某10KV变电所的继电保护毕业设计.docx

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某10KV变电所的继电保护毕业设计

某10KV变电所的继电保护毕业设计

第1章绪论1

1.1设计概述1

1.2选题意义与目的2

1.3国内外研究现状及生产需求状况2

第2章继电保护的设计思路及意义4

2.1继电保护的基本原理4

2.2继电保护装置的基本要求5

2.3继电保护装置常用器件介绍5

第3章10KV变电所的一次系统分析及短路电流计算7

3.110KV变电所一次系统的构成和特点7

3.210KV变电所继电保护方式和保护类型8

3.2.1电源进线应配置的继电保护8

3.2.2电力变压器应配置的继电保护8

3.2.3变电所母线联络装置应配置的继电保护8

3.310KV变电所的短路电流计算9

3.3.110KV变电所短路计算的概念和意义9

3.3.210KV变电所标幺值法短路电流的计算9

第4章10KV变电所进出线继电保护设计13

4.1带时限过电流保护设计13

4.2速断保护设计14

4.3欠电压保护设计16

4.4电流测量和电机储能回路设计17

4.5防跳闸、合闸信号及事故分闸信号设计18

第5章10KV变电所变压器继电保护设计19

5.1S9_630/10变压器基本参数介绍19

5.2变压器的故障类型和不正常工作状态19

5.3S9_630/10变压器的继电保护配置20

5.3.1带时限的过电流保护20

5.3.2变压器的电流速断保护23

5.3.3低压侧单相接地保护24

5.3.4变压器低压侧零序电流保护25

5.3.5过负荷保护26

5.3.6瓦斯保护27

5.4电机储能操作机构29

5.5断路器合闸、分闸信号29

5.6变压器故障及事故分闸信号30

5.7事故信号回路及光子牌显示30

第6章10KV变电所母线联络断路器继电保护设计31

6.1测量回路设计31

6.2过电流及掉闸回路31

6.3电流速断保护设计32

第7章10KV变电所信号系统设计34

7.1中央信号回路的类型和设计要求34

7.2中央事故信号回路34

7.2.1中央事故信号回路的构成34

7.2.2ZC-23型冲击继电器构成的中央事故信号回路34

7.3中央预告信号回路36

7.3.1中央预告信号回路的构成36

7.3.2BC-4Y型冲击继电器构成的中央预告信号回路36

第8章10KV变电所二次回路的操作电源38

8.1对操作电源的基本要求38

8.2操作电源的选取38

结论40

致谢41

参考文献42

附录1某10KV变电所的进线继电保护原理图44

附录2某10KV变电所的变压器继电保护原理图45

附录3某10KV变电所联络断路器的继电保护原理图46

附录4某10KV变电所预报故障信号回路原理图47

第1章绪论

1.1设计概述

变电所的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因会发生如短路、断线等故障。

最常见同时也是最危险的故障就是发生各种类型的短路。

在发生短路时很有可能发生以下后果。

1.流过短路点的短路电流和燃起的电弧使故障元件毁坏。

2.短路电流流过非故障元件，由于产生大量的热使元件损坏或缩短其使用寿命。

3.使电力系统中部分地区的电压降低，使大量的用户遭到损失或是设备坏。

4.破坏电力系统中各个发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使系统崩溃。

变电所故障主要是短路故障，包括三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。

不同类型短路的发生概率也是不同的，通过实际记录数据可知单相接地短路发生概率最大，约为91.23%。

不同类型短路的短路电流大小也不一样，一般为额定电流的几倍到几十倍。

随着自动化技术的发展，为了在故障后迅速恢复变电所的正常运行，尽快消除运行中的异常情况，以防止大面积的停电和保证对用户的连续供电，继电保护的作用就显得尤为重要。

继电保护指的是继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的设计原理、配置、整定、调试等技术，也包括由互感器获取电压、电流信息和故障状态下保护装置作用于跳闸或是信号的一整套设备。

