110kV變電站系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的裝機(jī)容量迅速增加，電力緊張的供應(yīng)狀況已得到暫時的緩解。但是因?yàn)槲覈潆娋W(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(diǎn)，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(yùn)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(yùn)行留下隱患，嚴(yán)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(jì)的持續(xù)運(yùn)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(dāng)著重要角色，而保證變電站正常運(yùn)行的最基本最重要的手段就是繼電保護(hù)。為確保110kV變電站安全穩(wěn)定的運(yùn)行，即便是遇到事故故障也能迅速準(zhǔn)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(hù)、線路保護(hù)、主變壓器保護(hù)等進(jìn)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(hù)的配套配置，并根據(jù)繼電保護(hù)配置原則，對這些設(shè)計內(nèi)容一一進(jìn)行了整定計算和校驗(yàn)工作。關(guān)鍵詞主接線設(shè)計，短路電流計算，主變壓器保護(hù)，母線保護(hù)目錄TOC\o"1-3"\h\u293601引言 3111051.1變電所繼電保護(hù)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(diǎn)短路電流計算(主變110KV側(cè)) 11243214.5.3K2點(diǎn)短路電流計算(35KV母線側(cè)) 11246964.4.4K3點(diǎn)短路電流計算(35KV出線側(cè)) 12232104.4.5K4點(diǎn)短路電流計算(10KV母線側(cè)) 1211524.4.6K5點(diǎn)短路電流計算(10KV出線側(cè)) 13166885主變壓器保護(hù) 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(hù) 15111395.2.1瓦斯保護(hù)的原理 16262815.2.2瓦斯保護(hù)整定 16264975.3變壓器的差動保護(hù) 1761585.3.1差動保護(hù)的原理 17203185.3.2BCH-2差動繼電器 17266155.3.3BCH-2差動保護(hù)整定計算 18220795.4變壓器的過電流保護(hù) 20184595.5變壓器的過負(fù)荷保護(hù) 22198726母線保護(hù) 22143926.1母線故障與裝設(shè)保護(hù)基本原則 2286186.2電流差動保護(hù)原則 23229296.3單母線完全電流母線差動保護(hù) 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(hù) 26247147.1110KV側(cè)線路保護(hù) 2692817.2線路三段式過電流保護(hù) 28219457.2.1無時限電流速斷保護(hù)原理及整定計算 2885537.2.2帶時限電流速斷保護(hù)原理及整定計算 29236137.2.3過電流保護(hù)原理及整定計算 30224098電容器組保護(hù) 3146058.1電容器組的橫差保護(hù) 3137238.1.1橫差保護(hù)的接線 31169818.1.2橫差保護(hù)的動作電流 32253568.2電容器組的過電壓保護(hù) 3325429結(jié)論 3414110參考文獻(xiàn) 35

1引言1.1變電所繼電保護(hù)的重要性電力系統(tǒng)的各類裝置，由于內(nèi)部絕緣老化嚴(yán)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(diǎn)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(dāng)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(dāng)故障擴(kuò)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(dāng)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(fù)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(yùn)行，需要配備相應(yīng)的保護(hù)裝置來保障其安全性和可靠性。繼電保護(hù)裝置是為了保護(hù)電力系統(tǒng)電氣設(shè)備能夠安全，可靠地運(yùn)行，其主要工作是將系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行自動，快速地處理、選擇性切除，或者當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)不正常運(yùn)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(qiáng)變電站建設(shè)，從而為人們提供高質(zhì)量的服務(wù)。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(yùn)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(jìn)線2回，110KV母線的系統(tǒng)短路電抗為0.2，基準(zhǔn)電壓取平均電壓，基準(zhǔn)功率取100MVA；（4）所用電2%；（5）環(huán)境條件：與當(dāng)?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(shí)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(diǎn)。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(yùn)輸條件的制約，可選擇2臺大容量三相變壓器進(jìn)行運(yùn)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(dá)到變壓器額定能力的15%，也可能是低壓側(cè)雖無負(fù)荷，但是要求該側(cè)安裝無功補(bǔ)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(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)負(fù)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(shí)現(xiàn)對負(fù)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(fù)荷計算：P式(2-1)PMK0P-按負(fù)荷等級統(tǒng)計的綜合用電負(fù)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(yīng)可以保證用戶的正常用電。