10KV供配电系统二次系统设计

1、 编号 毕业设计（论文）题目 10KV供配电系统二次系统设计 二级学院 电子信息与自动化学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学生姓名 XXXX 学号 指导教师 职称 副教授 时 间 2014年6月4日 重庆理工大学毕业论文 10kv供配电系统二次系统设计摘 要随着社会生活水平的提高，日常生活中出现各种新型用电设备。在运行过程中都可能会发生各种各样的故障和异常运行状态，为了确保在保护范围内发生故障，都能有选择性的快速切除故障，需要配置多种继电保护装置，必要时进行多重化配置。配电所作为电力系统的重要组成环节，不仅通过其内部的变压器将各级电压的电网联系起来，实现电压变换、接受和分配电能、控制电

2、能的功能，并且在末端用户与前端变电站之间发挥着桥梁纽带的作用。配电所的正常运行对整个电力系统都是十分重要的，而二次系统能够完成对变电所各环节的实时监测以及控制等功能。因此，一个合理的二次系统设计将是变电所甚至整个电力网络的安全、可靠、稳定运行的保障。本论文以某10kv配电所二次系统为研究对象，首先对配电系统及其继电保护进行概述，介绍了它的组成结构；其次对系统的继电保护进行设计，包括配电变压器保护和线路保护等，计算出相应电气设备的继电保护值，并对设备灵敏度进行校验；最后对配电所二次回路进行分析总结。关键词：配电系统; 二次系统; 继电保护; 配电所AbstractWith the develop

3、ment of the social living standards, there are all sorts of new type of electric equipment in daily life. Electrical system possibly will break down various in the movement process and exceptionally the running status. To guarantee that the fault occurs in the extent of protection can be selectively

4、 removed fast，we need to dispose many kinds of relay protection installments when the necessity will carry on the multi-densified disposition. The distribution substation is an important component part of the power system, and it links the grid at all voltage levels through its internal transformer,

5、 achieves the function such as voltage conversion, acceptance and distribution of electric energy and control energy, and also plays an important role as a linking bridge between users and front-end transformer substation. The normal operation of the distribution substation is quite important t

6、o the entire power system, while the secondary system could complete the function of real-time monitoring and control among its chains. So a reasonable secondary system design is a security to the safe, reliable and stable operation in the substation even the entire power network. The research objec

7、t in this paper is 10kv secondary system. Firstly, it summarizes the secondary distribution system and shows us the structure of the system. Second we design the system of relay protection, including the distribution transformer protection and line protection, etc In the system all the possible shor

8、t-circuit fault analysis calculated on the basis of a conductor of electrical equipment and checking the sensitivity of equipment. At last, the paper gives an analysis of the secondary circuitKeyword：Power system, secondary system, relay protection，distribution substation II目 录摘 要IAbstractII1绪论11.1供

9、配电系统11.2课题研究的意义21.3课题研究的现状和发展情况21.4继电保护概述31.5本章小结42一次系统设计52.1电气主接线概述52.2主接线方案选择52.3主接线图62.4短路计算72.5本章小结93线路保护设计103.1线路常见故障和保护配置103.2电流保护接线方式103.3过电流保护113.4瞬时电流速度保护133.5限时电流速断保护143.6接地保护153.7线路距离保护163.8线路整定计算193.9线路保护方案223.10本章小结234变压器保护设计244.1变压器故障类型和保护配置244.2变压器纵联差动保护254.3瓦斯保护294.4过电流保护304.5变压器零序电流

10、保护304.6过负荷保护324.7整定计算324.8变压器保护方案344.9本章小结355配电所的二次回路365.1.二次回路概念365.2.变配电所操作电源设计365.3.电气测量仪表385.4.断路器控制与信号回路395.5.自动重合装置405.6.本章小结416结论42致 谢43参考文献44文献综述46 1 绪论随着国民经济的发展和社会科学的进步，现代社会是以信息技术为先导的知识经济时代，这就要求电力工业必须先行，电力工业已成为衡量一个国家综合国力和现代文化水平的标志之一。近年来我国电力工业迅猛发展，已建成并投入运行交流1000kV特高压输电线路、直流±800kV特高压输电线路

