《220kV电网继电保护方案设计》19000字（论文）

绪论电力传输和使用过程是由一个巨大的电力系统完成。关键环节主要包括发电、输电、变电和用电。继电保护装置作为电力系统中的一个重要装置，在电力系统当中起到保护作用，并且是十分重要的一次设备装置。继电保护装置在故障的检测还有处理以及相应的过程当中直接关系到了电网主要设备是否安全运行。1.1研究背景和意义如果继电保护装置出现了故障，同时一次设备部件也发现问题的时候，并没有及时发现或者正确及时拆除，这样的情况下，可能会使事故发生的更严重，因为可能会因故障问题而引起了其他的事故。供电系统也正在快速崛起，面对大环境中的经济发展和现代工业的逐渐全面系统，供电系统的用电量的需求也随之变得越来越大，供电中的电能质量以及技术经济的状况还有其可靠性指标也在不断提高。因此，对变电站的继电保护提出了更高的要求。根据计算结果计算并验证线路和变压器的继电保护整定值。同时，因为对电力系统设置了继电保护的配置，再加上继电保护的整定，所以这两项就对整个电力系统的灵敏度校验有了保证。因此，继电保护不论是在输电线路中，还是在变压器上，都是保证输电安全、可靠的关键。在任何电压等级上，继电保护总是关乎着人们的生产和生活。只有在减少事故的发生，才能在经济上进行优化。因此，设计继电保护是电力系统中比不可少的部分，同时也显示出了继电保护的重要性。1.2国内外研究和发展现状1.2.1国内研究和发展现状电力系统故障还有安全运行异常这两个方向是我国继电保护主要的研究方向。即使在国际上我们国家对于这两项技术的研究得比较晚，但是丝毫不影响我国这种研究的发展，目前这种技术正在飞速发展。目前，信息技术、计算机技术的飞速发展也为电网继电保护的改进提供了技术支撑。因此，使得继电保护设备具有优越的性能，可以方便操作。又因为具有方便的特点，所以为电力系统继电保护也奠定了一个基础，使其可以普遍应用，同时也反映了它的推动作用。这些推动的领域包括网络技术、计算机技术等，都对继电保护设备具有明显优势。同时我国当前也正在建设强大的智能电网，继电保护在智能电网的推动下突破了一项又一项的难关，正在向更高层次不断发展。总之，继电保护的技术将会和计算机结合地越来越紧密，并且将会和网络对接，甚至会将把各种技术结合。因为实现技术集成是我们继电保护的目的。但在继电保护领域中，即使一些相关领域在不断发展。但是，传统的继电保护在经过有效的改进之后仍处于主导地位，在今后的发展中继电保护也应该继续努力。随着国力的加强，科学与技术的进步也在飞速发展，因此就成为我国的保护装置不断更新的一个源动力，从而使得我国在继电保护中研究出来的设备逐渐达到了发达国家的水平。而未来继电保护技术最终朝向智能化发展。电力系统的继电保护变得智能化是继电保护的最终趋势。因为计算机技术的普遍使用和保护系统的普遍，我国的继电保护的智能水平和网络保护水平也随之不断提高，因而电力保护技术的自动化程度也不断提高。1.2.2国外研究和发展现状近年来，国外继电保护信息化发展不多。通常使用简单的辅助工具帮助保护人员进行定值计算，以满足实际业务需要。通过对美国、欧洲、日本等主要发达国家电力系统发展现状的数据收集和分析，发现国外电力部门和企业对继电保护整定的相关研究相对较少，相关业务的管理主要基于在线OA办公系统或其他辅助办公套件。目前，在国外的发展上表明了继电保护总体是发展科学信息技术还有在经济现实方面对电力的需求。就国外发展的状况而言，继电保护技术既有市场同时还具备了技术。因此，变得高度精准并且发挥作用是电力系统继电保护需要努力的方向，需要对继电保护装置正确地识别，并且自适应控制技术也需要打到一个高度，这个高度就是能够实时检测电力系统的运行情况。网络科学和能源这两个重要因素将会把电力系统的工作由繁化简，从而使得继电保护的发展方向更加宽阔。因此，可以得出结论，继电保护是一个组合体，其在信息传输、测量、信号控制等方面，将安全可靠、先进智能化等优点集于一体[2]。