220kV變電站電氣二次部分初步設(shè)計1

1、 . . . 畢業(yè)設(shè)計(論文)課 題 名 稱LWB220kV變電站電氣二次部分初步設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 付曉雷學(xué) 號0941201010系、年級專業(yè) 電氣工程系、09級電氣工程與其自動化 指 導(dǎo) 教 師 何建政職 稱 高級工程師2013年 5月 17日60 / 67容提要變電站二次部分設(shè)計是變電站設(shè)計中不可缺少的環(huán)節(jié)，變電站的二次部分包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置，為能實現(xiàn)對全站的主設(shè)備、輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制和微機保護以與調(diào)度通信的綜合性的自動化二次系統(tǒng)。合理的方案設(shè)計和整定計算對保證變電站安全、穩(wěn)定、可靠的運行起著非常重要的作用。本設(shè)計主要介紹了LWB地區(qū)

2、的某220kV變電站電氣二次部分的初步設(shè)計。首先結(jié)合原始資料，根據(jù)主接線形式完成短路計算，然后結(jié)合已經(jīng)獲得的資料完成主變繼電保護的配置、整定計算和設(shè)備選型，主變各側(cè)斷路器控制和信號回路設(shè)計，主變220kV側(cè)隔離開關(guān)電動操作機構(gòu)設(shè)計，變電站公共部分設(shè)計與其通訊部分的概述，同時完成繪制各個部分設(shè)計圖紙。關(guān)鍵詞：短路計算；繼電保護；整定計算；二次系統(tǒng)；斷路器控制 SummarySubstation secondary part design is indispensable in the design of substation, substation of the second part incl

3、udes measuring instrument, signal system, relay protection and automatic device and remote device, in order to realize the total stations main equipment, transport, distribution circuit of automatic monitoring, measurement, control and microcomputer protection and scheduling communication comprehens

4、ive automation of quadratic system. Reasonable design and setting calculation to ensure substation safe, reliable, and stable operation plays a very important role.This design mainly introduces the LWB region of a 220 kV substation electrical secondary part of the preliminary design. Combining with

5、the raw data first, according to the main wiring short circuit calculation form is complete, and combining with the data of have been completed main transformer relay protection configuration and setting calculation and equipment selection, the main variable in each side of the circuit breaker contr

6、ol signal and circuit design, main transformer of 220 kV side electric isolation switch operating mechanism design, substation overview of public parts design and communication, and complete drawing parts design drawings.Key words: short circuit calculation; Relay protection; Setting calculation; Se

7、condary system; The circuit breaker control.目錄容提要Summary第一部分 設(shè)計說明書1 概述11.1 原始資料分析11.2 運行方式的確定32 短路電流計算52.1 概述52.2 短路計算的目的52.3 短路計算條件52.4 短路點的確定62.5 計算方法與結(jié)果63 互感器的配置與選型83.1 電流互感器的配置83.2 電壓互感器的配置83.3 電流互感器的選型83.4 電壓互感器的選型94 電力變壓器的保護配置與整定114.1 電力變壓器保護配置概述114.2 三繞組變壓器保護配置的基本要求.114.3 變壓器保護方式的確定124.4 變壓器保

8、護裝置選型185 主變各側(cè)斷路器控制和信號回路設(shè)計205.1 變電站斷路器控制方式205.2 幾種LW2型斷路器操作開關(guān)的接點形式225.3 斷路器控制回路的要求235.4 斷路器控制回路方案比較235.5 斷路器自動跳、合閘的信號回路285.6 主變各側(cè)斷路器控制和信號回路設(shè)計316 主變220kV側(cè)隔離開關(guān)電動操作設(shè)計326.1 隔離開關(guān)控制方式和回路構(gòu)成原則326.2 主變220kV側(cè)隔離開關(guān)電動操作設(shè)計327 公共部分設(shè)計347.1 直流系統(tǒng)設(shè)計347.2不間斷電源系統(tǒng)（UPS）347.3 全站時間同步系統(tǒng)357.4 二次設(shè)備的接地368 變電站通訊部分概述378.1 站通信的分類37

9、8.2 站通信組織設(shè)施和要求37第二部分 設(shè)計計算書9 短路電流計算399.1 等值電路的制定399.2 對稱短路電流計算409.3 不對稱短路電流計算4610 主變壓器繼電保護整定計算5310.1 瓦斯保護的整定5310.2 電流速斷保護的整定5310.3 縱聯(lián)差動保護的整定5310.4 變壓器后備保護的整定5510.5 變壓器方向性零序電流保護的整定5610.6 中性點直接接地電網(wǎng)的零序電流保護整定5610.7 變壓器過負荷保護的整定57總結(jié)58參考文獻59致60附圖一 主變保護配置圖附圖二 主變保護交流電流電壓回路圖附圖三 主變保護直流回路圖附圖四 主變220kV側(cè)斷路器控制與信號回路圖

