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1、鄭州工業(yè)應用技術學院畢業(yè)設計說明書 110kV變電站二次系統(tǒng)設計 摘要 本次畢業(yè)設計的題目是110kV變電站二次系統(tǒng)設計，主要內容是變電站繼電保護的配置與整定計算。變電站是電力系統(tǒng)中連接發(fā)電廠和用電單位的重要組成部分，變電站的安全運行意義重大。 繼電保護是變電站的重要組成部分。本次設計用到繼電保護的三段保護和電流速斷保護，其中110kV側配置的是三段距離保護，35kV側配置的是電流速斷保護與三段距離保護，10kV側配置的是電流速斷保護。合理的選擇保護方式保證了電力系統(tǒng)的經濟性和靈活性，減輕電力系統(tǒng)的負擔，降低安全隱患。 設計分了五個章節(jié)，其中第二章給出了系統(tǒng)的原始數據和一次部分的數

2、據；第三章確定了互感器的選擇和主接線方式；第四章是最繼電保護的介紹、配置、整定計算，其中詳細介紹了瓦斯保護、靈虛電流保護、縱聯差動保護；第五章是短路電流的計算。 關鍵詞：電力系統(tǒng)，變電站，繼電保護，整定計算，短路電流 Abstract The graduation design topic is 110kV substation secondary system design, main contents of configuration and setting calculation of relay protection of substation. Substations

3、 are connected in the power system of power units in power plant and an important part of substation safe operation is of great significance. Important component of relay protection of substation. This design used to relay protection of three protection and current fast-tripping protection, which i

4、s three distance protection of 110kV-side configuration, 35kV side configuration is current quick-break protection with three distance protection, 10kV side configuration is current quick-break protection. Reasonable choice of protection to ensure the power system economy and flexibility, reduce the

5、 burden on power systems, reducing security risks. Design points has five a chapters, which second chapter to out has system of original data and a times part of data; third chapter determine has transformer device of select and main wiring way; fourth chapter is most following electric protection

6、of introduced, and configuration, and whole set calculation, which detailed introduced has gas protection, and spirit virtual current protection, and longitudinal joint poor moving protection; fifth chapter is short-circuit current of calculation. Key words: electrical systems, substation, and rela

7、y protection, the setting, the short-circuit current  目錄 1 緒論 1 2 原始參數 2 2.1 主變壓器及線路主要參數 2 2.2 變電站電氣主接線簡介 3 2.3 電氣主接線方案比較及選擇 3 3 電壓、電流互感器的配置與接線 5 3.1 電流互感器的選擇 5 3.2 電流互感器的配置 5 3.3 電壓互感器的選擇與配置 7 4 短路電流計算 9 4.1 短路電流計算的意義 9 4.2母線短路電流的計算 9 4.2.1主變標幺值參數計算 9 4.2.2三相對稱短路電流的計算 10 4.2.

8、3不對稱短路電流計算 11 4.3線路短路電流的計算 11 4.3.1變電站各側線路的阻抗參數 11 4.3.2 110kV線路的短路電流計算 12 4.3.3 35kV線路的短路電流計算 13 4.3.4 10kV線路的短路電流計算 14 5 繼電保護 16 5.1 變壓器保護 16 5.1.1縱聯差動保護及其整定與靈敏度校驗 16 5.1.2瓦斯保護 21 5.1.3復合電壓啟動過電流保護及整定 22 5.1.4零序電流保護 23 5.1.5過負荷保護及整定 23 5.2母線保護 24 5.3線路保護 25 5.3.1三段式電流保護 25 5.3.2線路的

9、相間距離保護 30 5.4自動重合閘 33 5.4.1自動重合閘的作用 33 5.4.2自動重合閘的分類和基本要求 33 總結與體會 35 參考文獻 36 V 1 緒論 隨著我國經濟的高速發(fā)展，電網規(guī)模在不斷的擴大，國內110kV變電站的數量不斷增加，而且已經成為國內電力平穩(wěn)輸送和安全使用的保障。為了確保電網安全、穩(wěn)定的運行，需要更為精確和靈敏的繼電保護裝置來保證變電站的安全穩(wěn)定和電網的穩(wěn)定運行。隨著變電站的數量不斷增加，便捷實惠、高質量、高安全的變電站更為重要。變電站的安全核心是二次系統(tǒng)的保護。二次系統(tǒng)對線路故障的綜合分析是保護變電站和電網的

10、重要依據。所以二次系統(tǒng)的作用尤為重要，是保護電網和變電站的主要系統(tǒng)，做好二次系統(tǒng)的設計師一項非常艱巨的任務，多謝導師的指導和提供資料。 二次系統(tǒng)的設計主要在于電壓互感器、電流互感器以及繼電器的選擇和配置，因為互感器是二次系統(tǒng)的眼睛，互感器是診斷線路故障的主要依據，互感器把信號傳給繼電器，通過繼電器的評估和動作來控制變電站的一次部分達到跳閘或者重合閘，設計工程中很仔細的分析故障，反復調試模擬故障，保證變電站和電網的安全運行。 本次畢業(yè)設計主要依據相關資料上的原始數據和變電站一次部分的相關數據和配線來完成的，本次設計的主要任務是本次畢業(yè)設計主要把自己在大學四年所學的專業(yè)知識串成一串，綜合應用一

11、下，既是對自己的總結和提升也是對學校和導師的一份答卷。  2 原始參數 2.1主變壓器及線路主要參數 變壓器參數如下： 型號：-31500/110 額定電壓：11081.25%/38.522.5%10.5 容量比：100/100/100 參數： 接線方式：,, 系統(tǒng)示意圖和各側出線參數見下圖2.1-1，表2.1。: 表2.1-1 變電站110kV側出線參數 線型 Pmax(MW) Pmin(MW) COS? L(km) 1 LGJ-300 50 40 0.86 50 2 LGJ-300 60 45 0.86 60 3 LGJ-1

