KV变电所电气二次部分初步设计

1、系统概述1.1 建所目的为了满足电力系统负荷增长需要，拟在某市新建一座110kV 变电站，用 10kV向该地负荷供电。1.2 变电站情况待建变电站 110kV 进线线路有 5 回接线，两回线路与系统相连，其中一回与无穷大系统相连，另外一回与现有 110kV 变电站相连，两回 110kV 线路与一水电站相连；变电站的出线 10kV 有 11 回线路，变电站通过 10kV 向负荷供电。考虑到该变电站在系统中的地位， 110kV 预留一回出线， 10kV 预留 2 回出线。系统接线如图 1.1 所示：S=1000MVAX10.4 X 00.3560kM80kM现有110kV变电站水电厂Xd0.254

2、0kMcos0.825kM待建110kV变电站110kV变电站预留10kV(共11回，预留两回图 1.1拟建变电站系统接线图水电厂装机 4*25MW ，丰水期四台机组满发，枯水季节考虑一台机组运行。1.3 负荷情况该变电站 10kV 出线侧负荷如表 1.1所示：各线路负荷同时率为0.9变电站站用总负荷为400kW, cos0.85 。1/52表 1.110kV 出线负荷一览表名称最大负荷年最大负荷利用率cos线路长度电机厂2.522000.856矿山机械厂2.320000.858汽车制造厂240000.855农机厂1.528000.854自来水厂265000.859有机化工厂1.823000.

3、854饲料厂1.7535000.854部队2.220000.98城东线2.525000.95变压器容量、台数及型式的选择2/522.1 概述在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，考虑到经济性来选择主变压器。同时考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量1 。2.2 主变压器台数的

4、选择由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区110kV 降压变电所，它是以 110kV 所受功率为主。在选择主变台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但投资增大，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。考虑到两台主变同时发生故障机率较小，当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性2 。2.3 主变压器容量的选择主变压器容量一般按变电所建成近期负荷， 510 年规划负荷选择，并适

5、当考虑远期 1020 年的负荷发展，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%80%。该变电所是按70%选。因此，根据计算 见计算书）选出容量为25MVA 的两台主变压器 3 。主变压器参数如表 2.1。表 2.1主变压器的型号及主要参数表型号电压组合及分接范围阻抗电压容量高压低压高低MVA）SFZ7-25000/110110 210 210.5253/522.4 主变压器型式的选择主变压器相数的选择当不受

6、运输条件限制时，在330kV 以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器4 。绕组数的选择本次所设计的变电所具有两种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，选用普通双绕组变压器5 。主变调压方式的选择为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，110kV 及以上网络电压应符合以下标准 6,7：1）枢纽变电所二次侧母线的运行电压可为电网额定电压的11.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制

7、在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。2）电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%100%。调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求8 。主变压器冷却方式的选择主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却。主变主要起通过中绕组从水电厂侧传送功率4*35MV A ）和系统至低绕组10kVA 侧，并在水电厂侧故障时，通过

8、高压绕组从110kVA 侧无穷大系统传送1000MVA 最大）支援。本设计主变为中型变压器，发热量大，散热问题不可轻佻，强迫油循环冷却效果较好，再根据变电站建在郊区，通风条件好，选用强迫油循环风冷却方式。4/52电气主接线选择3.1 概述主接线是变电所电气设计的重要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，而且对变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。因此，必须正确处理好各方面的关系9 。主接线的设计原则 ：1）考虑变电所在电力系

9、统中的地位和作用；2）考虑近期和远期的发展规模；3）考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响；4）考虑主变台数对主接线的影响；5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。主接线设计的基本要求1）可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求10 。主接线可靠性的具体要求：断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电；尽量避免变电所全部停运的可靠性。2）灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。为了调度的目的，可

10、以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，5/52无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。3）经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器避雷器等一次设备的投资，能使控制保护不过于复杂；占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导

11、线、绝缘子及安装费用；电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。3.2 主接线的接线方式及其特点电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时 一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而本所各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。单母线接线单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，当一段母线故障时，全部

12、回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。L1L2WG1G2图 3.1 单母线接线单母线分段接线6/52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。 优点）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点）一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：110kV220kV 配电装置的出线回路数为34 回， 36

