110KV變電站微機保護(繼電保護)部分設計-帶開題答辯ppt【含CAD圖紙+文檔全套】
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論文題目：論文題目：110kv變電站微機保護變電站微機保護姓 名：胡明敕 200703050460 指導老師：劉玉福（高級工程師）1、選題的目的及意義v目的：供電部門和用戶均應加強設備與技術管理，實現WDJS8000電力系統(tǒng)微機繼電保護。供電部門應按照用戶的需求做好各項管理工作，并努力提高服務質量，更好地為用戶服務。以促進電力系統(tǒng)的安全、經濟、可靠運行。v意義：減少變壓器能量的損耗，并對變壓器進行保護達到最佳效果，及其人身安全，合理分配用戶急需用電量，發(fā)展工業(yè)自動化生產，實現工業(yè)現代化，WDJS8000電力系統(tǒng)微機繼電保護具有十分重要的意義。2、論文(設計)主要內容。1短路電流的計算短路電流的計算；2變壓器型式的選擇變壓器型式的選擇；3選擇一次電氣設備；選擇一次電氣設備；4電力變壓器的保護電力變壓器的保護；5WDJS8000電力系統(tǒng)微機繼電保護；6防雷保護和接地裝置計算；防雷保護和接地裝置計算；7設計圖紙：包括電氣主接線圖；設計圖紙：包括電氣主接線圖；8確定整個變電站的設備擺放圖；確定整個變電站的設備擺放圖；3、設計過程（1）電氣主接線方案確定：方案一：110KV側采用帶母線型內橋接線，10KV采用帶母聯(lián)斷路 器的雙母線接線。方案二：110KV側采用帶母線型外橋接線，10KV采用單母線接線.為了供電的可靠性：110KV進線2回，10KV出線8-12回,變電所（擬設計）主要是向周邊城市及工業(yè)負荷供電，是一所終端變電所，就變電所在電力系統(tǒng)的中的地位和作用而言則可靠性要求很高。兩方案比較：內橋、外僑接線都適用于進線為2回的情況，其可靠性和靈活性都比較高，一回進線故障不影響另一進線的正常工作。但內橋接線設備簡單、投資少、供電比較可靠、運行靈活。而外僑接線當主變壓器斷路器外側發(fā)生短路故障時，會影響主系統(tǒng)供電的可靠性。10KV的雙母線接線較單母線接線方式其可靠性及靈活性均要高，其運行方式靈活，如:一組母線工作，一組母線備用，相當于單母線運行，其運行可靠，操作方便。雙母線還可以同時運行，負荷平均分配在兩母線上。雙母線接線操作簡便，較單母線出現誤操作的幾率小得多。單母線還有50%的停電率。從經濟性考慮方案二與方案一投資都差不多，但方案一的供電更可靠。綜合上述因素：本設計最終的設計方案確定為方案一。（2）變電站總設計方位圖變電站總設計方位圖 4、設計方法及步驟1 閱讀變電所設計原則及規(guī)范，了解在設計時需要注意的事項。2 查閱相關技術資料和實地考察并咨詢相關技術。3 分析原始資料，確定電氣主接線方案。4 進行負荷計算選擇變壓器的容量。5 根據確定的電 氣主接線選擇短路點，結合原始系統(tǒng)資料進行短路電流計算。6 選擇導線和一次電氣設備，并對選擇的導 線及電氣設備進行相應的校驗，確定其滿 足本變電所的設計要求。7 防雷接地保護計算。8 繪制圖紙。9 對設計所有內容排版，經指導老師初審合格，裝訂入檔!5、本設計存在不足v由于本設計組員的知識水平有限，在設計過程中難免出現錯誤，還有部分內容考慮不周。并且對微機保護初次接觸，雖然經過努力，基本掌握，也有不到之處。接地電阻和電容器的選擇均是采用近似計算而沒有精確計算。由于缺少一些書籍部分參數不是很準確。設計中可能出現錯別字或語句不通情況，希望各位老師指正！放映結束v感謝各位答辯組老師的聆聽，希望各位老師提出意見和建議，對設計中存在不足之處予以指正。誠懇接受各位老師的批評！論文題目：論文題目：110kv變電站的微機保護變電站的微機保護姓 名：胡 明 敕 200703050460 指導老師：劉玉福（高級工程師）第4章 繼電保護4.1繼電的保護4.2繼電的保護的特性4.3 變壓器的差動保護4.3.1差動保護的原理4.3.2比率制動式縱差保護的整定4.4 變壓器的瓦斯保護4.5 變壓器的過負荷保護4.6 變壓器的過電流保護4.7 10KV側線路的自動重合閘保護4.8 10KV側線路的距離保護4.9 10KV側線路的零序保護4.10 10KV側線路的過電壓保護4.1繼電的保護 電力系統(tǒng)中的電力設備和線路應裝設短路故障和異常運行保護裝置，電力設備和線路短路故障的保護應有主保護 后備保護，必要可再增設輔助保護。主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備有選擇的切除被保護設備和線路故障的保護。后備保護是主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護，后備保護可分為遠后備的近后備兩種子選手方式，遠后備是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現的后備，近后備是當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護實現后備的保護，是當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現的后備保護。輔助保護是為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行增設的簡單保護。4.2繼電的保護的特性電力變壓器的保護使用繼電保護裝置，其裝置應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求：這四“性”之間緊密聯(lián)系，既矛盾又統(tǒng)一。4.3縱聯(lián)差動保護4.3.1縱聯(lián)差動保護的原理由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同，因此，為了保證縱差動保護的正確工作，就必須適當選擇兩側電流互感器的變比，使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等，亦即在正常運行和外部故障時，差動回路的電流等于零。