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开西变电所继电保护设计 Relay Protection Design For Kaixi Substation 系别名称： 电气工程系 专业班级： 农业电气化与自动化 061 学生姓名： 李 强 学 号： 2006208112 指导教师： 李 晶 沈阳工程学院 毕业设计(论文)任务书 毕业设计毕业设计(论论文文)题题目：目： 开西开西变电变电所所继电继电保保护设计护设计 系 别 电气工程系 班级 农电 061 学生姓名 李强 学号 2006208112 指导教师 李晶 职称 副教授 毕业设计(论文)进行地点： 校内 任 务 下 达 时 间： 2010 年 3 月 15 日 起止日期： 10 年 3 月 15 日起至 10 年 6 月 25 日止 （共十二周） 教研室主任 王月志 2010年 3 月 6 日批准 一、设计（论文）的原始资料及依据； 开西新建变电所简要介绍： 为适应工农业发展的需要，新建开西变电所，安装 7500KVA 变压器两台，66KV 侧由关岭发电厂用双回线供电。10KV 侧 6 条出线，其中一条配电线并联地方永丰 电厂。 电气主接线图见附图 1 二、电气主要设备参数： 1、1、2 号变压器： 型号：SJL750066 冷却方式：强油冷却 额定频率：50HZ 额定容量：7500KVA 额定电压：6610.5KV 空载损耗：9.6KW 短路损耗：57KW 短路电压：7.5% 空载电流：0.9% 接线：Y11 生产厂家：沈阳变压器厂 出厂日期：1999 年 11 月 2、系统运行情况： 66KV 系统在 SB=100MVA UB =66KV 情况下， X= 0.16 10KV 新义电厂在：SB =100MVA UB =66KV 情况下， X= 1.85 各线路长度见附图 三、设计（论文）主要内容及要求； 1、开题报告 2、外文电类科技文献翻译。 3、参数及短路电流计算。 4、选定主变的继电保护方案（包括相间和接地短路保护） ，进行保护定值整 定计算及灵敏度校验。 5、选定线路的继电保护方案（包括单电源辐射网、双回平行线路、短距离 重要线路） ，进行保护定值整定计算及灵敏度校验。 6、选定母线的继电保护方案，进行保护定值整定计算及灵敏度校验。 7、选定各保护所用的继电器型号。 8、绘制下列图纸 （1）变电所保护配置示意图 （2）变电所保护原理图 （3）主变保护装置原理图 （4）主变继电保护装置展开图 （5）线路保护原理图 四、设计成品要求： 1、开题报告应能反应当前保护新动态，内容鲜明。 2、说明书： （1）运行方式分析。 （2）保护装置配置说明及保护配置图、所配保护原理说明。 （3）各元件参数及短路电流计算结果表。 （4）保护定值清单。 （5）各保护时限配合图。 3、计算书: （1）各元件参数及短路电流计算（手算）或短路电流计算仿真模型（机 算） （2）保护整定计算 4、说明书与计算书在内容上应保证顺序对应，章节划分合理，条理清晰， 内容完整。说明书撰写设计原则、依据、方法、方案、结论，计算书撰写设 计内容中详细的计算过程。 5、所有图纸要求使用“电子图版”绘制在 A4 图纸上，答辩时制成胶片。 6、外文文献内容应完整，不可拼凑。 五、时间进度安排： 顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注 1 第一周熟悉题目，借资料 2 第二周外文科技文献翻译 3 第三周主接线的选择 4 第四周系统运行方式分析 5 第五周全所（厂）保护选择 6 第六周全所（厂）保护方案配置 7 第七周参数和短路电流计算 8 第八周对所配保护整定计算并进行校验 9 第九周对所配保护整定计算并进行校验 10 第十周上机绘制图纸（CAD 画图） 11 第十一周整理说明书和计算书 12 第十二周答辩 六、主要参考资料（文献） 。 1、电力工程电气设计手册 2、发电厂及变电站主接线和布置 3、电气设备实用手册 4、继电保护和安全自动装置设计技术规程 SDJ683 5、火力发电厂厂用电设计技术规程 SDGJ1788 6、供用电设备 7、供用电工程 8、电力系统继电保护和安全自动装置评价规程 9、供电系统继电保护 10、电力系统继电保护 11、供用电系统 12、电力系统分析 开西变电所继电保护设计 I 摘 要 本次毕业设计的题目是开西变电所继电保护设计。包括主接线和运行方式分析、短 路计算、整定计算，通过对变压器以及线路保护配置的选择，来保证电力系统的安全运 行。 其主要采用的继电保护有变压器瓦斯保护、纵联差动保护、过电流保护、过负荷保 护和各种线路保护等。 四年中，在授课老师的指导下，学到了很多的知识，对我的学习生涯和社会实践生 活有很大的促进使我不断的挑战自我、充实自己，不仅思想上有了大的收获，知识上也 有质的突破。同时也注重于将所学习的知识运用与实际工作中 ，增强了处理分析问题的 能力。 近年来，电力在世界各国能源和经济发展中的作用日益增长，它已成为现代社会实 用最广、需要最快的能源。变电所的合理设计与建设是一个极其重要的组成部分。本次 设计是根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识，在指导老师的帮助下，通过本 人的精心设计论证完成的。整个设计过程中，全面细致的考虑设计的可靠性、经济性、 灵活性等诸多因素，最终完成本设计方案。通过完成此毕业设计论文，进一步领会我国 电力工业建设的政策观念和经济观点，培养对工程技术、经济进行较全面的综合分析能 力。 