虽然国际上的继电保护发展水平仍然是高于我国，但是，就总体趋势而言，在不久的将来，国内的继电保护技术将不亚于国际技术。国际上的继电保护需要增添一些更加深入的1.3继电保护的原则继电保护的要求有很多，常见的技术要求也是最基本的要求就是，一定要满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性。所以，具体的保护原则共有四点。第一，有选择性就是在区域内部发生问题，区域以外的地方不发生问题。在主保护不工作的情况下，通过远端和近端切断失效，以减少断电区域。由于远端备用保护较为完备且实现简单、经济，所以更值得推荐。第二，迅速排除失效，能改善电网并联工作的稳定，缩短电网在低压条件下的使用寿命，减小失效部件的损伤。因而，当出现失效时，要设法使设备快速地进行动作，消除其失效。在指定的防护区域中，有足够的应变能力。第三，当区域发生故障时，无论发生什么情况，只要符合灵敏度的保护器，就能迅速、准确地作出响应。第四，保护装置的可靠性通俗易懂地说就是，是否在合适的情况下拒绝动作或者误动作。如果是在该保护装置规定的保护范围中没有发生的动作故障时，应该拒绝动作；反之，在任何其他保护装置不应该动作时，不发生误动。在220kV电网的输电线路的部分，首先，220kV电力网是电力输送的重要组成部分，各电力线之间的相互关系十分紧密，若发生短路，将会对电力系统的运行产生不利的影响。所以220kV的保护应该按照“加强主保护，简化保护后保护”的基本原理来进行。

2原始材料分析由于本设计是对周围工厂进行供电，除了继电保护的内容之外，还需要对变电站的属性、变电站的地理位置、周围环境、主变压器等内容进行分析。2.1变电站类型变电站的分类形式有很多，最常见的就是根据变电站建设的时期分类，以及根据变电站在整个电网中所承担的任务来分类。（1）根据变电站在不同时期的建设进行分类这种分类方式又可以分为三种常见的变电站类型。分别是新建型变电站、扩建型变电站以及改造型变电站。新建型变电站就是指此变电站是新建设的、根据当地的环境和需求以及考虑所用资金等综合因素。为此区域量身定做的一个变电站。扩建型变电站就是指在原有的变电站基础之上进行扩建。改造型变电站和扩建型变电站由相似之处，都是指在原有变电站的基础之上进行的，但改造型变电站是对有进行线路或者设备上的改造，可能不会对线路进行增加。（2）根据变电站在整个电网中承担的任务进行分类。根据第二种分类方式，同样可以把变电站分为三种类型。分别是终端型变电站、区域型变电站以及枢纽变电站。其中，终端型变电站就是指直接将电输送给用户，中间不再通过任何变电站，所以这种变电站也是一种单独建设的变电站。区域型变电站是可以对周围城市和地区进行供电。枢纽变电站一般是指大型的变电站，电压基本都在220kV以上，并且此类变电站是整个电网的枢纽，所以与多个电源相连接。本设计的220kV在建设时期上属于新建型变电站，从在电网中承担的任务来分类，则属于区域变电站，将为周围地区进行供电。2.2变电站环境220kV变电站建设在某市的经济开发区，该地理位置处于城市的郊区，依山傍水，属于中原地带，周围有部分农民的水田，常年气温四季如春，恶劣天气发生情况极少。年最高气温39℃，平均温度24℃。虽然该变电站虽然不是距离每个工厂都是最近距离，但对于整个供电系统来说，处于对供电对象整体最优的位置，即建设在了工厂中心。2.3主变压器资料已知主变压器的型号是SSZ11-31500/220，在220kV电网中选用的是两台住变压器互为备用。该变压器是在专业人员的计算审核下选定的型号。在选择的过程当中，包括了容量、数量和型号一些对相关因素的考虑。首先，在主变压器在容量上，能够满足对当前负荷的稳定供电，并且满足未来小范围的扩建。并且满足正常运行时的能力和当事故发生时主变压器的过载能力。