即I2=I”2=I/nl1=I/nl2 或 nl1/nl2=I”1/I1=nB式中nl1高壓側電流互感器的變比；nl2低壓側電流互感器的變比；nB 變壓器的變比（即高、低壓側額定電 壓之比）。本次設計所采用的變壓器型號為：SZ10-20000/110。對于這種大型變壓器而言，它都必需裝設單獨的變壓器差動保護，這是因為變壓器差動保護通常采用兩側電流差動，其中高電壓側電流引自高壓側電流互感器，低壓側電流引自變壓器低壓側電流互感器，這樣使差動保護的保護范圍為二組電流互感器所限定的區(qū)域，從而可以更好地反映這些區(qū)域內相間短路，高壓側接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障。所以我們用縱聯(lián)差動保護作為變壓器的主保護。原理圖?2 ?2?1 nBnl l 1 1nl l 2 2?1 ?s保護裝置4.3.2 比率制動式縱差保護的整定比率制動特性的縱差保護的動作特性，通常用直角坐標系上的一條折線表示。該坐標系縱軸為保護的動作電流Iop；橫軸為制動電流Ires，如圖所示。折線ACD的左上方為保護的動作區(qū)，折線右下方為保護的制動區(qū).縱差保護動作特性曲線圖這一動作特性曲線由縱坐標OA，拐點的橫坐標OB，折線CD的斜率S三個參數所確定。OA表示無制動狀態(tài)下的動作電流，即保護的最小動作電流Iop.min。OB表示起始制動電流Ires.0。動作特性三個參數，目前在工程實用上有兩種整定計算方法，現分述如下。折線上任一點動作電流Iop與制動電流Ires之比Iop/IresKres稱為縱差保護的制動系數。由圖中各參數之間的關系可導出，制動系數Kres與折線斜率S之間的關系如下式所示 從圖可見，對動作特性具有一個折點的縱差保護，折線的斜率S是一個常數，而制動系數Kres則是隨制動電流Ires而變化的。在實際應用中，是通過保護裝置的參數調節(jié)整定折線的斜率來滿足制動系數的要求。1縱差保護最小動作電流的整定。最小動作電流應大于變壓器額定負載時的不平衡電流，即 Iop.min Krel(Ker+U+m)IN/na 式中：IN變壓器額定電流；na電流互感器的變比；Krel可靠系數，取1.31.；Ker電流互感器的比誤差，10P型取0.032，5P型和TP型取0.012；U變壓器調壓引起的誤差，取調壓范圍中偏離額定值的最大值(百分值)；m由于電流互感器變比未完全匹配產生的誤差，初設時取0.05。在工程實用整定計算中可選取Iop.min(0.20.5)INna。一般工程宜采用不小于0.3IN/na的整定值。根據實際情況(現場實測不平衡電流)確有必要時也可大于0.5IN/na。2起始制動電流Ires.0的整定。起始制動電流宜取 Ires.0(0.81.0)IN/na 3動作特性折線斜率S的整定?？v差保護的動作電流應大于外部短路時流過差動回路的不平衡電流。變壓器種類不同，不平衡電流計算也有較大差別，下面給出普通雙繞組變壓器差動保護回路最大不平衡電流Iunb.max計算公式。雙繞組變壓器 Iunb.max(KapKccKer+U+m)Ik.max/na 式中：Ker0.1；Kcc電流互感器的同型系數，Kcc1.0；Ik.max外部短路時，最大穿越短路電流周期分量；Kap非周期分量系數，兩側同為TP級電流互感器取1.0；兩側同為P級電流互感器取1.52.0。差動保護的動作電流 Iop.maxKrelIunb.max 最大制動系數 式中最大制動電流Ires.max的選取，因差動保護制動原理的不同以及制動線圈的接線方式不同而會有很大差別，在實際工程計算時應根據差動保護的工作原理和制動回路的接線方式而定。制動線圈的接線原則是使外部故障時制動電流最大，而內部故障時制動電流最小。當制動線圈數比變壓器繞組少，不可能將每側電流分別接入制動線圈時，可以將幾個無源側電流合并后接入制動線圈，但不應將幾個有源側電流合并接入制動線圈。根據Iop.min、Ires.0、Ires.max、Kres.max按式可計算出差動保護動作特性曲線中折線的斜率S，當Ires.maxIk.max時有 4.4變壓器瓦斯保護 瓦斯保護是反應變壓器油箱內各種故障的主保護。當油箱內故障產生輕微瓦斯或油面下降時，瓦斯保護應瞬時動作于信號；當產生大量瓦斯時，應瞬時動作于斷開變壓器各側斷路器。瓦斯保護動作于信號的輕瓦斯部分，通常按產生氣體的容積整定。對于容量10MVA以上的變壓器，整定容積為250300ml。瓦斯保護動作于跳閘的重瓦斯部分，通常按通過氣體繼電器的油流流速整定。流速的整定與變壓器的容量、接氣體繼電器的導管直徑、變壓器冷卻方式、氣體繼電器的型式等有關。瓦斯保護原理如圖所示。瓦斯保護原理示意圖4.5 變壓器過負荷保護 根據變壓器各側繞組及自耦變壓器的公共繞組可能出現過負荷情況，應裝設過負荷保護。大型變壓器的過負荷，通常是對稱過負荷，故過負荷保護只接一相電流。過負荷保護的動作電流應按躲過繞組的額定電流整定，按下式計式中：Krel可靠系數，采用1.05；Kr返回系數，0.850.95；IN被保護繞組的額定電流。過負荷保護動作于信號。保護的動作時間應與變壓器允許的過負荷時間相配合，同時應大于相間故障后備保護的最大動作時間(通?？纱?個時間階段)。4.6過電流保護 過電流保護主要用于降壓變壓器，作為防御外部相間短路引起的變壓器過電流和變壓器內部相間短路的后備保護。（1）過電流保護的動作電流計算。為了保證選擇性，過電流保護的動作電流應能躲過可能流過變壓器的最大負荷電流，即 式中：Krel可靠系數，取1.21.；Kr返回系數，取0.850.95；IL.max最大負荷電流。（2）最大負荷電流IL.max可按以下情況考慮并取其最大者：對并列運行的變壓器，應考慮切除一臺時，余下變壓器所產生的過負荷電流，當各臺變壓器容量相等時，可按下式計算式中：m并聯(lián)運行變壓器的最少臺數；IN每臺變壓器的額定電流。當并聯(lián)運行的變壓器容量不等時，應考慮容量最大的一臺變壓器斷開后引起的過負荷。