关键词：电力系统，继电保护,变压器瓦斯保护, 差动保护, 过电流保护 沈阳工程学院毕业设计 II 开西变电所继电保护设计 III Abstract The graduation project is entitled to KaiXi substation relay protection design. Including the main mode of connection and operation, short circuit, the setting, through the transformer and line protection options configuration to ensure the safe operation of power systems. The main use of the transformer gas relay has the protection of longitudinal differential protection, overcurrent protection, overload protection and circuit protection. Four years, in the medium of instruction under the guidance of a teacher, learned a lot of knowledge, learning to my career and social life have a lot of practice to promote me to challenge themselves and equip themselves with the big thinking is not only harvesting, There is also a quality knowledge breakthroughs. At the same time will also focus on the use of the knowledge acquired and the actual work, to enhance the processing and analysis problems. In recent years, the power in the world energy and economic development of the growing, it has become the most widely useful of modern society, the needs of the fastest growing source of energy. Substation design and construction of the reasonable is an extremely important part. The design is based on the book design task graduation requirements, a comprehensive study of professional knowledge, to help in guiding the teacher through demonstration of my completed design. The whole design process, design a comprehensive and detailed consideration of the reliability, economy, flexibility, and many other factors, the final completion of the design. Design through the completion of this graduation thesis, and further understand the construction of Chinas power industry policy and economic point of view the concept, training of engineering and technology, economy more comprehensive analysis. Keywords: power systems, relay protection, gas protection of transformers, differential protection, over-current protection. 开西变电所继电保护设计 目目 录录 摘 要I Abstract.II 第一篇 说明书.1 1 引 言.1 2 继电保护概述.2 2.1 继电保护的任务2 2.2 继电保护的基本原理2 2.3 对继电保护的基本要求2 2.4 常用继电器4 2.5 常用继电器的原理.5 2.5.1 电磁式过电流继电器5 2.5.2 电磁式电压继电器5 2.5.3 时间继电器5 2.5.4 信号继电器6 2.5.5 中间继电器6 2.5.6 阻抗继电器6 2.5.7 BCH2 型差动继电器6 3 运行方式分析.8 3.1 最大运行方式：8 3.2 最小运行方式：.8 3.3 正常运行方式：.8 4 电气主接线选择.9 4.1 主接线设计的基本要求9 4.2 主接线的选择9 5 全所（厂）保护配置说明.11 5.1 电力变压器保护配置的方案11 5.1.1 气体保护(瓦斯保护)11 