10、（一）附圖五 主變220kV側(cè)斷路器控制與信號回路圖（二）附圖六 主變110kV側(cè)斷路器控制與信號回路圖附圖七 主變10kV側(cè)斷路器控制與信號回路圖附圖八 RCS978E接點聯(lián)系圖（一）附圖九 RCS978E接點聯(lián)系圖（二）附圖十 變壓器保護柜端子排圖（一）附圖十一 變壓器保護柜端子排圖（二）1概述1.1原始資料(1)建所目的LWB地區(qū)新建孟寨變電站，主要供電孟寨縣并為柳林、石佛、徐莊4縣水電外送提供接入點，提高了電源外送和用戶供電的可靠性，加強地區(qū)220kV電網(wǎng)，為地區(qū)中間變電站。(2)擬建變電所概況孟寨220kV變電站接入系統(tǒng)方案：即大橋線單回剖進孟寨變，孟寨融城改為新建220kV線路，導(dǎo)

11、線型號改為LGJ-2300，新建孟寨華西220kV線路，如圖1.1所示：圖1.1 新建孟寨變方案圖孟寨220kV變電站為220/110/10kV三級電壓，由220kV和110kV兩級電壓接入系統(tǒng)。主變?nèi)萘勘酒?180MVA，終期2180MVA。220kV遠景出線為6回，本期3回（即至2回，融城1回）。電氣主接線采用雙母線接線。110kV終期出線6回，本期出線8回，用雙母線接線。110kV斷路器選用瓷柱式SF6氣體絕緣單斷口斷路器，期額定電流為2000A,開斷電流為31.5kA,3s熱穩(wěn)定電流31.5kA，動穩(wěn)定電流峰值80kA。10kV本期出線10回，終期出線12回。無功補償容量為127.2M

12、var并聯(lián)電容器和110Mvar并聯(lián)電抗器，采用單母線分段接線。10kV經(jīng)過限流電抗器后的開斷電流要求大于20.46kA，斷路器選用VS1-10型真空斷路器。進線額定電流為4000A，出線額定電流為1250A，進線斷路器開斷電流為40kA，出線斷路器開斷電流為31.5kA。系統(tǒng)接線如圖1.2所示：圖1.2 系統(tǒng)接線簡圖(3)變壓器參數(shù) 選用三相自然油循環(huán)風(fēng)冷三線圈有載調(diào)壓變壓器，兩臺主變壓器均采用中性點直接接地的形式，220、110kV中性點采用隔離開關(guān)接地的方式，10kV為三角形接線，為不接地系統(tǒng)。型號：SFSZ9-180000/220 接線組別：YN,yn0,d11 電壓比與抽頭：2308

13、1.25%/121/11kV 容量比：180/180/90阻抗電壓參考值：= 1214=79=2224220kV中性點絕緣等級：110kV 110kV中性點絕緣等級：60kV(4)短路電流計算參數(shù)全省220kV與以上網(wǎng)絡(luò)參與計算。短路水平年按遠景水平年考慮。短路阻抗不含變電站本身阻抗。短路阻抗為標(biāo)幺值，其基準(zhǔn)值為：，。（4）大方式系統(tǒng)短路阻抗正序網(wǎng)絡(luò)如圖1.3所示，零序網(wǎng)絡(luò)如圖1.4所示：圖1.3系統(tǒng)正序網(wǎng)絡(luò)圖 圖1.4 系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)圖(5)變電站本期出線潮流估計如下表1.1所示：表1.1 系統(tǒng)出線情況電壓等級間隔方向線型長度（km）輸送潮流(MW)220kV孟寨-LGJ-230050-395

14、+100孟寨-LGJ-40050-234+100孟寨-融城LGJ-40017-234+234110kV孟寨-昊元LGJ-1853.3-40+70孟寨-大冶LGJ-1857-40+70孟寨-LGJ-18541-40+70孟寨-潁陽LGJ-24013-50+80孟寨-寶豐LGJ-24027.5-50+80孟寨-寶豐LGJ-24027.5-50+801.2 運行方式的確定電力系統(tǒng)中，為使系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、合理運行，或者滿足檢修工作的要求，需要經(jīng)常變更系統(tǒng)的運行方式，由此相應(yīng)地引起了系統(tǒng)參數(shù)的變化。在設(shè)計變、配電站選擇開關(guān)電器和確定繼電保護裝置整定值時，往往需要根據(jù)電力系統(tǒng)不同運行方式下的短路電流值來計

15、算和校驗所選用電器的穩(wěn)定度和繼電保護裝置的靈敏度。最大運行方式，是系統(tǒng)在該方式下運行時，具有最小的短路阻抗值，發(fā)生短路后產(chǎn)生的短路電流最大的一種運行方式。一般根據(jù)系統(tǒng)最大運行方式的短路電流值來校驗所選用的開關(guān)電器的穩(wěn)定性。最小運行方式，是系統(tǒng)在該方式下運行時，具有最大的短路阻抗值，發(fā)生短路后產(chǎn)生的短路電流最小的一種運行方式。一般根據(jù)系統(tǒng)最小運行方式的短路電流值來校驗繼電保護裝置的靈敏度。最大、最小運行方式的選擇，目的在于計算通過保護裝置的最大、最小短路電流。由于在本次設(shè)計中，該變電站本期2臺主變壓器投入運行，終期3臺，故運行方式按只有2臺主變壓器運行的方式來確定。本站的最大運行方式為兩臺主變并

