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1、目 录1 1 前言目前随着电力系统的不断进展，考虑到电力系统的正常运行对国民经济的重要作用，对继电保护提出了更高的要求，而电子技术、计算机技术与通信技术的不断进展同样对继电保护技术的进展供给了技术根底。计算化，网络化及保护，把握，测量，数据通信一体化智能化将会是继电保护的进展方向。电能是一种特别的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了安排和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。发电-输电 配电用电构成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与 消费系统称为电力系统。电力系统运行要求安全全靠。但是，电力系统的组成元件数量多，构造各异，运
2、行状况简洁，掩盖的地域宽广。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响如雷击、倒塔、内部过电压或运行人员误操作等，电力系统会发生各种故障和不正常运行状态。如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。本次毕业设计的主要内容是对 110kV 地区变电站继电保护的配置，参照电力系统继电保护配置及整定计算，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进展整定和灵敏性校验从而来确定方案中的保护是否适用来编写的。在本次设计先计算出系统的短路电流，确定运行方式；然后再对各种设备保护的配置，首先是对保护的原理进展分
3、析,保护的整定计算及灵敏性校验。其中对变压器保护包括保护原理分析以及保护整定计算和灵敏性校验，其中主保护承受的是纵联差动保护、瓦斯保护和零序电流差动保护，后备保护有过负荷和过电流保护。母线保护包括对双母线保护的配置，以及单母线分段保护的配置。2 方案比较本次毕业设计的主要内容是对 110kV 地区变电站继电保护的配置。可以依据继电保护配置原理，依据阅历习惯，先选择出保护方案，通过论证比较后认可其中的一套方案，再对这套方案中的保护进展确定性的整定计算和灵敏性校验，看看它们是否能满足要求，假设能满足便可以承受，假设不能满足则需要重选择，重整定和校验。保护对象主保护后备保护方案一10 变压器双母线旁
4、母纵联差动保护、瓦斯保护、零序电流差动保护电磁型比相式电流差动保护单母线电流差动保护过电流保护、过负荷保护母线35KV单母线电流差动保护10KV单母线电流差动保护输 电110kV 侧距离保护I 段距离保护III 段线 路其它电流速断保护I 段保护过电流保护III 段保护保护对象主保护后备保护方案二变压器电流速断保护过电流保护、过负荷保护双母线电磁型比相式电流差动保护旁母单母线电流差动保护母线35KV单母线电流差动保护10KV单母线电流差动保护输 电110kV距离保护I 段距离保护III 段线 路其它电流速断保护I 段保护过电流保护III 段保护对于变压器而言，它的主保护可以承受最常见的纵联差动
5、保护和瓦斯保护， 用两者的结合来做到优势互补。由于变压器差动保护通常承受三侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。考虑到与发电机的保护协作，所以我们使用纵差动保护作为变压器的主保护，不考虑用电流速断保护。瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由于一方面简洁，灵敏，经济；另一方面动作速度慢， 且仅能反映变压器油箱内部故障，就注定了它只有与差动保护协作使用才能做到优势互补，效果更佳。
6、考虑到有 110kV 高压等级，变压器也承受零序电流差动保护。而过电流保护和过负荷保护作为差动保护。对于 400kV 以上的变压器，当数台并列运行或单独运行时，应装设过负荷保护。为了防止变压器外部短路，并作为内部故障的后备保护，一般在变压器上应装设过电流保护。对单侧电源的变压器，保护装置的电流互感器应安装在电源侧，以便发生变压器内部故障而瓦斯保护或差动保护拒动时，由过电流保护整定时限动作后，作用于变压器各侧的断路器跳闸。而对于母线保护的配置，一般地不承受特地的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以切除故障，但利用供电元件的保护装置切除母线故障时，故障切除时间长，所以有时需装设特地的母线保护。