5.1.2 纵差动保护或电流速断保护12 5.1.3 过电流保护12 5.1.4 过负荷保护12 5.1.5 零序电流保护12 5.1.6 过励磁保护13 5.1.7 本所采用变压器保护13 5.2 线路保护配置的方案：13 5.2.1 相间短路保护应按下列原则设计：.13 沈阳工程学院毕业设计 5.2.2 对相间短路，应按下列规定装设保护装置13 5.2.3 对单相接地故障，应按下列规定装设保护装置14 5.2.4 对线路单相接地，可利用下列电流构成有选择性的电流保护和功率方向保护14 5.2.5 本所采用线路保护14 6 全所（厂）保护原理说明.15 6.1 变压器气体保护（瓦斯保护）.15 6.1.1 变压器气体保护（瓦斯保护）的原理及组成15 6.1.2 气体保护的工作原理15 6.1.3 瓦斯保护原理电路16 6.1.4 瓦斯保护的原理接线图17 6.1.5 变压器瓦斯保护的范围17 6.1.6 瓦斯保护评价17 6.2 变压器纵联差动保护18 6.2.1 变压器纵差保护原理18 6.2.2 变压器差动保护的整定计算原则.19 6.2.3 纵差动保护的接线21 6.3 变压器过负荷保护22 6.4 变压器过电流保护23 6.5 低电压起动的过电流保护.25 6.6 负序过电流保护.25 6.7 零序电流保护26 6.8 复合电压起动的过电流保护.26 6.9 变压器的温度信号装置.28 6.10 线路保护原理.28 6.10.1 无限时电流速断保护28 6.10.2 限时电流速断保护.29 6.10.3 定时限过电流保护.30 6.10.4 阶段式电流保护30 6.10.5 三段式距离保护31 6.10.6 单回线纵联差动保护.33 6.10.7 变压器纵联差动保护与线路纵差保护的区别34 第二篇 计算书.35 1 短路电流计算35 1.1 短路计算的一般规定.35 1.2 计算各元件参数标幺值的计算公式：.35 1.3 等值电路图（标么值）及短路故障点的选择 T136 1.4 参数计算.36 2 变压器整定.60 2.1 变压器（容量为 7.5MVA）的差动保护整定计算60 2.2 变压器的过电流保护.62 2.3 零序电流保护:.62 开西变电所继电保护设计 2.4 过负荷保护的整定计算63 2.5 变压器油温监测.63 2.6 平行线横差保护的整定计算63 3 线路继电保护整定计算.65 3.1 松树线线路整定65 3.2 松树线距离保护整定66 3.3 最后一条出线纵差动保护的整定计算67 结 论.68 致 谢.69 参考文献.70 附 录.71 A1.1 变压器元件参数 .71 A1.2 保护值清单 .72 A1.3 变压器保护继电器选择清单 .73 A1.4 保护动作时限配合表 .74 开西变电所继电保护设计 -1- 第第一篇 说明书 1 引 言 电力系统在运行中，各种电气设备可能出现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设备中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障运行状态。 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、单相接地短路、两相接地短路、发电机和电动机以及变压器绕组 间的匝间短路、单相断线、两相断线等。其中最常见最危险的是各种类型的短路，会给 电力系统的运行带来严重的后果，使用户造成不必要的损失。 为了正确处理故障和不正常运行状态，避免事故发生，就产生了继电保护，它是一 种重要的反事故措施。继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。继电保护装置是完 成继电保护的核心。 继电保护技术是一个完整的体系，它主要由电力系统故障分析、继电保护原理及实 现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术构成。继电保护装置是完成继电保 护功能的核心。继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状 态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护和安全自动装置应符合 可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。 在设计前期，我对继电保护的作用及意义进行了较全面的分析，并在开题中进行了 详尽的说明。在短路电流计算中，我对每一点发生短路都进行了细致的计算，对继电保 护配置方案进行了具体的说明。此次设计中，我严格遵守设计规定，认定对待本次设计， 最终完成了设计任务。 沈阳工程学院毕业设计 -2- 2 继电保护概述 2.1 继电保护的任务 继电保护装置是一种能反应电力系统电气设备发生故障或不正常状态而作用于断路 器跳闸或发出信号的自动装置。为了保证对用电单位的连续供电，故障切除以后，应尽 快地使电气设备再次投入运行或由其他电源和设备替代工作。因此，电力系统中除了安 装继电保护以外，还需装设各种自动装置，如自动重合闸、备用电源自动投入装置以及 自动低周波减载装置等。 继电保护的任务 （1）当电力系统中电气元件发生故障时，能自动、迅速、有选择的将故障元件从电 力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。 （2）当系统中电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件 发出信号或跳闸。 