13、10kV 配电装置出线为6 回及以上，则采用单母分段接线。L1WL2WG1G2图 3.2 单母线分段接线单母分段带旁母接线这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35110kV 的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。L1L2WPWWG1G2图 3.3 单母线分段带旁母接线7/52双母线接线双母线接线：双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。1）优点：供电可靠。一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路；调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和

14、潮流变化的需要；扩建方便。向左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电；便于实验。当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。2）缺点：增加一组母线需要增加一组母线隔离开关；当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作；适用范围：当出线回路数或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电，母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用。 6 10kV 配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时；110220kV配电装置，出线回路数为5 回以上时。L1L2W2W1

15、G2G1图 3.4 双母线接线双母线分段接线双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问8/52题。较容易实现扩建等优点，但易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11 回及以下时，母线不分段。3.3 主接线方案比较选择由设计任务书给定的负荷情况： 110kV 进线 5 回， 10kV 出线 11 回两回预留）该变电所主接线可以采用以下三种方案进行比较：方案一： 110kV 采用单母线

16、分段接线， 10kV 采用单母线分段接线；方案二：方案三：110kV110kV采用双母线接线，采用双母线接线，10kV10kV采用单母线分段接线；采用单母线接线。1） 110kV 侧 采用单母线分段接线方式，出线回路较多，输送和穿越功率较大，母线事故后能尽快恢复供电，母线和母线设备检修时可以轮流检修，不致中断供电，一组母线故障后，能迅速恢复供电，而检修每回路的断路器和隔离开关时需要停电； 110kV 采用双母接线方式，检修或故障时，要检修的母线断开，另外一条母线承担所有负荷，及不致影响供电可靠性。比较：从经济性来看，方案一比方案二和三好，从可靠性看方案二和三远高于方案一。故110kV 采用双母

17、线接线符合要求。2） 10kV 侧采用单母线接线方式，操作不够灵活、可靠，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电；10kV 采用单母线分段接线方式，其可靠性如上。比较：方案三所用的断路器、隔离刀闸比方案一少，其经济性略高于方案一，但方案三中 10kV 侧的供电可靠性差，方案一10kV 侧的可靠性明显高于方案三，故不采用方案三。综观以上叙述，根据设计任务书的原始资料可知该变电所选用方案二：110kV等级采用双母线接线方式， 10kV 等级采用单母线分段接线方式。9/52短路电流计算4.1 概述电力系统中的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险

18、的故障是发生各种型式的短路，因为它们会破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行11。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于中性点接地系统）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，其他类型的短路都是不对称短路12 。4.2 短路计算的目的及假设短路计算目的短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。其计算目的是13 ：1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算；2

19、）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算；3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离；4）在选继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据；5）按接地装置的设计，也需用短路电流。短路电流计算的一般规定1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划一般为本期工程建成后510 年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式14

20、；2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作10/52用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响；3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点；4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。短路计算基本假设1）正常工作时，三相系统对称运行；2）所有电源的电动势相位角相同；3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；6）系统短路时是金属性短路15。基准

21、值高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值 16 ：基准容量： Sj = 100MVA基准电压： VjkV ）：10.5、115。短路电流计算的步骤1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下17 ；2）给系统制订等值网络图；3）选择短路点；4）对网络进行化简，把系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。标幺值： I d*14.1）X d有名值：I dIB ）I d4.25）计算短路容量，短路电流冲击值短路容量：S3VB Id4.3）短路电流冲击值：ich2.55I d4.4）1

22、1/526）列出短路电流计算结果具体短路电流计算具体见计算说明书。4.3 短路计算的说明系统运行方式的确定最大、最小运行方式的选择，目的在于计算通过保护装置的最大、最小短路电流。在线路末端发生短路时，流过保护的短路电流与下列因素有关18 ：1）系统的运行方式，包括机组、变压器、线路的投入情况，环网的开环闭环，平行线路是双回运行还是单回运行；2）短路类型。短路点的选择如图 4.1 所示，本次短路点选择三个：E1E2X 1X 2f 3X 5X6 X7X 8110kVf 1X 3X 410kVf2图 4.1系统短路点的选取短路电流的计算原则短路电流的计算是继电保护整定的依据，所以我们必须加以重视。1

