220kV北關一次降壓變電所繼電保護電氣部分初步設計

1、摘 要本次設計的主要內容是變電所的主變壓器的選擇、主接線的選擇、短路計算、配電裝置等的選定進行設計，通過對變壓器以及線路保護配置的選擇，來保證電力系統(tǒng)的安全運行。其主要采用的保護有繼電保護、過電壓保護、瓦斯保護、變壓器差動保護。本次設計是我們在校期間進行的最后一個非常重要的綜合性實踐教學環(huán)節(jié)，也是我們學生全面運用所學基礎理論、專業(yè)知識對實際問題進行設計（或研究）的綜合性訓練，同時還是我們將來走向工作崗位而奠定的基本實踐。通過本次設計可以增強我們運用所學知識解釋實際問題的能力和創(chuàng)新能力，以便更好地適應工作的需要。電力系統(tǒng)繼電保護的設計與配置是否合理，直接影響電力系統(tǒng)的安全運行，故選擇保護方式時，

2、滿足繼電保護的基本要求。選擇保護方式和正確的計算，以保證電力系統(tǒng)的安全運行。關鍵詞 電力系統(tǒng)，繼電保護，整定計算，靈敏度校驗abstractthis important task of this design is protective relaying design of sabstation through the pootective distribution of the tramsformer and lines. ensure the electric power systems safe operation.mainly uses the protection has the g

3、as to protect, the transformer differential motion protection, the electric current, the load, the distance protection. this design is we in school period carries on last the count for much comprehensive practice teaching link, also is our student comprehensively utilizes studies the basic theory, t

4、he specialized knowledge carry on the design to the actual problem (or research) the comprehensive training, simultaneously or we future will move towards the basic practice which the work post will establish. may strengthen us through this design to utilize studies the knowledge explanation actual

5、problem the ability and the innovation ability, in order to meets the work need well. the electric power systems protective relaying design and distribution whether is rational directly affect safe operation whon selecting protective duty. should satisfy basic requires of protectivc relaying selecti

6、ng protective detty and right calculated setting ensures the electric power systems safe operationkey words electric power system, relay protection, setting(up) to compute, sensitivity calibration目 錄摘 要 .i iabstract .iiii引 言 .1 1第一篇 說明書 .2 21 變電所主變壓器的選擇 .2 22 變電所電氣主接線的選擇 .42.1 電氣主接線的設計原則.42.2 電氣主接線的

7、基本要求.42.3 電氣主接線的設計程序.62.4 主接線的擬定方案及選擇.73 短路電流計算 .93.1 短路電流計算的目的、規(guī)定和步驟.93.2 三相短路電流的計算.104 繼電保護及其自動裝置的規(guī)劃 .12124.1 繼電保護及其設計.124.1.1 220kv 及中性點直接接地電網(wǎng)線路保護配置.124.1.2 短線路縱差保護的整定計算 .134.1.3 變壓器保護的配置 .134.1.4 母線保護及斷路器失靈保護 .144.1.5 變壓器的保護配置方案 .164.2 主保護部分.174.2.1 氣體保護(瓦斯保護) .174.2.2 縱差動保護或電流速斷保護 .174.2.3 過電流保

8、護 .174.2.4 過負荷保護 .184.2.5 復合電壓（包括負序電壓及線電壓）起動的過電流保護 .194.2.6 其他保護：變壓器溫度、信號監(jiān)測裝置 .195 各種繼電保護原理 .20205.1 變壓器的各種保護.205.1.1 瓦斯保護工作原理 .205.1.2 瓦斯保護的原理接線圖 .215.1.3 瓦斯保護評價 .215.1.4 瓦斯保護的反事故措施 .225.1.5 瓦斯保護原理電路 .225.2 變壓器縱差動保護.235.2.1 bch2 型差動保護.245.2.2 變壓器差動保護的方式 .255.3 復合電壓起動的過電流保護.265.4 過電流保護.275.4.1 過電流保護

9、 .275.4.2 過電流的整定 .285.5 過負荷保護.295.5.1 過負荷保護 .295.5.2 過負荷的整定 .295.6 油溫監(jiān)測.30第二篇 計算書 .31311 主變壓器選擇的容量計算 .31311.1 變電所 60kv 的用戶總容量.311.2 折算到變壓器的容量.311.3 據(jù)主變壓器容量選擇規(guī)則.312 短路電流計算 .32322.1 三相對稱短路計算.322.2 元件阻抗歸算到系統(tǒng)的標幺值計算.322.3 網(wǎng)絡化簡.332.4 短路點計算.372.5 60kv 側最小運行方式下的短路電流 .413 整定計算部分 .43433.1 整定計算.433.1.1 變壓器的整定計

10、算原則及其整定計算 .433.1.2 變壓器瓦斯保護整定 .433.1.3 變壓器差動保護整定 .433.1.3 復合電壓起動的過電流整定計算 .473.1.4 過電流保護的整定計算 .473.1.5 過負荷保護的整定計算 .483.2 變壓器油溫監(jiān)測.48總 結 .49致 謝 .5050參 考 文 獻 .5151附 錄 .5252 引 言本畢業(yè)設計論文題目為北關 220kv 一次降壓變電所繼電保護電氣部分初步設計，要求所設計的變電所能夠保證供電的可靠性和一次性滿足遠期負荷的要求，本設計將按照遠期負荷規(guī)劃進行設計。設計過程中遵循國家的法律、法規(guī)，貫徹執(zhí)行國家經(jīng)濟建設的方針、政策和基本建設程序，

11、運用系統(tǒng)工程的方法從全局出發(fā)，正確處理生產與生活、安全與經(jīng)濟等方面的關系，實行資源的綜合利用，節(jié)約資源和用地，對生產工藝、主要設備和主體工程要做到可靠、適用、先進。在上述原則基礎上，明確設計的目的，逐步完成主變的選擇、電氣主接線的擬定、短路電流的計算、整定計算、繪制圖紙等主要工作，形成較為完整的論文。隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電力這種潔凈的二次能源將對未來的發(fā)展起著舉足輕重的作用。為了促進電力工作的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，保證西電東送工程的成功建設，滿足個地區(qū)供電負荷要求，實現(xiàn)安全供電，保證供電可靠性，變電所的合理設計就變得尤為重要。第一篇 說明書1 變電所主變壓器的選擇主變選擇的一般原則1.主變臺數(shù)的確定為