對兩臺分列運行的降壓變壓器，在負荷側母線分段斷路器上裝有備用電源自動投入裝置時，應考慮備用電源自動投入后負荷電流的增加。IL.maxIL.max+KssKremI.L.max 式中：IL.max所在母線段正常運行時的最大負荷電流；IL.max另一母線段正常運行時的最大負荷電流；Krem剩余系數，母線停電后切除不重要負荷，保留下來的負荷與原負荷之比。與下一級過電流保護相配合，則 IL.max1.1Iop+Im.L.max 式中：Iop分段斷路器或與之相配合的饋線過電流保護的動作電流；Im.L.max本變壓器所在母線段的正常運行最大負荷電流。（2）靈敏系數校驗。保護的靈敏系數可按下式校驗 式中：后備保護區(qū)末端兩相金屬性短路時流過保護的最小短路電流。要求Ksen1.3(近后備)或1.2(遠后備)。4.7 10KV線路的自動重合閘保護（1）自動重合閘的作用大大提高供電的可靠性，減少線路停電的次數在高壓輸電線路上采用重合閘，可以提高電力系統(tǒng)并聯(lián)運行的穩(wěn)定性對斷路器本身由于機構不良或繼電保護誤動作而引起的誤跳閘，也能起糾正的作用（2）自動重合閘的選擇110kv及以下的單側電源線路一般采用三相一次重合閘裝置，所以本設計采用三相一次重合閘,三相重合閘結構相對比較簡單，保護出口可直接動作控制斷路器，保護之間互為后備的保護性能良好。（3）單電源自動重合閘的整定計算AAR裝置的動作時限：從減少停電時間和減輕電動機自啟動要求考慮，AAR的動作時限越短越好，實際上要考慮下面兩個條件AAR裝置的動作時限必須大于故障點去游離的時間，以使故障點絕緣強度能可靠地恢復。AAR裝置的動作時限必須大于斷路器及其操作機構準備好重合閘的時間。這時間包括斷路器觸頭周圍介質絕緣強度恢復及滅弧室充滿油的時間，以及操作機構恢復原位做好重合閘準備的時間。一般情況下，斷路器及其操作機構準備好重合閘的時間都大于故障點介質去游離的時間，因此AAR的動作時限只按條件b考慮 對于不對應啟動方式：對于繼點保護啟動方式：式中 -操作機構準備好合閘時間，對電磁操作機構取0.30.5，-斷路器的跳閘時間與儲備時間，通常取0.30.4對于不對應啟動方式：滿足要求對于繼點保護啟動方式：滿足靈敏性。注：式中取 ；4.8 10KV線路的距離保護(1)距離保護電流保護的主要優(yōu)點是簡單，可靠，經濟，但它的靈敏性受系統(tǒng)運行方式變化的影響較大，特別是在重負荷，長距離，電壓等級高的復雜網絡中，很難滿足選擇性，靈敏性以及快速切除故障的要求，為此，必須采用性能完善的保護裝置，因而就引入了“距離保護”。1.距離保護I段的整定 原則：按躲過線路末端故障整定。2.距離保護II段的整定 原則1：與相鄰線路的距離I段配合 原則2：按躲過線路末端變壓器低壓母線短路整定（考慮到 Zb 的計算誤差大）取上述兩項中數值小者作為保護II段定值。*動作時間：*靈敏度校驗：按本線路末端故障校驗靈敏度。要求大于1.25。若靈敏度不滿足要求，應與相鄰線路距離保護II段配合。3.距離保護III段整定 原則：按躲過輸電線路的最小負荷阻抗整定。求最小負荷阻抗：考慮外部故障切除后，電動機自啟動時，距離保護III段應可靠返回。對于全阻抗繼電器，其整定值為：對于方向阻抗繼電器。其整定阻抗為：*動作時間按階梯時限原則整定。在負荷阻抗同樣的條件下，采用方向阻抗繼電器比采用全阻抗繼電器時，距離保護三段的靈敏度高。*靈敏度校驗：近后備的靈敏度：要求大于1.5 遠后備的靈敏度：求大于1.2 說明方向阻抗比全阻抗繼電器靈敏度高的圖。4.最小精確工作電流校驗 按各段保護范圍末端短路的最小短路電流整定。4.9 10KV線路的零序過電流保護（1）零序電流保護零序電流保護屬于小接地電流系統(tǒng)的保護方式，它利用當系統(tǒng)發(fā)生故璋時零序電流比正常運行時較大的特點，來實現有選擇性地發(fā)出信號或瞬時切斷主回路電源避免事故的發(fā)生.盡管此種保護方式屬于小接地電流系統(tǒng)，但早已在發(fā)電廠、變電站和配電系統(tǒng)中得到較廣泛的應用。（2）零序電流保護的整定計算步驟（1）零序電流保護段的整定按躲開本線路末端接地短路的最大零序電流整定，即式中 可靠系數，取1.21.3；計算時取1.3線路末端接地短路時流過保護的最大零序電流。零序電流保護段的保護最小保護范圍亦要求不小于本保護線路長度的15%。整定的動作延時為0。（2）零序電流保護段的整定此段保護按滿足以下條件整定：按與相鄰下一級線路的零序電流保護段配合整定，即式中 可靠系數，取1.1。分支系數，按實際情況選取可能的最小值；相鄰下一級線路的零序電流保護I段整定值。當按此整定結果達不到規(guī)定靈敏系數時，可改為與相鄰下一級線路的零序電流保護段配合整定：零序段的靈敏度校驗：1.31.5 零序段的靈敏度校驗：或 （3）零序電流保護段保護的整定此段保護一般是起后備保護作用。段保護通常是作為零序電流保護II段保護的補充作用。零序電流保護段保護按滿足以下條件整定：按躲開下一條線路出口處發(fā)生三相短路時，流過保護裝置的最大不平衡電流來整定式中 可靠系數。取1.25。最大不平衡電流。其中式中 非周期分量系數,取12；電流互感器的同性系數,取0.5；電流互感器的10%誤差,取0.1；下一級線路始端三相短路的最大短路電流。零序段的靈敏度校驗：當作為近后備保護時，1.31.5 當作為遠后備保護時，1.2 式中 本線路末端短路時在小方式運行下的最小零序電流。下一級線路末端短路時在小方式運行下的最小零序電流。最大分支系數。零序電流保護段的動作時間：時限的確定:對于環(huán)型網絡,若按階梯原則與相鄰線路配合時,會產生斷路器誤動的現象因此應找出解環(huán)點所以必須選出某一線路的保護段與其相鄰的保護段配合此即環(huán)網保護段的動作時限的起始點，此起始點的選擇原則是：應考慮盡可能使整個環(huán)網中保護三段的保護靈敏度較高。各段保護的整定時間均應按整定配合原則增加時間級差。當分支系數隨短路點的移遠而變大時，例如有零序互感的平行線路，保護的整定配合應按相配合保護段的保護范圍末端進行計算，一般可用圖解法整定，與相鄰雙回線路的零序保護配合整定。當雙回線路裝設了橫聯(lián)差動保護時，為提高靈敏度，可按與橫聯(lián)差動保護配合整定，即按雙回線路全線為快速保護范圍考慮，但時間整定要考慮橫聯(lián)差動保護相繼動作的延時；如考慮雙回線運行中將橫聯(lián)差動保護停用的情況時，可相應提出將雙回線路運行臨時改為單回線路運行的措施。4.10過電壓保護 在變電所周圍裝設獨立避雷針，為防止直擊雷和雷電波的危害，在10kV出線安裝金屬氧化物避雷器；變壓器安裝金屬氧化物避雷器；10kV母線也用一組金屬氧化物避雷器進行過壓保護 2011年度本科生畢業(yè)論文（設計）