并且在事故发生后，另一台变压器的容量能在过载容量后的允许时间内，对重要工厂提供供电。其次，在数量上，两台主变压器互为备用，既可以保证供电的可靠性又可以在检修的时候容易发现问题清除故障。最后，在型号上，该变压器是三相变压器。其在经济和占地面积上节省了许多，并且在运行损耗上相对没有那么浪费。且满足三个电压等级下，均衡了经济性和效率。2.4变电站规模该变电站是220kV降压变电站，降压等级为220/110/35kV其中，220kV侧出线为2回并且和系统相连接，110kV侧出线为4回，35kV侧出线为4回。在电缆选择上，110kV及其以上的变电站用到的电缆使用单芯充油电缆，35kV使用三芯电缆。

3主接线设计在主接线设计的过程中，应该和其所在的地形以及所供给工厂的距离、工厂供电是否重要、哪些工厂属于重要负荷等这些问题相匹配。主接线需要满足可靠性、灵活性和经济性的要求。这些要求，需要根据变电站在系统中的位置和功能来设定。同时选择主接线的时候，需要考虑到技术和经济的问题，多个方案比较之后确定最适合的主接线。3.1设计原则（1）主接线应该在原始数据的基础上进行分析，然后结合实际情况进行设计。并且还要考虑到以下几点，以满足日益增长的需求。1)可靠性：可靠性不仅仅说的是要求主接线的设计必须满足供电的电力需求的可靠性，而且还是要求对供电质量的可靠。2）灵活性：接线必须灵活且富有弹性。3）经济性：在设计主接线的时候，考虑到地形、重要负荷、线路长度等都是为了选择最佳的主接线，从而降低经济的消耗。（2）除了满足以上基本的原则要求，还应该满足该设计的实际需求。1）主接线的设计应该和其所在的地形以及所供给工厂的距离、工厂供电是否重要、哪些工厂属于重要负荷等这些问题相匹配。主接线需要满足可靠性、灵活性和经济性的要求。2）变电站的主接线必须要满足电网故障时处理的要求，还应该考虑到电网安全运行的问题。3）在进行接线之前，需要考虑各种配置是否适用于本变电站的性质、在降压的过程中出线有几条等情况。4）选择主接线的时候，需要考虑到技术和经济的问题，多个方案比较之后确定最适合的主接线。3.2电气主接线的选择3.2.1主接线的分类方式在选择各侧接线方式的时候，主要考虑了以下三种接线方式。其中桥式接线里又分为了内桥接线和外桥接线。为了进一步确定接线方案，首先先对这三种接线方式进行详细的分类。（1）单母线分段接线方式单母分段接线方式，在任何一端母线在故障时期、需要检修的情况下，分段断路器都会自动地把其中需要检修的地方找出，并且将其所在母线的故障进行排除。但是，在母线发生故障时，即使可以通过其他方式对负荷进行供电，该段母线的回路还是需要都停电。并且，扩建的时候必须朝着两个方向进行平均扩建，因此后期难度大。它适用于出线回路是4～8回时的35kV配电装置，或者出线回路3～4回的110和220kV配电装置的时候。（2）桥式接线桥式接线分为内桥接线和外桥接线。其接线方式都很简单，并且很省钱、布局相对也简单、占地面积相对较小。这种接线方式也可以发展为单母线分段接线，其线路投切灵活，不会影响到其他电路的工作。但是他的缺点是变压器的投切十分复杂操作也不易进行。输电线路比较长并且经常出现故障、变压器发生故障、应更适合内桥接线。当变压器到负荷的距离较短，或者说出线较短时、当环境需求要求变压器经常更换以适应环境时、或这个系统中存在穿越功率的时候，外桥接线方式更适合。（3）单母线接线方式单母线接线易于观察因为其设备较少，同时它的接线也简单易懂，不会过于复杂。因此在后期检修或者排查故障的时候，容易确定故障点。在简单的线路上也可以进行后期的扩建，而且配套装备的可以全套采用。不够具有灵敏性。在本设计中它适用于35kV的出线回路数小于等于3回时、110kV或者220kV的出线回路的数量不超过两回时的情况。3.2.2主接线方案根据以上对接线方式的分析，初步对三个电压等级分别都进行了两个方案的比较。