110KV降壓變電所變壓器保護設(shè)計

1、前言變電站是電力系統(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，直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行。變壓器則是變電所的核心靈魂式設(shè)備，變壓器的繼電保護設(shè)計便成了構(gòu)成電力系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，繼電保護可以在可能實現(xiàn)的最短時間和最小區(qū)域內(nèi)自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或者給出信號由值班人員消除異常工況的根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。從而實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的故障保護、故障切除、故障報警，為電力系統(tǒng)的安全運行提供保障。本次設(shè)計為110kV降壓變電所變壓器的繼電保護的初步設(shè)計，大致可分為設(shè)計說明書、計算書和設(shè)計圖紙三部分。所設(shè)計

2、的內(nèi)容力求概念清楚，層次分明。本文是在沈陽工程學院自動控制工程系郭永樹教授的精心指導下完成的。郭老師治學嚴謹、知識廣博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在畢業(yè)設(shè)計期間郭老師在設(shè)計的選題和設(shè)計思路上給了我很多的指導和幫助。郭老師循循善誘的教學方法、熱情待人的處事方式、一絲不茍的治學態(tài)度、對學生嚴格要求的敬業(yè)精神給我留下了很深的印象。在此，我對恩師表示最崇高的敬意和最誠摯的感謝！ 本文從電氣主接線設(shè)計、短路電流計算、主要電氣設(shè)備選擇、繼電保護配置等幾方面對變電站電氣主接線設(shè)計進行了闡述，并繪制了電氣主接線圖。由于本人水平有限，錯誤和不妥之處在所難免，敬請各位老師批評指正。第1章 概述1.1 變壓器的

3、故障分析與保護設(shè)置1.1.1 變壓器的故障分析電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件,為了供電的可靠性和系統(tǒng)正常運行,就必須視其容量的大小、電壓的高低和重要程度,設(shè)置相應的繼電保護裝置。變壓器的內(nèi)部故障可以分油箱內(nèi)部和油箱外部故障兩種。油箱內(nèi)部的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵芯的繞損等,對變壓器來講,這些故障都是十分危險的,因為油箱內(nèi)故障時產(chǎn)生的電弧,將引起絕緣物質(zhì)的劇烈氣化,從而可能引起爆炸,因此,這些故障應該盡快加以切除。油箱外的故障,主要是絕緣套管和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路。變壓器的不正常運行狀態(tài)主要有: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過電

4、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引起的油面降低。1.1.2 變壓器的保護設(shè)置此外,對大容量變壓器,由于其額定工作時的磁通密度接近于鐵芯的飽和磁通密度,因此,在過電壓或低頻率等異常運行方式下,還會發(fā)生變壓器的過勵磁故障。針對電力變壓器的上述故障類型及不正常運行狀態(tài),應對變壓器裝設(shè)相應的繼電保護裝置。（1） 組的相間短路和中性點直接接地側(cè)的單相短路；（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） 油面下降；（8） 變壓器溫度及油箱壓力升高和冷卻

5、系統(tǒng)故障。1.1.2.1 電力變壓器應裝設(shè)的保護裝置(1)線圈及其引出線的相間短路、中性點直接接地側(cè)的接地短路、繞組的匝間短路，應裝設(shè)瞬時動作作于跳閘的保護裝置。(2)外部相間短路引起的過電流，直接接地電力網(wǎng)外部接地短路引起的過電流，中性點過電壓，應裝設(shè)帶時限動作于跳閘的保護裝置。(3)變壓器過負荷、油面降低、變壓器溫度升高和冷卻系統(tǒng)故障時，應裝設(shè)信號裝置1.1.2.2 對變壓器保護裝置的要求(1)對變壓器內(nèi)部故障和油面降低采用瓦斯保護，油面降低和輕瓦斯時，應動作與信號；重瓦斯則動作與跳閘，斷開變壓器各測的斷路器。(2)對變壓器引出線、套管及內(nèi)部故障，采用縱聯(lián)差動保護或電流速段保護。故障時，斷

6、開變壓器各側(cè)的斷路器。(3)對變壓器外部的相間短路，一般采用過電流保護，如過電流保護靈敏度不滿足要求時，可裝設(shè)復合電壓或低電壓啟動的過電流保護，過電流保護均裝設(shè)在主電源側(cè)。根據(jù)實際情況本設(shè)計對變壓器采用縱聯(lián)差動保護、過負荷保護和瓦斯保護三種保護形式。1.1.2.3 保護裝置選擇（見表1-1） 變壓器保護裝置選擇表1-1序號保護名稱型號1縱差保護BCH-12110KV側(cè)復合電壓啟動的過電流保護DY-4,DL-11,DY-25335KV側(cè)方向電流保護LG-11,DL-114110KV側(cè)零序過電流保護DL-135瓦斯保護QJ-801.2 電力變壓器的主保護(1) 0.8M VA及以上的油浸式變壓器和

