【正文】 1 緒 論 變電站繼電保護(hù)的發(fā)展變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。電氣主接線是發(fā)電廠變電所的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線的擬定直接關(guān)系著全廠（所）電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動裝置的確定，是變電站電氣部分投資大小的決定性因素。繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀，電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護(hù)技術(shù)得天獨(dú)厚，在40余年的時(shí)間里完成了發(fā)展的4個(gè)歷史階段。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。國內(nèi)外繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的趨勢為：計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化。繼電保護(hù)的未來發(fā)展，繼電保護(hù)技術(shù)未來趨勢是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。微機(jī)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢：① 高速數(shù)據(jù)處理芯片的應(yīng)用② 微機(jī)保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)化③ 保護(hù)、控制、測量、信號、數(shù)據(jù)通信一體化④ 繼電保護(hù)的智能化。 繼電保護(hù)裝置的基本要求繼電保護(hù)及自動裝置屬于二次部分，它對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。對繼電保護(hù)裝置的基本要求有四點(diǎn)：即選擇性、靈敏性、速動性和可靠性。 繼電保護(hù)整定繼電保護(hù)整定的基本任務(wù)就是要對各種繼電保護(hù)給出整定值，而對電力系統(tǒng)中的全部繼電保護(hù)來說，則需要編出一個(gè)整定方案。整定方案通?？砂措娏ο到y(tǒng)的電壓等級或者設(shè)備來編制，并且還可按繼電保護(hù)的功能劃分小方案分別進(jìn)行。例如：35kV變電站繼電保護(hù)可分為：相間短路的電壓、電流保護(hù)，單相接地零序電流保護(hù)，短線路縱聯(lián)差動保護(hù)等。整定計(jì)算一般包括動作值的整定、靈敏度的校驗(yàn)和動作時(shí)限的整定三部分。并且分為：① 無時(shí)限電流速斷保護(hù)的整定。② 動作時(shí)限的整定。③ 帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的整定。 本文的主要工作在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我主要做了關(guān)于35kV變電站的繼電保護(hù), 充分利用自己所學(xué)的知識，嚴(yán)格按照任務(wù)書的要求，圍繞所要設(shè)計(jì)的主接線圖的可靠性，靈活性，經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究，包括：負(fù)荷計(jì)算、主接線的選擇、短路電流計(jì)算、主變壓器繼電保護(hù)的配置以及線路繼電保護(hù)的計(jì)算與校驗(yàn)的研究等等。2 設(shè)計(jì)概述1) 繼電保護(hù)設(shè)計(jì)任務(wù)書。2) 國標(biāo)GB5006292《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》。3) 《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》（山東工業(yè)大學(xué)）。本設(shè)計(jì)為35kV降壓變電所。主變?nèi)萘繛?300kVA，電壓等級為35/10kV。1) 35kV供電系統(tǒng)圖,。2) 系統(tǒng)參數(shù)：電源I短路容量：SIDmax=200MVA；電源Ⅱ短路容量：SⅡDmax=250MVA；供電線路：L1=15km，L2=10km，線路阻抗：XL=。 35kV系統(tǒng)原理接線圖3) 變電站10kV側(cè)母線負(fù)荷情況 10kV母線側(cè)負(fù)荷情況負(fù) 荷名 稱最大負(fù)荷（kW）功 率因 數(shù)導(dǎo) 線型 號線路電抗標(biāo)幺值回路數(shù)供 電方 式線路長度（km）織布廠1200LGJ351架空線8膠木廠1200LGJ351架空線8印染廠1200LGJ351架空線8配電所1600LGJ351架空線10煉鐵廠1700LGJ351架空線104) BB2主變?nèi)萘俊⑿吞枮?300kVA之SF16300/35型雙卷變壓器，YΔ/11之常規(guī)接線方式，具有帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭，可進(jìn)行有載調(diào)壓。