某飛機(jī)制造廠變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，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，它直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)、廠礦企業(yè)生產(chǎn)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變配電所是由電器設(shè)備及配電網(wǎng)絡(luò)按一定的接線方式所構(gòu)成，他從電力系統(tǒng)取得電能，通過其變換、分配、輸送與保護(hù)等功能，然后將電能安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的輸送到每一個(gè)用電設(shè)備的轉(zhuǎn)設(shè)場所。變電所涉及方面很多，需要考慮的問題多，分析變電所擔(dān)負(fù)的任務(wù)及用戶負(fù)荷等情況，選擇所址，利用用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，確定用戶無功功率補(bǔ)償裝置。同時(shí)進(jìn)行各種變壓器的選擇，從而確定變電站的接線方式，再進(jìn)行短路電流計(jì)算，選擇送配電網(wǎng)絡(luò)及導(dǎo)線，進(jìn)行短路電流計(jì)算。選擇變電所高低壓電氣設(shè)備，為變

2、電所平面及剖面圖提供依據(jù)。本變電所的初步設(shè)計(jì)包括了：（1）確定車間變電所變壓器的臺(tái)數(shù)和容量；（2）電氣主接線圖的設(shè)計(jì)；（3）確定短路計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算三相短路電流；（4）主要電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)；（5）繼電保護(hù)配置。關(guān)鍵詞：10kV變電站；變壓器；電氣主接線；電氣設(shè)備；配電系統(tǒng)1 負(fù)荷計(jì)算及主變壓器的選擇1.1負(fù)荷計(jì)算的目的和內(nèi)容1.1.1 負(fù)荷計(jì)算的目的計(jì)算負(fù)荷確定供電系統(tǒng)、選擇變壓器容量、電氣設(shè)備、導(dǎo)線截面和儀表量程的依據(jù)，也是整定繼電保護(hù)的重要數(shù)據(jù)。計(jì)算負(fù)荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導(dǎo)線的選擇是否經(jīng)濟(jì)合理。如計(jì)算負(fù)荷確定過大，將使電器和導(dǎo)線截面選擇過大，造成投資和有色金屬的浪費(fèi)；如計(jì)算

3、負(fù)荷確定過小，又將使電器和導(dǎo)線運(yùn)行時(shí)增加電能損耗，并產(chǎn)生過熱，引起絕緣提早老化，甚至燒毀，以致發(fā)生事故，同樣給國家造成損失。為此，正確進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算是供電設(shè)計(jì)的前提，也是實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要手段。因此，供配電設(shè)計(jì)的第一步，需要計(jì)算全廠和各車間的實(shí)際負(fù)荷。1.1.2 負(fù)荷計(jì)算方法負(fù)荷計(jì)算的方法有需用系數(shù)法、二項(xiàng)式系數(shù)法、利用系數(shù)方法等等。需用系數(shù)法是將用電設(shè)備的設(shè)備功率乘以需用系數(shù)和同時(shí)系數(shù)直接求出負(fù)荷。需用系數(shù)法比較簡單，因而廣泛使用。并且適用于計(jì)算變、配電所的負(fù)荷。所以本次設(shè)計(jì)采用需用系數(shù)法，其計(jì)算方法1如下：1. 有功計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式： P30=KdPe （1-1）Pe用電設(shè)備

4、組總的設(shè)備容量（不含備用設(shè)備容量，單位為kW）。Kd用電設(shè)備組的需要系數(shù)。2. 無功計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式： Q30=P30 （1-2）3視在計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式： S30=P30/ （1-3）4計(jì)算電流的計(jì)算公式： I30=S30/UN （1-4）1.1.3 負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容1.鑄造車間 Pe=875 Kd=0.5 =0.7 =1.02 P30=8750.5=437.5kW Q30=437.51.02=446.25kvar S30=437.5/0.7=625kVA I30=625/*0.38=0.95kA其他車間負(fù)荷計(jì)算同上總的視在負(fù)荷計(jì)算：P30（1）=994+582+455.2=2031.2kW

