某110kV变电站二次部分设计.docx

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某110kV变电站二次部分设计

中国石油大学〔华东〕现代远程教育毕业设计（论文）

专业：

电气工程及其自动化

毕业设计〔论文〕题目某110kV变电站二次局部设计

学生姓名

王婷

班

级

网络11

春

学

号

指导教师

刘晓刚

达成日期2021年01月12日

摘要

本设计为某110kV变电站二次局部设计，设计的内容主要包含：

短路电流的计算、

互感器的选择、主变继电保护的配置及整定、控制系统的设计和中央信号系统的设计。

第一依据任务书所给的一次系统图，剖析所有可能的短路故障点，而后对各短路点

分别进行对称短路电流计算和非对称短路电流计算；在对互感器进行选择时，主假如选

择电流互感器和电压互感器，并对其进行热稳固、动稳固校验；主变的保护是本次设计

的要点，主要包含瓦斯保护、纵差动保护、过电流保护、后备保护等，并对各样保护进

行整定计算和校验；本设计第五、六章主要设计控制系统和中央信号系统，经过断路器

的控制实现变电站的自动化操作，并对各样可能出现的故障或不正常运转状态，经过信

号显示，以便实时进行调整。

本设计旨在对变电站二次局部进行设计，实现对电气一次设施进行保护和控制，从

而实现变电站的优化运转。

要点词：

变电站二次局部短路电流继电保护

目

录

摘

要....................................................................

Ⅱ

ABSTRACT.................................................................

Ⅲ

第一章绪论..............................................................

1

二次系统的根本观点...................................................

1

二次系统设计的作用和地位.............................................

1

第二章

短路电流的计算..................................................

3

短路的观点及短路电流的种类...........................................

3

短路的观点.......................................................

3

短路的种类.......................................................

3

短路的原由.......................................................

3

短路电流的计算方法...................................................

3

本设计短路电流的计算.................................................

6

第三章

互感器的选择...................................................

19

互感器的观点........................................................

19

电流互感器的选择....................................................

19

电压互感器的选择....................................................

22

第四章

主变继电保护的配置及整定计算.................................

24

变压器继电保护的配置................................................

24

变压器的瓦斯保护................................................

24

变压器的纵差动保护和电流速断保护................................

24

变压器相间短路的后备保护和过负荷保护............................

24

中性点直接接地电网的零序后备保护................................

26

变压器保护的整定计算................................................

26

差动保护的整定计算..............................................

26

变压器瓦斯保护的整定............................................

30

过流保护的整定..................................................

31

零序过电流保护的整定.32

第五章控制系统设计34

断路器的控制、信号回路设计原那么.34

断路器的控制方式和根本要求.34

断路器控制的根来源理.35

第六章中央信号系统设计.37

信号系统.37

事故信号系统.38

预告信号系统.39

结语42

参照文件43

道谢44

附图一主变继电保护接线图

附图二断路器的控制回路和信号回路睁开图

附图三中央事故音响信号电路图

附图四中央预告信号电路图

第一章绪论

二次系统的根本观点

变电站的电气设施分为一次设施和二次设施。

一次设施〔也称主设施〕是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送、分派电能的电气设施，包含发电机、电力变压器、断路器、隔走开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。

二次设施是对一次设施进行丈量、监测、控制、调理和保护的电气设施，包含丈量仪表、控制及信号用具、继电保护和自动装置等，并经过电压互感器和电流互感器与一次设施获得电的联系。

