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1、西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目 变电所继电保护二次回路的设计学 生 姓 名： 鲁云鹏 学 号： 1131599 专 业 班 级： 电气化铁道312315班指 导 老 师： 薛 博 文 2014年 6月 5 日摘 要随着我国建设的蓬勃发展，供电领域涌进了许多新技术、新设备，国家也相应制定了一系列的技术政策和设计规范。变电所技术经过十多年的发展，已逐步趋向自动化、数字化、智能化。本设计主要研究二次部分，包括对运行方式的分析，对电流互感器、电压互感器额定电压的选取方式进行了介绍。另外还有短路计算和电力变压器保护的整定计算，在完成理论的同时，增加了几幅等值图，以便更好的理解和
2、计算。关键词： 运行方式 短路计算 整定计算目 录第一章 绪论11.1 研究背景11.2 研究意义21.3 本文的主要内容2第二章 系统运行方式的分析3 2.1 系统主接线结图3 2.2 运行方式的分析3 2.3 中性点的运行方式4第三章 各元件主要参数5 3.1 发电机标幺值的计算5 3.2 变压器标幺值的计算5 3.3 输电线路标幺值的计算7第四章 电压和电流互感器额定电压的选取方式9第五章 短路电流的计算10 5.1 短路的类型10 5.2 短路电流计算的目的10 5.3 短路计算的假定条件10 5.4 系统正序等值序网图11 5.5 短路电流的计算12第六章 变压器主变保护的设计与整定
3、计算21 6.1 电力变压器的保护规程21 6.2 变电所主变保护的整定计算21 6.3 主变保护原理接线图27第七章 结论与展望29 7.1 毕业设计的结论29 7.2 展望29参考文献 30致 谢 31第一章 绪 论 1.1 研究背景 电力系统得飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个阶段。 建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人
4、员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了知道作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的缉继电器制造业。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。 自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究，60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kv晶体管方向高频保护和南京电
5、力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500kv线路上，结束了500kv线路保护完全依靠从国外进口的时代。 在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用，天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kv和500kv线路上运行。 我国从70年代末即已开始计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导
6、的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机？变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿方式高频保护，西安交通大学与许昌继
7、电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。1.2 研究意义 电力系统由发电厂、变电所、线路和用户组成。变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。其中变压器是普遍使用的重要电气设备之一，它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定的运行。特别是大容量变压器，一旦因故障而损坏造成的损失就更大。
8、因此必须针对变压器的故障和异常工作情况，装设动作可靠、性能良好的继电保护装置，因此对电力变压器保护配置的实时性提出了更高的要求。而我就是针对变电所继电保护的配置加以设计的。 随着电力技术的发展，特别是自动化技术的发展，变电所二次部分的设计越来越“自动化”了，传统的手动控制正逐渐在被自动控制所替代，大量的保护装置采用微机型装置，传统的声光信号也逐渐被数字信号所取代，控制屏、信号屏的数量也越来越少了，这样也对二次回路的设计提出了更高的要求。如何用全新的设计理念，新型的设计标准是我们未来研究的方向。1.3 本文的主要内容 本次毕业设计的内容是变压器继电保护的配置和二次回路的设计 ，主要包括系统运行方