110KV變電站微機保護（繼電保護）
2011年5月
2011 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate
110 kv substations microcomputer protection （protection）
May, 2011
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本人所呈交的畢業(yè)論文（設計）是我在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據我所知，除文中已經注明引用的內容外，本論文（設計）不包含其他個人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。
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作者簽名： 指導教師簽名：
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畢業(yè)論文（設計）答辯委員會(答辯小組)成員名單
姓名
職稱
單位
備注
主席（組長）
紅河學院本科畢業(yè)論文（設計）
摘要
電力生產過程有別于其他工業(yè)生產過程的一個重要特點，就是它的生產、輸送、變換、分配、消費的幾個環(huán)節(jié)是在同一個時間內同步瞬間完成。電力生產過程要求供需嚴格動態(tài)平衡，一旦失去平衡生產過程就要受到破壞，甚至造成系統(tǒng)瓦解，無法維持正常生產。隨著經濟的快速發(fā)展，全國乃至全世界凸現缺電局面，如何進一步優(yōu)化調度，加強電力資源的優(yōu)化配置，最大限度滿足電力需求成為人們探討的問題之一。又隨著計算機技術、通信技術、信息技術驚人的發(fā)展，變電站綜合自動化技術進一步優(yōu)化，整個電網運行的安全性和經濟效益得到大幅提升。這項技術將引起電力行業(yè)有關部門的重視，成為變電站設計核心技術之一。
本次設計的課題是一個110KV變電站初步電氣設計，該站建成后與110KV電網相連，具有110KV、10KV兩個電壓等級，本站位于鎮(zhèn)郊，地勢平坦，交通便利，無環(huán)境污染，站址工程地質良好。
本次設計的變電站主變采用兩臺SZ10-20000kVA/110KV型雙繞組有載調壓變壓器，兩臺互為備用，即使有一臺主變停電后，也可由另一臺主變帶全部外送電力的70%以上，提高了供電的可靠性。110KV側主接線最后采用雙母線接線， 10KV側也采用雙母線分段接線。
10KV側裝設兩臺站用變壓器，分別接于兩分段母線上，平時兩臺站用變壓器分列運行，當一臺站用變出現故障，分段斷路器由自投裝置動作合閘，實現備用。
關鍵詞:短路電流;變電所;設備選擇；微機保護
Abstract
electric power production process is distinguished from other industrial production process, is an important feature of the production, transmission, it transform, distribution, and consumption some links in the same time synchronization is complete. Moments Power supply and demand strict production process requirements dynamic balance, once lost balance production process will damage, even cause system collapse, unable to maintain normal production. Along with the rapid development of economy, the lack of electricity situation highlights and even the world, how to further optimize scheduling, strengthen the optimized allocation of power resource to satisfy power demand become people to explore one of the problems. And along with the computer technology, communication technology, information technology, the most astonishing development substation integrated automation technology further optimization, the power network operation safety and economic benefits have been increased greatly. This technology will cause the attention of electric power industry departments concerned, become one of substation design core technology.