16、列運行，此時阻抗最??；最小運行方式為單臺主變運行，此時阻抗最大。根據(jù)不同的運行方式分別算出各個短路點發(fā)生四種短路情況下的最大、最小短路電流，作為二次部分繼電保護整定的條件。2 短路電流計算2.1概述短路是電力系統(tǒng)的嚴重故障。所謂短路,是指一切不正常的相與相之間或相與地之間發(fā)生通路的情況。產(chǎn)生短路的原因有以下幾個方面：（1）元件損壞；（2）氣象條件惡化 ；（3）人為事故；（4）其它。在三相系統(tǒng)中可能發(fā)生的短路有：（1）三相短路；（2）兩相短路；（3）兩相接地短路；（4）單相接地短路。三相短路也稱為對稱短路,系統(tǒng)各相與正常運行時一樣仍處于對稱狀態(tài)。其它類型的短路都是不對稱的路。電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表

17、明,在各種類型的短路中,單相短路占大多數(shù),兩相短路較少,三相短路機會最少。從短路計算方法來看,一切不對稱短路的計算在采用對稱分量法后,都歸結(jié)為對稱短路的計算。2.2 短路計算的目的在變電站的設(shè)計中，短路計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。其計算的目的主要有以下幾個方面1：(1)選擇有足夠機械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備。(2)為了合理的配置各種繼電保護和自動裝置并正確整定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進行計算和分析。在這些計算中不但要知道故障支路中的電流值,還必須知道在網(wǎng)絡(luò)中的分布情況，有時還要知道系統(tǒng)中某些節(jié)點的電壓值。(3)在設(shè)計和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線時,為了比較各種不同方案的接線圖,

18、確定是否需要采取限制短路電流的措施,都要進行必要的短路電流計算。進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算,研究短路對用戶工作的影響等,也包含有一部分短路計算。2.3 短路計算條件在實際工作中,根據(jù)一定的任務(wù)進行短路計算時必須首先確定計算條件。所謂計算條件是指短路發(fā)生時系統(tǒng)的運行方式,短路的類型和發(fā)生地點,以與短路發(fā)生后所采取的措施。為使所選電器具有足夠的可靠性、經(jīng)濟性和合理性，并在一定時期適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，作驗算用的短路電流應(yīng)按下列條件確定：(1) 容量和接線：按本工程設(shè)計最終容量計算，并考慮電力系統(tǒng)遠景發(fā)展規(guī)劃一般為本期工程建成后的510年，其接線應(yīng)采用可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，但不考慮在切

19、換過程中可能短時并列的接線方式。(2) 短路種類：一般按三相短路驗算，若其它種類短路較三相短路嚴重時，則應(yīng)按最嚴重的情況驗算。(3) 正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行。(4) 所有電源的電動勢相位角一樣。(5) 電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小發(fā)生變化。(6) 短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。(7) 不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流。(8) 元件的計算參數(shù)均取其額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整圍。2.4 短路點的確定短路點應(yīng)選擇在正常接線方式時，短路電流為最大的點2。比如變壓器回路中的斷路器，應(yīng)比較斷路器前后短路時通過該斷路器的電流值，母聯(lián)斷路器則應(yīng)考慮母

20、聯(lián)斷路器向備用母線充電時，備用母線故障，流過母聯(lián)斷路器的電流值。本變電站有三個電壓等級，根據(jù)220kV、110kV側(cè)進行繼電保護的整定計算的要求，取如下三個短路點如圖2.1所示：圖2.1短路點選擇2.5計算方法與結(jié)果(1) 本站的最大運行方式為兩臺主變并列運行，此時阻抗最??；最小運行方式為單臺主變運行，此時阻抗最大。(2) 本站的短路計算為工程計算，220kV側(cè)系統(tǒng)可近似看成無窮大系統(tǒng)，110kV接入系統(tǒng)，所以、短路時，各側(cè)提供的短路電流都需進行計算。(3) 計算時，基準(zhǔn)容量取100MVA，基準(zhǔn)電壓取各級平均額定電壓，即220kV側(cè)取230kV，110kV側(cè)取115kV，10kV側(cè)取10.5k

21、V。(4) 根據(jù)變壓器和輸電線路繼電保護整定的要求，在母線各側(cè)計算不同短路類型（包括三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相短路）的短路電流，其結(jié)果如表2.1所示。表2.1 各母線側(cè)短路計算結(jié)果運行方式短路類型短路點最大運行方式最小運行方式220kV母線側(cè)16.524 kA0.2076 kA14.3098 kA0.1798 kA16.524 kA0.4584 kA16.9023 kA0.4443 kA110kV母線側(cè)9.6594 kA0.4290 kA8.3650 kA0.3715 kA11.846 kA0.6754 kA10.988 kA0.6216 kA10kV母線側(cè)55.3716 kA4.