其中Uk %=。5) 運(yùn)行方式：以SI、SⅡ 全投入運(yùn)行，線路L1～L2全投。QF1合閘運(yùn)行為最大運(yùn)行方式；以SⅡ停運(yùn)，線路L2停運(yùn)，QF1斷開運(yùn)行為最小運(yùn)行方式。6) 。3 主接線方案的選擇與負(fù)荷計(jì)算電氣主接線主要是指在發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)中，為滿足預(yù)定的功率傳送和運(yùn)行等要求而設(shè)計(jì)的、表明高壓電氣設(shè)備之間相互連接關(guān)系的傳送電能的電路。電路中的高壓電氣設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、斷路器、隔離刀閘、線路等。它們的連接方式對供電可靠性、運(yùn)行靈活性及經(jīng)濟(jì)合理性等起著決定性作用。對一個(gè)電廠而言，電氣主接線在電廠設(shè)計(jì)時(shí)就根據(jù)機(jī)組容量、電廠規(guī)模及電廠在電力系統(tǒng)中的地位等，從供電的可靠性、運(yùn)行的靈活性和方便性、經(jīng)濟(jì)性、發(fā)展和擴(kuò)建的可能性等方面，經(jīng)綜合比較后確定。它的接線方式能反映正常和事故情況下的供送電情況。電氣主接線又稱電氣一次接線圖。 電氣主接線應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求： 1）運(yùn)行的可靠性：可靠性是指一個(gè)元件，一個(gè)系統(tǒng)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)及一定的條件下完成預(yù)定功能的能力，供電可靠性是電力生產(chǎn)和分配的首要要求，對發(fā)電廠，變電所主接線可靠性的要求程度，與其在電力系統(tǒng)中的地位，作用有關(guān)，而地位作用則是由其容量，電壓等級，負(fù)荷大小以及類別等因素決定。具體要求有：斷路器檢修時(shí)，不宜影響對系統(tǒng)的供電；斷路器或母線故障時(shí)以及母線或隔離開關(guān)檢修時(shí)，盡量減少停運(yùn)出線的回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間，并保證對一二類負(fù)荷的供電；盡量避免發(fā)電廠或變電所全部停運(yùn)的可能性；對裝有大型機(jī)組的發(fā)電廠或超高壓變電所應(yīng)滿足可靠性的特殊要求。2）運(yùn)行的靈活性：主接線系統(tǒng)應(yīng)能靈活地適應(yīng)各種工作情況，特別是當(dāng)一部分設(shè)備檢修或工作情況發(fā)生變化時(shí)，能夠通過倒換開關(guān)的運(yùn)行方式，做到調(diào)度靈活，不中斷向用戶的供電。在擴(kuò)建時(shí)應(yīng)能很方便的從初期建設(shè)到最終接線。3）運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性：主接線系統(tǒng)還應(yīng)保證運(yùn)行操作的方便以及在保證滿足技術(shù)條件的要求下，做到經(jīng)濟(jì)合理，盡量減少占地面積，節(jié)省投資。盡量做到年運(yùn)行費(fèi)小，包括電能損耗。折舊費(fèi)及大修費(fèi)，日常小修費(fèi)等維護(hù)費(fèi)。其中電能損耗主要由變壓器引起，因此，要合理的選擇主變壓器的形式，容量，臺數(shù)和避免變壓而增加電能損耗。并在可能的情況下，采取一次設(shè)計(jì)，分期投資，投產(chǎn)，盡快發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。 1) 當(dāng)滿足運(yùn)行要求時(shí)，應(yīng)盡量少用或不用斷路器，以節(jié)省投資。2) 當(dāng)變電所有兩臺變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，二次側(cè)應(yīng)采用斷路器分段的單母線接線。3) 當(dāng)供電電源只有一回線路，變電所裝設(shè)單臺變壓器時(shí)，宜采用線路變壓器組接線。4) 為了限制配出線短路電流，具有多臺主變壓器同時(shí)運(yùn)行的變電所，應(yīng)采用變壓器分列運(yùn)行。5) 接在線路上的避雷器，不宜裝設(shè)隔離開關(guān)；但接在母線上的避雷器，可與電壓互感器合用一組隔離開關(guān)。6) 6～10kV固定式配電裝置的出線側(cè)，在架空線路或有反饋可能的電纜出線回路中，應(yīng)裝設(shè)線路隔離開關(guān)。