其中，在220kV侧选择桥式接线方案分别对外桥接线和内桥接线进行比较。在110kV侧和35kV侧都选择单母线接线方式和单母线带旁路接线方式进行比较。具体的方案如表3.1、表3.2、表3.3所示。（1）220kV侧主接线的接线方式比较，如表3.1所示。表3.1220kV主接线方案方案项目方案一：外桥接线方式方案二：内桥接线方式可靠性可靠性高可靠性高灵活性变压器检修和故障时不影响供电，因此灵活性相对较高。线路检修或者故障时由另一路电源供电，因此灵活性相对较低。经济性经济性好经济性好方案一：220kV外桥接线方式如图3.1所示。图3.1220kV侧外桥接线方式方案二：220kV内桥接线方式如图3.2所示。图3.2220kV侧内桥接线方式由以上比较结果，因变压器检修和故障时为了不影响其他工厂的供电，方案一更适合于本设计中的220kV侧主接线。即使用外桥接线作为220kV侧主接线的接线形式。（2）110kV侧主接线的接线方式比较，如表3.2所示。表3.2110kV侧主接线方案方案项目方案一：单母线分段接线方式方案二：单母线带旁路母线接线方式可靠性相对较高相对较高灵活性非常高非常高经济性经济性较好，扩建方便经济方面消耗较高，会使设备的投资增加。其他特点1）易判断故障点、简单明了、方便调整。2）停电范围大大缩小。1）把每一回线与与旁路母线相连。2）设备多，操作复杂。方案一：110kV单母分段接线方式如图3.3所示。图3.3110kV侧单母分段接线方式方案二：110kV单母线带旁母线接线方式如图3.4所示。图3.4110kV侧单母线带旁路母线接线方式比较了110kV的两种接线方式的利弊，综合判断、定性分析以后，决定选择方案一为主接线的接线方式，即单母分段方式为110kV侧主接线形式。（2）35kV侧主接线的接线方式比较，如图表3.3所示。表3.335kV侧主接线方案方案项目方案一：单母线分段接线方式方案二：单母线带旁路母线接线方式可靠性相对较高相对较高灵活性相对较高相对较高经济性节省资金，方便规划扩建资金投入多，设备使用多其他特点1）比不分段会更加易判断故障点、简单明了、方便调整的特点2）母线的故障范围以及母线在检修过程中的停电范围大大缩小。1）电压等级、各回路经过断路器、隔离开关接至公共母线。把每一回线与与旁路母线相连。2）设备多，操作复杂。方案一：35kV单母分段接线方式如图3.5所示。图3.535kV侧单母线分段接线方式方案二：35kV单母线带旁路母线接线方式如图3.6所示。图3.635kV侧单母线待旁路母线接线方式比较了35kV的两种接线方式的利弊，综合判断、定性分析以后，决定选择方案一为主接线的接线方式，即单母分段接线方式为35kV侧主接线形式。综合以上分析并且根据设计任务书的原始资料可得：该变电站的220kV侧采用外桥接线，在110kV和35kV侧均采用的是单母线分段接线方式。由此，确定好的220kV/110kV/35kV侧的主接线图如附录所示。

4短路电流计算由工厂供电资料的给定已知，X9~X16电力线路中每相单位电抗均为0.12。X9所在线路长13km，X10所在线路长15km，X11所在线路长70km，X12所在线路长60km，X13所在线路长15km，X14所在线路，14km，X15所在线路长65km，X16所在线路长65km。4.1短路电流计算的作用计算短路电流的时候，对于所得值进行比较，以此来判断是否需要针对特定的线路的短路电流进行限制。并且通过短路电流的计算，可以对电气设备进行选择，通过选择合适的电气设备，使之能在任何情况下都能安全运行。不管是否发生短路，都可以安全、可靠工作。在短路状态下，还可以根据短路电流进行继电保护的整定计算。比如，最大的短路电流用于动作整定，最小短路电流用于灵敏度校验，这是最常用的两个电流。4.2短路电流的选择4.2.1画等值网络图为了短路电流计算时更加方便，如图4.1为等值网络图。图4.1等值网络图主变压器的电抗的计算： （4·1）线路电抗的计算公式： （4·2）选取基准值：（4·3）——为额定电压——为平均额定电压架空线路电抗的计算：