22、5064 kA47.9518 kA3.9025 kA95.904 kA7.805 kA107.293 kA7.0485 kA3互感器的配置與選型3.1電流互感器的配置(1) 凡裝有斷路器的回路均應(yīng)裝設(shè)電流互感器，數(shù)量應(yīng)滿足測量儀表、保護和自動裝置要求。(2) 在未設(shè)斷路器的下列地點也應(yīng)裝設(shè)電流互感器：發(fā)電機和變壓器的中性點、發(fā)電機和變壓器的出口、橋形接線的跨條上等。(3) 對直接接地系統(tǒng)，一般按三相配置。對非直接接地系統(tǒng)，依具體要求按兩相或三相配置。根據(jù)以上要求，結(jié)合安全、可靠、經(jīng)濟等原則，選擇主接線中電流互感器的配置。3.2 電壓互感器的配置(1) 電壓互感器的數(shù)量和配置與主接線方式有關(guān)3，

23、并應(yīng)滿足測量、保護、同期和自動重合閘的要求。電氣互感器的配置應(yīng)能保證在運行方式改變時，保護裝置不得失壓，同期點的兩側(cè)都提取到電壓。(2) 6220kV電壓等級的每組主母線的三相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器。旁路母線上是否需要裝設(shè)電壓互感器，應(yīng)視各回出線外側(cè)裝設(shè)電壓互感器的情況和需要確定。(3) 當(dāng)需要監(jiān)視和檢測線路側(cè)有無電壓時，出線側(cè)的一相上就裝設(shè)電壓互感器。(4) 兼作為并聯(lián)電容器組泄能和兼作為限制切斷空載長線過電壓的電磁式電壓互感器，其與電容組之間和與線路之間不應(yīng)有開斷點5。根據(jù)以上要求，結(jié)合安全、可靠、經(jīng)濟等原則，選擇主接線中電壓互感器的配置。3.3 電流互感器的選型(1)一次回路額定電壓和電流的

24、選擇4：UNUNs （3.1）INImax（3.2）式中IN、UN電流互感器一次回路額定電壓和電流；UNs安裝地點的電網(wǎng)電壓；Imax流過電流互感器的長期最大工作電流。(2)二次額定電流的選擇：弱電系統(tǒng)用1A，強電系統(tǒng)用5A。(3) 熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗：熱穩(wěn)定：It2Qk或(KtIN1)2Qk(t=1) （3.3）部動穩(wěn)定：iesich或IN1Kesich （3.4）外部動穩(wěn)定：Fal0.51.7310-7ich2L/a （3.5）式中 Fal作用于電流互器瓷帽端部的允許力； L電流互感器出線端至最近一個母線支柱絕緣子之間的跨距。 (4) 根據(jù)電流互感器的配置原則和設(shè)計需要，選擇電流互感器結(jié)果

25、如表3.1所示：表3.1 電流互感器參數(shù)安裝地點型 號數(shù) 據(jù)電 壓(kV)電 流(A)動穩(wěn)定倍數(shù)kd熱穩(wěn)定(kA)2s220kV出線LRD-220工作值220768.0071.2536.38額定值220100068.4512.43110kV出線LCW-110工作值110459.645.17346.38額定值110600651654903240主變220kV側(cè)LCWD3-220工作值220472.418.06346.38額定值2206006516512258100主變110kV側(cè)LCB-110工作值110944.811.94605.69額定值11010009010000主變10kV側(cè)LAJ-10

26、工作值104949.39.552420.94額定值10500090625003.4 電壓互感器的選型(1) 一次回路電壓選擇：為了確保電壓互感器安全和在規(guī)定的準(zhǔn)確等級下運行，電壓互感器一次繞組所接電網(wǎng)電壓UNs應(yīng)在（0.81.2）UN1圍變動，即應(yīng)滿足下列條件：0.8UN1UNs1.2UN1（3.6）(2) 二次回路電壓的選擇：電壓互感器的二次側(cè)額定電壓應(yīng)滿足保護和測量使用標(biāo)準(zhǔn)儀表的要求。電壓互感器二次側(cè)額定電壓可按電力工程電氣設(shè)計手冊P251表636選擇6。(3) 根據(jù)電壓互感器的配置原則和設(shè)計需要，選擇電壓互感器結(jié)果如表3.2所示：表3.2電壓互感器參數(shù)安裝地點TV型號電壓（kV）變 比備

27、注220kV側(cè)TYD-220220成套電容式110kV側(cè)TYD-110110成套電容式10kV側(cè)JDZX10-1010單相油浸式4電力變壓器的保護配置與整定4.1電力變壓器保護配置概述 變壓器的故障可分為油箱故障和油箱外故障兩類18，油箱故障主要包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路，以與鐵芯燒毀等。變壓器油箱的故障十分危險，由于油箱充滿了變壓器油，故障后強大的短路電流使變壓器油急劇的分解氣化，可能產(chǎn)生大量的可燃性瓦斯氣體，很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。 電力變壓器不正常的運行狀態(tài)主要有外部相間短路、接地短路引起的相間過電流和零序過電流，負荷超過其

28、額定容量引起的過負荷、油箱漏油引起的油面降低，以與過電壓、過勵磁等。變壓器保護的配置應(yīng)遵循以下基本原則：(1)瓦斯保護800kVA與以上的油浸式變壓器和400kVA以上的車間油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護。瓦斯保護用來反應(yīng)變壓器油箱部的短路故障以與油面降低，其中重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器，輕瓦斯保護動作于發(fā)出信號。 (2)縱差保護或電流速斷保護6300kVA與以上并列運行的變壓器，10000kVA與以上單獨運行的變壓器19，發(fā)電廠廠用或工業(yè)企業(yè)中自用6300kVA與以上重要的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護。其他電力變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護，其過電流保護的動作時限應(yīng)大于0.5s。2000