一次设施及其互相连结的回路称为一次回路〔又称主回路或主系统或主电路〕，二次设施及其互相连结的回路称为二次回路〔又称二次系统〕。

二次系统的功能主要有：

丈量、监督、控制、调理、保护等。

丈量功能包含显示、打印、记录电压、电流、功率及电度等运转量。

监督功能指的是经过文字、声音和灯光等信号显示接线及设施的状态：

正常、异样〔无需立刻停运〕或事故〔需要立刻停运〕。

控制功能指的是对断路器实行跳闸〔切除〕或合闸〔投入〕操作，能够由运转人员手动，也能够自动。

自动重合闸、备用电源自动投入、发电机自动同期并列装置属于自动合闸的控制装置。

调理功能主要包含发电机组的有功——频次调理、无功——电压调理、有载调压变压器分接头的自动调理以及无功赔偿等赔偿设施的自动调理。

保护功能之经过检查一次接线能否发惹祸故，当其发惹祸故时自动实行切除事故有关局部从而保护电气设施不受破坏，这种控制系统称为继电保护系统。

二次系统设计的作用和地位

电力工业是公民经济的一项根基工业和公民经济睁开的先行工业，它是一种将煤、

石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源变换成电能这个二次能源的工业，它为国

民经济的其余各部门快速、稳固睁开供给足够的动力，其睁开水平是反应国家经济睁开

水平的重要标记。

因为电能在工业及公民经济的重要性，电能的输送和分派是电能应用于这些领域不

可缺乏的构成局部，所以输送和分派电能是十分重要的一环。

变电站使电厂或上司电站

经过调整后的电能书送给下级负荷，是电能输送的核心局部。

其功能运转状况、容量大

小直接影响下级负荷的供电，从而影响工业生产及生活用电。

假定变电站系统中某一环节

第一章绪论

发生故障，系统保护环节将动作。

可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。

所以，变电站在整个电力系统中关于保护供电的靠谱性、敏捷性等指标十分重要。

变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分派电能的作用。

这就要求变电所的一次局部经济合理，二次局部安全靠谱，只有这样变电所才能正常的运转工作，为公民经济效力。

变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各样保护装置，这些保护装置是依据下级负荷地短路、最大负荷等状况来整定配置的，所以，在发生近似故障时可依据详细状况由系统自动做出判断进行跳闸保护，并且，此刻的跳闸保护整准时间已经很短，在故障排除后，系统内的自动重合闸装置会快速合闸恢复供电。