9、式，各原件参数的计算，电流互感器和电压互感器额定电压的选取方式，短路电流的计算，变压器主变保护的配置及整定等。第二章 系统运行方式的分析2.1 系统主接线图图21 系统主接线图2.2 运行方式的分析 1. 系统运行方式分为：最大运方Ikmax和最小运方Ikmin。 最大运方：躲线路末端最大故障电流的运行方式； 最小运方：躲线路末端最小故障电流的运行方式。 2. 本次课程设计的具体方案如下： 最大运方：2000MW、COS=0.85、Xmin=0.8； 最小运方：1600MW、COS=0.85、Xmax=1.0。 3. 发电厂 最大运方：全部运行； 最小运方：停一台机组运行。 4. 变压器接地情
10、况 （1）主变A三绕组变压器两台； （2）发电厂两台双绕组变压器； （3）其他变电所、不接地2.3 中性点的运行方式 一般电压为110KV及以上的电网采用中性点直接接地的方式；电压为663KV电网采用中性点非直接接地，其中多数10KV电网中性点不接地，多数35KV电网中性点经消弧线圈接地，大型发电机中性点经高电阻接地。 变压器中性点接地方式的选取: 本次设计的电网为110KV中性点直接接地系统，它决定了主变中性点的接地方式电力工程电气设计手册阐述了主变110500KV侧采用直接接地方式： a.凡是自耦变压器，其中性点须直接接地或经小阻抗接地。 b.凡低压侧有电源的升压方法或降压变电站至少应有一
11、台变压器直接接地。 c.终端变电站的变压器中性点一般不接地。 d.变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正序电抗之比XO/X1小于3，以使单相接地时健全相上工频过电压不超过阀型避雷器的灭弧电压，XO/X1序电抗尚应大于11.5，以便单相接地短路电流不超过三相短路电流。 e.双母线接地有两台及以上主变压器时，可考虑两台主变压器中性点接地。第三章 各元件主要参数3.1 发电机标幺值的计算 已知： 发电厂F机组容量P=50MW 功率因素COS=0.8 容量基准值Sd=100MVA 正序电抗Xd=0.13=XG 故： 视在功率 S=P/COS =50/0.8 =62.5MVA
12、正序电抗的标幺值X=XdSd/Sn =0.13100/62.5 =0.208 负序电抗的标幺值 X2=X =0.2083.2 变压器标幺值的计算 1. 对A变电站的三绕组变压器 已知：额定容量SN=31.5MVA 容量基准值Sd=100MVA 短路电抗UI=10.75 短路电抗UII=0 短路电抗UIII=6.25 零序电抗X0=0.8X1 故： 正序电抗的标幺值XI=UI/100Sd/Sn =10.75/100100/31.5 =0.341 XII=UII/100Sd/Sn =O/100100/31.5 =0 XIII=UIII/100Sd/Sn =6.25/100100/31.5 =0.1
13、98 零序电抗的标幺值XIO=0.8XI =0.80.341 =0.273 XIIO=0.8XII =0.80 =0 XIIIO=0.8XIII =0.80198 =0.158 2. 对B变电站的双绕组变压器 已知：额定容量SN=20MVA 容量基准值Sd=100MVA 短路电抗UK=10 零序电抗XO=0.8X1 故: 正序电抗的标幺值X=UK()/100Sd/Sn =10/100100/20 =0.5 零序电抗的标幺值 XO=0.8X1 =0.80.5 =0.4 3. 对C变电站的双绕组变压器 已知：额定容量SN=30MVA 容量基准值Sd=100MVA 短路电抗UK=10.5 零序电抗X
14、O=0.8X1 故: 正序电抗的标幺值 X=UK()/100Sd/Sn =10.5/100100/30 =0.35 零序电抗的标幺值 XO=0.8X1 =0.80.35 =0.28 4. 对B1、B2、B3双绕组变压器 已知：额定容量SN=60MVA 容量基准值Sd=100MVA 短路电抗UK=11 零序电抗XO=0.8X1 故: 正序电抗的标幺值X=UK()/100Sd/Sn =11/100100/60 =0.183 零序电抗的标幺值XO=0.8X1 =0.80.183 =0.1463.3 输电线路标幺值的计算 1. XA线路 已知：每千米电阻X1=0.4/km 零序电抗X0=3.5X1 线