29、kVA以上的變壓器，當(dāng)電流速斷保護靈敏度不能滿足要求時，也應(yīng)裝設(shè)縱差保護?？v差保護用于反應(yīng)電力變壓器繞組、套管與引出線發(fā)生的短路故障，其保護動作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器并發(fā)相應(yīng)信號。 (3)相間短路的后備保護 相間短路的后備保護用于反應(yīng)外部相間短路引起的變壓器過電流，同時作為瓦斯保護和縱差保護（或電流速斷保護）的后備保護20，其動作時限按電流保護的階梯形原則來整定，延時動作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器，并發(fā)相應(yīng)信號。一般采用過流保護、復(fù)合電壓起動過電流保護或負序電流單相低電壓保護等。 (4)接地短路的零序保護 對于中性點直接接地系統(tǒng)中的變壓器，應(yīng)裝設(shè)零序保護，零序保護用于反應(yīng)變壓器高壓側(cè)（或中

30、壓側(cè)），以與外部元件的接地短路。 (5)過負荷保護 對于400kVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應(yīng)裝設(shè)過負荷保護。過負荷保護通常只裝在一相，其動作時限較長，延時動作于發(fā)信號。(6)其他保護: 高壓側(cè)電壓為500kV與以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵磁電流升高，應(yīng)裝設(shè)變壓器過勵磁保護21。對變壓器溫度和油箱壓力升高，以與冷卻系統(tǒng)故障，按變壓器現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護裝置。1000kVA與以上容量的油浸式變壓器才裝設(shè)有溫度信號計，一般規(guī)定正常運行時上層油溫不超過85，否則應(yīng)發(fā)出信號提示值班人員。最高不超過95，超過則動作于跳開變壓器各側(cè)開關(guān)

31、。4.2 三繞組變壓器保護配置的基本要求對于三繞組變壓器的后備保護，當(dāng)變壓器油箱部故障時，應(yīng)斷開各側(cè)斷路器，當(dāng)油箱外部故障時，只應(yīng)斷開近故障點側(cè)的變壓器斷路器，使變壓器的其余兩側(cè)繼續(xù)運行。(1)對于單側(cè)電源的三繞組變壓器，應(yīng)設(shè)置兩套后備保護，分別裝于電源側(cè)和負荷側(cè)。保護帶兩級時限，以較小的時限跳開變壓器斷路器，以較大的時限斷開變壓器各側(cè)斷路器。 (2)對于多側(cè)電源的三繞組變壓器，應(yīng)在三側(cè)都裝設(shè)后備保護。 (3)對兩側(cè)有電源的三繞組降壓變壓器，三側(cè)均應(yīng)裝設(shè)。 裝于各側(cè)的過負荷保護，均經(jīng)過同一時間繼電器作用于信號。由于本次設(shè)計10kV側(cè)不考慮負荷，則過負荷保護安裝在高、中壓側(cè)。4.3變壓器保護方式

32、的確定根據(jù)變壓器保護配置的基本原則，可確定本變電站變壓器的保護方式，如表4.1所示。表4.1 變壓器保護配置變壓器主保護配置瓦斯保護、縱聯(lián)差動保護、電流速斷保護變壓器后備保護配置方向性零序電流保護、中性點直接接地零序電流保護、復(fù)合電壓起動的過電流保護、過負荷保護(1) 瓦斯保護瓦斯保護的動作原理是：在變壓器部故障點局部產(chǎn)生高溫后，致使油溫升高，體積膨脹，乃至沸騰，電弧使絕緣物和變壓器油分解而產(chǎn)生大量氣體來實現(xiàn)22。(2)電流速斷保護的整定 變壓器電流速斷保護的作用，是防止被保護圍發(fā)生金屬性單相或多相短路時產(chǎn)生過電流長時間沖擊而引起事故擴大，并波與故障線路與其上的設(shè)備。因此一般都作用于斷路器跳閘

33、，以便迅速切斷故障點電源。保護動作電流按避越變壓器外部故障的最大短路電流來整定：（4.1）式中可靠系數(shù)，取1.41.6；降壓變壓器低壓側(cè)母線發(fā)生三相短路時，流過保護裝置的最大短路電流。電流速斷保護的動作電流還應(yīng)避越空載投入變壓器時的勵磁涌流，一般動作電流應(yīng)大于變壓器額定電流的35倍。保護裝置的靈敏系數(shù) (4.2)式中系統(tǒng)最小運行方式下，變壓器的電源側(cè)引出端發(fā)生兩相金屬短路時流過保護裝置的最小短路電流。要求保護裝置的靈敏系數(shù)：2中性線回路的零序電流繼電器的動作電流，應(yīng)按避越變壓器受電側(cè)故障時流過繼電器的最大不平衡電流來整定（1）（2）（3） 中性線回路的零序電流繼電器的動作電流，應(yīng)安避越變壓器受

34、電側(cè)故障時流過繼電器的最大不平衡電流整定：= （4.3)式中可靠系數(shù)，取1.3；電流互感器的同型系數(shù)，取0.5；電流互感器的相對誤差，取0.1；、降壓變壓器低壓側(cè)母線上發(fā)生三相短路時，流過繼電器的最大短路電流和不平衡電流。(3) 縱聯(lián)差動保護的整定變壓器縱差保護主要作用來保護變壓器繞組部與其引出線上發(fā)生的多相短路，同時也可以保護變壓器單相匝間短路和接地短路23。差動保護是反映變壓器高、低兩側(cè)電流差而動作的保護裝置。實際上在保護圍沒有故障時也有較大的不平衡電流流過繼電器，因此必須設(shè)法減小和躲開不平衡電流，才能在變壓器上使用差動保護。變壓器差動保護的動作原理工作原理：當(dāng)變壓器正常運行或外部故障時，

