110kV地区变电站继电保护设计最新毕业设计.docx

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110kV地区变电站继电保护设计最新毕业设计

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1前言1

2方案比较2

3确定运行方式4

3.1标幺值计算4

3.2短路电流的计算5

3.3确定运行方式10

4短路计算11

5继电保护的配置14

5.1继电保护的基本知识14

5.2出线保护的配置16

5.2.1110kV侧出线的保护配置16

5.2.235kV侧出线的保护配置17

5.2.310kV侧出线的保护配置18

5.3变压器的保护配置19

5.3.1变压器配置19

5.3.2保护配置的整定20

5.4母线的保护配置28

5.4.1保护配置的原理28

5.4.2母线保护配置的整定29

6结论32

7总结与体会34

8致谢35

9参考文献36

附录1：

保护配置图37

附录2：

外文翻译38

1前言

目前随着电力系统的不断发展，考虑到电力系统的正常运行对国民经济的重要作用，对继电保护提出了更高的要求，而电子技术、计算机技术与通信技术的不断发展同样对继电保护技术的发展提供了技术基础。

计算化，网络化及保护，控制，测量，数据通信一体化智能化将会是继电保护的发展方向。

电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。

发电----输电----配电----用电构成了一个有机系统。

通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。

电力系统运行要求安全全靠。

但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。

因此，受自然条件、设备及人为因素的影响（如雷击、倒塔、内部过电压或运行人员误操作等），电力系统会发生各种故障和不正常运行状态。

如:

过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。

故障主要包括各种类型的短路和断线,如:

三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。

本次毕业设计的主要内容是对110kV地区变电站继电保护的配置，参照《电力系统继电保护配置及整定计算》，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验从而来确定方案中的保护是否适用来编写的。

在本次设计先计算出系统的短路电流，确定运行方式；然后再对各种设备保护的配置，首先是对保护的原理进行分析,保护的整定计算及灵敏性校验。

其中对变压器保护包括保护原理分析以及保护整定计算和灵敏性校验，其中主保护采用的是纵联差动保护、瓦斯保护和零序电流差动保护，后备保护有过负荷和过电流保护。

母线保护包括对双母线保护的配置，以及单母线分段保护的配置。

2方案比较

本次毕业设计的主要内容是对110kV地区变电站继电保护的配置。

可以依据继电保护配置原理，根据经验习惯，先选择出保护方案，通过论证比较后认可其中的一套方案，再对这套方案中的保护进行确定性的整定计算和灵敏性校验，看看它们是否能满足要求，如果能满足便可以采用，如果不能满足则需要重新选择，重新整定和校验。

方案一

保护对象

主保护

后备保护

变压器

纵联差动保护、瓦斯保护、零序电流差动保护

过电流保护、过负荷保护

母线

双母线

电磁型比相式电流差动保护

______________________

旁母

单母线电流差动保护

35KV

单母线电流差动保护

10KV

单母线电流差动保护

输电线路

110kV侧

距离保护I段

距离保护III段

其它

电流速断保护（I段保护）

过电流保护（III段保护）

方案二

保护对象

主保护

后备保护

变压器

电流速断保护

过电流保护、过负荷保护

母线

双母线

电磁型比相式电流差动保护

______________________

旁母

单母线电流差动保护

35KV

单母线电流差动保护

10KV

单母线电流差动保护

输电

线路

110kV

距离保护I段

距离保护III段

其它

电流速断保护（I段保护）

过电流保护（III段保护）

对于变压器而言，它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护，用两者的结合来做到优势互补。

因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。

考虑到与发电机的保护配合，所以我们使用纵差动保护作为变压器的主保护，不考虑用电流速断保护。

瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由于一方面简单，灵敏，经济；另一方面动作速度慢，且仅能反映变压器油箱内部故障，就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补，效果更佳。

考虑到有110kV高压等级，变压器也采用零序电流差动保护。

而过电流保护和过负荷保护作为差动保护。

对于400kV以上的变压器，当数台并列运行或单独运行时，应装设过负荷保护。

为了防止变压器外部短路，并作为内部故障的后备保护，一般在变压器上应装设过电流保护。

对单侧电源的变压器，保护装置的电流互感器应安装在电源侧，以便发生变压器内部故障而瓦斯保护或差动保护拒动时，由过电流保护整定时限动作后，作用于变压器各侧的断路器跳闸。