12、50 55 42 0.86 50 4 LGJ-150 48 35 0.86 40 表2.1-2 變電站35kV側出線參數 線型 Pmax(MW) 回路數 COS? L(km) 供電方式 1 LGJ-120 14 1 0.8 12 架空 2 LGJ-120 15 1 0.8 15 架空 3 LGJ-120 27 1 0.85 8 架空 4 LGJ-120 18 1 0.85 6 架空 5 LGJ-120 17 1 0.8 10 架空 6 LGJ-120 25 1 0.85 12

13、 架空 表2.1-3變電站10kV出線側參數 線型 Pmax(MW) 回路數 COS? L(km) 供電方式 1 LGJ-120 5 1 0.8 6 架空 2 LGJ-120 4 1 0.8 4 架空 3 LGJ-120 3 1 0.8 3 架空 4 LGJ-120 8 1 0.8 8 架空 5 LGJ-120 4 1 0.8 7 架空 6 LGJ-120 5 1 0.8 5 架空 7 LGJ-120 7 1 0.8 8 架空 8 LGJ-120 3 1 0.8 9

14、 架空 圖2.1-1系統(tǒng)示意圖 2.2變電站電氣主接線簡介 電氣主接線，由各種電氣設備和元件經外部線纜及導線連接而組成的，是用以傳導電能，連接發(fā)電廠與用電單位的媒介，是供電系統(tǒng)中不可或缺的部分之一。 電氣主接線設計所遵循的原則是，符合設計任務書上的具體要求和有關方針、政策、技術規(guī)范和規(guī)程；結合現工程的特點設計出技術經濟合理的主接線和繼電器、互感器配置；保證供電的可靠性；主接線要盡量簡單靈活，操作方便，易于維修，適應能力強，能保證人身和設備自身的安全等。還有就是，需要滿足擴建的要求。 2.3電氣主接線方案比較及選擇 （1）110kV側主接線方案 對于出線只有2

15、-4條的110kV變電站，距開關柜的距離短，主接線設計要力求簡便快捷。各個主變壓器應該接到同一條母線上以減少同時失去兩臺主變的可能性。綜合考慮，選擇單母線接線方式。單母線接線即是各主變間通過母線連接，主變110kV側設置一套開關，其它側（包含110kV側）各有一套斷路器。 綜合各方面因素，考慮到任務書要求，以及變電站設計的可靠性、靈活性、經濟性等，最終選定采用單母線分段的接線方案。 （2）35kV側主接線方案 對于電壓等級為35-60kV，出線4-8回。如采用單母線分段接線時，一段母線發(fā)生故障分段斷路器自動隔離故障段，可以保證分段母線的不間斷供電，保證用戶不停電，保證了供電的可靠性和靈

16、活性。 綜合分析考慮，35kV側采用單母線分段接線方案最為合適。 （3）10kV側主接線方案 對于電壓等級為6-10kV，出線6回及以上的配電裝置，宜采用單母線分段接線。 電氣主接線方案如表2.3-1： 表2.3-1電氣主接線方案 出線側(kV) 出線（回） 主接線方案 110 4 單母線分段接線 35 6 單母線分段接線 10 8 單母線分段接線 *系統(tǒng)參數（電源）：110kV側=5210MVA 等值電抗， =0.0192  3 電壓、電流互感器的配置與接線 電壓、電流互感器的配置是變電所電氣設計的主要內容之一，包括電壓、電流互感器型號的選

17、擇、裝設和數量等。這些內容往往需要結合電氣一次和二次設備的要求來確定。 3.1電流互感器的選擇 綜合考慮工程造價和快捷性，設計中選用測量儀表與繼電保護共用同一組電互感器的方式進行選擇。每個電流互感器內有一個或者多個鐵芯，每個鐵芯都有二次繞組，繼電保護接一個線圈，測量儀表接另一個線圈。但是兩種元件的鐵芯在特性上區(qū)別很大，繼電保護的鐵芯截面積較大，飽和倍數相對較高。 （1）二次電流互感器的選擇 標準電流互感器二次額定電流為5A或1A。 110kV及以上的電流互感器的額定二次電流宜選1A，因為這樣可大幅度的降低電纜中的有功損耗，而且在相同的條件下的時候可減輕電流互感器的二次側負擔。在工程造價

18、封面考慮，減小電流回路電纜截面，降低了工程造價。 （2）額定輸出容量的選擇 電流互感器的額定輸出容量是指在額定一次電流、額定變比條件下，保證所要求的準確級時.所能輸出的最大容量。但要注意的是，對測量儀表用互感器的額定容量要稍大于二次負載，這樣才可以保證短路時鐵芯能迅速飽和，使測量儀表免遭過大的電流而造成損壞。 （3）準確度等級的選擇 為了滿足測量和保護的需要，各個鐵芯的準確度等級可以不同。繼電保護用電流互感器的鐵芯應該選用P級或者TP級。P級是一般的繼電保護用電流互感器，它的誤差是在穩(wěn)態(tài)正弦一次電流條件下的誤差，TPS 、TPX型的鐵芯多接于高阻抗繼電器作母線差動保護用。母線保護回路宜