（4·4） （4·5）根据工厂供电的资料查得可知：35kV及以上的架空线路，每相的单位长度电抗的平均值取0.4作为准确数值。计算变压器上的各绕组阻抗： （4·6） （4·7） （4·8）计算变压器各绕组阻抗的标幺值： （4·9） （4·10） （4·11）4.2.2最大运行方式如果把220kV侧所在的桥进行闭合，此时的220kV侧的桥，就相当于是一条母线，这种状态下是最大运行方式。此时分别计算三个位置的短路电流，短路电分别为d1，d2，d3，短路点的位置分别在三个电压电平上。由此分别在三个电压等级取点计算。（1）取d1点短路时当短路电在220kV上时，短路电为d1，此时的运行方式为最大运行方式，等效电路图如图4.2所示。图4.2d1点短路的等效电路图此短路点是220kV母线发生了短路，其基准电流计算是： （4·12）此时，计算短路电流为： （4·13）稳态短路电流的有名值计算为： （4·14）因为不是电厂，所以冲击电流选1.8 （4·15）最大有效值计算为： （4·16）短路容量的计算为： （4·17）（2）取d2点短路时当短路电选择为最大运行方式下的d2点短路时，其位置是最大短路电流，此时的等效电路图为4.3。图4.3d2点短路的等效电路图d2点为短路点的时候，为35kV的母线发生了短路，此时其基准电流为： （4·18）计算短路电流得： （4·19）由此，计算稳态短路电流的有名值为： （4·20）此时的冲击电流为： （4·21）计算可得，短路全电流时，其最大有效值为： （4·22）由此可得，短路容量为： （4·23）（3）d3点为短路点的时候当d3点发生短路的时候，是110kV的母线上发生了短路，由此计算短路电流，等效电路图如图4.4所示。图4.4d3点短路的等效电路图此时为110kV上的母线发生了短路，计算器基准电流，得： （4·24）计算可得短路电流是： （4·25）由此得知，稳态短路电流的有名值计算结果为： （4·26）其冲击电流的计算为： （4·27）计算可得，短路全电流时最大有效值的计算： （4·28）由此可得，短路容量得计算为： （4·29）4.2.3计算结果在三绕组变压器中，根据短路电流公式和给定的参数，整理为表4.1。表4.1最大运行方式下短路结果短路点基准电压短路电流短路电流有名值/kA冲击电流/kA短路全电流/kA短路容量/MVAd1220166.6743.33110.3065.4343330d2355.859.6524.5614.57585d31103.621.884.792.843624.2.4最小运行方式分别在220kV、35kV、10kV线路侧，选择d1、d2、d3、d4，共四个短路点，由此计算短路电流。（1）当d1点为短路点时当d1短路的时候，其等效电路图如图4.5所示。图4.5d1点短路的等效电路图当220kV母线短路时，基准电流为： （4·30）短路电流为： （4·31）稳态短路电流有名值为： （4·32）冲击电流为：因为不是电厂，所以选1.8。 （4·33）短路全电流最大有效值为： （4·34）短路容量： （4·35）（2）当d2点为短路点时如果d2点为短路点的时候，可以根据图4.6的等效电路图对d2点短路电流进行计算。图4.6d2点短路的等效电路图最小运行方式下，此时35kV的母线发生了短路，其基准电流的计算： （4·36）由此可得，短路电流为： （4·37）此时，计算得稳态短路电流有名值为： （4·38）冲击电流的结果为： （4·39）计算可得，短路全电流最大的有效值为： （4·40）其短路容量，计算可得： （4·41）（3）当d3点为短路点时当最小运行方式下选取d3点为短路电的时候，根据相关内容，画出其等效电路图，如图4.7所示。