7、比方：110kV 及以上的双母线或分段单母线。110kV、35kV 母线或重要变电所母线，为满足全线速动要求时。本设计双母线承受电磁型比相式电流差动保护，而旁路母线以及 35kV、10kV 母线均承受了单母线电流差动保护。对于出线局部首先考虑的是电流速断保护作为主保护，而过电流保护作为后备保护。综上所述，方案 1 比较合理，方案 1 保护作为设计的初始保护，在后续章节对这些保护进展整定与校验，是否符合设计要求。3 确定运行方式3.1 标幺值计算本次设计中取S=100MVA, u= u.BBav系统 S1 的电抗标幺值 X1= 0.0192 ，系统 S2 的电抗标幺值 X2= 0.288 。各元
8、件的电抗标幺值计算如下：变压器 B1的各绕组短路电压分别为：V% = 1 (Vs12s (1- 2)% + Vs (3 -1)% - Vs (2 - 3)%) =1 (10.5 + 17.5 - 6.5) = 10.752V% = 1 (V% + V% - V%) = 1 (10.5 + 6.5 -17.5) = -0.25s 22s (1-2)s (2 -3)s (3 -1)2V% = 1 (V% + V% - V%) = 1 (17.5 + 6.5 -10.5) = 6.75s32s (2 -3)s (3 -1)s (1-2)2所以，变压器 B1的电抗值为sBx= V % S10.7510
9、0= 0.17111B100SN10063sBx= V % S= -0.25 100 = -0.00412B100S10063NsBx= V % S6.75100= 0.107变压器 B2B13参数同变压器 B1100SN10063S线路： x = 0.4 l BV 2B线路 A1线路 A2线路 A3线路 A40.1980.1660.2490.1110kV 侧线路：35KV 侧线路：线路 B1线路 B2线路 B3线路 B4线路 B5线路 B60.3270.3920.1960.2610.2610.29410kV 侧线路：线路C1线路C2线路C3线路C4线路C5线路C6线路C7线路C83.21.2
10、22.43.62.82.42.43.2 短路电流的计算110kV 电力系统正常运行时，系统存在二种运行状况，即：两台发电机同时运行、一台发电机退出运行另一台单独运行。下面分别分析各种状况下系统运行时的转移电抗，计算电抗和短路电流。一 两台发电机同时运行，变压器 B 、B同时投入运行。12图 3.1 S1、S2 运行时短路状况当 K1 发生短路时： x5xxx2340.2880.0850.0020.3711. 所以，K1 点发生短路时的等值网络如图 3.2 所示。图 3.2 K1 点发生短路时的等值网络系统 S1 对短路点 K1 的计算电抗为：x=js1x SN1 SB5210= 0.0192
11、= 1 100系统 S2 对短路点 K1 的计算电抗为：x查表得：标幺值： I = 1.129s1js 2= xSN6 SB5210= 0.371 100= 19.366 3.453 115I= 1.129 s15210= 29.532I=s 2X1js .s 2521026.1573 115= 1.35119.366I= I+ I= 29.532 + 1.351 = 30.831kAs1s 2当 K2 发生短路时 x5= x + x + x123= 0.0192 + 0.085 - 0.002 = 0.1022所以，K2 点发生短路时的等值网络如图 3.3 所示。图 3.3 K2 点发生短路
12、时的等值网络系统 S1 对短路点 K2 的计算电抗为：x= xSN js15 SB5210= 0.1022 100= 5.325 3.45系统 S2 对短路点 K2 的计算电抗为：xjs 2= xSN4 SB5210= 0.288 100= 15.005 3.4515210152103 373 37I= 15.2I=s 2X1js.s 25210152103 373 37= 15.005 = 5.418kAs1Xjs .s15.325I= I+ I= 15.268 + 5.418 = 20.686 kAs1s 2当 K3 发生短路时5x= x6 x+ x x5 7+ x x6 7= 0.104
13、2 0.053 + 0.053 0.286 + 0.1042 0.286 = 0.1778x0.28675x= x6 x+ x x5 7+ x x6 7= 0.1042 0.053 + 0.053 0.286 + 0.1042 0.286 = 0.4859x0.10426所以，K3 点发生短路时的等值网络如图 3.4 所示。图 3.4 K 3点发生短路时的等值网络系统 S1 对短路点 K3 的计算电抗为：x= xSN js18 SB5210= 0.177 100= 9.222 3.45系统 S2 对短路点 K3 的计算电抗为：xjs 2= xSN9 SB5210= 0.485 100= 25.