12、保證供電的可靠性，變電所一般應裝設兩臺主變，但一般不超主變。當只有一個電源或變電所的一級負荷另有備用電源保證供電時，可裝設一臺主變。對大型樞紐變電所，根據(jù)工程的具體情況，應安裝 24 臺主變。當變電所裝設兩臺及以上主變時，每臺容量的選擇應按照其中任一臺停運時其余容量至少能保證所供一級負荷或為變電所全部負荷的 6075%。通常一次變電所采用 75%，二次變電所采用 60%。2、變壓器形式的選擇（1）主變一般采用三相變壓器，若因制造和運輸條件限制，在 220kv 的邊電所中，可采用單相變壓器組。當裝設一組單相變壓時，應考率裝設備用相，當主變超過一組，且各組容量滿足全所負荷的 75%時，可不裝設備用

13、相。（2）當系統(tǒng)有調壓要求時，應采用有載調壓變壓器。對新建的變電所，從網(wǎng)絡經(jīng)濟運行的觀點考慮，應注意選用有載調壓變壓器。其所附加的工程造價，通常在短期內是可以回收的。（3）與兩個中性點直接接地系統(tǒng)連接的變壓器，除低壓負荷較大或與高中壓間潮流不定情況外，一般采用自耦變壓器，但仍需作經(jīng)濟比較。（4）具有三種電壓的變電所，例如 220kv、110kv、63kv，一般采用三繞組變壓器3、主變容量的確定（1）為了正確的選擇主變容量，要繪制變電所的年及日負荷曲線，并從該曲線得出變電所的年、日最高負荷和平均負荷。（2）主變容量的確定應根據(jù)電力系統(tǒng) 510 年發(fā)展規(guī)劃進行。（3）變壓器最大負荷按下式確定： （

14、1.1）pkmp0式中 -負荷同時系數(shù)；0k-按負荷等級統(tǒng)計的綜合用電負荷。p對于兩臺主變的變電所，其變壓器的額定容量可按下式確定： （1.2）meps7 . 0總安裝容量為： （1.3）mmppes4 . 17 . 02這樣，當一臺變壓器停運，考慮變壓器的過負荷能力為 40%，則可保證 98%的負荷供電。根據(jù)計算，確定變壓器型號為 sfd-63000/220主要參數(shù)如下：高 壓：un1=22022.5%kv 低 壓：un2=46kv額定容量：s=63000kva 阻抗電壓：uk%=14.4空載損耗：p0=120kw 空載電流：i0%=2.6負載損耗：pk=401kw 連接組標號：yn,d11

15、本次設計的 220kv 降壓變電所采用 2 臺主變并列運行的方式。2 變電所電氣主接線的選擇電氣主接線是指變電所的變壓器、輸電線路怎樣與電力系統(tǒng)相連，從而完成輸配電任務，它是變電所的重要組成部分。采用何種主接線形式，與電力系統(tǒng)原始資料，發(fā)電廠、變電所本身運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的要求等密切相關，并且對電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護和控制方式的擬訂都有較大的影響。因此，主接線的設計必須根據(jù)電力系統(tǒng)、發(fā)電廠或變電所的具體情況，全面分析，正確處理好各方面的關系，通過技術經(jīng)濟比較，合理的選擇主接線方案。2.1 電氣主接線的設計原則設計變電所電氣主接線時，所遵循的總原則：符合設計任務書的要求；

16、符合有關的方針、政策和技術規(guī)范、規(guī)程；結合具體工程特點，設計出經(jīng)濟合理的主接線。為此，應考慮下列情況：明確變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用是決定主接線的主要因素。變電所是樞紐變電所、地區(qū)變電所、終端變電所、企業(yè)變電所還是分支變電所，由于它們在電力系統(tǒng)中的地位和作用不同，對主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性的要求也不同。考慮近期和遠期的發(fā)展規(guī)模變電所主接線設計應根據(jù) 510 年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行。應根據(jù)負荷的大小和分布、負荷增長速度以及地區(qū)網(wǎng)絡情況和潮流分布，來確定主接線的形式以及連接電源數(shù)和出線回數(shù)?？紤]負荷的重要性分級和出線回數(shù)多少對主接線的影響對一級負荷，必須有兩

17、個獨立的電源供電，且當一個電源失去后，應保證全部一級負荷不間斷供電；對二級負荷，一般要有兩個電源供電，且當一個電源失去后，能保證大部分二級負荷供電。三級負荷一般只需要一個電源供電。考慮主變臺數(shù)對主接線的影響,變電所主變的容量和臺數(shù)，對主接線的選擇將產生直接的影響。通常對大型變電所，由于傳輸容量大，對供電可靠性要求高，因此，其對主接線的可靠性、靈活性的要求也高。而容量小的變電所，其傳輸容量小，對主接線的可靠性靈活性要求不是很高。考慮備用容量的有無和大小對主接線的影響,發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電，適應負荷突增、設備檢修、故障停運情況下的應急要求。電氣主接線的設計要根據(jù)備用容量的有無而

18、有所不同，例如，當母線或斷路器檢修時，是否允許變壓器、線路停運；當線路故障時允許切除線路變壓器的數(shù)量等，都直接影響主接線形式的選擇。2.2 電氣主接線的基本要求1、可靠性供電的可靠性是電力生產和分配的首要要求，停電會對國民經(jīng)濟各部門帶來巨大的損失，往往比少發(fā)電的價值大幾十倍，會導致產品報廢、設備損壞、人身傷亡等。因此，主接線的接線形式必須保證供電可靠。因事故被迫中斷供電的機會越小，影響范圍越小，停電時間越短，主接線的可靠程度就越高。研究主接線可靠性應注意的問題如下：（1）考慮變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用。變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其可靠性應與系統(tǒng)要求相適應。如：對于一個小型的終端變電所