图4.7d3点短路的等效电路图当在110kV侧母线，出现了短路点，发生了短路，此时计算基准电流是： （4·42）计算可得，短路电流为： （4·43）此时，计算稳态短路电流有名值为：（4·44）由此可得，冲击电流为： isℎ=2K因此，计算得短路全电流最大有效值为：（4·46）计算可得，短路容量是： （4·47）（4）当d4点为短路点时如果短路电的位置发生在了d4时，根据相关内容，画出其等效电路图，如图4.8所示。图4.8d4点短路的等效电路图此时，如果d4点发生了短路，计算其基准电流为： （4·48）短路电流为： （4·49） （4·50）计算可得，其稳态短路电流有名值为： （4·51）由此得，冲击电流为： （4·52）此时，计算短路全电流最大有效值，可得： （4·53）计算可知，短路容量为：（4·54）4.2.5计算结果在三绕组变压器中，根据短路电流公式和给定的参数，整理为表4.2。表4.2最小运行方式下短路结果短路点基准电压短路电流短路电流有名值/kA冲击电流/kA短路全电流/kA短路容量/MVAd1220166.6743.33110.3065.4343330d2352.984.9212.527.43298d31101.830.952.421.44183d4352.243.709.425.59224

5电气设备选择及校验5.1设备的选择原则（1）在检修时，可以满足要求。短路时，也应满足要求。并且需要考虑后期维修是否方便。（2）应力求技术先进及经济合理。（3）应按当地环境条件校验。（4）对于整个设计的需求，应该和选择的设备功能协调一致。5.2断路器5.2.1断路器的选择在输电线路中断路器非常重要，因此在选择断路器的时候需要注意到所需要的高压断路器的几个影响因素。包括其需要安装的位置、所安装的环境是什么样的、技术条件如何。同时，还需要考虑进行不同价格不同技术的比较。当电网的电压等级在110kV和220kV的时候，在大多数的情况下，可以选择少油和六氟化硫断路器。但是油断路器有一个很大的缺点，其开断性能和其他另外两个常见的真空或六氟化硫断路器相比，就显得功能较差。所以，现在在某些地方中，油断路器已经受到很大的限制。但是油断路器价格便宜、结构简单，在现实使用中仍然在电力系统很受欢迎、适用范围很广。5.2.2断路器选择计算（1）断路器选择额定电压：（2）额定电流的选择：(5·1)（3）此时，按照开断电流来进行选择，可得：(5·2)（4）动稳定校验：(5·3)由以上的数据计算可知，LW2-220户外高压型少油断路器适合本电力系统的使用。这种型号的断路器在工作过程中，其最高的电压可以达到252kV，并且它的额定电流是2500A。其开断电流在额定下和短路时分别是50kA、125kA。并且由资料可知，它的动稳定电流峰值达到125kA，4s热稳定电流是50kA，固有分闸时间：0.04s，合闸时间0.2，全开断时间0.07s。（5）检验热稳定，取后备保护为5s，计算可得：即：(5·4)其中，在本式中，是热效应用到的短路切除时间，是后备保护时间，为断路器的全开断时间。已知，所以在不考虑非周期分量的情况下，由相关资料查得周期分量得等值时间表，可得：(5·5)(5·6)(5·7)即，可以满足要求。根据以上计算和校验可知，户外LB7-220型少油断路器能够满足本电气系统的所有要求。由此可以，根据上述的计算，对户外LB7-220少油断路器的数据进行整理，整理结果如表5.1所示。表5.1LW2-220户外高压型少油断路器数据设备项目LW7-220产品数据计算数据额定电压kV220220额定电流A2500166.67动稳定电流kA125110..3热稳定校验kA5043.33热效应k100008204.635.3隔离开关5.3.1隔离开关的选择在选择隔离开关时，需要对各方面进行比较，可以比较隔离开关的型号是否适合其使用的要求，在使用过程中是否方便、可操性强，在配电装置方面是否满足基本要求，隔离开关的型号与其安装位置是否合理等因素。