本科畢業(yè)論文10KV變電站的繼電保護設(shè)計學(xué)術(shù)參考

1、 southwest university of science and technology 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）某10kv變電所的繼電保護設(shè)計學(xué)院名稱信息工程學(xué)院專業(yè)名稱電氣工程及其自動化學(xué)生姓名黃艷青學(xué)號20095730指導(dǎo)教師畢效輝 教授二一三年六月 教-學(xué)某10kv變電所的繼電保護設(shè)計摘要：10kv變電所是將10kv配電電壓降為380v的終端變電所，主要為企業(yè)和工廠等用戶直接供電。本設(shè)計是主要針對10kv變電所的繼電保護所做的設(shè)計，可靠的繼電保護系統(tǒng)是變電所安全運行和穩(wěn)定供電不可或缺的部分，主要用于一次系統(tǒng)的監(jiān)控、測量和保護。繼電保護系統(tǒng)由各種電量與非電量的繼電保護儀器相互配合而成。

2、通過提供的原始設(shè)計資料進行詳細的整定計算確定保護方式、類型和繼電保護儀器的整定值，并選擇合適的繼電器使變電所在故障狀態(tài)下繼電保護系統(tǒng)能可靠、快速、有選擇性地切除故障元件或是發(fā)出故障信號，從而達到保護儀器和確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。并在設(shè)計中繪制詳細的保護接線原理圖和系統(tǒng)展開圖。 關(guān)鍵詞： 繼電保護； 整定計算； 設(shè)備選型； 圖紙繪制；the relay protection design of 10kv substation abstract：10 kv substation is a distribution voltage form 10kv to 380 v terminal subst

3、ation, mainly for enterprises and factories and other user power supply directly. this design is mainly for the 10 kv substation relay protection design, reliable relay protection system is an integral part of the substation safe operation and stable power supply, mainly used in a system of monitori

4、ng, measurement and protection. by all sorts of power relay protection system and non-electricity protection equipment to cooperate with each other. through the provision of original design data of the detailed way of setting calculation to determine the protection, type, and relay protection settin

5、g value of instruments, and select the ppropriate relay can make the substation fault in the state of relay protection system is reliable, fast and selective removal of fault component or a fault signals, so as to protect equipment and ensure the stability of power system. and draw the design detail

6、s of the protection wiring principle diagram and system expansion plan.key words: protective relaying, setting calculation, equipment selection, rendering drawings目 錄第1章 緒論1 1.1 設(shè)計概述1 1.2 選題意義與目的2 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及生產(chǎn)需求狀況2第2章 繼電保護的設(shè)計思路及意義4 2.1 繼電保護的基本原理4 2.2 繼電保護裝置的基本要求5 2.3 繼電保護裝置常用器件介紹5 第3章 10kv變電所的一次系統(tǒng)

7、分析及短路電流計算7 3.1 10kv變電所一次系統(tǒng)的構(gòu)成和特點7 3.2 10kv變電所繼電保護方式和保護類型8 3.2.1 電源進線應(yīng)配置的繼電保護8 3.2.2 電力變壓器應(yīng)配置的繼電保護8 3.2.3 變電所母線聯(lián)絡(luò)裝置應(yīng)配置的繼電保護83.3 10kv變電所的短路電流計算93.3.1 10kv變電所短路計算的概念和意義9 3.3.2 10kv變電所標幺值法短路電流的計算9 第4章 10kv變電所進出線繼電保護設(shè)計13 4.1 帶時限過電流保護設(shè)計13 4.2 速斷保護設(shè)計14 4.3 欠電壓保護設(shè)計16 4.4 電流測量和電機儲能回路設(shè)計17 4.5 防跳閘、合閘信號及事故分閘信號設(shè)

8、計18 第5章 10kv變電所變壓器繼電保護設(shè)計19 5.1 s9_630/10變壓器基本參數(shù)介紹19 5.2 變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)19 5.3 s9_630/10變壓器的繼電保護配置205.3.1 帶時限的過電流保護20 5.3.2 變壓器的電流速斷保護235.3.3 低壓側(cè)單相接地保護245.3.4 變壓器低壓側(cè)零序電流保護25 5.3.5 過負荷保護265.3.6 瓦斯保護27 5.4 電機儲能操作機構(gòu)29 5.5 斷路器合閘、分閘信號29 5.6 變壓器故障及事故分閘信號30 5.7 事故信號回路及光子牌顯示30 第6章 10kv變電所母線聯(lián)絡(luò)斷路器繼電保護設(shè)計31 6.1

9、 測量回路設(shè)計316.2 過電流及掉閘回路31 6.3 電流速斷保護設(shè)計32 第7章 10kv變電所信號系統(tǒng)設(shè)計34 7.1 中央信號回路的類型和設(shè)計要求34 7.2 中央事故信號回路34 7.2.1 中央事故信號回路的構(gòu)成34 7.2.2 zc-23型沖擊繼電器構(gòu)成的中央事故信號回路34 7.3 中央預(yù)告信號回路367.3.1 中央預(yù)告信號回路的構(gòu)成367.3.2 bc-4y型沖擊繼電器構(gòu)成的中央預(yù)告信號回路36第8章 10kv變電所二次回路的操作電源38 8.1 對操作電源的基本要求38 8.2 操作電源的選取38 結(jié)論40致謝41參考文獻42附錄1 某10kv變電所的進線繼電保護原理圖4