This design topic is a 110 kv substations preliminary electrical design, after completion of 110 kv power station with 110 kv and connected, has two voltage level, this site consumers 10KV located in the outskirts of town, with a flat, convenient transportation, no environmental pollution, hail engineering geology is good.
The design of the main transformer substations adopted two SZ10-20000kVA / 110 kv type duplex winding transformer on-load changer, two as spare, even if there is one of the main change, also can be cut in the main transformer by another with all foreign send power more than 70 percent of the reliability of power supply, improve. 110KV side by Lord wiring last single bus wiring, consumers 10KV side also USES single busbar subsection wiring.
Two stations installed consumers 10KV side with transformer, in two subsection busbar respectively after two stations, usually with transformer respectively, when a stations run by variable malfunction, segmentation breaker from switch device, realize the backup. Action off
Key Words: Substation；Short Circuit Calculation；Equipment Selection
目錄
第1章 繼電保護 1
1.1繼電的保護 1
1.2繼電的保護的特性 1
1.3縱聯(lián)差動保護 1
1.3.1縱聯(lián)差動保護的原理 1
1.3.2 比率制動式縱差保護的整定 2
第2章 變壓器保護 5
2.1變壓器瓦斯保護 5
2.2 變壓器過負荷保護 6
2.3過電流保護 6
第3章 線路保護保護 9
3.1 10KV線路的自動重合閘保護 9
3.1.1自動重合閘的作用 9
3.1.2自動重合閘的選擇 9
3.1.3單電源自動重合閘的整定計算 9
3.2 10KV線路的距離保護 10
3.2.1距離保護原理 10
3.2.2距離保護的整定 10
3.3 10KV線路的零序過電流保護 11
3.3.1零序電流保護原理 11
3.3.2零序電流保護的整定計算步驟 11
3.4過電壓保護 14
設計心得： 15
參考文獻： 16
附錄 17
致 謝 18
紅河學院本科畢業(yè)論文（設計）
1
第1章 繼電保護
1.1繼電的保護
電力系統(tǒng)中的電力設備和線路應裝設短路故障和異常運行保護裝置，電力設備和線路短路故障的保護應有主保護和后備保護，必要可再增設輔助保護。
主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備有選擇的切除被保護設備和線路故障的保護。
后備保護是主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護，后備保護可分為遠后備的近后備兩種子選手方式，遠后備是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現的后備，近后備是當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護實現后備的保護，是當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現的后備保護。
輔助保護是為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行增設的簡單保護。
1.2繼電的保護的特性
電力變壓器的保護使用繼電保護裝置，其裝置應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求：這四“性”之間緊密聯(lián)系，既矛盾又統(tǒng)一。
1.3縱聯(lián)差動保護
1.3.1縱聯(lián)差動保護的原理
由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同，因此，為了保證縱差動保護的正確工作，就必須適當選擇兩側電流互感器的變比，使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等，亦即在正常運行和外部故障時，差動回路的電流等于零。即
（變壓器變比）
式中:—高壓側電流互感器的變比；
—低壓側電流互感器的變比
—變壓器的變比