隔离开关本身不具备灭弧装置，因此，在进行开断、接通负荷电流或者短路电流的操作就不能够完成，所以也不会有开断电流和关合电流的校验。隔离开关和断路器的相同之处就是，其各参数的计算结果与断路器一样，比如其额定电压的计算、额定电流的计算还有热稳定、动稳定校验，均与断路器的计算过程和结果相同。5.3.2隔离开关选择计算（1）隔离开关，额定电压的选择：（2）额定电流的选择为：(5·8)由上面的计算结果可知，GW4-220户外型隔离开关完全满足该系统的使用，所以确定其为最后选择的隔离开关类型。其参数是：额定电压220kV，最高工作电压可达到126kV，额定电流600A，动稳定电流120kA，4s热稳定电流有效值50kA。（3）检验热稳定：(5·9)(5·10)根据结果可知，，已满足要求。（4）检验动稳定：<由此可知，上式已满足要求。因此，由计算可得出结论：GW4-220型户外隔离开关能满足要求，并且，可以根据结果列出GW4-220相关数据如表5.2所示。此外，该隔离开关适用于海拔不超过1000米，其室外温度不高于40℃的环境中，该电网的位置已完全满足这些要求。表5.2GW4-220型户外隔离开关数据设备项目GW4-220产品数据计算数据额定电压kV220220额定电流A600166.67动稳定电流kA120110..3热效应k100008204.635.4电流互感器5.4.1电流互感器的选择电流互感器本身不是接触式的，而是非接触式的电流互感器，电流互感器的原理其实就是电磁感应。在选择电流互感器的时候，与几点需要注意。（1）在安装电流互感器的时候应该考虑到安装的位置是否合适，安装的类型必须能够在该环境下适用。（2）额定电压的选择：额定电压的选择就是一定需要满足，电流互感器的额定电压不能小于装设点线路的额定电压。（3）对电流互感器进行选变比的时候，其选择原则就是，在回路中，其正常工作的最大负载电流作为根据来定变比。（4）定容量的选择即准确级选择的原则：为了确保变压器的精度水平，连接到二次侧的负载为，不得大于精度水平规定的额定容量，即：5.4.2电流互感器选择计算（1）额定电压的选择，应该满足：（2）额定电流的选择，应该满足：(5·11)由以上的计算结果可知，LB7-220型电流互感器完全满足其所有要求，该类型的电流互感器的参数为：额定电流比为：2×600/5，准确次级是0.5，二次负荷阻抗为2，1s热稳定倍数为80，动稳定倍数125。检验热稳定，计算可得：⋅(5·12)⋅(5·13)此时，已满足要求。由此，检验动稳定，计算可得：(5·14)<根据以上计算可知，该型电流互感器已经满足所有要求。所以LB7-220型电流互感器，已经满足所有要求，由最后的计算结果，最终可列出LB7-110型电流互感器数据，如表5.3所示。表5.3LB7-220型电流互感器数据设备项目LB7-110产品数据计算数据额定电压kV220220额定电流A1200173动稳定电流kA176.75110.3热效应k92168204.5经综合计算，LB7-220已满足上述对电流互感器的要求。所以LB7-220为电流互感器的选择类型。

6输电线路继电保护6.1输电线路保护分析根据实际情况，因为工厂都在郊区，输电线路大都是在工业区，为重要的工厂提供电能，所以对可靠性的要求很高。因此，本设计中的220kV的电网继电保护部分，对于输电线路这一内容，设计了两套主保护，即纵联保护中的高频保护和距离保护。这两种保护中，反应全线速动的是纵联保护，其作为近端保护，而距离保护作为主保护的后备保护。在两个供电的单回路中，可以安装多个间隔的距离防护，在不能达到敏感度和速度的情况下，采用高频防护，将多段距离防护做为备用。同时，一条全速保护的线路，其总的保护动作的总时间为：对近侧的失效：20毫秒；远程失败：30毫秒（除信道发送时间外）。