7、0.4M VA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器,均應裝設(shè)瓦斯保護。當殼內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時,應瞬時動作于信號;當產(chǎn)生大量瓦斯時,應動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。帶負荷調(diào)壓的油浸式變壓器的調(diào)壓裝置,亦應裝設(shè)瓦斯保護。(2) 6.3M VA以下廠用工作變壓器和并列運行的變壓器,以及10M VA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(shè)電流速斷保護。(3) 對6.3M VA及以上的廠用工作變壓器和并列運行的變壓器,10M VA及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器,應裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(以下簡稱縱差保護)。(4) 對高壓側(cè)電壓為330kV及以上的變壓器,可裝設(shè)雙重縱差

8、保護。(5) 縱差保護應能躲過勵磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流,應在變壓器過勵磁時不誤動。差動保護的范圍應包括變壓器繞組、套管及其引出線。(6) 對ll0kV及以上中性點直接接地電網(wǎng)中的變壓器,應在變壓器中性點接地線上裝設(shè)反應接地故障的零序電流保護。對于只有部分變壓器中性點接地運行的變電所,當變壓器為分級絕緣時,零序保護動作時應首先切除中性點不接地運行的變壓器,如果故障未消失再切除中性點接地的變壓器,以防止中性點不接地運行變壓器出現(xiàn)危害的過電壓。(7) 對高壓側(cè)電壓為500kV或容量在240M VA及以上的變壓器,當頻率降低和電壓升高引起的變壓器工作磁密過高,應裝設(shè)過勵磁保護。保護由兩段組成

9、,低定值段動作于信號,高定值段動作于跳閘。(8) 對變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障,應按電力變壓器標準要求,裝設(shè)作用于信號或動作于跳閘的裝置。1.3 電力變壓器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保護，變壓器配置相間短路的后備保護。保護動作后，應帶時限動作于跳閘。規(guī)程規(guī)定： (1)過電流保護宜用于降壓變壓器；(2)當過電流保護的靈敏度不夠時，可采用低電壓起動的過電流保護，主要用于升壓變壓器或容量較大的降壓變壓器；(3)復合電壓（包括負序電壓及線電壓）起動的過電流保護，宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過電流保護不符合靈敏度要求的降壓變壓器；(4)負序

10、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；(5)按以上兩條裝設(shè)保護不能滿足靈敏性要求和選擇性要求時，可采用阻抗保護。即 變壓器的相間短路后備保護首先考慮采用過電流保護,當過電流保護滿足不了靈敏度要求時,可選用復合電壓起動的過電流保護,若仍滿足不了靈敏度的要求。則可選擇阻抗保護。外部相間短路保護應裝于變壓器下列各側(cè)，各項保護的接線，宜考慮能反映電流互感器與斷路器之間的故障：(1) 雙繞組變壓器,后備保護應裝在主電源側(cè),根據(jù)主接線情況,保護可帶一段或兩段時限,以較短的時限縮小故障影響范圍,跳母聯(lián)或分段斷路器;較長的時限斷開變壓器各側(cè)的斷路器。(2) 三繞組變壓器和自耦變

11、壓器,后備保護要分別裝在主電源側(cè)和主負荷側(cè)。主電源側(cè)的保護帶兩段時限,以較短的時限斷開未裝保護側(cè)的斷路器,主負荷側(cè)的保護動作于本側(cè)斷路器。當上述方式不符合靈敏性要求時,可在各側(cè)裝設(shè)后備保護。各側(cè)保護應根據(jù)選擇性的要求考慮加裝方向元件。(3) 0.4M VA及以上的變壓器應設(shè)置過負荷保護,其動作時間應大于電動機的自啟動時間,-般動作于信號。(4)對低壓側(cè)有分支，并接至分開運行母線段的降壓變壓器，除在電源側(cè)裝設(shè)保護處，還應在每個支路裝設(shè)保護。(5)對發(fā)電機變壓器組，在變壓器低壓側(cè)，不應另設(shè)保護，而利用發(fā)電機反應外部短路的后備保護。在廠用分支線上，應裝設(shè)單獨的保護，并使發(fā)電機的后備保護帶兩段時限，以