5、Q30（1）=1151.795+585.71+487.642=2866.505kvarS30= S30=3513.21kVA表1.1 各車間低壓負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表序號車間名稱設(shè)備容量/kW需要系數(shù)Kd計(jì)算負(fù)荷變壓器臺(tái)數(shù)和容量/kW/kvar/ kVA/kA1鑄造車間8750.50.71.02437.5446.256250.952*2500（kVA）鍛壓車間7600.650.61.33494658.67823.31.251倉庫1250.50.80.7562.546.87578.1250.119小計(jì) 9941151.7951526.4252.322 機(jī)加車間3700.70.80.75259194.2532

6、3.750.492工具車間4000.50.61.33200266333.330.506模具車間2050.60.71.02123125.46175.710.267小計(jì) 582585.71832.791.2653 表面處理間2750.60.651.17165193.05253.840.386動(dòng)力車間2180.70.651.17152.6178.54234.760.357總裝車間1500.60.80.759067.5112.50.171試驗(yàn)站680.70.71.0247.648.552680.1小計(jì) 455.2487.642699.11.0141.1.4 無功負(fù)荷補(bǔ)償6 無功負(fù)荷補(bǔ)償?shù)哪康模河捎谟脩?/p>

7、的大量負(fù)荷如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、氣體放電燈等，都是感性負(fù)荷，使得功率因數(shù)偏低，因此需要采用無功補(bǔ)償措施來提高功率因數(shù)。電力系統(tǒng)要求用戶的功率因數(shù)不低于0.9，按照實(shí)際情況本次設(shè)計(jì)要求功率因數(shù)為0.92以上，因此，必須采取措施提高系統(tǒng)功率因數(shù)。目前提高功率因數(shù)的常用的辦法是裝設(shè)無功自動(dòng)補(bǔ)償并聯(lián)電容器裝置。要使功率因數(shù)提高，通常需裝設(shè)人工補(bǔ)償裝置。最大負(fù)荷時(shí)的無功補(bǔ)償容量QNC應(yīng)為： QNC=Q30-Q30=P30(-） （1-5）按此公式計(jì)算出的無功補(bǔ)償容量為最大負(fù)荷時(shí)所需的容量，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，補(bǔ)償容量也應(yīng)相應(yīng)減小，以免造成過補(bǔ)償。因此，無功補(bǔ)償裝置通常裝設(shè)無功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制器，針對預(yù)先設(shè)定的

8、功率因數(shù)目標(biāo)值，根據(jù)負(fù)荷的變化相應(yīng)投切電容器組數(shù)，使瞬時(shí)功率因數(shù)滿足要求。 低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置通常與低壓配電屏配套制造安裝，根據(jù)負(fù)荷變化相應(yīng)循環(huán)投切的電容器組數(shù)一般有4、6、8、10、12組等。用上式確定了總的補(bǔ)償容量后，就可根據(jù)選定的單相并聯(lián)電容器容量qNC來確定電容器組數(shù)： （1-6）在用戶供電系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償裝置位置一般有三種安裝方式：(1)高壓集中補(bǔ)償 補(bǔ)償效果不如后兩種補(bǔ)償方式，但初投資較少，便于集中運(yùn)行維護(hù)，而且能對企業(yè)高壓側(cè)的無功功率進(jìn)行有效補(bǔ)償，以滿足企業(yè)總功率因數(shù)的要求，所以在一些大中型企業(yè)中應(yīng)用。(2)低壓集中補(bǔ)償 補(bǔ)償效果較高壓集中補(bǔ)償方式好，特別是它能減少變壓器的視在

9、功率，從而可使主變壓器的容量選的較小，因而在實(shí)際工程中應(yīng)用相當(dāng)普遍。(3)低壓分散補(bǔ)償 補(bǔ)償效果最好，應(yīng)優(yōu)先采用。但這種補(bǔ)償方式總的投資較大，且電容器組在被補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備停止運(yùn)用時(shí)，它也將一并被切除，因此其利用率較低。 具體計(jì)算有功功率 Pc=K pP30 （1-7）無功功率 Qc= KqQ30 （1-8）視在功率 S30= （1-9）式中：對于干線，可取K p ，Kq。對于低壓母線，由用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷直接相加來計(jì)算時(shí)，可取K p ，Kq。由干線負(fù)荷直接相加來計(jì)算時(shí)，可取K p ，Kq。Pc=K pP30=0.952031.2=1929.64kWQc= KqQ30=0.932866.505=266