10、4附錄2 某10kv變電所的變壓器繼電保護原理圖45附錄3 某10kv變電所聯(lián)絡(luò)斷路器的繼電保護原理圖46附錄4 某10kv變電所預(yù)報故障信號回路原理圖47第1章 緒論1.1 設(shè)計概述 變電所的所有一次設(shè)備在運行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作、設(shè)計制造缺陷等原因會發(fā)生如短路、斷線等故障。最常見同時也是最危險的故障就是發(fā)生各種類型的短路。在發(fā)生短路時很有可能發(fā)生以下后果。1. 流過短路點的短路電流和燃起的電弧使故障元件毀壞。2. 短路電流流過非故障元件，由于產(chǎn)生大量的熱使元件損壞或縮短其使用壽命。3. 使電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓降低，使大量的用戶遭到損失或是設(shè)備壞。4. 破壞電力系統(tǒng)中

11、各個發(fā)電廠之間并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩，甚至使系統(tǒng)崩潰。變電所故障主要是短路故障，包括三相短路、兩相短路、單相接地短路和兩相接地短路。不同類型短路的發(fā)生概率也是不同的，通過實際記錄數(shù)據(jù)可知單相接地短路發(fā)生概率最大，約為91.23%。不同類型短路的短路電流大小也不一樣，一般為額定電流的幾倍到幾十倍。 隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，為了在故障后迅速恢復(fù)變電所的正常運行，盡快消除運行中的異常情況，以防止大面積的停電和保證對用戶的連續(xù)供電，繼電保護的作用就顯得尤為重要。繼電保護指的是繼電保護技術(shù)和由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)，包括繼電保護的設(shè)計原理、配置、整定、調(diào)試等技術(shù)，也包括由互感器獲取電壓

12、、電流信息和故障狀態(tài)下保護裝置作用于跳閘或是信號的一整套設(shè)備。繼電保護的基本任務(wù)如下。1. 快速、自動、有選擇地將故障元件或故障部分從系統(tǒng)中分離出來，保護故障設(shè)備不遭受更大的破壞，保證其他正常工作的部分正常工作。2. 在電氣設(shè)備不正常工作狀態(tài)時，根據(jù)維護的具體條件，發(fā)出故障信號或是直接跳閘。由于各種保護之間的相互配合和保證故障損失最小化，往往不要求迅速動作，而是根據(jù)危害程度進行一定的延時處理，以免短暫的沖擊波造成繼電器的誤動作。針對10kv變電所的繼電保護設(shè)計，該繼電保護系統(tǒng)可以分為以下幾個大的部分來處理：1. 變電所10kv進線的繼電保護設(shè)計；2. 變電所降壓變壓器的繼電保護設(shè)計；3. 變電

13、所母線斷路器的繼電保護設(shè)計；1.2 選題意義與目的 10kv變電所是直接面對用戶的終端變電所，在實際應(yīng)用當中最為廣泛。繼電保護系統(tǒng)作為變電所的重要組成部分，它的作用不次于一次系統(tǒng)。因此繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計要盡量周全，整定準確，這樣才能保證變電所的正常供電和設(shè)備的安全。作為電氣專業(yè)的大學(xué)畢業(yè)生，電力系統(tǒng)的繼電保護是我在大學(xué)期間必修的一門功課。是專業(yè)的象征性課程。在即將畢業(yè)的時候，選做繼電保護設(shè)計的畢業(yè)課題有重大意義，它不僅讓我將在大學(xué)中所有的專業(yè)知識作了一次完整的梳理，鞏固了書本知識，還迫使我查閱很多相關(guān)資料，進一步了解繼電保護。10kv變電所的繼電保護設(shè)計，它是一個綜合的課題，讓我在走出學(xué)校工作

14、之前接觸到真正地工程設(shè)計，這是對我很大的鍛煉和提高。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及生產(chǎn)需求狀況 繼電保護技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的，電力系統(tǒng)在運行過程當中，不可避免會發(fā)生各種故障，短路則是最常見的故障。在發(fā)生短路故障時短路電流會增大，為了避免電氣設(shè)備的損壞，最早采用了熔斷器串接于電路當中，短路發(fā)生時，短路電流熔斷熔斷器斷開要保護的設(shè)備。這種方式由于簡單而大量采用。而在現(xiàn)代社會，電力系統(tǒng)的日趨復(fù)雜化，這種簡單的設(shè)備已經(jīng)不能滿足要求了，于是就出現(xiàn)了現(xiàn)在的繼電器保護裝置，并迅速運用于保護技術(shù)當中。與此同時，材料和制造等有關(guān)技術(shù)的發(fā)展，繼電保護裝置的結(jié)構(gòu)和制造工藝也有著巨大的提高，共經(jīng)歷了機電式保護裝

15、置、靜態(tài)繼電保護裝置和數(shù)字式繼電保護裝置等三個階段的發(fā)展。目前在國內(nèi)有些小型變電所依然使用的是機電式保護裝置，由于其抗干擾性能好，價格較為實惠，但由于這種保護裝置的體積大，動作速度不夠，觸點容易發(fā)生粘連且磨損嚴重，不能承擔超高壓和大容量電力系統(tǒng)的需要而慢慢被取代。目前，隨著計算機技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，繼電保護系統(tǒng)也趨于數(shù)字化，這種繼電保護裝置稱為數(shù)字式繼電保護。這種保護可以實現(xiàn)同一種硬件電路實現(xiàn)不同原理的保護功能，從而使保護設(shè)備簡單化，且更易操作，可靠性高且經(jīng)濟。同時，數(shù)字式繼電保護具有強大的記憶、儲存和運算能力，可以實現(xiàn)原理很復(fù)雜的保護。通過程序可以對故障進行分析、記錄和處理，工作的可靠