35KV側(cè)最大負(fù)荷為80MW，10KV側(cè)最大負(fù)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(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)負(fù)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(yùn)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，投資亦較小；它以圖形或表格形式表達(dá)出電力系統(tǒng)各組成部件之間的相互關(guān)系及其在運(yùn)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(dǎo)致全網(wǎng)裝置斷電；如果在運(yùn)行中發(fā)生了事故或有其它原因需要更換部分負(fù)荷元件時，必須重新進(jìn)行合閘和分?jǐn)嘣囼?yàn)才能使系統(tǒng)恢復(fù)供電，增加了不必要的工作量。在對其中一次斷路器進(jìn)行大修中，這個回路需要斷電。筆者經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)研究，設(shè)計出一種能使上述缺陷消失的保護(hù)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(diǎn):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(yùn)行的這段斷電時間之后，可以快速的恢復(fù)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(diǎn)是:①倒閘運(yùn)行時隔離開關(guān)是操作電器，易發(fā)生誤操作；當(dāng)需要進(jìn)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(qiáng)，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(diǎn)是兩臺變壓器一次側(cè)進(jìn)線處兩回路用一橋臂相連，橋臂連接在進(jìn)線斷路器以內(nèi)的稱為內(nèi)橋，連在進(jìn)線斷路器以外的稱為外橋。內(nèi)橋接線用于電源進(jìn)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(jì)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(jìn)行了分析，認(rèn)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(fù)雜且易發(fā)生錯誤。②單母線分段接線方式，當(dāng)任何變壓器和線路發(fā)生故障，不會影響到其他回路，當(dāng)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(kuò)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(jī)。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(dāng)檢修任何一臺出線斷路器，均可更換旁路之?dāng)嗦菲?，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(yùn)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(jì)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(dá)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(yīng)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(dǎo)致機(jī)械變形，扭曲乃至設(shè)備損壞等。（3）在短路嚴(yán)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(yùn)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(yùn)行。4.2短路計算的目的與基本假設(shè)在對電氣設(shè)備進(jìn)行選型校驗(yàn)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(dāng)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(rèn)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(fù)荷影響；（3）忽略短路點(diǎn)處過渡電阻。在一些具體繼電保護(hù)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(biāo)幺制法兩種，標(biāo)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(zhǔn)容量的測定和基準(zhǔn)電流的計算；②標(biāo)幺值的計算；③畫出等值網(wǎng)絡(luò)圖；④選取短路點(diǎn)和化簡網(wǎng)絡(luò)；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(zhǔn)容量Sd=100MV?A，基準(zhǔn)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(biāo)幺值為X式(4-3)XX4.4.2K1點(diǎn)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(diǎn)短路等效電路圖系統(tǒng)標(biāo)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(diǎn)短路電流計算(35KV母線側(cè))等值網(wǎng)絡(luò)圖如下：圖4-2K2點(diǎn)短路等效電路圖圖中：X阻抗標(biāo)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(diǎn)短路電流計算(35KV出線側(cè))K3點(diǎn)短路情況與K2點(diǎn)短路情況一致，I''=I∞=I0.24.4.5K4點(diǎn)短