10、5.85kvarSc=3455.5kVA本次設(shè)計(jì)采用低壓集中補(bǔ)償方式。PC QC S30取自低壓母線側(cè)的計(jì)算負(fù)荷，提高至0.92=0.55QNC=PC（-）=1929.64*tan(arccos0.55)-tan(arccos0.92)=2103 kvar選擇BSMJ0.4-25-3型并聯(lián)電容器，qNC=25kvar=2103kvar/25kvar=84 補(bǔ)償后的視在計(jì)算負(fù)荷SC=2010kVA= =0.960.91.2 變電所位置的選擇1.2.1 變電所位置的選擇要求變電所位置的選擇，應(yīng)根據(jù)下列要求經(jīng)濟(jì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較確定。 (1) 接近電源； (2) 進(jìn)出線方便； (3) 設(shè)備運(yùn)輸方便； (

11、4) 盡量接近負(fù)荷中心； (5) 不應(yīng)設(shè)在有劇烈振動(dòng)或高溫的場所； (6) 不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場所； (7) 不應(yīng)設(shè)在廁所、浴室或其他經(jīng)常有水場所的正下發(fā)，且不宜與上述場所相貼近； (8) 不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險(xiǎn)的正方或正下方，且不宜設(shè)在有火危險(xiǎn)環(huán)境的正上方或正下方。1.2.2 變電所的布置變電所的總體布置，應(yīng)滿足以下要求。 (1) 便于運(yùn)行維護(hù)和檢修； (2) 保證運(yùn)行安全； (3) 便于進(jìn)出線； (4) 節(jié)約土地和建筑費(fèi)用； (5) 適應(yīng)發(fā)展要求。1.2.3 本變電所位置的選擇依據(jù)上述原則和要求以及本廠的具體情況，有利于交通運(yùn)輸，并且靠近于電源側(cè)，正在幾個(gè)大型的負(fù)荷中心。遠(yuǎn)離了劇烈震

12、動(dòng)、高溫、多塵、腐蝕性氣體及常積水的場所來確定本變電所的位置，如圖1.1所示。1.3 變壓器的選擇1.3.1 變壓器臺(tái)數(shù)的選擇變電所主變壓器臺(tái)數(shù)選擇原則（1）為了保證供電可靠，在變電所中一般應(yīng)裝設(shè)備用電源時(shí)，可裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器。如果有一個(gè)電源進(jìn)線或變電所可由低壓側(cè)電力網(wǎng)取得備用電源時(shí)，可裝設(shè)一臺(tái)主變壓器。（2）當(dāng)工廠絕大部分負(fù)荷屬于三級負(fù)荷，其少量一、二級負(fù)荷可由鄰壓電網(wǎng)(10kv)取得備用電源時(shí)，可裝設(shè)一臺(tái)主變壓器。（3）裝有兩臺(tái)及以上主變電器的變電所，當(dāng)斷開一臺(tái)時(shí)，其余主變壓器容量不應(yīng)小于60%-70%的全部負(fù)荷，并應(yīng)保證用戶一、二級負(fù)荷。 變壓器容量的確定變壓器容量裝有兩臺(tái)變壓器的變電站

13、，采用暗備用方式，當(dāng)其中一臺(tái)主變因事故斷開，另一臺(tái)主變的容量應(yīng)滿足全部負(fù)荷的70%，考慮變壓器的事故過負(fù)荷能力為40%，則可保證80%負(fù)荷供電。1.3.3 本廠變壓器容量的確定變壓器的容量計(jì)算：SNT=（0.60.7）S30 （1-10）SNT=0.63513.21=2283.59kVA即可選定兩臺(tái)容量為2500kVA的變壓器。本廠負(fù)荷較大，經(jīng)過整定計(jì)算后可的S30=3513.21kVA，要求選擇兩臺(tái)變壓器，根據(jù)公式SNT=(0.60.7)S30計(jì)算，可選用兩臺(tái)容量為2500KVA的變壓器。變壓器型號為S92500/10的變壓器。表1.2 變壓器S92500/10的技術(shù)參數(shù)額定容量（KVA）額