19、的主接線一般不要求過高的可靠性，而對于一個大型超高壓變電所，由于它在電力系統(tǒng)中的地位很重要，供電容量大、范圍廣，發(fā)生事故可能使系統(tǒng)運行受到擾動，甚至失去穩(wěn)定，造成巨大損失，因此其電氣主接線應采用供電可靠性高的接線方式。（2）變電所接入電力系統(tǒng)的方式。現(xiàn)代化的變電所都接入電力系統(tǒng)運行。其接入方式的選擇與容量大小、電壓等級、負荷性質以及地里位置和輸送電能距離等因素有關。（3）變電所的運行方式及負荷性質。電能生產的特點是發(fā)電、變電、輸電、用電同一時刻完成。而負荷的性質按其重要意義又分為類、類、類之分。當變電所設備利用率較高，年利用小時數(shù)在 5000h 以上，主要供應類、類負荷用電時，必須采用供電較為

20、可靠的接線形式。（4）設備的可靠程度直接影響著主接線的可靠性。電氣主接線是由電氣設備相互連接而成的，電氣設備本身的質量及可靠程度直接影響著主接線的可靠性。因此，主接線設計必須同時考慮一次設備和二次設備的故障率及其對供電的影響。隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展大容量機組及新型設備投運、自動裝置和先進技術的使用，都有利于提高主接線的可靠性，但不等于設備及其自動化元件使用得越多、越新、接線越復雜就越可靠。相反，不必要的接線設備，使接線復雜、運行不便，將會導致主接線可靠性降低。因此，電氣主接線的可靠性是一次設備和二次設備在運行中可靠性的綜合，采用高質量的元件和設備，不僅可以減小事故率，提高可靠性，而且還可以簡化

21、接線。此外，主接線可靠性還與運行管理水平和運行值班人員的素質有密切的關系。2、靈活性電氣主接線應能適應各種運行狀態(tài)，并能靈活的進行運行方式的轉換。不僅正常運行時能安全可靠地供電，而且在系統(tǒng)故障或電氣設備檢修及故障時，也能適應調度的要求，并能靈活、簡便、迅速地倒換運行方式，使停電時間最短，影響范圍最小。同時設計主接線時應留有發(fā)展擴建的余地。對靈活性的要求如下：（1）調度時，可以靈活地投入和切除變壓器和線路，調配電源和負荷，滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式以及特殊運行方式下的系統(tǒng)調度要求。（2）檢修時，可以方便的停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修而不致影響電力網(wǎng)的運行和對用戶的供電

22、。（3）擴建時，可以容易地從初期接線過度到最終接線。在不影響連續(xù)供電或停電時間最短的情況下，投入變壓器或線路而不互相干擾，并對一次和二次部分的改建工作量最少。3、經(jīng)濟性在設計主接線時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟性之間。與使主接線可靠、靈活，必然要選高質量的設備和現(xiàn)代化的自動裝置，從而導致投資的增加。因此，主接線的設計應在滿足可靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟合理。一般從以下方面考慮：（1）投資省。主接線應簡單清晰，節(jié)省斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器等一次設備；使繼電保護和二次回路不過于復雜，節(jié)省二次設備和控制電纜；限制短路電流，以便于選擇價廉的電氣設備或輕型電器；如能滿足系統(tǒng)

23、安全運行及繼電保護要求，110kv 及以下終端或分支變電所可采用簡易電器。（2）占地面積小。主接線設計要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積減少。（3）電能損失少。在變電所中，正常運行時，電能損耗主要來自變壓器，應經(jīng)濟合理地選擇變壓器的型式、容量和臺數(shù)，盡量避免兩次變壓器而增加電能損耗。此外，在系統(tǒng)規(guī)劃設計中，要避免建立復雜的操作樞紐，為簡化主接線，變電所接入系統(tǒng)的電壓等級一般不超過兩回。2.3 電氣主接線的設計程序電氣主接線的設計伴隨著變電所的整體設計，即按照工程基本建設程序，歷經(jīng)可行性研究階段、初步設計階段、技術設計階段和施工設計階段等四個階段。在各階段中隨要求、任務的不同，其深度、廣度

24、也有所差異，但總的設計思路、方法和驟相同。其具體設計步驟和內容如下。（1）對原始資料進行分析，具體內容如下：1）本工程情況。主要包括：變電所類型；設計規(guī)劃容量；變壓器容量及臺數(shù)；運行方式等。2）電力系統(tǒng)情況。電力系統(tǒng)近期及遠期發(fā)展規(guī)劃（510 年） ；變電所在電力系統(tǒng)中的位置（地理位置和容量位置）和作用；本期工程和遠景與電力系統(tǒng)連接方式以及各級電壓中性點地方式等。3）負荷情況。負荷的性質及地理位置、電壓等級、出線回路數(shù)及輸送容量等。電力負荷在原始資料中雖已提供，但設計時尚應予以辨證地分析。因為負荷的發(fā)展和增長速度受政治、經(jīng)濟、工業(yè)水平和自然條件等方面影響。如果設計時，只依據(jù)負荷計劃數(shù)字，而投產

25、時實際負荷小了，就等于積壓資金；否則電量供應不足，就會影響其他工業(yè)的發(fā)展。4）環(huán)境條件。當?shù)氐臍鉁?、濕度、覆冰、污穢、風向、水文、地質、海拔、地震等因素對主接線中電器的選擇和配電裝置的實施均有影響。特別是我國土地遼闊，各地氣象、地理條件相差甚大，應予以重視。對重型設備的運輸條件也應充分考慮。5）設備制造情況。為使所設計的主接線具有可行性，必須對各主要電器的性能、制造能力和供貨情況、價格等資料匯集并分析比較，保證設計的先進性，經(jīng)濟性和可靠。（2）擬定主接線方案。根據(jù)設計書任務書的要求，在原始資料分析的基礎上，可擬定若干個主接線方案。因為對電源和出線回路數(shù)、電壓等級、變壓器臺數(shù)、容量以及母線結構等