35、流入差動繼電器的電流為不平衡電流。由于預(yù)先選擇好兩側(cè)電流互感器的變比和接線方式24，故該部平衡電流值很小，流入電流繼電器的電流，保護部不動作。當(dāng)保護區(qū)發(fā)生故障時，對于單電源側(cè)變壓器，則（或）=0，故=（或）（為繼電器的動作整定電流），則繼電器動作，瞬時使變壓器側(cè)的斷路器跳開。采用BCH-2型差動繼電器的整定計算動作電流的整定 首先決定基本側(cè)。以變壓器額定運行時所計算出的流入繼電器電流較大者為基本側(cè)。然后按以下各式計算基本側(cè)差動保護的動作電流。(a) 按躲過變壓器空載投入或外部短路切除后電壓恢復(fù)時的勵磁涌流來整定 （4.4)式中 可靠系數(shù)，取1.5；變壓器的額定電流；(b) 按躲過最大不平衡電流

36、來整定= （4.5)= （4.6)式中 可靠系數(shù)，取1.3；最大不平衡電流（A）；非周期分量引起的誤差，取1；電流互感器同型系數(shù)，兩側(cè)互感器型號一樣時取0.5，不同時取1；電流互感器最大相對誤差，取0.1；變壓器調(diào)壓圍的一半，取0.05；繼電器實用匝數(shù)與計算匝數(shù)不等產(chǎn)生的相對誤差，取中間值0.05；變壓器外部三相短路時流經(jīng)基本側(cè)的最大穩(wěn)態(tài)短路電流（A）。(c) 按躲過電流互感器二次側(cè)回路斷線而引起的電流變動來計算 （4.7)式中 可靠系數(shù)，取1.3；變壓器的額定電流；基本側(cè)繼電器動作電流計算值為 （4.8)動作時限的整定差動保護的動作時限取0s。確定基本線圈與平衡線圈的匝數(shù) （4.9) 式中

37、差動線圈匝數(shù)；繼電器的動作安匝值，對于BCH-2型，=60At；差動線圈實用匝數(shù)；平衡線圈實用匝數(shù)。非基本側(cè)線圈匝數(shù)的計算 （4.10)式中 非基本側(cè)線圈匝數(shù)；實際選用線圈匝數(shù)；電流互感器的二次額定電流；差動線圈實用匝數(shù)。校驗值 =5% （4.11) 式中 非基本側(cè)線圈匝數(shù)；非基本側(cè)線圈實際匝數(shù)差動線圈實用匝數(shù)。靈敏度校驗 2 （4.12)式中 靈敏度系數(shù)；最小運行方式下變壓器低壓側(cè)兩相短路穩(wěn)態(tài)電流（A）；保護裝置二次動作電流。(4)變壓器復(fù)合電壓起動的過電流保護的整定保護裝置中電流元件和相間電壓元件的整定原則與低電壓起動過電流保護一樣。序電壓元件的起動電壓按躲開正常運行方式下負序過濾器出現(xiàn)的

38、最大不平衡電壓來整定25，根據(jù)運行經(jīng)驗，保護動作的起動電流可按下式計算： （4.13) 式中 可靠系數(shù)，取1.2；返回系數(shù)，取0.85；變壓器額定電流。 負序電壓繼電器動作電壓按躲開正常運行時的不平衡電壓整定：0.06 （4.14)式中 額定相間電壓。對于高中壓側(cè)有電源的降壓變壓器，如高壓側(cè)為主電源時，則保護裝于高壓側(cè)與低壓側(cè)。低壓側(cè)無電源時，保護以較短時限斷開該側(cè)斷路器。高壓側(cè)保護包括帶方向和不帶方向的兩部分，帶方向的保護其方向指向后備保護時限較小的一側(cè)，以短時限斷開該側(cè)斷路器，不帶方向的保護以較大時限斷開另一側(cè)斷路器，以再大一級時限斷開全部斷路器。當(dāng)高壓側(cè)斷開時，變壓器本身對部故障無后備保

39、護，這種運行方式機會少，變壓器故障少，差動和瓦斯保護都拒動的可能性更小，三者湊在一起的概率可以不考慮，因而上述保護配置是可以允許的。如果上述保護不能滿足靈敏性的要求，允許三側(cè)都裝設(shè)后備保護。高、中壓兩側(cè)中后備保護時限較小的一側(cè)裝設(shè)方向保護，另一側(cè)裝設(shè)不帶方向的保護。(5)變壓器方向性零序電流保護在雙側(cè)或多側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)中電源處變壓器中性點一般至少有一臺接地，由于零序電流的實際流向是由故障點流向各個中性點接地的變壓器，因此在變壓器接地數(shù)目比較多的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，就需要考慮零序電流保護動作的方向性問題。零序功率方向繼電器接于零序電壓3和3之上，它只反應(yīng)于零序功率的方向而動作。當(dāng)保護圍部故障時，按規(guī)定的電