19、選用TPX型電流互感器鐵芯。 出于經濟上的考慮，在設計時，推薦采用10P型準確等級為0.5級的電流互感器鐵芯。 3.2電流互感器的配置 電流互感器的配置需要考慮的因素有：電流互感器二次繞組等級與數量要滿足繼電保護裝置和測量儀表的要求。 110kV變電所不裝設母線保護和全線速動保護，所以只需要繼電保護用電流互感器；用于繼電保護裝置時，應消除主保護的未保護區(qū)。繼電保護接人電流互感器的二次繞組分配后，需要注意避免當某一線路的保護、停用而線路繼續(xù)運行時，出現電流互感器內部故障而出現的保護死區(qū)； 當采用一個半斷路器接線時，對獨立式電流互感器每串宜配置三組。 用于變壓器差動保護的各側電流互感器

20、的鐵芯，應該具有相同形式的鐵芯，用于同一個差動保護的斷流互感器鐵芯也應該具有相同形式的鐵芯。主要目的就是減少外部短路時的不平衡的電流。 本次設計的電壓、電流互感器的配置如圖所示： 圖3.2-1變電站110kV側電流互感器配置 圖3.2-2變電站35kV側電流互感器配置 圖3.2-3變電站10kV側電流互感器配置 單相式接線，這種接線主要用于變壓器中性點和6-10kV電纜線路的零序電流互感器，只反映單相或零序電流。 圖3.2-4電流互感器的兩相星形接線 這種接線主要用于6-10kV小電流接地系統(tǒng)的測量和保護回路接線，可以測量三相電流、有功功率、無功功率、

21、電能等。反映相間故障電流，不能完全反映接地故障。 . 圖3.2-5電流互感器的三相星形接線 這種接線用于110--500kV直接接地系統(tǒng)的測量和保護回路接線。可以測量三相電流、有功功率、無功功率和電能等。反映相間及接地故障電流。 3.3 電壓互感器的選擇與配置 一次電壓和二次電壓的選擇需要注意的是，電壓互感器的一次繞組額定電壓有3、6、20、35、110、220、500kV各級，電壓互感器的二次繞組分有主二次繞組和輔助二次繞組兩大類，也就是主二次繞組的額定電壓是按下述原則設計的:一次繞組接有線電壓時，二次繞組的額定電壓為100v；一次繞組接于相電壓時，二次繞組的額定電壓為100/√3

22、v。輔助二次繞組的額定電壓是按照下列原則設計的：中性點直接接地的系統(tǒng)中，二次繞組額定電壓為100v；中性點不接地或經消弧線圈接地的系統(tǒng)中，二次繞組額定電壓為100/√3v。 相數和接線的選擇：母線電壓等級110kV的電壓互感器一般采用三個單相電磁式電壓互感器。電壓互感器選用三繞組型（兩個二次繞組）。一組主二次繞組供儀表測量和繼電保護，一組輔助二次繞組接成開口三角形，用于向繼電保護裝置提供零序電壓。 電壓互感器二次回路接線原則：電壓互感器的電壓符合應該分配均勻，三相平衡。沒有一組主母線都要裝設一組電壓互感器，這樣測量儀表和繼電保護裝置都能在其中引出引線供自己使用。為減少電纜聯系，可以用電壓小

23、母線，這樣一來各電氣設備所需的二次電壓都可以直接在電壓小母線上引接。 110kV雙母線接線的電壓互感器裝設三相電壓互感器，保護不設切換裝置。  4繼電保護 4.1變壓器保護 變壓器是電力系統(tǒng)中重要電氣設備，變壓器的安全運行是電力系統(tǒng)網絡正常運行的必要條件，特別是大容量的變壓器，一旦發(fā)生故障或損壞將會造成不可預想的后果。所以，針對變壓器的故障和異常工作情況，必須根據其容量和可靠程度進行繼電保護配置。 變壓器的保護一般有以下幾種： 1.瓦斯保護，反映內部短路和油面降低的氣體保護。 2.縱聯差動保護，反映變壓器繞組和引出線的多相短路及繞組的匝間短路。 3.過電流保護，

24、反映變壓器外部的相間短路和內部短路的后備保護。 4.零序電流保護，反映中性點直接接地系統(tǒng)中外部接地短路。 5.變壓器的過勵磁保護，反映大型變壓器過勵磁。 6.變壓器的電流速斷保護。 7.變壓器的故障運行及異常工作方式時的保護。 4.1.1縱聯差動保護及其整定與靈敏度校驗 變壓器的縱聯差動保護主要用來反映變壓器繞組和套管、引出線上的相間短路，同時也是變壓器繞組匝間短路的監(jiān)測，還能反應出變壓器繞組中性點直接接地、引出線的單相接地短路。 本次設計的是110kV變電站二次系統(tǒng)，所對應的變壓器都是大容量的，它需要裝設單獨的變壓器差動保護，因為變壓器差動保護通常采用的是利用三側電流差動來判別

25、運行是否正常而動作的。其中高電壓側電流來自高壓熔斷器處的電流互感器，中壓側電流引自變壓器中壓電流互感器，低壓側電流引自變壓器低壓側電流互感器，這樣一來差動保護的范圍是三組電流互感器所限定的區(qū)域，能夠更好的反映出相間短路故障。 本次設計的主變保護用了縱聯差動保護，接線原理圖如圖4.1-1所示。 保護的構成：主要由帶短路線圈的差動繼電器構成； 保護的電流互感器：接至變壓器三側的斷路器內側； 保護裝置的保護范圍：除了變壓器自身外還包括變壓器至三側斷路器之間的連線； 保護動作：跳開變壓器三側的斷路器； 保護的動作時限:保護裝置本身的動作時間(即是0秒切除故障)； 圖4.1-1縱聯