采用6～10 kV熔斷器負(fù)荷開關(guān)固定式配電裝置時(shí)，應(yīng)在電源側(cè)裝設(shè)隔離開關(guān)。7) 由地區(qū)電網(wǎng)供電的變配電所電源出線處，宜裝設(shè)供計(jì)費(fèi)用的專用電壓、電流互感器（一般都安裝計(jì)量柜）。8) 當(dāng)?shù)蛪耗妇€為雙電源，變壓器低壓側(cè)總開關(guān)和母線分段開關(guān)采用低壓斷路器時(shí)，在總開關(guān)的出線側(cè)及母線分段開關(guān)的兩側(cè)，宜裝設(shè)刀開關(guān)或隔離觸頭。對于電源進(jìn)線電壓為35kV及以上的變電站，通常是經(jīng)變電站總降壓變電所降為10kV的高壓配電電壓，然后經(jīng)下一級變電所，降為一般低壓設(shè)備所需的電壓?？偨祲鹤冸娝鹘泳€圖表示變電站接受和分配電能的路徑，由各種電力設(shè)備（變壓器、避雷器、斷路器、互感器、隔離開關(guān)等）及其連接線組成，通常用單線表示。主接線對變電所設(shè)備選擇和布置，運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，繼電保護(hù)和控制方式都有密切關(guān)系，是供電設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。、二次側(cè)均采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖單母分段接線：即用分段斷路器或分段隔離開關(guān)將母線分成若干段。這種主接線圖兼有內(nèi)外橋式接線的運(yùn)行靈活性的優(yōu)點(diǎn)，但所用高壓開關(guān)設(shè)備較多，可供一、二級負(fù)荷，適用于一、二次側(cè)進(jìn)出線較多的總降壓變電所分段的單母線與不分段的相比較，提高了接線的可靠性和靈活性。兩母線可分裂運(yùn)行（分段斷路器斷開）也可并列運(yùn)行（分段斷路器接通）；重要用戶可以用雙回路接于不同母線段，保證不間斷供電；任一母線或母線隔離開關(guān)檢修，只停運(yùn)該段，其他段可繼續(xù)供電，減小了停電范圍。適用范圍 ：①6～10kV配電裝置，出線回路數(shù)為6回及以上時(shí)；②35～63kV配電裝置，出線回路為4～8回時(shí)；③110220kV配電裝置，出線回路為3～4回時(shí)。多數(shù)情形中，分段數(shù)和電源數(shù)相同。本次設(shè)計(jì)的35kV變電站出線回路側(cè)為4～8回，而且多為一、二級負(fù)荷，是連續(xù)運(yùn)行，負(fù)荷變動較小，電源進(jìn)線較短，主變壓器不需要經(jīng)常切換，另外再考慮到今后的長遠(yuǎn)發(fā)展。采用一、二次側(cè)單母線分段的總降壓變電所主接線（即全橋式接線） 一次側(cè)采用外橋式結(jié)線、二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖這種主接線，其一次側(cè)的高壓斷路器跨接在兩路電源進(jìn)線之間，但處在線路斷路器的外側(cè)，靠近電源方向，因此稱為外橋式結(jié)線。這種主接線的運(yùn)行靈活性也較好，供電可靠性同樣較高，適用于一、二級負(fù)荷的工廠。但與內(nèi)橋式結(jié)線適用的場合有所不同。這種外橋式適用于電源線路較短而變電所負(fù)荷變動較大、適用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需經(jīng)常切換的總降壓變電所。當(dāng)一次電源電網(wǎng)采用環(huán)行結(jié)線時(shí)，也宜于采用這種結(jié)線，使環(huán)行電網(wǎng)的穿越功率不通過進(jìn)線斷路器，這對改善線路斷路器的工作及其繼電保護(hù)的整定都極為有利。，二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖這種主接線，其一次側(cè)的高壓斷路器跨接在兩路電源線之間，猶如一座橋梁，而處在線路斷路器的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器，因此稱為內(nèi)橋式結(jié)線。這種接結(jié)線的運(yùn)行靈活性較好，供電可靠性較高，適用于一、二級負(fù)荷工廠。這種內(nèi)橋式結(jié)線多用于電源線路較長因而發(fā)生故障和停電檢修的機(jī)會較多、并且變電所的變壓器不需要經(jīng)常切換的總降壓變電所。 一、二次側(cè)均采用雙母線的總降壓變電所主電路圖采用雙母線接線較之采用單母線接線，供電可靠性和運(yùn)行靈活性大大提高，但開關(guān)設(shè)備也大大增加，從而大大增加了初投資，所以雙母線接線在工廠電力系統(tǒng)在工廠變電所中很少運(yùn)用主要用與電力系統(tǒng)的樞紐變電所。并且對于35kV的配電裝置，此接線方式的回路數(shù)多在8回以上或者連接電源較多，負(fù)荷較大時(shí)。 