14、定電壓損 耗短路阻抗連接一次二次空載負(fù)荷6.5%組標(biāo)號250010.50.4320020700Y,Yd11降壓變電所兩臺(tái)主變壓器圖1.1 廠總平面圖2 主接線方案的選擇2.1 主接線的基本要求主接線是指由各種開關(guān)電器、電力變壓器、互感器、母線、電力電纜、并聯(lián)電容器等電氣設(shè)備按一定次序連接的接受和分配電能的電路。它是電氣設(shè)備選擇及確定配電裝置安裝方式的依據(jù)，也是運(yùn)行人員進(jìn)行各種倒閘操作和事故處理的重要依據(jù)。概括地說，對一次接線的基本要求包括安全、可靠、靈活和經(jīng)濟(jì)四個(gè)方面。2.1.1 安全性安全包括設(shè)備安全及人身安全。一次接線應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，正確選擇電氣設(shè)備及其監(jiān)視、保護(hù)系統(tǒng)，考

15、慮各種安全技術(shù)措施。2.1.2 可靠性不僅和一次接線的形式有關(guān)，還和電氣設(shè)備的技術(shù)性能、運(yùn)行管理的自動(dòng)化程度因素有關(guān)。2.1.3 靈活性用最少的切換來適應(yīng)各種不同的運(yùn)行方式，適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展。2.1.4 經(jīng)濟(jì)性在滿足上述技術(shù)要求的前提下，主接線方案應(yīng)力求接線簡化、投資省、占地少、運(yùn)行費(fèi)用低。采用的設(shè)備少，且應(yīng)選用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用的節(jié)能產(chǎn)品。2.2 主接線的案例與分析主接線的基本形式有單母線接線、雙母線接線、橋式接線等多種。在此主要介紹單母線接線。2.2.1 單母線接線這種接線的優(yōu)點(diǎn)是接線簡單清晰、設(shè)備少、操作方便、便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置。缺點(diǎn)：不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關(guān)等）故

16、障檢修，均需要使整個(gè)配電裝置停電，單母線可用隔離開關(guān)分段，但當(dāng)一段母線故障時(shí)，全部回路仍需短時(shí)停電，在用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后才能恢復(fù)非故障段的供電。適用范圍：適應(yīng)于容量較小、對供電可靠性要求不高的場合，出線回路少的小型變配電所，一般供三級負(fù)荷，兩路電源進(jìn)線的單母線可供二級負(fù)荷。圖2.1 單母線不分段主接線2.2.2 單母線分段主接線當(dāng)出線回路數(shù)增多且有兩路電源進(jìn)線時(shí)，可用斷路器將母線分段，成為單母線分段接線。母線分段后，可提高供電的可靠性和靈活性。在正常工作時(shí)，分段斷路器可接通也可斷開運(yùn)行。兩路電源進(jìn)線一用一備時(shí)，分段斷路器接同運(yùn)行，此時(shí)，任一段母線出現(xiàn)故障，分段斷路器與故障段進(jìn)線斷路

17、器都會(huì)在繼電保護(hù)裝置作用下自動(dòng)斷開，將故障段母線切除后，非故障段母線便可繼續(xù)工作，而當(dāng)兩路電源同時(shí)工作互為備用時(shí)，分段斷路器則斷開運(yùn)行，此時(shí)若任一電源出現(xiàn)故障，電源進(jìn)線斷路器自動(dòng)斷開，分段斷路器可自動(dòng)投入，保證給全部出線或重要負(fù)荷繼續(xù)供電。圖2.2 單母線分段主接線單母線分段接線保留了單母線接線的優(yōu)點(diǎn)，又在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)，如縮小了母線故障的影響范圍、分別從兩段母線上引出兩路出線可保證對一級負(fù)荷的供電等。本次主接線的設(shè)計(jì)我們采用的10kV側(cè)采用單母接線，0.4kV側(cè)采用單母分段（具體圖見附錄一）。3 短路電流計(jì)算3.1 短路電流及其計(jì)算方法供電系統(tǒng)應(yīng)該正常的不間斷地可靠供電，以保證生產(chǎn)

