【精品】畢業(yè)設(shè)計35kV總降壓站繼電保護設(shè)計

1、前 言 畢業(yè)設(shè)計是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過畢業(yè)設(shè)計這一過程，能把所學(xué)的相關(guān)專業(yè)知識系統(tǒng)地串接起來，并且對于函授專業(yè)學(xué)生來說，也是一次理論與實踐相結(jié)合的最好測試機會，為將來在實際工作中對專業(yè)知識的運用打下堅實的基礎(chǔ)；設(shè)計的過程是一個獨立思考，遇到問題或困難時通過請教老師，同學(xué)或查閱相關(guān)書籍把問題解決的過程。在這一過程中能培養(yǎng)起我們系統(tǒng)分析問題，解決問題及動手的能力。這次畢業(yè)設(shè)計的題目是：35kv總降壓站繼電保護設(shè)計，其設(shè)計內(nèi)容如下：1、 總降壓站主接線一次設(shè)計；2、 三相短路電流計算；3、 主變壓器繼電保護及整定計算；4、 10kv系統(tǒng)單相接地保護裝置；5、 10kv各出線繼電保護及整定計

2、算；6、 中央信號裝置的設(shè)計；7、 各種圖紙的繪制。由于自己知識的局限性及經(jīng)驗不夠豐富，所以在設(shè)計過程中缺點、錯誤之處在所難免，希望在老師的指教下，自己能更好的總結(jié)和學(xué)習(xí)。中文摘要本文是對35kv總降壓站繼電保護進行設(shè)計。通過對設(shè)計條件和提供數(shù)據(jù)進行認真的研究分析，并在可靠性、經(jīng)濟性的基礎(chǔ)上對各種可能方案進行對比論證，從而確定一個可行的最佳方案。其主要內(nèi)容包括主接線一次設(shè)計、短路電流的計算、設(shè)備的選擇和繼電保護設(shè)計。關(guān)鍵字：電氣主接線、短路計算、變壓器、斷路器、電流互感器、電壓互感器、變壓器繼電保護、線路保護、單相接地、事故信號、預(yù)告信號、cad繪圖、變壓器微機保護。第一章 35kv總降壓站電

3、氣主接線設(shè)計電氣主接線代表了發(fā)電廠或變電站電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，直接影響運行的可靠性、靈活性，而且對電器設(shè)備的選擇、繼電保護和自動裝置的配置、配電裝置的布置、以及控制方式的制定等都有決定性的關(guān)系，因此電氣主接線設(shè)計是發(fā)電廠、變電站設(shè)計的首要部分。本章從設(shè)計任務(wù)要求出發(fā)，以電氣主接線的設(shè)計為中心，分析了電氣主接線的基本要求，綜合各方面的因素，通過技術(shù)和經(jīng)濟論證比較后按要求設(shè)計了35kv總降壓站電氣主接線。第一節(jié) 電氣主接線設(shè)計的原則和步驟一對電氣主接線的基本要求：對電氣主接線的基本要求，概括地說應(yīng)包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性。1. 可靠性安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)

4、，保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求。電氣主接線的可靠性不是絕對的。同樣形式的主接線對某些發(fā)電廠和變電站來說是可靠的，而對另一些發(fā)電廠和變電站來說則不一定滿足可靠性要求。所以，在分析電氣主接線的可靠性時，要考慮發(fā)電廠和變電站在系統(tǒng)中的地位和作用、用戶的負荷性質(zhì)和類別、設(shè)備制造水平及運行經(jīng)驗等諸多因素。2.靈活性電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行運行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾方面：a. 操作的方便性; b.調(diào)度的方便;c.擴建的方便性。3.經(jīng)濟性在設(shè)計主接線時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟性之間。通常設(shè)計應(yīng)在滿足可靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟合理。經(jīng)濟性主要從以下幾方面考慮：a

5、. 節(jié)省一次投資; b.占地面積少; c.電能損耗少二、電氣主接線的設(shè)計原則：電氣主接線的設(shè)計的基本原則是以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標準為準繩，結(jié)合工程實際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術(shù)要求的前提下、兼顧運行、維護方便，盡可能地節(jié)省投資，力爭設(shè)備元件和設(shè)備的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經(jīng)濟、美觀的原則。三、電氣主接線的設(shè)計步驟：1對原始資料分析2主接線方案的擬定與選擇3短路電流計算和主要電器選擇4.繪制電氣主接線圖5.編制工程概算第二節(jié) 電氣主接線圖設(shè)計電氣主接線圖指用規(guī)定的電氣設(shè)備圖形符號和文字符號按工作順序排列，詳細表示電氣設(shè)備或成套

6、裝置的全部基本組成和連接關(guān)系的單線接線圖。圖中電氣設(shè)備按斷開位置畫出。一、對設(shè)計任務(wù)書中所給原始資料分析：設(shè)計任務(wù)書給定系統(tǒng)為：系統(tǒng)電源距總降壓站25km，系統(tǒng)電源35kv，采用35kv，lgj70架空線對總降壓站輸電，總降壓站采用sfl110000/35主變壓器一臺， 由6路10kv架空線對數(shù)個工廠供電。系統(tǒng)最大三相短路容量sxmax=1000mva，最小三相短路容sxmin=500mva。由原始資料可知：給定系統(tǒng)為35kv單電源進線，單臺主變供電，所供用戶為三類負荷的35kv降壓變電站。根據(jù)此降壓變電站在電力系統(tǒng)中的作用和地位，電氣主接線設(shè)計在滿足一般供電可靠性的基礎(chǔ)上，兼顧靈活性、操作方

