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1、黑山变电所继电保护设计第一章 设计说明1.1 继电保护的意义：我的毕业设计课题是黑山变电所继电保护设计。在电力改革不断发展的今天，电力工业生产发展的需要和新技术的不断出现，是电力系统继电保护原理新技术不断产生的基本源泉。因此，继电保护的意义是深远且不容忽视的。在拿到毕业设计任务书时，我对黑山变电所的主接线进行了仔细地分析，系统引出的两条线路由哪供电，每段母线或线路都采用何种方式运行，主变的具体参数是什么，线路多长，我在脑海中有了具体的概况。虽然设计的题目与所学的专业知识有一定的差异，但是在实际应用中，无论是发电厂还是变电所以及企业的供电部门，要保证电网的安全运行，继电保护起到了至关重要的作用。
2、所以说继电保护是电力系统中的重要组成部分,在电力系统中起着尤为重要的作用。1.2 国内发展趋势：在上学期的专业课学习中，我已经接触并学习了关于继电保护方面的有关内容。特别是线路上的纵差保护、变压器的纵差保护、变压器油箱内的气体保护以及变压器相间短路的后备保护和过负荷保护。我们知道，只有将主变的继电保护方案设计合理，具有可行性，整个系统的运行才能够稳定，具备经济效益。通过对虎石台变电所，顺城集控站和沈阳供电公司的校外实习中，我看到了当今国内的继电保护发展趋势正在迅速发展，据介绍大多数变电站都已实现了微机保护，来进行自动化控制。所以，在开题报告的国内外发展现状中，我针对我国的继电保护发展趋势对变电
3、站的综合自动化进行了分析，20世纪80年代末，国内研制开发了集成逻辑电路(CMOS)继电保护、测量、控制、信号四合一集控台，90年代又开发了全微机保护、测量、控制、信号、远动五合一 集控台，实现了变电所遥测、遥信、遥控、遥调四遥功能，大大提高了变电所自动化水平。但是与国外相比还存在一定的差距。GE数字式变电所综合控制自动化系统是由美国电力科学研究院率先提出的，经过3年多时间的研究和现场实验，取得了成功。该系统的特点是：采用了数字技术，一回线采用一个综合测量控制保护装置，可靠性大大提高，故障率降低，避免故障扩大，改善供电质量：运行灵活，系统可以任意组态，用户可通过选择不同的模块及配件来满足需要的
4、特性组合，便于变电所改造和扩容； 结构简单，可减少变电所占地面积、节省投资：采用数字技术，使设备的不检修周期大大延长，减少了年运行费用。由此可以看出，变电所综合自动化系统正逐步发展并成熟起来，并以取代常规的保护方式，不但增加了系统的运行、可靠，还使经济效益得到了长远的发展。在对黑山变电所进行继电保护设计中我仍采用传统的继电保护形式，因为无论继电保护的发展多么迅速，仍没有完全取代传统的继电保护方式。根据我对设计题目的分析和理解，只有正确分析设计课题的各项参数及运行方式，设计出合理的保护方式，才能让系统正常运行。1.3 本次设计思想1.3.1设计内容黑山变电所继电保护及自动化装置设计主要包括运行方
5、式分析、短路电流计算、各设备继电保护及自动装置的配置、66KV线路的整定计算、运行方式分析、相关图纸的绘制、外文资料翻译等内容。在设计任务书中，给出了系统参数，包括系统在最大和最小运行方式下及零序运行下的最大和最小电抗值。以及变压器的类型、参数、电压等级、接线形式和短路电压；指出了两台变压器同时运行时，10.5KV侧的中性点只一台接地，若只一台运行时运行中的这台变压器中性点必须接地。并对线路的参数进行了给定。通过这些要求，使我在对黑山变电所进行继电保护配置说明中，有了更为具体的思路。1.3.2设计手段根据设计任务书的要求，我仔细阅读任务书中的原始资料及依据，了解系统参数、变压器参数、接线方式及
6、各侧电压等级。针对实际情况结合变电所主接线图，查阅有关书籍，按照任务书中的要求，选择合适的系统运行方式，根据所选的运行方式进行相关计算。在继电保护及自动装置的设计中，主要包括两部分计算，即短路电流计算和整定计算。短路电流计算是继电保护设计与计算工作中的重要内容。只有算出正确的短路电流值，才能确保继电保护装置设计与整定的正确性，从而保证继电保护装置按预期要求其保护作用。继电保护整定计算的基本任务，就是要对各种类型的继电保护给出整定值；而对电力系统中的继电保护来说，则需编制出一个合理的整定方案。在计算过程中，由于各种继电保护适应电力系统运行变化的能力不同，因而继电保护方案也不同。在设计过程中可能会
