35kv变电所母线保护的继电保护设计

1、 论文（设计）题目 35kv变电所母线保护的继电保护设计 子课题题目 35kv变电所母线保护的继电保护设计摘 要（宋体、三号、加粗）母线承担着汇集和分配电能的重要任务，其工作的可靠性将直接影响到发电厂和变电站工作的可靠性。母线发生故障时，可能会引起系统稳定性的破坏，造成严重的后果，母线在电力系统中的重要地位使得母线接线方式及母线保护方式的选择与运行成为保证电力系统安全运行的重要环节之一。 随着国民经济的不断发展，工业区内新崛起的工矿企业用电量不断的增加，大大加重了供电、用电能力，用电紧张面临日趋严重，为适应这一发展的需要，减少远距离输送电能损失，提高电能质量，保护供电的安全性、可靠性、技术经济

2、的合理性，很有必要在该区组建一所35kv变电所，以适应经济发展的需求。 35kv变电所属于配电网，其处于电力系统的末端，直接与用户相连，是向用户供应电能和分配电能重要环节，其可靠性指标可以集中反映整个电力系统结构及安全稳定运行特，35kv变电所的母线可靠性更具有实际意义，与电力用户的生活与生产密切相关，但是目前我国35kv及以下电压等级变电站中的母线一般都没有装设母线专用保护，所以有必要对35kv变电所的母线保护进行专门的设计研究。本文对国内外各种35kv母线的保护原理和方案进行研究，从使用现状、动作特性、安装接线条件、经济性等方面全面比较各种保护方案的优缺点，设计具体实现方案，确定运行方式及

3、电路图等值图，进行短路计算和整定计算，确定继电保护的装置配置。制定出投资小，施工量不大既能应用在新建站，也能应用于现有变电站，满足母线保护技术特性的专用母线保护方案。（宋体、小四号）关键词（黑体、小四号、加粗）：继电保护;母线保护;动作特性;保护原理（宋体、小四号、加粗）摘要（英文）：(另起一页)Abstract（Times New Roman、三号、加粗） Buses undertake important tasks of assembly and distributing electric energy, its reliability will directly effect the

4、reliabilities of the power plant and the subsstation#（Times New Roman、小四号）Keywords: # ; # ; # ; #（Times New Roman、小四号、加粗）目录：(另起一页) （各级标题编号可根据需要作相应变更） 目 录（黑体、三号、加粗）第一章 # 1（页码）1.1 #. 11.1.1 #. 1.1.1.1 #.第二章 #.2.1 #.2.1.1 #. .2.1.1.1 #. .参考文献. .附录. .谢辞. . 毕业论文（设计）题目（若有子课题则写子课题题目）正文：(另起一页) （各级标题编号可根据需要作

5、相应变更，正文中文一律采用宋体小四号字，标题加粗，行间距1.5倍） 第一章 绪论（黑体、三号、加粗）1.1 本文研究背景和意义（宋体、四号、加粗）该变电所拟建于XX市新开发的高科技开发区，随着国民经济的不断发展，工业区内新崛起的工矿企业用电量不断的增加，大大加重了供电、用电能力，用电紧张面临日趋严重，为适应这一发展的需要，减少远距离输送电能损失，提高电能质量，保护供电的安全性、可靠性、技术经济的合理性，很有必要在该区组建一所新型变电所，以适应经济发展的需求。 目前在我国35KV及以下电压等级的母线，一般都没有装设母线专用保护。目前国内应用最广泛的母线保护方案就是利用相邻元件后备过流保护作为母线

6、保护，比如利用发电机的过电流保护使发电机的断路器跳闸予以切除，利用变压器的过电流保护先跳开低压母线分段断路器或变压器低压侧断路器，也可以利用供电线路的保护切除故障保护。保护整定时由于考虑到与馈线和母线分段开关的配合，保护跳闸时间一般整定为 1.01.4s，有的甚至更长，达 2.0s 以上。 在变电所各种各样设备保护，包括线路保护、电压器保护、输电线路的纵联保护、母线保护等等。与其他主设备保护相比，对母线保护的要求更苛刻。 母线保护的拒动及误动将造成严重的后果。母线保护误动将造成大面积停电；母线保护的拒动更为严重，可能造成电力设备的损坏及系统的瓦解。母线保护不但要能很好地区分区内故障和外部故障，