11、，达到世界领先水平。截至2011年年底，我国发电机装机容量达105577万千瓦（kW）,居世界第2位，发电量达46037亿度（kWh），居世界第1位。工业用电量占全部用电量的70%80%，是电力系统的最大电能用户1。国家电网、南方电网、华能集团跨入世界500强行列，大唐集团接近500强的门槛。电力工业的快速发展还带动了我国装备制造业自主设计、自主创新能力的大幅提升。我国大型空冷发电机组的开发应用居国际领先地位，并成为世界上大型循环流化床锅炉应用最多的国家。1.1 供配电系统供配电系统是电力系统的电能用户，也是电力系统的重要组成部分，它由总降压变电所、高压配电所、配电线路，车间变电所或建筑物变电

12、所和用电设备组成2。图1.1为10KV供配电系统结构框图。供配电所是用来对电力系统中的电能（包括电压和电流）进行变换、集中和分配的场所，主要由电力变压器、配电装置和二次装置等组成3。为了得到优质的电能同时又保证电气设备的安全运行，我们需要在变电所中进行电压的调整、潮流的控制以及各种主要电气设备和输配电线路的保护。图1.1 供配电系统结构框图1.2 课题研究的意义电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等五个环节组成的。在电力系统中，大量的、各种类型的电气设备通过线路紧密地联结在一起4。因为覆盖的范围极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不可避免的。由于电力系统的特殊

13、性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。 10KV供电系统是电力系统的一部分，是连接城市和工厂用电的枢纽，所以对其二次系统的研究及其重要。二次系统是整个变电所控制和监视的神经系统，二次回路是否合理可靠，直接关系到整个变电所甚至系统能否安全可靠运行5。总结近些年来国内外频现的变电所事故我们会发现，造成系统故障的根本源头往往出现在二次回路系统中，有的是二次回路本身设计存在缺陷，有的是系统出现故障时，而二次回路却不能将其及时切除造成的。由此可见，变电所二次系统的合理性、正确性、精确性对整个变电

14、所有着至关重要的作用。1.3 课题研究的现状和发展情况二次系统现在有四种构成模式：常规模式、微机监测模式、微机监控模式以及全微机模式6。常规模式的二次系统其技术过于落后，自动化水平低，基本上已经被淘汰；微机监测和监控两种模式在传统老式变电所的技术改造中发挥着重要作用；全微机模式的二次系统目前也大量使用在各地的变电所中。即便最先进的全微机模式其功能上的重叠、设备的重复等不合理问题也使得其存在这样或那样的问题，目前最适应当前科技水平及广大需求的当属变电所综合自动化系统。 随着经济的高速发展，国内电力系统的建设已经成为一个值得深入探讨的问题。根据我国变电所目前的状况，以及近些年计算机和网络技术的迅猛

15、发展，使得电力系统的变电技术有了新的飞跃，在我国的变电所设计中已经体现出了一些新的趋势。 首先，变电所的接线方案更加简单。这是伴随着生产者提供的高质量的电气设备和电网供电可靠性的增加而出现的。比如说断路器，它是变电所很重要的电气设备，近年来，其制造技术有了很大的发展，其组成部件大量采用组合模式，减少了开关之间的连接线，可靠性大大提高。 其次，变电所综合自动化系统的应用。不管从国内还是国外，或是从管理、运行以及设计，对于变电所综合自动化系统，各方面的专家均取得了共识。数字化、装配化、智能化、自动化是我国在变电所自动化技术方面的几个主要体现. 1.4 继电保护概述电力系统在正常运行中，可能因为种种

16、原因会发生各种故障或异常运行状态，发生短路故障，烧毁电气设备，造成大面积停电，甚至损坏电力系统的稳定性，引起系统震荡或解列。因此，必须采取各种有效措施消除或者减少故障。一旦系统发生故障，应迅速切出故障设备，恢复正常运行；当发生异常运行状态时，应及时处理，以免引起设备故障。继电保护的任务是自动地、迅速地、有选择地将故障设备从供配电系统中切除，其他非故障设备恢复正常供电；正常反应电气设备的差异运行状态，发出预警信号，以便运行人员采取措施；与供配电系统的自动装置配合，提高供配电系统的可靠性7。要完成电力系统继电保护的任务，就必须区分出电力系统正常、不正常工作和故障状态，找出三种运行状态下的电气量与正