而对于母线保护的配置，一般地不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以切除故障，但利用供电元件的保护装置切除母线故障时，故障切除时间长，所以有时需装设专门的母线保护。

比如：

110kV及以上的双母线或分段单母线。

110kV、35kV母线或重要变电所母线，为满足全线速动要求时。

本设计双母线采用电磁型比相式电流差动保护，而旁路母线以及35kV、10kV母线均采用了单母线电流差动保护。

对于出线部分首先考虑的是电流速断保护作为主保护，而过电流保护作为后备保护。

综上所述，方案1比较合理，方案1保护作为设计的初始保护，在后续章节对这些保护进行整定与校验，是否符合设计要求。

3确定运行方式

3.1标幺值计算

本次设计中取=100MVA,.

系统S1的电抗标幺值，系统S2的电抗标幺值。

各元件的电抗标幺值计算如下：

变压器的各绕组短路电压分别为：

所以，变压器的电抗值为

变压器参数同变压器B1

线路：

110kV侧线路：

线路

35KV侧线路：

线路

10kV侧线路：

线路

3.2短路电流的计算

110kV电力系统正常运行时，系统存在二种运行情况，即：

两台发电机同时运行、一台发电机退出运行另一台单独运行。

下面分别分析各种情况下系统运行时的转移电抗，计算电抗和短路电流。

（一）两台发电机同时运行，变压器同时投入运行。

图3.1S1、S2运行时短路情况

当K1发生短路时：

所以，K1点发生短路时的等值网络如图3.2所示。

图3.2K1点发生短路时的等值网络

系统S1对短路点K1的计算电抗为：

系统S2对短路点K1的计算电抗为：

查表得：

标幺值：

当K2发生短路时

所以，K2点发生短路时的等值网络如图3.3所示。

图3.3K2点发生短路时的等值网络

系统S1对短路点K2的计算电抗为：

系统S2对短路点K2的计算电抗为：

当K3发生短路时

所以，K3点发生短路时的等值网络如图3.4所示。

图3.4点发生短路时的等值网络

系统S1对短路点K3的计算电抗为：

系统S2对短路点K3的计算电抗为：

表3.1短路电流表

短路点

系统S1

系统S2

短路点总电流kA

K1处短路

有名值kA

29.532

有名值kA

1.351

30.831

K2处短路

有名值kA

15.268

有名值kA

5.418

20.686

K3处短路

有名值kA

31.065

有名值kA

11.337

42.402

（二）S1、B1运行，S2、B2停运。

图3.5S1、B1运行时短路情况

同理算得其短路电流大小

表3.2短路电流表

短路点

系统S1

K1处短路

有名值kA

29.532

K2处短路

有名值kA

8.38

K3处短路

有名值kA

18．514

（三）S2、B1运行，S2、B2停运。

图3.6S2、B2运行时短路情况

同理算得其短路电流大小

表3.3短路电流表

短路点

系统S1

K1处短路

有名值kA

12.085

K2处短路

有名值kA

19.093

K3处短路

有名值kA

14.063

3.3确定运行方式

由3.2节的计算过程，统计系统各短路点短路时的短路电流如表3.4。

表3.4各短路点短路时的电流总结表

运行方式

K1处短路时的短路电流kA

K2处短路时的短路电流kA

K3处短路时的短路电流kA

两台发电机同时运行

30.831

20.686

42.402

S1、B1运行，S2、B2停运

29．532

8．38

18．514

S2、B1运行，S1、B2停运

12．085

19．093

14．063

综上所述：

系统S侧（处短路时）的最大运行方式为：

两台发电机同时运行

最小运行方式为：

S1、B1运行，S2、B2停运。

最小运行方式下的两相短路电流：

4短路计算

110kV侧线路保护整定

最大运行方式下：

图4.1最大运行方式下110kV侧出线短路情况

最小运行方式下

图4.1最小运行方式下110kV侧出线短路情况表4.1110kV侧出线短路电流

1.168

0.876

1.804

1.78

1.226

0.934

3.003

2.714

1.284

0.992

2.081

1.873

0.58

0.4

4.604

4.219

35kV侧出线短路计算

同理可以算出35kV侧出线短路电流情况。

表4.235kV侧出线短路电流

0.273

2.634

0.234

5.825

3.528

0.492

4.645

3.016

0.341

3.344

2.338

0.326

4.645

3.016

0.496

4.226

2.815

10kV侧出线短路计算

同理可以算出10kV侧出线短路电流情况。

表4.310kV侧出线短路电流

）

0.275

1.653

1.364

0.129

1.875

1.538

0.129

2.58

2.073

0.275

2.172

1.766

0.129

1.474

1.222

0.259

2.172

1.766

0.129

2.172

1.766

0.259

2.172

1.766

5继电保护的配置

5.1继电保护的基本知识

电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。

发电----输电----配电----用电构成了一个有机系统。

通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。

电力系统在运行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。

不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但是没有发生故障的运行状态,如:

过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。

故障主要包括各种类型的短路和断线,如:

三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。

其中最常见且最危险的是各种类型的短路,电力系统的短路故障会产生如下后果:

（1）故障造成的很大的短路电流产生的电弧使设备损坏。

（2）从电源到短路点间流过的短路电流引起的发热和电动力将造成在该路径中非故障元件的损坏。

（3）靠近故障点的部分地区电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。

（4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。

所谓不正常运行状态是指系统的正常工作受到干扰，使运行参数偏离正常值，如一些设备过负荷、系统频率或某些地区电压异常、系统振荡等。

故障和不正常运行情况常常是难以避免的，但事故却可以防止。

电力系统继电保护装置就是装设在每一个电气设备上，用来反映它们发生的故障和不正常运行情况，从而动作于断路器跳闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。

它的基本任务是：

（1）当电力系统中某电气元件发生故障时,能自动,迅速,有选择地将故障元件从电力系统中切除,避免故障元件继续遭到破坏,使非故障元件迅速恢复正常运行。

（2）当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时,能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。

继电保护装置的基本原理:

继电保护装置要起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。

因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。

依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护：

（1）反映电气量的保护

电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比

（阻抗）和它们之间的相位角改变等现象。

因此，在被保护元件的一端装设的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时晕些参数与正常运行时的差别，就可以构成各种不同原理的继电保护装置。

例如，反映电流增大构成过电流保护；反映电压降低（或升高）构成低电压（或过电压）保护；反映电流与电压间相位变化构成方向保护；反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。

除此以外，还可根据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差别，分别构成差动保护、高频保护等。

同理，由于序分量保护灵敏度高，也得到广泛应用。

（2）反映非电气量的保护

如反应温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的瓦斯保护、温度保护等。

继电保护相当于一种在线的开环的自动控制装置，根据控制过程信号性质的不同，可以分模拟型（它又分为机电型和静态型）和数字型两大类。

对于常规的模拟继电保护装置，一般包括测量部分、逻辑部分和执行部分。

继电保护装置的组成：

被测物理量－－→测量－－→逻辑－－→执行－－→跳闸或信号

↑

整定值

测量元件：

其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流，电压，阻抗，功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出逻辑信号，从而判断保护是否该起动。

逻辑元件：

其作用是根据测量部分输出量的大小，性质，输出的逻辑状态，出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。

执行元件：

其作用是根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。

如：

故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行时不动作等。

对继电保护的基本要求：

选择性：

是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量减小停电范围。

速动性：

是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。

灵敏性：

是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。

满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。

可靠性：

是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，而在不该动作时，它能可靠不动。

即不发生拒绝动作也不发生错误动作。

5.2出线保护的配置

5.2.1110kV侧出线的保护配置

对于A1：

距离Ⅰ段保护

定值计算按躲过线路末端故障整定，即

距离Ⅲ段保护

按躲过线路最大负荷时的负荷阻抗配合整定。

当距离III段为全阻抗起动元件时，其整定值为

：

可靠系数，取1.2~1.25；

：

返回系数，取1.15~1.25；

：

负荷的自起动系数，按负荷性质可取1.5~2.5；

：

最小负荷阻抗值。

即

；线路最大负荷电流。

所以

距离III段的灵敏度

（满足）

表5.1110kV侧出线的保护配置情况表

保护

距离I段

（主保护）

整定

距离III段

（后备保护）

整定

校验

5.2.235kV侧出线的保护配置

表5.235kV侧出线的保护配置情况表

保护

主保护

I段保护的整定

保护范围

后备保护

III段保护的整定

校验

保护

主保护

瞬时电流闭锁电压速断保护整定

保护范围

后备保护

III段电流保护的整定

校验

例：

对于出线B4：

1、瞬时电流闭锁电压速断保护

保护区：

2、III段电流保护的整定：

5.2.310kV侧出线的保护配置

表5.310kV侧出线的保护配置情况

保护

主保护

I段保护的整定

保护范围

后备

保护

III段电流保护的整定

校验

保护

主保护

I段保护的整定

保护范围

后备

保护

III段电流保护的整定

校验

5.3变压器的保护配置

5.3.1变压器配置

本设计中变压器配置的主保护有瓦斯保护、纵联差动保护、零序电流差动保护，并以过负荷保护、过电流保护作为后备保护。

（一）瓦斯保护

800kV及以上的油浸式变压器和400kV以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

瓦斯保护用来反应变压器油箱内部的短路故障及油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源测，轻瓦斯保护动作于发出信号。