26、差動保護的接線原理圖 變壓器縱聯差動保護整定原則如下： （1）按平均電壓計算各側二次額定電流，完成主變電流互感器參數、額定電流和平均系數的計算。 （4.1） 式中 ——變壓器的額定容量，即是40MVA； ——變壓器各側額定電壓； （2）選擇電流互感器的變比為： （4.2） 式中 ——為電流互感器的接線系數。當三角形接線時，=；當為星形接線時， 選擇標準變比 （3）二次側額定電流 (4.3) 式中為電流互感器的接線系數； 當接線形式為三角形接線時， 當接線形式是星型接線時，。 計算各側的

27、外部短路電流值時候，用短路電流計算法進行計算。 （4）計算差動保護的動作電流 按照躲過變壓器空投時候以及外部故障切除后電壓恢復時變壓器產生的勵磁涌流計算，即是 (4.4) 式中 ——動作保護電流； ——變壓器額定電流； ——可靠系數，1.3 （5）按躲過外部短路時的最大不平衡電流計算，也就是 (4.5) 式中 ——不平衡電流； ——可靠系數，1.3 （6）按繞過電流互感器二次回路斷線時計算，即

28、 (4.6) 式中 ——變壓器正常運行時的最大電流，不能確定時選用變壓器的額定工作做電流即可；計算中各側的短路電流均歸算到基本側。這樣求出的是基本側動作電流的計算值（）。 選用上述三條件計算出的保護動作電流值，取最大值作為計算值。 （7）基本側的繼電器線圈匝數的計算： 變壓器基本側直接接差動線圈，剩余的兩側直接接相應的平衡線圈。進本冊繼電器動作電流計算為 (4.7) 式中——變壓器基本側的繼電器動作計算電流值； ——變壓器基本側保護動作值； ——變壓器基本側電流互感器的變比；

29、 ——電流互感器的接線系數。 （8）基本側的差動線圈匝數計算值: (4.8) 式中 ——繼電器的動作匝數，可采用它的額定值，即AW0=60 （9）基本側繼電器的實際動作電流值計算： （4.9） 保護的動作電流計算： （4.10） 式中 ——電流互感器變比； ——電流互感器的接線系數，當接線形式是三角形接線時，；當接線形式為星形接線時，=1. （10）保護的靈敏度計算方法： (4.11) 式中 ——變壓器內部故障時，歸算至基本側時候總的最小短路電流；如果是單電源變壓

30、器，歸算至電源冊的最小短路電流； ——接線系數； ——基本側保護的一次動作電流值。 線路的最大負荷電流計算 （4.12） 根據線路參數表可以計算出各個線路的最大電流，見表4.1-1。 表4.1-1 變電站各出線線路的最大電流 110kV側（kA） 35kV側（kA） 10kV側（kA） L-1 0.29 0.27 0.34 L-2 0.35 0.29 0.27 L-3 0.32 0.49 0.21 L-4 0.28 0.33 0.55 L-5 -- 0.33 0.27 L-6 -- 0.46 0.34 L-7 --

31、 -- 0.48 L-8 -- -- 0.21 根據相關參數帶入公式進行計算，計算變壓器各個出線側的一次電流來確定各出線側的二次額定電流，確定保護的基本側。選擇好電流互感器的變比之后進行計算，詳細數據見表4.1-2： 表4.1-2變壓器相關參數計算 名稱 各側數值 額定電壓（kV） 115 37 10.5 額定電流（A） 電流互感器接線方式 Y Y D 電流互感器計算變比 158.1/5 491.5/5 選用電流互感器變比 200/5 500/5 二次額定電流（A） 158.1/40=3.95 491.5/100=

32、4.915 3000/6000=5 根據表格中計算數據得知，10.5kV側的二次額定電流5A最大，所以選取10kV側位保護的基本側。 確定保護的一次動作電流有以下幾種情況進行整定： Ⅰ、按變壓器外部三相短路時不平衡電流的最大電流來整定 （取1.3） 為電流互感器同型系數，為了方便以后故障更換這里取1； 為非周期分量引起的誤差，取值規(guī)定是1.0； Ⅱ、按躲開變壓器的勵磁涌流整定 （取1.5） Ⅲ、按躲開電流互感器二次回路斷線時的變壓器最大電流整定 （取1.3） 確定保護的二次動作電流： Ⅰ、基本側差動繼電保護器的動作電流 Ⅱ、差動線圈在

33、基本側的工匝數（為60） 所以先用的差動線圈匝數應該為8匝 差動保護的試劑動作電流 Ⅰ、差動保護的實際二次動作電流 由實際二次動作電流可知其實際一次動作電流為 動作時限為0秒。最后進行靈敏度校驗，相應數據帶入上述公式可得 （靈敏度滿足要求） 4.1.2瓦斯保護 瓦斯主要是變壓器內部產生的易燃氣體，瓦斯保護即是對變壓器內部故障的一種保護。瓦斯保護的工作原理：瓦斯保護的主要測量元件是瓦斯繼電器。瓦斯繼電器安在變壓器的油箱和油枕通道上，當變壓器故障時候，內部故障部位會產生電弧，內部溫度升高，油溫迅速上升體積膨脹，內部絕緣材料分解氣體產生氣泡，油產生流向沖進油枕，利用這一點