12、便在外部短路時，仍能保證廠用負荷的供電。(6)500kv系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器高、中壓側(cè)均應裝設(shè)阻抗保護。保護可帶兩段時限，以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(cè)斷路器。多繞組變壓器的外部相間短路保護，根據(jù)其型式及接線的不同，可按下述原則進行簡化：(1)220kv及以下三相多繞組變壓器，除主電源側(cè)外，其他各側(cè)保護可僅作本側(cè)相鄰電力設(shè)備和線路的后備保護。(2)保護對母線的各類故障應符合靈敏性要求。保護作為相鄰線路的遠后備時，可適當降低對保護靈敏系數(shù)分得要求。1.4 繼電保護的原理性介紹(1) 變壓器的縱聯(lián)差動保護及其原理。所謂變壓器的縱聯(lián)差動保護，是指由變壓器的一次和二次電流的數(shù)

13、值和相位進行比較而構(gòu)成的保護。縱聯(lián)差動保護裝置，一般用來保護變壓器線圈及引出線上發(fā)生的相間短路和大電流接地系統(tǒng)中的單相接地短路。對于變壓器線圈的匝間短路等內(nèi)部故障，通常只作后備保護。 縱聯(lián)差動保護裝置由變壓器兩側(cè)的電流互感器和繼電器等組成，兩個電流互感器串聯(lián)形成環(huán)路，電流繼電器并接在環(huán)路上。因此，流經(jīng)繼電器的電流等于兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流之差。在正常情況下或保護范圍外發(fā)生故障時，兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流大小相等，相位相同，因此流經(jīng)繼電器的差電流為零，但如果在保護區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障，流經(jīng)繼電器的差電流不再為零，因此繼電器將動作，使斷路器跳閘，從而起到保護作用。 變壓器縱差保護是按照循環(huán)電流原理構(gòu)

14、成的 變壓器縱差保護的原理要求變壓器在正常運行和縱差保護區(qū)（縱差保護區(qū)為電流互感器TA1、TA2之間的范圍）外故障時，流入差動繼電器中的電流為零，保證縱差保護不動作。但由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此，為了保證縱差保護的正確工作，就須適當選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得正常運行和外部故障時，兩個電流相等。 (2) 瓦斯保護。瓦斯保護是變壓器內(nèi)部故障的主要保護元件，對變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動作。當油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時，由于電弧將使絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體，其強烈程度隨故障的嚴重程度不同而不同。瓦斯保護就是

15、利用反應氣體狀態(tài)的瓦斯繼電器（又稱氣體繼電器）來保護變壓器內(nèi)部故障的。在瓦斯保護繼電器內(nèi)，上部是一個密封的浮筒，下部是一塊金屬檔板，兩者都裝有密封的水銀接點。浮筒和檔板可以圍繞各自的軸旋轉(zhuǎn)。在正常運行時，繼電器內(nèi)充滿油，浮筒浸在油內(nèi)，處于上浮位置，水銀接點斷開；檔板則由于本身重量而下垂，其水銀接點也是斷開的。當變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，氣體產(chǎn)生的速度較緩慢，氣體上升至儲油柜途中首先積存于瓦斯繼電器的上部空間，使油面下降，浮筒隨之下降而使水銀接點閉合，接通延時信號，這就是所謂的“輕瓦斯”；當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，則產(chǎn)生強烈的瓦斯氣體，油箱內(nèi)壓力瞬時突增，產(chǎn)生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖

16、擊檔板，檔板克服彈簧的阻力，帶動磁鐵向干簧觸點方向移動，使水銀觸點閉合，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是所謂的“重瓦斯”。重瓦斯動作，立即切斷與變壓器連接的所有電源，從而避免事故擴大，起到保護變壓器的作用。瓦斯繼電器有浮筒式、檔板式、開口杯式等不同型號。目前大多采用QJ-80型繼電器，其信號回路接上開口杯，跳閘回路接下檔板。所謂瓦斯保護信號動作，即指因各種原因造成繼電器內(nèi)上開口杯的信號回路接點閉合，光字牌燈亮。(3) 零序過電流保護。當變電所有多臺變壓器并列運行時，只允許一部分變壓器中性點接地。中性點接地的變壓器可裝設(shè)零序電流保護，而不接地運行的變壓器不能投入零序電流保護。當發(fā)生接地故障時，

17、變壓器接地保護不能辨認接地故障發(fā)生在哪一臺變壓器。若接地故障發(fā)生在不接地的變壓器，接地保護動作，切除接地的變壓器后，接地故障并未消除，且變成中性點不接地系統(tǒng)在接地點會產(chǎn)生較大的電弧電流，使系統(tǒng)過電壓。 同時系統(tǒng)零序電壓加大，不接地的變壓器中性點電壓升高，其零序過電壓可能使變壓器中性點絕緣損壞。為此，變壓器的零序保護動作時，首先應切除非接地的變壓器。若故障依然存在，經(jīng)一個時限階段t后，再切除接地變壓器，每臺變壓器都裝有同樣的零序電流保護，它是由電流元件和電壓元件兩部分組成。正常時零序電流及零序電壓很小，零序電流繼電器及零序電壓繼電器皆不動作，不會發(fā)出跳閘脈沖。發(fā)生接地故障時，出現(xiàn)零序電流及零序電