15、路长度XA=50km 容量基准值Sd=100MVA 电压基准值Ud=115KV 故： 正序电抗的标幺值X=X()Sd/ Ud =0.450100/115 =0.151 零序电抗的标幺值X0=3.5X1 =3.50.151 =0.529 2. XF线路 已知：每千米电阻X1=0.4/km 零序电抗X0=3.5X1 线路长度XF=100km 容量基准值Sd=100MVA 电压基准值Ud=115KV 故： 正序电抗的标幺值X=X()Sd/ Ud =0.4100100/115 =0.302 零序电抗的标幺值X0=3.5X1 =3.50.302 =1.057 3. AF线路 已知：每千米电阻X1=0.4
16、/km 零序电抗X0=3.5X1 线路长度 AF=30km 容量基准值Sd=100MVA 电压基准值Ud=115KV 故：正序电抗的标幺值 X=X()Sd/ Ud =0.430100/115 =0.09 零序电抗的标幺值X0=3.5X1 =3.50.09 =0.315 4. FB线路 已知：每千米电阻X1=0.4/km 零序电抗X0=1.3X1 线路长度FB=45km 容量基准值Sd=100MVA 电压基准值Ud=115KV 故：正序电抗的标幺值X=X()Sd/ Ud =0.445100/115 =0.136 零序电抗的标幺值X0=1.3X1 =1.30.136 =0.177 5. FC线路
17、已知：每千米电阻X1=0.4/km 零序电抗X0=3.5X1 线路长度FC=35km 容量基准值Sd=100MVA 电压基准值Ud=115KV 故： 正序电抗的标幺值X=X()Sd/ Ud =0.435100/115 =0.106 零序电抗的标幺值X0=3.5X1 =3.50.106 =0.371第四章 电压和电流互感器额定电压的选取方式选择电流和电压互感器应满足继电保护自动装置和测量仪表的要求（一）电流互感器： 1.电流互感器的二次额定电流有1A和5A两种，强电系统用5A； 2.当电流互感器用于测量时，其一次额定电流尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右； 3.35kv及以上配电装置一般
18、采用油侵瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用LCC7系列； 4.电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应大于变压器允许的不平衡电流的选择，一般情况下，可按照变压器额定电流的1/3进行选择； 5.关于准确度 用于电度计量的电流互感器，准确度不应低于0.5级，用于电流电压测量的准确度不应低于1级，非重要回路可使用3级； 用于继电保护的电流互感器，应用D或B级；（二）电压互感器 1.35kv110kv配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器； 2.电压互感器的额定电压按如下选取： (1) 单相：a当接于一次线电压上时，一次电压为系统额定电压Vx，二次电压 为100v； b 当接于一次相电压上
19、时，一次电压为Vx/，二次电压为 100/V。 (2)三相：一次电压为系统额定电压Vx，二次电压为100V，第三绕组电压为 100V/3V。 3.关于准确度： 用于电度计量，准确度不应低于0.5级；用于电压测量不应低于1级；用于继电保护时不应低于3级。（三）本系统中100KV线路的所有电压互感器均采用同一变比 单相：均接于一次线电压上：变比nY110103/100=1100 三相：其变比为110000/100/100/3第五章 短路电流的计算5.1 短路的类型 短路故障分为对称短路和不对称短路，三相短路是对称性短路，造成的危害最为严重，但发生三相短路的机会较少。其他种类的恶短路都属于不对称短路
20、，其中单相短路发生的机会最多，约占短路总数的70%以上。5.2 短路电流计算的目的 为了保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击，同时为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动的使有关断路器跳闸，继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要确定的短路电流数据。5.3 短路计算的假定条件 短路过程是一种暂态过程，影响电力系统暂态过程的因素很多，若在实际计算中把所有的因素都考虑进来，将是十分复杂也是没有必要的。因此，在满足工程要求的前提下，为了简化计算，通常采取一
21、些合理的假设，采用近似的方法对短路电流进行计算。 基本假设条件如下： 1. 在短路过程中，所有发电机电势的大小及相位均相同，即在发电机之间没有电流交换，发电机供出的电流全部是流向短路点的，而所有负荷支路则认为都已断开。 2. 不计磁路饱和，这样系统中各元件的感抗便都是恒定的，线性的，可以运用叠加原理。 3. 不计变压器励磁电流。 4. 系统中所有元器件只计算电抗，但在计算短路电流非周期分量衰减时间常数，或者计算电压为1000V以下低压系统短路电流时，则需计算元件的电阻。 5. 短路全是金属性短路，即不计短路点过度电阻的影响。 6. 三相系统是对称的，对于不对称电路，可采用对称分量法，将每序对称