26、考慮的不同，會出現(xiàn)多種接線方案（近期和遠期） 。應依據(jù)對主接線的基本要求，從技術上論證各方案的優(yōu)點，淘汰一些明顯不合理的方案，最終保留兩個或三個技術上相當，又都能滿足任務書要求的方案，再進行可靠性定量分析計算比較，最后獲得最優(yōu)秀的技術合理、經(jīng)濟可行的主接線方案。（3）主接線經(jīng)濟比較。（4）短路電流計算。對擬定的電氣主接線，為了選擇合理的電器，需進行短路電流計算。（5）電器設備的選擇。2.4 主接線的擬定方案及選擇本變電所的電壓等級為 220kv/60kv，220kv 側有進線 2 回，60kv 側有出線 12 回。根據(jù)主接線設計必須滿足供電可靠性，保證電能質量，滿足靈活性和方便性，保證經(jīng)濟性的

27、原則，初步在兩側各擬定兩個主接線方案，進行選擇：220kv 側主接線采用單母線分段和雙母線接線 2 種接線方案。60kv 側主接線采用單母線分段帶旁路接線和雙母線帶旁路接線 2 種接線方案。下面列表比較各種方案的特點，根據(jù)設計要求從中選出最佳方案.表 2.1 220kv 側母線接線比較方式方案項目單母線分段接線雙母線接線可靠性對重要用戶可以從不同段引出兩個回路。當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常母線不間斷供電?？梢暂喠鳈z修母線而不致使供電中斷。檢修任一母線的隔離開關時，只停該路。母線故障后，能迅速恢復供電。靈活性當出線為雙回時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。擴建時需向兩個方向

28、均勻擴建。調度靈活。擴建方便。便于試驗。經(jīng)濟性接線簡單清晰，設備較少。 增加了母線的長度、隔離開關的數(shù)量和配電裝置架構，占地面積增大，投資增多。 隔離開關容易誤操作，需在隔離開關和短路器之間裝設聯(lián)鎖裝置。表 2.2 60kv 側母線接線比較方式方案項目雙母線帶旁路接線單母線分段帶旁路接線可靠性1.可以輪流檢修母線而不致使供電中斷。2.檢修任一母線的隔離開關時，只停該回路，旁路提高供靠性。3.母線故障后，能迅速恢復供電。1.對重要用戶可以從不同段引出兩個回路。2.當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常母線不間斷供電，帶旁路保證供電可靠性。靈活性1.調度靈活。2.擴建方便。3.便

29、于試驗。1.當出線為雙回時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。2.擴建時需向兩個方向均勻擴建。經(jīng)濟性1.投資較小。1.接線簡單清晰，設備較少根據(jù)以上幾種方案的比較以及本次設計變電所的實際情況，一次側為 2 回進線，而且根據(jù)負荷的不同變化需要經(jīng)常改變主接線的運行方式，二次側出線，有 12 回出線，并且用戶基本都是有重要負荷的，因此決定主接線的一次側采用雙母線接線；二次側采用雙母線帶旁路母線接線。3 短路電流計算產生短路的主要原因是電氣設備載流部分的絕緣損壞。絕緣損壞的原因多因設備過電壓、直接遭受雷擊、絕緣材料陳舊、絕緣缺陷未及時發(fā)現(xiàn)和消除。此外，如輸電線路斷線、線路桿塔也能造成短路事故。所謂短路是指相與

30、相之間通過電弧或其他較小阻抗的一種非正常連接，在中性點直接接地系統(tǒng)中或三相四線制系統(tǒng)中，還指單相和多相接地。3.1 短路電流計算的目的、規(guī)定和步驟一.短路電流計算的主要目的:1. 電氣主接線的比較與選擇。2. 選擇斷路器等電器設備，或對這些設備提出技術要求。3. 為繼電保護的設計以及調試提供依據(jù)。4. 評價并確定網(wǎng)絡方案，研究限制短路電流的措施。5. 分析計算送電線路對通訊設施的影響二.短路電流計算一般規(guī)定1.接線方式計算短路電流所用的接線方式，應是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式（即最大運行方式） ，而不能用僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。2.計算容量應按工程設計的規(guī)劃容量計算，并考

31、慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃，一般取工程建成后的 510 年。3.一般按三相短路計算4.短路計算點在正常接線方式時，通過設備的短路電流為最大的地點，稱為短路計算點。5.短路計算方法在工程設計中，短路電流計算均應采用實用計算法。即在一定的假設條件下計算出短路電流的各個分量。三.計算步驟-實用計算法1. 選擇計算短路點。2. 繪出等值網(wǎng)絡（次暫態(tài)網(wǎng)絡圖） 。3. 化簡等值網(wǎng)絡：將等值網(wǎng)絡化簡為以短路點為中心的輻射形等值網(wǎng)絡，并求出各電源與短路點之間的電抗，即轉移電抗。 x4. 求計算電抗。jsx5. 由運算曲線查出各電源提供給的短路電流周期分量的標幺值。6. 計算無限大容量的電源提供給的短路電流周期分

32、量的標幺值。7. 計算短路電流周期分量有名值和短路容量。8. 計算短路電流沖擊值。9. 繪制短路電流計算結果表。3.2 三相短路電流的計算一.等值網(wǎng)絡的繪制1.網(wǎng)絡模型的確定計算短路電流所用的網(wǎng)絡模型為簡化模型，即忽略負荷電流；發(fā)電機用次暫態(tài)電抗表示；認為各發(fā)電機電勢模值為 1，相角為 0。2.網(wǎng)絡參數(shù)的計算短路電流的計算通常采用標幺值進行近似計算。常取基準容量為一整數(shù) 100mw 或bs1000mw 而將各電壓級的平均額定電壓取為基準電壓即=1.05，從而是計算大buavunu為簡化。二.化簡等值網(wǎng)絡采用網(wǎng)絡簡化法將等值電路逐步化簡，求出各電源與短路點之間的轉移電抗。在工程計算時，為進一步簡