所以這時Ir=0，實際上，由于電流繼電器接線方式，變壓器勵磁電流，變比誤差等影響導致不平衡電流的產生，故Ir不等于0 ，針對不平衡電流產生的原因不同可以采取相應的措施來減小。
本次設計所采用的變壓器型號為：SZ10-20000/110。對于這種大型變壓器而言，它都必需裝設單獨的變壓器差動保護，這是因為變壓器差動保護通常采用兩側電流差動，其中高電壓側電流引自高壓側電流互感器，低壓側電流引自變壓器低壓側電流互感器，這樣使差動保護的保護范圍為二組電流互感器所限定的區(qū)域，從而可以更好地反映這些區(qū)域內相間短路，高壓側接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障。所以我們用縱聯(lián)差動保護作為變壓器的主保護，但當大型變壓器內部產生嚴重漏油或匝數很少的匝間短路故障以及繞組斷線故障時，縱聯(lián)差動保護不能動作，這時我們還需對變壓器裝設另外一個主保護——瓦斯保護。
圖4-1 差動保護原理圖
1.3.2 比率制動式縱差保護的整定
比率制動特性的縱差保護的動作特性，通常用直角坐標系上的一條折線表示。該坐標系縱軸為保護的動作電流Iop；橫軸為制動電流Ires，如圖4-2所示。折線ACD的左上方為保護的動作區(qū)，折線右下方為保護的制動區(qū)。
圖4-2 縱差保護動作特性曲線圖
這一動作特性曲線由縱坐標OA，拐點的橫坐標OB，折線CD的斜率S三個參數所確定。OA表示無制動狀態(tài)下的動作電流，即保護的最小動作電流Iop.min。OB表示起始制動電流Ires.0。
動作特性三個參數，目前在工程實用上有兩種整定計算方法，現分述如下。
折線上任一點動作電流Iop與制動電流Ires之比Iop/Ires＝Kres稱為縱差保護的制動系數。由圖中各參數之間的關系可導出， 制動系數Kres與折線斜率S之間的關系如下式所示
從圖可見，對動作特性具有一個折點的縱差保護，折線的斜率S是一個常數， 而制動系數Kres則是隨制動電流Ires而變化的。在實際應用中，是通過保護裝置的參數調節(jié)整定折線的斜率來滿足制動系數的要求。
1)縱差保護最小動作電流的整定。最小動作電流應大于變壓器額定負載時的不平衡電流，即
Iop.min＝Krel(Ker+ΔU+Δm)IN/na
= 1.4（0.02+0.1+0.05）33/20
=0.4A
式中：IN——變壓器額定電流；
na——電流互感器的變比；
Krel——可靠系數，取1.3～1.5；
Ker——電流互感器的比誤差，10P型取0.03×2，5P型和TP型取0.01×2；
ΔU——變壓器調壓引起的誤差，取調壓范圍中偏離額定值的最大值(百分值)；
Δm——由于電流互感器變比未完全匹配產生的誤差，初設時取0.05。
在工程實用整定計算中可選取Iop.min＝(0.2～0.5)IN／na。一般工程宜采用不小于0.3IN/na的整定值。
根據實際情況(現場實測不平衡電流)確有必要時也可大于0.5IN/na。
2)起始制動電流Ires.0的整定。起始制動電流宜取
Ires.0＝(0.8～1.0)IN/na。
Ires.0＝0.91.65=1.485
3)動作特性折線斜率S的整定。縱差保護的動作電流應大于外部短路時流過差動回路的不平衡電流。變壓器種類不同，不平衡電流計算也有較大差別，下面給出普通雙繞組變壓器差動保護回路最大不平衡電流Iunb.max計算公式。
雙繞組變壓器
Iunb.max＝(KapKccKer+ΔU+Δm)Ik.max/na
Iunb.max＝(1.00.11.6+0.1+0.05)3450/20 =53.1
式中：Ker＝0.1；
Kcc——電流互感器的同型系數，Kcc＝1.0；
Ik.max——外部短路時，最大穿越短路電流周期分量；
Kap——非周期分量系數，兩側同為TP級電流互感器取1.0；兩側同為P級電流互感器取1.5～2.0。
差動保護的動作電流
Iop.max＝KrelIunb.max＝1.453.1=74.34
最大制動系數
= Iop.max/Ires.max
= 74.34/177=0.42
式中最大制動電流Ires.max的選取，因差動保護制動原理的不同以及制動線圈的接線方式不同而會有很大差別，在實際工程計算時應根據差動保護的工作原理和制動回路的接線方式而定。制動線圈的接線原則是使外部故障時制動電流最大，而內部故障時制動電流最小。當制動線圈數比變壓器繞組少，不可能將每側電流分別接入制動線圈時，可以將幾個無源側電流合并后接入制動線圈，但不應將幾個有源側電流合并接入制動線圈。
3
第2章 變壓器保護
2.1變壓器瓦斯保護
瓦斯保護是反應變壓器油箱內各種故障的主保護。當油箱內故障產生輕微瓦斯或油面下降時，瓦斯保護應瞬時動作于信號；當產生大量瓦斯時，應瞬時動作于斷開變壓器各側斷路器。
瓦斯保護動作于信號的輕瓦斯部分，通常按產生氣體的容積整定。對于容量10MVA以上的變壓器，整定容積為250～300ml。
瓦斯保護動作于跳閘的重瓦斯部分，通常按通過氣體繼電器的油流流速整定。流速的整定與變壓器的容量、接氣體繼電器的導管直徑、變壓器冷卻方式、氣體繼電器的型式等有關。
表4-1瓦斯保護油流動作流速整定表
變壓器容量
kVA
氣體繼電器型式
連接導管內徑
mm
冷卻方式
動作流速整定值
m/s
1000及以下
QJ-50
φ50
自冷或風冷
0.7～0.8
7000～7500
QJ-50
φ50
自冷或風冷
0.8～1.0
7500～10000
QJ-80
φ80
自冷或風冷
0.7～0.8
10000以上
QJ-80
φ80
自冷或風冷
0.8～1.0
200000以下
QJ-80
φ80
強迫油循環(huán)
1.0～1.2
200000及以上
QJ-80
φ80
強迫油循環(huán)
1.2～1.3
有載調壓開關
QJ-25
φ25
?