40、流電壓方向看，3超前于3為，繼電器此時應(yīng)正確動作，并應(yīng)工作在最靈敏的條件下。繼電器動作方程為0 （4.15)目前在電力系統(tǒng)中，都是把最大靈敏角做成，即要求加入繼電器的應(yīng)超前于時動作最靈敏。為適應(yīng)這個要求，將電流線圈與電流互感器之間同極性連接，而電壓線圈和電壓互感器之間不同極性連接，即 =，= -，剛好符合最靈敏的條件。由于越靠近故障點的零序電壓越高，因此零序功率方向元件沒有電壓死區(qū)。相反地，倒是故障點距保護安裝點很遠時，由于保護安裝處的零序電壓較低，零序電流很小，繼電器反而可能不起動。為此，必須校驗方向元件在這種情況下的靈敏系數(shù)，即應(yīng)采用相鄰元件末端短路時，在本安裝處的最小零序電流與功率方向繼

41、電器的最小起動電流之比來計算靈敏系數(shù)，并要求1.5。(6) 中性點直接接地電網(wǎng)的零序電流保護的整定部分變壓器中性點接地，中性點未裝設(shè)間隙的分級絕緣變壓器應(yīng)裝設(shè)零序電流保護和零序電壓保護。部分變壓器中性點接地運行，中性點未裝設(shè)間隙的分級絕緣變壓器，零序電流保護整定計算 （4.16)式中 配合系數(shù)，取1.1；零序電流分支系數(shù)，其值等于出線零序電流保護圍末端發(fā)生接地短路時，流過本保護的零序電流與流過線路零序電流之比，選用值為最大運行方式，作為計算運行方式；出線零序電流后備段的動作電流。 與中性點不接地運行的變壓器的零序電壓元件在靈敏系數(shù)上相配合。當(dāng)零序電壓元件處于動作邊緣時（4.17)式中 當(dāng)零序電

42、壓元件處于動作邊緣時，流過被保護變壓器的零序電流；被保護變壓器的零序電抗；零序電壓元件的動作電壓。 靈敏系數(shù)1.5 （4.18)(7)變壓器過負荷保護為了防止變壓器長時間在超過允許負載能力下運行，需要裝設(shè)過負荷保護裝置。過負荷引起的電流三相是對稱的，因此過負荷保護可用一個電流繼電器連接到任一相即可。在有人值班的場所，過負荷一般作用于信號。動作電流的整定。按躲過變壓器的額定電流來整定 （4.19)式中 過負荷保護裝置動作電流整定值（A）；變壓器額定電流（A）；電流互感器變比。動作時限的整定：動作時限為，一般用于信號。4.4變壓器保護裝置選型根據(jù)變壓器保護整定計算，選擇南瑞生產(chǎn)的RCS-978變壓

43、器保護裝置。RCS-978系列數(shù)字式變壓器保護適用于500kV與以下電壓等級、需要提供雙套主保護、雙套后備保護的各種接線方式的變壓器26。保護的主體方案是將一臺主變的全套電量保護集成在一套保護裝置中，主保護和后備保護共用一組電流互感器TA。主保護包括：穩(wěn)態(tài)比率差動保護、差動速斷保護、高靈敏工頻變化量比率差動保護、零序比率差動或分側(cè)差動（針對自耦變壓器）保護和過勵磁保護（定、反時限可選）。后備保護包括：阻抗保護、復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護、零序方向過流保護、零序過壓保護、間隙零序過流保護、過負荷報警、起動風(fēng)冷、過載閉鎖有載調(diào)壓、零序電壓報警、TA異常報警和TV異常報警等。另外，RCS-978的附加

44、功能包括：完善的事件報文處理、靈活的后臺通信方式、與COMTRADE兼容的故障錄波、后臺管理故障分析軟件等。對于一個大型變壓器，配置RCS-978保護裝置，實現(xiàn)主保護、后備保護、異常運行保護的全套雙重化，操作回路和非電量保護裝置獨立組屏。性能特點：(1)裝置采樣率為每周波24點，主要繼電器采用全周波傅氏算法。裝置在較高采樣率前提下仍能保證故障全過程中所有保護繼電器（主保護與后備保護）的并行實時計算，使裝置具有很高的固有可靠性和安全性。(2)管理板中設(shè)置了獨立的總起動元件，動作后開放保護裝置的跳閘出口繼電器正電源；同時針對不同的保護采用不同的起動元件，CPU板各保護動作元件只在其相應(yīng)的起動元件動

45、作后同時管理板相應(yīng)的起動元件也動作才能有跳閘輸出。保護裝置的元件在正常情況下?lián)p壞不會引起裝置誤輸出，裝置的可靠性很高。(3)變壓器各側(cè)二次電流相位和平衡通過軟件調(diào)整，平衡系數(shù)調(diào)整圍可達16倍。裝置采用Y變化調(diào)整差電流平衡，可以明確區(qū)分涌流和故障電流，大大加快差動保護在空投變壓器于部故障時的動作速度。(4)穩(wěn)態(tài)比率差動保護的動作特性采用三折線，勵磁涌流閉鎖判據(jù)采用差電流二次、三次諧波或波形判別。采用差電流五次諧波進行過勵磁閉鎖。裝置采用適用于變壓器的諧波識別抗TA飽和的方法，能有效地解決變壓器在區(qū)外故障伴隨TA飽和時穩(wěn)態(tài)比率差動保護誤動作問題。(5)工頻變化量比率差動保護完全反映差動電流和制動電