路電流計算(10KV母線側(cè))圖中：圖4-3K4點(diǎn)短路等效電路圖X阻抗標(biāo)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(diǎn)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(biāo)幺值：X式(4-10)代入數(shù)據(jù)得XX阻抗標(biāo)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(diǎn)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(hù)變壓器廣泛應(yīng)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(yán)重影響系統(tǒng)的安全運(yùn)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(hù)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(shí)用的計算方法——等效阻抗法，它能快速準(zhǔn)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(dǎo)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(dāng)發(fā)生內(nèi)部故障時必須對其進(jìn)行處理，以保證變壓器的安全運(yùn)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(hù)裝置。（1）瓦斯保護(hù)其達(dá)到油箱內(nèi)各種失效，減少油面，輕瓦斯防護(hù)作用在信號上，重瓦斯保護(hù)的功能是跳過各個電源側(cè)的斷路器。應(yīng)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(hù)；（2）差動保護(hù)容量為6300kVA或更大并置運(yùn)行變壓器，或者是容量為10000kVA以上獨(dú)立運(yùn)行變壓器，安裝差動保護(hù)，對2000kVA以上變壓器來說，差動保護(hù)還應(yīng)裝在電流速斷保護(hù)靈敏度未達(dá)標(biāo)時；（3）過電流保護(hù)是針對變壓器外部短路所產(chǎn)生的過電流進(jìn)行保護(hù)，同時它還是差動保護(hù)、瓦斯保護(hù)等后備保護(hù)之一；（4）過電壓保護(hù)通常安裝于高壓側(cè)。5.2變壓器的瓦斯保護(hù)當(dāng)油面升高時，氣體將通過蓋板向上運(yùn)動并推動觸頭接觸開關(guān)觸點(diǎn)使電路接通或斷開。該保護(hù)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(hù)的原理瓦斯保護(hù)示意圖，以上觸電代表輕瓦斯防護(hù)，觸發(fā)時發(fā)出報警信號，以下觸電代表重瓦斯保護(hù)，一旦動作，將引發(fā)變壓器保護(hù)總出口繼電器動作，斷路器跳閘是當(dāng)油箱內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)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(diǎn)自保持解除。當(dāng)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(jī)啟動，從而達(dá)到對變壓器進(jìn)行保護(hù)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(hù)原理圖5.2.2瓦斯保護(hù)整定重瓦斯保護(hù)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(yīng)的油氣流的流速。重瓦斯保護(hù)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(hù)整定值取250cm3，將油流速度整定為5.3變壓器的差動保護(hù)5.3.1差動保護(hù)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(hù)。接線原理圖如下:圖5-3變壓器差動保護(hù)原理圖5.3.2BCH-2差動繼電器變壓器保護(hù)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(hù)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(hù)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(yùn)行時的最大負(fù)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(yàn)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(yàn)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(hù)這種保護(hù)用于保護(hù)變壓器外部短路導(dǎo)致的過電流，作是為差動保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備保護(hù)。其中復(fù)合電壓起動保護(hù)方式靈敏度高，應(yīng)用廣泛，其原理接線圖如下：圖5-5復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)原理圖(1)110KV側(cè)復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)，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(jī)自起動的條件整定：U式(5-11)U式(5-12)負(fù)序電壓繼電器電壓按躲過正常運(yùn)行時的不平衡電壓整定：U式(5-13)靈敏度校驗(yàn)：K式(5-14)(2)35KV側(cè)復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)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(jī)自起動的條件整定：UU負(fù)序電壓繼電器電壓按躲過正常運(yùn)行時的不平衡電壓整定：U靈敏度校驗(yàn)：K(3)10KV側(cè)復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)，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(jī)自起動的條件整定：UU負(fù)序電壓繼電器電壓按躲過正常運(yùn)行時的不平衡電壓整定：U靈敏度校驗(yàn)：K5.5變壓器的過負(fù)荷保護(hù)一般情況下由于過負(fù)荷保護(hù)都是三相對稱的，所以過負(fù)荷保護(hù)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(fù)荷保護(hù)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(fù)荷保護(hù)應(yīng)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(hù)變電所的母線是電力系統(tǒng)中的重要組成元件，當(dāng)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(yán)重的后果。