7、便、安全和經(jīng)濟性來進行設(shè)計。一、35kv進線側(cè)設(shè)計由于變電站為35kv單電源進線，考慮到變電站以后有擴建的可能，而采用單母線接線可方便的擴建為橋式接線、單母線不分段、單母線分段、單元接線等接線形式。因此35kv側(cè)擬采用單母線接線，35kv電源進線用手車柜接入母線，設(shè)備選用戶內(nèi)形。二、主變壓器接線設(shè)計主變壓器采用sfl110000/35型，變壓器中性點采用中性點不接地運行方式。主變壓器35kv側(cè)采用斷路器與35kv母線連接。三、10kv側(cè)接線設(shè)計由于10kv的6路出線所供負荷為工廠，屬三類負荷，最大負荷為95a，對供電可靠性要求不是太高，從經(jīng)濟上考慮10kv母線采用單母線接線。10kv選用戶內(nèi)成

8、套設(shè)備。35kv和10kv母線采用單母線接線的原因：單母線接線的優(yōu)點是： 接線簡單，操作方便、設(shè)備少、經(jīng)濟性好，并且，母線便于向兩端延伸，擴建方便。而缺點是：1. 可靠性差。母線或母線 隔離開關(guān)檢修或故障時，所有回路都要停止工作，也就是要造成全廠或全站長期停電。2. 調(diào)度不方便，電源只能并列運行，不能分列運行，并且線路側(cè)發(fā)生短路時，有較大短路電流。 由于斷路器具有開合電路的專用滅弧裝置，可以開斷或閉合負荷電流和開斷短路電流，故用來作為接通或切斷電路的控制電器。隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，其開合電流能力極低，只能用作設(shè)備停運后退出工作時斷開電路，保證與帶電部分隔離，起著隔離電壓的作用。四站用變壓器接線

9、設(shè)計因為站用變主要是提供廠區(qū)生活用電和設(shè)備檢修用電，當(dāng)主變壓器和10kv母線檢修或故障時，站用變壓器將停電，所以選擇站用變?yōu)?5kv接線。主接線圖見附圖編號01。第二章 三相短路電流計算 第一節(jié) 35kv總降壓站供配電系統(tǒng)干線圖10kvlgj-50 l-1:10km80algj-50 l-2:8km70a 10mval-3:10kmlgj-70系統(tǒng)電源l=25kmmapj=1.5mlgj-7095a35kv l-4:15kmlgj-7090aapj=3.5ml-5:5kmlgj-35sxmax=1000mva50asxmin=500mva l-6:9kmlgj-35 60a 第二節(jié) 短路電流計

10、算概述 短路是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相之間或相與地之間的連接。短路對電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設(shè)備都有很大的危害，其危害主要有下面幾個方面：（1）有電弧產(chǎn)生，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設(shè)備和人員。（2）巨大的短路電流通過導(dǎo)體時，一方面使導(dǎo)體大量發(fā)熱，造成導(dǎo)體過熱甚至熔化，以及使絕緣損壞；另一方面，巨大的短路電流還將產(chǎn)生很大的電動力作用于導(dǎo)體，使導(dǎo)體變形或損壞。（3）短路時系統(tǒng)電壓將大幅度下降，特別是靠近短路點處電壓降低很多，結(jié)果對用戶影響很大，可能破壞部分和全部用戶的供電。（4）電力系統(tǒng)發(fā)生短路時會導(dǎo)致系統(tǒng)解列。 下面的短路計算是基于下面幾個假設(shè)基礎(chǔ)上的：（1） 正常工作

11、時，三相系統(tǒng)對稱運行。（2） 所有電源的電動勢相位角相等。（3） 系統(tǒng)中的同步和異步電機均為理想電機。（4） 電力系統(tǒng)中的各元件的磁路不飽和。（5） 電力系統(tǒng)中的所有電源都在額定負荷下運行，其中50% 負荷接在高壓母線上，50%負荷接在系統(tǒng)側(cè)。（6） 同步電機都具有自動調(diào)整勵磁裝置。（7） 短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。（8） 輸電線路的電容忽略不計。第三節(jié) 短路計算過程短路電流計算的步驟：（1） 網(wǎng)絡(luò)化簡，得到各電源對短路點的轉(zhuǎn)移阻抗；（2） 求各電源的計算阻抗（將各轉(zhuǎn)移阻抗按各發(fā)電機額定功率歸算）；（3） 查運算曲線，得到各發(fā)電機額定功率為基準值的各電源送到短路點電流的標幺值；（4）

12、求（3）中各電流的有名值之和，即為短路點的短路電流。根據(jù)后面的需要,短路電流的計算時間為0s,1s,2s.（5） 在要求提高計算準確度的情況下，可以進行有關(guān)的修正的計算。本文沒有特別的要求就不進行修正計算。網(wǎng)絡(luò)化簡后得到下圖：k310kv l-1 k4 l-2 k5系統(tǒng)電源k2k1 l-335kv k6 變壓器35kv線路l-4sxmax=1000mva k7l-5k8 l-6 根據(jù)原始資料查教材電力系統(tǒng)分析得到各條線路的感抗值： l0=25km =0.417/kml1=10km =0.374/kml2=8km =0.374/kml3=10km =0.364/kml4=15km =0.364/