14、269 3.4513 10.5I=s1Xjs .s11I=s 2Xjs .s 25210152103 10.5= 9.222 = 31.065 kA5210152103 10.53 10.5= 11.337 kA25.269I= Is1 + Is 2 = 31.065 + 11.337 = 42.402 kA短路点系统 S1系统 S2短路点总电流/kAK1 处短路知名值/kA29.532知名值/kA1.35130.831K2 处短路 知名值/kA15.268知名值/kA5.41820.686K3 处短路知名值/kA31.065知名值/kA11.33742.402表 3.1 短路电流表二 S1、
15、B1 运行，S2、B2 停运。同理算得其短路电流大小图 3.5S1、B1 运行时短路状况表 3.2 短路电流表短路点系统 S1K1 处短路知名值/kA29.532K2 处短路K3 处短路知名值/kA 知名值/kA8.3818514三 S2、B1 运行，S2、B2 停运。图 3.6同理算得其短路电流大小S2、B2 运行时短路状况短路点表 3.3 短路电流表系统 S1K1 处短路知名值/kA12.085K2 处短路知名值/kA19.093K3 处短路知名值/kA14.0633.3 确定运行方式由 3.2 节的计算过程，统计系统各短路点短路时的短路电流如表 3.4。K1处短路时K2处短路时运行方式的
16、 短 路 电 流/kAK3 处短路时的的 短 路 电 流 短路电流/kA/kA表 3.4 各短路点短路时的电流总结表两台发电机同时运行S1、B1 运行，S2、B2 停运30.8312953220.68683842.40218514S2、B1 运行，S1、B2 停运120851909314063综上所述： 系统 S 侧 f处短路时的最大运行方式为：两台发电机同时运行1最小运行方式为：S1、B1 运行，S2、B2 停运。最小运行方式下的两相短路电流：3IK 1 =212.085 = 10.466 kA3IK 2 =219.093 = 16.535 kA3IK 3 =214.063 = 12.179
17、 kA4 短路计算110kV 侧线路保护整定最大运行方式下：0.0192 XX=AX10.0192 XX=AX2图 4.1 最大运行方式下 110kV 侧出线短路状况+ 0.0192 0.371 + 0.371 XAX0.371+ 0.0192 0.371 + 0.371 XAX0.0192最小运行方式下图 4.1 最小运行方式下 110kV 侧出线短路状况表 4.1 110kV 侧出线短路电流III(3)I(2)g .maxg.mink .maxk .minII(3)I(2)g .maxk .maxk .minII(3) I(2)g .maxk .maxk .minA11.1680.8761
18、.8041.78A21.2260.9343.0032.714A31.2840.9922.0811.873A40.580.44.6044.21935kV 侧出线短路计算同理可以算出 35kV 侧出线短路电流状况。表 4.2 35kV 侧出线短路电流B10.27342.634B30.2345.8253.528B40.4924.6453.016B20.3413.3442.338B50.3264.6453.016B60.4964.2262.81510kV 侧出线短路计算同理可以算出 10kV 侧出线短路电流状况。表 4.3 10kV 侧出线短路电流C10.2751.6531.364C20.1291.8
19、751.538C30.1292.582.073C40.2752.1721.766C50.1291.4741.222C60.2592.1721.766C70.1292.1721.766C80.2592.1721.7665 继电保护的配置5.1 继电保护的根本学问电能是一种特别的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了安排和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。发电-输电配电用电构成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。电力系统在运行中,各种电气设备可能消灭故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件
20、的正常工作遭到破坏,但是没有发生故障的运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路, 两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。其中最常见且最危急的是各种类型的短路,电力系统的短路故障会产生如下后果:(1) 故障造成的很大的短路电流产生的电弧使设备损坏。(2) 从电源到短路点间流过的短路电流引起的发热和电动力将造成在该路径中非故障元件的损坏。(3) 靠近故障点的局部地区电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。(4) 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。所谓不正常运行状态是指系
21、统的正常工作受到干扰，使运行参数偏离正常值，如一些设备过负荷、系统频率或某些地区电压特别、系统振荡等。故障和不正常运行状况常常是难以避开的，但事故却可以防止。电力系统继电保护装置就是装设在每一个电气设备上，用来反映它们发生的故障和不正常运行状况，从而动作于断路器跳闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。它的根本任务是：(1) 当电力系统中某电气元件发生故障时,能自动,快速,有选择地将故障元件从电力系统中切除,避开故障元件连续遭到破坏,使非故障元件快速恢复正常运行。(2) 当电力系统中某电气元件消灭不正常运行状态时 ,能准时反响并依据运行维护的条件发出信号或跳闸。继电保护装置的根本原理:继电保