23、）整定计算的要求选择规定的运行方式；2）确定短路段及短路类型；3）对确定的短路点经过网络的合并，化简求出归算到短路点的各序综合阻抗；4）短路类型及电力系统故障的知识求出短路点的总电流；12/525）按网络结构求出流过被整定保护装置的短路电流。三相短路电流的计算：I d(3)14.5）X1其有名值为： I d(3)I d(3)I B 4.6）I d(3)系统中发生三相短路时，短路点的短路电流标幺值；I d(3)系统中发生三相短路时，短路点的短路电流有名值；X1* 归算到短路点的综合正序等值电抗。以下为简便起见，省略下标* 。两相短路电流的计算： I d(2)314.7）X1X 2X2归算到短路点

24、的负序综合电抗I d(2)= I d 1(2)I d (2)1两相短路时短路点的全电流X1X 2其各序分量电流值为 I d 1(2)I d 2(2)X114.8）X2I d1(2) 、 I d 2(2) 分别为；两相短路时，短路点短路电流的正负序分量d1 d2两相接地短路电流计算：I d(1.1)3 1X 2X 0(1,1)4.9）( X 2X0)2I d 1I d (1,1) 两相短路接地时，短路点故障相全电流：I d1(1,1) 两相短路接地时，短路点的正序电流分量：(1.1)(1.1)X 0）I d 2I d1X 2/ X04.10X0(1.1)(1.1)X 04.11）I d 2I d

25、1X 2X 0(1.1)(1.1)X 24.12）I d 0I d1X0X 213/52I d 2 (1.1) 、 I d 0(1.1) 分别为两相接地短路时的负序和零序电流分量。单相接地短路电流的计算：短路点各序分量电流为：(1)I d 2(1)1）I d2 X1X 04.13短路点故障的全电流为： I d(1)3I d1(1) 4.14）短路电流计算结果表如表4.1、表 4.2 所示表 4.1 最大运行方式下短路结果表短路点三相短路电流两相短路电流两相接地短路电流单相短路电流kA ）kA ）kA ）kA ）f10.5050.4350.6720.657f 21.7871.5471.631.9

26、53f312.871.54712.2456.024表 4.2 最小运行方式下短路结果表短路点两相短路电流两相接地短路电流单相短路电流kA ）kA ）kA ）f 10.1050.0730.137f 21.321.5671.27f 310.9511.043.3414/52互感器的选择5.1 概述电气设备的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备 19 。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经

27、济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。一般原则1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2）应按当地环境条件校核；3）应力求技术先进和经济合理；4）选择导体时应尽量减少品种；5）扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；6）选用的新品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。技术条件1）按正常工作条件选择导体和电气电压：所选电器和电缆允许最高工作电压Vy max

28、 不得低于回路所接电网的最高运行电压Vgmax ，即： Vy maxVg max 5.1）一般电器允许的最高工作电压，当额定电压在220kV 及以下时为1.15Ve ，而实际电网运行的 Vgmax 一般不超过 1.1Ve 。电流：15/52电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q0 下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Ig max，即：I yIg max5.2）由于变压器在电压降低 5%时，出力保持不变，故其相应回路的 I g max 1.05Ie I e 为电器额定电流）。2）按短路情况校验电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路

29、时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。短路热稳定校验：QkQn 5.4）满足热稳定条件为：Ir2tkIr2 t5.5）Qk 短路电流产生的热效应；Qn 短路时导体和电器允许的热效应；I n t 秒内允许通过的短时热电流。验算热稳定所用的计算时间：tktprtbr5.6）tpr 断电保护动作时间；tbr 相应断路器的全开断时间。短路的动稳定校验满足动稳定条件为：icjidw 5.7）I cj5.8I df ）icj 短路冲击直流峰值 kA ）I cj 短路冲击电流有效值 kA ）idw 、 I d

30、f 电器允许的极限通过电流峰值及有效值kA ）5.1.3 互感器的概述互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有：16/521）将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装；2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。互感器的配置 ：1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；2）在未设断路器的下列地点

31、也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点；3）对直接接地系统，一般按三相配置。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配置；4） 6220kV 电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；5）当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。5.2 电流互感器的选择电流互感器的特点：1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近似于短路状态下运行；3）电流互感器由于存在励磁损耗和磁饱和的影响，使测量结果有误差，所以选择电流互感器应根