瓦斯保护有重瓦斯和轻瓦斯之分，它们装设于油箱与油枕之间的连接导管上。

其中轻瓦斯按气体容积进行整定，整定范围为：

250～300cm3,一般整定在250cm3。

重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为：

0.6～1.5ms,一般整定在1ms。

图5.1瓦斯保护原理示意图

（二）纵差动保护

器而言，它都必需装设单独的变压器差动保护，这是因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。

所以我们使用纵差动保护作为两台变压器的主保护，其接线原理图如图5.2所示。

图5.2三绕组变压器差动保护原理图

5.3.2保护配置的整定

（一）纵联差动保护整定

对于本次设计来说，变压器的主保护有纵联差动保护和瓦斯保护，其中瓦斯保护一般不需要进行整定计算，所以对纵联差动保护进行整定如下：

本次设计因BCH-2、BCH-2型差动继电器构成的差动保护装置，但灵敏度不满足要求，因此最后采用BCH-4型。

由BCH-4型差动继电器构成差动保护的整定计算。

（1）按系统平均电压（或变压器额定电压）及最大变压器容量计算变压器各侧的二次侧额定电流。

名称

变压器B1和B2

额定电压UekV

110

38.5

110.5

额定电流IeA

CT接线方式

△

选CT变比

5005

14005

26005

CT一侧计算

572．727

1636．364

1732．102

标准变比

100

280

520

CTIe2A

5.727

5.844

3.331

（2）计算出变压器的各侧在外部故障时之最大短路电流

（3）确定继电器抽动线圈在110kV侧的电流互感器并联后接入。

（4）选10kV侧为基本侧：

（5）确定继电器制动线圈匝数，基本侧选用制动线圈最大匝数：

匝

其他侧：

取12匝

（6）计算各侧之差动匝数（包括平衡线圈在内）

基本侧：

取11匝

取

所以各侧线圈匝数：

制动

差动

I侧

II侧

基本侧

（7）计算实用匝数与计算匝数之间的相对误差△f

基本侧的工作线圈匝数为：

其他（计算匝数）：

其他侧的工作线圈的实用匝数为：

计算各侧的误差△f为

（8）保护装置灵敏度计算：

所以

再求出制动安匝：

由特性曲线知：

安匝左右，则

（满足）

图5.3特性曲线图

并且由图可知：

KN的值肯定比MN的值大百分之十，因此保证了继电器动作的可靠性。

（三）变压器零序电流差动保护

变压器高压绕组110kV侧中性点直接接地，它的零序电流差动保护原理如下图：

图5.4零序电流差动保护原理

先求出最大和最小零序电流,

图5.5正序、负序等值网络图

图5.6零序等值网络

因为所以单相的零序短路电流比两相接地的大。

所以

因此零序电流为变压器110kV侧接地中性上流过的最大零序电流：

同理可以算出最小运行方式下的情况。

因为所以两相短路接地的电流比单相的零序短路电流大。

因此零序电流为变压器110kV侧接地中性上流过的最小零序电流：

整定计算如下；

1、按躲过变压器外部发生接地短路故障时发生不平衡电流计算：

即

2、躲过变压器外部三相短路故障所产生的最大不平衡电流计算：

即

式中:

可靠系数，取1.5.

3、按躲过变压器零序差动二次回路断线计算

即

可靠系数，取1.3。

：

变压器额定电流，一般取变压器中侧的额定电流。

所以

取上述最大值：

Idz.0=44.429kA

4、灵敏度校验：

（四）变压器过负荷整定计算

对于400kVA以上的变压器、当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。

过负荷保护通常用只装在一相，其动作时限较长，延时动作于发信号。

仅一侧电源的三绕组降压变压器，若三侧容量相等，只装于电源侧；若三侧容量不等，则装于电源侧；若三侧容量不等，则装于电源侧及容

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