7、遇到一些实际问题，要选择出合理的解决方法和措施。黑山变电所是将由富荣电厂和新立变电所引出的66KV母线经两台双绕组变压器降为10KV电压等级，再经其线路输送到用户供本地区用电。在设计时，要明确设计任务，在工程建设中统一贯彻国家的基本建设方针、技术经济政策和基本建设程序。做出切合实际、安全适用、保证系统安全、稳定。其次，要有严谨的科学态度认真完成每一项设计工作，从黑山变电所主接线部分到保证继电配置合理、准确，能及时反应故障并适时发出信号进行跳闸，每一步都要认真设计，保证安全。1.3.3设计前期小结从黑山变电所的一次设备出发，主要有66KV母线、10KV母线，双绕组变压器两台、还有相应支路的断路器
8、、隔离开关和母线互感器等。我对保护的配置主要分为三大部分。即母线保护部分、变压器保护部分、自动装置和线路保护部分并根据其本身的配置原则和方针进行了比较和说明。在设计的过程中，难免会出现一些实际问题，根据自身情况，总结出下列需要解决的问题。在此次计算中，由于所计算的短路电流是在变压器单独或并列运行方式下进行计算，缺少这方面实例的计算方法，并结合实际，学习电力系统短路计算。对继电保护设计中的规程、要求及现场的具体位置，性能要求等方面的设计有所欠缺，在设计的过程中，逐步学习设计规程，按要求设计，学习其方法。还有在对主变和母线的整定计算与灵敏度校验中缺少实际经验欠缺，应多查找资料，对具体问题进行分析，
9、增加此方面的知识并向老师请教。把现场可能出现的实际问题应用在设计中，解决保护配置问题。设计与现场的差距不同，考虑的不一定全面，如何解决现场带来的问题？再有现场的设备安装位置与配置，在设计图纸中的相对位置如何确定？现场的经验太少，因此要设计的内容就是现场所出的问题，如何出现在现场的问题，在本次设计中得到。以上是我设计前期的思想，根据我对专业知识的掌握，我对本次设计进行了有计划的布置，为下一步拟采用的方法进行了铺垫。对每天的设计任务进行认真的完成，由于专业知识的有限，在设计的同时仍要不断的学习，使设计更为完善和合理。因此，我还参考如下资料进行设计，力争做得更好。1.4黑山变电所运行方式分析通过对黑
10、山变电所主接线的分析可知，由富荣电厂和新立变电所引出端至66KV采用了内桥接线方式，内桥接线的特点是线路的投入和切除比较方便，变压器的投入和切除比较复杂，内桥接线适用于较长的线路和变压器不需要经常切换的场合。由双绕组变压器引出线10KV侧采用单母分段接线，其优点是用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电。1.5黑山变电所继电保护与自动装置的配置方案：通过对黑山变电所运行方式进行分析可知，黑山变电所由两个电源供电，分别从富荣电厂和新立变电所供给。由引出端线路送至66KV送
11、电线，采用内桥接线；由66KV侧系统经T1和T2两台变压器分别向10KV配电线路送电，10KV侧采用单母分段运行方式，再经大新输电线路和大兴输电线路送至用户处。从黑山变电所中的一次设备出发，主要有66KV母线、10KV母线，双绕组变压器两台（T1和T2）、还有大新、大兴等输电线路，相应支路的断路器、隔离开关和母线互感器等。1.5.1母线保护的配置原则 根据中华人民共和国行业标准继电保护和安全自动装置技术规程DL400-91号规定：母线保护和断路器失灵保护。对发电厂和变电所35110KV电压的母线，在下列情况下应装设专用的母线保护： 110KV单母线，重要发电厂或110KV以上重要变电所的356
12、6KV母线，按要求，需要快速切除母线上的故障。3566KV电力网中，主要变电所的3566KV双母线或分段单母线需快速而有选择地切除一段或一组母线上故障，以保证系统安全稳定运行和可靠供电时。对220500KV母线，应装设能快速有选择地切除故障的母线保护。母线故障是电气设备最严重的故障之一。它将使连接于故障母线上的所有元件被迫停电。当未装设专用的母线保护时，如果母线故障，只能依靠相邻元件保护的后备作用切除故障，这将延长故障切除时间，并且往往会扩大停电范围，对电网安全运行不利，因此在35500KV的发电厂或变电所母线上，在下列情况下，应装设专用的母线保护装置。（1）110KV及以上双母线。（2）11
