【正文】 星元變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 1 第一篇 說明書 1 引 言 本設(shè)計(jì)書是根據(jù) 2021 年畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求所編寫的，是為了讓畢業(yè)生適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展需要，使畢業(yè)生能更深刻、實(shí)際的接觸電力系統(tǒng)的各類相關(guān)知識。 本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)課題是 星元 變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì)。 繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)中最不可缺少的，電力系統(tǒng)在運(yùn)行中不可避免的會(huì)出現(xiàn)各種故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，這些故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)若不及時(shí)正確處理，都可能引發(fā)一系列的事故，造成電能質(zhì)量降低到不能允許的程度，造成人身傷亡及電氣設(shè)備損壞等，后果之嚴(yán)重是不可預(yù)示的，所以必須裝設(shè)繼電保護(hù)裝置， 盡量防止故障的發(fā)生。所以在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，繼電保護(hù)裝置的選擇是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 本設(shè)計(jì)共分兩篇。第一篇 是 說明書；第二篇是計(jì)算書；其中說明書包括七部分，第一部分是引言，第二部分是運(yùn)行方式分析；第三部分是繼電保護(hù)概述；第四部分是全所（廠）保護(hù)配置說明；第五部分 是全所（廠）保護(hù)原理說明； 其次計(jì)算書包括兩部分，第一部分 是短路電流計(jì)算，主要介紹了短路電流的計(jì)算及對線路的整定計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)；第 二部分 是整定計(jì)算部分。 本設(shè)計(jì)書編寫過程中曾遇到過各種各樣的問題和困難，指導(dǎo)老師李晶老師給予了寶貴的意見的精心指導(dǎo)，在此表示深切的謝 意。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 2 運(yùn)行方式分析 運(yùn)行方式分析 本次設(shè)計(jì) — 星元 變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì)，只有一個(gè)電源（ 房山 電廠），兩臺(tái)變壓器（ SFPS— 9000/220），主接線是雙母線接線。 考慮其運(yùn)行方式，原則上應(yīng)盡可能使其供電系統(tǒng)發(fā)生事故式負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，能起應(yīng)急電源作用，能繼續(xù)維持部分生產(chǎn)。當(dāng)系統(tǒng)故障跳閘時(shí)，切除次要負(fù)荷，以免發(fā)電機(jī)因過載而相繼跳閘。當(dāng)“解列”時(shí)發(fā)電機(jī)一種可能是處于過負(fù)荷狀態(tài)，即發(fā)電機(jī)發(fā)出功率不小于用戶用電的功率，這時(shí)發(fā)電機(jī)難以維持運(yùn)行。另一種可能是發(fā)電機(jī)處于欠負(fù)荷狀態(tài)，即發(fā)電機(jī)發(fā)出的 功率大于用戶用電功率，過時(shí)減少熱負(fù)荷發(fā)電機(jī)仍能維持正常運(yùn)行。應(yīng)盡量設(shè)法維持發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性。 在選擇保護(hù)方式及對其進(jìn)行整定運(yùn)行時(shí)，都必須考慮系統(tǒng)運(yùn)行方式變化帶來的影響。所選用的保護(hù)方式，應(yīng)在各種系統(tǒng)運(yùn)行方式下都能滿足選擇性和靈敏性的要求。對過量保護(hù)來說，通常都是根據(jù)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式確定保護(hù)的整定值，以保證選擇性，因?yàn)橹灰谧畲筮\(yùn)行方式下能保證選擇性，在其他運(yùn)行方式也一定能保證選擇性；靈敏度符合要求，在其他運(yùn)行方式下，靈敏度也一定能滿足要求。對某些保護(hù)，在整定計(jì)算時(shí)，還要按正常運(yùn)行方式 來決定動(dòng)作值或計(jì)算靈敏度。 最大運(yùn)行方式 根據(jù)系統(tǒng)最大負(fù)荷的需要，電力系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備都投入運(yùn)行（或大部分投入運(yùn)行 ）以及選定的接地中性點(diǎn)全部接地的系統(tǒng)運(yùn)行方式稱為最大運(yùn)行方式。 