2.2 继电保护的基本原理 电力系统发生故障时，会引起电流的增加和电压的降压以及电流与电压间相位的变 化，因此电力系统中所应用的各种继电保护，大多数是利用故障时物理量与正常时物理 量的差别来构成。继电保护原理的结构方框图，如图所示。由三大部分组成，分别为： 测量部分：用来测量被保护设备输入的有关信号，并和已给定的整定值进行比较判断是 否应该启动；逻辑部分：根据测量部分输出量的大小或性质及其组合或输出性质，使保 护按照一定的逻辑程序工作，并将信号传输给执行部分：执行部分：根据逻辑部分传输 的信号，最后去完成保护装置所负担的任务，给出跳闸或信号脉冲。 故障参数跳闸或 信号脉冲 整定值 图 2-1 继电器基本原理 2.3 对继电保护的基本要求 根据继电保护在电力系统中所担负的任务，继电保护装置必须满足以下四个基本要 求，即选择性、快速性、灵敏性和可靠性。一般情况下，作用于断路器跳闸的继电保护 测量 部分 逻辑 部分 执行 部分 开西变电所继电保护设计 -3- 装置，应当同时满足这四个要求，而反应不正常工作状态并作用于信号的继电保护装置， 则某一部分的要求（如快速性） ，可以降低一些。 1选择性： 系统发生故障时，继电保护装置应该有选择性地切除故障部分，使非故障部分继 续运行。这种性能称为继电保护装置的选择性。 2速动性： 故障切除的时间等于继电保护装置动作时间与断路器跳闸时间之和。快速地切除 故障，可以提高电力系统的稳定性，减少对用电单位的影响，迅速恢复系统的正常运 行。 故障切除的时间等于继电保护装置动作时间与断路器跳闸时间之和。目前油断路 器的跳闸时间约 0.10.15s，空气断路器和 SF6 断路器的跳闸时间约 0.05 0.06s。一般快速保护装置的动作时间约 0.080.12s，高压电网中快速保护装置的最 小动作时间约 0.020.03s。所以切除故障的最小时间可达 0.070.09s，对不同电 压等级和不同结构的电力网络，切除故障的最小时间有不同要求。一般对 220 330KV 的电力网络为 0.040.1s，对 110KV 的电力网络为 0.10.7s，对配电网络 为 0.51.0s。目前生产的继电保护装置，一般都可满足电力网络对快速切除故障的 要求。 对动作于信号的保护装置，如过负荷保护，不要求速动性。 3灵敏性 ： 即在保护范围内发生故障和不正常运行状态时，继电保护装置的反应能力。也就 是保护范围内故障时，不论短路点的位置以及短路的类型如何，都能敏锐且正确的反 应。 继电保护的灵敏性以灵敏系数来衡量。 （一）.对于反应故障时参数量增加的保护装置 灵敏系数= 保护区末端金属性短路时故障参数量最小计算值 保护装置动作参数的整定值 例如：过电流保护的灵敏系数为 (2-1) .min . K sen K act I K I 式中 保护区末端金属性短路时的最小短路电流二次值； .minK I 保护装置的二次动作电流。 .K act I （二）.对于反应故障时参数量降低的保护装置 灵敏系数= 保护装置动作参数的整定值 保护区末端金属性短路时故障参数量最小计算值 例如：低电压保护的灵敏系数为 沈阳工程学院毕业设计 -4- (2-2) . .max K act sen resd U K U 式中 保护装置动作电压的二次值； .K act U 保护区末端短路时，在保护安装处母线上的最大残余电压二次值。 .maxresd U 对不同作用的保护装置和被保护设备，所要求的灵敏系数是不同的，在继电保护 和自动装置设计规程中都有规定。 一般的过电流保护装置，要求灵敏系数为 1.52。 4. 可靠性： 保护装置的可靠性是指在其保护范围内、外发生故障时，该动作时应可靠动作，不 该动作时应可靠不动作。保护装置工作的可靠性是非常重要的，因为不可靠的保护装置 轻则误发警告信号，重则将扩大事故或直接造成事故。 保护装置不能可靠工作的主要原因是安装调试质量不高、运行维护不当、继电器质 量差及设计不合理等。为了提高保护工作的可靠性，必须注意以下几个方面： 保护装置应该采取质量高、动作可靠的继电器元件和器件； 保护装置的接线应尽可能地简化，尽量减少继电器及串联接点； 提高保护装置的安装和调试质量，并加强经常性的维护管理。 保护装置的选择性、灵敏性、快速性、可靠性这四大基本要求是相互联系而有时又 互相矛盾的。在具体考虑保护的四大基本要求时，必须从全局着眼。一般来说，在可靠 性的前提下，首先要满足选择性，非选择性动作是绝对不允许的。但是为了保证选择性， 有时可能使故障的时间延长从而要影响到整个系统的安全稳定，这时就必须保证快速性 而暂时牺牲部分选择性，因为此时快速性是照顾全局的措施。应该指出，这暂时牺牲选 择性的部分，尽量用自动重合闸或备用电源自动投入或其他措施予以补救。 一套保护装置，在满足选择性的前提下，应有较高的灵敏度。然而有时为了保证选 择性，往往需要适当地降低一些灵敏度。例如，有些保护在计算其动作值时，为了保证 选择性，就需要考虑保护装置间灵敏度的配合，这往往要适当增加其动作值而降低其灵 敏度。总之，要处理好这四大要求之间的关系，必须根据实际情况合理地确定保护方案 及正确地选择保护动作值。 2.4 常用继电器 1. 继电器的作用： 继电保护装置由若干继电器组成，继电器是一种能自动动作的电器，只要施加一个 物理量或当施加的物理量达到一定数值时，它就动作，这种动作特性称为继电特性。 继电器一般由三个主要部分组成：感受元件，比较元件和执行元件。 2. 继电器的分类： 继电器的种类很多，目前一般分类方法如下： a.按动作和构成原理分：电磁型、感应型、整流型、热力型等。 