒng)中，為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)大范圍停電事故，通常會設(shè)置有選擇性地進行母線保護。盡管母線短路幾率遠小于線路短路幾率，但母線短路時，后果將是非常嚴重的。因此，在某些場合，需安裝選擇性快速母線保護。它的基本要求如下：能夠迅速，選擇性的切除故障，針對大接地電流系統(tǒng)母線保護問題，采用三相式接線方式，針對小接地電流系統(tǒng)母線保護問題，用兩相式布線。6.2電流差動保護原則為適應選擇性，速動性等要求，母線保護由差動原理組成。當故障發(fā)生時，由于系統(tǒng)中存在著大量的線路阻抗或接地電阻等不對稱因素，使得電流方向發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了與電壓相同頻率的基波正序分量，使保護裝置動作。上述原理可組成電流差動保護。因我公司主接線為單母線分段接線，為此，我公司的母線保護選擇了單母線全電流的母線差動保護，該保護方式布線簡單、調(diào)試容易，同時，利用速飽和變流器，可有效地防止區(qū)外故障初級電流直流分量使電流互感器飽和而造成保護誤動。6.3單母線完全電流母線差動保護下圖為完全電流母線差動保護的原理接線圖，經(jīng)過計算可知流入繼電器的電流為：I式(6-1)Ik（1）躲開了外部短路故障所引起的不平衡電流；（2）躲開母線接入元器件內(nèi)最大負荷支路最大負荷電流的影響，避免電流二次回路斷開時發(fā)生誤動。圖6-2母線差動保護原理圖6.3.1110KV單母線分段接線的整定計算1、起動元件按躲開外部短路時最大不平衡電流，所有電流互感器按10%誤差曲線選擇，差動繼電器采用具有速飽和和鐵芯的繼電器時,即I式(6-2)KrelIk.maxKfzIIBCH-2差動匝數(shù)：N實際動作電流：I靈敏度校驗：K2、電壓閉鎖元件按三相動作電壓，躲開正常運行的最低電壓整定，一般取60-65V，此時我們選擇60V。3、電流回路斷線閉鎖元件動作時間：t=2+2×0.5=3s。6.3.235KV單母線分段接線的整定計算1、起動元件同110KV單母線分段接線整定相同，即IKrelIk.maxKfzIIBCH-2差動匝數(shù)：N實際動作電流：I靈敏度校驗：K2、電壓閉鎖元件按三相動作電壓，躲開正常運行的最低電壓整定，一般取60-65V，此時我們選擇60V。3、電流回路斷線閉鎖元件動作時間：t=2+2×0.5=3s。6.3.310KV單母線分段接線的整定計算1、起動元件，110KV單母線分段接線整定相同，,即IKrelIk.max——母線范圍KfzIIBCH-2差動匝數(shù)：N實際動作電流：I靈敏度校驗：K2、電壓閉鎖元件按三相動作電壓，躲開正常運行的最低電壓整定，一般取60-65V，此時我們選擇60V。3、電流回路斷線閉鎖元件動作時間：t=2+2×0.5=3s。7輸電線路保護7.1110KV側(cè)線路保護距離保護就是能夠滿足高電壓等級，復雜網(wǎng)絡對故障元件進行快速，高效切除的保護方式，用于110-220kV電網(wǎng)。距離保護一段的保護范圍是線路長度80%-85%處，持續(xù)時間0.1s,二段保護范圍是指本線全長，向下段延伸，持續(xù)時間在0.5s左右,1、二段組成了該線的主要保護。第一斷點與主變之間形成一個短母線，在這個小母線上設(shè)置有跳閘開關(guān)及重合閘裝置。第3段用作鄰近線路及斷路器拒動遠后備保護，本線為第一、二斷路保護近備。它的整定方式有以下幾種：1、距離Ｉ段：按躲過本線路末端短路時的測量阻抗來整定：Z可靠系數(shù)Krel動作時間：t2、距離‖段：按線路末端故障有靈敏度整定：ZKim靈敏度校驗：K滿足要求，動作時間tⅡ3、距離Ⅲ段：按躲過最小負荷阻抗整定：線路上母線電壓最低且負荷最大時，負荷阻抗最?。篫SmaxI因此ZL.min采用全阻抗特性整定為：Z采用方向圓特性阻抗繼電器，按躲開的負荷阻抗換成整定阻抗：Z靈敏度校驗：K滿足要求，tⅢ7.2線路三段式過電流保護7.2.1無時限電流速斷保護原理及整定計算它可作為快速切除被保護元件的故障，動作時不帶時限，只有保護裝置固有的動作時間；此保護不能保護線路全長，在線路末端有保護死區(qū)，整定原理說明如下圖：圖7-1無時限電流速斷保護原理說明圖線路1、2的首段裝設(shè)無時限電流速斷保護1和2.