1.0
瓦斯保護原理如圖4-3所示。
圖4-3 瓦斯保護原理示意圖
2.2 變壓器過負荷保護
根據變壓器各側繞組及自耦變壓器的公共繞組可能出現過負荷情況，應裝設過負荷保護。大型變壓器的過負荷，通常是對稱過負荷，故過負荷保護只接一相電流。
過負荷保護的動作電流應按躲過繞組的額定電流整定，按下式計
式中：Krel——可靠系數，采用1.05；
Kr——返回系數，0.85～0.95；
IN——被保護繞組的額定電流。
過負荷保護動作于信號。保護的動作時間應與變壓器允許的過負荷時間相配合，同時應大于相間故障后備保護的最大動作時間(通?？纱?個時間階段)。
=10~15S取10S
2.3過電流保護
過電流保護主要用于降壓變壓器，作為防御外部相間短路引起的變壓器過電流和變壓器內部相間短路的后備保護。
1）過電流保護的動作電流計算。為了保證選擇性，過電流保護的動作電流應能躲過可能流過變壓器的最大負荷電流，即
Iop=1.3/0.85/2030=4.67
式中：Krel——可靠系數，取1.2～1.３；
Kr——返回系數，取0.85～0.95；
IL.max——最大負荷電流。
2） 最大負荷電流IL.max可按以下情況考慮并取其最大者：
①對并列運行的變壓器，應考慮切除一臺時，余下變壓器所產生的過負荷電流，當各臺變壓器容量相等時，可按下式計算
式中：
m——并聯(lián)運行變壓器的最少臺數；
IN——每臺變壓器的額定電流。
當并聯(lián)運行的變壓器容量不等時，應考慮容量最大的一臺變壓器斷開后引起的過負荷。
②對兩臺分列運行的降壓變壓器，在負荷側母線分段斷路器上裝有備用電源自動投入裝置時，應考慮備用電源自動投入后負荷電流的增加。
IL.max＝IⅠL.max+KssKremIⅡ.L.max
式中：
IⅠL.max——所在母線段正常運行時的最大負荷電流；
IⅡL.max——另一母線段正常運行時的最大負荷電流；
Krem——剩余系數，母線停電后切除不重要負荷，保留下來的負荷與原負荷之比。③與下一級過電流保護相配合，則
IL.max＝1.1I′op+Im.L.max
式中：I′op——分段斷路器或與之相配合的饋線過電流保護的動作電流；
Im.L.max——本變壓器所在母線段的正常運行最大負荷電流。
3）靈敏系數校驗。保護的靈敏系數可按下式校驗
Ksen=2893/4.67/20=30.9
式中：
——后備保護區(qū)末端兩相金屬性短路時流過保護的最小短路電流。
要求Ksen≥1.3(近后備)或1.2(遠后備)。
17
第3章 線路保護
3.1 10KV線路的自動重合閘保護
3.1.1自動重合閘的作用
1)大大提高供電的可靠性，減少線路停電的次數
2)在高壓輸電線路上采用重合閘，可以提高電力系統(tǒng)并聯(lián)運行的穩(wěn)定性
3)對斷路器本身由于機構不良或繼電保護誤動作而引起的誤跳閘，也能起糾正的作用
3.1.2自動重合閘的選擇
110kv及以下的單側電源線路一般采用三相一次重合閘裝置，所以本設計采用三相一次重合閘, 三相重合閘結構相對比較簡單，保護出口可直接動作控制斷路器，保護之間互為后備的保護性能良好。
3.1.3單電源自動重合閘的整定計算
AAR裝置的動作時限：
從減少停電時間和減輕電動機自啟動要求考慮，AAR的動作時限越短越好，實際上要考慮下面兩個條件
1)AAR裝置的動作時限必須大于故障點去游離的時間，以使故障點絕緣強度能可靠地恢復。
2)AAR裝置的動作時限必須大于斷路器及其操作機構準備好重合閘的時間。這時間包括斷路器觸頭周圍介質絕緣強度恢復及滅弧室充滿油的時間，以及操作機構恢復原位做好重合閘準備的時間。
一般情況下，斷路器及其操作機構準備好重合閘的時間都大于故障點介質去游離的時間，因此AAR的動作時限只按條件b考慮.
對于不對應啟動方式：
對于繼點保護啟動方式：
式中 ---操作機構準備好合閘時間，對電磁操作機構取0.3~0.5
， ---斷路器的跳閘時間與儲備時間，通常取0.3~0.4
對于不對應啟動方式： 滿足要求
對于繼點保護啟動方式：
滿足靈敏性。
注：式中取 ； ；
3.2 10KV線路的距離保護
3.2.1距離保護原理
電流保護的主要優(yōu)點是簡單，可靠，經濟，但它的靈敏性受系統(tǒng)運行方式變化的影響較大，特別是在重負荷，長距離，電壓等級高的復雜網絡中，很難滿足選擇性，靈敏性以及快速切除故障的要求，為此，必須采用性能完善的保護裝置，因而就引入了“距離保護”。
3.2.2距離保護的整定
1) 距離保護I段的整定
原則：按躲過線路末端故障整定。
2) 距離保護II段的整定
原則1：與相鄰線路的距離I段配合
原則2：按躲過線路末端變壓器低壓母線短路整定
（考慮到的計算誤差大）
取上述兩項中數值小者作為保護II段定值。
動作時間：
靈敏度校驗：按本線路末端故障校驗靈敏度。
要求大于1.25。
若靈敏度不滿足要求，應與相鄰線路距離保護II段配合。
3) 距離保護III段整定
原則：按躲過輸電線路的最小負荷阻抗整定。
求最小負荷阻抗：
考慮外部故障切除后，電動機自啟動時，距離保護III段應可靠返回。
對于全阻抗繼電器，其整定值為：
對于方向阻抗繼電器。其整定阻抗為：
4）動作時間按階梯時限原則整定。
在負荷阻抗同樣的條件下，采用方向阻抗繼電器比采用全阻抗繼電器時，距離保護三段的靈敏度高。
靈敏度校驗：
近后備的靈敏度：
要求大于1.5
遠后備的靈敏度：
求大于1.2
說明方向阻抗比全阻抗繼電器靈敏度高的圖。
5) 最小精確工作電流校驗
按各段保護范圍末端短路的最小短路電流整定。
3.3 10KV線路的零序過電流保護
3.3.1零序電流保護原理
零序電流保護屬于小接地電流系統(tǒng)的保護方式，它利用當系統(tǒng)發(fā)生故璋時零序電流比正常運行時較大的特點，來實現有選擇性地發(fā)出信號或瞬時切斷主回路電源避免事故。
