整理110KV变电所电气二次.docx
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整理110KV变电所电气二次
第一章概述
第一节110KV变电所电气二次设备概述
变电所二次部分是电力系统安全运行不可缺少的一个重要组成部分，它的主要作用是预防事故或缩小事故范围，提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续供电。
它包括电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、频率继电器、中间继电器、时间继电器和信号继电器等。
为使继电保护装置（特别是动作于跳闸的保护装置）能更好地完成它在电力系统中所担负的任务，应满足以下四个基本要求：
1）选择性：
当系统发生故障时，要求保护装置只将故障设备切除，保证无故障设备继续运行，从而尽量缩小停电范围。
2）速动性：
保护装置应能尽快地切除短路故障。
3）灵敏性：
在事先规定的保护范围内故障时，不论短路点的位置、短路的类型及系统运行方式如何，要求保护装置都能灵敏反应。
4）可靠性：
在保护装置的保护范围内发生属于它动作的故障时，应可靠动作，即不应拒动；而发生不属于它应动作的情况时，则应可靠不动，即不应误动。
第二节110KV变电所电气二次回路及其接线
一、电气工程图（二次部分）示例
电气工程图按功能可分为：
1）概略图；2）电路图；3）功能图；4）接线图；5）布置图等几个大类。
1．概略图
概略图表示系统、分系统、装置、部件、设备、软件中各项目之间的主要关系和连接的相对简单的简图，通常用单线表示法。
如图1-1所示。
2．电路图
电路图表示系统、分系统、装置、部件、设备、软件等实际电路的简图，采用按功能排列的图形符号来表示各元件和连接关系，以表示功能而不需考虑项目的实体尺寸、形状或位置。
图1-2所示为用分开表示法表示的电路图
3．功能图
用理论的或理想的电路而不涉及实现方法来详细表示系统、分系统、装置、部件、设备、软件等功能的简图。
图1-3所示为某三相一次重合闸逻辑框图。
4．接线图
接线图是表示或列出一个装置或设备的连接关系的简图有：
1）单元接线图、2）互连接线图、3）端子接线图。
图1-4为时间继电器和保护出口继电器的单元接线图示例。
图1-5为端子接线图示例。
端子排是实现屏内设备与屏外设备相连
的接线端子。
端子排应位于屏的左右侧。
屏体内设备与屏外设备及屏顶小母线连接时，以及同一屏内不同安装单位的设备互相连接时，需经过端子排连接，同一屏内同一安装单位的设备互相连接时，不需经过端子排。
正电源应以端子排引接，负电源应在屏内设备间形成环路，环的两端应接至端子排。
端子排的上、下两端应装终端端子，且在每一安装单位端子排的最后留2—5个端子作为备用。
接线端子的一侧一般只接一根导线，最多不超过两根。
5．布置图
屏面布置图是经简化或补充以给出某种特定目的所需信息的装配简图。
决定屏上各个设备的排列位置及相互间距离尺寸的图纸，要求按照一定的比例尺绘制。
屏面布置应满足下列一些要求：
①凡需以常监视的6仪表和继电器，不要布置太高；②操作元件，如控制开关、调节手轮、按钮等的高度要适中，使得操作调节方便。
它们之间应留有一定的距离，操作时不致影响相邻的设备；③对于检查和试验较多的设备，应位于屏的中部，而且同一类型的设备应布置在一起，这样检查和试验都比较方便。
此外，应力求布置紧凑和美观。
屏面布置图包括：
（1）控制屏屏面布置图
（2）继电器屏屏面布置图。
（图为110KV线路保护的控制屏和继电器屏屏面布置图）
图１－6 屏面布置图示例
二、二次回路
凡监视、控制、测量以及起保护作用的设备，如测量表计、继电保护、控制和信号装置等，皆属于二次设备。
在电力系统中，为了达到安全、经济地运行，二次设备是不可缺少的部分。
二次回路是由二次设备组成的回路。
它包括交流电压回路、交流电流回路、断路器控制和信号回路、继电保护回路以及自动装置回路等。
二次接线图是用二次设备特定的图形符号和文字符号，表示二次设备互相连接的电气接线图。
这类图在实际工作中常见。
下面以110KV变电所为例来说明二次接线图和二次回路。
（一）电压电流回路
电压电流回路是由电流互感器、电压互感器、仪表和继电器的线圈构成。
110kV主变压器的电流、电压回路图如图1-7所示。
图1-7主变压器电流、电压回路图示例
（三）信号回路
信号回路可分为：
（1）事故信号。
事故信号是当断路器事故跳闸后，起动蜂鸣器发出音响。
如断路吕发生事故跳闸时，立即用蜂鸣器发出较强的音响，同时，断路器的位置指示灯发出闪光。
（2）预告信号。
预告信号是在电气设备发生不正常情况下一面发出铃响。