b.按反应物理量的性质分：电流、电压、功率方向、阻抗等。 这些继电器又隶属于反应电气量上升和反映电气量下降两大类。前者为过量继电器 如过电流继电器等，后者为低量继电器如低电压继电器等。 开西变电所继电保护设计 -5- 还有反应非电器量参数而动作的一类继电器，如瓦斯继电器，温度继电器等。 3. 继电器的型号： 我国继电器型号的编制是以汉语拼音字母表示的，由动作原理代号，主要功能代号， 设计序号及主要规格代号所组成，其表示形式如下(图 2-2) ： 4. 与继电器有关的概念 .动作电流：使用电流继电器动作的最小电流值，称该继电器的动作电流，用 Ikact 表示。 b.返回电流：使过电流继电器返回的最大电流值，称该继电器的返回电流，用 Ikre 表 示。 c.返回系数：返回电流与动作电流的比值， 返回系数是继电器的重要质量指标之一，对于反应参数增加的继电器，返回系数总 是小于一，反应系数减小的继电器，返回系数总是大于一。 动作值 主要规格代号 设计序号 主要功能代号 工作原理代号 图 2-2 继电器型号说明 2.5 常用继电器的原理 2.5.1 电磁式过电流继电器 电磁式过电流继电器是反应被保护元件电流升高而动作的一种继电器。它是采用转 动舌片式结够，具有一对动和触点，所谓动和触点是指继电器线圈没带电时打开的触点， 又称为常开触点；相对应的还又一对动断触点，又称为常闭触点。 电磁式过电流继电器在继电保护中作为测量元件，它的作用是测量被保护元件所流 过的电流大小并与整定值比较，决定其是否动作。即当其线圈通以电流时产生电磁转矩， 当电磁转矩满足前面关系时，继电器就动作或返回。 2.5.2 电磁式电压继电器 电磁式电压继电器分为低电压继电器和过电压继电器，过电压继电器的工作情况与 过电流继电器类似，电磁式低电压继电器是反应被保护元件电压降低而动作的一种继电 器。它也是采用转动舌片式结构，它一般具有一对动合触点和一对动断触点。 电压继电器作为测量元件，它的作用是测量被保护元件所接入的电压大小并与其整 定值比较，决定其是否动作。 沈阳工程学院毕业设计 -6- 2.5.3 时间继电器 时间继电器是辅助继电器，它由一个电磁起动机构带动一钟表机构成。电磁起动机 构采用螺杆线圈式结构，由于保护的操作电源一般采用直流电源，因此时间继电器多为 电磁式直流继电器。 2.5.4 信号继电器 信号继电器是辅助继电器，一般是吸引衔铁式结构。当保护动作时，明显标志出继 电器或保护装置动作状态，或接通灯、声、光信号电路以便分析保护动作行为和电力系 统故障性质。 2.5.5 中间继电器 中间继电器作为辅助继电器一般是衔铁式结构。用于保护装置中以扩展前级继电器 触点对数或触点容量。该继电器触点可以作成瞬时动作的，也可做成带有较小时间动作 的或延时返回的。 2.5.6 阻抗继电器 1 全阻抗继电器 全阻抗继电器的动作特性是以保护安装点为圆心、以整定阻抗为半径所作的一个园。 园内为动作区，园外为非动作区，圆周是动作边界。 全阻抗继电器具有以下特点： (1)起动阻抗等于整定阻抗； (2)全阻抗继电器没有方向性会误动作。 2 方向阻抗继电器 方向阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗为直径并且圆周经过坐标原点的一个圆， 圆内为动作区，圆外为非动作区，圆周是动作边界。 方向阻抗继电器有如下特点： (1)当测量阻抗的阻抗角不同时，方向阻抗继电器的起动阻抗也不相同，因此应调整 继电器的最大灵敏角，以使继电器工作在最灵敏的条件下。 (2)方向阻抗继电器在第三象限误动作区，即继电器本身具有方向性，因此称之为方 向阻抗继电器。 2.5.7 BCH2 型差动继电器 BCH2 型差动继电器工作原理是由一个 DL/0.2 型电流继电器和一个带短路线圈的速 饱和变流器组成。中间 B 柱上绕有差动线圈、平衡线圈、和短路线圈；左 d N 1b N 2b N k N 边 A 柱上绕有一个短路线圈，其中和是同向串联的，右边 C 柱上绕有一个二次 k N k N k N 线圈，接有作为执行元件的电流继电器。如下图所示， 2 N 2 N 开西变电所继电保护设计 -7- 图 2-3 BCH2 型差动继电器结构原理图 当差动电流 通过差动线圈时，在 B 柱中产生磁通，经 A 柱、C 柱构成回路，其中 1 i 1 在 A 柱中的磁通为，在 C 柱中的磁通为。与在短路线圈中感应出电动势， 1BA 1BC 1 1BA 并产生电流。磁动势在 B 柱中的磁通为，经 A 柱、C 柱构成回路，C 柱中的磁 k i kk i N k 通为；磁动势在 A 柱中的磁通为，经 A 柱、C 柱构成回路，C 柱中的磁通 KBC kk i N k 为。于是 C 柱中的合成磁通可表示为 KAC (2-3) 1CBCKACKBC 在合成磁通中，与的方向相反，起去磁作用；而与的方向相 C KBC 1BC KAC 1BC 同，起助磁作用。如不计铁芯磁轭磁阻，B 柱截面积是 A 柱、C 柱的两倍，在铁芯未饱和 时，A、B、C 柱的磁阻关系为。于是，在不计线圈负载情况下，可2 ACB RRRR 2 N 推导出 (2-4) 11 1 2 dkkdkkA BCKBC BACAC i Ni Ni Ni NR RRRRRR (2-5) 4 kkkkB KAC ABCBC i Ni NR RRRRRR 所以，C 柱中的合成磁通为 (2-6) 1 224 dkkkk C i Ni Ni N RRR 沈阳工程学院毕业设计 -8- 3 运行方式分析 本设计由关岭发电厂用双条线供电，两台变压器（SJL7500/66），主接线形式 为单母线分段接线并内桥接线。 