22、护装置要起到反事故的自动装置的作用，必需正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护：（1） 反映电气量的保护电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比阻抗和它们之间的相位角转变等现象。因此，在被保护元件的一端装设的种种变换器可以检测、比较并鉴别动身生故障时晕些参数与正常运行时的差异，就可以构成各种不同原理的继电保护装置。例如，反映电流增大构成过电流保护；反映电压降低或上升构成低电压或过电
23、压保护；反映电流与电压间相位变化构成方向保护；反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。除此以外，还可依据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差异，分别构成差动保护、高频保护等。同理，由于序重量保护灵敏度高，也得到广泛应用。（2） 反映非电气量的保护如反响温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的瓦斯保护、温度保护等。继电保护相当于一种在线的开环的自动把握装置，依据把握过程信号性质的不同，可以分模拟型它又分为机电型和静态型和数字型两大类。对于常规的模拟继电保护装置，一般包括测量局部、规律局部和执行局部。继电保护装置的组成：被测物理量测量规律执行跳闸或信号 整
24、定值测量元件：其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量如电流，电压， 阻抗，功率方向等，并与已给定的整定值进展比较，依据比较结果给出规律信号，从而推断保护是否该起动。规律元件：其作用是依据测量局部输出量的大小，性质，输出的规律状态， 消灭的挨次或它们的组合，使保护装置按确定规律关系工作，最终确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。执行元件：其作用是依据规律元件传送的信号，最终完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行时不动作等。对继电保护的根本要求：选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量减小停电范围。速
25、动性：是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。灵敏性：是指在规定的保护范围内，保护对故障状况的反响力气。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不管短路点的置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反响出来。牢靠性：是指发生了属于它该动作的故障，它能牢靠动作，而在不该动作时， 它能牢靠不动。即不发生拒绝动作也不发生错误动作。5.2 出线保护的配置5.2.1 110kV 侧出线的保护配置对于 A1：距离段保护定值计算按躲过线路末端故障整定，即 Zdz.1 Kk ZxlZ= K Z= 0.85 24 = 20.4Wdz.1kxl距离段保护按躲过线路最大负荷时的负
26、荷阻抗协作整定。当距离 III 段为全阻抗起动元ZZ fh.min件时，其整定值为dz.IIIKk K fKzqdK：牢靠系数，取 1.21.25；kKf ：返回系数，取 1.151.25；Kzqd ：负荷的自起动系数，按负荷性质可取 1.52.5；Z fh.min ：最小负荷阻抗值。即Z fh.min =(0.90.95)U/3eI fh.maxI fh.max ；线路最大负荷电流。所以 I fh.max =Ig.max =1.168kAZ fh.min =0.9 110 /31.168=48.937 WZdz.III=48.937=31.211W 1.21.151.5K= Zdz.III=
27、 31.211 = 1.3 1.2距离 III 段的灵敏度 vmZxl24满足 t= 2sIII表 5.1 110kV 侧出线的保护配置状况表保护A1A2A3A4距离 I 段主保护整定20.4W17W25.5W10.2W距离 III 段后备保护整定校验31.211W1.3 1.222.52W1.32430.9W1.2147.61W4.675.2.2 35kV 侧出线的保护配置表 5.2 35kV 侧出线的保护配置状况表保护B1B3主保护I 段保护的整定4.8kAI 段保护的整定7kA保护范围后备保护III 段保护的整定96.35%0.501kA5.257保护范围III 段保护的整定校验校验55
28、.06%0.429kA8.247主保保护瞬时电流闭锁电压速B42.011kAB21.592kAB52.011kAB61.877kA护断保护整定后备保护范围III 段电流保护的整22.78%0.903kA20.31%0.626kA22.78%0.598kA22.12%0.91kA保护定校验3.34 1.53.7355.0433.093例：对于出线 B4：1、瞬时电流闭锁电压速断保护I= I (2)dzKd minvm= 3.016 = 2.011kA 1.5U=dzKZ+xl(ZZ=0.262= 0.262 = 0.45 kA)1.3 (0.186 + 0.262)0.582kxl .minxl
29、k= ZfZxl .min=0.186= 0.186 = 2.5480.102 / /0.2880.073k=Z xl cZ= 0.2620.073= 3.589xl .max保护区： l =1=xl .max1= 22.78% 20%1.3 K+ 0.3 Kfc1.3 2.548 + 0.3 3.5892、III 段电流保护的整定：Idz .III= Krel Kst KreIL.max= 1.2 1.3 0.492 = 0.903 kA 0.85K= I (2)k .min= 3.016 = 3.34 1.5senI IIIop0.9035.2.3 10kV 侧出线的保护配置表 5.3 1
