【正文】 和創(chuàng)新能力，以便 能夠 更好地適應(yīng) 以后的 工 作 需要。 此 次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是變電所的主變壓器的選擇、短路計(jì)算、配電裝置等的選定進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)變壓器以及線路保護(hù)配置的選擇，來(lái)保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 電力系統(tǒng)是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)不可缺少的一種寶貴能源，它在各個(gè)領(lǐng)域中已獲得了廣泛的應(yīng)用，離開(kāi)了電力，要想實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的物質(zhì)文明和精神文明是根本不可能的，要實(shí)現(xiàn)國(guó)家的現(xiàn)代化也是辦不到的。因此電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，及合理的建設(shè)方式，涉及到國(guó)家經(jīng)濟(jì)和文化的發(fā)展。 其 主要采用的保護(hù)有過(guò)負(fù)荷電保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、瓦斯保護(hù)、變壓器差動(dòng)保護(hù)。 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)與配置是否合理，直接影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，故選擇保護(hù)方式時(shí)， 要 滿足繼電保護(hù)的基本要求。 希望經(jīng)過(guò)自己的 努力，力求此次設(shè)計(jì)的內(nèi)容清楚，層次分明。繼電保護(hù)的設(shè)置、整定、維護(hù)和試驗(yàn)水平將直接影響供電的可靠性、質(zhì)量及用電設(shè)備的安全。繼電保護(hù)裝置是完成繼電保護(hù)功能的核心。 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置應(yīng)符合可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求。 50 年代，我國(guó)工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國(guó)外先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備性能和運(yùn)行技術(shù)，建成了一支具有深 厚繼電保護(hù)理論造詣和豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍，對(duì)全國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍的建立和成長(zhǎng)起了指導(dǎo)作用。這是機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮的時(shí)代，為我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在此期間，從 70年代中，基于集成運(yùn)算放大器的集成電路保護(hù)已開(kāi)始研究。到 90 年代初集成電路保護(hù)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用仍處于主導(dǎo)地位，這是集成電路保護(hù)時(shí)代。 國(guó)內(nèi)目前在電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控、遠(yuǎn)程、通信方面發(fā)展很快。 電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)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 。變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一 部分 說(shuō)明書(shū) 第一章 繼電保護(hù)概述 繼電保護(hù)的基本要求 繼電保 護(hù)裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性四個(gè)基本要求。 選擇性 所謂繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作選擇性就是指當(dāng)系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí)，其繼電保護(hù)僅將故障的設(shè)備和線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路的設(shè)備或斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，應(yīng)由相鄰的設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除。 