34、來實現瓦斯保護。 瓦斯保護一般分為輕瓦斯和重瓦斯兩類。輕瓦斯：變壓器內部過熱,或局部放電,使變壓器油油溫上升，產生一定的氣體,匯集于繼電器內,達到了一定量后觸動繼電器，發(fā)出信號。重瓦斯：變壓器內發(fā)生嚴重短路后，將對變壓器油產生沖擊，使一定油流沖向繼電器的檔板,動作于跳閘。 瓦斯保護可以反映油箱內的多相短路、繞組匝間短路、繞組與鐵芯或與外殼間的短路、鐵芯故障、油面下降或漏油、分接開關接觸不良或導線焊接不良等故障。另外，瓦斯保護也易在一些外界因素(如地震)的干擾下誤動作。 瓦斯保護的整定：輕瓦斯整定范圍：250-300一般整定在250。重瓦斯按油速整定，整定范圍:0.6-1.5m/s，一般整

35、定在1m/s。瓦斯保護的原理圖如下圖4.1-2所示： 圖4.1.2瓦斯保護的原理圖 4.1.3復合電壓啟動過電流保護及整定 當靈敏度不符合要求的時候可以采用復合電壓啟動的過電流保護。安裝在110kV高壓側的過電流保護主要由電流繼電器、低電壓繼電器、撫恤電壓繼電器組成。保護的動作時限：第一時限使中壓側斷路器跳開，0.5s時限切除；第二段時限使變壓器三側的斷路器跳開，1s時限切除。 變壓器過電流運行時，過電流元件的動作值需要按照躲開變電站額定電流進行整定，具體整定計算如下： 110kV側動作電流值： 214（A） 為可靠系數，取1.15~1.25，我在這里選取的值為1.15, 為

36、返回系數，我在這里選取0.85。 正常運行方式下電流應該小于線路末端的最大電流變比1.3，所以需要進行靈敏度校驗 （靈敏度符合要求） 35kV側動作電流值為 選取最小運行方式下的線路末端兩相短路的電流值進行校驗 （靈敏度滿足要求） 10kV側動作電流值 取電力系統(tǒng)最小運行方式下的線路末端短路電流進行靈敏度檢驗： （靈敏度不符合要求） 綜上所述，整定電流選取最小值214A，即是110kV側的整定結果，保護動作時限0.5秒。 4.1.4零序電流保護 110kV及以上的電力系統(tǒng)中性點直接接地時會產生零序電流，母線會出現零序電壓。所以中性點接地保護也分為以下幾種類別：

37、（1）中性點直接接地變壓器的零序電流保護： 保護用的零序電流TAN接于中性點引出線上。這里的110kV變電站二次系統(tǒng)設計中配置的是兩段式零序電流保護，每段都是兩級限時，變壓器零序電流保護Ⅰ段與出線零序電流保護Ⅰ段配合，用較短延時作用于斷路器開關，跳開母線及分段斷路器，較短時間延時作用變壓器的各側斷路器。 （2）并列運行的變壓器部分中性點接地時的零序電流保護： 110kV變電站中性點接地，低電壓側有電源的變壓器中性點有可能接地運行或不接地運行。對外部短路電流裝設相應的保護。這種有多臺變壓器并列運行，當有一臺變壓器的中性點接地其他幾臺的中性點不解地的運行方式。先切除沒短路的變壓器最后切除故障

38、的變壓器。 4.1.5過負荷保護及整定 為保護變壓器差動保護范圍外的相間短路而引起的變壓器過流，加設變壓器的過流保護，如果變壓器的過負荷時間過長將會引起變壓器過電流運行，將嚴重影響繞組間絕緣層的壽命，所以還需要加設過負荷保護。 保護的動作時限為1s，比變壓器的復合電壓保護時間大0.5s。 保護整定取可靠系數為1.05，返回系數為0.85，過負荷保護裝設在110kV側。 按照躲開變壓器額定電流來整定： 4.2母線保護 本次設計的110kV變電站中，110kV母線均采用單母線接線，對于單母線的保護，這里采用母線完全電流差動保護。母線完全差動保護的原理接線圖如下圖4.2-1所示：

39、 圖4.2-1母線保護的原理接線圖 （1）躲過外部故障時的最大不平衡電流時，其動作電流計算如下： 110kV母線： 35kV母線： 10kV母線： （2）躲過電流互感器二次回路單相接地短路時流過差動繼電器的最大電流，其動作電流計算方法及計算過程如下： 式中的為最大負荷電流值；所以各母線上的動作電流為： 110kV母線： 35kV母線： 10kV母線： 對保護進行靈敏度校驗，其值。 是母線故障的最小短路電流值。 110kV母線： 35kV母線： 10kV母線： 由計算可知靈敏度系數都大于2，所以整定值符合要求。 4.

40、3線路保護 4.3.1三段式電流保護 （一）、瞬時電流速斷保護的介紹 瞬時電流速斷保護，即是一段電流保護。它是反映而且不帶時限動作的一種電流保護。一般裝設在電網各線路的始末端。當系統(tǒng)電壓穩(wěn)定時，線路上任意一點發(fā)生短路故障時，短路電流的大小與短路點到電廠或者變壓器間的電抗及短路類型有關，兩相或者三相短路時流過保護安裝地點的短路電流為 式中 ——系統(tǒng)的等效電源即是相電勢； ——系統(tǒng)相電勢到保護間的電抗； ——輸電線路的單位公里長度的正序電抗； L——短路點到保護裝置安裝處的輸電線長度（km）、 電流涑斷保護的動作電流整定

41、值可以按照大于本線路末端短路時流過保護安裝處的最大短路電流，即是 式中 ——保護裝置Ⅰ段瞬時保護動作電流，即一次動作電流； ——可靠系數。因為繼電器的整定、短路電流的計算誤差和非周期分量等都會影響到保護的準確度，所以引入的可靠系數，取1.2~1.3。 瞬時電流速斷保護的靈敏系數使用的是其最小保護范圍，規(guī)程規(guī)定其最小保護范圍要不小于線路全長的15%~20%. 式中 ——系統(tǒng)最小運行方式下線路的最大等值電抗Ω； ——系統(tǒng)的輸電線路單位公里正序電抗值Ω/km。 同理，最大保護長度 式中 ——系統(tǒng)最大運行方式下的最小等值電抗Ω；通常規(guī)定，最大保護范圍(l