46、流的變化量，不受變壓器正常運行時負載電流的影響，有很高的檢測變壓器部小電流故障的能力（如中性點附近的單相接地與相間短路，單相小匝間短路）。同時，工頻變化量比率差動的制動系數(shù)和制動電流取值較高，耐受TA飽和的能力較強。(6)裝置針對自耦變壓器設(shè)有零序比率差動保護或分側(cè)差動保護。零差保護各側(cè)零序電流均由裝置自產(chǎn)得到，各側(cè)二次零序電流平衡由軟件調(diào)整。又采用正序電流制動與TA飽和判據(jù)相結(jié)合的方法，以避免區(qū)外故障時零差保護誤動。(7)裝置采用電壓量與電流量相結(jié)合的方法，使差動保護TA二次回路斷線和短路判別更加可靠準(zhǔn)確。(8)反時限過勵磁保護的動作特性能針對不同的變壓器過勵磁倍數(shù)曲線進行配合，過勵磁倍數(shù)測

47、量值更能反映變壓器的實際運行工況。(9)各側(cè)后備保護考慮最大配置要求，跳閘輸出采用跳閘矩陣整定，適用于各種跳閘方式。阻抗保護具有振蕩閉鎖功能，TV斷線時阻抗保護退出。為防止變壓器和應(yīng)涌流對零序過流保護的影響，裝置設(shè)有零序過流保護諧波閉鎖功能。(10)采用友好的人機界面。液晶上可顯示時間、變壓器的主接線、各側(cè)電流、電壓大小、功率方向、頻率、過勵磁倍數(shù)和差電流的大小。鍵盤操作簡單，菜單和打印的報告為簡體漢字。(11)通過相應(yīng)的PC機軟件包，利用通信方式，提供方便與易用的手段進行裝置的設(shè)置、觀察裝置狀態(tài)以與了解記錄的信息，例如整定值，模擬量實時值，開入量狀態(tài)以與錄波數(shù)據(jù)等。故障分析軟件包使用戶在故障

48、發(fā)生后可以方便地進行故障分析。(12)裝置采用整體面板、全封閉8U機箱，強弱電嚴格分開，取消傳統(tǒng)背板配線方式。在軟件設(shè)計上也采取相關(guān)的抗干擾措施，使裝置抗干擾能力大大提高，順利通過了各種抗干擾標(biāo)準(zhǔn)的測試。RCS-978裝置具有以下優(yōu)點：(1)設(shè)計簡潔，二次回路清晰；(2)運行方便，安全可靠；(3)整定、調(diào)試和維護方便。5斷路器控制和信號回路設(shè)計5.1 變電站斷路器控制方式變電站的控制方式分為有人值班、駐所值班和無人值班三種方式6。有人值班的變電站應(yīng)設(shè)主控制室，駐所值班和無人值班的變電站一般設(shè)控制小室。一般220kV變電站采用有人值班的控制方式。(1) 220kV變電站斷路器控制方式對220kV

49、變電站可選擇的控制方式有集中控制和分散控制兩種8。分散控制是在各高壓配電裝置處設(shè)若干分控制室,將繼電保護裝置和部分控制設(shè)備下放到分控制室:此外,還設(shè)有主控制室在主控制室和分控制室之間,采用近距離遠動裝置實現(xiàn)遙控、遙信、遁測,即所遠動形式。分散控制方式具有節(jié)省控制電纜減少高壓電磁場對二次回路的干擾、降低電流互感器二次負擔(dān)、減少控制室面積等優(yōu)點。由于目前國對主控制室和分控制室之間的信息傳輸問題還沒有適合的信息傳輸裝置可供選擇,因此,對220kV變電站推薦采用集中控制方式。在配電裝置處設(shè)分控制室的方式,今后在一些工程中可選擇試點,取得經(jīng)驗后再推廣采用。220kV變電站在主控制室集中控制的設(shè)備應(yīng)為:主

50、變壓器、線路并聯(lián)電抗器、35kV與以上線路與相應(yīng)的母聯(lián)斷路器、分段斷路器、旁路斷路器等。相應(yīng)的控制、保護設(shè)備也應(yīng)布置在主控制室。220kV變電站的無功補償設(shè)備,如同步調(diào)相機、電力電容器、電抗器、靜止補償裝置等, 一般也應(yīng)在主控制室集中控制。如果由于總體布置上的要求,當(dāng)無功補償設(shè)備離主控制室較遠,無功補償設(shè)備本身又是戶式或者部分設(shè)備布置在戶,在這種情況,若采用就地控制在技術(shù)上和經(jīng)濟上更加合理并征得運行單位同意時,也可以采用就地控制。220kV斷路器宜采用弱電或強電一對一控制。弱電一對一控制適用于控制對象多,需要縮小監(jiān)視面的場合, 并可以與微處理機為控制部件核心的可編程序數(shù)字信息處理系統(tǒng)配合使用,運行人員對這種控制方式很滿意。目前,電力自動化設(shè)備廠等仿制出高質(zhì)量的弱電控制開關(guān),為這種控制方式的推廣提供了一定的條件。對規(guī)模較小的220kV變電站,在控制對象不多,監(jiān)視面不大的情況下,采用強電一對一控制較合適。因220kV系統(tǒng)比較重要,斷路器的數(shù)量一般較少,故不推薦采用選線