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，對(duì)于反應(yīng)故障的繼電保護(hù)，要求快速動(dòng)作的主要理由和必要性在于： 1) 快速切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性； 2) 快速切除故障可以防止故障的擴(kuò)大，提高自動(dòng)重合閘和備用電源或設(shè)備自動(dòng)投入成功率，因?yàn)榭焖偾谐收?，?duì)提高故障點(diǎn)餓滅弧速度，縮小短路持續(xù)時(shí)間，防止出現(xiàn)接地 故障發(fā)展為相間故障；兩相短路發(fā)展為三相短路；暫時(shí)性故障發(fā)展為永久性故障等。 4) 快速切除故障可以減輕電氣設(shè)備和線路的損壞程度，短路電流通過(guò)的時(shí)間愈長(zhǎng)，則設(shè)備損壞的程度就愈嚴(yán)重，甚至燒毀，特別在發(fā)電機(jī)變壓器的內(nèi)部短路時(shí)，是不允許帶時(shí)限切除故障的。 一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為 — ，一般斷路器的跳閘時(shí)間為 — ，變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 因此，一般快速保護(hù)切除故障的時(shí)間為 — ；最快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為— ，最小的斷路器跳閘時(shí)間為 — ，所以最快速保護(hù)切除故障的時(shí)間為 — 。 繼電保護(hù)的靈敏性以靈敏系數(shù) senK 來(lái)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)的最小計(jì)算值∕保護(hù)裝置動(dòng)作參數(shù)的整定值 如：過(guò)電流保護(hù)的靈敏系數(shù)為 actKKsen IIK.m in.? （ ） 式中 ——— 保護(hù)區(qū)末端金屬性最小短路電流二次值 actKI. ——— 保護(hù)裝置的二次動(dòng)作電流 2) 對(duì)于反應(yīng)故障時(shí)參數(shù)量降低的保護(hù)裝置 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)的最 大計(jì)算 值 。而在保護(hù)范圍內(nèi)之外發(fā)生的各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，不應(yīng)該誤動(dòng)作。在實(shí)際的運(yùn)行中，可靠性用動(dòng)作正確率來(lái)表示。 繼電保護(hù)的基本原理 電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，會(huì)引起電流的增加和電壓的降低，以及電流與電壓間相位的變化。例如，反應(yīng)電流增加的過(guò)電流保護(hù)反應(yīng)電流與電壓間的相位角變化的方向保護(hù)等，反應(yīng)降低 （或升高）的低壓（或過(guò)電壓）保護(hù)等。 下圖為線路過(guò)電流 保護(hù)的基本原理示意圖，用以說(shuō)明繼電保護(hù)的成和基本原理 +K AL TK TI.I.++信號(hào)Q SQ F 圖 132 繼電保護(hù)原理 在圖中電流繼電器 KA 的線圖接于被保護(hù)線路電流互感器 TA 的二次回路，即保護(hù)的測(cè)量回路，他檢察被保護(hù)線路的運(yùn)行狀態(tài)，測(cè)量線路中電流的大小。時(shí)間繼電器 KT 動(dòng)作，其延時(shí)觸點(diǎn)閉合接同執(zhí)行回路中的信號(hào)繼電器 KS和斷路器 QF 的跳閘線圈回路，使斷路器跳開(kāi)，切除故障。以控制過(guò)程信號(hào)性質(zhì)的不同可以分為模擬型和數(shù)字型兩大類。模擬型繼電保護(hù)是由若干個(gè)不同功能的繼電器所組成。由這類繼電器組成的繼電保護(hù)裝置稱為機(jī)電型繼電保護(hù)。由若干跟不同功能的回路，如測(cè)量、比較或比相、觸發(fā)延時(shí)、邏輯和輸出等回路相連接所組成。 電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)根據(jù)被保護(hù)的對(duì)象不同，分為發(fā)電廠變電所電氣設(shè)備的繼電保護(hù)和輸電線路的繼電保護(hù)，簡(jiǎn)稱元件保護(hù)。 按作用的不同繼電保護(hù)又可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。能滿足系統(tǒng)分頂及設(shè)備安全的要求的有選擇性的切除被保護(hù)設(shè)備或線路故障的保護(hù)。后備保護(hù)可分為遠(yuǎn)后備和近后備兩種，遠(yuǎn)后備是指主保護(hù)或斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備。 常用的繼電器 ： 繼電保護(hù)裝置由若干繼電器組成，繼電器是一種能自動(dòng)動(dòng)作的電器，只要施加一個(gè)物理量或當(dāng)施加的物理量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，它就動(dòng)作，這種動(dòng)作特性稱為繼電特性。 ： 繼電器的種類很多，目前一般分類方法如下： ：電磁型、感應(yīng)型、整流型、熱力型等。 這些繼電器又隸屬于反應(yīng)電氣量上升和反映電氣量下降兩大類。 還有反應(yīng)非電器量參數(shù)而動(dòng)作的一類繼電器，如瓦斯繼電器，溫度繼電器等。 ：使過(guò)電流繼電器返回的最大電流值，稱該繼電器的返回電流，用 Ik..re 表示。 