32、据测量时误差的大小和准确度来选择；4）按一次回路额定电压和电流选择。电流互感器用于测量时，其一次额定电流应选择比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表的最佳工作状态。电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：VeVew 、 I e1I g max ，为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流。Vew 电流互感器所在电网的额定电压；Ve 、 I e1 电流互感器的一次额定电压和电流；17/52I g max 电流互感器一次回路最大工作电流。电流互感器的型号选择计算见计算书，参数如表5.1表 5.1 电流互感器的型号参数短时热稳定电型号额定电流比准确级动稳定电流流L

33、CWB 110W ）252 1250/540-80(kALFS-105-1000/50.53B32(kA (2S80kA5.3 电压互感器的选择电压互感器的选择原则（1） 电压选择目前制造厂所生产的电压互感器的额定一次电压等级有：0.5、 3、 6、 10、35、 110、220、 330kV。 上述电压等级时指电压互感器一次绕组结语电网的线电压。若电压互感器一次绕组接于电网的线电压，则一次绕组的额定电压为：U xeU x xe5.9）3式中： U xe 额定一次相电压；U x xe 额定一次线电压。所选择的电压互感器应负荷如下条件，即：0.9U x xeU1e1.1U x xe5.10）或

34、0.9U xeU 1e1.1U xe5.11）式中： U 1e 电压互感器相应的额定一次电压。2）装置安装场所的选择根据互感器所要装设的场所，选用屋内式或屋外式。从电气工程设备手册电气一次部分）中比较各种电压互感器后选择JDC系列的电压互感器，户外安装互感器，作电压、电能测量和继电保护用。参数如表5.2。表 5.2 电压互感器的型号参数型号额定一次电压准确级额定二次电压18/52JDJW-10100.50.11100.1JDCF-110W ）0.533电源及控制、信号系统6.1 直流电源系统直流系统主要是指变电所中的直流蓄电池组，其使用目的是：用于控制、信号、继电保护和自动装置回路操作电源，也

35、用于各类断路器的传动电源以及用于直流电动机拖动的备用电源20。本次设计直流系统采用智能高频开关电源系统。蓄电池采用2100AH 免维护铅酸蓄电池，单母线分段接线，控制母线与合闸母线间有降压装置。直流屏两面，电池屏两面。该型直流系统是模块化设计，N+1 热备份；有较高的智能化程度，能实现对电源系统的遥测、遥控、遥信及遥调功能；对每一个蓄电池进行自动管理和保护。该系统通过RS232 或 RS485 接口接入计算机监控系统。直流负荷统计如表6.1。表 6.1 直流负荷统计表序负荷名称容量负荷计算计 算 电事故放电时间及电流 号kW系数容流。 B、微机保护动用及警告信息。C、事件顺序记录信息。D 、保

36、护装置工作状态信息。具体如下：1）110kV 线路19/52遥控： 110kV 线路断路器分、合、隔离开关的分合；保护信号复归；操作箱信号复归。遥测： 110kV 线路电流 I A 、 I B 、 IC 、 P 、 Q 。遥信： 110kV 线路断路器位置信号 SOE；隔离开关位置信号 SOE，接地刀闸的位置信号 SOE； 110kV 线路保护动作和重合闸动作信号 SOE；控制回路断线等状态 SOE； SF6 气压报警。2）110kV 母联遥控： 110kV 母联断路器分、合、隔离开关的分合；遥测：三相电流 I A 、 I B 、 I C ；110kV、段母线电压 VA 、 VB 、 VC 、

37、3V0 ；遥信： 110kV 母联断路器位置信号 SOE；隔离开关及接地刀闸的位置信号 SOE； PT 回路故障 SOE； 110kV 母线保护动作 SOE；母联各类故障信号 SOE； SF6 气压报警 22 。3）主变遥控：主变两侧开关的分、合；主变中性点接地刀闸分、合；有载调压开关的升降、急停；保护信号复归，操作箱信号复归；主变有载调压自动方式的投入、退出。遥测：主变 I A 、 I B 、 I C 、 Q 、 P 、COS：主变低压侧I A 、 I B 、 I C 、 Q 、；主变油温。遥信：主变两侧开关位置信号SOE；隔离开关接地刀闸位置信号、中性点接地闸位置信号SOE；主变抽头位置信