22、网络简化成单相电路进行计算。以上假设，使短路电流计算结果稍偏大一些，但最大误差一般不超过10%15%，这对于工程设计所要求的准确度来说是允许的。5.4 系统正序等值序网图 5-1 系统正序等值序网图5.5 短路电流的计算 假设x母线发生故障， 1. 正序网络如下图所示： 图5-2 图5-3 图5-4 根据图 5-1可知图 5-2中:X4=0.183+0.208=0.391根据图 5-2可知:X4大=0.391/0.391=0.1955X4小=0.1955/0.391=0.13X5=X1+X3=0.159+0.09=0.241根据图 5-3可知:X6大=X2/X5+X4大=0.134+0.195
23、5=0.33X6小=X2/X5+X4小=0.134+0.13=0.264正序网络的最大电抗为： Xmax=X6大/X7=0.33+1.0=0.248正序网络的最小电抗为： Xmin=X6小/X7=0.264+0.8=0.1982. 零序网络如下图所示： 图5-5 图5-6 图5-7图5-8 X8=X2X4/X2+X3+X4 =0.5290.315/0.529+0.315+1.057 =0.08 X9=X3X4/X2+X3+X4 =0.3151.057/0.529+0.315+1.057 =0.175 X10=X2X3/X2+X3+X4 =0.5291.057/0.529+0.315+1.057
24、 =0.294 X11=X6X7/X6+X7 =0.1460.146/0.146+0.146 =0.073 X12=X1+X10 =0.35+0.294 =0.644 X13=X5+X8 =0.088+0.158 =0.246 X14=X9+X11 =0.175+0.073 =0.248 X15=X13/X14 =0.246/0.248 =0.123 零序网络电抗X0 X0=X12/X15 =0.644/0.123 =0.1033. 当K处发生三相短路时：K(3) a. 在最大运行方式下： 流过故障点的短路电流：=1/Xmax =1/0.198 =5.051 化为有名值：=5.0510.502
25、 =2.535KA 流过A母线的最大三相短路电流为：=1/0.264 =3.788 化为有名值：=3.7880.502 =1.092KA b. 在最小运行方式下： 流过故障点的短路电流：=1/Xmin =1/0.248 = 4.032 化为有名值： =4.3020.502 =2.024KA 流过A母线的最小三相短路电流为：1/0.33 =3.03 化为有名值：=3.030.502 =1.521KA4. 当K处发生两相短路时：K(2) a在最大运行方式下： 流过故障点的短路电流： =1/2Xmax =(/2)(1/0.198) =4.374 化为有名值： =4.3740.502 =2.196KA
26、 流过A母线短路电流：=(/2)(1/0.264) =3.28 化为有名值：=3.280.502 =1.647KA b. 在最小运行方式下： 流过故障点的短路电流：=1/2Xmin =(/2)(1/0.248) =3.492 化为有名值： =3.4920.502 =1.753KA 流过A母线短路电流： =(/2)(1/0.33) =2.624 化为有名值： =2.6240.502 =1.317KA5. 当K处发生单相接地短路时：K(1) a在最大运行方式下： 流过故障点的最大零序电流： =1/(2Xmax+X0) =1/(20.198+0.096) =2.033 化为有名值： =2.0330.
27、502 =1.021KA 流过线路AF的分支零序电流： =1/(2Xmax+X0)0.096/0.114 =2.0330.096/0.114 =1.712 化为有名值： =1.7120.502 =0.859KA b在最小运行方式下： 流过故障点的最小零序电流： =1/(2Xmin+X0) =1/(20.248+0.096) =1.689 化为有名值： =1.6890.502 =0.848KA 流过线路AF的分支零序电流： =1/(2Xmin+X0) =1.6890.096/0.114 =1.422 化为有名值： =1.4220.502 =0.714KA6. 当K处发生两相接地短路时：K(1.1) a 在最大运行方式下： 流过故障点的最大零序电流： =1/(2Xmin+2X0) =1/(0.198+20.096) =2.564 化为有名值： =2.5640.502 =1.287KA 流过线路AF的分支零序电流：