这样不单保护了各负荷设施的安全利于延伸使用寿命，降低设施投资，并且提高了供电的靠谱性，这关于提高工农业生产效率是十分有效的。

可见，变电站的设计是工业效率提高及公民经济睁开的必定条件。

本设计主假如针对变电站一次系统接线进行二次局部设计，实现变电站安全靠谱地正常运转，为各种生产、生活稳固地供电。

二次系统是电力系统安全生产、经济运转、靠谱供电的重要保障，它是变电站中不行缺乏的重要构成局部，它是实现人与一次系统的联系监督、控制，使一次系统能安全经济地运转。

所以，对变电站进行二次局部设计，实现变电站安全靠谱运转显得特别必需。

第二章短路电流的计算

短路的观点及短路电流的种类

短路的观点

所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或互相接触并产生高出规定值

的大电流。

电力系统不行防备会发生短路事故，短路事故威迫着电网的正常运转，并有

可能破坏电气设施。

所以，在电力系统的设计和运转中，都要对供电网络进行短路电流

计算，以便正确地采纳和调整继电保护装置，正确地选择电气设施，保证电力系统的安

全、靠谱运转。

短路的种类

供电系统中短路的种类与其电源的中性点能否接地有关，短路的根本种类有以下几

种：

〔1〕三相短路；

〔2〕两相短路；

〔3〕两相接地短路；

〔4〕单相接地短路；

三相短路是对称短路，此时三相电流和三相电压仍旧是对称的，不过三相电流特大，三相电压降低而已。

除三相短路外的其余短路都是不对称性短路，每相电流和电压数值不相等，相角也不一样。

短路的原由

产生短路的原由可分为两大类：

一是内因，二是外因。

所谓内因，指电力系统中

各元件自己的绝缘水平低，在电网中出现过电压或雷击时，绝缘遇到破坏而形成的短路。

所谓外因，即不是电力系统中元件自己的原由，如外力破坏、自然灾祸、运转人员误操

作、动物跨接载流局部等。

短路电流的计算方法

1、为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的状况下，忽视次要要素的影响，

做出以下规定：

〔1〕以为变压器是理想变压器，变压器的死心一直处于不饱和状态，即电抗值不随

电流的变化而变化。

第二章短路电流的计算

〔2〕每一个电压级采纳均匀电压，这个规定在计算短路电流时，所造成的偏差很小。

〔3〕计算高压系统短路电流时，一般只计及发电机、变压器、线路等元件的电抗，

因为这些元件X/3>R时，能够略去电阻的影响。

〔4〕在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与近的电源不可以归并，两个容量相差很

大的电源不可以够归并。

2、短路电流的标幺值计算法

短路电流计算，依据电力系统的实质状况，能够采纳标幺值或出名值计算，在高压

系统中往常采纳标幺值计算。

所谓标幺值，是实质值与基准值之比。

即

实质值〔随意单位〕

标幺值

基准值〔与分子相同单位〕

标幺值是无名值，采纳标幺值进行计算式，一定选定各电肚量的基准值，假如选定

基准阻抗、电源、电压、功率分别为：

Zb、Ib、Ub、Sb，那么它们之间的关系为

Sb3IbUb

〔2-1〕

Ub

〔2-2〕

Zb

3Ib

所以，中选定基准量后，其电流、电压、功率、电抗的标幺值由下式计算：

标幺值电流：

I*

I

〔2-3〕

Ib

标幺值电压：

U*

U

〔2-4〕

Ub

标幺值功率：

S*

S

〔2-5〕

Sb

标幺值阻抗：

Z*

Z

〔2-6〕

Zb

式中：

S、U、I、X——以出名单位表示的容量（MVA）、电压（kV）、电流（kA）、电抗〔Ω〕；

Sb、Ub、Ib、Xb——以基准量表示的容量（kVA）、电压（kV）、电流（kA）、电抗〔Ω〕。

基准容量可采纳电源容量或某一固定容量，为了计算一致，采纳Sb=100MVA为基

准容量，基准电压采纳短路点所在级的线路均匀额定电压，即Ub=Uav。

电力系统各元

件阻抗值的计算公式见表2-1。

表2-1电力系统各元件阻抗值的计算公式

计算公式

序号

元件名称

给定参数

通用式

Sb=100MVA

额定容量

Xdn%Sb

1

SN超变

n

n

n

1

发电机

电抗百分数Xdn%

Xd

100S

Xd

Xd%

SN

N

额定容量Ud阻抗

Xb

Ud%XSb

Xb

Ud%1

2

变压器

电压百分比Ud%

100

SN

SN

均匀电压Uav

3

架空线路

每千米电抗X0

X

X0L

Sb

X

Uav

2

Uav

2

线路长度L

别的，从短路点故障电流的计算公式，能够看到故障相短路点短路电流的绝对值与它的正序重量的绝对值成正比，即

IK（n）

m（n）IkA（n1）

〔2-7〕

mn——比率系数，其值视短路

的种类而异，各样简单