17、常运行时的差异，利用这种差异，实现对正常、不正常工作和故障元件的区分。利用电力系统故障时，会引起电流增大、电压降低、电压和电流间相位角改变，可构成电流保护、电压保护、方向保护，利用线路始端测量阻抗降低和两侧电流之差可以构成距离保护和差动保护等。根据继电保护的任务，继电保护应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。可靠性是指继电保护在其所规定的保护范围内，发生故障或异常运行状态时应动作；发生任何保护不应该动作的故障或异常运行状态时不动作。选择性是指当发生故障时，首先由故障设备或线路本身的保护装置动作，切出故障，使停电范围最小，保障系统无故障部分仍然可以正常工作。灵敏度是指设备或线路的被保护范围

18、内发生故障时，保护装置具有正确的动作能力的裕度。在继电保护的范围内，不论系统的运行方式、故障的性质和位置如何，保护都可以正确动作。速动性是指发生故障时，保护装置应尽快切出故障，其目的是提高电力系统的稳定性，减轻故障设备或线路的损毁程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸装置和备用电源自动投入的效果等。继电保护装置主要由测量比较单元、逻辑判断单元和执行输出单元三部分组成8，如图1.2。图1.2 继电保护装置组成方框图测量比较单元测量被保护设备的某些状态参量，和保护装置的整定值进行比较，得出“是”、“非“等逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。常用的测量比较元件有过电流器、低电压继电器、差动继电器

19、和阻抗继电器等9。逻辑判断单元根据测量比较单元输出逻辑信号的大小、性质、先后顺序、持续时间等，按一定的逻辑关系判断故障量，确定是否应该是断路器跳闸、发出信号或动作，输出相应信号执行输出单元。执行输出单元根据逻辑判断单元的输出信号驱动保护装置动作，使断路器跳闸、发出信号或者动作。1.5 本章小结本章简单介绍了我国电力事业的迅猛发展，以及供配电系统的基本机构，对电力系统继电保护的要求任务原理等做了概括介绍，要求我们更加注重二次系统的设计，保证供电的安全性和可靠性。2 一次系统设计122.1 电气主接线概述电气主接线是指发电厂或变电站中的一次设备按照计划要求连接起来，表示生产，汇聚和分配电能的电路1

20、0。它反应变电站的电能从输送到分配的过程。电气主接线是电力系统接线的主要部分。它表明了变压器，线路和断路器等电气设备的数量，并且指出应该以何种方式来连接变压器，线路以及如何与电力系统相连接，从而完成变电和输配电的任务。主接线的确定对电力系统的安全，稳定，灵活，经济运行，以及对变电所的电气设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的确定等均有密切的关系。2.2 主接线方案选择目前变电所常用的主接线形式有：单母线、单母线分段、单母线分段带旁路、双母线、双母线分段等11。我们在比较各种电气主接线的优劣时，主要从安全性、可靠性、灵活性、经济性三个方面。对10kv侧的主接线拟定了两种方案，如图2.1。(

21、a) (b)图2.1 主接线方案(a)单母线不分段;（b）单母线分段单母线不分段方式比较简单，设备少，操作方便，若某路出线发生故障或者需要检修，则要断开该路出线对相应的断路器和线路隔离开关。若母线或者母线隔离开关发生故障或者需要检修时，则必须停止整个系统的供电，运行的可靠性和灵活性较差。单母线分段接线方式既可以分段运行，也可以并列运行。分段运行时，各段母线互不影响，相当于但母线不分段接线的运行方式，各段母线的电气系统互不影响。并列运行时，两条母线都可以从两个电源取电，当某一电源检修或者故障时，不会造成停电。整体来说供电可靠性高，运行灵活操作简单。 本配电所出线接有工厂，对于供电的可靠性要求较高

22、，综上所述，可选用单母线分段接线方式。2.3 主接线图本配电所10KV有两回进线，分别由两个110kv变电所低压侧经过架空线路输送，配电所低压侧向一个工厂和小区进行供电。一次主接线采用单母线分段的不带旁路母线且供电采用双回路供电方式，当一条母线发生故障时，分段断路器自动切除故障段，保证正常母线不间断供电，图2.2为一次系统主接线图。233.13.23.3图2.2 一次主接线图2.4 短路计算短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称

23、短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都不是对称短路12。下面采用标幺值法进行短路电流计算。（1）确定基准值：取基准容量 基准电压 则基准电流 (2) 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值： 架空线路电抗标幺值: 查手册得 变压器的电抗标幺值： 短路等效电路图如图2-2所示图2.3 短路等效电路图最大运行方式短路时 短路时短路时短路时短路时短路时最小运行方式下短路时 短路时短路时短路时短路时短路时 短路计算结果下表2.1。表2.1 短路计算结果K1K2K3K4K5K6最大运行方式0.817.817.81.627.127.1最小运行方式0.815.5215.521.620.