13、kml5=5km =0.385/kml6=9km =0.385/km根據(jù)總降壓站變壓器型號：sfl1-10000/35查電力變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)表得電壓阻抗百分比ud7.5一、 歸算 取基準容量sj=100mva，35kv側(cè)基準電壓uj1=37kv; 10側(cè)基準電壓uj2 =10.5kv短路點的基準電流： 高壓測：ij1=低壓測：ij2=注：ij1高壓測基準電流 ij2低壓測基準電流 sj基準容量uj1高壓測基準電壓 uj2低壓測基準電壓1、電源系統(tǒng)電抗標么值的計算：（sxmax=1000mva；sxmin500mva）x1max*= x1mix*=注：x1max*最大運行方式下的電抗標么值x1mi

14、x*最小運行方式下的電抗標么值sxmax最大運行方式下的短路容量sxmin最大運行方式下的短路容量2、35kv輸電線路標么值的計算：x*= 注：x*35kv輸電線路標么值線路感抗l線路長度3、主變壓器標么值的計算：xb*注：xb*主變壓器標么值 ud%主變壓器電壓阻抗百分比4、10kv各輸電線路標么值的計算：xl1*xl2*=xl3*=xl4*=xl5*=xl6*=注：xl1*、xl2*、xl3*、xl4*、xl5*、xl6*表示線路一至線路六的標么值、表示線路一至線路六的電抗值第四節(jié) 系統(tǒng)最大短路容量時各點的三相短路電流1、當(dāng) k1點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：

15、短路電流有名值：2、當(dāng) k2點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：3、當(dāng) k3點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：4、當(dāng) k4點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：5、當(dāng) k5點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：6、當(dāng) k6點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：7、當(dāng) k7點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：8、當(dāng) k8點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：

16、短路電流標么值：短路電流有名值：第五節(jié) 系統(tǒng)最小短路容量時各點電流的三相短路1、當(dāng) k1點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：2、當(dāng) k2點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：3、當(dāng) k3點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：4、當(dāng) k4點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：5、當(dāng) k5點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：6、當(dāng) k6點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名

17、值：7、當(dāng) k7點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：8、當(dāng) k8點發(fā)生短路時，短路計算如下 短路電抗標么值：短路電流標么值：短路電流有名值：第六節(jié) 一次設(shè)備的選擇和校驗由于此次設(shè)計內(nèi)容主要是繼電保護，一次設(shè)備的設(shè)計只考慮35kv及10kv斷路器的選擇上。高壓斷路器的作用是在有負荷的情況下即正常情況下能接通或斷開負荷電流，在供電系統(tǒng)故障情況下（發(fā)生短路時），能迅速的切斷短路電流，高壓斷路器選擇的項目有：斷路器的額定電壓、額定電流和額定容量，按短路條件校驗有熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。一、35kv總降壓站35kv側(cè)電氣設(shè)備選擇和校驗（一）根據(jù)已知條件選擇35kv側(cè)斷路器

18、：1.選zn-35/630型戶外式少油斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下：1）額定電壓35 kv2）額定電流630a 3）額定斷流量：8ka4）熱穩(wěn)定電流：4s：8 ka2.將所選斷路器參數(shù)與計算數(shù)據(jù)列表比較，判斷所選斷路器是否滿足要求。斷 路 器 選 擇 結(jié) 果 表zn35/630選擇要求裝設(shè)地點電氣條件結(jié)論比較項目數(shù)據(jù)比較項目數(shù)據(jù)35kv35kv合格630a173.205a合格8ka1.810ka合格17ka4.616ka合格17ka4.616ka合格(ka)2.s3.931(ka)2.s合格 3.結(jié)論：所選斷路器滿足要求。二、10kv變壓器側(cè)斷路器的選擇和校驗（校驗靈敏度）1.根據(jù)已知條件選擇10k

19、v變壓器側(cè)斷路器選擇zn5-10/1000型戶內(nèi)式真空斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下：1）額定電壓10 kv2）額定電1000 a3）額定斷流量=25 ka4）極限通過電流峰值：63ka5）4s熱穩(wěn)定電流：25 ka6）固有分閘時間：0.05s7）合閘時間：0.1s2.將所選斷路器參數(shù)與計算數(shù)據(jù)列表比較，校驗所選斷路器是否滿足要求。斷 路 器 選 擇 結(jié) 果 表zn5-10/1000選擇要求裝設(shè)地點電氣條件結(jié)論比較項目數(shù)據(jù)比較項目數(shù)據(jù)10kv10kv合格1000a606.218a合格25ka3.410ka合格63ka8.696ka合格63ka8.696ka合格(ka)2.s16.279(ka)2.s合

20、格 3.結(jié)論：所選斷路器滿足要求。三.10kv出線線路側(cè)斷路器的選擇和校驗（校驗靈敏度）根據(jù)已知條件選擇10kv出線線路側(cè)斷路器1.選擇zn5-10/630型戶內(nèi)式真空斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下：1）額定電壓10 kv2）額定電流630 a3）額定斷流量：20 ka4）極限通過電流峰值：50ka5）4s熱穩(wěn)定電流：20 ka6）固有分閘時間：0.05s7）合閘時間：0.1s2.將所選斷路器參數(shù)與計算數(shù)據(jù)列表比較，校驗所選斷路器是否滿足要求。斷 路 器 選 擇 結(jié) 果 表zn5-10/630選擇要求裝設(shè)地點電氣條件結(jié)論比較項目數(shù)據(jù)比較項目數(shù)據(jù)10kv10kv合格630a606.218a合格25ka3