16、性很高，是目前世界上主要的研究方向。對于10kv的終端變壓器，它是工廠企業(yè)和民用的主要配電變壓器。在運用當中最為廣泛，具有很大的研究價值。10kv變電所的繼電保護設(shè)計也是朝著簡單、實用和經(jīng)濟的方向發(fā)展。目前國內(nèi)對于這一類的低壓變電所還是采用了原來的電流繼電器和電壓繼電器等作為主要設(shè)備進行保護裝置的配備，所以目前從經(jīng)濟性的角度考慮，數(shù)字式保護裝置初期投入較大且技術(shù)不夠成熟。繼電器保護裝置還有很大的研究價值。第2章 繼電保護的設(shè)計思路及意義2.1 繼電保護的基本原理變電所在運行過程中或許會出現(xiàn)一些故障和不正常運行狀態(tài)，這就會讓系統(tǒng)的正常工作遭到破壞，造成對用戶供電質(zhì)量下降或者對設(shè)備的損壞。除了應(yīng)采

17、取各種措施消除或是減少事故發(fā)生的可能性之外，一旦故障出現(xiàn)，就必須迅速而且準確地切除故障元件或故障線路。完成這種功能的電力系統(tǒng)保護裝置就是電力系統(tǒng)的繼電保護裝置。 一般情況下，變電所發(fā)生故障時總會伴隨當中的一些物理量的改變。例如，發(fā)生短路故障時會有電流增大、電壓降低、線路始端測量阻抗減小、電壓與電流之間相位角變化等情況。利用這些參量的變化可以構(gòu)成不同原理的繼電保護系統(tǒng)。如過電流保護、欠電壓保護、阻抗保護等等。還可以利用流過某一元件電流方向的不同來分辨是保護區(qū)內(nèi)故障或是保護區(qū)外的故障（差動保護），判定正向故障還是反向故障（方向電流保護），利用不對稱故障時出現(xiàn)的負序和零序分量作為判據(jù)構(gòu)成的各種繼電保

18、護。 除了這些反應(yīng)電氣量變化的保護裝置外，還有些反應(yīng)非電量的保護，例如，瓦斯保護和反應(yīng)電動機繞組溫度升高而構(gòu)成的負荷保護。繼電保護裝置是由一些繼電器以一定方式連接組合以實現(xiàn)各種保護原理。原理如圖2-1所示。測量比較元件邏輯判斷元件執(zhí)行輸出元件跳閘或信號相應(yīng)輸入值圖2-1 繼電保護裝置的組成方框圖由圖2-1我們可以看到，繼電保護系統(tǒng)分為測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分。其中測量部分是測量被保護對象輸入的有關(guān)電氣量，通常是由各種互感器完成這一工作。并將數(shù)值與給定的整定值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”；“大于”、“不大于”、等于“0”或“1”等性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護是否應(yīng)該啟動；

19、邏輯部分是根據(jù)測量部分各輸出量的大小、性質(zhì)和輸出的邏輯狀態(tài)以及出現(xiàn)的順序或者是它們的組合，使保護裝置按照一定的邏輯關(guān)系工作，然后確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘或發(fā)出信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行部分。繼電保護中常用的邏輯回路有“或”、“與”、“非”、“延時啟動”、“延時返回”以及記憶等回路；執(zhí)行部分是根據(jù)邏輯部分送出的信號，最后完成保護任務(wù)的裝置。如故障時動作于跳閘，異常運行時發(fā)出信號。2.2 繼電保護裝置的基本要求變壓器各電氣元件之間通常都是用斷路器互相連接，每臺斷路器都裝有相應(yīng)的繼電保護裝置，它們可以向斷路器發(fā)出跳閘脈沖，從而動作于跳閘。繼電保護裝置是以各電氣元件或線路作為被保護對象，其切除故障的范

20、圍是斷路器之間的部分。繼電保護的基本要求是有選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。這些要求之間相輔相成或是相互制約，根據(jù)具體的情況加以協(xié)調(diào)處理。1選擇性：作用于跳閘的保護裝置的選擇性是指保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，來保證供電系統(tǒng)中的無故障部分仍然能繼續(xù)安全運行。2速動性：快速地切除故障可以提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少用戶在低電壓情況下的工作時間，減輕故障元件的損壞程度，縮小故障的影響范圍以及提高自動重合閘裝置和備用電源自動投入裝置的動作成功率等。因此，在故障發(fā)生時，應(yīng)盡量保證繼電保護裝置能迅速動作，從而切除故障。3靈敏性：保護裝置的靈敏度是指保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)發(fā)

21、生故障或異常運行狀態(tài)時的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的繼電保護裝置應(yīng)該是在規(guī)定的保護區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時，不論其位置、形式以及系統(tǒng)的運行方向怎樣，都能靈敏反應(yīng)。4可靠性：保護裝置的可靠性是指在指定的保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，它不能拒絕動作，而在正常運行或保護區(qū)外發(fā)生故障時，又不能誤動作?？煽啃允潜Ｗo裝置本身的質(zhì)量和維護水平的主要表現(xiàn)，因此是繼電保護裝置的最根本要求。2.3 繼電保護裝置常用器件介紹繼電保護裝置是由一些繼電器通過各種方式組合而成，這些常用的繼電器主要包括以下幾種。1. 電流繼電器電流繼電器是電流保護的主要測量器件，它是反應(yīng)電流變化的簡單繼電器的典型代表，在10kv的變電所當中，通常選擇dl-