18、壓，當它們大于起動值后，零序電流繼電器及零序電壓繼電器皆動作。電流繼電器起動后，常開觸點閉合，起動時間繼電器KT1。時間繼電器的瞬動觸點閉合，給小母線A接通正電源，將正電源送至中性點不接地變壓器的零序電流保護。不接地的變壓器零序電流保護的零序電流繼電器不會動作，常閉觸點閉合。小母線A的正電源經(jīng)零序電壓繼電器的常開觸點、零序電流繼電器的常閉觸點起動有較短延時的時間繼電器KT2經(jīng)較短時限首先切除中性點不接地的變壓器。若接地故障消失，零序電流消失，則接地變壓器的零序電流保護的零序電流繼電器返回，保護復歸。若接地故障沒有消失，接地點在接地變壓器處，零序電流繼電器不返回，時間繼電器KT1一直在起動狀態(tài)，

19、經(jīng)過較長的延時KT1跳開中性點接地的變壓器。 (4)復合電壓起動的過電流保護。復合電壓閉鎖，即由接于相間電壓上的低電壓繼電器（只接一相）和接于負序電壓上的負序電壓繼電器組成的電壓閉鎖元件。負序電壓元件反應不對稱短路，靈敏度不受變壓器接線方式的影響，低電壓繼電器則主要反應三相短路時的母線殘壓。因此，復合電壓閉鎖元件只需裝設(shè)于變壓器一側(cè)，接線較低電壓起動的過電流保護簡單。第2章 電力變壓器主接線設(shè)計電氣主接線是發(fā)電廠、變電站電氣設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)。電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電站、線路和用戶組成。變電站是聯(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。為滿足生產(chǎn)需要，變電站

20、中安裝有各種電氣設(shè)備，并依照相應的技術(shù)要求連接起來。把變壓器、斷路器等按預期生產(chǎn)流程連成的電路，稱為電氣主接線。電氣主接線是由高壓電器通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強電流、高電壓的網(wǎng)絡(luò)，故又稱為一次接線或電氣主系統(tǒng)。用規(guī)定的設(shè)備文字和圖形符號并按工作順序排列，詳細地表示電氣設(shè)備或成套裝置的全部基本組成和連接關(guān)系的單線接線圖，稱為主接線電路圖。2.1 主接線的設(shè)計原則和要求主接線代表了變電站電氣部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分，是變電站電氣設(shè)計的首要部分。它表明了變壓器、線路和斷路器等電氣設(shè)備的數(shù)量和連接方式及可能的運行方式，從而完成變電、輸配電的任務。它的

21、設(shè)計，直接關(guān)系著全所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行。由于電能生產(chǎn)的特點是發(fā)電、變電、輸電和用電是在同一時刻完成的，所以主接線設(shè)計的好壞，也影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。因此，主接線的正確、合理設(shè)計，必須綜合處理各個方面的因素，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟論證比較后方可確定。2.2 設(shè)計主接線的基本要求對電氣主接線的基本要求，概括的說應包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三方面。(1)可靠性安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務，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，而對另外一些發(fā)電

22、廠和變電站則不一定能滿足可靠性要求。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能適應各種運行狀態(tài)，并能靈活的進行運行方式的轉(zhuǎn)換。主接線的靈活性要求有以下幾方面調(diào)度靈活，操作簡便：應能靈活的投入（或切除）某些變壓器或線路，調(diào)配電源和負荷，能滿足系統(tǒng)在事故、檢修及特殊運行方式下的調(diào)度要求。檢修安全：應能方便的停運斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，進行安全檢修而不影響電力網(wǎng)的正常運行及對用戶的供電。擴建方便：應能容易的從初期過渡到最終接線，使在擴建過渡時，在不影響連續(xù)供電或停電時間最短的情況

23、下，投入新裝變壓器或線路而不互相干擾，且一次和二次設(shè)備等所需的改造最少。(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：投資?。褐鹘泳€應簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備投資；要使控制、保護方式不過于復雜，以利于運行并節(jié)約二次設(shè)備和電纜投資；要適當限制短路電流，以選擇價格合理的電器設(shè)備；在終端或分支變電站中，應推廣采用直降式（110/610kV）變壓器，以質(zhì)量可靠的簡易電器代替高壓斷路器。占地面積小：電氣主接線設(shè)計要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件，以便節(jié)約用地和節(jié)省構(gòu)架、導線、絕緣子及安裝費用。