33、化網(wǎng)絡，減少工作量，長將短路電流變化規(guī)律相同或相近的同類型發(fā)電機可以合并；直接接于短路點的發(fā)電機一般予以單獨考慮，無限大容量的電源應該單獨計算。三.三相短路電流周期分量任意時刻的計算進行網(wǎng)絡簡化時，求出各個等值電源與短路點之間的轉移電抗，再將其換算成以 ix等值電源容量為基準的標幺值，即為該電源的計算電抗。jsix= （3.1）jsixbniissx 式中 - 第 i 個等值電源的額定容量，mva；i=1，2，n 。nis1.無限大容量電源當供電電源為無限大容量或計算電抗3.45 時，則可以認為其周期分量不衰減，此時jsx （3.2）jsxxii11 或2.有限容量電源當供電電源為有限容量時，

34、其周期性分量是隨時間衰減的。這時工程上常采用運算曲線法來求得任意時刻短路電流的周期分量。3.總的短路電流周期分量的有名值最后將得到的各電源在某同一時刻供出的短路電流的標幺值換算成有名值，然后相加，便得到短路點某一時刻的三相短路電流周期分量，即 （3.3bbbninititusiusii331）式中 -有限容量供給的短路電流周期分量標幺值；tii -無限大容量電源供給的短路電流的標幺值；i -短路點 t 秒短路電流周期性分量的有效值，ka 。ti四.三相短路電流沖擊值的計算三相短路電流的最大峰值出現(xiàn)在短路后半個周期，當 f=50hz 時，發(fā)生在短路后0.01s，此峰值被稱為沖擊電流。其計算式為

35、shi 2ikissh式中 -沖擊系數(shù)。 （發(fā)電機出口 1.9；其他地點 1.8）sk本次設計所選的短路點取為變電所兩臺主變高壓側的點和低壓側并列運行時的。1d2d計算結果如下： 表 3.1 短路電流周期分量有效值：短路點0/s2/s4/s1d0.083ka0.083ka0.083ka2d0.373ka0.387ka0.433ka點沖擊電流： 1d1.822.55 6.3816.27kshiia點沖擊電流： 2d1.822.55 7.9920.4kshiia4 繼電保護及其自動裝置的規(guī)劃4.1 繼電保護及其設計4.1.1 220kv 及中性點直接接地電網(wǎng)線路保護配置在 220kv 中性點直接接

36、地電網(wǎng),線路得相間短路及單相接地短路保護均應動作于短路器跳閘.在下列的情況下,應裝設一套全線速動保護:(1) 根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定要求有必要時.(2) 線路發(fā)生三相短路時,如使發(fā)電廠廠用母線電壓低于允許值(一般約為 70%額定電壓),且其他保護不能無時限和有選擇地切除短路時.(3) 如電力網(wǎng)的某些主要線路采用全線速動保護后,不僅改善本線路保護性能,而且能夠改善整個電網(wǎng)保護的性能時.對 220kv 線路,符合下面條件之一時,可裝設二套全線速動保護:(1) 根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定要求.(2) 復雜網(wǎng)絡中,后備保護整定配合有困難時.對于需要裝設全線速動保護的電纜短線路及架空短線路,可采用倒引線保護或光纖通道的縱聯(lián)保護

37、作為主保護,另裝設多段式電流電壓保護或距離保護作為后備保護.220kv 線路宜采用近后備方式.但某些線路,如能實現(xiàn)遠后備,則宜采用遠后備,或同時采用遠近結合的后備方式.220kv 線路保護可按下列原則配置:(1) 反映接地短路的保護配置對 220kv 線路,當接地電阻不大于 100時,保護應能可靠地,有選擇地切除故障.如已滿足裝設一套或二套全線速動保護的條件,則除裝設全線速動保護外,還應裝設接地后備保護,宜裝設階段式反時限零序電流保護;也可采用接地距離保護,并輔以階段式或反時限零序電流保護.(2) 反映相間短路的保護裝置對于 220kv 線路,首先考慮是否裝設全線速動保護.如裝設全線速動保護.

38、則除此,還要裝設相間短路后備保護(如相間距離后備保護)和輔助保護(如電流速短保護).對單側電源單回 220kv 線路,如不裝設全線速動保護,可裝設三相多段式電流電壓保護作為本線路的主保護及后備保護,如不能滿足靈敏性及速動性的要求時,則應裝設相間距離保護作為本線路的主保護及后備保護.對雙側電源單源單回,如不裝設全線速動保護,應裝設相間距離保護作為本線路的主保護及后備保護.正常運行方式下,保護安裝對短路,電路速短保護的靈敏系數(shù)在 1.2 以上時,可裝設電流速短保護作為輔助保護.對于平行線間的相間短路,一般可裝設橫差動電流方向保護或電流平衡保護作為主保護.當靈敏度和速動性不能滿足要求時,應在每一回線

39、路上裝設縱聯(lián)保護作主保護,裝設帶方向后不帶方向元件的多段式電流保護或距離保護作后備保護,并作為單回線運行時的主保護和后備保護.當采用近后備保護方式時,后備保護分別接于每一回線路上;當采用遠后備方式時,則應接入雙回線路的電流.對于平行線路的接地短路宜裝設零序橫差動保護作為主保護;裝設接于每一回線路的帶方向或不帶方向的多段式零序電流保護作為后備保護,當作遠后備保護時,可接兩線路零序電流之和,以提高靈敏度.4.1.2 短線路縱差保護的整定計算34km 及以下的短線路（包括 110kv 及以上電壓等級） ，無論是采用電流電壓保護還是采用距離保護，常常都不能滿足選擇性、靈敏性和速動性的要求。在這種線路上