38、号；主变调压装置运行状态信号SOE；主保护动作信号SOE，后备保护动作信号SOE；非电量保护动作信号SOE。4）10kV 线路遥控：线路断路器的分、合；保护信号复归；遥测： 10kV 线路电流 I A 、 I B 、 I C 、 Q 、 P ；遥信： 10kV 线路断路器位置信号 SOE；手动运行、实验状态信号SOE；保护动作信号 SOE；报警信号 SOE。20/52继电保护设计7.1 概述电力系统继电保护的设计与配置是否合理直接影响到电力系统的安全运行，如果设计与配置不合理，保护将可能误动或拒动，从而扩大事故停电范围，有时还可能造成人身和设备安全事故。因此，合理地选择保护方式和正确地整定计算

39、，对保证电力系统的安全运行具有非常重要的意义21。选择保护方式时，希望能全面满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。同满足四个基本要求有困难时，可根据电力系统的具体情况，在不影响系统安全运行的前提下，可以降低某一些要求。选择保护方式时，应力求采用最简单的保护装置来满足系统的要求。只有简单的保护装置不能达到目的时，才考虑采用较复杂的保护装置。设计各种电气设备的保护时，应综合考虑：1）电力设备和电力系统的结构特点和运行特性；2）故障出现的机率及可能造成的后果；3）力系统近期的发展情况；4）经济上的合理性。7.2 继电保护整定原则基本任务继电保护整定计算的基本任务，就是要对各种继电保护给出整定值；

40、各种继电保护适应电力系统运行变化的能力都是有限的，因而，继电保护方案也不是一成不变的。随着电力系统运行情况的变化包括建设发展和运行方式变化），当超出预定的适应范围时，就需要对全部或部分继电保护重新进行整定，以满足新的运行需要。21/52必须注意，任何一种保护装置的性能都是有限的，即任何一种保护装置对电力系统的适应能力都是有限的。当电力系统的要求超出该种保护装置所能承担的最大变化限度时，该保护装置便不能完成保护任务。当继电保护的配置和选型均难以满足电力系统的特殊需要时，必须考虑暂时改变电力系统的需要或采取某些临时措施加以解决。继电保护整定计算即有自身的整定问题，又有继电保护的配置与选型问题，还有

41、电力系统的结构和运行问题。因此，整定计算要综合、辩证、统一的运用。整定计算的具体任务有以下几点：1）绘制电力系统接线图；2）绘制电力系统阻抗图；3）电力系统各点短路计算结果列表；4） 编写整定方案报告书，着重说明整定原则问题、整定结果评价、存在的问题及采取的对策等。整定计算的步骤1）按继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式，选择短路类型，选择分支系数的计算条件 22 ；2）进行短路故障计算，记录结果；3）按同一功能的保护进行整定计算，选取整定值并做出定值图；4）对整定结果分析比较，以选出最佳方案。对继电保护装置的基本要求电力系统发生故障时，保护装置必须能可靠地、有选择地、灵敏地和快速地将故障设

42、备切除，以保证非故障设备继续运行。因此，对作用于断路器跳闸的继电保护装置必须满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性四项基本要求23 。1）可靠性：可靠性是指被保护设备区内发生故障时，保护装置能可靠动作；系统正常运行或在区外故障时，保护应不动作，即保护装置应既不拒动也不误动。2）选择性：选择性是指电力系统发生故障时，仅由故障的保护装置将故障设备切除。当故障设备的保护或断路器拒动时，则由相邻的设备保护装置切除故障，尽量缩小停电范围。22/523）灵敏性：灵敏性是指保护装置对其保护区内故障的反应能力。保护装置的灵敏性一般用灵敏系数或保护范围来衡量。故障参数的最大、最小值应根据常见的最不利运行方式、短路类

43、型和短路点来计算。4）速动性：速动性是指保护装置应快速切除故障。在设计保护时，主保护的动作时间一般必须经过系统稳定计算来确定，有时也可以由电力系统有关部门提供。7.3 变压器的保护设计变压器保护配置为了防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失，以及保证电力系统安全连续运行，根据有关技术规程的规定，大中型变压器组的变压器应针对下述故障和不正常运行状态的设置相应的保护24。对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置25 ：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；4）中性点直接接地电力网中外部接地短