22、10或是gl-10系列。電流繼電器一般都是過量繼電器，當被保護線路當中電流超過其整定值時，由于銜鐵被磁化產(chǎn)生的電磁力矩大于其彈簧的反作用力時，銜鐵被吸引，從而常開觸點閉合。這就是繼電器動作的原理；當被保護電路中電流減小，繼電器內(nèi)部回路中產(chǎn)生的力矩小于彈簧的作用力時，銜鐵釋放。常開觸點打開，這就是繼電器的返回。返回電流與動作電流之比稱為繼電器的靈敏系數(shù)。2. 電壓繼電器欠電壓繼電器的觸點為常閉觸點，系統(tǒng)正常運行時其觸點打開，出現(xiàn)故障時，當母線電壓下降到一定程度的時候繼電器觸點閉合，保護裝置動作。這個電壓稱為動作電壓。當故障清除，被保護線路電壓上升到一定值時，繼電器觸點打開，保護返回。這時的電壓稱

23、為返回電壓。3. 中間繼電器中間繼電器的作用是在繼電保護裝置中增加觸點個數(shù)以及容量，其觸點可以是常開也可以是常閉觸點。4. 時間繼電器時間繼電器的主要功能是在得到電流繼電器或是電壓繼電器的動作信號時，加以一定的延時，以保證動作的選擇性，而后才把信號向下一級傳遞。其主要要求是：延時動作，瞬時返回。5. 信號繼電器信號繼電器用來做繼電保護的故障信號指示，接通燈管或報警設(shè)備。其動作后觸點自保持，不能自動返回，需要由值班人員手動復(fù)歸。第3章 10kv變電所的一次系統(tǒng)分析及短路電流計算3.1 10kv變電所一次系統(tǒng)的構(gòu)成和特點 變電所的一次系統(tǒng)是指將所有一次設(shè)備，諸如變壓器、母線、斷路器、電力電容器（補

24、償器）、輸電線路等設(shè)備連接起來的線路。在一次系統(tǒng)當中，幾乎所有電氣設(shè)備都在高電壓狀態(tài)下工作，為了保證設(shè)備的正常運行和其自身的安全，必須在一次系統(tǒng)上設(shè)計二次系統(tǒng)，對一次系統(tǒng)進行保護和監(jiān)控。設(shè)計可靠的二次系統(tǒng)對設(shè)備的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。因此必須對一次系統(tǒng)進行仔細的分析和準確的判斷。如圖3-1所示。 qsfqftaqsqsfutvqsqsfutvqstaqfqsqsqfqstayoyo進線變壓器聯(lián)絡(luò)測量電壓互感器圖3-1 10kv變電所一次系統(tǒng)圖需要說明的是，圖3-1只是一次系統(tǒng)的一部分，全圖是由與上圖對稱的另一部分一起構(gòu)成的。作為主電路的備用電路和電源。通過聯(lián)絡(luò)線將兩邊連起來。當電路正常運行的時候進

25、線處的1qf接通對線路供電，而聯(lián)絡(luò)處的3qf處于斷開狀態(tài)，線路處于正常工作狀態(tài)。電路線路系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，各種繼電保護使其1qf跳閘，而為了能使其他設(shè)備正常工作，在斷開1qf的同時接通3qf，另一路電源為其供電。它對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，因而要對其進行相應(yīng)的繼電保護。圖中采用單母線分段式接線，一段正常工作，一段作為后備線路和電源，由于兩段同時出故障的可能性很小，因此這樣可以很大程度提高供電的可靠性和穩(wěn)定性。在進線處，采用母線隔離開關(guān)和斷路器，為了保證進線端的穩(wěn)定，防止因電流電壓波動引起的其他電氣設(shè)備的不正常工作，必須對這里的斷路器進行二次保護。在主接線中使用的是接于a、c兩相的電流

26、互感器，所以在保護的時候也要采用兩相兩繼電器的星型接線方式。另外，在保護中最好做一個欠電壓保護；在變壓器端，母線隔離開關(guān)和斷路器接于變壓器的高壓端，采用了三相的電流互感器接線，在變壓器保護當中就首選三相三繼電器的接線方式；母線聯(lián)絡(luò)處起到了備用電源和備用電路在另一電路故障時投入工作的切換作用，采用兩相電流互感器，在設(shè)計保護時，就選擇了兩相兩繼電器接線。3.2 10kv變電所繼電保護方式和保護類型3.2.1 電源進線應(yīng)配置的繼電保護 通過對10kv變電所一次系統(tǒng)的分析，在該變電所的兩組進線當中必須設(shè)定以下保護方式：1帶時限的過電流保護，采用兩相兩繼電器星型接線，作用于信號和斷路器跳閘。2速斷保護，

27、采用兩相兩繼電器星型接線，作用于信號和斷路器跳閘。3欠電壓保護，由電壓互感器引出線，作用于信號和斷路器跳閘。3.2.2 電力變壓器應(yīng)配置的繼電保護 對于10kv的電力變壓器，查閱相關(guān)的變壓器參數(shù)以及結(jié)合實際情況，應(yīng)設(shè)以下保護配置：1裝于變壓器高壓側(cè)的定時限過電流保護，采用三相三繼電器星型接線。作用于信號和斷路器跳閘，同時兼做低壓側(cè)的單相接地保護。2電流速斷保護，采用三相三繼電器星型接線，裝于變壓器高壓側(cè)，作用于信號和斷路器跳閘。3零序電流保護，零序電流保護作為接地短路的后備保護。4裝于高壓側(cè)的過負荷保護，由于過負荷保護一般三相對稱，因此采用單相一繼電器接線。作用于信號。5瓦斯保護，裝于變壓器上