13、0KV及以上单母线，重要发电厂或110KV及以上重要变电所的3566KV母线需按下述各条要求快速切除母线上故障时；1、根据系统稳定要求；2、在该母线上发生故障时，将使相邻变电所或相邻母线上的残余电压低于允许值（一般约为60%额定电压），而各供电元件以第二段或后备保护的动作时限切除该母线的故障时，将使重要用户的电气设备由于电压的剧烈降低而被大量切除；3、根据系统保护全局性要求，如果在该母线上采用专用母线保护，能显著简化电网保护，并提高保护水平。（3）3566KV电网中，主要变电所的3566KV双母线或分段单母线，当在母联或分段断路器上装设解列装置，并考虑与自动重合闸或备用电源自动投入配合后，仍不
14、能满足电力系统安全运行的要求时。专用母线保护设计要求同样根据中华人民共和国行业标准继电保护和安全自动装置技术规程DL400-91号规定：专用的母线保护应根据母线的重要程度全部或部分地满足以下要求：（1）对于双母线并列运行的发电厂或变电所，母线保护应保证先跳开母联断路器，以防止线路保护在某些情况下失去选择性。（2）母线保护动作后，对不带分支的线路应采取措施，促使对侧全线速动保护跳闸。（3）当有平行线接于双母线的不同母线，当母线保护动作时，应闭锁横联差动保护，以防止其误动作。（4）母线保护不限制母线的运行方式，在双母线破坏固定连接运行时，母线保护装置能有选择性地动作。（5）在一组母线或一段母线充电
15、合闸时，应能快速而有选择性地断开有故障的母线；在母线倒闸操作时，如果一条线路两组隔离开关同时跨接两组母线时，母线发生故障，保护装置能快速切除两组母线上所有连接元件；如果一条线路两组隔离开关非同时跨接两组母线，母线发生故障，保护装置仍具有高度选择性。（6）母线保护对电流互感器的变比、饱和特性等尽可能不提出特殊要求，例如采用可适应不同变比的电流互感器，母线保护也不会因电流互感器饱和而在外部故障时误动作，在内部故障时拒绝动作。（7）在外部短路不平衡电流作用下，或者当交流电流回路断线时，母线保护不应误动作。（8）对构成环路的各类母线保护连接方式（如一个半断路器方式，双母线双分段方式及环形母线连接方式等
16、），当母线短路时，该母线上所接元件的电抗可能自母线流出时，母线保护不应因此而拒动。（9）母线保护的动作时限应满足系统稳定的要求。（10）当母线采用自动重合闸时，应保证重合于故障母线时具有足够的灵敏度，必要时可装设灵敏元件。（11）母线保护电流互感器的配置应和母线上其他连接元件（线路、变压器）保护用的电流互感器的配置相协调，防止出现无保护区。根据国家技术规程标准，以上是母线保护应能满足的相应要求，因为母线保护除应满足其速动性和选择性外，还特别强调可靠性，可靠性是保证电网安全的重要保障。在选择母线保护配置方案时，尽量简化其结构，以此为依据，选用差动保护来作为母线的主保护。1.5.1.1 66KV侧
17、母线保护配置方案及论证：母线保护方案共有以下几种：（一）按循环电流原理构成的电流差动保护；（二）母线电流比相保护；（三）母联电流相位比较差动保护；（四）单母线及单母分段母线保护。方案论证：(一)、按循环电流原理构成的电流差动保护。实用的按循环电流原理构成的差动保护为带速饱和变流器的低阻抗型继电器，母线各元件电流互感器的二次绕组按统一变比同极性相连，构成差动回路，接差动继电器。正常运行或区外故障情况下，母线各元件电流相量总和等于零或流过不平衡电流；差动继电器无电流通过，保护不动作；当母线故障时，电流相量总和不等于零，差动继电器通过电流，保护动作。对并列运行的双母线，两条母线各设一组差流继电器作为
18、选择元件，另一组为起动元件。差流继电器均带有速饱和变流器，用以防止由于短路电流中存在的直流分量引起电流互感器误传变而导致母线保护误动作。任一母线故障时，起动元件与故障母线的选择元件同时动作，保护作用于跳闸。固定连接的双母线，在正常运行及固定连接被破坏时，外部故障时，起动电流无电流流过，保护不动作；内部一组母线故障时，正常状态下仅切除故障母线（差动元件动作），破坏固定连接时，起动元件及选择元件均可动作，且同时切除两组母线。低阻抗电流差动保护原理简单，采用速饱和变流器可以较有效防止区外故障直流分量的影响。过去在220KV及以下电网应用较多，但因为存在一些严重缺点，除一些要求不高的单母线或单母线分段