18、和生活的正常進(jìn)行。但是供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行常常因?yàn)榘l(fā)生短路故障而遭到破壞。造成短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞、誤動(dòng)作、雷擊或過電壓擊穿等。短路電流數(shù)值通常是正常工作電流值的十幾倍或幾十倍。當(dāng)它通過電氣設(shè)備時(shí)，設(shè)備的載流部分變形或損壞，選用設(shè)備時(shí)要考慮它們對短路電流的穩(wěn)定。短路電流在線路上產(chǎn)生很大的壓降，離短路點(diǎn)越近的母線，電壓下降越厲害，從而影響與母線連接的電動(dòng)機(jī)或其它設(shè)備的正常運(yùn)行。計(jì)算方法采用標(biāo)幺值法計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算的物理量，不是用具體單位的值，而是用其相對值表示，這種計(jì)算方法叫做標(biāo)幺值法。標(biāo)幺值的概念是：某量的標(biāo)幺值= 所謂基準(zhǔn)值是衡量某個(gè)物理量的標(biāo)準(zhǔn)或尺度，用標(biāo)幺值表示的物理量

19、是沒有單位的。供電系統(tǒng)中的元件包括電源、輸電線路、變壓器、電抗器和用戶電力線路，為了求出電源至短路點(diǎn)電抗標(biāo)幺值，需要逐一地求出這些元件的電抗標(biāo)幺值。3.2 三相短路計(jì)算電源取自距本變電所8km外的35kV變電站，用10kV雙回架空線路向本變電所供電，出口處的短路容量為500MVA。圖3.1 短路計(jì)算示意圖求10kV母線上K-1點(diǎn)短路和380V低壓母線上K-2點(diǎn)短路電流和短路容量。電源側(cè)短路容量定為Sk=500MVA確定基準(zhǔn)值：取 Sd=100MVA Uc1=10.5kV Uc2=0.4kV Id1= =100MVA/（*10.5kV）=5.50kA （3-1）Id2= =100MVA/（*0.

20、4kV）=144.34kA （3-2）計(jì)算： 電力系統(tǒng) X1*= Sd/Sk=100MVA/500MVA=0.2 （3-3） 架空線路（架空線路電抗查表的0.35）6 X2*=X0LSd/Uc2=0.35/km*8km*=2.54 （3-4） 電力變壓器（UK%取6.5） X3*=Uk%Sd/100SNT=2.6 （3-5）求K-1點(diǎn)的短路電路總阻抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量： 總電抗標(biāo)幺值X*(k-1) =X1*+X2*=0.2+2.54=2.74 （3-6） 三相短路電流周期分量有效值Ik-1(3) = Id1/X*(k-1) =5.50kA/2.74=2kA （3-7） 其他三相短路

21、電流 在10/0.4KV變壓器一次側(cè)低壓母線發(fā)生三相短路時(shí)，可取ksh=1.9，因此： Ik-1(3) =Ik-1 (3) = Ik-1(3) =2kA （3-8） ish (3) =2.55*2kA=5.1kA （3-9） Ish(3) =1.51*2kA=3.02kA （3-10） 三相短路容量 Sk-1(3) = Sd/X*(k-1) =100MVA/2.74=36.5 MVA （3-11）求K-2點(diǎn)的短路電路總阻抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量：兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行： 總電抗標(biāo)幺值 X*(k-2) =0.2+2.54+2.6/2=4.04 三相短路電流周期分量有效值Ik-2(3) = I