短路的mn值，见表2-2。

表2-2

各样种类短路的

mn值

代表符号

短路种类

直接短接mn

k1

单相接地短路

3

k2

两相短路

3

k

两相接地短路

X2

X0

31

2

X2

X0

k3

三相短路

1

3、短路电流的出名值计算法

在出名值计算法中，每个电气元件的单位是出名的，而不是相对值。

在比较简单的

第二章短路电流的计算

网路低电压电网，常采纳出名值计算法计算短路电流。

采纳此方法计算，须将各电压等

级的电气元件参数都归算到同一电压等级上来。

凡波及发电机、变压器、电动机、电抗

器等元件的百分数电抗值〔铭牌上一般有标出〕均应换算成出名值来计算。

本设计采纳标幺值计算法，出名值算法不作详述。

本设计短路电流的计算

1、基准值的选用

〔1〕基准容量：

Sb=100MVA

〔2〕基准电压：

〔往常选线路的均匀电压，Ub=UavN〕

Ub1=115kV，Ub2=37kV，Ub3kV

〔3〕基准电流：

IbSb

3Ub

Ib1

100

kA

3

115

Ib2

100

kA

3

37

Ib3

100

kA

3

2

〔4〕基准阻抗：

Zb

Ub

Sb

110kV侧：

Z110b=1152

ΩΩ

100

35kV

侧：

Z35b=

372

ΩΩ

100

10kV侧：

Z10b=

2

ΩΩ

100

2、各元件阻抗的计算

〔1〕主变压器阻抗

：

Uk上下，Uk高中，Uk中低

得各绕组短路电抗百分值：

Uk上下%

Uk高中%

UK中低%

Uk高%=

2

=

2

=

UK中低%

Uk高中%

Uk上下%

Uk中%=

2

=

2

=

Uk上下%UK中低%

Uk高中%

Uk低%=

2

=

=

2

转变获得各绕组短路电抗出名值：

UK高%

U2

2

110kV侧：

N

110

=

XT1=

·

·

100

SN

115

UK中%

U2

2

35kV侧：

N

=0

XT2=

·

·

100

SN

37

UK低%

U2

2

10kV侧：

N

=

XT3=

·

·

100

SN

〔2〕系统电抗标幺值：

110kV侧：

Xs1=

35kV侧：

Xs2=

〔3〕线路等值阻抗计算：

Z=Z=

15

1002=

115

Z9.1=Z=

5

1002=

37

〔4〕正〔负〕序等值网络图见图2-1所示

3、各元件零序标幺值计算

〔1〕变压器

只有110kV侧有零序阻抗为Z3.0=Z7.0=0.246+0.169=

第二章短路电流的计算

2-1系统正负序等值电路图

经简化得以以下图：

2-2系统正〔负〕序等值电路简化图

〔2〕系统

Z=

〔3〕线路

Z=Z=3Z=3×0.045=

〔4〕零序等值网络图见图2-3所示

2-3系统零序等值简化网络图

4、各母线短路电流计算

〔1〕k1点短路

最大运转方式下短路电流计算

a、正〔负〕序等值电路图见图2-4

2-4k1点正〔负〕序等值电路图

经简化得以以下图：

2-5k1点正〔负〕序等值电路简化图

b、零序等值电路图见图2-6

2-6k1点零序等值电路图

第二章短路电流的计算

Z1=Z2=║0.456=

Z0=║0.468=

1〕三相短路电流

S1供给：

Ik

（3）

=

=1=

11

S2供给：

Ik

（3）

1

=

456

2〕两相短路电流

S1供给：

I1

（2）=

I2

（2）=1

2

Ik

（2）=

3I1

（2）=

S2供给：

I1

（2）

I2

（2）

=

=1

2

Ik

（2）=

3I1

（2）=

3〕两相接地短路电流

m=3

1

Z0

Z2

2

Z0

Z2

I1（1.1）=

1

=

Z1

Z2Z

0

Z2

Z0

I

（1.1）

I

（1.1）

=

k

=m·

1

S1侧：

I1（1.1）=

S侧：

I

1

（1.1）=

2

I2

（1.1）=I1

（1.1）

Z0

Z0

Z2

S侧：

I

2

（1.1）=

1

S2侧：

I2

（1.1）=

I0

（1.1）=I1

（1.1）

Z0

Z2

Z2

S1侧：

I0

（1.1）=

S2

侧：

I0

（1.1）=

4〕单相接地短路电流

m=3

I1

（1）=

1

=

1

Z

Ik

（1）=mI1

（1）=3I1

（1）=

S1

侧：

I1

（1）=I2

（1）=

I0

（1）

=

S2

侧：

I1

（1）=I2

（1）=

I0

（1）=

〔2〕k2点短路

最大运转方式下短路电流计算：

a、正负序等值电路图见图2-7所示