21、.410ka合格63ka8.696ka合格63ka8.696ka合格(ka)2.s16.279(ka)2.s合格 3.結(jié)論：所選斷路器滿足要求。第三章 主變壓器保護及整定計算第一節(jié) 變壓器繼電保護故障類型、不正常運行狀態(tài)及其相應(yīng)的保護方式電力變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，且是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件。它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響。因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度考慮裝設(shè)性能良好、工作可靠的繼電保護裝置。一、變壓器的故障1、變壓器的油箱內(nèi)部故障：包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心的燒損等。這些故障將產(chǎn)生電弧，燒壞繞組絕緣及鐵芯，引起絕緣材料及變壓器的強烈

22、氣化，甚至造成油箱的爆炸。2、變壓器的油箱外部故障：主要是變壓器套管和引出線上發(fā)生的相間短路以及單相接地短路等。二、變壓器的不正常運行狀態(tài)由于變壓器外部相間短路引起的過電流和外部接地短路引起的電流和中性點過電壓；由于負荷超過額定容量引起的過負荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。此外，對大容量變壓器，由于其額定工作時磁通密度相當(dāng)接近于鐵芯的飽和磁通密度，因此在過電壓或低頻等異常運行方式下，還會發(fā)生變壓器的過勵磁故障。三、根據(jù)要設(shè)計35kv變電站主變壓器的參數(shù)，可能出現(xiàn)的故障類型、不正常運行狀態(tài)，相關(guān)國家標準的規(guī)定，對該變電站的主變壓器配置以下保護：1. 瓦斯保護：它是油箱內(nèi)部故障的主保護，能反

23、應(yīng)油面降低，并可根據(jù)故障的嚴重程度，動作于信號或跳閘。2. 縱差動保護：用來保護變壓器繞組、套管及引出線上的相間短路、匝間短路及接地短路。3. 復(fù)合電壓起動的過電流保護：主要用作外部短路及內(nèi)部短路時的后備保護。4. 過負荷保護：用來保護變壓器的對稱過負荷。第二節(jié) 變壓器瓦斯保護 該變電站的主變壓器是油浸式的。因此油箱內(nèi)發(fā)生任何類型的故障或不正常工作狀態(tài)都會引起箱內(nèi)油的狀態(tài)發(fā)生變化。瓦斯繼電器具有反映油箱內(nèi)油、氣狀態(tài)和運行情況的功能。用它構(gòu)成的瓦斯保護能反應(yīng)包括縱聯(lián)差動保護不能反應(yīng)的輕微故障在內(nèi)的各種故障和不正常狀態(tài)。瓦斯繼電器是構(gòu)成瓦斯保護的主要元件。它安裝在油箱與油枕之間的連接管道上，為了不

24、妨礙氣體的流通，變壓器安裝時應(yīng)使頂蓋沿瓦斯繼電器的方向與水平面具有1%1.5%的升高坡度。通往繼電器的連接管具有2%4%的升高坡度。瓦斯保護的原理接線圖如下：圖中，瓦斯繼電器中上面的觸點表示“輕瓦斯保護”，動作后經(jīng)延時發(fā)出報警信號。下面的觸點表示“重瓦斯保護”，動作后起動變壓器保護的總出口繼電器，使斷路器跳閘。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，由于油流的不穩(wěn)定可能造成觸點的抖動，為使斷路器能可靠跳閘，選用了具有自保持線圈的bcj中間繼電器。為防止變壓器換油或進行試驗時引起重瓦斯保護誤動，可利用qp將跳閘回路切換到信號回路。瓦斯保護的主要優(yōu)點是動作迅速、靈敏度高、安裝接線簡單、能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生的

25、各種類型故障。瓦斯保護的缺點是不能反應(yīng)油箱以外變壓器套管及引出線等部位發(fā)生的故障，所以不能作為變壓器內(nèi)部故障的唯一保護。第三節(jié)變壓器的差動保護由于瓦斯保護不能保護套管及引出線等油箱外部的故障。因此，容量較大的變壓器上，幾乎都裝設(shè)了縱聯(lián)差動保護，用于保護變壓器繞組、套管及引出線上的短路故障。一、變壓器的差動保護的基本原理差動保護是按比較被保護的變壓器的兩側(cè)電流的大小和相位的原理實現(xiàn)的。為實現(xiàn)比較，因而采用了環(huán)流法接線其保護范圍為兩側(cè)電流互感器之間的全部區(qū)域。差動保護的理如圖所示（圖附后），縱差動保護用于保護變壓器繞組和引出線間的相間斷路，其原理是：正常運行和外部故障時，保護不會動作如圖所示，變壓

26、器高壓側(cè)和低壓側(cè)兩部分都有電流流過，在選擇電流互感器的變比及連接時，要使兩側(cè)的互感器二次側(cè)電流i1和 i2大小相等，方向相反，因此在差動繼電器中流過的電流ig=i1-i2=0,繼電器不會動作。當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部相間短路故障時，保護裝置動作，如圖b所示，此時只有接于電源側(cè)的電流互感器1lh有短路電流ld1流過其二次側(cè)電流i1d,接于負荷側(cè)的電流互感器3lh的一二次側(cè)電流均為零，此時流入差動繼電器的電流ij=i1d,當(dāng)繼電器的整定值小于此電流時則繼電器動作，發(fā)出信號和跳閘。單相原理圖如下：二、變壓器差動保護的特點1、由變壓器勵磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流由于變壓器的勵磁電流il只流經(jīng)它的電源側(cè)，故造成變