對于繼電保護(hù)來說，是短路時(shí)通過保護(hù)的短路電流最大的運(yùn)行方式。 最小運(yùn)行方式 根據(jù)系統(tǒng)最小負(fù)荷 的需要 ，投入與之相適應(yīng)的發(fā)電設(shè)備且系統(tǒng)中性點(diǎn)只有少星元變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 3 部分接地的運(yùn)行方式稱為最小運(yùn)行方式。對繼電保護(hù)來說，是短路時(shí)通過保護(hù)的短路電流最小的運(yùn)行方式。 正常運(yùn)行方式 根據(jù)系統(tǒng)正常負(fù)荷的需要，投入與之相適應(yīng)數(shù)量的發(fā) 電機(jī)、變壓器和線路的運(yùn)行方式稱為正常運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式在一年之內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間最長。對更復(fù)雜的系統(tǒng)，最大、最小運(yùn)行方式的判斷是比較困難的，有時(shí)需要經(jīng)過多次計(jì)算才能確定。對于某些特殊運(yùn)行方式，運(yùn)行時(shí)間很短，對保證保護(hù)的選擇性或靈敏性有困難時(shí)，且在保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)不會(huì)引起大面積停電的情況下，可不予考慮。 單電源的運(yùn)行方式 根據(jù)任務(wù)書的給定的條件，本次設(shè)計(jì)的最大運(yùn)行方式是兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行（容量為 2 90MVA），并且根據(jù)短路點(diǎn)的位置選擇短路電流的路徑，可得到流過的最大電流。最小運(yùn)行方式是西嶺電廠單獨(dú)供 電給小西變電所，變電所內(nèi)只有一臺(tái)變壓器投入運(yùn)行，根據(jù)短路點(diǎn)的位置選擇短路電流的路徑，可得到流過短路器的最小電流（容量為 90MVA ）。 雙母線接線的特點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)采用雙母線接線，它具有兩組母線：工作母線Ⅰ和備用母線Ⅱ。每回線路都經(jīng)一組斷路器和兩組隔離開關(guān)分別與兩組母線連接，母線之間通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器 CQF 連接，稱為雙母線接線。 由于有了兩組母線，使運(yùn)行的可靠性和靈活性大為提高。其特點(diǎn)如下： （ 1）檢修任一母線時(shí)，通過兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障后 ，能迅速恢復(fù)供電；檢修任一回路的母線隔離開關(guān)時(shí)，只需斷開此隔離開關(guān)所屬的一條電路和與此隔離開關(guān)相連的該組母線，其他電路均可通過另一組母線繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)停止對用戶連續(xù)供電。但其操作步驟必須正確。例如，檢修工作母線，可將全部電源和線路倒換到備用母線上。操作步驟是：先合上母聯(lián)斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)，再合母聯(lián)斷路器 CQF，向備用母線充電，此時(shí)，兩組母線等電位，為保證不中斷供電，按先通后斷原則進(jìn)行操作，即先接通備用母線上的隔離開關(guān)，再斷開工作母線上的隔離開關(guān)，完成母線轉(zhuǎn)換后，再斷開母聯(lián)斷路器 CQF 及其兩側(cè)的隔離開關(guān)，即 可對母線Ⅰ進(jìn)行檢修。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 （ 2）檢修任一組母線隔離開關(guān)時(shí)，只需斷開此隔離開關(guān)所屬的一條電路和與此隔離開關(guān)相連的該組母線，其它電路均可通過另一組母線繼續(xù)運(yùn)行。 （ 3）運(yùn)行調(diào)度靈活，通過倒閘操作可以形成不同運(yùn)行方式。例如：當(dāng)母聯(lián)斷路器閉合，兩組母線同時(shí)運(yùn)行，進(jìn)出線分別接在兩組母線上，即相當(dāng)單母線分段運(yùn)行；當(dāng)母聯(lián)斷路器斷開，一組母線運(yùn)行，另一組母線備用，全部進(jìn)出線接于運(yùn)行母線上，即相當(dāng)于單母線運(yùn)行。 （ 4）檢修任一斷路器，只需短時(shí)停電。此時(shí)將母聯(lián)斷路器代替欲檢修的斷路器。 雙母線接線的缺點(diǎn) 雙母線接線的主要 缺點(diǎn)是：在倒母線的操作過程中，隔離開關(guān)作為操作電器容易發(fā)生誤操作；檢修任一回路的斷路器或母線故障時(shí)，仍將短時(shí)停電；另外，增加了母線隔離開關(guān)的數(shù)目和有色金屬消耗量，并且使配電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以經(jīng)濟(jì)性能差。 為了消除上述某些缺點(diǎn)可以采取如下措施： （ 1） 正常運(yùn)行時(shí)，采用單母線分段的運(yùn)行方式，以減少母線故障短時(shí)停電的范圍。 （ 2） 為防止誤操作，要求運(yùn)行人員熟悉操作規(guī)程，另外在隔離開關(guān)與斷路器之間裝設(shè)特殊的閉鎖裝置，以保證正確的操作順序。 （ 3） 采用雙母線分段，進(jìn)一步減少母線故障影響范圍。但起經(jīng)濟(jì)性將更差。 為了不停電檢 修出線斷路器，可以采用雙母線帶旁路母線的接線。 星元變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 5 3 繼電保護(hù)概述 繼電保護(hù)概述 繼電保護(hù)的作用： 由于電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣的老化、損壞或工作人員的誤操作、雷擊、外力破壞等原因，可能使運(yùn)行中的電力系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常運(yùn)行情況。常見的故障是各種形式的短路，如三相短路、兩相短路、兩相對地短路、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的一相對地短路、電氣設(shè)備繞組層間和匝間短路等。各種短路均會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，同時(shí)使電力系統(tǒng)的電壓水平下降，從而引發(fā)如下嚴(yán)重后果。 （ 1） 短路電流產(chǎn)生的電弧將短路點(diǎn)的電氣設(shè) 備燒壞； （ 2） 短路電流通過非故障設(shè)備，由于發(fā)熱和電動(dòng)力的作用，很可能使非故障元件損壞或縮短其使用壽命； （ 3） 電力系統(tǒng)電壓水平下降，影響用電單位的生產(chǎn)，出現(xiàn)次品及廢品，甚至燒毀電動(dòng)機(jī)； （ 4） 電力系統(tǒng)電壓下降，可能破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，使系統(tǒng)振蕩而導(dǎo)致崩潰。 電力系統(tǒng)中各種設(shè)備之間都有電或磁的聯(lián)系 ，當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障，在很短的時(shí)間之內(nèi)就會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的其他部 分。因此，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，必須盡快將其切除，恢復(fù)正常運(yùn)行，減少對用電單位的影響；而當(dāng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行情況時(shí)要及時(shí)處理，以免引起故障。 繼電保護(hù)裝置是一種能反應(yīng) 電力系統(tǒng)電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常狀態(tài)而作用于開關(guān)跳閘或發(fā)出信號的自動(dòng)裝置。為了保證對用電單位的連續(xù)供電，故障切除以后，應(yīng)盡快地使電氣設(shè)備再次投入運(yùn)行或由其他電源和設(shè)備替代工作。因此，電力系統(tǒng)中除了安裝繼電保護(hù)以外，還需裝設(shè)各種自動(dòng)裝置，如自動(dòng)重合閘、備用電源自動(dòng)投入裝置以及自動(dòng)低周波減載裝置等。 繼電保護(hù)的基本原理： 電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)引起電流的增加和電壓的降壓以及電流與電壓間沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 相位的變化，因此電力系統(tǒng)中所應(yīng)用的各種繼電保護(hù)，大多數(shù)是利用故障時(shí)物理量與正常時(shí)物理量的差別來構(gòu)成。繼電保護(hù)原理 的結(jié)構(gòu)方框圖，如圖所示。由三大部分組成，分別為：測量部分：用來測量被保護(hù)設(shè)備輸入的有關(guān)信號，并和已給定的整定值進(jìn)行比較判斷是否應(yīng)該啟動(dòng)；邏輯部分：根據(jù)測量部分輸出量的大小或性質(zhì)及其組合或輸出性質(zhì)，使保護(hù)按照一 定的邏輯程序工作，并將信號傳輸給執(zhí)行部分：執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分傳輸?shù)男盘枺詈笕ネ瓿杀Ｗo(hù)裝置所負(fù)擔(dān)的任務(wù)，給出跳閘或信號脈沖。 故障參數(shù) 跳閘或 信號脈沖 整定值 對繼電保護(hù)的基本要求： 根據(jù)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中所擔(dān)負(fù)的任 務(wù)，繼電保護(hù)裝置必須滿足以下四個(gè)基本要求，即選擇性、快速性、靈敏性和可靠性。一般情況下，作用于斷路器跳閘的繼電保護(hù)裝置，應(yīng)當(dāng)同時(shí)滿足這四個(gè)要求，而反應(yīng)不正常工作狀態(tài)并作用于信號的繼電保護(hù)裝置，則某一部分的要求（如快速性），可以降低一些。 (1)選擇性 電力 系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)該有選擇性地切除故障部分，使非故障部分繼續(xù)運(yùn)行 ，以盡量縮小停電范圍。