44、路引起的过电流及中性点过电压；5）过负荷；6）油面降低；7）变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对变压器的故障问题所作出的相应继电保护措施26 ：1）防止变压器绕组和引出线相间短路，直接接地系统侧绕组和引出线单相接地短路以及绕组匝间短路的纵联）差动保护；2）防止变压器其油箱内部各种短路或断线故障以及油面降低的瓦斯保护；3）防止直接接地系统中变压器外部接地短路并作为瓦斯保护和差动保护后备的零序电流保护、零序电压保护以及变压器接地中性点有放电间隙的零序电流保护；4）防止变压器过励磁保护；5） 防止变压器外部相同短路作为瓦斯保护和差动保护后备的过电流保护或阻23/52抗保护；6）防止变压器对

45、称过负荷的过负荷保护；7）反映变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障的相应保护。纵联差动保护整定采用 BCH-2 型纵联差动保护装置进行整定27 。1）确定基本侧，在变压器的各侧中，二次额定电流最大的一侧称为基本侧。各侧二次电流的计算方法如下：按额定电压及变压器的最大容量计算各侧一次额定电流I1N按 K con 和 I1N 算出个侧电流互感器的二次额定电流；按下式计算各侧电流互感器的二次额定电流I 2 NK conI 1N 7.1）nCT式中 K con 是电流互感器的接线系数，星型接线时，K con 1 ，三角形接线时，K con3 ；2）确定装置的动作电流，装置的动作电流按下面三个条件，

46、选其中最大者为基本侧动作电流 I pu.bao躲开变压器的励磁涌流：I puK rel I N T1.5I N T 7.2）I N T 为变压器其基本侧的额定电流躲开电流互感器的二次回路断线时变压器的最大负荷I puK rel I L.max 1.3I L .max 7.3）式中 I L.max : 变压器基本侧的最大负荷电流，当它无法确定是，可以用变压器的额定电流。躲开变压器外部短路时的最大不平衡电流：本次为双绕组变压器： I pu K relI unb.max 1.3(K fzq Ktx f1 u f za )I d .max 7.4）K fzq ：非周期分量引起的误差，取为1；24/52

47、K tx ：电流互感器的同型系数，型号相同取0.5；f1 ：电流互感器容许最大相对误差，采用0.1；u ：变压器分接头位置的改变范围，最大为15%。3）校验灵敏度，灵敏度校验应按内部短路时的最小短路电流进行。KK senI( 2 )K.min2 7.5）pu.ba式中 K K(2).min ：变压器内部故障时，归算至基本侧最小短路电流。变压器差动保护配置选型根据差动保护计算结果，本次变压器差动保护装置选用南瑞继电保护公司的LFP-900 系列。LFP900 系列。该系列主变压器差动保护包括 LFP971 和 LFP9722 个子系列，每个子系列又分 A、B、C 三种型号。其中， A 型为二次谐

48、波制动原理； B 型为间断角闭锁原理； C 型为偶次谐波判别原理。 LFP971A B、C）具有 2 个差动分支， LFP972AB、C）具有 3 个差动分支。变压器主保护选用 LFP972 子系列。7.4 输电线路保护设计输电线路保护配置1）三段式电流保护线路的保护通常是三段式电流保护。第段为无时限电流速断保护或无时限电流闭锁电压速断保护；第段为带时限电流速断保护或带时限电流闭锁电压速断保护；第段为过电流保护或低电压闭锁的过电流保护。根据被保护线路在电网中的地位，在能满足选择性、灵敏性和速动性的前提下，也可装设、段，、段或只装设第段保护。2）三段式零序电流保护中性点直接接地的电网又称大接地系

49、统）中发生短路时，将出现很大的零序电流，而在正常运行情况下他们是不存在的。因此，此次利用零序电流保护来构成接地短路的保护。3）距离保护距离保护是反应故障点至安装地点之间的距离或阻抗），并根据距离的远近而25/52确定动作时间的。距离保护作为主保护或后备保护，也分为、段距离保护。距离保护的第段时瞬时动作的，只能保护线路全场的80%90%，距离段保护整定时间不超出下一条线路距离段保护范围通常是带上高出一个t 来实现，以保证选择性。距离段整定原则是其启动阻抗要按照躲开正常运行时的最小负荷阻抗来选择，动作实现按阶梯原则进行计算。4）高频闭锁距离保护为了在保护范围内故障时加速保护的动作，可以在距离保护上