24、在運輸條件許可的地方，都應采用三相變壓器。電能損耗少：在變電站中，正常運行時，電能損耗主要來自變壓器。應經(jīng)濟合理的選擇主變壓器的型式、容量和臺數(shù)，盡量避免兩次變壓而增加電能損耗2.3 主接線的設(shè)計步驟電氣主接線的具體設(shè)計步驟如下：(1)分析原始資料本工程情況包括變電站類型，設(shè)計規(guī)劃容量（近期，遠景），主變臺數(shù)及容量，最大負荷利用小時數(shù)及可能的運行方式等。電力系統(tǒng)情況包括電力系統(tǒng)近期及遠景發(fā)展規(guī)劃（510年），變電站在電力系統(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接地方式等。主變壓器中性點接地方式是一個綜合性問題。它與電壓等級、單相接地短路電流、

25、過電壓水平、保護配置等有關(guān)，直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性、主變壓器的運行安全以及對通信線路的干擾等。我國一般對35kV及以下電壓電力系統(tǒng)采用中性點非直接接地系統(tǒng)（中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地），又稱小電流接地系統(tǒng)；對110kV及以上高壓系統(tǒng)，皆采用中性點直接接地系統(tǒng)，又稱大電流接地系統(tǒng)。負荷情況包括負荷的性質(zhì)及其地理位置、輸電電壓等級、出線回路數(shù)及輸送容量等。電力負荷的原始資料是設(shè)計主接線的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，電力負荷預測工作是電力規(guī)劃工作的重要組成部分，也是電力規(guī)劃的基礎(chǔ)。對電力負荷的預測不僅應有短期負荷預測，還應有中長期負荷預測，對電力負荷預測的準確性，直接關(guān)系著發(fā)電廠和變電站電

26、氣主接線設(shè)計成果的質(zhì)量，一個優(yōu)良的設(shè)計，應能經(jīng)受當前及較長遠時間（510年）的檢驗。環(huán)境條件包括當?shù)氐臍鉁?、濕度、覆冰、污穢、風向、水文、地質(zhì)、海拔高度及地震等因素，對主接線中電氣設(shè)備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。設(shè)備制造情況這往往是設(shè)計能否成立的重要前提，為使所設(shè)計的主接線具有可行性，必須對各主要電氣設(shè)備的性能、制造能力和供貨情況、價格等資料匯集并分析比較，保證設(shè)計的先進性、經(jīng)濟性和可行性。(2)主接線方案的擬定與選擇根據(jù)設(shè)計任務書的要求，在原始資料分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)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(jié)構(gòu)等不同

27、的考慮，可擬定出若干個主接線方案（本期和遠期）。依據(jù)對主接線的基本要求，從技術(shù)上論證并淘汰一些明顯不合理的方案，最終保留23個技術(shù)上相當，又都能滿足任務書要求的方案，再進行經(jīng)濟比較，結(jié)合最新技術(shù)，最終確定出在技術(shù)上合理、經(jīng)濟上可行的最終方案。(3)短路電流計算和主要電氣設(shè)備選擇對選定的電氣主接線進行短路電流計算，并選擇合理的電氣設(shè)備。(4)繪制電氣主接線圖對最終確定的主接線，按工程要求，繪制工程圖2.4 主接線的基本接線形式主接線的基本形式，就是主要電氣設(shè)備常用的幾種連接方式，它以電源和出線為主體。由于各個發(fā)電廠或變電站的出線回路數(shù)和電源數(shù)不同，且每回饋線所傳輸?shù)娜萘恳膊灰粯樱蚨鵀楸阌陔娔艿?/p>

28、匯集和分配，在進出線較多時（一般超過4回），采用母線作為中間環(huán)節(jié)，可使接線簡單清晰，運行方便，有利于安裝和擴建。而與有母線的接線相比，無匯流母線的接線使用電氣設(shè)備較少，配電裝置占地面積較小，通常用于進出線回路少，不再擴建和發(fā)展的發(fā)電廠或變電站。有匯流母線的接線形式可概況的分為單母線接線和雙母線接線兩大類；無匯流母線的接線形式主要有橋形接線、角形接線和單元接線。某變電所的電氣主接線如圖所示。已知：兩臺變壓器均為三繞組、油浸、強迫風冷、分級絕緣結(jié)構(gòu)，其參數(shù)均為：S=31.5MVA電壓：11042.5%/38.522.5%/11KV接線：YN,Y0,d11(Y0/Y/-11-12)短路電壓：Ug.z

29、%=10.5% Ug.d%=17% Uz.d%=6%兩臺變壓器同時運行110KV側(cè)的中性點只一臺接地，若只一臺運行，則運行的這臺變壓器中性點必須接地。其余參數(shù)見圖所示變電所主接線第3章 短路電流的計算3.1 短路電流計算的目的在發(fā)電廠和變電站的電氣設(shè)計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。短路電流計算的目的主要有以下幾方面：(1)在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進行必要的短路電流計算。(2)在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進行全面的短路電流計算。例如：計算某一時刻