27、壓器兩側(cè)電流不平衡，在差動回路中產(chǎn)生不平衡電流，使保護誤動。當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時，可能出現(xiàn)很大的勵磁涌流，其數(shù)值最大可達變壓器額定電流的68倍，所謂勵磁涌流，是在穩(wěn)態(tài)工作時，變壓器鐵心中的磁通應(yīng)滯后于外電壓。如果空載合閘時，正好電壓瞬時值u=0時接通電路，則鐵心中應(yīng)該具有磁通，但由于鐵心中的磁通不通突變，將出現(xiàn)一個非周期分量的磁通，由于該分量衰減較慢，那么在最嚴重的情況下，經(jīng)過半個周期后，鐵心中的總磁通為穩(wěn)態(tài)磁通和非周期分量磁通疊加，即。此時，由于鐵心高度飽和使勵磁電流劇烈增加，從而形成了勵磁涌流，勵磁涌流的大小與合閘瞬間電壓的相位，變壓器容量的大小，鐵心中剩磁的大小和方

28、向以及鐵心的特性等因素有關(guān)。而勵磁涌流的衰減速度則隨鐵心的飽和深度及導(dǎo)磁性能的不同而變化。因此，勵磁涌流具有以下特點：l 包含很大成份的非周期分量，往往使涌流偏于時間軸的一側(cè)；l 包含有大量的高次諧波，而以二次諧波為主；l 波形之間出現(xiàn)間斷；根據(jù)以上特點，在變壓器縱聯(lián)差動保護中采用下列方法防止勵磁涌流的影響：l 采用具有速飽和鐵心的差動繼電器l 鑒別短路電流和勵磁涌流波形的差別構(gòu)成的保護l 利用二次諧波制動等2、由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流由于變壓器常采用y、d11的接線方式，因此，其兩側(cè)電流的相位差為。此時，如果兩側(cè)的電流互感器采用常規(guī)接線方式，則二次電流由于相位不同，也會有一

29、個差電流流入繼電器。為消除這種不平衡電流的影響，通常都是將變壓器星形側(cè)的三個電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個電流互感器接成星形，并適當(dāng)考慮聯(lián)接方式后即可把二次電流的相位校正過來。y,d11接線變壓器的縱聯(lián)差動保護接線和向量圖電流互感器采用上述聯(lián)接方式以后，在互感器接成三角形側(cè)的差動一臂中，電流又增大了倍.此時為保證在正常運行及外部故障情況下差動回路中應(yīng)沒有電流，就必須將該側(cè)電流互感器的變比加大倍，以減小二次電流，使之與另一側(cè)的電流相等，故此時選擇變比的條件是： 3-3-1式中，為適應(yīng)y，d接線的需要而采用的新變比，nb變壓器變比。3、由計算變比與實際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流由于

30、兩側(cè)的電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取標準的變比，而變壓器的變比也是一定的。因此，三者的關(guān)系很難滿足的要求，此時差動回路中將有電流流過。當(dāng)采用具有速飽和鐵心的差動繼電器時，是利用它的平衡線圈來消除此差電流的影響。4、由兩側(cè)電流互感器型號不同而產(chǎn)生的不平衡電流兩側(cè)互感器的型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算至同一側(cè)）也就不同。因此，在差動回路中所產(chǎn)生的不平衡電流也就較大。應(yīng)采用同型系數(shù)ktx1的電流互感器。5、由變壓器帶負荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流如果差動保護已按照某一變比調(diào)整好（如利用平衡線圈），則當(dāng)分接頭改接時，就會產(chǎn)生一個新的不平衡電流流入差動回路。差動保護的電流回路在帶電的情況下是

31、不能進行分接頭切換，否則會造成差動保護誤動。因此，對由此而產(chǎn)生的不平衡電流，應(yīng)在縱聯(lián)差動保護的整定值中予以考慮。 為了抑制電流互感器計算變比與實際變比不同而引起的不平衡電流以及變壓器本身勵磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流，采用bch-2x型差動繼電器進行消除。差動線圈（工作繞組）的作用：在正常運行及外部故障的情況下，通過差動線圈的電流僅是不平衡電流，其對線圈的影響可以被平衡線圈消除到最小程度，不至于使差動繼電器動作，當(dāng)保護區(qū)內(nèi)部故障，由于短路電流通過差動線圈，電流繼電器即可迅速動作切除故障。兩個平衡線圈的作用：由于變壓器兩側(cè)的電流互感器變比不能完全匹配，其兩側(cè)的二次電流不相等，則在變壓器正常運行時，差

32、動線圈中將有不平衡電流流過，為了消除這個不平衡電流的影響，通常將平衡線圈接入二次電流較小的一側(cè)，適當(dāng)?shù)剡x擇平衡線圈的數(shù)，使其所產(chǎn)生磁勢能完全抵消由變比不匹配所引起的磁勢，則在二次線圈中就不會感應(yīng)電勢，因此繼電器中也沒有電流，達到了消除不平衡電流的目的。短路線圈的作用原理：主要用來消除不平衡電流中的非周期分量電流，以提高保護動作的可靠性。（差動繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖見附圖31）圖3-1 bch-2型差動繼電器原理圖對bch-2差動繼電器的原理圖作些說明：bch-2差動繼電器具有一個差動線圈wcd一個二次線圈w2，兩個平衡線圈wph1和wph2以及由wd和wdd組成的短路線圈。bch-2差動繼電器的動