7、还要确定那条或那段母线故障。由于母线影响到系统的稳定性，尽早发现并切出故障尤为重要。当变电所母线发生故障时，如不及时切成故障，变电站中低压母线短路产生的电弧会直接烧毁故障点附近的母排和开关柜，严重时会发生爆炸危及相邻的开关柜，引起连锁反应，造成整段开关柜损坏；母线短路产生的电动力，可能引起主变压器低压侧线圈变形，造成主变损坏。故障持续过程中，产生的电弧可能引发其他部位的故障。在采用户内开关柜式配电装置的情况下，电弧还可能将开关柜内的器件点燃，引起火灾，大面积烧毁配电设备及破坏系统的稳定性，从而造成全厂或全变电所大停电，乃至全电力系统瓦解。因此,在重要的35kV及其以上的发电厂或变电所的母线上,

8、都需要装设专用的母线保护装置。1.2 原始资料 高压电源为35kv，采用双回路供电，其中一条来自旅游度假区新河（A）站，另一条贿赂来自西华（B）站 。电源容量为无限大系统，A站最小运行方式系统电抗为1.679，最大运行方式系统电抗为4.76；B站最小运行方式系统电抗为0.3056，最大运行方式系统电抗为1.054.短路容量分别为200MVA和250MVA，定时限过电流保护动作时间均为2.0s。电压等级为35/10kv，35kv出线共2回，所接负荷为化工厂。10kv出线共5回，其中3回架空线，每回输电容量为1200kw，2回电缆线路，每回输电容量1700kw，以一、二级负荷为主，负荷线路长度为1

9、0km。35kv单母分段接线，10kv单母分段接线。主变压器两台S9-6300/35kv，Y，d11接线变压器。以两个电源全投入运行，负荷全投，母线分段断路器合闸运行为最大方式；以B电源停运，电缆停运，分段断路器断开运行为最小运行方式。1.3母线保护的现状和发展动态母线保护由过去的固定连接式母线完全差动保护，电流相位比较式母线差动保护。发展到现在的中阻抗比率制动母线差动保护和微机母线差动保护。迄今为止，在电网中广泛应用过的母联电流比相式差动保护电流相位比较式差动保护，比率制动式差动保护经各发，供电单位多年电网运行经验总结，普遍认为就适应母线运行方式、故障类型过渡电阻等方面而言。无疑是按分相电流

10、差动原理构成的比率制动式母差保护效果最佳。随着我国电网电压等级的提高新型传感器的应用以及lEC一61850标准的推行，母线保护技术也必将提高到一个新的水平。中阻抗比率制动母线差动保护和集中式微机母线差动保护以其良好的性能在目前的市场占据主导地位，分布式微机母线保护将是未来的主要发展方向。1.4 本文主要研究的内容1.35kv变电所母线继电保护方案的初步选择和参数计算； 2.运行方式的确定及电路图等值图； 3.根据继电保护要求进行短路计算； 4.继电保护整定计算； 5.继电保护装置配置；第2章 母线保护原理分析2.1 母线差动保护原理 目前母线保护均采用电流差动保护，有时又称“母差保护”，判据为

11、流入母线的电流相位和。 母线的差动保护原理示意图如下：(1) 正常运行及区外故障时有，母线保护不应动作。(2) 母线故障时有,即，母线保护应动作。2.1.1母线完全差动保护 在母线的所有连接原件上装设具有相同变比和特性的电流互感器，按同名相、同极性连接的差动回路。保护接线图如下： 差动继电器定值按下列条件计算： （1）躲开外部短路时产生的不平衡电流； （2）躲开母线连接元件中，最大负荷之路的最大负荷电流，以防止电流二次回路断线时误动。 在发生母线短路时，流过各电流互感器的短路电流值比总短路电流小。如果略去各电流互感器的励磁电流，流入母线保护的电流近似为总短路电流。如果该电流大于母线保护的动作电

12、流时，母线保护即动作，将连接在故障母线上的断路器都跳开。 由于电流差动母线保护不需要与各连接元件的其它保护装置相配合，可以正确地区分母线的内部和外部短路故障，因此它是一种接线简单，可以瞬时动作和可靠的母线保护方式。2. 1.2母线不完全差动保护 只将连接于母线的各有电源元件上的TA接入差动回路，无电源元件（电抗器或变压器）的TA不接入差动回路。 这种方式下，正常运行时差动继电器内部有电流，大小为所有元件提供的负荷电流。因此，其整定值采用分段处理。 2.2双母线同时运行时的母线保护 在发电厂及重要变电站的高压母线上，一般采取双母线同时运行（母联开关投入）的方式，每组母线连接部分（大约1/2）负荷