28、。輕瓦斯作用于信號，重瓦斯作用于信號和斷路器跳閘。3.2.3 變電所母線聯(lián)絡(luò)裝置應(yīng)配置的繼電保護 母線聯(lián)絡(luò)裝置是兩組線路和電源的重要切換設(shè)備，在保護時應(yīng)考慮到兩組線路的特點，現(xiàn)給出以下配置：1過電流保護，采用兩相兩繼電器接線，作用于信號和斷路器跳閘。2速斷保護，采用兩相兩繼電器接線，作用于信號和斷路器跳閘。3.3 10kv變電所的短路電流計算3.3.1 10kv變電所短路電流計算的概念和意義通常情況下在三相交流運行的電力系統(tǒng)當中，主要包括了以下幾種短路故障：三相短路、兩相短路和單相接地短路。一般來說，三相短路的電流值最大。可以達到額定電壓的很多倍。短路時產(chǎn)生很大的電動力和很高的溫度，損壞電氣設(shè)

29、備。短路時電壓大大降低，嚴重影響到系統(tǒng)的正常運行。在短路過程中，短路電流的波動情況取決于電力系統(tǒng)的電源容量或是短路點離電源的距離。短路電流計算內(nèi)容應(yīng)該包括最大短路電流值，用來校驗電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定和分斷能力，整定繼電保護裝置；同時還應(yīng)該求出最小的短路電流值，用來校驗繼電保護設(shè)備的靈敏度。 3.3.2 10kv變電所標幺值法短路電流的計算標幺值是一種相對單位制法，其值為該設(shè)備的實際值與選定的基準值的比值。采用標幺值法進行短路計算時，通常需要首先選定基準容量和基準電壓，則對于本設(shè)計，基準容量選擇為，與其對應(yīng)的基準電流和基準電抗可以由下式推導(dǎo) (3-1) (3-2) 1. 三相短路電流計算對于

30、本設(shè)計，其計算電路如圖3-2所示。圖3-2 短路電流計算電路圖1) 基準值的選定由圖3-2可知變電所高壓側(cè)的電壓等級為10kv，低壓側(cè)電壓等級為0.38kv，則其標幺值法的基準值為：高壓側(cè)，低壓側(cè)。而 2) 計算電路中主要元件的電抗標幺值a. 電力系統(tǒng)的電抗標幺值計算已知系統(tǒng)在最大方式下，因此 b. 架空線路的電抗標幺值計算查相關(guān)手冊得到，已知架空線路長則有c. 電力變壓器的電抗標幺值計算查手冊可以得到s9-630/10的，于是有由于是兩臺同型號變壓器，所以，所以該電路的短路等效電路如圖3-3所示。圖3-3 短路等效電路圖3) 對于短路點k-1的計算 最大運行方式下計算a. 總電抗標幺值b.

31、三相短路電流周期分量的有效值c. 其他的三相短路電流為d. 三相短路容量 最小運行方式下計算a. 總電抗標幺值b. 三相短路電流周期分量的有效值c. 其他的三相短路電流為 d. 三相短路容量4) 對于短路點k-2點的計算 最大運行方式下計算a. 總電抗標幺值b. 三相短路電流周期分量的有效值c. 其他的三相短路電流為 d. 三相短路容量 最小運行方式下計算a. 總電抗標幺值b. 三相短路電流周期分量的有效值c. 其他的三相短路電流為 d. 三相短路容量2. 兩相短路電流計算在系統(tǒng)容量無限大時，發(fā)生兩相短路的短路電流可以由下式求得 (3-3)式中，為短路點的線電壓。在無限大容量系統(tǒng)中，兩相短路電

32、流和三相短路電流有如下的關(guān)系 (3-4)因此，在無限大容量系統(tǒng)中，可以計算出該短路點的三相短路電流，從而得到兩相短路電流。3. 單相短路電流計算在工程設(shè)計中，常利用下式計算單相短路電流 (3-5)式中，為電源相電壓；為單相短路回路的阻抗，可查相關(guān)手冊?；虬聪率接嬎?(3-6)式中，、分別為變壓器單相的等效電阻和電抗；、分別為相線與n線或與pe線的短路回路電阻和電抗，可由相關(guān)手冊查得。在相關(guān)手冊查得本設(shè)計用變壓器單相短路電流為第4章 10kv變電所進出線繼電保護設(shè)計4.1 帶時限過電流保護設(shè)計 1帶時限過電流保護的原理帶時限的過電流保護在運用當中可以作為主保護或是下級保護拒動的遠后備保護，同時也

33、可以作為本線路主保護拒動時的近后備保護。這里采用了定時限的過電流保護，這種保護的整定動作時間固定。在一般的情況下，過電流保護能保護線路的全長，也能作為鄰近保護的后備保護。如圖4-1(a)所示，電流互感器分別接于保護線的a、c兩相，正常工作時斷路器qf閉合，在系統(tǒng)中由于短路而導(dǎo)致的短路電流增大時，流入電流繼電器的電流增大，繼電器啟動，經(jīng)過時間繼電器kt的延時后，信號傳送至信號繼電器線圈，接通脫扣線圈而斷路器跳閘。同時信號繼電器發(fā)出故障信號。 （a）（b） 圖4-1 (a）帶時限過電流保護的接線原理圖; (b) 帶時限過電流保護展開圖2帶時限過電流保護的整定計算1）動作電流的整定計算 (4-1)式

34、中 可靠系數(shù)，取1.2(dl)至1.3(gl)； 返回系數(shù)，取0.85； 過負荷電流，；接線系數(shù)，取1；電流互感器變比(300/5)； 所以 取。2）動作時間的整定計算一般比相鄰保護動作時間大一個階梯時間，這里相鄰的為速斷保護，時限過電流保護作為它的后備保護。其動作時間為1s。3）靈敏度的校驗 保護的靈敏度校驗為 (4-2)式中 為最小運行方式下，線路末端兩相短路穩(wěn)態(tài)電流；在過電流保護作為后備保護時，靈敏度大于1.2即滿足要求；，滿足要求。 在此選擇gl-11/5型過電流繼電器即能滿足要求。4.2 速斷保護設(shè)計 1電流速斷保護原理作為進線保護的主保護，要求速斷保護能迅速地切除故障。需要注意的是