30、的短路電流有效值，用以校驗開關(guān)設(shè)備的開斷能力和確定電抗器的電抗值；計算短路后較長時間短路電流有效值，用以校驗設(shè)備的熱穩(wěn)定；計算短路電流沖擊值，用以校驗設(shè)備動穩(wěn)定。(3)在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導線的相間和相對地的安全距離。(4)在選擇繼電保護方式和進行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。(5)接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流。3.2 短路電流計算的一般規(guī)定驗算導體和電器時所用的短路電流，一般有以下規(guī)定：(1)計算的基本情況電力系統(tǒng)中所有電源都在額定負荷下運行；同步電機都具有自動調(diào)整勵磁裝置(包括強行勵磁)；短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間；所有電源的電動勢相位角相同；

31、正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行；應考慮對短路電流值有影響的所有元件，但不考慮短路點的電弧電阻。對異步電動機的作用，僅在確定短路電流沖擊值和最大全電流有效值時才予以考慮。(2)接線方式計算短路電流時所用的接線方式，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。(3)計算容量應按本工程設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃（一般考慮本工程建成后510年(4)短路種類一般按三相短路計算。若發(fā)電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系統(tǒng)以及自耦變壓器等回路中的單相（或兩相）接地短路較三相短路情況嚴重時，則應按嚴重情況進行校驗。(5)短路計算點

32、在正常接線方式時，通過電器設(shè)備的短路電流為最大的地點，稱為短路計算點。對于帶電抗器的610kV出線與廠用分支回路，在選擇母線至母線隔離開關(guān)之間的引線、套管時，短路計算點應該取在電抗器前。選擇其余的導體和電器時，短路計算點一般取在電抗器后。3.3 短路電流計算的步驟在工程設(shè)計中，短路電流的計算通常采用實用計算曲線法。其具體計算步驟如下：(1)繪制等值網(wǎng)絡(luò)。選取基準功率 和基準電壓 ；發(fā)電機電抗用 ，略去網(wǎng)絡(luò)各元件的電阻、輸電線路的電容和變壓器的勵磁支路；無限大功率電源的內(nèi)電抗等于零；略去負荷。(2)進行網(wǎng)絡(luò)變換。按網(wǎng)絡(luò)變換的原則，將網(wǎng)絡(luò)中的電源合并成若干組，例如，共有 組，每組用一個等值發(fā)電機代

33、表。無限大功率電源（如果有的話）另成一組。求出各等值發(fā)電機對短路點的轉(zhuǎn)移電抗 以及無限大功率電源對短路點的轉(zhuǎn)移電抗 。(3)將前面求出的轉(zhuǎn)移電抗按各相應的等值發(fā)電機的容量進行歸算，便得到各等值發(fā)電機對短路點的計算電抗。式中， 為第 臺等值發(fā)電機的額定容量，即由它所代表的那部分發(fā)電機的額定容量之和。(4) 分別根據(jù)適當?shù)挠嬎闱€找出指定時刻 各等值發(fā)電機提供的短路周期電流標幺值 。(5)網(wǎng)絡(luò)中無限大功率電源供給的短路電流周期是不衰減的，并由下式確定(6)計算短路電流周期分量的有名值。第 臺等值發(fā)電機提供的短路電流為無限大功率電源提供的短路電流為短路點周期電流的有名值為式中， 應取短路處電壓級的平

34、均額定電壓； 為歸算到短路處電壓級的第 臺等值發(fā)電機的額定電流； 為對應于所選基準功率 在短路處電壓級的基準電流。(7)計算短路容量和短路電流沖擊值。(8)繪制短路電流計算結(jié)果表。3.4 本站短路電流計算（取基準容量為Sj=100MVA）3.4.1電抗參數(shù)見圖（線路單位阻抗為0.4/km）3.4.2短路電流計算（a）正序等效電抗；（b）零序等效電抗由主接線分析可知，變壓器的主保護為：一臺變壓器單運行為保護的計算方式；變壓器后背保護作線路的遠后備時，要檢驗d3和d4兩點的靈敏度。因此，除需要計算出d1和d2兩點的最大、最小短路電流外，還需要計算出d3和d4兩點的最小短路電流。分別計算如下： 取基