13、和电源元件。当每一条母线故障时，将只影响到一半的负荷。此时，必须要求母线保护具有故障选择能力。 根据实现方法不同，分为固定连接方式的母线完全电流差动保护和母联电流相位比较式母线差动保护。2.2.1双母线同时运行方式，按照一定要求，将引出线和有电源的支路固定连接于两条母线上。这种母线的完全差动保护称为固定连接方式的母线差动保护。 优点： （1）接线简单，调试方便，运行人员容易掌握； （2）元件固定时，有很好的选择性。 （3）母联断开后，仍有选择能力，母线先后故障，也能可靠动作。 缺点： （1）固定连接破坏时，无选择能力，将切除两条母线。 （2）因要躲外部故障时的最大不平衡电流，灵敏度较低。 （3

14、）由于采用了速饱和变流器，动作时间较慢，不能快速切出故障。2.2.2母联电流相位式比较式母线差动保护 这种保护是在具有固定连接元件的母线电流差动保护的基础上改进而来的。它利用比较母联开关钟夫人电流与总的差电流的相位作为故障母线的选择元件。 当一母故障时，故障电流从二母通过母联流向一母。 当二母故障时，故障电流从一母通过母联流向二母。二总差流是反映母线故障的，相位不变，因此，只要母联有电流流过，选择元件能正确动作。优点： 不要求元件固定连接于母线，可大大提高母线运行方式的灵活性。缺点： （1）正常运行时母联必须投入运行； （2）如果母联拒动，将造成非故障母线通过母联向故障母线提供短路电流，故障不

15、能切除； （3）如果母联开关和母联TA之间故障，将会切除非故障母线，而故障母线不能切除； （4）双母线相继故障时。只能切除先发生故障的母线，后故障母线因母联断开不能切除。2.3比例制动式差动保护这种保护的原理是最基本也是最常见的一种保护思想，它常用于许多场合的元件保护甚至线路不是很长的输电线保护上。其原理就是通过比较被保护元件两端的电流大小，利用其两端电流差值作为保护启动的判据。为了防止保护区外故障不误动，在此基础上，又加入了制动分量就构成了此种保护。这种保护原理应用于我国广大范围内的高中压母线以及变压器保护上，且取得了很好的效果，但是它存在一个问题，可能也是元件保护的一个共性，即：电流互感器

16、的饱和误差使得区分元件内部或者外部故障变得更加困难，如何能可靠的躲过 CT 的传变误差是摆在保护工作者面前的一个难题。为此人们又在努力地探索差动保护原理以外的元件保护的新思路2.4复式比例制动式差动保护 复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障。2.5电流闭锁式母线保护电流闭锁式母线快速保护系统（简称母线快速保护）不是单独的装置，它是由两部分组成，一部分是嵌入在变低后备保护装置中的动作元件，另一部分是嵌入在35KV出线（包括馈线、站用变回路、并联补偿电容回路等）

17、保护装置中的闭锁元件。原理图如下所示： 动作元件是反应流经变低开关电流的增大而动作的，母线上发生任何相间短路，都能够反应。闭锁元件是反应10kV出线电流增大而动作瞬时发出闭锁信号，该信号被瞬时传送到变低后备保护装置中母线快速保护的逻辑回路中，以闭锁母线快速保护。 母线快速保护功能设置为投入和分段开关处于断开状态，母线故障时，动作元件动作，无母线快速保护闭锁信号输入，则母线快速保护经一小延时 T1 跳开变低开关，同时闭锁备自投。 当出线保护范围内故障时，闭锁元件瞬时发出闭锁信号并传送至变低后备保护装置，闭锁母线快速保护。要求出线保护装置中的故障判别元件（闭锁元件）具有足够高的灵敏度。 该方案的特

18、点是在构成上不需要增加和改变 TA和 TV 设备和回路,只是在综合保护上增加构成母线快速接点的配合接点,增加的电缆也不多。其缺点是母线保护依赖于进线保护(或分段保护),保护装置本身在物理上不独立。但从现有保护装置改造看，不需要另外增加更多的硬件，就可增加母线快速保护功能。2.6电弧光保护 近年来，随着国内电力工业的高速发展，中压开关柜的应用数量越来越多，由于开关柜弧光短路故障引发的中压母线故障也日益增多；另一方面，用户对供电的可靠性要求也越来越高，国内一些专家也一直强调装设专用中低压母线保护的重要性，用户也希望可以提供一种原理简单、适用于 635kV 的母线保护，以最大限度减少母线故障对设备的