35、，這里采用瞬時速斷保護是不合適的。因為母線短路和饋線出口短路的短路電流是一樣的，根本無法區(qū)分是母線故障還是饋線短路。所以進線只能采用定時限速斷電流保護。圖4-2是無時限電流速斷保護的原理圖，由圖中可以知道，它和前面不同的地方在于沒有時間繼電器，這是為了時現(xiàn)瞬時動作。 (a) (b)圖4-2 (a ) 電流速斷保護原理圖; (b) 電流速斷保護展開圖2電流速斷保護的整定計算 1）動作電流的整定 (4-3)式中 最大運行方式下線路末端的三相短路超瞬態(tài)電流可靠系數(shù)，取1.2(dl)或1.5(gl)則2）靈敏度校驗 按最小方式運行下線路始端兩相短路電流校驗，則有 (4-4)式中 為最小運行方式下，線路

36、始端兩相短路電流；因此，；不滿足靈敏度要求，因此裝設(shè)帶時限的速斷保護來實現(xiàn)。按照相鄰元件末端短路時的最大三相短路整定，其整定電流為 (4-5)式中 為最大運行方式下相鄰元件末端三相短路穩(wěn)態(tài)電流。則有，取57a；靈敏度校驗為： ，滿足要求；動作時間整定為0.5s，設(shè)計原理圖如圖4-1所示。這里選擇dl-31/100型電流繼電器，整定倍數(shù)為8倍。4.3 欠電壓保護設(shè)計 1欠電壓保護的基本原理在工廠運行過程中，由于發(fā)生短路故障等原因，線路電壓會在短時間內(nèi)出現(xiàn)大幅度降低甚至消失的現(xiàn)象。這會給線路和電氣設(shè)備帶來很大的損傷。例如：讓電動機疲倒、堵轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生很大的短路電流，以至于燒壞電動機。當線路中電壓降

37、低到一定程度時，會引起電動機疲倒。這時的電壓稱為臨界電壓。線路電壓降低到臨界電壓時，保護電器啟動，這是欠電壓保護，它的任務(wù)主要是防止設(shè)備因過載而燒毀。當本路電壓低于臨界電壓保護電器才動作的稱為失壓保護，其主要任務(wù)則是防止電動機自起動。在本設(shè)計中采用了欠電壓保護，裝于出線上。其保護原理圖如4-3所示。圖4-3 欠電壓保護原理圖2欠電壓保護整定計算欠電壓保護的整定電壓為 (4-6)式中 為正常工作時的最低工作電壓，一般取為額定電壓的90%；為可靠系數(shù)，取1.1；為低電壓繼電器的返回系數(shù)，取1.25；因此，；動作時間整定為0.5s。選擇jvr-380型電壓繼電器。4.4 電流測量和電機儲能回路設(shè)計1

38、電流測量回路設(shè)計在前面章節(jié)中，對于一次系統(tǒng)的分析可知，進線端采用的是兩相電流互感器接線，分別接于保護線段的a、c兩相。因此選擇了兩個電流表分別接在a、c相上，用以測量電流值。如圖4-4所示。圖4-4 電流測量回路2電機儲能回路設(shè)計 在斷路器需要跳閘來實現(xiàn)保護功能時，是由電機儲能設(shè)備為其提供跳閘能量的，那么在正常工作情況下，儲能電路就要儲存足夠的能量，為故障狀況下的跳閘準備能量。其設(shè)計電路如圖4-5所示。圖4-5 電流測量回路4.5 防跳閘、合閘信號及事故分閘信號設(shè)計 在變電所正?；蚴遣徽顟B(tài)下，為了便于值班人員觀察，都會設(shè)置一些很直觀的信號來表示變電所當前的工作狀態(tài)。這些直觀信號就是信號繼電

39、器發(fā)出的燈光或是報警信息。如圖4-6和4-7所示。 圖4-6 合閘和防跳閘回路圖4-7 事故分閘信號回路第5章 10kv變電所變壓器繼電保護設(shè)計5.1 s9_630/10變壓器基本參數(shù)介紹 s9_630/10變壓器為三相油浸式變壓器，其主要參數(shù)如下：安裝位置：戶外 正常安裝相數(shù)/頻數(shù)：三相 50hz中性點方式：接地電壓變比：6±2×2.50.4kv阻抗電壓：4.5額定容量：630kva聯(lián)結(jié)組號：dyn11分接范圍：高壓側(cè)±2×2.5分接方式：無勵磁調(diào)壓絕緣方式：變壓器油絕緣等級：f現(xiàn)場工頻耐壓/雷電沖擊耐壓：25/65kv結(jié)構(gòu)形式：密閉 油浸繞組：銅冷卻

40、方式：自然 液冷低壓側(cè)出線形式：絕緣母線溫度顯示控制裝置：要 5.2 變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài) 在10kv變電所中，變壓器作為用來降低電壓的必備電氣設(shè)備，它的故障會對供電系統(tǒng)的安全性帶來巨大威脅，同時變壓器本身也是十分貴重的。因此在實際運用中，要根據(jù)實際情況對變壓器進行可靠的繼電保護裝置的配置，以保證變壓器能夠正常工作。變壓器的故障可以分為內(nèi)部故障和外部故障。內(nèi)部的故障是指油箱內(nèi)的故障，主要包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路和鐵芯的因過電流而燒壞，同時產(chǎn)生的電弧會損壞繞組間的絕緣、燒壞鐵芯、使絕緣材料和變壓器油分解產(chǎn)生大量的氣體，有時可能會引起變壓器油箱的爆炸；油箱外的故障主要是指