33、作安匝為60安匝，差動線圈在5、6、8、10、13、20匝處有抽頭，因此，繼電器的相應(yīng)動作電流可整定為12、7.5、6、4.6、3安，如果平衡線圈不使用，還可以將平衡線圈當(dāng)作差動線圈來使用，這時繼電器差動線圈的最多匝數(shù)為39匝，相應(yīng)的最小動作電流為1.54安。bch-2差動繼電器的短路線圈相等，并且有抽頭可以改變，當(dāng)抽頭位于不同位置時它們的匝數(shù)不同，改變匝數(shù)可以得到繼電器躲開非周期分量不同的特性，即直流分量愈大，所要求的一次交流動作電流也愈大，說明了速飽和變流器的作用；直流分量不變，短路線圈匝數(shù)愈多，所要求的一次動作電流也愈大，這就看出了短路線圈的作用；無直流分量在上述短路線圈各插頭位置時，動

34、作安匝不變。因此要改變動作安匝就必須改變兩個短路繞組的比數(shù)，即保持兩個短路繞組的比值不變；設(shè)置兩組平衡繞組的目的是為了適用于三組變壓器。如果用于雙組變壓器，其一組平衡繞組可以當(dāng)作差動線圈來使用，或者將兩組平衡繞組分別接入差動回路的兩臂中，使平衡更加精確，差動保護十分重視電流互感器的積極及差動繼電器接線的準確性，以免引起誤動作。bch-2差動繼電器保護整定計算參數(shù)名稱35kv側(cè)10.5kv側(cè)變壓器額定電流i1e=165ai2e=550a電流互感器接線方式三角形星型電流互感器一次電流值165285.8a550a電流互感器變比300/5=60600/5=120電流互感器二次電流值285.8/60=4

35、.76a550/120=4.581 繼電器一次側(cè)動作電流的計算由于二次回路額定電流35kv側(cè)大于10.5kv側(cè)，故此以35k側(cè)作基本側(cè)。1.1 躲過變壓器外部故障的最大不平衡電流，差動保護的起動電流為：idzjkkibp.maxkk(10%ktx+u+fza)id.maxnl=1.3(10.10.050.05)3410=265.98a1.2 躲開電流互感器二次回路斷線及勵磁涌流電流idzkkif.maxkki1e=1.3165=214.5a經(jīng)過計算取兩者的最大者為：idz =266a為35kv側(cè)一次動作電流。2.bch-2型差動繼電器的差動線圈和平衡線圈匝數(shù)整定計算二次回路中變壓器額定電流最大

36、的一側(cè)稱為基本側(cè)，將雙繞組變壓器兩側(cè)電流互感器分別接于差動繼電器的兩個平衡線圈上。1.35kv側(cè)差動線圈和平衡線圈匝數(shù)計算（1）差動繼電器的二次動作電流（2）35kv側(cè)差動線圈和平衡線圈工作匝數(shù)計算wgzj=（匝）式中：aw0 bch-2型差動繼電器匝數(shù)，取aw060安匝。 選取與wgzj相近的整數(shù)值作為適合的差動線圈和一組平衡線圈之和的工作匝數(shù)，即wgz1= wcd1+ wph17+18（3）以選出的適合工作匝數(shù)為基礎(chǔ)，計算35kv側(cè)差動繼電器的二次動作電流為 式中：aw0 bch-2型差動繼電器匝數(shù)，取aw060安匝。2. 10kv側(cè)平衡線圈匝數(shù)整定計算（1）10kv側(cè)平衡線圈匝數(shù)計算wp

37、h2j= wgz1wcd1結(jié)論：取平衡線圈2的適用匝數(shù)wph21匝。（2）適用匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差計算=0.037（3）結(jié)論：小于0.05，不必再計算動作電流。2.短路線圈抽頭的確定短路線圈的匝數(shù)用得越多差動繼電器躲過勵磁涌流的性能就愈好，而且內(nèi)部故障時動作的可靠系數(shù)也愈高，但內(nèi)部故障時短路電流中有較大的非周期分量，繼電器的動作時間就會增長。在作為中小容量變壓器差動保護時，由于勵磁涌流倍數(shù)大，內(nèi)部故障時短路電流中的非周期分量衰減較快，對保護裝置的動作時間又可適當(dāng)降低，因此短路線圈應(yīng)該采用較多的匝數(shù)，一般選取“33或44”。對于大容量的變壓器，由于勵磁涌流的倍數(shù)小，又要求盡快切除故

38、障，因此短路線圈匝數(shù)適宜少些，一般取“33或22”，無論大、中、小容量的變壓器，所選取的抽頭是否合適，應(yīng)該在保護投入運行之初，通過變壓器空載合閘實驗來確定。本設(shè)計采用“33”的短路線圈抽頭。3.4帶加強型速飽和變流器的bch-2型差動保護靈敏系數(shù)校驗變壓器差動保護的靈敏系數(shù)校驗用變壓器在差動保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，流過差動繼電器的最小短路電流進行校驗。按要求，靈敏系數(shù)不應(yīng)低于2。本設(shè)計中在系統(tǒng)最小運行方式下，已知10kv側(cè)k2點發(fā)生三相短路時三相短路電流為=3.212 ka，則在系統(tǒng)最小運行方式下10kv側(cè)k2點發(fā)生兩相短路時，短路電流為：=（a）將折算到35kv側(cè)，由于電流互感器35kv側(cè)接成