這種性能稱為繼電保護(hù)裝置的選擇性。即繼電保護(hù)裝置能正確的斷開離故障點(diǎn)最近的故障點(diǎn)。 (2)速動(dòng)性 速動(dòng)性 就是指保護(hù)快速切除故障的性能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故 障時(shí)， 快速地切除故障，可以提高電力系統(tǒng) 并列運(yùn)行 的穩(wěn)定性，減少對用 戶在低電壓下的工作時(shí)間，減少故障元件的損壞程度，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大 。 故障切除的時(shí)間等于繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間與斷路器跳閘時(shí)間之和。 即： t= QFoper tt ? 式中 t故障切除時(shí)間； opert 保護(hù)動(dòng)作時(shí)間； QFt 斷路器跳閘時(shí)間； 一般 的 快速保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間 約 —— ， 最快的可達(dá) ——。 一般 的斷路器 的動(dòng)作時(shí)間約 —— ， 最快的可達(dá) —— 。 測量 部分 邏輯 部分 執(zhí)行 部分 星元變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 7 目前油斷路器的跳閘時(shí)間約 —— ，空氣斷路器和 SF6斷路器的跳閘時(shí)間約 —— 。高壓電網(wǎng)中快速保護(hù)裝置的最小動(dòng)作時(shí)間約 ——。所以切除故障的最小時(shí)間可達(dá) —— ，對不同電壓等級和不同結(jié)構(gòu)的電力網(wǎng)絡(luò)，切除故障的最小時(shí)間有不同要求。一般對 220—— 330KV 的電力網(wǎng)絡(luò)為 —— ，對 110KV 的電力網(wǎng)絡(luò) 為 —— ，對配電網(wǎng)絡(luò)為—— 。目前生產(chǎn)的繼電保護(hù)裝置，一般都可滿足電力網(wǎng)絡(luò)對快速切除故障的要求。 對動(dòng)作于信號的保護(hù)裝置，如過負(fù)荷保護(hù)，不要求速動(dòng)行。 (3)靈敏性 即在 規(guī)定的 保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)裝置的反應(yīng)能 力 。繼電保護(hù)的靈敏性以靈敏系數(shù)來衡量。 靈敏系數(shù) = 保 護(hù) 區(qū) 末 端 金 屬 性 短 路 時(shí) 故 障 參 數(shù) 量 最 小 計(jì) 算 值保 護(hù) 裝 置 動(dòng) 作 參 數(shù) 的 整 定 值 例如：過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)為 .min.KsenK actIk I? 式中 .minKI —— 保護(hù)區(qū)末端金屬性短路時(shí)的最小短路電流二次值； .KactI —— 保護(hù)裝置的二次動(dòng)作電流。 靈敏系數(shù) = 保 護(hù) 裝 置 動(dòng) 作 參 數(shù) 的 整 定 值保 護(hù) 區(qū) 末 端 金 屬 性 短 路 時(shí) 故 障 參 數(shù) 量 最 小 計(jì) 算 值 例如：低電壓保護(hù)的靈敏系數(shù)為 ..maxK actsenresdUK U? 式中 .KactU —— 保護(hù)裝置動(dòng)作電壓的二次值； .maxresdU —— 保護(hù)區(qū)末端短路時(shí)，在保護(hù)安裝處母線上的最大殘余電壓二次值。 對不同作用的保護(hù)裝置和被保護(hù)設(shè)備，所要求的靈敏系數(shù)是不同的，在《繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)程》中都有規(guī)定。 一般的過電流保護(hù)裝置，要求靈敏系數(shù)為 —— 2。 (4)可靠性： 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 保護(hù)裝置的可靠性是指在其保護(hù)范圍內(nèi)、外發(fā)生故障時(shí)，該動(dòng)作時(shí)應(yīng)可靠動(dòng)作，不該動(dòng)作時(shí)應(yīng)可靠不動(dòng)作。保護(hù)裝置工作的可靠性是非常重要的，因?yàn)椴豢煽康谋Ｗo(hù)裝置輕則誤發(fā) 警告信號，重則將擴(kuò)大事故或直接造成事故。 保護(hù)裝置不能可靠工作的主要原因是安裝調(diào)試質(zhì)量不高、運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)、繼電器質(zhì)量差及設(shè)計(jì)不合理等。為了提高保護(hù)工作的可靠性，必須注意以下幾個(gè)方面： ⑴保護(hù)裝置應(yīng)該采取質(zhì)量高、動(dòng)作可靠的繼電器元件和器件； ⑵保護(hù)裝置的接線應(yīng)盡可能地簡化，盡量減少繼電器及串聯(lián)接點(diǎn)； ⑶提高保護(hù)裝置的安裝和調(diào)試質(zhì)量，并加強(qiáng)經(jīng)常性的維護(hù)管理。 保護(hù)裝置的選擇性