41、套管和引出線上發(fā)生相間短路以及接地短路等故障。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：變壓器外部短路，通過長期實踐可知，變壓器發(fā)生單相接地短路的概率最大，約占到總故障的83%，其次是兩相接地短路，大約8%。引起的短路電流、負荷長時間超過額定值引起的過負荷，各種原因引起的冷卻能力下降等問題。這些不正常運行狀態(tài)會使繞組和鐵芯產(chǎn)生大量的熱。另外，在中性點不接地運行的星型接線變壓器中，外部發(fā)生接地短路時，有可能造成變壓器中性點過電壓，威脅其絕緣；而容量較大的變壓器在過電壓或是低頻率等異常情況下運行會使變壓器過勵磁，引起鐵芯和其他金屬構(gòu)件的過熱。變壓器在不正常工作狀態(tài)時，繼電保護應(yīng)視其嚴重程度發(fā)出故障信號或跳閘，

42、確保變壓器不受到毀滅性的傷害。變壓器故障時，除了變壓器各側(cè)電壓、電流會較正常時有所變化，其內(nèi)部的冷卻油、氣、溫度等非電氣量也會與正常時不同。因此就可以根據(jù)這些物理量的改變確定變壓器的繼電保護方式和類型。5.3 s9_630/10變壓器的繼電保護配置按gb500621992規(guī)定：對電力變壓器的下列故障及異常運行方式，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護裝置：1、繞組及其引出線的相間短路和中性點直接接地側(cè)的單相接地短路；2、繞組的匝間短路；3、外部短路引起的過電流；4、中性點直接接地系統(tǒng)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、油面降低；7、變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障。根據(jù)s9_630

43、/10變壓器的各種參數(shù)，查閱相關(guān)資料，現(xiàn)給出如下繼電保護配置。5.3.1 帶時限的過電流保護帶時限的過電流保護是將被保護線路的電流接入過電流繼電器，在線路發(fā)生短路時，線路中的電流劇增，當線路中電流增大到整定值時，過電流繼電器動作，并且用時間繼電器來保證動作的選擇性。按照動作時間特性區(qū)分，有定時限過電流保護和反時限過電流保護兩種。由于變壓器高壓側(cè)裝設(shè)有斷路器，因此選擇了定時限過電流保護。同時考慮到低壓側(cè)的單相接地短路保護，這里采用三相三繼電器接線方式兼做低壓側(cè)的單相短路保護，適合小型配電所，接線簡便，經(jīng)濟適用。1定時限過電流保護的基本原理定時限過電流保護裝置的動作時間按整定的動作時間固定不變，與

44、故障電流大小無關(guān)。定時限過電流保護裝置由電磁式系列繼電器組成，其組成原理電路圖如5-1所示。（a）（b）圖 5-1 (a) 定時限過電流保護原理圖; (b) 定時限過電流保護的展開圖 當變壓器高壓側(cè)發(fā)生相間短路或單相短路時，較大的故障電流使電流繼電器ka1、ka2和ka3瞬時動作，其觸點閉合，接通時間繼電器kt的線圈回路，其觸點經(jīng)一定時間的延時后閉合，接通信號繼電器ks和中間繼電器km線圈回路，ks動作后，其指示牌掉下，同時接通信號回路，發(fā)出燈光信號或者音響信號。km動作后，接通斷路器qf跳閘線圈yr回路，使斷路器qf跳閘，切除故障部分。在變壓器低壓側(cè)發(fā)生單相接地短路時，工作原理同上。qf跳閘

45、后，其輔助觸點qf 12隨之切斷跳閘回路，以減輕km觸點的工作。在短路故障切除后，繼電保護裝置除了ks外的其他所有繼電器都自動返回起始狀態(tài)，ks可以手動復(fù)位。2定時限過電流保護的整定計算1) 動作電流的整定，為保證被保護元件通過最大負荷電流時過電流保護不誤動作，并且在外部故障切除后能可靠返回，其動作電流為 (5-1)式中 可靠系數(shù)，取1.2(dl)至1.3(gl)； 返回系數(shù)，取0.85； 變壓器一次側(cè)額定電流；綜合負荷的自啟動系數(shù)，取1.5至3；電流互感器變比（200/5）；由此 ?。?) 動作時間整定，按照階梯原則整定，高于相鄰的定時限過電流保護一個時間階，即式中(定時限一般為0.5s，反

46、時限為0.7 s)。為相鄰定時限過電流保護的整定時間。一般取作0.5到0.7s。所以在這里取為0.5s。3) 靈敏度校驗，躲過最小運行方式下，低壓側(cè)兩相短路時流過高壓側(cè)的短路電流來校驗。則有 (5-2)式中 為最小運行方式下變壓器低壓側(cè)兩相短路時，流過高壓側(cè)的穩(wěn)態(tài)電流；所以有 滿足要求。在這里選擇gl-11/5型繼電器。5.3.2 變壓器的電流速斷保護當過電流保護動作時限大于0.5s時，就需要裝設(shè)電流速斷保護。變壓器的電流速斷保護是防止被保護范圍內(nèi)發(fā)生金屬性單相或多相短路時產(chǎn)生電流長時間沖擊而引起的事故擴大，并且波及故障線路及其以上的設(shè)備，一般都作用于斷路器跳閘。1. 電流速斷保護的工作原理在