24、0520.052.5 本章小结本章是10kv配电的一次主要部分。根据实际情况，主要阐述了一次的主接线方案，设计出主接线图。假设系统可能发生短路的故障点，简化主接线图进行短路计算，为后面线路保护和变压器保护提供依据。3 线路保护设计3.1 线路常见故障和保护配置10KV电压等级线路较短，通常为单端供电，常见故障有相间短路、单相接地和过负荷13。因此继电保护比较简单，按GB50062-2008电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定，对线路相间短路，当过电流保护的时限不大于0.50.7s时，可配置带时限的电流速断保护。对10KV中性点非有效接地系统中的单相接地短路，应装设单相接地保护。对于线路过负

25、荷，应配置带时限的过电流保护，动作于信号，当危机设备安全时，可动作于跳闸14。3.2 电流保护接线方式电流保护的接线方式是指电流保护中的电流继电器与电流互感器二次绕组的接线方式。可分为三相三继电器方式、两相两继电器方式。为了方便，引入接线系数，它等于流入继电器的电流与电流互感器二次绕组的比值，即 （3-1） 3.2.1 三相星形接线方式三相星形接线方式是将三个电流继电器和三个电流互感器连接在一起，互感器和继电器均接成星型，又称完全星型接线。如图3.1所示，三个继电器的启动跳闸回路是并联连接的，其中任一输出均可动作于跳闸或启动时间继电器等。由于在每一相都装有电流继电器，因此可以反映各种相间短路和

26、中心点直接接地系统中的单相接地短路。图3.1 三相三继电器接线方式3.2.2 两相星形接线方式两相星形接线方式是指将两只电流继电器分别装在A、C相的电流互感器连接，又称不完全星形接线，如图3.2所示。因为B上没有装电流互感器和电流继电器，所以，它不能反映单相短路，只能反映相间短路。此接线方式主要用于小接地电流系统的相间短路保护。图3.2 两相两继电器接线方式三相星形接线需要三个电流互感器和三个电流继电器和四根二次电缆，是复杂且不经济的。大多运用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保护中。两相星形接线较为简单经济，本设计中选用两相星形接线。3.3 过电流保护当线路上的电流大于继电器的动作电流时继

27、电器动作，这种保护装置称为过电流保护。根据继电器特性的不同，可分为定时限过电流保护和反时限过电流保护15。一般情况下，它不仅可以保护本线路的全长，而且可以保护相邻线路的全长，起到远后备的作用。考虑到10KV线路结构简单，本设计采用定时限过电流保护。3.3.1 过电流保护的接线和原理定时限过电流接线如图3.3所示，当线路发生短路时，流过电流继电器的电流大于继电器的动作电流，电流继电器KA瞬时动作，闭合其触点，时间继电器KT线圈得电，经过整定时限后，KT延时触点闭合，使中间继电器KM和信号继电器KS动作。KM常开触点闭合，接通断路器跳闸线圈YR，断路器QF跳闸，切除短路故障。同时KS动作，发出声音

28、或者灯光信号。图3.3 过电流保护的接线图3.3.2 过电流保护整定动作电流按躲过线路正常运行时流经本线路最大负荷电流整定，其中保护装置的返回电流也必须躲过线路的最大负荷电流。整定公式如下: (3-2)式中：可靠系数；自启动系数；电流继电器返回系数 动作时限定时限过电流保护的动作时限与短路电流的大小无关，为了保证选择性，应与后一级线路保护的时限大一个时限差，按照阶梯原则整定。 (3-3)灵敏度校验当过电流保护作为本线路主保护，采用最小运行方式下本线路末端的两相短路电流进行校验；当作为相邻线路的后备保护时，采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验。 (3-4)式中：保护装置一次侧动