例如，发电机过负荷、变夺器过负荷，电压回路断线等，便发出另一种有别于事故信号的音响（铃响），此外，标有故障内容的光字牌也变亮。
（3）位置信号。
包括断路器位置信号和隔离开关位置信号；而后者则用一种专门的位置指示器来表示其位置状况。
（4）其他信号。
如指挥信号、联系信号和全厂信号等。
（四）继电保护及自动装置回路
继电保护及自动装置回路图主要表示继电保护及自动装置的原理及接线。
第二章110KV变电所主变压器保护
第一节保护配置
一、电力变压器保护配置原则（《继电保护和自动装置技术规程》[中华人民共和国行业标准DL400—91]）
（一）变压器的故障及不正常工作状态
变压器电力变压器是电力系统的重要设备，为保证变压器安全可靠地运行，就必须视其容量的大小及电压的高低，设置相应的继电保护装置。
一般要针对电力变压器的下列故障及不正常运行方式，装设相应的继电保护装置：
（1）绕组的相间短路和中性点直接接地侧的单相短路；
（2）绕组的匝间短路；
（3）外部相间短路引起的过电流；
（4）中性点直接接地电网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；
（5）过负荷；
（6）过励磁；
（7）油面下降；
（8）变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障。
（二）主保护配置
1．0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护；当壳内故障产生轻微瓦斯式油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。
带负荷调压的油浸式变压器的调压装置，亦应装设瓦斯保护。
2．对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按下列规定，装设相的保护作为主保护。
保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。
3．对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器。
10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。
4．纵联差动保护应符合下列要求：
a、应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流。
b、应在变压器过励磁时不误动。
c、差动保护范围应包括变压器套管及其引出线。
如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施。
但在某些情况下，例如60KV或110KV电压等级的终端变电所和分支变电所，以及具有旁路母线的电气主接线，在变压器断路器退出工作由旁路断路器代替时，纵联差动保护亦可以利用变压器套管内的电流互感器，而对引出线可不再采取快速切除故障的辅助措施。
（三）后备保护
对由外部相间短路引起的变压器过电流，应按下列规定，装设相应的保护作为后备保护，保护动作后，应带限动作于跳闸
1．过电流保护宜用于降压变压器，保护的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。
2．外部相间短路保护应装于变压器下列各侧，各项保护的接线，宜考虑能反应电流互感器与断路器之间的故障。
3．三绕组变压器，应装于主电源侧，根据主接线情况，保护可带一段或两段时限，较短的时限用于缩小故障影响范围；较长的时限用于断开变压器各侧断路器。
二、三绕组变压器保护具体配置
本次设计是对容量为31.5MVA、中性点不接地的三绕组主变进行保护配置、整定计算和二次回路图的部分绘制。
根据以上技术规程为本次设计的变压器配置以下的保护：
一．主变保护配置及作用
1．瓦斯保护：
反应变压器油箱内故障及油面降低。
作为变压器的主保护。
当发生轻微故障时，油面下降，轻瓦斯动作于信号；当发生严重故障时，产生大量气体，重瓦斯动作于跳闸，跳开主变各侧断路器。
对带负荷调压的变压器的调压装置，设有载瓦斯，同理，轻瓦斯动作于发讯，重瓦斯动作于跳闸。
2．差动保护：
作为变压器的主保护反应变压器绕组和引出线的相间故障。
动作于跳开变压器各侧断路器。
3．复压闭锁过流保护，反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、差动保护的后备。
动作于跳闸。
4．过负荷保护，反应高压侧过负荷情况，动作于发讯。
5．主变间隙零序电流及零序电压保护，作为中性点不接地运行的分级绝缘变压器的接地故障保护。