继电保护的基本任务如下。

1.快速、自动、有选择地将故障元件或故障部分从系统中分离出来，保护故障设备不遭受更大的破坏，保证其他正常工作的部分正常工作。

2.在电气设备不正常工作状态时，根据维护的具体条件，发出故障信号或是直接跳闸。

由于各种保护之间的相互配合和保证故障损失最小化，往往不要求迅速动作，而是根据危害程度进行一定的延时处理，以免短暂的冲击波造成继电器的误动作。

针对10KV变电所的继电保护设计，该继电保护系统可以分为以下几个大的部分来处理：

1.变电所10KV进线的继电保护设计；

2.变电所降压变压器的继电保护设计；

3.变电所母线断路器的继电保护设计；

1.2选题意义与目的

10KV变电所是直接面对用户的终端变电所，在实际应用当中最为广泛。

继电保护系统作为变电所的重要组成部分，它的作用不次于一次系统。

因此继电保护系统的设计要尽量周全，整定准确，这样才能保证变电所的正常供电和设备的安全。

作为电气专业的大学毕业生，电力系统的继电保护是我在大学期间必修的一门功课。

是专业的象征性课程。

在即将毕业的时候，选做继电保护设计的毕业课题有重大意义，它不仅让我将在大学中所有的专业知识作了一次完整的梳理，巩固了书本知识，还迫使我查阅很多相关资料，进一步了解继电保护。

10KV变电所的继电保护设计，它是一个综合的课题，让我在走出学校工作之前接触到真正地工程设计，这是对我很大的锻炼和提高。

1.3国内外研究现状及生产需求状况

继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，电力系统在运行过程当中，不可避免会发生各种故障，短路则是最常见的故障。

在发生短路故障时短路电流会增大，为了避免电气设备的损坏，最早采用了熔断器串接于电路当中，短路发生时，短路电流熔断熔断器断开要保护的设备。

这种方式由于简单而大量采用。

而在现代社会，电力系统的日趋复杂化，这种简单的设备已经不能满足要求了，于是就出现了现在的继电器保护装置，并迅速运用于保护技术当中。

与此同时，材料和制造等有关技术的发展，继电保护装置的结构和制造工艺也有着巨大的提高，共经历了机电式保护装置、静态继电保护装置和数字式继电保护装置等三个阶段的发展。

目前在国内有些小型变电所依然使用的是机电式保护装置，由于其抗干扰性能好，价格较为实惠，但由于这种保护装置的体积大，动作速度不够，触点容易发生粘连且磨损严重，不能承担超高压和大容量电力系统的需要而慢慢被取代。

目前，随着计算机技术和数字技术的飞速发展，继电保护系统也趋于数字化，这种继电保护装置称为数字式继电保护。

这种保护可以实现同一种硬件电路实现不同原理的保护功能，从而使保护设备简单化，且更易操作，可靠性高且经济。

同时，数字式继电保护具有强大的记忆、储存和运算能力，可以实现原理很复杂的保护。

通过程序可以对故障进行分析、记录和处理，工作的可靠性很高，是目前世界上主要的研究方向。

对于10KV的终端变压器，它是工厂企业和民用的主要配电变压器。

在运用当中最为广泛，具有很大的研究价值。

10KV变电所的继电保护设计也是朝着简单、实用和经济的方向发展。

目前国内对于这一类的低压变电所还是采用了原来的电流继电器和电压继电器等作为主要设备进行保护装置的配备，所以目前从经济性的角度考虑，数字式保护装置初期投入较大且技术不够成熟。