22、d2/X*(k-2) =144.34kA/4.04=35.72kA （3-13） 其他三相短路電流在10/0.4KV變壓器二次側(cè)低壓母線發(fā)生三相短路時(shí)，R1.5；對電纜線SP1.25。采用此種保護(hù)，靈敏度較高。 變壓器的過負(fù)荷保護(hù)變壓器的過負(fù)荷保護(hù)一般只對并列運(yùn)行的變壓器或工作中有可能過負(fù)荷（如作為其他負(fù)荷的備用電源）的變壓器才裝設(shè)。由于過負(fù)荷電流在大多數(shù)情況下是三相對稱的，因此過負(fù)荷保護(hù)只需采用一個(gè)電流繼電器裝于一相電流中，保護(hù)裝置作用于信號。為了防止變壓器外部短路時(shí)，變壓器過負(fù)荷保護(hù)發(fā)出錯(cuò)誤信號，以及在出現(xiàn)持續(xù)幾秒鐘的尖峰負(fù)荷時(shí)不致發(fā)出信號，通常過負(fù)荷動(dòng)作時(shí)限為10-15s。變壓器過負(fù)荷保

23、護(hù)的動(dòng)作電流可按下式計(jì)算： 瓦斯保護(hù) 瓦斯保護(hù)又稱氣體繼電保護(hù)，是保護(hù)油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種基本保護(hù)裝置。按規(guī)定，800kVA及以上的一般油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。 瓦斯保護(hù)的主要元件是氣體繼電器。它裝設(shè)在變壓器油箱與油枕之間的連通管上，利用油浸式電力變壓器內(nèi)部故障時(shí)產(chǎn)生的氣體進(jìn)行工作。瓦斯動(dòng)作的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作快，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，能反映變壓器油箱內(nèi)的各種故障，可靠性比較高，安裝簡單，其缺點(diǎn)是不能反映油箱以外故障（如變壓器套管以及引出線上的故障），因此瓦斯保護(hù)不能取代變壓器的其他保護(hù)。表5.1 繼電保護(hù)裝置選擇的一般要求序號一次系統(tǒng)情況繼

24、電保護(hù)裝置選擇要求16-10kV高壓線路高壓斷路器采用手動(dòng)或彈簧操作機(jī)構(gòu)相間短路保護(hù)采用去分流跳閘的反時(shí)限過電流保護(hù)，兩相兩繼電器式接地，繼電器本身兼具有電流速斷保護(hù)2高壓斷路器采用電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)或彈簧操作機(jī)構(gòu)采用定時(shí)限或反時(shí)限過電流保護(hù)，兩相兩繼電器式接地，當(dāng)動(dòng)作時(shí)限大于0.5-0.7s時(shí)，加電流速斷保護(hù)3在電纜線路較多時(shí)單相接地保護(hù)46-10/0.4kV電力變壓器高壓斷路器采用手動(dòng)或彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)相間短路保護(hù)同序號15高壓斷路器采用電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)或彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)同序號26低壓側(cè)為含中性線的三相系統(tǒng)高壓側(cè)開關(guān)為斷路器低壓側(cè)單相短路保護(hù)變壓器低壓側(cè)中性線上裝零序電流保護(hù)7高壓側(cè)過電流保護(hù)改用兩相三繼電

25、器式接線8高壓側(cè)開關(guān)不限低壓側(cè)裝三相帶過電流脫扣器的低壓斷路器9低壓側(cè)三相裝熔斷器保護(hù)10高壓側(cè)開關(guān)為斷路器過負(fù)荷保護(hù)11高壓側(cè)開關(guān)為斷路器氣體繼電器保護(hù)（瓦斯保護(hù)）6 差動(dòng)保護(hù)6.1 差動(dòng)保護(hù)簡介差動(dòng)保護(hù)是保護(hù)兩端電流互感器之間的故障（即保護(hù)范圍在輸入的兩端CT之間的設(shè)備上），正常情況流進(jìn)的電流和流出的電流在保護(hù)內(nèi)大小相等，方向相反，相位相同，兩者剛好抵消，差動(dòng)電流等于零；故障時(shí)兩端電流向故障點(diǎn)流，在保護(hù)內(nèi)電流疊加，差動(dòng)電流大于零。驅(qū)動(dòng)保護(hù)出口繼電器動(dòng)作，跳開兩側(cè)的斷路器，使故障設(shè)備斷開電源。 6.2 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理6.2.1 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)元件（1號主變）始