40、經(jīng)常需要采用縱差保護以適應系統(tǒng)運行的需要。發(fā)電廠廠用電源線（包括帶電抗器電源線） ，一般距離較短，宜裝設縱差動保護。4.1.3 變壓器保護的配置變壓器是電力系統(tǒng)普遍使用的重要電氣設備。它的安全運行直接關系到電力系統(tǒng)供電和穩(wěn)定運行，特別是大容量變壓器，一旦因故障損壞造成的損失就更大。因此必須真對變壓器的故障和異常工作情況，根據(jù)其容量和重要程度，裝設動作可靠，性能良好的繼電保護裝置。一般包括：（1）反映內部短路和油面降低的非電量（氣體）保護，又稱瓦斯保護。（2）反映變壓器繞組和引出線的多相短路及繞組匝間短路的差動保護，或電流速斷保護（3）作為變壓器外部相間短路和內部短路的后備保護的過電流保護（或帶

41、有復合電壓起動的過電流保護或負序電流保護或阻抗保護） 。（4）反映中性點直接接地系統(tǒng)中外部接地短路的變壓器零序電流保護。（5）反映大型變壓器過勵磁的變壓器過勵磁保護及過電壓保護。（6）反映變壓器過負荷的變壓器過負荷。（7）反映變壓器非全相運行的非全相保護。1、縱聯(lián)差動保護縱聯(lián)差動保護是變壓器的主保護之一。對 6.3mva 及以上廠用工作變壓器和并列運行的變壓器。10mva 及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，應裝設縱聯(lián)差動保護。對高壓側電壓為 330kv 及以上變壓器，可裝設雙重差動保護。2、變壓器相間短路的后備保護為防止外部相間短路引起的變壓器過電流及作為變壓器主保護的后備，變壓器配置相

42、間短路的后備保護。保護動作后，應帶時限動作于跳閘。（1）相關的規(guī)程規(guī)定：1）過電流保護宜用于將壓變壓器。2）復合電壓（包括負序電壓及線路電壓）起動的過電流保護，宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器和過電流保護不符合靈敏性要求的降壓變壓器。3）負序電流和單相式低壓啟動的過電流保護，可用于 63mva 及以上升壓變壓器。（2）外部相間短路保護應裝于變壓器下列各側，各相保護的接線，宜考慮能反映電流互感器與斷路器之間的故障。其中對雙繞組變壓器，應裝于主電源側，根據(jù)主接線情況，保護可帶一段或兩段時限，較短的時限用于縮小故障影響范圍；較長的時限用于斷開變壓器各側斷路器。3、變壓器接地短路后備保護在中性點直接接

43、地系統(tǒng)中，接地短路是常見的故障形式，所以處于該系統(tǒng)中的變壓器要裝設接地保護，以反映變壓器高壓繞組、引出線上的接地短路，并作為變壓器主保護和相鄰母線、線路接地保護的后備保護。電力系統(tǒng)接地保護時，國內，在 220kv 系統(tǒng)中，廣泛采用中性點絕緣水平較高的分級絕緣變壓器，其中性點可接地運行或不接地運行。如果中性點絕緣水平較低，則中性點必須直接接地運行。4、變壓器過負荷保護對于 6.3mva 及以上電力變壓器，當數(shù)臺并列運行或單獨運行，并作為其他負荷的備用電源時，應根據(jù)可能過負荷的情況，裝設過負荷保護。對自耦變壓器和多繞組變壓器，保護應能反映公共繞組及各側過負荷的情況。過負荷保護采用單項式，帶時限作用

44、于信號。在無經(jīng)常值班人員的變電所，必要時，過負荷保護可動作于跳閘或斷開部分負荷。5、變壓器非電量保護變壓器非電量保護主要包括瓦斯保護、溫度及壓力保護等。由于非電量保護動作量不需電氣量運算。通常根據(jù)運行經(jīng)驗、測試等方法獲得。其配置原則為：（1）瓦斯保護。瓦斯保護是油侵式變壓器的主保護之一。當變壓器殼內故障產生輕微瓦斯或油面下降時，應瞬時動作于信號；當變壓器殼內故障產生大量瓦斯時，應動作于斷開變壓器各側斷路器。帶負荷調壓的油侵式變壓器的調壓裝置，也應裝設瓦斯保護。輕微瓦斯動作于信號，大量瓦斯動作于斷開變壓器各側斷路器。（2）變壓器溫度及壓力保護。對變壓器溫度及油箱內壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應按現(xiàn)行

45、電力變壓器標準的要求，裝設可作用于信號或動作于跳閘的裝置。4.1.4 母線保護及斷路器失靈保護（一）母線保護母線是電力系統(tǒng)匯集和分配電能的重要元件，母線發(fā)生故障，將使連接在母線上的所有元件停電若在樞紐變電所母線上發(fā)生故障，甚至會破壞整個系統(tǒng)的穩(wěn)定，使事故進一步擴大，后果及為嚴重。對母線保護的要求是：必須快速有選擇地切除故障母線；應能可靠方便地適應母線運行方式的變化；接線盡量簡化。母線保護的接線方式，對于中性點直接接地系統(tǒng)，為反映相間短路和單相接地短路，須采用三相式接線；對于中性點非直接接地系統(tǒng)只需反映相間短路，可采用兩相式接線。母線保護大多采用差動保護原理構成，動作后跳開連接在該母線上的所有斷

46、路器。按構成原理的不同，母線保護主要分類如下。1、完全電流差動母線保護即在母線所有連接元件中裝設具有相同變比和特性的電流互感器，將它們的二次線圈同極性端連在一起， 然后接入電流型差動繼電器，此類保護要求電流互感器和電流繼電器的內阻要小，否則會造成外部故障時保護的誤動作。故該類保護又稱低阻抗式母差保護。完全電流差動母線保護的原理，與線路縱聯(lián)差動保護十分相似，兩種保護只是被保護的對象不同而已。2、電壓差動母線保護若將電流型差動繼電器（內阻很小，約幾歐）換成內阻很高，約 2.57.5的電壓繼電器，即構成電壓差動母線保護也稱作高阻抗式母差保護。這種保護實際上是利用差動回路阻抗變化的特征，有效的防止區(qū)外