29、作电流。3.4 瞬时电流速度保护对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。为了确保其选择性，此保护只能保护线路的一部分。当线路为线路变压器线路时，由于变压器阻抗较大，短路点的电流大为减少，此时可以保护线路的全长并可以保护变压器一部分。本设计因为线路与变压器相连，所以瞬时电流速断保护可以保护线路全长。1.13.4.1 电流速断接线和工作原理电流速断保护是一种不带时限的过电流保护,如图3.4所示，当线路发生故障时，电流互感器的二次侧电流增大，当大于瞬时电流速断的动作电流时，继电器1KA和2KA动作，信号继电器1KS线圈和中间继电器KM线圈通电，1KS触点闭合发出信号，KM动

30、作使断路器跳闸。图3.4 电流速断保护接线图 3.4.2 电流速断保护整定计算动作电流按照躲开所保护线路末端最大短路电流的动作值整定，即动作电流为整定值为 (3-5)式中：可靠系数； 动作时限由于保护时瞬时动作的，所以动作时限为0s。保护范围计算最小保护范围 (3-6)3.5 限时电流速断保护由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，可以增加一段带时限动作的保护来切除本线路上速断保护以外的故障，也可以作为速断保护的后备，这就是限时电流速断保护。1.23.5.1 工作原理如图3.5所示保护2，限时限电流速断保护要保护线路的全长，因此它的保护范围必须延伸到下级线路去，当下及线路出口发生短路时

31、，它就要启动。这种情况下，为了保证动作的选择性，就必须使保护的动作带一定的时限，此时限与延伸的范围有关，且保护的范围不应超过下级线路速断的范围，而动作时限要比下级线路的速断高出一个时限级差。通过上下级相互配合，可以使全线路的故障都可以在内被切除。图3.5 限时电流速断原理3.5.2 保护整定动作电流限时电流速断保护的动作电流应躲过下级线路瞬时电流速断保护的动作电流整定，即 (3-7)动作时限动作的选择性，其动作时限比下级线路速断保护的动作时限大一个时限级差。由于速断保护的时限接近于0，所以时限电流速断保护的动作时限约为0.5s.灵敏度校验 保护的灵敏度校验用系统最小运行方式下线路末端的两相短路

32、电流进行校验。即 （3-8）如果灵敏度不满足要求时，可考虑与下级线路的限时电流速断保护相配合，其动作时间也必须比下级线路限时电流速断大一个，以保证选择性。3.6 接地保护在中性点直接接地电网中，当发生单相接地短路时，出现较大的短路电流，一般装有接地短路保护。三段式零序电流保护是常用的中性点直接接地电网接地故障主保护 11, 运用于110KV以上电网中，如图3.6所示。图3.6 零序电流原理接线图对于中性点不接地系统单相接地时，流经接地点的电流为电容电流，数值很小，系统人可以运行一段时间，只需要在发生接地短路时，发出报警信号即可，运行于35KV以下的电网中，如图3.7所示。 （a） (b)图3.

33、7 单相接地保护原理图（a）架空线路; （b）电缆线路3.7 线路距离保护距离保护是利用短路发生时电压电流同时变化的特征，测量电压电流的比值，该比值反应故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作的保护。3.7.1 保护原理电力系统如图3.8，按照继电保护选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在线路MN内部故障时，保护装置才应该立即动作，将相应断路器跳开；而在保护区的反方向或者正方向外短路时，保护装置不应动作。距离保护的保护区用表示。当系统发生故障时，首先判断故障的方向，若故障的方向位于保护的正方向，则设法测出故障点到保护安装处的距离，并将和性比较，若小于，保护应动作，若大于，反

34、之，则不动作。事实上，通过判断故障方向，测量故障距离，判断出故障是否位于保护区内，从而决定是否需要跳闸，实现线路保护。图3.8 距离保护原理示意图3.7.2 整定原则（1）距离保护段整定距离保护段为无延时的速动段，只反映本线路的故障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠不动作。所以整定阻抗应躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定，即 （3-9）式中：距离段的整定阻抗； 被保护线路的长度；被保护线路单位长度的正序阻抗； 可靠系数，一般取0.80.85 （2）距离保护段整定1）距离保护段整定阻抗按以下两个原则进行计算与相邻线路距离段相配合，且段保护范围不应超出下级保护段的动作范围，保护的段整定阻抗为