26、端和末端電流的大小和相位的原理而工作的。為了實(shí)現(xiàn)這種比較，在被保護(hù)元件的兩側(cè)各設(shè)置一組電流互感器TA1、TA2，其二次側(cè)按環(huán)流法接線，即若兩端的電流互感器的正極性端子均置于靠近母線一側(cè)，則將他們二次的同極性端子相連，再將差動(dòng)繼電器的線圈并入，構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)。其中差動(dòng)繼電器線圈回路稱為差動(dòng)回路，而兩側(cè)的回路稱為差動(dòng)保護(hù)的兩個(gè)臂。6.2.2 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的工作原理根據(jù)基爾霍夫第一定律，；式中表示變壓器各側(cè)電流的向量和，其物理意義是：變壓器正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，若忽略勵(lì)磁電流損耗及其他損耗，則流入變壓器的電流等于流出變壓器的電流。因此，縱差保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，若忽略負(fù)荷電流不計(jì)，則只有流

27、進(jìn)變壓器的電流而沒有流出變壓器的電流，其縱差保護(hù)動(dòng)作，切除變壓器。見變壓器縱差保護(hù)原理接線。圖6.1 差動(dòng)保護(hù)原理接線圖（1）正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)，被保護(hù)元件兩端的電流和 （a）所示，則流入繼電器的電流為繼電器不動(dòng)作。（2）區(qū)內(nèi)故障時(shí)，被保護(hù)元件兩端的電流和的方向如圖1.5.5（b）所示，則流入繼電器的電流為此時(shí)為兩側(cè)電源提供的短路電流之和，電流很大，故繼電器動(dòng)作，跳開兩側(cè)的斷路器。由上分析可知，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的范圍就是兩側(cè)電流互感器所包圍的全部區(qū)域，即被保護(hù)元件的全部，而在保護(hù)范圍外故障時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作。因此，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)不需要與相鄰元件的保護(hù)在動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作值上進(jìn)行配合，是全線快速保護(hù)，且具有

28、不反應(yīng)過負(fù)荷與系統(tǒng)震蕩及靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。6.2.3 微機(jī)變壓器縱差保護(hù)的主要元件介紹主要元件有：1）比率差動(dòng)保護(hù)元件，2）勵(lì)磁涌流閉鎖元件，3）TA飽和閉鎖元件，4）TA斷線閉鎖（告警）元件，5）差動(dòng)速斷元件，6）過勵(lì)磁閉鎖元件6.2.4 下面對各個(gè)元件的功能和原理作個(gè)簡要的介紹：(1)比率差動(dòng)保護(hù)元件：變壓器在正常負(fù)荷狀態(tài)下，差動(dòng)回路中的不平衡電流很小，但當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路故障時(shí)，由于電流互感器可能飽和等等因素，會(huì)使不平衡電流增大，當(dāng)不平衡電流超過了保護(hù)動(dòng)作電流時(shí)，差動(dòng)保護(hù)就會(huì)誤動(dòng)。比率差動(dòng)保護(hù)就是用來區(qū)分差流是由內(nèi)部故障還是不平衡輸出（特別是外部故障）引起的，它引入了外部短路電流作為制動(dòng)電流，

29、當(dāng)外部短路電流增大時(shí)，制動(dòng)電流隨之增大，使得繼電器的動(dòng)作電流也相應(yīng)增大，這樣就可以有效的躲過不平衡電流，避免誤動(dòng)的出現(xiàn)。比率差動(dòng)元件采用初始帶制動(dòng)的變斜率比率制動(dòng)特性，由低值比率差動(dòng)（靈敏）和高值比率差動(dòng)（不靈敏）兩個(gè)元件構(gòu)成。為了保證區(qū)內(nèi)故障的快速切除，只有低值比率差動(dòng)元件（靈敏）設(shè)有TA飽和判據(jù)，高值比率差動(dòng)元件（不靈敏）不設(shè)TA飽和判據(jù)。三折線比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性及比率差動(dòng)動(dòng)作方程如圖5.1所示。 圖6.2比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性圖式中：為變壓器額定電流；分別為變壓器各側(cè)電流；為穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)起動(dòng)電流；為差動(dòng)電流；為制動(dòng)電流；為比率制動(dòng)系數(shù)整定值（）。比率差動(dòng)保護(hù)按相判別，滿足以上條件時(shí)動(dòng)作