47、短路因電流互感器嚴重飽和造成保護誤動作。這種保護方式接線簡單、動作速度快，使用于外部短路電流大、電流互感器鐵芯易于飽和的場所。3、具有比率制動特性的電流差動母線保護這種保護，因差動回路總電阻約 200，故又稱作中阻抗式母差保護。它與低、高阻抗式母差保護相比具有下列特點：減小了外部短路時的不平衡電流；防止內部短路時可能出現(xiàn)的過電壓；采用比率制動特性保證了動作的選擇性并提高了母線故障動作的靈敏性。（二）斷路器失靈保護高壓電網(wǎng)的保護裝置和斷路器都應采取一定的后備保護，以便在保護裝置拒動或斷路器失靈時，仍能可靠切除故障。對于重要的 220kv 及以上主干線路，針對保護拒動通常兩套主保護；針對斷路器拒動

48、，則裝設斷路器失靈保護。斷路器失靈保護主要由起動元件、時間元件、閉鎖元件和出口回路組成。為了提高保護動作的可靠性，起動元件必須同時具備兩個條件才能起動。其中：（1）故障元件的保護出口繼電器動作后不返回；（2）在故障元件的保護范圍內短路依然存在，即失靈判別元件起動。當母線上連接元件叫多時，失靈判別元件可采用檢查母線電壓的低電壓繼電器，動作電壓按最大運行方式下線路末端短路時保護應有足夠的靈敏性整定；當母線上連接元件較少時，可采用檢查故障電流的電流繼電器，動作電流在滿足靈敏性的情況下，應盡可能大于負荷電流。由于斷路器失靈保護的時間元件在其他保護動作后才開始計時，動作延時按躲過斷路器的調閘時間與保護時

49、間的返回時間之和整定，通常取 0.30.5s。當采用單線分段或雙母線時，延時可分為兩段，第段以短時限動作于分段斷路器或母聯(lián)斷路器；第段在經(jīng)一時限動作跳開有電源的出線斷路器。4.1.5 變壓器的保護配置方案電力變壓器在電力系統(tǒng)中的地位非常重要，它的故障對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重后果。由于絕大部分安裝在戶外，受自然條件的影響較大，同時受到連接負荷的影響和電力系統(tǒng)短路故障的威脅，變壓器在運行中有可能出現(xiàn)各種類型的故障和不正常運行狀態(tài)。因此，必須根據(jù)變壓器容量和重要程度裝設性能良好、動作可靠的保護。變壓器的故障分為內部故障和外部故障。內故障指的是變壓器油箱內繞組之間發(fā)生相間短路、一相繞組中發(fā)

50、生的匝間短路、繞組與鐵芯或引出線與外殼發(fā)生的單項接地短路。外部故障指的是油箱外部引出線之間發(fā)生的各種相間短路、引出線因絕緣套管閃落或破碎通過油箱外殼發(fā)生的單項接地短路。變壓器發(fā)生故障，必將對電網(wǎng)或變壓器帶來危險，特別是發(fā)生內部故障，短路電流產生發(fā)高溫電弧不僅燒壞繞組絕緣和鐵芯，而且使絕緣材料和變壓器油受熱分解產生大量氣體，導致變壓器外殼局部變形、破壞甚至引起爆炸。因此，變壓器發(fā)生故障時，必須將其從電力系統(tǒng)中切除。變壓器不正常運行狀態(tài)主要指過負荷、油箱漏油造成的油面降低以及外部短路引起的過電流。對于大容量變壓器，因其鐵芯額定工作磁通密度與飽和磁通密度比較接近，所以系統(tǒng)電壓過高或系統(tǒng)頻率降低時，容

51、易過勵磁。過勵磁也是變壓器的一種不正常運行狀態(tài)，變壓器處于不正常運行狀態(tài)時，應發(fā)出信號。為了保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，并將故障或不正常運行狀態(tài)的影響限制到最小范圍，按照 gb 142581993繼電保護和安裝自動裝置技術規(guī)程的規(guī)定，變壓器應裝設以下保護裝置。對電力變壓器的下列故障及異常運行狀態(tài)，應按本節(jié)的規(guī)定裝設相應的保護裝置。 （1） 繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地側的單相接地短路; （2） 繞組的匝間短路；（3） 外部相間短路引起的過電流；（4） 中性點直接接地電力網(wǎng)中，外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓；（5） 過負荷；（6） 過勵磁；（7） 油面降低；（8） 變壓器溫度

52、及油箱壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障；上述第一、第二款的保護裝置應瞬時動作于跳閘，第三、第四的保護裝置應帶時限動作于跳閘，第五、第六款的保護裝置一般作用于信號。對變壓器溫度升高和冷卻系統(tǒng)故障，應按現(xiàn)行電力變壓器的標準規(guī)定，裝設信號裝置。變壓器保護部分：初步裝設方案（變壓器 b1b2）： 主保護：變壓器瓦斯保護差動保護 后備保護：復合電壓起動的過電流保護過負荷保護 其它保護：裝設變壓器油溫監(jiān)測4.2 主保護部分4.2.1 氣體保護(瓦斯保護) 對于 0.8mva 及以上油侵式變壓器和 0.4mva 及以上車間內侵式變壓器，均應裝設氣體保護。當殼內故障產生輕微氣體或油面下降時，應瞬時動作于信號；當產生大量

53、氣體時，應動作于斷開變壓器各側斷路器。帶負荷調壓的油侵式變壓器的調壓裝置，亦應裝設氣體保護。查繼電保護和安裝自動裝置技術規(guī)程的規(guī)定，第 2.3.2 條。4.2.2 縱差動保護或電流速斷保護對變壓器引出線、套管及內部的短路故障，應按下列規(guī)定，裝設相應的保護作為主保護，保護瞬時動作于斷開變壓器的各側斷路器。對 6.3mva 以下廠用工作變壓器和并列運行的變壓器，以及 10mva 以下廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，當后備保護時限大于 0.5s 時，應裝設電流速斷保護。對 6.3mva 以上廠用工作變壓器和并列運行的變壓器，10mva 及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，以及 2mva 及以上