19、的220KV以下发电厂或变电所仍可采用外，一般应用更完善的母线保护代替。低阻抗电流差动保护主要有如下缺点：（1）限制母线上元件的运行方式，运行不灵活。（2）现在采用的低阻抗型差动保护，当电流互感器因故障电流过大而出现饱和时，仍可能误动作。（3）动作时间慢。特别因采用速饱和变流器后，若短路时间常愈大，动作时间则愈慢，这与要求快速切除故障有矛盾。（4）要求电流互感器变比、特性一致，不易达到。而且对于发电厂和重要变电所的高压母线，常常采用双母同时运行，母线联络断路器处于投入状态。这样可以在任一组母线故障时，只切除接于该母线上的元件，而另一组母线上的连接元件则照常运行，从而缩小了停电范围，并提高了供电
20、的可靠性。所以此方案不适合。(二)、母线电流比相保护。电流比相式保护采用按相比较母线上所有元件电流相位的原理构成。它的工作原理是根据母线外部故障或内部故障时连接在该母线上各元件电流相位的变化来实现的。虽然这种保护方式对电流互感器的变比不要求统一，对区外故障有5560的闭锁角，对区内故障有120125的较大动作区，在电流互感器未饱和的情况下，性能良好。保护适用于单母线及双母线系统，因为仅反应电流相位而不反应幅值，灵敏度较高，但当区外故障时，若故障电流中存在较大直流分量，引起电流互感器严重饱和，使二次无输出或波形畸变时，如无特殊措施，保护可能误动。同时对经过较高过渡电阻的母线故障，由于负荷电流的影
21、响，保护有拒动的可能。同时在母线内部故障有电流流出的情况下，单纯的相位比较母线保护不能正确动作。而且如果要加设此种保护，则必须在每条母线都装设，安装必须复杂，综合以上原因，故此次也不选择此方案。(三)、母联电流相位比较差动保护。母联电流相位比较差动保护利用经速饱和变流器的总差动电流作起动依据，比较母联电流与总差动电流的相位来选择故障母线。当母联电流与差动电流两个电流相量基本同相时相位元件动作，基本反向时制动。比相元件的基本原理以LXB-2A型电流相位比较继电器说明。当母联电流与总差电流同相时，在DKB1中两磁通量相量相加，在DKB2中两磁通为相量相减，并分别在次级绕组回路中得到正比于合成磁通的
22、电压，经BZ1、BZ2进行桥式整流后的绝对值比较，A点电位高于B点电位，执行元件J1动作，当电流反向时，即相差180时，B点电位高于A点电位，此时执行元件J2动作，所以继电器为最大灵敏角为0及180的双方向电流方向继电器。在正常运行时，仅有母联电流（I1）分别流经DKB1、DKB2执行元件J1、J2两点，A、B间无电位差，继电器不动作。当I1与I2相差90时，A、B点有一交流电流通过，此时由于滤波电容C3及电抗器L的作用，继电器不动作。母联电流相位比较差动保护适用于并列运行的双母线（母联断路器正常合闸运行），不限制元件连接方式（但每一组母线上至少要保留一支电源回路），具有较高的可靠性和选择性，
23、目前已逐渐取代低阻抗电流差动保护，较广泛用于110220KV的双母线系统。母联电流相位比较差动保护主要缺点为：（1）母联断开后失去选择性，同时电源不宜集中于一组母线；（2）当母线内部故障有电流流出时不能正确动作，因此不适用于环形母线、一个半断路器母线等接线方式；（3）保护受不平衡电流影响较大；（4）由于采用速饱和变流器，保护动作较慢，不适合超高压电网快速切除故障的要求。就针对于此次设计的东方堡二次变电站的继电保护来说，系统是由一个电源供给，在110KV母线上是属于单母分段的运行方式且两台变压器同时运行110KV侧的中性点只一台接地若选择母联电流比相式母线保护不仅造价高，整定复杂，而且日常运行时
24、110KV母线一直处于固定连接，其灵活性完全无法发挥，因此此方案也不适合于本变电所。(四)、单母线及单母分段母线保护。单母线或单母线分段的母线系统是比较简单的母线接线方式，其特点是所有电源和出线都接在一组母线（对单母线接线方式）或分接两段母线上，出线回路较少的不太重要的发电厂和变电所相同，110220KV中性点直接接地系统，电流差动保护采用三相式。作为单母线分段的电流差动保护，国内各主要继电器厂均有生产，一般采用带速饱和特性的电流继电器作起动元件，两段母线均各自独立装设，并分别接有复合电压闭锁元件，各自闭锁相应的母线保护出口回路，以提高其可靠性。为了向母线充电，每组母线设有三相式I段电流速断和