35、準電壓為Uj=115KV則：基準電流為Ij=Sd/3Ud=100MVA/3115KV=502A基準電抗Xd=Ud/3Id=Ud2/Sd=1152/100103=0.13則電力系統(tǒng)中各主要元件的電抗標幺值：（1）電力變壓器的電抗標幺值XT*=XT/Xd=Uk%Sd/100SN則高壓與中壓繞組間短路電壓：Ug-z=Ug-z%Sd/100SN=10.5100MVA/10031.5MVA=0.33；高壓與低壓繞組間的短路電壓：Ug-d=Ug-d%Sd/100SN=17100MVA/10031.5MVA=0.54；中壓與低壓繞組間的短路電壓：Uz-d=Uz-d%Sd/100SN=6100MVA/1003

36、1.5MVA=0.19；高壓繞組電抗XB1.g=XB2.g=Xg=(Ug-z+Ug-d-Uz-d)/2=(0.33+0.54-0.19)/2=0.34；中壓繞組電抗XB1.z=XB2.z=Xz=(Ug-z+Uz-d-Ug-d)/2=(0.33+0.19-0.54)/2=-0.01；低壓繞組電抗XB1.d=XB2.d=Xd=(Ug-d+Uz-d-Ug-z)/2=(0.54+0.19-0.33)/2=0.2；(2)電力線路的電抗標幺值XWL*=XWL/Xd=X0L(Sd/Ud2)XL1=XL2=0.415100MVA/(10.5KV)2=0.045；XL3=XL4=0.435100MVA/(10.

37、5KV)2=0.106；（3）d1的短路電流d1點的短路總電抗最小標幺值X(d1)min*=Xxt.min+XB1.g+XB1.d=0.11+0.34+0.2=0.65； Id1.max(3)=Id/X(d1)*=502/0.65=772(A)；d1點的短路總電抗最大標幺值X(d2)max*=Xxt.max+XB1.g+XB1.d=0.2+0.34+0.2=0.74；Id1.min(2)=(Id0.866)/= X(d2)min*=（5020.866）/0.74=587(A)；（4）d2的短路電流d2點的短路總電抗最小標幺值X（d2）min*= Xxt.min+XB1.g+XB1.z=0.11

38、+0.34-0.01=0.44Id2.max(3)=Id/X(d2)*=502/0.44=1140(A)；d2點的短路總電抗最大標幺值X（d2）max*= Xxt.max+XB1.g+XB1.z=0.2+0.34-0.01=0.53Id2.min(2)=(Id0.866)/= X(d2)min*=(5020.866)/0.53=820(A)；（5）d3的短路電流d3點短路電抗標幺值X(d3)*=Xxt.max+XB1.g+ XB1.z+XL3=0.2+0.34-0.01+0.106=0.636Id3.min(2)=(Id0.866)/= X(d3)*=（5020.866）/0.636=683.

39、54(A)；（6）d4的短路電流d4點短路電抗標幺值X(d4)*=Xxt.max+ XB1.g+XB1.d+XL1=0.2+0.34+0.2+0.045=0.785Id4.min(2)=(Id0.866)/= X(d4)*=（5020.866）/0.785=553.8(A)第4章 繼電保護的整定和計算4.1 縱差保護的整定計算（1）額定參數(shù)的計算（見表4-1）。由以上計算結(jié)果可知，110KV側(cè)差動臂中的電流為最大，故選110KV側(cè)為計算的基本側(cè)。表4-1 變壓器各側(cè)一、二次電流名稱變壓器各側(cè)數(shù)據(jù) 額定電壓（KV）11038.511額定電流（A）31500/(110)=16531500/(38.

40、5)=47331500/(11)=1650電流互感器接線方式Y(jié)電流互感器變比165/5300/5473/51000/52000/5差動臂中的電流（A）165/60=4.75473/200=4.11650/400=4.12(2) 確定制動線圈的接入方式。制動線圈接入38.5KV側(cè)。因為，該側(cè)的外部發(fā)生故障時，穿越變壓器的短路電流最大。(3) 計算差動保護的一次動作電流。按躲過11KV側(cè)外部故障的最大不平衡電流整定（因為38.5KV側(cè)接有制動線圈，故不必考慮相應不平衡電流），故動作電流的計算值為：Idzjs=Kk(Ktxf2+U110+fzd)Idimax(3) =1.3(10.1+0.1+0.0

41、5) 772=250.9(A)按躲過變壓器勵磁涌流計算：Idzjs=KkIe=1.5165=248(A)按躲過LH二次回路斷線計算：Idzjs=KkIe=1.3165=214.5(A)選取計算電流Idz=250.9A（4）差動繼電器動作電流和差動線圈匝數(shù)計算： Idzjjbjs=(250.9)/60=7.243(A)Wcdjs=60/7.243=8.28(匝)選取Wcd=8匝則:繼電器的實際動作電流為： Idzjjbz=60/8=7.5(A)（5）其它各側(cè)工作線圈和平衡線圈的匝數(shù)計算：Wphjs(11)=(Ie2(110)-Ie2(11)Wcdz/ Ie2(11) =(4.75-4.12) 8