19、损害，提高供电可靠性。在这种背景下，电弧光保护系统在我国电力系统中的应用开始加速发展。 电弧光对设备及人员会造成极大的伤害。当出现弧光时候，弧光以 300m/s 的速度爆发，摧毁途中的任何物质。只要系统中不断电，弧光就会一直存在在开关柜抽屉内。弧光可以迅速的在 10ms 内达到 3m 远， 因此要想最大程度降低损失，时间是个最主要的因素。电弧光的危害程度取决于电弧电流和切除时间。 IEC298 标准附录 AA 中规定的内部燃弧时间是 100ms，目前市场上销售的开关柜基本上是按照 IEC298 标准生产的，也就是说，开关柜可以承受的电弧燃烧时间为 100ms。由于发生弧光故障在断路器动作前，故

20、障短路电弧是一直在燃烧的，即保护动作时间加上断路器分闸时间之和，即为电弧燃烧的持续时间。也就是说，从保护开关柜方面考虑，保护动作时间应在小于 100ms 切除故障以防止弧光短路故障进一步发展扩大造成更大的危害。 电弧光母线保护系统工作原理：开关柜内部发生电弧短路故障时，所产生的故障特性量包括产生电弧、压力上升、电流增大等。电弧保护的主要动作依据是电弧的产生，为了进一步提高保护的动作可靠性及提供有选择性的切除故障，还同时检测电流增量作为闭锁条件。当电弧保护系统同时检测到电弧和过电流时即发出跳闸命令切除故障。2.7母线保护原理比较 经综合比较，电流闭锁式母线快速保护技术上满足要求，投资小，施工量不

21、大，无论是应用在新建站，还是对现有变电站的改造，都具有突出的优点，是现阶段的最佳保护方案。表2.1 35kv母线保护原理比较母线差动保护双母线同时运行电流闭锁电弧光保护机理较复杂复杂简单复杂选择性好好较好较好装置可靠性较低高高较高快速性快速快速快速快速工程施工量大大小大运行维护工作量较大大小大经济性投资大投资大投资最小投资较大与变电站结合较好好好好2.8 本章小结 本章研究了各种35kv母线保护的原理，得出电流闭锁式式母线保护是最优的35kv母线保护方案。第二章 母线保护方案的选择和参数计算2.1 单母线接线2.1.1 单母线无分段接线接线特点：只有一组母线WB，所有的电源回路和出线回路，均经

22、过必要的开关电器连接在该母线上并列运行。优 点：接线简单、清晰，所用的电气设备少，操作方便，配电装置造价便宜。缺 点：只能提供一种单母线运行方式，对状况变化的适应能力差；母线或母线隔离开关故障或检修时，全部回路均需停运（有条件进行带电检修的例外）；任意断路器检修时，其所在的回路也将停运。适用范围：单母线接线的工作可靠性和灵活性都较差，只能用于某些出线回路较少，对供电可行性要求不高的小容量发电厂与变电站中。图1.1 单母线接线图2.1.2 单母线分段接线 接线特点： 利用分段断路器QFd将母线适当分段。母线分段的数目，取决于电源的数目、容量、出线回数、运行要求等，一般分为23段。应尽量将电源与负

23、荷均衡的分配与各母线段上，以减少各分段间的功率交换。对于重要用户，可从不同母线段上分别引出两个及以上回路向其供电。优 点： 可以提供单母线运行、各段并列运行、各段分列运行等运行方式，且 便于分段检修母线，减小母线故障的影响范围。当任一段母线故障时， 继电保护装置可使分段断路跳闸，保证正常母线段继续运行。若分段 断路器平时断开，则当任一段母线失去电源时，可由备用电源自动投 入装置使分段断路器合闸，继续保持该母线段的运行。缺 点： 是在一段母线故障检修期间，该段母线上的所有回路均需停电；任一断路器检修时，所在回路也将停电。适用范围：单母线分段接线，可应用于6220KV配电装置中。图2.2 单母线分