继电器保护装置还有很大的研究价值。

第2章继电保护的设计思路及意义

2.1继电保护的基本原理

变电所在运行过程中或许会出现一些故障和不正常运行状态，这就会让系统的正常工作遭到破坏，造成对用户供电质量下降或者对设备的损坏。

除了应采取各种措施消除或是减少事故发生的可能性之外，一旦故障出现，就必须迅速而且准确地切除故障元件或故障线路。

完成这种功能的电力系统保护装置就是电力系统的继电保护装置。

一般情况下，变电所发生故障时总会伴随当中的一些物理量的改变。

例如，发生短路故障时会有电流增大、电压降低、线路始端测量阻抗减小、电压与电流之间相位角变化等情况。

利用这些参量的变化可以构成不同原理的继电保护系统。

如过电流保护、欠电压保护、阻抗保护等等。

还可以利用流过某一元件电流方向的不同来分辨是保护区内故障或是保护区外的故障（差动保护），判定正向故障还是反向故障（方向电流保护），利用不对称故障时出现的负序和零序分量作为判据构成的各种继电保护。

除了这些反应电气量变化的保护装置外，还有些反应非电量的保护，例如，瓦斯保护和反应电动机绕组温度升高而构成的负荷保护。

继电保护装置是由一些继电器以一定方式连接组合以实现各种保护原理。

原理如图2-1所示。

图2-1继电保护装置的组成方框图

由图2-1我们可以看到，继电保护系统分为测量部分、逻辑部分和执行部分。

其中测量部分是测量被保护对象输入的有关电气量，通常是由各种互感器完成这一工作。

并将数值与给定的整定值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”；“大于”、“不大于”、等于“0”或“1”等性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动；逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质和输出的逻辑状态以及出现的顺序或者是它们的组合，使保护装置按照一定的逻辑关系工作，然后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。

继电保护中常用的逻辑回路有“或”、“与”、“非”、“延时启动”、“延时返回”以及记忆等回路；执行部分是根据逻辑部分送出的信号，最后完成保护任务的装置。

如故障时动作于跳闸，异常运行时发出信号。

2.2继电保护装置的基本要求

变压器各电气元件之间通常都是用断路器互相连接，每台断路器都装有相应的继电保护装置，它们可以向断路器发出跳闸脉冲，从而动作于跳闸。

继电保护装置是以各电气元件或线路作为被保护对象，其切除故障的范围是断路器之间的部分。

继电保护的基本要求是有选择性、速动性、灵敏性、可靠性。

这些要求之间相辅相成或是相互制约，根据具体的情况加以协调处理。

1．选择性：

作用于跳闸的保护装置的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，来保证供电系统中的无故障部分仍然能继续安全运行。

2．速动性：

快速地切除故障可以提高供电系统的稳定性，减少用户在低电压情况下的工作时间，减轻故障元件的损坏程度，缩小故障的影响范围以及提高自动重合闸装置和备用电源自动投入装置的动作成功率等。

因此，在故障发生时，应尽量保证继电保护装置能迅速动作，从而切除故障。

3．灵敏性：

保护装置的灵敏度是指保护装置对其保护区内发生故障或异常运行状态时的反应能力。

满足灵敏性要求的继电保护装置应该是在规定的保护区内发生短路故障时，不论其位置、形式以及系统的运行方向怎样，都能灵敏反应。

4．可靠性：

保护装置的可靠性是指在指定的保护区内发生故障时，它不能拒绝动作，而在正常运行或保护区外发生故障时，又不能误动作。

可靠性是保护装置本身的质量和维护水平的主要表现，因此是继电保护装置的最根本要求。

2.3继电保护装置常用器件介绍

继电保护装置是由一些继电器通过各种方式组合而成，这些常用的继电器主要包括以下几种。

1.电流继电器

电流继电器是电流保护的主要测量器件，它是反应电流变化的简单继电器的典型代表，在10KV的变电所当中，通常选择DL-10或是GL-10系列。

电流继电器一般都是过量继电器，当被保护线路当中电流超过其整定值时，由于衔铁被磁化产生的电磁力矩大于其弹簧的反作用力时，衔铁被吸引，从而常开触