35kV變電所主接線簡圖綜上所述：本次設(shè)計(jì)采用一、二次側(cè)均為單母分段總降壓變電所這種接線 35kV變電所主接線圖 負(fù)荷計(jì)算 負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容和目的1) 計(jì)算負(fù)荷又稱需要負(fù)荷或最大負(fù)荷。計(jì)算負(fù)荷是一個(gè)假想的持續(xù)性的負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時(shí)間內(nèi)實(shí)際變動負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。在配電設(shè)計(jì)中，通常采用30分鐘的最大平均負(fù)荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。2) 尖峰電流指單臺或多臺用電設(shè)備持續(xù)1秒左右的最大負(fù)荷電流。一般取啟動電流上午周期分量作為計(jì)算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護(hù)元件等的依據(jù)。在校驗(yàn)瞬動元件時(shí)，還應(yīng)考慮啟動電流的非周期分量。3) 平均負(fù)荷為一段時(shí)間內(nèi)用電設(shè)備所消耗的電能與該段時(shí)間之比。常選用最大負(fù)荷班（即有代表性的一晝夜內(nèi)電能消耗量最多的一個(gè)班）的平均負(fù)荷，有時(shí)也計(jì)算年平均負(fù)荷。平均負(fù)荷用來計(jì)算最大負(fù)荷和電能消耗量。 負(fù)荷計(jì)算的方法負(fù)荷計(jì)算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項(xiàng)式法等幾種。需要系數(shù)法公式簡單，計(jì)算方便，適用于各類變、配電所和供配電干線以及長期運(yùn)行而且負(fù)載平穩(wěn)的用點(diǎn)設(shè)備和生產(chǎn)車間（如鍋爐引風(fēng)機(jī)、水源泵站、集中空壓站）的負(fù)荷計(jì)算。但不適合用電設(shè)備臺數(shù)少，各臺間容量懸殊且工作制度不同時(shí)的電力負(fù)荷計(jì)算。二項(xiàng)式法將負(fù)荷分為基本部分和附加部分，后者系考慮一定數(shù)量大容量設(shè)備的影響。適用于機(jī)修類用電設(shè)備的計(jì)算，其他各類車間和車間變電所設(shè)計(jì)亦常采用。二項(xiàng)式法所得計(jì)算結(jié)果一般偏大。利用系數(shù)法以概率論為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)備利用率并考慮設(shè)備臺數(shù)以及各臺間功率差異的影響確定計(jì)算負(fù)荷與平均負(fù)荷間的偏差量（這反映在最大系數(shù)中大于1的部分），從而求得最大負(fù)荷。這種計(jì)算方法更具客觀性和普遍性，適用于各種類型負(fù)荷的計(jì)算，所求得的結(jié)果更接近實(shí)際。但由于國內(nèi)對利用系數(shù)缺乏切實(shí)的工作和數(shù)據(jù)的積累，計(jì)算方法本身也較上述兩種方法復(fù)雜，故尚未得到廣泛采用。在本次設(shè)計(jì)中采用需要系數(shù)法確定 本次設(shè)計(jì)的負(fù)荷計(jì)算?。? 根據(jù)原始數(shù)據(jù)表可算出： ； 則 （） （） （） （） （） （）由于規(guī)程要求≥，而由上面計(jì)算可知 =，因此需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。電容器具有投資省，有功功率損耗小，運(yùn)行維護(hù)方便，故障范圍小等特點(diǎn)，因此采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償。公式依據(jù)為： （）式中：Qc—需要補(bǔ)償?shù)臒o功容量，kvar；P30——全企業(yè)的有功計(jì)算負(fù)荷，kW；α—平均負(fù)荷系數(shù)，～；qc——補(bǔ)償率，kvar / kW，查閱相關(guān)工程手冊，可以得出qc=： ()故需要補(bǔ)償容量為1700kvar，選擇兩臺容量850 kvar的電容器并列補(bǔ)償運(yùn)行。4 短路電流計(jì)算在發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其計(jì)算的目的的主要有以下幾個(gè)方面：1)在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采用限制短路電流的措施，均需進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。2)在選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障狀況下都能安全、可靠的工作。同時(shí)又力求節(jié)約資金，這就需要按短路情況進(jìn)行全面校驗(yàn)。