47、帶時限的過電流保護當中，它有越靠近電源其過電流保護動作時間越長的缺點，但是短路電流則是與靠近電源其值越大，危害更加嚴重。因此，在gb500621992中規(guī)定，如果過電流保護動作時限超過0.5到0.7秒，應(yīng)該裝設(shè)瞬時動作的電流速斷保護。電流速斷保護是一種瞬時動作的過電流保護。對于使用dl型繼電器而言，電流速斷保護就相當于在定時限過電流保護當中去除時間繼電器，在電流繼電器啟動后直接啟動信號繼電器和中間繼電器，最后由中間繼電器接通跳閘回路，從而達到保護的目的。如圖5-2所示，其中ka1、ka2、ka3是電流繼電器，在電流超過整定值時，電流繼電器動作接通信號繼電器發(fā)出故障信號，再接通中間繼電器接通跳閘

48、回路。(a) (b)圖5-2 (a) 電流速斷保護原理圖; (b) 電流速斷保護展開圖2. 電流速斷保護的整定計算1) 動作電流的整定為了保證前后兩級瞬動的電流速斷保護的選擇性，電流速斷保護的整定電流應(yīng)該按照躲過二次側(cè)母線三相短路電流來整定。因此其整定公式為 (5-3)式中 可靠系數(shù)，取1.5(gl)； 保護裝置的接線系數(shù)，兩相兩繼電器接線時取1； 最大運行方式下變壓器低壓側(cè)三相短路時，流過高壓側(cè)（保護安裝處）的超瞬態(tài)電流；保護裝置連接的電流互感器變比，取40；所以有：，取86a；瞬動電流倍數(shù)取為8倍。2) 靈敏度的校驗靈敏度的校驗按照最小運行方式下，保護裝置安裝處兩相短路電流校驗 (5-4)

49、式中 為最小運行方式下保護安裝處兩相短路超瞬態(tài)電流。有 ；滿足要求。在這里選擇dl-31/100型繼電器則滿足要求。5.3.3 低壓側(cè)單相短路保護變壓器低壓側(cè)的單相接地保護原理和定時限過電流保護線路的保護類似，因此在設(shè)計時高壓側(cè)過電流保護采用三相三繼電器的接線方式兼做低壓側(cè)的單相短路保護如圖5-1所示，這種接線方式的優(yōu)點在于它既能實現(xiàn)相間短路保護，還能實現(xiàn)低壓側(cè)的單相短路保護，通過實踐可知，對于dyn11的配電變壓器，它的保護靈敏度完全滿足要求，這樣的設(shè)計經(jīng)濟適用，是小配電所的首選方案。5.3.4 變壓器低壓側(cè)零序電流保護變壓器的主保護通常采用差動保護和瓦斯保護，除了主保護外變壓器還應(yīng)裝單相接

50、地保護的后備保護。后備保護的作用是為了防止由外部故障引起的變壓器繞組過電流，并作為相鄰元件（母線或線路）保護的后備以及在可能的條件下作為變壓器內(nèi)部故障時主保護的后備。變壓器的單相接地保護的后備保護通常采用低壓側(cè)裝設(shè)三相均帶電流脫扣器的低壓斷路器保護、低壓側(cè)三相均裝設(shè)熔斷器保護、零序保護等，也有采用阻抗保護作為后備保護的時候。1. 零序保護原理接地故障是電力系統(tǒng)運行中最常見的故障形式。在中性點直接接地系統(tǒng)的變壓器，一般要在變壓器上裝設(shè)接地保護，用來當做變壓器的主保護和相鄰元件接地保護的后備保護。在變壓器發(fā)生接地故障時，其中性點將出現(xiàn)零序電流，母線出現(xiàn)零序電壓，變壓器的接地后備保護就是反應(yīng)這些電氣

51、量而構(gòu)成的。在本次設(shè)計當中，采用變壓器的零序電流保護作為接地短路時的后備保護。裝于變壓器的低壓側(cè)。如圖5-3所示，保護用的電流互感器接于變壓器的中性線上。圖5-3 中性點直接接地變壓器零序電流保護原理圖2. 零序電流保護的整定計算1) 動作電流的整定保護的動作電流應(yīng)躲過正常運行時，變壓器中性線上流過的最大不平衡電流，其值按照gb 1094.1-5電力變壓器規(guī)定，不超過額定電流的35%。其計算公式為： (5-5)式中 為可靠系數(shù)，在此取1.2；為變壓器低壓側(cè)的額定電流為909.4a；則有 ，取10a。2) 保護的靈敏度校驗按照最小運行方式下，低壓側(cè)母線或母干線單相接地穩(wěn)態(tài)短路電流校驗 (5-6)

52、式中 為最小運行方式下變壓器低壓側(cè)母線或母干線末端單相接地穩(wěn)態(tài)短路電流，則有滿足要求。選擇gl-12/10型繼電器。3) 保護動作時限整定動作時限應(yīng)該比引出線零序電流后備段的最大動作時限大一個階梯時限。在這里取1s。5.3.5 過負荷保護1. 過負荷保護的工作原理在大多數(shù)情況下，變壓器的過負荷是三相對稱的，在小型變電所中，為了節(jié)約成本，在此選擇只用一個電流繼電器的單相一繼電器接線方式，在有人值班的變電所，變壓器的過負荷保護一般經(jīng)延時作用于信號。對于降壓變壓器裝設(shè)于變壓器的高壓側(cè)。其原理圖如5-4。 (a) (b) 圖5-4 (a)過負荷保護原理圖; (b) 過負荷保護展開圖2. 過負荷保護的整定計算過負荷保護的動作電流按照躲過變壓器