保證其選擇性在線路2首段K2處發(fā)生短路時，保護1不動作，事實上，線路2首段的K2的三相短路電流與線路1末端K1的相等。電流速斷保護的動作電流為：I式(7-1)可靠系數(shù)取1.25靈敏度校驗按本線路首段的最小兩相短路電流計算：K式(7-2)滿足要求，動作時間tＩ它的單相原理接線圖如下，中間繼電器起到兩個作用，一是利用其觸點接通跳閘回路，二是線路上裝有避雷器時，用它來增大保護動作時間防止避雷器放電時速斷保護誤動作。圖7-2無時限電流速斷保護原理接線圖7.2.2帶時限電流速斷保護原理及整定計算主要工作是切除保護線路中不限時電流速斷除保護區(qū)外的其他故障，無論如何，均可對該線路全長進行可靠地保護，與此同時，動作時間也盡量縮短，為實現(xiàn)這一目標，需要把保護區(qū)擴大至鄰近的下層路線。本文介紹一種新的方法，即采用并聯(lián)電抗器來實現(xiàn)這一目標，這種裝置具有體積小、重量輕和運行安全可靠等特點，可用于各種場合。它的保護原理描述如圖：圖7-3帶時限電流速斷保護原理說明圖①動作電流整定：I式(7-3)Krel②動作時間：7.2.3過電流保護原理及整定計算帶時限電流速斷保護原理圖如下圖7-4定時限過電流保護原理圖①動作電流整定：I式(7-4)I式(7-5)可靠系數(shù)KsetⅢ=1.2，自啟動系數(shù)②靈敏度校驗K式(7-6)滿足要求。8電容器組保護就電力系統(tǒng)而言，電壓質(zhì)量受無功功率影響較大，其缺點直接影響到系統(tǒng)電壓，功率因數(shù)等，嚴重時會造成電壓降低系統(tǒng)的解體，造成電氣設(shè)備的破壞，以預防電事故，確保系統(tǒng)安全運行，需安裝相應保護裝置，也就是電容器組保護。本文介紹一種新的方法，即采用并聯(lián)電抗器來實現(xiàn)這一目標，這種裝置具有體積小、重量輕和運行安全可靠等特點，可用于各種場合。應當在電容器上安裝熔斷器加以防護，多個電容器連接成電容器組，要根據(jù)連接方式安裝過電壓保護和橫差保護。8.1電容器組的橫差保護8.1.1橫差保護的接線橫差保護是用于保護電容器組內(nèi)部及其引出線上的短路故障，它有以下兩種保護形式。(1)中性線電流平衡保護即單繼電器式橫聯(lián)差動保護，主要用來保護雙星形接線電容器組內(nèi)部故障，其原理接線圖如下。圖中電流互感器TA裝在兩個星形的中性點m和n之間。這種接線方式工作是通過比較每相并聯(lián)支路中電流大小。正常運行狀態(tài)下，兩組電容器的容量相等，接線方式相同，所以m、n兩點等電位，中性線電流Imn圖8-1電容器中性線電流平衡保護原理接線圖(2)橫聯(lián)差動保護是針對雙三角形接線電容器組內(nèi)部故障而設(shè)計，原理接線圖見圖9-2。電容器組有串聯(lián)電容型與并聯(lián)電容型兩種形式。分別為3個相位的A,B,C，每相分兩臂，每根手臂均連接有電流互感器，在同一相雙臂電流互感器的二次側(cè)，根據(jù)兩相電流的差值進行連接，也就是通過各相電流繼電器時，電流為兩相臂的電流之差，也就是，它是根據(jù)比較兩臂中電流的大小來工作的，所以叫差動保護。圖8-2電容器組橫聯(lián)差動保護原理接線圖8.1.2橫差保護的動作電流1.橫差保護的動作電流按以下面兩個條件進行參數(shù)整定：（1）防止誤動作保護裝置動作電流要以躲過正常運行狀態(tài)下電流互感器二次側(cè)差動電路的不平衡電流最大值為基準；當發(fā)生三相對稱短路時，它能迅速切除三相電源，防止相間短路。就變電所的設(shè)計而言，電容器組一般分布在10KV一側(cè)，由于配置在10KV側(cè)的電容器具有系統(tǒng)容量低的特點、分組數(shù)多易產(chǎn)生諧振，等等。由于其運行時不需要頻繁投切開關(guān)，且可以根據(jù)實際情況調(diào)整電容組數(shù)，因此應用較為廣泛。