30、0kV 侧出线的保护配置状况保护主保护I 段保护的整定保护范围C11.984kA60% 20%C22.25kA49.01%C33.096kA 84.787%C43.606kA83.94%保护C5C6C7C8主保I 段保护的整定1.769kA4.944kA2.606kA2.606kA护保护范围82.43%37.92%83.933%83.933%后备III 段电流保护的整定0.237kA0.475kA0.237kA0.475kA保护校验5.1626.6977.4513.718后备保护III 段电流保护的整定校验0.505kA2.7031.50.356kA4.320.237kA8.7570.505k
31、A3.4975.3 变压器的保护配置5.3.1 变压器配置本设计中变压器配置的主保护有瓦斯保护、纵联差动保护、零序电流差动保护，并以过负荷保护、过电流保护作为后备保护。一瓦斯保护800kV 及以上的油浸式变压器和 400kV 以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反响变压器油箱内部的短路故障及油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源测，轻瓦斯保护动作于发出信号。瓦斯保护有重瓦斯和轻瓦斯之分，它们装设于油箱与油枕之间的连接导管上。其中轻瓦斯按气体容积进展整定，整定范围为：250300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度进展整定，整定范围为：0.61.5m/s
32、,一般整定在1m/s 。二纵差动保护图 5.1 瓦斯保护原理示意图本次设计所承受的变压器型号均为：SFSZ10-63000/110。对于这种大型变压器而言，它都必需装设单独的变压器差动保护，这是由于变压器差动保护通常承受三侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。所以我们使用纵差动保护作为两台变压器的主保护，其接线原理图如图 5.2 所示。图 5.2 三绕组变压器差动保护原理图5.3
33、.2 保护配置的整定一纵联差动保护整定对于本次设计来说，变压器的主保护有纵联差动保护和瓦斯保护，其中瓦斯保护一般不需要进展整定计算，所以对纵联差动保护进展整定如下：本次设计因 BCH-2、BCH-2 型差动继电器构成的差动保护装置，但灵敏度不满足要求，因此最终承受 BCH-4 型。由 BCH-4 型差动继电器构成差动保护的整定计算。名称额定电压 Ue/kV110变压器 B1 和 B238.5110.5(1) 按系统平均电压或变压器额定电压及最大变压器容量计算变压器各侧的二次侧额定电流。额定电流Ie/A630003 110= 330.674630003 38.5= 944.783315003 1
34、0.5= 1732.102CT 接线方式Y选 CT 变比500/51400/52600/5CT 一侧计算57272716363641732102标准变比100280520CTIe2/A5.7275.8443.331（2） 计算出变压器的各侧在外部故障时之最大短路电流Id1.max= 30.831kAId 2.max= 20.686kAId 3.max= 42.402kA（3） 确定继电器抽动线圈在 110kV 侧的电流互感器并联后接入。（4） 选 10kV 侧为根本侧： Idz . j . jb= KIKe. j . jb= 1.5 3.331 = 4.997 A（5） 确定继电器制动线圈匝数
35、，根本侧选用制动线圈最大匝数：Wzdj . jb= 20 匝其他侧：WWzd .Izd .I= Wzd . j. j= Wzd . j. jIe. j. jbIe 2. IIe. j. jbIe 2. II= 20 3.331 = 11.633取 12 匝5.727= 20 3.331 = 11.4取 12 匝5.844（6） 计算各侧之差动匝数包括平衡线圈在内根本侧：Wc. j. jb= ( AW0I)/ =55= 11 4.997取 11 匝dz . j. jbW= WI e 2. j. jb= 11 3.331 = 6.398取W= 6c.I .(110)c. j. jbIe 2. I5
36、.727c.IWc.II .(35)= 11 3.331 = 6.274.844取W= 6c.II所以各侧线圈匝数：制动差动I 侧126II 侧126根本侧2011（7） 计算有用匝数与计算匝数之间的相对误差f根本侧的工作线圈匝数为：W= W+zd = 11 + 20 = 21Wgg22其他计算匝数：W= Wg .I . jsgIe.2II .e.2= 21 3.3315.727= 12.214797 376.3K= K jx Id .min = 6.241 2lmIdz. jb750其他侧的工作线圈的有用匝数W为：W= W+Z .I = 6 + 12= 12Wg . ygI . yCI22W
37、12WgII . y= WCII+Z .II = 6 += 12 22计算各侧的误差f 为DfIW- W=gI . jsgI . jyWgI . js= 12.214 - 12 = 0.0175 12.214Df=IIWgII . jsW- WgII . jsgII . jy= 11.97 - 1211.97= -0.0025(8)保护装置灵敏度计算：所以 A=1.046 12 + 1.653 12 + 1.218 21) = 0.1255 + 0.0708 + 0.049 = 245.3wg(100280520再求出制动安匝：A= 1.046 12 + 1.653 12 + 1.218 20) =