42、/4.12=1.22(匝)Wphjs(38.5)=(Ie2(110)-Ie2(38.5)Wcdz/ Ie2(38.5) =(4.75-4.1) 8/4.1=1.27(匝)選?。篧ph(11)=Wph38.5)=1(匝)則：Wqz(11)= Wqz(38.5)=8+1=9(匝)(6)整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差：fzd(11)= (Wphjs(11)- Wphz(11)/( Wphjs(11)+ Wcdz) =(1.22-1)/(1.22+8)=0.0240.05；fzd(38.5)= (Wphjs(38.5)- Wphz(38.5)/( Wphjs(38.5)+ Wcdz) =（1.2

43、7-1）/(1.27+8)=0.0291.5,作11KV線路后備：Klm=553.8/252.35=2.191.3滿足要求；電壓元件：電壓元件裝在11KV側(cè)，故僅需校驗作為線路的后備即可：Klm=(7011000/100)/(150.4553.8110/11)=2.321.3滿足要求；在此需指出：若110KV側(cè)僅采用單純過流保護,則Idz=(1.32) 165/0.85=504.7(A) 則：Klm=553.8/504.7=1.0971.5Klm(38.5線路)=(681.29110/38.5)/(4.7200)=2.071.34.4 110KV側(cè)零序過電流保護 由主接線圖可知，該變電所為終端

44、變電所，接地保護不需要與下級配合，故零序過電流保護的動作值按躲過最大不平衡電流計算。Idzj=KkKtxfiIdmax/nL =1.50.50.11136/60=1.42(A)電壓元件的動作電壓為： Udzj=(0.050.1)3U0e/nyH0=20VKlm=3E/(2Z1+Z0)/(1.4260)=122.91.5滿足要求。動作時限的整定：以0.5s跳中性點不接地運行的變壓器；以1s跳中性點接地的變壓器。4.5 變壓器瓦斯保護的整定瓦斯保護是油浸式變壓器的主保護之一。當變壓器殼內(nèi)故障產(chǎn)生輕微氣體或油面下降時，輕瓦斯保護應瞬時動作于信號；當變壓器殼內(nèi)故障產(chǎn)生大量氣體時重瓦斯保護應動作于斷開變

45、壓器各側(cè)斷路器。帶負荷調(diào)壓的油浸式變壓器的調(diào)壓裝置，也應裝設(shè)瓦斯保護。輕瓦斯動作于信號，重瓦斯動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。 輕瓦斯按氣體容量整定 Vdz=250cm3重瓦斯按氣油流的流速整定Vdz=1.1m/s(對導油管直徑為=80mm)結(jié)論2011年3月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設(shè)計終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 3月初，在與導師的交流討論中我的題目定了下來，是：110kv降

46、壓變電所中變壓器的繼電保護設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計題目定下來后，我便立刻著手資料的收集工作中，當時面對浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。后來在導師細心的指導下，才使我對自己的努力方向和設(shè)計方法有了掌握和了解。 于是我開始在學校圖書館搜集資料，在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些資料進行整理理順，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。4月初，資料已經(jīng)查找完畢了，我開始著手論文的寫作。在寫作過程中遇到困難我就及時和導師聯(lián)系，并和同學互相交流，請教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困難一個一個解決掉，論文也慢慢成型。 到月底文字敘述方面已基本完成。5月開始進行相關(guān)圖形的繪制工作和電路的設(shè)計工作。為了畫

47、出自己滿意的電路圖，圖表等，我仔細學習了AutoCAD的繪圖技術(shù)。在設(shè)計電路初期，由于沒有設(shè)計經(jīng)驗，空有很多設(shè)計思想，卻覺得無從下手，經(jīng)過導師的指導，我的設(shè)計漸漸有了頭緒，通過查閱資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。設(shè)計中短路點短路電流的整定計算是設(shè)計中的重點也是難點，另外由于是三繞組變壓器，這更增加了計算的難度。還好有郭老師的細心指導和耐心幫助，另外同組的同學也給了我很多好的思路，最終把這個難題攻破了。當我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對的任務后整個人都很累，但同時看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計稿件我的心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學習，再提高的過程。在論文中我充分地運用了大學期間所學到的知識。 我不會忘記這難忘的幾個月的時間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。為了論文我曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只有喜悅毫無疲憊。這段旅程看似荊棘密布，實則蘊藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了很多電力系統(tǒng)、變壓器和繼電保護的知識，讓我對我所學過的知識有了實質(zhì)性的提高。在整個過程中，我學到了新知識，給了我實踐的機會，增長了見識。腳踏實地，認真嚴謹，實事求是的學習態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實際