通過現(xiàn)場經(jīng)驗可知，無功補償能力通常是主變?nèi)萘?0%-30%，因此電容器組的容量是22500Kvar,通過計算負荷，可以得出，使用電力電容器為BW10.5-100-1W型號，單臺容量100Kvar,總?cè)萘?25。電容器組的額定電流是1299A。（2）當一個電容器內(nèi)存在串聯(lián)元件發(fā)生擊穿，保護裝置必須足夠靈敏。本次設(shè)計我們安裝電容器組如下:①安裝2只DL—11電流繼電器,2只變比800電流互感器構(gòu)成無時限過電流保護②電容器組為三角形聯(lián)接，每相兩平行分支中，分別安裝變比800電流互感器，相電流接DL-13電流繼電器，構(gòu)成橫差保護。③DL-11型電壓繼電器是用于過電壓保護和動作跳閘的。④電容器和支架是絕緣的，不需要接地保護。2.保護整定計算（1）無時限過電流保護裝置動作電流整定I式(8-1)保護裝置一次動作電流:I式(8-2)保護裝置的靈敏系數(shù):K式(8-3)根據(jù)以上計算，裝DL—11/50型繼電器。（2）橫聯(lián)差動保護裝置的動作電流I式(8-4)裝DL-13/50型電流繼電器。8.2電容器組的過電壓保護電容器組母線電壓升高時，防止電容器組不被破壞，須裝設(shè)過電壓保護，延時動作于信號或者跳閘。電壓互感器選用JDZJ-10型電壓互感器，其二次額定電壓為0.1√3KV。保護裝置動作電壓按母線電壓不大于1.1倍額定電壓整定為：U式(8-5)結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計研究的主要內(nèi)容是針對某110kV典型變電站的繼電保護配置進行設(shè)計并完成整定計算與校驗，這一課題具有一定的實際意義，但鑒于目前仍處于本科水平，因此本文中的內(nèi)容更多地停留在理論計算這一層面。為了完成本次題目，根據(jù)對題目設(shè)計要求和設(shè)計內(nèi)容的分析，首先梳理了專業(yè)學習中的繼電保護知識，并且查閱了很多相關(guān)資料，對繼電保護的發(fā)展背景、相關(guān)要求及配置原則等內(nèi)容進行了更為具體的學習。接著尋找了一個110kV典型變電站系統(tǒng)模型，確定了本次題目中所需的主接線圖及各種主要設(shè)備參數(shù)。隨后是針對該變電站模型中的變壓器、母線及線路部分分別進行繼電保護配置的設(shè)計。隨后，根據(jù)幾種系統(tǒng)中可能發(fā)生的短路情況，分別求出各短路點的短路電流，從而確定各短路點短路時系統(tǒng)的最大及最小運行方式，和各種情況下的短路電流。這一步非常關(guān)鍵，它為后續(xù)的整定計算做好了準備。最后則是本次題目的重點內(nèi)容，針對各部分的保護配置一一進行整定計算，求出各種類型保護配置的保護動作電流值及所需的整定時間，并且為了能夠確定對這些整定數(shù)值是否足夠具有實用性，驗證其是否滿足靈敏度要求，還需要對其分別進行校驗。通過對本次畢業(yè)設(shè)計工作的完成，本人對于繼電保護方面的相關(guān)內(nèi)容有了一個更加深入的理解，并且更加清楚地認識到應該如何將課堂中所學的理論知識運用到實際電力系統(tǒng)中。此外，經(jīng)過對大量相關(guān)資料的查閱，還讓本人清晰地認識到本次設(shè)計中所配置的各種保護就目前國內(nèi)繼電保護的發(fā)展水平來說并不是最完美的，它們雖然都具備一定的優(yōu)勢，但是缺陷也是客觀存在的。它們或許只能從某些方面來滿足繼電保護的四大基本要求。隨著社會的發(fā)展，它將會被新一代保護所替代，這是無法避免的，是社會進步的必然結(jié)果。

參考文獻[1]劉志洪.110kV智能變電站繼電保護研究與設(shè)計[J].電子元器件與信息技術(shù),2021.[2]張憲榮.研究110kV變電站電氣二次設(shè)計繼電保護技術(shù)[J].2020.[3]耿乃東,魏曉東.110kV智能變電站繼電保護的設(shè)計與應用研究[J].電腦樂園,2020(10):1.[4]孔德明.110kV智能變電站繼電保護