42、為被保護輸電線路的長度)，最小保護范圍（15%~20%）L時才可以裝設瞬時電流速斷保護。 由于保護不能保護線路全長，所以增設一帶時限的電流速斷保護，限時電流速斷保護，也就是Ⅱ段保護。 Ⅱ段保護的整定計算， 式中 ——Ⅱ段保護的動作電流，應大于； ——考慮到短路電流受非周期分量的影響而衰減引入的配合系數，一般取1.1~1.2. 靈敏系數校驗： 式中 ——發(fā)生短路時，流過保護的最小短路電流； ——保護的動作電流。 規(guī)程規(guī)定1.3~1.5。 時限整定：為了保證選擇性，保護1的限時電流速斷保護的動作時限，還要與保護Ⅱ的瞬時電流速斷保護、保護Ⅲ的

43、差動保護動作時限相配合，即： 式中 ——時限級差。 對于不同型號的斷路器和保護裝置的取值范圍在0.3s~0.6s之間。 時限整定是為了保證選擇性，過電流保護的動作時限使根據線路的長短而不斷變化的，也就是從用戶到電源的各個保護裝置的動作時限遞增。一般情況下，對于線路Ln的保護整定表達式為 式中 ——線路Ln過電流保護的動作時間s； ——輸電線路Ln的母線上所借的保護、變壓器的過電流保護動作的最長時間s。 （二）、35kV線路的三段式電流速斷保護的整定計算 Ⅰ.瞬時電流速斷保護（第Ⅰ段電流保護） （） 是線路在最大運行方式下的三相短路電流值 L-1

44、 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 靈敏度校驗：假設線路30%處發(fā)生短路故障進行校驗： 代入數據可計算出各線路的整定電流 L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 靈敏度符合要求。 Ⅱ.限時電流速斷保護（第Ⅱ段電流保護） （本段） L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 Ⅲ.定時限過流電流保護（第Ⅲ段電流保護） （） L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 靈敏度校驗 L-1 L-2

45、 L-3 L-4 L-5 L-6 綜上可知靈敏度符合要求。 （三）、10kV線路三段式電流保護的整定計算 Ⅰ.瞬時電流速斷保護 （） 是線路在最大運行方式下的三相短路電流值，同35kV整定計算過程可代入數據計算得各線路的整定電流值，如表4.3-1： 表4.3-1 10kV各線路整定電流值（kA） L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8 2.47 3.52 4.48 1.91 2.16 2.92 1.91 1.72 靈敏度校驗：假設線路30%處發(fā)生短路故障進行校驗： 代入數據可計算出各線路的整定電流

46、，如下表： 表4.3.2 線路30%處短路靈敏度校驗的整定電流（kA） L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8 3.72 4.56 5.16 3.14 3.14 4.10 3.14 2.91 靈敏度符合要求。 Ⅱ.限時電流速斷保護 代入數據可計算得各線路的整定電流值： 表4.3-3 10kVⅡ段整定電流（kA） L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L--8 1.25 1.70 2.48 2.09 1.10 1.45 2.09 0.89 Ⅲ. 定時限過流電流保護（第Ⅲ段電流

47、保護） 代入數據計算得出各線路的整定電流（kA） L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8 0.96 0.76 0.59 1.55 1.16 0.96 1.36 0.59 靈敏度校驗 L1 L-2 L-L3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8 1.69 2.92 5.47 1.75 1.90 1.96 2.0 2.27 由以上數據可知靈敏度符合要求。 4.3.2線路的相間距離保護 （一）、線路相間距離保護介紹： 電流保護的主要優(yōu)點是簡便、穩(wěn)定、經濟，但它的靈敏性受系統(tǒng)運行方式變化的影響較大

48、，特別是在大負荷，遠距離，電壓等級高的復雜輸電網路中很難滿足快速選擇及切除故障的要求，為此，需要采用性能更加完善的保護裝置，即是距離保護。 距離保護的核心元件阻抗繼電器。它的主要特點是短路點離保護裝置安裝點越近測量阻抗越??；相反距離越遠其的量阻抗越大，動作時間越長。原理圖如圖4.3-2所示： 圖4.3-2線路距離保護原理圖 （二）、110kV線路距離保護的整定計算 Ⅰ.距離Ⅰ段 根據上述的公式和相關參數，距離Ⅰ段的動作阻抗按躲過本線路末端短路故障條件進行整定： （本段取0.85） 代入數據可得各出線的最大動作阻抗（Ω） L-1 L-2 L-3 L-4 17.17

49、20.604 18.063 14.45 Ⅱ.距離Ⅱ段 （本段取1.3） 代入數據計算可得出整定阻抗值（Ω） L-1 L-2 L-3 L-4 26.26 31.512 27.625 22.1 Ⅲ.距離Ⅲ段 采用全阻抗繼電器作測量元件，動作阻抗的計算按照下式進行計算： （） 式中的為額定線電壓，為線路的最大負荷電流。 通過代入數據計算可得整定阻抗值（Ω） L-1 L-2 L-3 L-4 63.17 52.34 57.25 65.43 靈敏度校驗 L-1 L-2 L-3 L-4 由以上計算可知整定結果符合要求。