50、加设高频部分，以构成高频闭锁距离保护。高频闭锁距离保护对本线路内部故障应全线速动，对外部故障则按距离保护相互配合的原则动作。当输电线路内部故障时，它能瞬时地从被保护线路两端切除故障；当输电线路外部故障时，其距离保护段任然能起后备保护的作用。5）自动重合闸自动重合闸的采用是系统安全经济运行的客观要求。架空线路绝大部分的故障都时瞬时的，主要是雷电等引起的闪络。永久故障一般不到10%，因此，采用自动重合闸，不仅能提高供电的安全性，减少停电损失，自动恢复整个系统的正常运行状态，而且对高压网络还提高了其暂态稳定水平，增大送电容量。除此之外，如果系统中一组元件因故障断开而引起其他相关电力设备过负荷，则可以

51、在过负荷的允许时间内，使系统自动恢复原来的状态，既避免了设备过负荷，又按事先预定控制条件与动作程序自动恢复正常运行。本设计采用三相自动重合闸，三相自动重合闸的配置原则：单侧电源线路：其电源侧采用一般的三相重合闸，如由几段串联线路构成的电力网，为了补救电流速断等瞬动保护的无选择性动作。三相重合闸采用带前加速或顺序重合闸方式，此时断开的线路自电源侧顺序重合，但对供电给重要负荷的单回线路，为了提高供电可靠性，有条件也可以采用综合重合闸。双侧电源线路：两端均有电源的线路采用自动重合闸时，应保护在线路两侧短路器均已跳闸，故障点电弧熄灭和绝缘强度已恢复的条件下进行，同时，应考虑断路器在进行重合闸时线路两侧

52、电源是否同步以及是否允许非同步合闸。因此双侧电源线路的重合闸可归纳为一类是检查同步重合闸如一侧检查线路无电压，另一侧检查同步及检查平行线邻线有电流重合闸等）及不检查同步的同合闸 如非同步重合闸、快速重合闸、解列重合闸及自同步重合闸等）。重合闸后加速保护动作26/52重合闸后加速保护动作方式是第一次故障时，保护按有选择的方式动作跳闸，如果重合于永久性故障，则加速保护动作，瞬时切除故障。采用后加速保护的优点是第一次跳闸是有选择性的动作，不会扩大事故。在重要的高压网络中，一般都不允许保护无选择性的动作，应用这以方式尤其适合。这种方式使再次断开永久性故障的时间加快，有利于系统并联运行的稳定性，所以本次

53、选用重合闸后加速保护动作。输电线路保护整定原则1）瞬时电流速断保护的整定原则动作电流的整定原则：按躲本线路末端故障整定。为了保证外部短路时，无时限电流速断保护不动作，其动作电流应躲过外部短路时的最大短路电流，即I op7.6Krel I d .max ）式中： I d .max ：本线路末端短路时最大短路电流；K rel ： 可靠系数，取 1.21.3。灵敏度校验：按本线路末端故障整定的电流速断保护，灵敏度通常用保护范围来测量。根据保护区末端两相短路时短路电流与动作电流相等可以得出最小保护范围为：l min13E(2X x.max ) 7.7）X1I op.1 ：系统等效相电动势；X1 ：单位

54、长度线路正序阻抗；X x.max ：系统最小运行方式下的等值阻抗。同理可得最大运行方式下三相短路时的最大保护范围为：1 (E1 (El maxX x.min ) l maxX x.min ) 7.8）X1I op.1X1Iop.1X x.min ：系统最大运行方式下的等值阻抗；要求最小保护范围不小于本线路全长的15%20%，最大保护范围不小于本线路全长的 50%动作时限的整定：t0s2）带时限电流速断保护的整定原则2827/52为了保证选择性，带时限电流速断保护的整定值必须与相邻元件的保护配合，通常是与相邻元件的无时限电流速断保护配合。它的整定计算与电网的结构和相邻元件的保护类型有关。动作电流