54、用電流速斷保護靈敏性不負荷要求的變壓器，應裝設縱聯(lián)差動保護。對于高壓側電壓為 330kv 及以上的變壓器，可裝設雙重差動保護。用于 10000 千伏安以下的變壓器，且其過電流保護時限大于 0.5s 時，2000 千伏安及以上的變壓器，如電流速斷靈敏性不符合要求，則宜裝設差動保護。上述各種保護裝置動作后，應斷開變壓器各電源側的斷路器。查繼電保護和安裝自動裝置技術規(guī)程的規(guī)定，第 2.3.3 條。變壓器后備保護： 后備保護方案：過電流保護、復合電壓保護、 過負荷保護。4.2.3 過電流保護對于外部相間短路引起的變壓器過電流，應按下列規(guī)定，裝設相應的保護作為后備保護，保護動作后，應帶時限動作于跳閘。（

55、1）過電流保護宜用于降壓變壓器，保護的整定值，應考慮事故時可能出現(xiàn)的過負荷。（2）復合電壓起動的過電流保護，宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器和過電流保護不負荷靈敏性要求的降壓變壓器。（3）負序電流和單項式低電壓起動的過電流保護，可用于 63mva 及以上升壓變壓器。（4）當復合電壓起動的過電流保護或負序電流和單相式低壓起動的過電流保護不能滿足靈敏度性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。查繼電保護和安裝自動裝置技術規(guī)程的規(guī)定，第 2.3.5 條。和變壓器后備保護設計原則：(1) 變壓器后備保護應作為相鄰元件及變壓器本身主保護的后備。但當為滿足遠后備而使接線大為復雜化時，允許縮短對相鄰線路的后備保護范

56、圍。(2) 變壓器后備保護對各側母線上的三相短路應具有必要的靈敏系數(shù)。(3) 變壓器后備保護應盡可能獨立，而不由發(fā)電機的后備保護代替。(4) 變壓器后備保護應能保護電流互感器與斷路器之間的故障。最中采用復合電壓起動的過電流保護。因為過電流保護的動作電流按最大負荷電流整定，靈敏度往往滿足不了要求。低電壓起動的過電流保護，它的電流元件可按變壓器額定電流整定，保護的靈敏度有所提高，但低電壓繼電器只裝在變壓器一側，當在另一側發(fā)生相間短路時，低壓繼電器的靈敏度往往不夠，為此在變壓器兩側都需要裝設低電壓繼電器，這就使其接線復雜化了，這里也不采用。而負序過電流保護雖然也滿足設計要求，但其整定計算比較復雜，一

57、般只用于大容量升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器，不符合此設計的具體情況，因此也不予以采用。復合電壓起動的過電流保護，其電壓起動元件是由低電壓繼電器和負序電壓繼電器組成。當發(fā)生三相短路時，短路初瞬總會出現(xiàn)負序電壓，負序電壓繼電器動作，斷開加在低壓繼電器上的電壓，從而使其動作。負序電壓消失后，雖然低壓繼電器重新接于線電壓上，但由于三相短路電壓較低，不能返回而于動作狀態(tài)。當發(fā)生不對稱短路時，故障相電流繼電器動作，負序電壓繼電器動作，致使低電壓繼電器動作，最終將變壓器兩側斷路器斷開。這里的低電壓繼電器和負序電壓繼電器相當于接在一個或門上，然后在和相電流繼電器相接于與門上，相成了此邏輯關系，從而完成了對變壓器

58、相間故障的保護。依據(jù)以上的綜合分析后，選擇復合電壓起動的過電流保護作為設計使用方案，它的電流元件可按變壓器額定電流整定，保護的靈敏度也有所提高。4.2.4 過負荷保護0.4mva 及以上變壓器，當數(shù)臺并列運行或單獨運行，并作為其他負荷的電源時，應根據(jù)可能過負荷的情況，裝設過負荷保護。對自耦變壓器和多繞組變壓器，保護應能反應公共繞組及各側過負荷的情況。過負荷保護應能反映變壓器各繞組的過負荷情況。對雙繞組升壓變壓器應裝設發(fā)電機電壓側；對雙繞組降壓變壓器應設在高壓側，當三側都有電源時，則三側都應裝過負荷保護，對于單側電源的三繞組降壓變壓器，若三側繞組容量相同，則過負荷保護只裝在電源側；若三繞組容量不

59、同，則在電源側和容量較小的一側分別裝設過負荷保護；對于雙側電源的三繞組降壓變壓器或聯(lián)絡變壓器，三側均應裝設過負荷保護。4.2.5 復合電壓（包括負序電壓及線電壓）起動的過電流保護一般用于升壓變壓器和過電流保護不符合靈敏性要求的降壓變壓器。外部相間短路保護應裝于變壓器下列各側：(1)雙繞組變壓器，應裝設于主電源測；(2)三繞組變壓器及自耦變壓器，一般裝設于主電源側（經(jīng)常不斷開的電源側）及另一側，主電源側的保護應帶兩段時限，以較小的時限斷開未裝保護側的斷路器。當上述方式不符合靈敏性的要求性時，則可在所有各側均裝設保護裝置。各側保護裝置應根據(jù)選擇性的要求裝設方向元件； (3)供電給分開運行母線段的降

60、壓變壓器，除在電源側裝設保護裝置外，還應在每個供電支路裝設保護裝置； (4)對發(fā)電機變壓器組，在變壓器低壓側不應另設保護裝置，而利用發(fā)電機的外部短路過電流保護。但在廠用分兩段時限，以便在外部短路時仍能保證廠用負荷的供電。4.2.6 其他保護：變壓器溫度、信號監(jiān)測裝置對變壓器溫度及油箱內壓力升高和冷卻系統(tǒng)，應按現(xiàn)行電力變壓器標準的要求，裝設可作為用于信號或動作于跳閘的裝置。所以外加設相應的保護來監(jiān)控變壓器自身的運行，包括油溫和啟動風扇的保護。溫度信號裝置：變壓器油溫的監(jiān)視采用溫度信號裝置，其基本元件是帶電觸點的壓力式溫度計。該溫度計是按流體壓力計原理制成的，由受熱器連接管和溫度指示器組成，當被測