35、（3-10）式中： 可靠系数，一般取0.8。分支系数取各种情况下最小值。与相邻变压器的快速保护相配合。当线路末端母线接有变压器时，距离段应和变压器的快速保护（一般为变压器差动保护）配合。设变压器的阻抗为 ，则距离段整定阻抗为 （3-11）式中： 可靠系数，一般取0.70.75。2) 灵敏度检验距离保护段应可以保护线路全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度，要求灵敏度满足 （3-12）3) 动作延时距离保护段的动作延时，应比与之相配合的相邻元件保护动作延时大一 个时间级差 ，即 （3-13）式中：与本保护的相邻元件保护断最大的动作延时（3）距离保护段的整定1)段的整定阻抗按以下几个原则计算，取

36、其中最小的作为距离段的整定阻抗。与下级线路距离保护段或段配合整定。在与下级线路距离保护段配合时，段整定阻抗为 （3-14）如果下级线路距离保护段配合灵敏度系数不满足要求，则改为与相邻下级线路距离保护的段相配合。按与下级变压器的电流、电压保护配合整定 （3-15）按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定 当线路的负荷最大且母线电压最低时，负荷阻抗最小，其值为 （3-16）式中： 正常运行时母线电压最低值； 被保护线路最大负荷电流； 母线额定相电压2）灵敏度校验距离保护的段，既作为本线路、段保护近后备，又作为线路下级设备保护的远后备·，灵敏度应分别进行检验。 作为近后备时，按照本线路末端短路校

37、验，计算式为 （3-17） 作为远后备时，按相邻设备末端短路校验，计算式为 (3-18) 式中： 相邻设备的阻抗；分支系数最大值3）动作延时距离保护的段的动作延时，应比与之配合的相邻设备保护动作延时大一个时间级差 。3.8 线路整定计算已知参数线路的电抗为，工厂侧线路，最大负荷； 小区侧线路，最大负荷 1.33.8.1 阶段式电流保护整定电流断保护动作电流 保护动作时间为 电流段保护由于线路下级为变压器，电流断保护可以保护线路的全长，所以可以不用考虑电流段保护。电流段保护最大负荷电流 动作电流 用最小运行方式下本线路末端两相金属性短路时流过保护的电流校验近后备灵敏度，即 满足要求用最小运行方式

38、下相邻线路末端发生两相金属性短路时流过保护的电流校验远后备灵敏度，即 满足要求动作时间 3.8.2 距离保护保护整定变压器电抗 距离保护段整定阻抗为 动作延时 距离保护段按躲开变压器低压侧短路整定 灵敏度检验 不满足要求动作时限 距离保护段按躲开最小负荷阻抗整定 设相间距离III段采用方向阻抗继电器，整定计算公式为 取3.9 线路保护方案对于10KV输电线路，考虑其常见保护配置，本方案采用瞬时电流速断保护、定时限过电流保护以及单相接地短路保护，其保护展开图3.9如下。KA1KA2和KA3KA4电流继电器（LL-11A型），分别构成过电流保护和电流速断保护， 图3.9 10KV线路保护展开图TA

39、1、TA2为电流互感器，型号为LZZBJ12-12,额定电压12KV,变比选择600A/5A。3.10 本章小结电能在输电线路输送过程中，往往因为自然灾害或者人为原因造成线路的短路或者断线。其中单相接地短路和相间短路最为常见。本章主要对线路保护进行分析，以三段式电流保护作为线路的主保护，简约介绍了零序电流保护。针对电流保护的缺点，对线路的距离保护进行详细分析，论述了原理及其整定计算。最后用cad绘出线路保护的展开图。4 变压器保护设计4.1 变压器故障类型和保护配置电力变压器的常见故障分为短路故障和异常运行状态两种。短路故障按发生在变压器油箱的内外分为内部短路故障和外部短路故障。内部短路故障有

40、绕组的匝间短路和相间短路。外部短路故障有引出线的相间短路，外部相间短路引起的过电流，中性点直接接地或经小电阻接地侧的接地短路引起的过电流及中性点过电压。变压器的异常运行状态有过负荷，釉面降低，变压器油温、绕组温度过高及油箱压力过高和冷却系统故障16。根据上述变压器的常见故障，按照GB500622008规定，对变压器保护常做如下配置：1、气体保护。针对400KVA及以上的车间内油浸式变压器和800KVA以上的油浸式变压器应装设瓦斯保护,其中轻瓦斯瞬时动作于信号，重瓦斯瞬时动作与各侧断路器。2、纵差保护。纵联保护是变压器的主保护，10000KVA及以上单独运行的变压器和6300KVA及以上的并列运