二、主要保护功能
本所主变装有CST-231A变压器保护，CSR22A变压器非电量保护。
本所主变有下列保护：
1主变差动保护（比率差动保护及差动速断保护）
2主变瓦斯保护（本体、有载调压开关）
3间隙零序过流保护和零序过电压保护
4零序电压闭锁零序过电流保护。
5复合电压闭锁过流保护（二段）
6过负荷保护。
7温度高报警。
第二节保护整定
一、主变压器参数
E
0.0581
110KV
0.011+j0.02446（线路LGJ-150/7.873KM）
110KV
0.00988+j0.32153#1#20.01156+j0.319840.005770-j0.0174335KV
0.007785-j0.00873
0.00681+j0.201290.00907+j0.39524
10KV
主变参数如下
1#主变：
型号SFSZ8-31500/110
接线Yn/Yn0/△-11
档位110±4×2.5%/38.5±2×2.5%/10.5
短路电压（%）高-中10.47高-低18中-低6.33
短路损耗（KW）高-中169.7高-低181中-低136.4
空载电流（%）0.46
空载损耗（KW）40.6
2#主变：
型号SFSZ10-40000/110
接线Yn/Yn0/△-11
档位110±
8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5
短路电压（%）高-中11.79高-低21.3中-低7.08
短路损耗（KW）高-中74.31高-低74.79中-低68.30
空载电流（%）0.11
空载损耗（KW）26.71
1．110kV母线故障：
Uj=115kVSj=100MVAIj=Sj/（√3×Uj）=100/（√3×115）=0.502KA
大方式下：
Id=502/（j0.0581+0.011+j0.02446）=502/0.08329=6027A
小方式下：
按两相故障计算Id
（2）=0.866×6027=5219.5A
2．35kV母线故障：
因为110kV主变不考虑长期并列运行，所以按分列计算
Ij=Sj/（√3×Uj）=100/（√3×37）=1.56KA
1#主变：
∑X=j0.0581+0.011+j0.02446+0.00988+j0.32153+0.00577-j0.01743
=0.02665+j0.38666=0.3876
大方式：
Id=1560/0.3876=4025A
小方式：
Id
（2）=0.866×4025=3485.7A
2#主变：
∑X=j0.0581+0.011+j0.02446+0.01156+j0.31984+0.007785-j0.00873
=0.030345+j0.39367=0.39484
.大方式：
Id=1560/0.39484=3951A
小方式：
Id
（2）=0.866×3951=3421.5A
3．10kV母线故障：
因为110kV主变不考虑长期并列运行，所以按分列计算
Ij=Sj/（√3×Uj）=100/（√3×10.5）=5.5KA
1#主变：
∑X=j0.0581+0.011+j0.02446+0.00988+j0.32153+0.00681+j0.20129
=0.02769+j0.60538=0.606
大方式：
Id=5500/0.606=9075.9A
小方式：
Id
（2）=0.866×9075.9=7860A
2#主变：
∑X=j0.0581+0.011+j0.02446+001156+j0.31984+0.00907+j0.39524
=0.03163+j0.79764=0.7983
大方式：
Id=5500/0.7983=6890A
小方式：
Id
（2）=0.866×6890=5966A
主变各侧短路电流一览表
1#主变
2#主变
110kV母线
大方式
6027A
6027A
小方式
5219.5A
5219.5A
35kV母线
大方式
4025A
3951A
小方式
3485.7A
3421.5A
10kV母线
大方式
9075.9A
6890A
小方式
7860A
5966A
说明：
1.主变35kV、10kV均按分列运行计算；
2.大方式按三相金属性短路计算，小方式按两相故障计算。
二．主变保护的选型及装置介绍：
本次设计选用北京哈德威四方保护与控制设备有限公司的CST-231A变压器保护和CSR22A变压器非电量保护。
主要技术参数
1．额定参数
交流电流：
5A，50HZ或1A，50HZ
相电压：
100V／√3V，50HZ
2．功率消耗
直流回路：
≯60W
交流电压回路：
≯0.5VA/相
交流电流回路：
≯0.8VA/相
3．精确工作范围（10％误差）