考虑其运行方式，原则上应尽可能使其供电系统发生事故式负荷波动时，能起应急 电源作用，能继续维持部分生产。当系统故障跳闸时，切除次要负荷，以免发电机因过 载而相继跳闸。当“解列”时发电机一种可能是处于过负荷状态，即发电机发出功率不 小于用户用电的功率，这时发电机难以维持运行。另一种可能是发电机处于欠负荷状态， 即发电机发出的功率大于用户用电功率，过时减少热负荷发电机仍能维持正常运行。应 尽量设法维持发电机正常运行，提高发电机组运行的可靠性。 在选择保护方式及对其进行整定运行时，都必须考虑系统运行方式变化带来的影响。 所选用的保护方式，应在各种系统运行方式下都能满足选择性和灵敏性的要求。对过量 保护来说，通常都是根据系统最大运行方式确定保护的整定值，以保证选择性，因为只 要在最大运行方式下能保证选择性，在其他运行方式也一定能保证选择性；灵敏度符合 要求，在其他运行方式下，灵敏度也一定能满足要求。对某些保护，在整定计算时， 还要按正常运行方式来决定动作值或计算灵敏度。 3.1 最大运行方式： 根据系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行（或大部分投入运行） 以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对于继电保护来说， 是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。 3.2 最小运行方式： 根据系统最小负荷，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运 行方式称为最小运行方式。对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最小的运行 方式。 3.3 正常运行方式： 根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应数量的发电机、变压器和线路的运行方 式称为正常运行方式。这种运行方式在一年之内的运行时间最长。对更复杂的系统，最 大、最小运行方式的判断是比较困难的，有时需要经过多次计算才能确定。对于某些特 殊运行方式，运行时间很短，对保证保护的选择性或灵敏性有困难时，且在保护拒动或 误动不会引起大面积停电的情况下，可不予考虑。 根据任务书给定的条件，本设计的最大运行方式是两台变压器同时运行，根据短路 开西变电所继电保护设计 -9- 点位置选择短路电流路径，可得到最大短路电流，最小运行方式是一台变压器单独运行。 4 电气主接线选择 4.1 主接线设计的基本要求 变电所的电气主接线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器和电缆等电气设备， 按一定顺序连接的，用以表示生产和分配电能的电路。变电所的主接线应根据变电所在 电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且应满足运行可靠、 简单灵活、操作方便和节约投资等要求。 主接线的形式多种多样，其基本形式可划分为有母线型（单母线和双母线） ，无母线 型（单元接线，桥形接线和多角形接线） ，单母线分为简单单母线，单母分段接线，单母 带旁路接线，双母线又分为简单双母线，双母分段和 3/2 接线。 4.2 主接线的选择 本设计的主接线形式为低压侧采用单母分段接线，高压侧采用内桥接线。 单母接线优点:单母接线具有简单清晰,设备少投资小,运行操作方便且有利于扩建等。 单母接线缺点：供电的灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离开关故障或检修时， 必须断开它所连接的电源；与之相连的所有电力装置在整个检修期间均需停止工作。 双母接线优点：由于有了两组母线，使运行的可靠性和灵活性大为提高。 （1）检修任一母线时，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线 而不致使供电中断。 （2）检修任一组母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离 开关相连的该组母线，其它电路均可通过另一组母线继续运行。 （3）运行调度灵活，通过倒闸操作可以形成不同运行方式。 （4）检修任一断路器，只需短时停电。此时将母联断路器代替欲检修的断路器。 双母接线的缺点：在倒母线的操作过程中，隔离开关作为操作电器容易发生误操作； 检修任一回路的断路器或母线故障时，仍将短时停电；另外，增加了母线隔离开关的数 目和有色金属消耗量，并且使配电装置结构复杂，所以经济性能差。 为了消除上述某些缺点可以采取如下措施： （1）正常运行时，采用单母线分段的运行方式，以减少母线故障短时停电的范围。 （2）为防止误操作，要求运行人员熟悉操作规程，另外在隔离开关与断路器之间装 设特殊的闭锁装置，以保证正确的操作顺序。 单母分段接线的优点：单母线分段后，可进行分段检修，对于重要用户，可从不同 段引出两个回路，而使重要用户有两个电源供电，在这种情况下，当一段母线发生故障 时，由于分段断路器在继电保护装置作用下，能自动将障段切除，因而保证了正常段母 线不间断供电和不致使重要用户停电。 沈阳工程学院毕业设计 -10- 单母分段仍存在缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线上所有 回路都要在检修期间长时间停电。 