25、I段零序以便能快速地有选择地断开有故障的被试母线。通过对上面的保护方式进行比较、分析，并根据黑山变电所的运行方式，从富荣电厂和新立变电所的引出端至66KV母线侧采用的是内桥接线方式，所以我选择单母线及单母分段母线保护作为黑山变电所内66KV侧母线保护。1.5.1.2 10KV侧母线保护配置方案及论证：根据变电所610KV母线保护原则：对于变电所610KV分段或不分段的单母线，如果接在母线上的出线不带电抗器，或对中、小容量变电所接在母线上的出线带电抗器并允许带时限切除母线故障时，不装设专用的母线保护。母线故障可利用装设在变压器断路器的后备保护和分段断路器的保护来切除。当分段断路器的保护需要带低压
26、起动元件时，分段断路器上可不装设保护，而利用变压器的后备保护以第一段时限动作于分段断路器跳闸。利用变压器的过电流保护作为母线保护。也可利用变压器的低压闭锁过电流保护作为母线保护。对大容量变电所610KV单母线分段或双母线经常需并列运行且出线带电抗器时，采用接于每一段母线供电元件（变压器、分段断路器、同期调相机断路器）和电流上的两相、两段式不完全母线差动保护，保护动作于变压器低压侧断路器、分段断路器和同步调相机断路器跳闸。分段断路器保护：出线断路器如不能按切除电抗器前的短路条件选择时，分段断路器上通常装设两相式瞬时电流速断装置和过电流保护。通过上面变电所610KV母线保护配置原则，我选定变压器的
27、过电流保护作为10KV母线保护。1.6 断路器失灵保护：在高压和超高压电网中，断路器失灵保护作为一种近后备保护方式得到了普遍采用，其目的是当发生故障断路器拒动时，快速而有选择性地切除故障。失灵保护装设原则：在中华人民共和国行业标准继电保护和安全自动装置技术规程DL400-91号规定：（1）220KV及以上电压的电网中，各厂、站相应电压等级均应装设；（2）330KV及以上电压，厂、站的110KV部分，当断路器拒动，切除时间过长，会严重影响主网稳定水平时，亦应考虑装设；（3）有特殊要求和限定的110KV厂、站，如主网中的主力厂、站及用户供电有特别限定的厂、站，可以考虑装设。在中华人民共和国行业标准
28、继电保护和安全自动装置技术规程DL400-91号也规定：在220500KV电力网中，以及110KV电力网的个别重要部分，可按下列规定装设断路器失灵保护。根据失灵保护装设原则，220KV及以上电压的电网中、各厂、站相应电压级应装设。1.6.1 断路器失灵保护配置方案考虑黑山变电所的实际情况及建设需要在66KV侧母线的母联断路器上，T1和T2变压器侧断路器和10KV侧母线的母联断路器及大兴线，大新线两条进线断路器上不加设断路器失灵保护。1.7 变压器保护配置方案根据黑山变电所的实际运行情况及地理位置，在新建黑山变电所内有两台主变压器，容量分别为10，000KVA。所以，在配置主变的继电保护方案时，
29、我采用如下保护进行比较系统的说明：，理位置变电所：HUOBUFENDUAN 主保护：变压器瓦斯保护、差动保护后备保护：复合电压起动的过电流保护、电流速断保护其它保护：装设变压器油温监测和启动风扇监测的保护。1.7.1 瓦斯保护配置原则及方案：根据中华人民共和国行业标准继电保护和安全自动装置技术规程DL400-91号规定：电力变压器保护：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应按本节的规定装设相应的保护装置。1.绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；2.绕组的匝间短路；3.外部相间短路引起的过电流；1)中性点直接接地电力网中，外部接地短种引起的过电流及中性点过电压；2)过负
30、荷；3)过励磁；4)油面降低；5)变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障。根据本次设计中所涉及到的变压器容量及型号，所以分别装设所要求的保护，因为现代大型变压器铁芯为降低材料消耗都采用新型电工硅钢片制成，其额定磁密近于饱和磁密，过电压或低频率时容易引起过激磁，因此只有在500KV及以上的大容量变压器中才装设过激磁保护，所以在这里将不予考虑。依据0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护：当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油浸式变压器的调压装置，亦应装设瓦斯保护。所以首先给