39、三角形，所以作為電流互感器一次側(cè)需乘以，即35kv側(cè)電流互感器的一次折算電流為： ilmin=1445.40（a）再把此電流折算到電流互感器二次側(cè)，它與35kv側(cè)所選定的差動線圈與平衡線圈的匝數(shù)和的乘積與差動繼電器給定的匝數(shù)之比，可得靈敏系數(shù)，即 klm=結(jié)論：靈敏系數(shù)klm2，故所選bch-2型差動繼電器靈敏度滿足要求。第四節(jié) 復(fù)合電壓起動的過電流保護原理本設(shè)計35kv總降壓變電站主變壓器采用復(fù)合電壓起動的過電流保護作為主變壓器內(nèi)部相間短路時的后備保護。一、主變壓器復(fù)合電壓起動的過電流保護工作原理1.當(dāng)變壓器過流時，電流達到電流繼電器的動作值時，電流繼電器動作，電流繼電器的常開觸點閉合，如果

40、此時發(fā)生不對稱短路，則會產(chǎn)生負序電壓，負序電壓繼電器動作，負序電壓繼電器的常閉觸點斷開，低電壓繼電器的線圈失電，低電壓繼電器的常閉觸點閉合，中間繼電器的線圈得電，中間繼電器的常開觸點閉合，發(fā)出“電壓回路斷線”信號；同時時間繼電器的線圈得電，經(jīng)一定延時，時間繼電器的常開觸點閉合，信號繼電器的線圈得電，發(fā)出“復(fù)合電壓起動的過電流保護動作”信號；與此同時保護出口中間繼電器線圈得電，出口中間繼電器的常開觸點閉合，變壓器各側(cè)斷路器跳閘。2.與低電壓起動的過電流保護相比,復(fù)合電壓起動的過電流保護具有以下特點:(1) 由于負序電壓繼電器的整定值小.因此,在不對稱短路時,電壓元件的靈敏系數(shù)高;(2) 當(dāng)經(jīng)過變

41、壓器后面發(fā)生不對稱短路時,電壓元件的工作情況與變壓器采用的接線方式無關(guān);(3) 在三相短路時,如果由于瞬間負序電壓,使繼電器4和5動作,則在負序電壓消失后,5又接于線電壓上,這時只要繼電器5不返回,就可以保證保護裝置繼續(xù)處于動作狀態(tài).由于低電壓繼電器返回系數(shù)kh1,因此,實際上相當(dāng)于靈敏系數(shù)能提高kh(=1.151.2)倍.由于具有上述優(yōu)點且接線比較簡單,因此,復(fù)合電壓起動的過電流保護已代替了低電壓起動的過電流保護,而得到比較廣泛的應(yīng)用.二、主變壓器復(fù)合電壓起動的過電流保護整定計算1.復(fù)合電壓起動的過電流保護的電流元件動作電流整定按大于變壓器的額定電流整定，即（a）結(jié)論：復(fù)合電壓起動的過電流保

42、護電流元件的動作電流整定值取:=7a；動作時限?。簍1.5s2.復(fù)合電壓起動的過電流保護的負序電壓元件起動電壓整定 按躲開正常運行方式下負序過濾器出現(xiàn)的最大不平衡電壓整定，即 （0.060.12）612（v）3.復(fù)合電壓起動的過電流保護的相間電壓元件起動電壓整定 根據(jù)運行經(jīng)驗，通常采用以下公式整定相間電壓元件（低電壓繼電器）的起動電壓，即0.770（v）式中： 變壓器35kv側(cè)電壓互感器的二次電壓，v。4.靈敏系數(shù)的計算靈敏系數(shù)根據(jù)以下公式計算結(jié)論：電流元件的靈敏系數(shù)1.5，滿足要求。第五節(jié) 主變壓器過負荷保護一、主變壓器過負荷保護1.主變壓器過負荷保護原理接線圖（原理接線圖見附圖34）圖3-

43、4 過負荷保護原理接線圖2.對主變壓器過負荷保護原理接線圖作說明當(dāng)2lh電流互感器檢測到主變壓器的電流時，電流繼電器同樣也檢測到主變壓器的電流變化情況，因為它們是處于一個串聯(lián)的整體，當(dāng)電流繼電器檢測到的電流超過整定值時其常開接點閉合，將時間繼電器的線圈接通電源，時間繼電器根據(jù)整定的過負荷時間來判斷是否動作，當(dāng)打到時間整定值是其常開接點將閉合去啟動信號繼電器發(fā)出信號，讓運行人員去處理過負荷的問題。它與過電流所不同的是，所整定的電流比過電流小，所整定的時間較長，不作為跳閘，只發(fā)信號。3.對主變壓器過負荷保護整定值的計算保護動作后發(fā)出信號，時限取10秒，動作電流按下式計算進行整定：3.72a那么動作