的發(fā)生.盡管此種保護方式屬于小接地電流系統(tǒng)，但早已在發(fā)電廠、變電站和配電系統(tǒng)中得到較廣泛的應用。
3.3.2零序電流保護的整定計算步驟
1)零序電流保護Ⅰ段的整定
按躲開本線路末端接地短路的最大零序電流整定，即
式中 ——可靠系數，取1.2~1.3；計算時取1.3
───線路末端接地短路時流過保護的最大零序電流。
零序電流保護Ⅰ段的保護最小保護范圍亦要求不小于本保護線路長度的15%。
整定的動作延時為0。
2） 零序電流保護Ⅱ段的整定
此段保護按滿足以下條件整定：
按與相鄰下一級線路的零序電流保護Ⅰ段配合整定，即
式中 —— 可靠系數，取1.1。
—— 分支系數，按實際情況選取可能的最小值；
—— 相鄰下一級線路的零序電流保護I段整定值。
當按此整定結果達不到規(guī)定靈敏系數時，可改為與相鄰下一級線路的零序電流保護Ⅱ段配合整定：
零序Ⅱ段的靈敏度校驗：
≥ 1.3~1.5
零序電流保護Ⅱ段的動作時間：
或
3）零序電流保護Ⅲ段保護的整定
此段保護一般是起后備保護作用。Ⅲ段保護通常是作為零序電流保護II段保護的補充作用。零序電流保護Ⅲ段保護按滿足以下條件整定：
按躲開下一條線路出口處發(fā)生三相短路時，流過保護裝置的最大不平衡電流來整定
式中 —— 可靠系數。取1.25。
—— 最大不平衡電流。
其中
式中 —非周期分量系數,取1~2；
—電流互感器的同性系數,取0.5；
—電流互感器的10%誤差,取0.1；
—下一級線路始端三相短路的最大短路電流。
零序Ⅲ段的靈敏度校驗：
當作為近后備保護時，
1.3 ~1.5
當作為遠后備保護時，
式中 ——本線路末端短路時在小方式運行下的最小零序電流。
——下一級線路末端短路時在小方式運行下的最小零序電流。
——最大分支系數。
零序電流保護Ⅲ段的動作時間： 或
4）時限的確定:
對于環(huán)型網絡,若按階梯原則與相鄰線路配合時,會產生斷路器誤動的現象因此應找出解環(huán)點所以必須選出某一線路的保護Ⅲ段與其相鄰的保護Ⅱ段配合此即環(huán)網保護Ⅲ段的動作時限的起始點，此起始點的選擇原則是：應考慮盡可能使整個環(huán)網中保護三段的保護靈敏度較高。
① 各段保護的整定時間均應按整定配合原則增加時間級差。
② 當分支系數隨短路點的移遠而變大時，例如有零序互感的平行線路，保護的整定配合應按相配合保護段的保護范圍末端進行計算，一般可用圖解法整定，
③ 與相鄰雙回線路的零序保護配合整定。當雙回線路裝設了橫聯(lián)差動保護時，為提高靈敏度，可按與橫聯(lián)差動保護配合整定，即按雙回線路全線為快速保護范圍考慮，但時間整定要考慮橫聯(lián)差動保護相繼動作的延時；如考慮雙回線運行中將橫聯(lián)差動保護停用的情況時，可相應提出將雙回線路運行臨時改為單回線路運行的措施。
3.4過電壓保護
在變電所周圍裝設獨立避雷針，為防止直擊雷和雷電波的危害，在10kV出線安裝金屬化物避雷器；變壓器安裝金屬氧化物避雷器；10kV母線也用一組金屬氧化物避雷器進行過壓保護。
設計心得：
畢業(yè)設計作為大學階段一次重要的學習經歷，自己覺得受益非淺，同時也感到自己的理論水平在不斷地提高。
通過此次畢業(yè)設計，加深了我對供電知識的理解，了解了供電設計的思路和方法以及設計中需注意的問題，對變電所的設計從一無所知到一定程度的掌握，起到了非常重要的作用。但是，實踐才是檢驗真理的唯一標準。我要在以后的工作中檢驗自己的所學，來完善自己的知識結構，真正的做到學以致用。這次設計對我們的鍛煉是多方面的，除了對設計過程熟悉外，我們還進一步提高了作圖，計算，信息分析及使用辦公室軟件的能力。
每位同學都已經準備步入社會，進入工作崗位，這樣梳理自己所學機會對我們來說已經不多了，我們都很重視。在設計過程中，我們充分發(fā)揚了團隊合作的精神，互相配合，一起進行課題分析、查資料，進行設計，整理說明書到最后完成整個設計。通過這次設計，我們都感覺到的團隊力量是巨大的，高效的，我相信這種團隊精神在我以后的工作中也會繼續(xù)發(fā)揚下去的。
由于資料的有限和個人能力的不足，設計過程中還存在許多問題，比如在設備的選擇與校驗方面，因為沒有具體參數，所以有部分的數據是不符合的。再者，因為我們沒有實際的工作經驗，在設計過程中對設備的實用性及經濟性方面考慮得欠周到，以至于所選設備在經濟成本上可能會較高以及設備利用率不高。在以后的工作中，我將會主動收集各方面資料，彌補自己知識的欠缺，盡可能的設計出即經濟又可靠的配電方案。
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[4] 董錦鳳.畢業(yè)論文設計指導.西安電子科技大學出版社, 2005
[5] 陳躍.電氣工程專業(yè)畢業(yè)設計指南. 中國水利水電出版社，2008
[6] 楊曉敏.電力系統(tǒng)繼電保護原理及應用.中國電力出版社，2006
附錄
致 謝
本篇論文是在劉玉福老師悉心關懷和精心指導下完成的。從論文整體方案的確立到每章節(jié)內容的詳細審定，無不傾注了劉老師的巨大心血和辛勞。老師求實的治學態(tài)度，認真細致的工作作風，深厚的學術造詣和豐富的實踐經驗，使我受益匪淺。他強烈的事業(yè)心，高度的責任感，將激勵我在今后的工作學習中不斷努力進取。在這里，我特別的感謝劉老師對我學習上的關懷！老師，衷心的謝謝您！
最后，對所有評閱我的畢業(yè)論文的老師們表示深深的敬意！真誠的希望您們能給予意見與指導。謝謝！
2010年6月
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