50、（三）、35kV線路距離保護的整定 Ⅰ.距離Ⅰ段 距離Ⅰ段的動作阻抗按躲過本線路末端短路故障條件進行整定： （本段取0.85） 代入數據可得各出線的最大動作阻抗（Ω） L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 4.437 5.55 2.958 2.22 3.70 4.437 Ⅱ.距離Ⅱ段 （本段取1.3） 代入數據計算可得出整定阻抗值（Ω） L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 6.786 8.48 4.524 3.393 5.655 6.786 Ⅲ.距離Ⅲ段 采用全阻抗繼電器作測量元件，動作阻抗的計算按照下式進

51、行計算： （） 式中的為額定線電壓，為線路的最大負荷電流。 通過代入數據計算出各側出線整定阻抗（Ω） L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 21.59 20.1 11.90 17.66 17.66 12.67 靈敏度校驗： L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 綜上可知整定結果符合靈敏度要求。 4.4自動重合閘 4.4.1自動重合閘的作用 在電力系統(tǒng)的輸電網絡中大多數故障都是瞬時性的，例如：鳥類或者樹枝等掉落在輸電線上造成短路、大風造成的輸電線碰撞產生短路、雷電電擊造成絕緣子表面閃絡等，這些短路產生

52、后造成保護裝置跳閘，但是這些情況都是短時性的，大多數情況下都會隨即消失，重新合上斷路器后輸電網絡就會恢復正常供電。所以引入自動重合閘裝置（簡稱AAR）是很有必要的。這樣既省去了人工合閘的繁瑣，也提高了供電的可靠性。 自動重合閘在輸電線路發(fā)生暫時故障時候可以迅速恢復輸電線路的供電，增加了供電的可靠性，這點對于單側電源的單向線路效果最佳；對于雙側電源的高壓輸電網絡，能夠提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性和線路的輸送容量；能夠糾正斷路器和保護器的誤動作引起的誤跳閘；根據重合閘的作用可在電網設計建設中暫緩架設雙回路，節(jié)約了資源。自動重合閘不能辨認暫時性故障和永久故障，所以在斷路器或者保護器動作跳閘時。重合閘不

53、能保障輸電線路恢復正常。 4.4.2自動重合閘的分類和基本要求 自動重合閘的種類很多，根據方式的不同可以分單相自動重合閘、三相自動重合閘和綜合自動重合閘。 單相自動重合閘：當輸電線路發(fā)生單相接地時，保護動作只斷開故障相，如果是瞬時故障重合閘后輸電線路正常供電，如果是永久性故障系統(tǒng)將會保護動作使三相斷路器跳閘，并且不再重合。 三相自動重合閘：在輸配電網絡中，無論故障是永久性故障還是瞬時性的故障，無論是單相故障還是多相故障，保護裝置均將線路的三相斷路器同時跳下，而后進行自動重合，如果是瞬時性故障則重合閘成功，如果是永久性故障則系統(tǒng)運行短時間后自動斷開三相斷路器，并且不再重合。當然不排除瞬時

54、性故障的連續(xù)出現，所以在無人值班的變電站的無遙控的、沒有備用電源的單回線和重要負荷的供電線路中，前提在斷路器遮斷容量允許時，可以采取使用三相二次自動重合閘裝設。 綜合自動重合閘：顧名思義，綜合自動重合閘具有單相自動重合閘和三廂自動重合閘的所有功能，它可以評估到線路故障是單相故障還是多相故障，然后進行相應的跳閘、重合閘。但是綜合自動重合閘工作方式需要有轉換開關的轉換，一般的自動重合裝置有四個檔位，單相自動重合閘、三相自動重合閘、綜合自動重合閘、停用（直跳，即是不再自動重合閘）。 自動重合閘需要滿足以下幾點進本要求： 動作迅速，也是用最短的時間發(fā)出重合信號，盡量減少因為停電而給用戶帶來損失。

55、在斷路器跳開后0.5~1.0S后發(fā)出重合信號。 可靠動作，在正常操作情況下自動重合閘不會動作，在非正常操作的情況下自動重合閘發(fā)生動作。 重合次數符合預先設定，一次重合閘只能動作一次，如果再次跳閘則不應該再有動作；二次重合閘只能重合兩次，兩次重合失敗后不應有第三次重合。永久性故障會對多次重合閘裝置和輸電系統(tǒng)受到故障電流的反復沖擊，損壞電氣設備，擴大事故范圍。 跳閘動作后能夠自動重合恢復。  5 短路電流計算 5.1短路電流計算的意義 短路計算的作用是： (1) 校驗電氣設備的機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性; (2) 校驗開關的遮斷容量; (3) 確定繼電保護及安全自動裝置的定值;

56、 (4) 為系統(tǒng)設計及選擇電氣主接線提供依據; (5) 進行故障分析; (6) 確定輸電線路對相鄰通信線的電磁干擾 常用的計算方法：阻抗矩陣法，并利用迭加原理，令短路后網絡狀態(tài)等于短路前的網絡狀態(tài)、故障分量狀態(tài)，在短路點加一與故障前該節(jié)點電壓大小相等、方向相反的電勢,再利用阻抗矩陣即可求得各節(jié)點故障分量的電壓值,加上該節(jié)點故障前電壓即得到短路故障后的節(jié)點電壓值。然后，可求得短路故障通過各支路的電流。 5.2母線短路電流的計算 5.2.1主變標幺值參數計算 （=100MVA, , ） %=( 得： 等效阻抗圖： 圖5.2-1變電站主變的等效阻抗