内桥接线的特点是：连接桥断路器接在内侧，其它两台断路器接在线路上，因此线 路的投入和切除比较方便，并且当线路发生短路故障时，仅故障线路的断路器断开，不 影响其它回路运行，但变压器的投入和切除比较复杂，需切除和投入与该变压器连接的 两台断路器，也影响了一回未故障线路的运行。由于变压器是很可靠的设备，故障率远 较线路为少，一般也不经常切换，因此系统中应用内桥接线较多。 外桥接线的特点是：连接桥断路器接在外侧，其它两台断路器接在变压器回路中， 故线路故障和进行切换操作时，需动作与之相连的两台断路器并影响了一回未故障变压 器的运行，但变压器故障和进行切投操作时，不影响其它回路运行。故外桥接线只能用 于线路短，检修、操作及故障率均较少，而变压器按照经济运行的要求经常切换的情况。 外桥接线对于电网运行的可靠性和灵活性较差。 开西变电所继电保护设计 -11- 5 全所（厂）保护配置说明 主保护：是指满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护元 件故障的保护。 后备保护：是指当主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护，它又分为远后备保 护和近后备保护。 5.1 电力变压器保护配置的方案 电力变压器在电力系统中的地位非常重要，它的故障对供电可靠性和系统的正常运 行带来严重后果。由于绝大部分安装在户外，受自然条件的影响较大，同时受到连接负 荷的影响和电力系统短路故障的威胁，变压器在运行中有可能出现各种类型的故障和不 正常运行状态。因此，必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。 变压器的故障分为内部故障和外部故障。内故障指的是变压器油箱内绕组之间发生 相间短路、一相绕组中发生的匝间短路、绕组与铁芯或引出线与外壳发生的单项接地短 路。外部故障指的是油箱外部引出线之间发生的各种相间短路、引出线因绝缘套管闪落 或破碎通过油箱外壳发生的单项接地短路。变压器发生故障，必将对电网或变压器带来 危险，特别是发生内部故障，短路电流产生的高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且 使绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，导致变压器外壳局部变形、破坏甚至引 起爆炸。因此，变压器发生故障时，必须将其从电力系统中切除。变压器油箱外部故障 包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。 变压器不正常运行状态主要指过负荷、油箱漏油造成的油面降低以及外部短路引起 的过电流。对于大容量变压器，因其铁芯额定工作磁通密度与饱和磁通密度比较接近， 所以系统电压过高或系统频率降低时，容易过励磁。过励磁也是变压器的一种不正常运 行状态，变压器处于不正常运行状态时，应发出信号。 为了保证电力系统安全稳定运行，并将故障或不正常运行状态的影响限制到最小范 围，按照 GB 142581993继电保护和安装自动装置技术规程的规定，变压器应装设 以下保护装置。 5.1.1 气体保护(瓦斯保护) 对于 0.8MVA 及以上油侵式变压器和 0.4MVA 及以上车间内油侵式变压器，均应装设 气体保护。当壳内故障产生轻微气体或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量气 体时，应动作于断开变压器各侧断路器。本设计的变压器容量为 27.5MVA，因此在变压 器上装设了气体保护。 带负荷调压的油侵式变压器的调压装置，亦应装设气体保护。 沈阳工程学院毕业设计 -12- 查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第 2.3.2 条。 5.1.2 纵差动保护或电流速断保护 对于变压器引出线，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 以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及 10MVA 以下厂用备用变压 器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于 0.5S 时，应装设电流速断保护。 对 6.3MVA 以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，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负荷要求的变压器，应 装设纵联差动保护。对于高压侧电压为 330kV 及以上的变压器，可装设双重差动保护。 查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第 2.3.3 条。 5.1.3 过电流保护 对由外部相间短路引起的变压器过电流，应按下列规定，装设相应的保护作为后备 保护，保护动作后，应带时限动作于跳闸。 （1） 过电流保护宜用于降压变压器，保护的整定值，应考虑事故时可能出现的过 负荷。 （2） 复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流 保护不负荷灵敏性要求的降压变压器。 （3） 负序电流和单项式低电压起动的过电流保护，可用于 63MVA 及以上升压变压 器。 （4）当复合电压起动的过电流保护或负序电流和单相式低压起动的过电流保 护不能满足灵敏度性和选择性要求时，可采用阻抗保护。 查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第 2.3.5 条。 5.1.4 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，并作为其他负荷的电源时，应 根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。对自耦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。 过负荷保护应能反映变压器各绕组的过负荷情况。对双绕组升压变压器应装设在发 电机电压侧；对双绕组降压变压器应设在高压侧，当三侧都有电源时，则三侧都应装过 负荷保护，对于单侧电源的三绕组降压变压器，若三侧绕组容量相同，则过负荷保护只 装在电源侧；若三绕组容量不同，则在电源侧和容量较小的一侧分别装设过负荷保护； 对于双侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。 查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第 2.3.11 条。 5.1.5 零序电流保护 110kV 及以上中性点直接接地的电力网中，如变压器的中性点直接运行，对外部单相 开西变电所继电保护设计 -13- 接地引起的过电流，应装设零序电流保护。用作变压器外部接地短路时的后备保护。保 护直接动作于跳闸。 查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第 2.3.8 条。 5.1.6 过励磁保护 高压侧电压 500KV 的变压器，对频率降低和电压升高引起的变压器工作磁密过高， 应装设过励磁保护。保护由两段组成，低定值段动作于信号，高定值段动作于跳闸。 查继电保护和安装自动装置技术规程的规定。 5.1.7 本所采用变压器保护 （1）气体保护(瓦斯保护) （2）变压器的纵联差动保护 (3) 过电流保护 (4) 过负荷保护，过负荷保护采用单项式，带时限动作于信号 (5) 变压器的温度信号装置 5.2 线路保护配置的方案： 5.2.1 相间短路保护应按下列原则设计： （1） 保护装置如由电流继电器构成，应接于两相电流互感器上，并在同一网络的 线路上均装在相同的两相，以保证当发生不在同一处的两点或多点接地时，切除故障。 （2） 保护装置应采用远后备方式。 （3） 如线路故障使发电厂厂用电或重要用户母线电压低于 5060额定电压， 以及导线截面积小于不允许延时切除故障时，应快速切除故障。 （4） 过电流保护的时限不大于 0.5-0.7 秒,且没有第三款及保护配合上的要求时, 可不装设电流速断保护。 5.2.2 对相间短路，应按下列规定装设保护装置 1单侧电源放射式单回线路 一般装设带速断或不带速断的过电流保护，保护装置可采用定时限或反时限特性。 带电抗器的线路，如其断路器不能切除电抗器前的短路，则不应装设电流速断。此外， 应由母线保护切除电抗器前的故障，自发电厂母线引出的不带电抗器的线路，应装设无 时限电流速断，其保护范围应保证切除所有使该母线残余电压低于 5060额定电压 的短路。为了满足这一要求，必要时，保护装置可无选择的动作并以自动重合闸或备用 电源自动投入来补救。保护装置仅装在线路的电源侧。 2双侧电源线路 （1）一般装设带方向或不带方向的电流速断保护和过电流保护。 沈阳工程学院毕业设计 -14- （2）下列线路，如本款第一项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作主保护，带方向或不带方向的电流保护作后 备保护。纵联保护如敷设专用辅助导线时，其长度不宜超过 12 公里。为了监视辅助导 线是否完好，应装设专用的监视或监测装置。 并联的电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。 3并列运行的平行线路 宜装设横联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 护作为两回线同时运行的后备保护，及一回线断开后的主保护和后备保护。 4发电厂厂用电源线宜装设纵联差动保护。 5.2.3 对单相接地故障，应按下列规定装设保护装置 （1） 在发电厂或变电所母线上，一般装设网络单相接地的监视装置，监视装置反 应零序电压，作用于信号。 （2） 有条件安装电流互感器的线路，如电缆线路或经电缆引出的架空线路，当单 相接地电流能满足保护的选择性和灵敏性要求时，应装设作用于信号的单相接地保护： 如不能安装零序电流互感器，而单相接地电流足以克服电流二次回路中不平衡电流的影 响，例如单相接地电流较大或保护装置反应接地电流的暂态值等，也可将保护装置接于 三个电流互感器构成的零序回路中。 （3） 在出线回路数不多或难以装设单相接地保护时，可用依次断开线路的方法寻 找故障点。 （4） 根据人身和设备安全的要求，必要时，应装设动作于跳闸的单相接地保护。 5.2.4 对线路单相接地，可利用下列电流构成有选择性的电流保护和功率方向保护： （1） 网络的自然电容电流； （2） 消弧线圈补偿后的残余，例如残余电流的有功分量或高次谐波分量； （3） 人工接地电流，但此电流应尽可能小，一般不大于 1020 安； （4） 单相接地故障的暂态电流。 5.2.5 本所采用线路保护 两条 8.2km 出线采用无时限电流速断