44、電流的整定值可以取為:=4a二、主變壓器溫度保護主變壓器溫度保護選用wtq-288型電接點壓力溫度計。wtq-288型電接點壓力溫度計是利用水銀熱脹冷縮的原理按比例制成。當(dāng)主變壓器溫度升高時，溫度計中按比例膨脹的水銀推動壓力式指針旋轉(zhuǎn)，帶動電接點旋轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度達到60時接通一個接點，第一個中間繼電器線圈得電，其常開觸點閉合，啟動冷卻系統(tǒng)，對變壓器降溫。如果溫度繼續(xù)升高，當(dāng)溫度達到80時，接點接通，信號繼電器線圈得電，其常開觸點閉合發(fā)出信號，提醒運行人員主變壓器溫度已升高到80。如果溫度還繼續(xù)升高，當(dāng)溫度達到85時，接通接點，第二個中間繼電器線圈得電，其兩個常開觸點閉合，出口將主變壓器各側(cè)斷路器跳

45、閘，同時發(fā)出信號。由于主變壓器的溫度保護是根據(jù)經(jīng)驗來確定溫度的高低，所以不必計算，只要根據(jù)標準整定即可。第四章 10kv出線繼電保護及整定計算一、10kv出線繼電保護原理圖（見附圖編號04）二、原理說明10kv出線側(cè)的保護裝設(shè)限時電流速斷保護和過電流保護。電流速斷：它主要是用來反應(yīng)電流增大而瞬時動作的電流保護。當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，一次測電流過大，通過互感器檢測，二次測電流也增大，當(dāng)達到電流繼電器ka的動作電流時，電流繼電器ka線圈得電，其常開觸點閉合，中間繼電器zj線圈得電，其常開觸點閉合，然后信號繼電器ks線圈得電，其常開觸點閉合，信號繼電器發(fā)出信號，且斷路器qf輔助常開觸點閉合，其跳閘線

46、圈得電，斷路器qf跳閘。電流速斷保護的優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速；缺點是不可能保護線路的全長。所以增加了限時電流速斷保護：它主要是用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時也能作為速斷的后備。它主要是為了保證動作的選擇性，所以保護的動作帶有一定的時限。其原理是講速斷中的中間繼電器改為帶時限的時間繼電器即可。本設(shè)計中的10kv出線保護和接線原理都是相同的，不同的僅為出線的長度和負荷，所以計算出的整定值也將不同。限時電流速斷保護的動作時限是0.5秒,過電流保護的動作時限是1.2秒。第一節(jié) 保護整定值的計算1、l-1線路（1）限時電流速斷保護的整定值計算保護裝置的動作電流計算：二次側(cè)動作電流值近似為72

47、a，則一次測的動作電流值為：保護裝置的靈敏系數(shù)計算：因為klm1.5滿足要求2、l-2線路（1）限時電流速斷保護的整定值計算保護裝置的動作電流計算：二次側(cè)動作電流值近似為83a，則一次測的動作電流值為：保護裝置的靈敏系數(shù)計算：因為klm1.5滿足要求3、l-3線路（1）限時電流速斷保護的整定值計算保護裝置的動作電流計算：二次側(cè)動作電流值近似為73a，則一次測的動作電流值為：保護裝置的靈敏系數(shù)計算：因為klm1.5滿足要求4、l-4線路（1）限時電流速斷保護的整定值計算保護裝置的動作電流計算：二次側(cè)動作電流值近似為55a，則一次測的動作電流值為：保護裝置的靈敏系數(shù)計算：因為klm1.5滿足要求5

48、、l-5線路（1）限時電流速斷保護的整定值計算保護裝置的動作電流計算：二次側(cè)動作電流值近似為106a，則一次測的動作電流值為：保護裝置的靈敏系數(shù)計算：因為klm1.5滿足要求6、l-6線路（1）限時電流速斷保護的整定值計算保護裝置的動作電流計算：二次側(cè)動作電流值近似為76a，則一次測的動作電流值為：保護裝置的靈敏系數(shù)計算：因為klm1.5滿足要求第五章、系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置的設(shè)計第一節(jié) 對系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置的設(shè)計作總體說明此總降壓變電站為小電流接地系統(tǒng)即中性點不直接接地系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)在正常情況下，所有三相對地的電壓都等于相電壓，在發(fā)生一相接地后，故障相對地電壓降低（極限情況下可以降至零）其他兩相對

49、地電壓升高（在極限情況下可以升至線電壓），故障點只通過較小的電容電流，因線電壓不變，受電器可以正常運轉(zhuǎn)。因此在小電流接地系統(tǒng)中，發(fā)生一相接地后可以允許繼續(xù)運行兩個小時，但是如果一相接地的情況沒有被及時的發(fā)現(xiàn)和加以處理，則由于其他兩個非故障相對地電壓的升高，可能會在絕緣薄弱處引起另一相對地絕緣被擊穿造成相間短路，因此必須裝設(shè)絕緣檢察裝置，以便在電網(wǎng)中發(fā)生一點接地時能及時的發(fā)出預(yù)告信號。第二節(jié)、絕緣監(jiān)察裝置設(shè)計2.1 絕緣監(jiān)察裝置設(shè)計原理接線圖（原理接線圖見附圖41）圖4-1 絕緣監(jiān)察裝置設(shè)計原理接線圖2.2 對絕緣監(jiān)察裝置設(shè)計原理作分析說明：絕緣監(jiān)察裝置是利用母線上的pt來進行的，從開始設(shè)計就考慮了這種帶開口三角形接線的電壓互感器，其中一組輔助繞組就是為絕緣監(jiān)察裝置而設(shè)計的，原理是：當(dāng)發(fā)生金屬性接地時，開口三角形的繞組中出現(xiàn)零序電壓，其值等于兩非故障相對地電壓的相量和，使其等于100伏，當(dāng)發(fā)生非金屬性接地時，其值大于1