电流精确工作范围：
0.08~20In
电压精确工作范围：
1V~100V
4．保护整定范围
电流定值：
工作范围内任意整定级差：
0.01A
电压定值：
工作范围内任意整定级差：
0.1V
时间定值：
工作范围内任意整定级差：
0.1S
相间方向最大灵敏角：
-30°、-45°，误差±3°
零序方向最大灵敏角：
-99°，误差±3°
二次谐波制动系数：
10%~30%
比率制动系数：
0.3~0.7
差动平衡系数：
0~50
硬件说明：
装置主要由模数变换、CPU计算处理、保护跳闸和信号及人机对话等几个部分组成。
模数变换：
作用是将系统电压互感器、电流互感器二次的电压电流信号变换为CPU能处理的数字信号。
装置由交流AC插件和VFC插件组成。
变压器各侧的二次电压电流分别由相应的AC插件变换成保护装置所需要的弱电信号。
模数变换VFC插件分别将交流插件输出的电压电流变换成脉冲频率随输入模拟量幅值大小变化的脉冲量，送至CPU系统中的计数器计数。
CPU插件系统：
装置中设有4个通用CPU插件，分别实现差动主保护（CPUI）、高压侧后备保护（CPU2）、中压侧后备保护（CPU3）、低压侧后备保护（CPU4）功能。
保护跳闸及信号：
装置设有2个跳闸继电器插件和1个信号继电器插件，由各个CPU插件上开出去驱动跳闸继电器跳开相应断路器。
人机对话：
人机对话板的核心是一种单片机，，片内集成了很强的计算机网络功能，可通过片外的网络驱动器直接连接至高速数据通讯网。
软件功能说明：
（1）.差动主保护：
配置有差动电流速断保护、二次谐波制动的比率差动保护。
a.保护启动：
差动主保护采用突变量启动和辅助启动两种方式。
差动主保护采用突变量启动元件，其特点是快速灵敏，判别每相电流采样值的突变量，判据为：
Iqd=│I（t）-I（t-T）│-│I（t-T）-I（t-2T）│≥IQD
当任一相电流突变量大于启动定值IQD时，保护启动进入故障处理程序进行故障计算判别；若有故障且跳闸后故障电流消失，保护快速返回。
若无区内故障，保护最多延时6秒后整组复归。
保护还采用每相差动电流的有效值作为辅助启动判据量，以便在没有明显突变量情况下保护能可靠启动，其判据为：
Id≥ICD
Id≥ISD
式中：
Id为差动电流，
ICD为差动保护门槛定值，
ISD为差动速断电流定值。
b.比率差动原理：
根据动作电流与制动电流的比值关系确定保护是否动作，动作特性如下图：
Id
动作区KID
ICDIr
动作判据为：
Id＞ICD当Ir＜IB
Id＞ICD+KID·（Ir-IB）当Ir≥IB
程序中依次按每相判别，当满足以上任何一个条件时，比率差动动作。
式中：
Id为差动电流Ir为制动电流
ICD为差动保护门槛定值
IB为比率制动特性拐点电流定值
KID为比率制动系数
上述幅值计算均采用全周付氏算法。
另外CST-231A型装置采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据，制动判据为：
Id2w>KXB·Idw
式中Id2w为每相差动电流中的二次谐波分量，Idw为对应相的差流基波分量，KXB为二次谐波制动比例系数。
三相中只要任一相满足制动条件，则闭锁三相比率差动保护，即三相或门制动差动保护。
3CT断线报警及闭锁：
某侧电流同时满足
（1）只有一相电流为零
（2）其它二相电流与起动前电流相等，判CT断线后可只发报警信号或闭锁保护装置出口。
4PT断线判据：
（1）三相电压均小于20V，且任一相电流大于0.2A,用于检测
三相失压。
（2）三个相电压的向量和（3U0）大于18V，并且有二个相间电压的模值之差也大于18V，检测一相或两相断线。
检测到PT断线后，发出告警，同时保护工况可由控制字决定是否暂时取消方向和电压闭锁，或是退出经方向、电压闭锁的复合电压闭锁过流保护。
CST-231A变压器差动保护模件说明：
1模件1~3（AC）：
高、中、低压侧电流、电压变换模件。
2模件4~5：
压频变换及变压器各侧电流平衡调整模件。
3模件6~9（CPU）：
装置中设有4个通用CPU插件，分别实现差动主保护（CPU1）、高压侧后备保护（CPU2）、中压侧后备保护（CPU3）、低压侧后备保护（CPU4）功能，4个CPU插件硬件完全相同，仅单片机内固化的程序不同。
4模件10（REC）：
故障录波，主要对主变各侧电流量和保护跳闸量进行录波。
5模件11~12（TRIP）；保护出口跳闸模件，由各个CPU插件上开出去驱动跳闸继电器跳开相应断路器。
6模件13（SIG）：
信号模件。
7模件14（POWER）：
电源模件。
CST-231A变压器后备保护：
CST-231A变压器高压后备保护，具有以下保护功能：