變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第二章 保護(hù)裝置裝設(shè)原則 1) 當(dāng)被保護(hù)元件發(fā)生短路或足以破壞系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)動(dòng)作于調(diào)閘，在發(fā)生不正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)動(dòng)作于信號(hào)。保護(hù)裝置應(yīng)以足夠小的動(dòng)作時(shí)限切除故障。 4) 滿足第二項(xiàng)要求或用作后備保護(hù)時(shí)，保護(hù)裝置容許帶一定時(shí)限切除故障。 6) 保護(hù)裝置的電壓葫蘆斷線時(shí)，如果可能造成保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，則應(yīng)裝設(shè)電壓回路斷線監(jiān)視或閉鎖裝置。 8) 主保護(hù)裝置除完成主保護(hù)任務(wù)外，如有可能還應(yīng)作為相鄰元件的后備保護(hù)。 10) 為了起到相鄰元件后備保護(hù)作用而使得保護(hù)裝置復(fù)雜化或不能達(dá)到完成的后備作用時(shí)，允許縮短后備范圍。 12) 保護(hù)裝置的靈敏性還應(yīng)該與相鄰設(shè)備或線路配合。 變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第三章 運(yùn)行方式分析 和主接線的選擇 在選擇保護(hù)方式及進(jìn)行繼電保護(hù)的整定計(jì)算時(shí)，對(duì)大多數(shù)保護(hù)都必須認(rèn)真分析與考慮哪種運(yùn)行方式來(lái)作為計(jì)算的依據(jù)，一般而言所選用的保護(hù)方式， 應(yīng)在系統(tǒng)的各種故障參數(shù)增加而動(dòng)作的過(guò)量保護(hù)，如電流保護(hù)，通常應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式來(lái)確定保護(hù)的定值，以保證選擇性，因?yàn)橹灰谧畲筮\(yùn)行方式下能保證選擇性。如低壓保護(hù)，剛剛好相反，此時(shí)應(yīng)根據(jù)最小運(yùn)行方式來(lái)整定，而根據(jù)最大運(yùn)行方式來(lái)校驗(yàn)靈敏性。 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(zhǎng) .對(duì)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(guò)多次計(jì)算才能確定 .對(duì)于某些特殊運(yùn)行方式 ,運(yùn)行時(shí)間很短 ,對(duì)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 . 主接線選擇 電氣主接線 是發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)的首要部分 ,是電氣運(yùn)行人員進(jìn)行各種操作和事故處理的重 要依據(jù) ,也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。電氣主接線應(yīng)滿足其在電力系統(tǒng)中可靠性、靈活性變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 和經(jīng)濟(jì)性三項(xiàng)基本要求。一般系統(tǒng)樞紐變電所匯集多個(gè)大電源，進(jìn)行系統(tǒng)功率交換和以中壓供電，電壓為 330－ 500千伏 。 變電所的分期和最終建設(shè)規(guī)模： 變電所根據(jù) 5－ 10 年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)模進(jìn)行設(shè)計(jì)。 負(fù)荷大小和重要性 1 對(duì)于一級(jí)負(fù)荷必須有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且當(dāng)任何一個(gè)電源失去后，能保證對(duì)全部一級(jí)負(fù)荷不間斷供電。 3 對(duì)于三級(jí)負(fù)荷一般只需一個(gè)電源供電。 2 系統(tǒng)備用容量的大小將會(huì)影響運(yùn)行方式的變化。設(shè)計(jì)主接線時(shí)，應(yīng)充分考慮這個(gè)因素。 2 主變壓器臺(tái)數(shù)、容量和形式；變壓器各側(cè)的額定電壓、阻抗、調(diào)壓范圍及各種運(yùn)行方式下通過(guò)變壓器的功率潮流。 （ 2） 主接線的可靠性要包括一次部分和相應(yīng)的二次部分在運(yùn)行中可靠性的綜合。 2 主接線可靠性的具體要求 （ 1） 斷路器檢修時(shí)，不宜影響對(duì)系統(tǒng)的供電。 靈活性 （ 1） 調(diào)度時(shí)，應(yīng)可以靈活的投入和切除變壓器和線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式、檢修運(yùn)行方式以及特殊運(yùn)行方式下的系統(tǒng)調(diào)度要求。 （ 3） 擴(kuò)建時(shí)，可以容易的從初期接線過(guò)渡到最終接線。 經(jīng)濟(jì)性 （ 1） 投資省 （ 2） 主接線應(yīng)力求簡(jiǎn)單，以節(jié)省斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備。 （ 4） 要能限制短路電流，以便于選擇價(jià)廉的電氣設(shè)備。此外，在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要避免建立復(fù)雜的操作樞紐，為簡(jiǎn)化主接線，變電所接入系統(tǒng)的電壓等級(jí)一般不超過(guò)兩種。當(dāng)產(chǎn)生大量氣體時(shí) ,應(yīng)動(dòng)作于斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器 . (2) 第 條規(guī)定 , 為反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路 ,以及中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組和引線的接地短路及繞組匝間短路 ,應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù) .對(duì)于 10MVA及以上單獨(dú)運(yùn)行變壓器 ,以及 變壓器 ,應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù) .且差動(dòng)保 護(hù)應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于斷開(kāi)變壓器的各側(cè)斷路器。 b) 復(fù)合電壓起動(dòng)過(guò)電流保護(hù) , 宜用于升壓變壓器系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過(guò)電流保護(hù)不符合靈敏性要求 的降壓變壓器。當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的設(shè)備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過(guò)負(fù)荷的情況裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。 因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)中，變壓器容量為 10000KVA，且為油浸式變壓器，綜合考慮確定瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)做為變壓器的主保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)作為變壓器的后備保護(hù)，還要加裝溫度信號(hào)裝置來(lái)監(jiān)視變壓器的油溫。因此，輸電線路的保護(hù)也至關(guān)重要的。 在 66KV 及以下電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)中，采用中性點(diǎn)不接地、經(jīng)高電阻或經(jīng)消弧線圈接地的工作方式。為了保證選擇性、靈敏性及快速切除故障的要求，就必須采用性能更加完善的保護(hù)裝置距離保護(hù)。 線路的保護(hù)： （ 1） 三段階梯電流保護(hù) (2） 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 母線保護(hù)配置方案 當(dāng)發(fā)電廠和重要變電所的高壓母線為雙母線時(shí)，為了提 高供電的可靠性，常采用雙母線同時(shí)運(yùn)行，母線聯(lián)絡(luò)短路器處于投入狀態(tài)。這種母線成為固定連接母線。因此，雙母線差動(dòng)保護(hù)要有： 能區(qū)別那一組母線故障的選擇元件； 變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 能區(qū)別區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障的起動(dòng)元件。在發(fā)生母線故障時(shí)將使停電 的范圍擴(kuò)大，停電的時(shí)間增長(zhǎng)，并將破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 在母線保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，連接在母線上的所有供電元件將同時(shí)被斷開(kāi)，因此要求母線保護(hù)裝置在工作原理、接線和組成元件方面都有很高的可靠性，避免在母線保護(hù)誤動(dòng)作或誤碰時(shí)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。 對(duì)于發(fā)電廠和大容量變電所 610 千伏的分段母線和并聯(lián)運(yùn)行的雙母線在下列情況下應(yīng)裝射專用的母線保護(hù)： （ 1）必須快速和有選擇性的切除一段或一組母線上的故障，以保證發(fā)電廠和重要負(fù)荷的運(yùn)行。 對(duì)于 110 千伏及以上的中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，母線保護(hù)裝置應(yīng)反映各種相間和接地短路故障，保護(hù)裝置由三相式組成。 母線保護(hù)： (1) 單母線保護(hù)用母線完全電流差動(dòng)保護(hù) (2) 雙母線保護(hù)用雙母線固定連接的母線全差動(dòng)保護(hù) 斷路器失靈保護(hù)原則： 斷路器失靈保護(hù)應(yīng)符合要求 :