41、的变压器，宜装设纵联差动保护。3.后备保护。对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护作为后备保护。过电流保护。宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护。宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护。可用于63000kVA及以上的升压变压器。对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述、保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。上述各项保护动作后，应带时限动作于跳闸。4.中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护110kV

42、及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护。作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护17。4.2 变压器纵联差动保护12344.14.24.2.1 基本原理以双绕组变压器为例，如图4.1为双绕组单相变压器差动保护原理接线图。变压器两侧装有电流互感器，其二次线圈串联成环路，差动继电器并接在差动环路上。流入差动继电器KD的差动电流为变压器两侧电流互感器的二次绕组电流之差即 差动保护的动作判据为 式中：纵联保护的动作电流差动电流的有效值，。图4.1 变压器差动保护接线图若选择变压器变比且使电流互感器的变比为 ，

43、则 忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时一次电流的关系为。差动电流为零，保护不动作；变压器内部（包括变压器与电流互感器之间的引线）任何一点故障时，相当于变压器内部多了一个故障支路，流入差动继电器的差动电流等于故障点电流（变换到电流互感器二次侧），只要故障电流大于差动继电器的动作电流，差动保护就能迅速动作18。图4.2 三绕组变压器纵差动保护接线单相示意图电力系统中常常采用三绕组变压器。三绕组变压器的纵差动保护原理与双绕组变压器是一样的。图4.2所示的是Y，y,d11接线方式三绕组变压器纵差动保护单相示意图，接入纵差动继电器的差电流为: 三相变压器各侧电流互感器的接线方式和变比的选择也要参照Y

44、d11双绕组变压器的方式进行调整，即d侧电流互感器用Y接线方式；两个Y侧电流互感器则采用d接线方式。设变压器的高-低侧（1-3）和中-低侧（2-3）的变比为和考虑到正常运行和区外故障时变压器各侧电流满足 电流互感器变比的选择应该满足 1.2.3.4.4.1.4.2.4.2.1.4.2.2. 变压器差动保护中不平衡电流为了提高差动保护的灵敏度，在变压器正常运行和区外短路时，流入继电器的不平衡电流应尽可能小，甚至为零，但由于变压器连接组别和电流互感器的变比等原因，不平衡电流不可能为零，主要有以下几个原因19： 变压器连接组别引起的不平衡电流变压器通常是YD11连接组，变压器两侧线电流之间就有30&

45、#176;的相位差。因此，即使变压器两侧电流互感器二次电流的大小相等，保护的差动回路仍然会出现由相位引起的不平衡电流。为了消除这一相位差，我们可以将变压器星形接线侧的电流互感器接成三角形接线，变压器的三角形接线侧的电流互感器接成星形接线，如图4.3所示，这样变压器两侧电流互感器的二次侧电流相位相同，消除了由变压器连接组别引起的不平衡电流。图4.3 双绕组三相变压器纵联差动保护原理接线图（a）接线图；（b）对称工况下的相量关系电流互感器变比引起的不平衡电流为了使变压器两侧电流互感器的二次侧电流相等，需要选择合适的电流互感器的变比，但电流互感器的变比是按标准分为若干等级，而实际需要的变比与产品的标

46、准变比往往不同，不可能使差动保护两侧的电路相等，从而产生不平衡电流。可利用差动继电器中的平衡线圈或自耦电流互感器消除由电流互感器变比产生的不平衡电流。变压器励磁涌流引起的不平衡电流在变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复的过程中，由于变压器铁芯中的磁通不能突变，在变压器一次绕组中产生很大的励磁涌流，涌流中含有数值很大的非周期分量，涌流可达到变压器额定电流的810倍，励磁涌流不反映到二次绕组。因此，在差动回路中产生很大的不平衡电流通过差动继电器。可利用速饱和电流互感器或差动继电器的速饱和铁芯减小励磁涌流引起的不平衡电流。4.2.3. 变压器纵差动保护动作电流整定躲过外部短路故障时的最大不平衡电流