1复合电压闭锁过电流保护：
高压后备设二段复合电压闭锁过电流保护，其中Ⅰ段为方向过流（方向元件和电流元件接成按相起动方式），Ⅱ段不带方向动作跳变压器各侧断路器。
2间隙零序过流保护和零序过电压保护：
装置设有一段2时限的间隙零序过流和零序过电压保护。
间隙零流为变压器经间隙接地的间隙支路零序电流，零序过电压为自产3U0。
第一时限跳高压母联，第二时限跳各侧断路器。
3零序电压闭锁零序过电流保护：
装置设三段零序电压闭锁零序过流保护，它作为中性点直接接地系统的接地保护。
其中Ⅰ、Ⅱ段保护可带有方向，各设2时限，零序电流与方向元件零流均为自产3I0，零序电压为自产3U0；Ⅲ段保护不带方向，设1时限，零序电流取自变压器中性线零序电流。
4过负荷启动风冷，过载闭锁有载调压：
装置给出一付启动风冷接点，一付过载闭锁有载调压常闭接点。
CST-231A变压器中压后备保护，具有以下保护功能：
1复合电压闭锁过电流保护：
装置设二段定时限复合电压闭锁过流保护。
2过负荷：
变压器中，低压侧过负荷报警不用。
CST-231A变压器低压后备保护同中压后备保护，均设二段定时限复合电压闭锁过流保护
CSR22A变压器非电量保护：
变压器的所有开关量保护均由本体保护装置独立完成。
重瓦斯、调压重瓦斯、压力释放等开关量输入进入本装置后，经重动继电器去跳开各侧断路器，同时给出中央信号和远动信号接点。
轻瓦斯、调压轻瓦斯、油温高、油位低、风冷消失等开关输入进入本装置后，可给出中央信号和远动信号的告警接点。
三．主变保护整定计算
（一）1#主变31500/110110±4*2.5%/38.5±2*2.5%/10.5kV
110kV
38.5kV
10.5kV
Ie1=Se/（√3*Ue）
31500/（
√3*110）=165A
31500/（
√3*38.5）=472A
31500/（
√3*10.5）=1732A
CT变比
600/5Y接线
1000/5Y接线
3000/5Y接线
Ie2=Ie1/n
165/120=1.375A
472/200=2.36A
1732/600=2.887A
平衡系数
1
1.375/2.36=0.583
1.375/2.887=0.476
1.差动速断ISD定值:
按躲变压器空载合闸最大励磁涌流整定,一般取（7-8）Ie
7*165=1155A1155/120=9.625A
2.差动电流门槛值ICD:
躲正常额定负载时最大不平衡电流整定
ICD=Kk*（Ktx*fi+ΔUh+ΔUm）Ie
Ie:
变压器额定电流;
Kk:
可靠系数,取1.3-1.5;
Ktx:
电流互感器同型系数,取1.0;
Fi:
电流互感器的最大相对误差,取0.1;
ΔUh、Δum：
分别为高、中压侧调压抽头引起的误差，取调压范围的一半。
一般计算取ICD=（0.25-0.5）Ie,根据省局反措要求,取0.65Ie
0.65*165=107.25A107.25/120=0.894AQ取108/0.9A
3.制动特性拐点电流IB,取IB=Ie=165/120=1.375A
4.制动系数KID,一般取0.5
5.灵敏度计算
1
1#主变10kV母线故障最小电流为7860A,折算至110kV侧为7860*10.5/110=750A
根据拐点电流、制动系数（斜率），算出最小动作电流折算至动作曲线上的动作电流为（750-165）*0.5+108=400.5A
灵敏度Klm=750/400.5=1.873＜2
后备保护：
1.110kV复压闭锁过流保护套管CT为600/5
电流元件：
按躲最大负荷电流整定
Izd=Kk×Ie=1.5×165=247.5A
取250/120=2.08A
Klm=717.5/250=2.87
电压元件:
低电压,躲正常最低运行电压整定一般取70%Ue
负序电压,躲正常运行时出现的不平衡电压整定一般取6%Ue
时间元件:
与上一级限额及35kV侧后备配,
一般取2.5S跳主变110kV本侧开关;
3.0S跳主变各侧开关
2.10kV侧定时过流保护CT变比3000/5
电流元件:
按躲最大运行负荷整定
1.5×Ie=1.5×1732=2596A
取2600/600=4.33
时间元件:
与主变110kv侧过流及10kV出线后备配
一般取2.0S跳主变低压侧开关
3.110kV侧过负荷
电流:
1.25×Ie=1.25×165=206.25A取206/40=5.15A
时间:
6.0S发讯
瓦斯保护的整定
10MVA以上轻瓦斯为
重瓦斯气油流的流速整定
（二）2#主变40000/110110±8*1.25%/38.5±2*2.5%/10.5kV
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