6.1母線故障與裝設(shè)保護(hù)基本原則一般情況下，不需要采用專門的母線保護(hù)，母線的故障可以利用供電元件保護(hù)裝置來切除，具體如下：圖6-1利用電源側(cè)保護(hù)切除故障采用電源側(cè)保護(hù)的方法切除了故障，見上文5.1，變電所B母線k點(diǎn)發(fā)生短路時可采用第1和第4第‖段進(jìn)行保護(hù)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(dāng)采用電氣元件進(jìn)行保護(hù)來切除母線故障時，此法雖經(jīng)濟(jì)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(jìn)行母線保護(hù)。盡管母線短路幾率遠(yuǎn)小于線路短路幾率，但母線短路時，后果將是非常嚴(yán)重的。因此，在某些場合，需安裝選擇性快速母線保護(hù)。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(hù)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(hù)問題，用兩相式布線。6.2電流差動保護(hù)原則為適應(yīng)選擇性，速動性等要求，母線保護(hù)由差動原理組成。當(dāng)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(hù)裝置動作。上述原理可組成電流差動保護(hù)。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(hù)選擇了單母線全電流的母線差動保護(hù)，該保護(hù)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(hù)誤動。6.3單母線完全電流母線差動保護(hù)下圖為完全電流母線差動保護(hù)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(fù)荷支路最大負(fù)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(hù)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(shí)際動作電流：I靈敏度校驗(yàn)：K2、電壓閉鎖元件按三相動作電壓，躲開正常運(yùn)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(shí)際動作電流：I靈敏度校驗(yàn)：K2、電壓閉鎖元件按三相動作電壓，躲開正常運(yùn)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(shí)際動作電流：I靈敏度校驗(yàn)：K2、電壓閉鎖元件按三相動作電壓，躲開正常運(yùn)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(hù)7.1110KV側(cè)線路保護(hù)距離保護(hù)就是能夠滿足高電壓等級，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)對故障元件進(jìn)行快速，高效切除的保護(hù)方式，用于110-220kV電網(wǎng)。距離保護(hù)一段的保護(hù)范圍是線路長度80%-85%處，持續(xù)時間0.1s,二段保護(hù)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(hù)。第一斷點(diǎn)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(yuǎn)后備保護(hù)，本線為第一、二斷路保護(hù)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(yàn)：K滿足要求，動作時間tⅡ3、距離Ⅲ段：按躲過最小負(fù)荷阻抗整定：線路上母線電壓最低且負(fù)荷最大時，負(fù)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(fù)荷阻抗換成整定阻抗：Z靈敏度校驗(yàn)：K滿足要求，tⅢ7.2線路三段式過電流保護(hù)7.2.1無時限電流速斷保護(hù)原理及整定計算它可作為快速切除被保護(hù)元件的故障，動作時不帶時限，只有保護(hù)裝置固有的動作時間；此保護(hù)不能保護(hù)線路全長，在線路末端有保護(hù)死區(qū)，整定原理說明如下圖：圖7-1無時限電流速斷保護(hù)原理說明圖線路1、2的首段裝設(shè)無時限電流速斷保護(hù)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(hù)1不動作，事實(shí)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(hù)的動作電流為：I式(7-1)可靠系數(shù)取1.25靈敏度校驗(yàn)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(diǎn)接通跳閘回路，二是線路上裝有避雷器時，用它來增大保護(hù)動作時間防止避雷器放電時速斷保護(hù)誤動作。圖7-2無時限電流速斷保護(hù)原理接線圖7.2.2帶時限電流速斷保護(hù)原理及整定計算主要工作是切除保護(hù)線路中不限時電流速斷除保護(hù)區(qū)外的其他故障，無論如何，均可對該線路全長進(jìn)行可靠地保護(hù)，與此同時，動作時間也盡量縮短，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要把保護(hù)區(qū)擴(kuò)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這種裝置具有體積小、重量輕和運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)，可用于各種場合。它的保護(hù)原理描述如圖：圖7-3帶時限電流速斷保護(hù)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(hù)原理及整定計算帶時限電流速斷保護(hù)原理圖如下圖7-4定時限過電流保護(hù)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(yàn)K式(7-6)滿足要求。