31、变压器加设的主保护为瓦斯保护。瓦斯保护是变压器油箱内各种故障的主要保护。运行实践证明，在装有瓦斯保护的情况下，凡是油箱内故障，瓦斯保护几乎都有反应，尤其是在变压器发生铁芯故障、匝间短路等情况下，反应电气量的继电保护装置往往灵敏度不够或根本不反应，此时主要靠瓦斯保护切除故障。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器。1.7.2 差动保护配置原则及方案：对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按下列规定，装设相应的保护作为主保护。保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变
32、压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。纵联差动保护应符合下列要求：1.应能躲过励磁涌流和外部短路生产的不平衡电流。2.应在变压器过励磁时不误动。3.差动保护范围应包括变压器套管及其引出线。如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施。但在某些情况下，便如60KV或110KV电压等级的终端变电所和分支变电所，以及具有旁路母线的电气主接线，在变压器断路器退出工作由旁路断路器代替时，纵联差动保护亦可以利用变压器套管内的电流互感器，而对引出线可不再采取快速切除故障的辅助措施。（a）变压器纵差动保护原理电
33、路图（b）采用BCH-2型继电器构成纵差动保护的接线根据上述规定，装设变压器差动保护。选择BCH-2型差动继电器。变压器的差动保护主要是用来反应变压器绕组和引出线的相间短路，在设计时要注意避免不平衡电流和励磁涌流的影响，在满足可靠性的条件下，还要保护在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。1.8变压器相间后备保护配置原则：设计原则：（1） 变压器后备保护应作为相邻元件及变压器本身主保护的后备。但当为满足远后备而使接线大为复杂化时，允许缩短对相邻线路的后备保护范围。（2） 变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏系数。（3） 变压器后备保护应尽可能独立，而不由发电机的后备保护代替。（4
34、） 变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。多绕组变压器外部相间短路的保护，可按下述原则简化：（1） 除主电源侧外，其他各侧保护可仅作为本侧相邻母线和线路的后备保护。（2） 保护装置对各侧母线的各类短路应符合灵敏性要求，保护装置作为相邻线路的远后备时可适当降低对保护灵敏性要求。1.8.1 相间后备保护配置方式：1.8.1.1复合电压起动过电流保护（1）双绕组升压变压器保护的电流元件接于低压侧电流互感器上，电压元件也接于低压侧电流互感器上，电压元件也接于发电机母线电压互感器上。当经过校验，低电压元件对高压母线三相短路灵敏性不够时，可附加一个接于高压母线电压互感器相间电压上的低电压元件
35、。（2）双绕组降压变压器的后备保护装于电源侧。当低压分段断路器上装有备用电源自动投入装置，而其上无专用母线保护时，变压器的后备保护要带两段时限，以第一段时限动作于分段断路器跳闸，以第二段时限动作于出口中间继电器；当低压母线上有专用母线保护时，变压器的后备保护也要带两段时限，以第一段时限动作于变压器低压侧断路器，以第二段时限动作于出口中间继电器。根据灵敏性的要求需要采用电压元件时，将电压元件接于低压侧的母线电压互感器上。根据对复合电压启动的过电流保护配置方式的原则，以及黑山变电所主变的情况，最终采用复合电压起动过的电流保护。因为过电流保护的动作电流按最大负荷电流整定，灵敏度往往满足不了要求。低电