30、。但是保護(hù)出口必須還要經(jīng)過TA的飽和判別，TA斷線判別（可選），勵(lì)磁涌流判別。由圖可以看出，具有比率制動(dòng)特性差動(dòng)元件的動(dòng)作特性主要由起動(dòng)電流，拐點(diǎn)電流，比率制動(dòng)系數(shù)（即特性曲線的斜率）決定，而動(dòng)作特性又決定了差動(dòng)元件的動(dòng)作靈敏度和躲區(qū)外故障的能力，當(dāng)這三個(gè)量中的兩個(gè)固定以后，比率制動(dòng)系數(shù)越小，或拐點(diǎn)電流越大，或初始動(dòng)作電流越小，差動(dòng)元件的動(dòng)作靈敏度越高，而此時(shí)躲區(qū)外故障的能力越差。（2） TA飽和閉鎖元件：區(qū)外短路故障時(shí)，若一側(cè)電流互感器出現(xiàn)飽和，則差動(dòng)回路中的不平衡電流將會(huì)增大，容易導(dǎo)致縱差保護(hù)誤動(dòng)作，為了解決TA飽和對差動(dòng)保護(hù)的影響，首先設(shè)置一個(gè)高定值比率差動(dòng)動(dòng)作區(qū)，它是不需要經(jīng)過TA的飽

31、和判別的，即圖中的陰影部分，其保護(hù)判據(jù)如下：，的定義與上文相同。當(dāng)，確定的工作點(diǎn)落入該區(qū)域時(shí)，縱差動(dòng)保護(hù)可以經(jīng)TA斷線判別（可選），勵(lì)磁涌流判別后快速動(dòng)作。如果工作點(diǎn)沒有在高定值比率差動(dòng)動(dòng)作區(qū)時(shí)，通常利用二次電流中的二次和三次諧波含量來判別TA是否飽和，其判據(jù)如下：式中：分別為電流中的基波、二次和三次諧波；為比例常數(shù)。當(dāng)與某相差動(dòng)電流有關(guān)的電流滿足上式時(shí)即認(rèn)為此相差流是由TA飽和引起的，此時(shí)閉鎖穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)。（3）TA斷線閉鎖（告警）元件：變壓器帶有一定的負(fù)荷時(shí)，若電流互感器二次回路斷線，則會(huì)造成縱差動(dòng)保護(hù)的起動(dòng)元件、差動(dòng)元件動(dòng)作，從而導(dǎo)致縱差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，即使變壓器負(fù)荷電流很小甚至空載情況下，當(dāng)電流互感器二次回路斷線時(shí)，縱差保護(hù)雖然不動(dòng)作，但當(dāng)區(qū)外故障時(shí)，必然會(huì)造成縱差保護(hù)的誤動(dòng)作。所以應(yīng)設(shè)置TA二次斷線閉鎖。TA二次斷線判據(jù)分未引起差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)和引起差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)兩種情況。起動(dòng)元件未動(dòng)作時(shí)，滿足就判為TA二次斷線：任一相差流大于設(shè)定值且 （=15%20%）,判斷線后延時(shí)10秒發(fā)報(bào)警信號，但不閉鎖縱差保護(hù)。起動(dòng)元件動(dòng)作后，以下條件沒有一條滿足的也判為TA二次斷線：1）任一側(cè)負(fù)序相電壓大于6V；2）起動(dòng)后任一側(cè)任一相電流比起動(dòng)前增加；3）起動(dòng)后最大相電流大于1.1倍額定電流；4）任一側(cè)任一相間工頻