47、，计算式为 式中：可靠系数，一般取1.3；外部短路时最大不平衡电流；躲开变压器最大的励磁电流，整定式为 式中：可靠系数，取1.31.5;变压器额定电流；励磁涌流的最大倍数，取48.躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流。即 式中：变压器最大负荷电流，在最大负荷电流不确定时，可取变压器额定电流。按照上述三个条件计算纵联差动保护的动作电流，并取最大值。灵敏度校验纵联差动保护的灵敏度校验式为 式中： 各种运行方式下变压器区内端部故障时，流经差动继电器的最小差动电流灵敏度一般应不低于2。4.3 瓦斯保护4.3.1 瓦斯保护简介电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油箱内故障时，在故障

48、电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其它绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护，它和纵差动保护共同组成变压器的主保护20。1.2.3.4.4.1.4.2.4.3.4.3.1.4.3.2. 瓦斯保护原理瓦斯保护的原理接线图如下图4.4，图4.4 瓦斯保护原理接线图当变压器内部发生轻微故障时，气体继电器KG动作，上触点闭合，发出轻瓦斯信号。当变压器内部发生严重故障时，气体继电器下触点闭合，启动中间继电器KM,使断路器跳闸线圈YR动作，断路器跳闸，同时信号继电器KS发出重瓦斯信号。为了避免重瓦斯动作时，

49、气体继电器因油气混合物冲击引起触点“抖动”，利用中间继电器触点1-2进行“自保持”，以保证断路器可靠跳闸。变压器在运行中进行滤油、加油、换硅胶时，必须将重瓦斯经切换片XB改接信号灯HL,防止重瓦斯误动作，使断路器跳闸。气体保护的优点是动作快，灵敏度高，稳定可靠，接线简单，能反映变压器油箱内部的各种类型故障，特别是短路匝数很少的匝间短路，其他保护可能不动作。瓦斯保护的动作速度是比较慢的，如何提高纵差动保护在绕组匝间短路时的灵敏度仍是一个重要的课题。4.4 过电流保护过电流保护可以作为变压器相间短路的后备保护，保护装置的单相原理接线如图所示，其工作原理与线路定时限过电流保护相同。保护动作后，跳开变

50、压器两侧的断路器。保护的启动电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即 可按以下情况考虑，取最大值。对并列运行的变压器，应考虑切除一台最大容量的变压器时，在其他变压器中出现的过负荷。当各台变压器容量相同时，公式为 式中：n并列运行变压器的可能最少台数；对降压变压器，应考虑电动机自启动时的最大电流，公式为 式中：正常工作时的最大负荷电流；综合负荷的自启动系数保护的动作时限和灵敏系数的校验，与线路保护定时限过电流保护相同。4.5 变压器零序电流保护电力系统中接地故障是最常见的故障形式。接于中性点直接接地系统的变压器，一般要求在变压器上装设接地保护，作为变压器主保护和相邻元件接地保护的后备保

51、护。发生接地故障时，变压器中性点将出现零序电流，母线将出现零序电压，变压器的接地后备保护通常都是反映这些电气量构成的21。中性点直接接地运行的变压器毫无例外的都采用零序过电流保护作为变压器接地后备保护，零序电流保护通常采用两段式。零序电流段与相邻元件零序电流保护段相配合；零序电流段与相邻元件零序电流保护后备段（注意:不是段）相配合。零序电流保护在配置上要考虑缩小故障影响范围的问题。根据需要，每段零序电流可设两个时限，并以较短的时限动作于缩小故障影响范围，以较长时限断开变压器各侧断路器。图4.5所示是双绕组变压器零序过电流保护的系统接线和保护逻辑。零序过电流取自变压器中性点电流互感器的二次侧。由于是双母线运行，在另一条母线故障时，零序电流保护图4.5 零序过电流保护的系统接线和保护逻辑应断开母联断路器QF,使变压器能够继续运行。所以零序电流保护段和段均采用两个时限，短时限、跳开母联断路器QF，长时限、跳开变压两侧段路器。零序电流保护段的动作电流按下式整定 式中：可靠系数，取1.2； 零序电流分支系数； 相邻元件零序电流段的动作电流。零序电流段的短时限取；长时限在上再增加一级时限。零序电流保护段