8電容器組保護(hù)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(diǎn)直接影響到系統(tǒng)電壓，功率因數(shù)等，嚴(yán)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(yù)防電事故，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行，需安裝相應(yīng)保護(hù)裝置，也就是電容器組保護(hù)。本文介紹一種新的方法，即采用并聯(lián)電抗器來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這種裝置具有體積小、重量輕和運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)，可用于各種場合。應(yīng)當(dāng)在電容器上安裝熔斷器加以防護(hù)，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(hù)和橫差保護(hù)。8.1電容器組的橫差保護(hù)8.1.1橫差保護(hù)的接線橫差保護(hù)是用于保護(hù)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(hù)形式。(1)中性線電流平衡保護(hù)即單繼電器式橫聯(lián)差動保護(hù)，主要用來保護(hù)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(diǎn)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(yùn)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(diǎn)等電位，中性線電流Imn圖8-1電容器中性線電流平衡保護(hù)原理接線圖(2)橫聯(lián)差動保護(hù)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(jìn)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(hù)。圖8-2電容器組橫聯(lián)差動保護(hù)原理接線圖8.1.2橫差保護(hù)的動作電流1.橫差保護(hù)的動作電流按以下面兩個條件進(jìn)行參數(shù)整定：（1）防止誤動作保護(hù)裝置動作電流要以躲過正常運(yùn)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(zhǔn)；當(dāng)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(diǎn)、分組數(shù)多易產(chǎn)生諧振，等等。由于其運(yùn)行時不需要頻繁投切開關(guān)，且可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整電容組數(shù)，因此應(yīng)用較為廣泛。通過現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)可知，無功補(bǔ)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(fù)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(dāng)一個電容器內(nèi)存在串聯(lián)元件發(fā)生擊穿，保護(hù)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(hù)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(hù)。③DL-11型電壓繼電器是用于過電壓保護(hù)和動作跳閘的。④電容器和支架是絕緣的，不需要接地保護(hù)。2.保護(hù)整定計算（1）無時限過電流保護(hù)裝置動作電流整定I式(8-1)保護(hù)裝置一次動作電流:I式(8-2)保護(hù)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(hù)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(hù)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(hù)，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(hù)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(hù)配置進(jìn)行設(shè)計并完成整定計算與校驗(yàn)，這一課題具有一定的實(shí)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(xué)習(xí)中的繼電保護(hù)知識，并且查閱了很多相關(guān)資料，對繼電保護(hù)的發(fā)展背景、相關(guān)要求及配置原則等內(nèi)容進(jìn)行了更為具體的學(xué)習(xí)。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(jìn)行繼電保護(hù)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(diǎn)的短路電流，從而確定各短路點(diǎn)短路時系統(tǒng)的最大及最小運(yùn)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(zhǔn)備。最后則是本次題目的重點(diǎn)內(nèi)容，針對各部分的保護(hù)配置一一進(jìn)行整定計算，求出各種類型保護(hù)配置的保護(hù)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(shí)用性，驗(yàn)證其是否滿足靈敏度要求，還需要對其分別進(jìn)行校驗(yàn)。通過對本次畢業(yè)設(shè)計工作的完成，本人對于繼電保護(hù)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(rèn)識到應(yīng)該如何將課堂中所學(xué)的理論知識運(yùn)用到實(shí)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(rèn)識到本次設(shè)計中所配置的各種保護(hù)就目前國內(nèi)繼電保護(hù)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(hù)的四大基本要求。隨著社會的發(fā)展，它將會被新一代保護(hù)所替代，這是無法避免的，是社會進(jìn)步的必然結(jié)果。

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