36、压起动的过电流保护，它的电流元件可按变压器额定电流整定，保护的灵敏度有所提高，但若低电压继电器只装在变压器一侧，当在另一侧发生相间短路时，低压继电器的灵敏度往往不够，为此在变压器两侧都需要装设低电压继电器，这就使其接线复杂化了，这里也不采用。而负序过电流保护虽然也满足设计要求，但其整定计算比较复杂，一般只用于大容量升压变压器和系统联络变压器，不符合此次设计的具体情况，因此也不予以采用。复合电压起动的过电流保护，其电压起动元件是由低电压继电器和负序电压继电器组成。当发生三相短路时，短路初瞬总会出现负序电压，负序电压继电器动作，断开加在低压继电器上的电压，从而使其动作。负序电压消失后，虽然低电压继
37、电器重新接于线电压上，但由于三相短路电压较低，不能返回而于动作状态。当发生不对称短路时，故障相电流继电器动作，负序电压继电器动作，致使低电压继电器动作，最终将变压器两侧继路器断开。这里的低电压继电器和负序电压继电器相当于接在一个或门上，然后再和相电流继电器相接与与门，形成了此逻辑关系，从而完成了对变压器相间故障的保护。依据以上的综合分析后，选择复合电压起动的过电流保护作为设计使用方案，它的电流元件可按变压器额定电流整定，保护的灵敏度也有所提高。1.8.1.2 过负荷保护0.4MVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。对自耦
38、变压器和多绕组变压器，保护应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时，过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。之所以采用此保护，是因为黑山变电所以T1和T2两台变压器并列运行，当一台变压器出现故障或检修时，则另外一台将带所有的负荷，只有在两台变压器都出现故障时，则由备自投自动投入运行。加上黑山变电所为适应工农业发展的需要而新建，为了保护变压器，所以设计使用过负荷保护。根据以上规定，选择复合电压起动的电流保护作为变压器T1和T2发生相间短路时的后备保护，选择过负荷保护作为防止变压器T1和T2长时间在超过允许负载能力下运行的保护。1.
39、8.1.3 其它保护保护方案：装设变压器油温监测和启动风扇监测的保护对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统，应按现行电力变压器标准的要求，装设可作于用于信号或动作于跳闸的装置。所以外加设相应的保护来监控变压器自身的运行，包括油温和启动风扇的保护。1.9 线路保护对相间短路，应按下列规定装设保护。双侧电源线路：可装设带方向或不带方向的电流速断保护和过电流保护。对下列线路，当规定的保护不符合选择性、灵敏性和速动性的要求时，可采用下列保护方式：短线路，以带辅助导线的纵联保护（导引线保护）作主保护，带方向或不带方向的电流保护作后备保护。导引线保护如需敷设专用辅助导线时，其长度不宜超过12km。并联的电
40、缆线路，以横联电流差动保护作主保护，带方向或不带方向的电流保护作后备保护。35KV及以上中性点非直接接地电力网中的线路保护35KV及以上中性点非直接接地电力网的线路，对相间短路和单相接地，应按规定装设相应的保护。对相间短路，保护应按下列原则配置：保护装置采用远后备方式；如线路短路，使发电厂厂用母线电压低于额定电压的（5060）%时，应快速切除故障。对相间短路，应按下列规定装设保护装置：单侧电源线路可装设一段或两段式电流电压速断保护和过电流保护。由几段线路串联的单侧电源线路及分支线路，如上述保护不能满足速动性或灵敏性要求时，速断保护可无选择地动作，但应以自动重合闸来补救。此时，速断保护应躲开降压
41、变压器低压母线的短路。1.9.1 66KV出线配置方案在66KV侧的两条出线上，（即黑山变电所的两条出线上）有针对性的采用两种保护，一为针对相间短路而设计的保护，二为针对接地故障而设计的保护。对于相间短路而言，采用两段式过电流保护，第一段为带时限的电流速断保护，第二段为带时限的过电流保护，这主要是根据线路的具体情况，此次的四条出线都相对较短，而且形式简单，运行方式也较为固定，设置两段式保护完全能满足要求。其中第一段为主保护，第二段为后备保护。这里不采用距离保护也是从实际情况出发，对于此次设计的线路而言，其形式简单，而且运行方式固定，设置两段式电流保护完全可以满足使用要求。对于接地故障的保护，考