55、的整定原则相邻线路装有无时限电流速断保护时I op K rel I op.n 7.9）式中的： K rel ：可靠系数，取 1.11.2；I op.n ：相邻线路无时限电流速断保护的动作电流；相邻线路装有无时限电流闭锁电压速断保护时，保护动作电流的整定必须与其电流元件和电压元件的动作值都配合，并取大者为整定值。其中：与电流元件配合时，可按式：IopKrelIop.n7.10）去计算，但式中的 I op.n 应该用相邻线路无时限电流闭锁电压速断保护的电流元件的动作电流。灵敏度校验带时限电流速断保护的灵敏度校验按下式计算K senI d .min1.31.5 7.11）I op式中的： K rel

56、 ：可靠系数，取 1.11.2；I d .min ：被保护线路末端短路时，流经被保护线路的最小短路电流；I op ：相邻线路带时限电流速断保护的动作电流。动作时限的整定 :当与相邻线路电流段保护配合时，动作时限为：toptop .nt7.12）当与相邻线路电流段保护配合时，动作时限为：toptop.nt 7.13）3）定时限过电流保护的整定原则按躲过线路可能流过的最大负荷电流整定I opK rel K st I L.max 7.14）K re式中的： K rel ：可靠系数，取 1.151.25；28/52I L.max ：被保护线路的最大负荷电流；K st ：负荷自启动系数，取25；K re

57、 ：返回系数，取0.85。灵敏度校验：作近后备时：I d ,min）K sen1.3 1.5 7.15I op式中的： I d .min ：被保护线路末端短路时，流经被保护线路的最小短路电流；作远后备时：K senI d .min1.27.16）I op式中的： I d .min ：相邻元件末端短路时，流经被保护线路的最小短路电流；作时限的整定按阶梯原则整定，即toptmax7.17t ）式中的： tmax ：相邻元件过电流保护的最大延时。4）段零序保护的整定原则灵敏段躲过本线路接地故障时的最大三倍零序电流。灵敏段在第一次故障时动作，在单相重合闸时退出运行；在三相重合闸时，动作带短暂延时，躲过

58、重合闸时断路器三相不同期合闸时间。如区外故障电流大于非全相运行电流，则不设置“不灵敏段”，只装设一个灵敏段，其动作电流按躲过区外接地故障时最大三倍零序电流整定 28 。动作电流躲开非全相运行时的最大三倍零序电流整定I op Krel 3I7.180.max ）式中： I0.max 非全相运行时的最大零序电流。此段称为不灵敏按大于本线路末端接地故障的最大零序电流IKrel3I）op0max 7.19式中： K rel 可靠系数，取 1.251.3；I 0max 本线路末端接地故障的最大零序电流。29/52敏度校验 保护范围）零序电流段的保护范围计算，通常用图解法确定，也可参照相间电流保护I段的计

59、算方法计算。保护范围应不小于线路全长的15%20% 。当 X0X1 时， 3I0(1)3I 0(1,1) ，单相接地作为整定条件，两相接地短路作为校验条件，按两相接地短路来计算最小保护范围：由 Iop E可得Z12Z013ELmin (Z x .1max 2Z x.0max ) 7.20）Z1 2Z0I op式中： E ：电源相电动势；Z1 ：线路每公里正序阻抗值；Z0 ：线路每公里零序阻抗值；Zx.0max ：系统最小运行方式下的等值零序阻抗；Zx.1max ：系统最小运行方式下的等值正序阻抗。当 X0X1 时， 3I 0(1)3I 0(1,1) ，两相接地作为整定条件，单相接地短路作为校验

60、条件，按单相接地短路来计算最小保护范围：1E( Zx.1max 2Zx.0max ) 7.21）Lmin3Z0 2Z1I op动作时间零序电流段的动作时间为保护装置的固有动作时限。5）段零序保护的整定原则29与相邻线路零序段整定I op K rel I op ）7.22K fz min式中： I op 相邻线路零序段 灵敏段或不灵敏段）定值；K rel 可靠系数，取1.11.2；K fz min 最小分支系数。与相邻线路的零序电流保护段配合整定整定公式为：30/52IopK rel I op）K fz min7.23式中： I op 为相邻线路零序段整定值；K rel 可靠系数，取1.11.2