57、圖 5.2.2三相對稱短路電流的計算 最大運行方式下： 時 時 時 最小運行方式： 時 時 時 5.2.3不對稱短路電流計算 電路系統(tǒng)中的短路故障大多數是不對稱的。為了保證電力系統(tǒng)和各種電氣設備的安全運行，需進行各種不對稱故障的分析和計算。發(fā)生不對稱短路時，電力系統(tǒng)的三相電流和電壓是不平衡的。因此，不能采用計算三相短路電流的算法進行分相計算。 一般求解不對稱故障問題常用的方法是對稱分量法。在用對稱分量發(fā)分析和計算系統(tǒng)短路時，所采用的參數是電力系統(tǒng)各元件的相序參數。一般在線性電路中可以應用疊加原理，得到不對稱分量分別按對稱三相電路求解，然后將結

58、果疊加起來，得到不對稱三相電路的解，用于后面的繼電保護靈敏度的校驗。 最大運行方式下，零序網 時有 時有 最小運行方式下由于零序阻抗值基本不變化，所以數據與最大運行方式下近似相等。由課本可知，當系統(tǒng)為無限大系統(tǒng)或距短路點很遠時，此時的兩相短路電流可采用實用計算方法。本系統(tǒng)電源的容量為5210MVA，為了減少計算量可以近似按無限大系統(tǒng)計算。 即是： 最大運行方式下： 最小運行方式下： 5.3線路短路電流的計算 5.3.1變電站各側線路的阻抗參數 查資料手冊得知： LGJ-300型線路=0.404(Ω)/km LGJ-150型線路=0

59、.425(Ω)/km LGJ-120型線路=0.435(Ω)/km 實際計算阻抗有名值為： 表5.3-1變電站各側阻抗的計算值（Ω） L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8 110kV 20.2 24.24 21.25 17 35kV 5.22 6.525 3.48 2.61 4.35 5.22 10kV 2.61 1.74 1.305 3.48 3.045 2.175 3.48 3.915 標幺值計算：； 表5.3-2變電站各側阻

60、抗的標幺值 L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8 110kV 0.15 0.18 0.16 0.13 35kV 0.38 0.48 0.25 0.16 0.32 0.38 10kV 2.37 1.58 1.18 3.16 2.76 1.97 3.16 3.55 5.3.2 110kV線路的短路電流計算 最大運行方式： 發(fā)生時，計算數值為： L-1 L-2 L-3 L-4 發(fā)生時；； 計算數值如下： L-1 =0.0192+0.15=0.1692 =0.

61、052+0.45=0.502 L-2 =0.0192+0.18=0.1992 =0.052+0.54=0.592 L-3 =0.0192+0.16=0.1792 =0.052+0.48=0.532 L-4 =0.0192+0.13=0.1492 =0.052+0.39=0.442 發(fā)生時；； 計算如下： L-1 =0.0192+0.15=0.1692 =0.052+0.45=0.502 L-2 =0.0192+0.18=0.1992 =0.052+0.54=0.592 L-3 =0.0192+0.16=0.1792 =

62、0.052+0.48=0.532 L-4 =0.0192+0.13=0.1492 =0.052+0.39=0.442 5.3.3 35kV線路的短路電流計算 最大運行方式下： 時計算數值如下： L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 最小運行方式下： 時計算數值如下： L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 5.3.4 10kV線路的短路電流計算 最大運行方式下： 時計算數值如下： L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8 最小運行方式下：

63、 時計算數值如下： L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8  總結與體會 本次畢業(yè)設計得以讓我綜合大學四年所學的強電知識提高了自己獨立思考的能力，計算能力和邏輯思維能力。本次畢業(yè)設計的選題是隨機的，但是很榮幸的是選擇到了我的薄弱環(huán)節(jié)，悲喜交加中略帶感激。冥冥之中自有定數，說的一點都沒錯，大學四年里強電的學習是一個難點，也是大多數同學的弱項。因為強電的計算比較繁瑣，公式相對比較多，記憶和運用都比較困難，所以很多同學都選擇了弱電相關的畢業(yè)設計。 110kV變電站二次系統(tǒng)設計的強電也是我的弱項，基礎知識的薄弱讓我無處下

64、手，多次找到指導老師交流求教才有了大致的方向，查閱相關資料和書籍，找案列，確定設計方向，都是在指導老師的指導下才得以完成，很感謝指導老師的關心和指導。本次設計過程中更是遇到了很多問題讓我頭疼不已，還好有知網，知網是一個學術交流平臺，在那里我找到了很多自己解決不了的問題，借鑒前輩們的研究成果和設計思路讓自己的思路更加清晰，繼電保護部分是110kV變電站二次系統(tǒng)設計的重點和難點，各種電氣元件的選擇和配置都需要經過計算才能確定，特別是電流互感器和電壓互感器的選擇與配置。印象最深的是在短路電流計算一章中，復雜的計算多次出現錯誤，自己不得不重新計算。 這次畢業(yè)設計給我留下的不僅僅是充實，更讓我學會了之

65、前沒打扎實的強電知識基礎。大學四年所學的知識在此之前是一盤散沙，連不到一起，本次畢業(yè)設計得以把所學知識綜合在一起上升一個新階段。一個人再厲害也比不上一群人的智慧，這是我在這次畢業(yè)設計中深深體會到的，虛心求教是進步的關鍵，發(fā)現問題更是解決問題的基礎，所以以后我會更加謙虛求教，在之后的答辯中好好表現，多發(fā)現問題早日解決問題，早日成為一個對社會發(fā)展有用的人才。  參考文獻 [1].孟祥萍，高嬿.電力系統(tǒng)分析[M].2版.北京：高等教育出版社，2010.12. [2].何楊贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析[M].3版.武漢：華中大學出版社，2002. [3].唐志.供配電技術[M].3

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