42、虑到变电所内的变压器可能运行于接地状态下，所以就不能只设置绝缘监视装置，要加装零序电流保护。这里零序电流保护同样采用三段式保护，第一段为无时限零序电流速断保护，第二段为时零序电流速断保护，第三段为零序过电流保护。第一段为主保护，第二段和第三段为第一段的后备保护。并列运行的平行线路宜装设横联差动保护（横联方向差动保护或电流平衡保护）作为主保护，以接于两回线电流之和的电流保护，作为两回路同时运行的后备保护，及一回线断开后的主保护及后备保护。1.9.2 大兴输电线路配置方案针对大新输电线路采用限时电流速断和过电流保护。1.9.2.1配置方案：我所设计的是大兴输电线路的继电保护配置，作为10KV线路的
43、保护，首端设有电流速断保护和过电流保护装置。黑山变电所10KV出线主要配置这种保护，由于线路存在供电距离长、个别线路负荷较重、负荷的季节性变化较大、线路继电保护配置存在一定问题。 定时限过电流保护原理接线图电流速断保护原理电路图1.9.2.2原理：过电流保护用来做为线路相间短路保护。当发生短路故障时，保护装置动作，并使高压断路器跳闸，切除故障线路或故障设备。（原理图如上所示）当电力线路发生相间短路时，电流继电器KA1或KA2瞬时吸和，其常开触点闭合，时间继电器KT得电，经过一段延时后，其延时闭合的常开触点闭合，信号继电器KS（电流型）和中间继电器KC得电吸和。KS掉牌，并接通信号回路，发出报警
44、信号；KC的常开触点闭合，接通出口断路器QF的跳闸线圈YR回路，QF跳闸，从而切除故障线路。断路器跳闸后，电流互感器TA1和TA2中变无电流，而QF的辅助触点断开，从而使整个保护装置除信号继电器KS外的各元件都返回初始状态。KS可通过手动复位。瞬时电流速断保护原理如图所示。它由电流继电器KA1、KA2、中间继电器KC和信号继电器KS等构成。KC一般应选用DZ型中间继电器。电流速断的工作原理与定时限过电流保护类同，只不过瞬时电流速断保护的动作时限几乎为零（约0.040.06s）；而带时限电流速断保护的动作时限整定得较短。1.9.2.3问题解决方法：10KV线路末端最小两相短路电流往往较小，甚至会
45、有线路末端短路电路小于该线路最大负荷电流I的情况。因此灵敏度往往达不到要求。而引起过电流保护动作的往往不都是短路造成，而大多是运行电流超过过电流保护整定电流I引起。解决办法： 1）可在该线路过电流保护灵敏度等于要求值处加装10KV跌落式熔断器。此熔断器作为最后一段线路的主保护。熔断器的额定电流按后面一段线路的最大负荷电流选取，同时需和熔断器前面线路的过电流保护在时限上取得配合。2）取消定时限过电流保护。取消了定时限过电流保护后，需要电流速断保护去保护线路全长。若按常规整定电流速断保护（即动作电流按照躲过系统最大运行方式下线路末端三相短路电流来整定），则要保证保护的选择性，那么速断保护就保护不了
46、线路的全长。为此，可以把电流速断保护的动作电流按躲过线路末端变压器低压侧出口短路电流来整定。这样就能满足对线路保护的需要。此速断保护的后备保护可由上级设备的定时限电流速断保护承担。10KV线路保护时限级差配合问题。10KV线路保护处于系统各级保护的最末端，有时会出现时限逐级配合后无法满足整定要求，如出现10KV出现保护整定时限为0s,，甚至为理论上的“负值”。解决办法：1）对只有一台主变压器的农村变电所，可将主变压器高低压侧过电流保护采用相同的动作时限。2）对于有两台三绕组变压器并列运行的110KV变电所，其10KV线路保护时限整定时，可使35KV母线分段断路器过电流动作时间（或主变压器35K
47、V后备保护联跳母分断路器时间）与主变压器10KV侧断路器过电流动作时间相同。这样，当10KV母线故障时，有可能使两断路器同时动作。按上述整定，使主变压器10KV断路器动作时间增加了0.5s，有利于该断路器与10KV线路保护的配合。第二章 计算部分2.1参数归算2.1.1参数说明：首先选取基准容量=100MVA，同时取各电压级的基准电压等于各电压级的平均额定电压即 =Uav根据电力系统短路电流计算条件66KV侧取UB66KV10KV侧 取UB10.5KV 系统参数：66KV系统： 富荣电厂：SXt=470MVA X*=0.5261 新力变电所：SXt=300MVA X*=0.667各66KV送电线和10KV配电线路长度2.1.2标么值归算：富荣电厂的电抗标么值X1*=X*SB/SN=0.5261100/470=0.112新力变电所的电抗标么值X2*=X*SB/SN=0.667100/300=0.222线路1的电抗标