24、段接线2.1.3 单母分段带旁路接线接线特点： 增设了一组旁路母线WP及各出线回路中相应的旁路隔离开关QSp，分段断路器QSd兼作旁路断路器QFp，并设有分段隔离开关QSd.运行特点： 平时旁路母线不带电，QS1、QS2及QFp合闸，QS3、QS4及QSd断开，主接线系统按单母线分段方式运行。当需要检修某一出线断路器（如QF1）时，可通过闸操作，由分段断路器代替旁路断路器，使旁路断路器经QS4、QFP、QS1接至1段母线，或经QS2、QFP、QS3接至2段母线而带电运行，并经过被检修断路器所在回路的旁路隔离开关（如1QF）及其两侧的隔离开关进行检修，而不中断其所在线路的供电。此时，两段工作母线

25、既可通过分段隔离开关QSd并列运行也可分列运行。所以，这种接线方式具有相当高的可靠性和灵活性。适用范围： 广泛应用于出线回路不多，负荷较为重要的中小型发电厂或35110KV变电站中。图2.3 单母线分段带旁路母线接线2.2 双母线接线2.2.1 简单双母线接线 接线特点：设置有两组母线I、II，其间通过母线联络断路器QFL相连，每回进出线均经一台断路器和两组母线隔离开关分别接至两组母线。由于每回路设置了两组母线隔离开关，可以换至两组母线，从而大大的改善了其工作性能。主要优点：1）运行方式灵活。可以采用将电源和出线均衡地分配在两组母线上，母联断路器合闸的双母线同时运行方式；也可以采用任意一组母线

26、工作，另一组母线备用，母联断路器分闸的单母线运行方式，所在回路均不中断工作。 2）检修母线时不中断供电。只需将欲检修母线上的所有回路通过倒闸操作均换接至另一线上，即可不中断供电的进行检修。当任一组母线故障时，也只需将接于该母线上的所有回路均换至另一组母线，即可迅速地全面恢复供电。 3）检修任一回路母线隔离开关时，只中断该回路。这时，可将其他回路均换到另一组母线继续运行，然后停电检修该母线隔离开关。如果允许对隔离开关带电检修，则该回路也可不停电。 4）检修任一线路断路器时，可用母联断路代替其工作。主要缺点：1）变更运行方式时，需利用隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为杂，容易出现误操作，从而导致设

27、备或人身事故。 2）检修任一回路断路器时，该回路仍需停电或短时停电。 3）增加了大量的母线隔离开关母线的长度，装置结构较为复杂，占地面积与投资都增多。图 2.4 简单双母线接线2.2.2 双母线分段接线接线特点：通常将一组母线作为备用母线（如II母线），另一组母线（如I母线）用分断断路器QFd分成两段，并作为工作母线，母联断路器QFL1及QFL2平时断开。若将均用分断断路器分成两段，则可构成双母线四分段接线。主要优点：在发电厂、变电站中，母线发生故障的影响范围很大。采用单母线或双 母线接线时，一段母线故障将造成约半数的回路停电或短时停电。大型 发电厂和变电站对运行卡靠性和灵活性的要求很高，必须

28、注意避免母线 系统故障以及限制母线故障的影响范围，防止全厂停点事故的发生，为 此可考虑采用双母线分段接线。双母线分段接线具有相当高的供电可靠 性与灵活性。主要缺点：所使用的电气设备更多，配电装置也更复杂图2.5 双母线分段接线2.2.3 双母线带旁路母线接线接线特点：为了在检修任一回路断路器时不中断该回路的工作，除两组主母线I、II 之外，增设了一组旁路母线及专用旁路断路器QFp回路。当出线回数较 少时，应尽量采用如图2所示的以母联断路器兼作旁路断路器的简易接线 形式，以节省断器，减少配电装置间隔，减少投资与占地，改善其经济 性。优 点：大大提高主接线系统的工作可靠性。尤其是当电压等级较高、线路回数 较多时，因每一年中的断路器累计检修时间较长，这一优点就更加突出。缺 点：所用的电气设备数量较多，配电装置结构复杂，占地面积较大，经济性 较差。适用范围：一般规定当220KV线路有5（或4）回及以上出线、110KV线路有7（或6） 回以上出线时，可采用有专用旁路断路器带旁路母线接线。图2.6双母线带旁路母线接线     参考文献著录格式(国家标准GB7714-87)A.连续出版物序号 主要责任者文献题名J刊名，