最后，在接地短路时，应采用有定向或无定向的多阶段零序电流保护，在有些情况下，当采用有定向的间距防护能够显著提高整体电网的接地保护时，采用多阶段零序电流防护。6.2纵联保护6.2.1纵联保护的特点（1）纵联保护的概念在220kV电网中，针对输电线路的部分选择的保护，有纵联保护中的高频保护作为主保护，距离保护作为主保护的后备保护。其中，高频保护就是利用高频信号通过高频电流通道，其中转变的是线路两端的电流相位或者功率方向，输送到对端后，以此比较两端电流相位或者功率的一种保护[5]。（2）纵联保护的优点纵联保护中的高频保护的一大优点就是可以通过甄别来判断故障是区内还是区外，在220kV的输电线路中，选择纵联保护中的高频保护可以及时判断故障位置和类型，并且最快速度由两端切除故障。所以，高频保护对于被保护的线路来说，无疑是高效的保护方式，并且可以对电力系统的稳定性进行了保障。当220kV电网发生故障的时候，这时候高频保护就可以进行保护，此时的高频保护把判别量，判别量说就是某种电量，将其转换为高频电波，然后再通过特殊的通道，把判别量输送到对侧，由此检测判断出是区内故障还是区外故障。因为判别量是某一电量，不是确定的，所以判别量在通过通道输送的时候，其传送方式与选取的具体通道也就会不相同。6.2.1纵联保护的整定与计算如图6.1是高频负序功率方向保护的原理框架图，在这个图当中，两个元件的作用十分关键。第一个是起动元件，第二个是方向元件。前者可以在外部发生故障的时候对发动机进行起动，后者是如果在正向适中的情况下，使跳闸回路做好准备。起动的元件用的是反向负序功率方向继电器KA-，所谓的反向就是它的方向是从线路到母线的。方向元件就是与之相反，是正向的负序功率方向继电器KA+，所谓的正向就是与反向的方向相反，从母线到线路的方向。为了使保护的可靠性增强，还会对元件进行加装，比如会加装负序电流元件I2图6.1保护的原理框架图需要保证被保护线路末端故障时有足够的灵敏度。如果是利用的相敏负序功率元件，那么，就可以把整定的方法进行简化，正向负序功率元件的整定转变为负序电流。整定值可以根据公式选取两个所求结果中，数值当中更大的一个作为整定值。 （6·1）在这个式子中，如果被保护的线路发生了短路，并且短路的位置是在线路的末端，此时，通过本侧的最小的负序电流为。当稳态负序电容电流出现的时候，此时，是躲开空载线路两项先合闸的情况，此时的稳态负序电流也就是。 （6·2）——可靠系数，并且是负序电容电流暂态过程的可靠系数，取值为2.5~3。——整个被保护线路的长度，单位是km。——由资料查得可知，二相先合闸时的充电电容的电流值为0.127A/km。6.3距离保护6.3.1距离保护的基本概念（1）距离保护概念本设计把距离保护作为220kV输电线路中的后备保护。距离保护的工作原理是通过与受保护部件的一端相比较，确定其失效部位与保护装置之间的距离，并与保护区域相对应的距离进行对比，确定其失效部位的具体情况，进而确定其性能。很明显，该方法不会受到操作模式和线路的限制。（2）距离保护技术的基本特征距离保护是一种相间的保护，其反应了从失效位置到保护安装部分的阻抗值（间距），它是一种主要的部件（测试部件），其工作时刻呈阶梯状。并且可适用于各种复杂的构造。在各种工况下，可进行有选择的电网，快速地将各相故障进行截断。当电力系统的结构和工作模式变化较大时，常规的电流电压保护无法达到使用的目的时，应当考虑使用远距离保护。6.3.2距离保护整定计算（1）Ⅰ段的原理图如图6.2所示，求解相间距离保护的Ⅰ段数值的整定。1）Ⅰ段距离保护，其整定值计算可得：式中，是Ⅰ段所在的可靠系数，其数值的选值范围为0.8到0.85之间，表示的意思是距离Ⅰ段的整定阻抗。2）在相间距离保护中，Ⅰ段的保护范围，也就是Ⅰ段的灵敏度。换一种说法就是：这个保护范围即灵敏度的范围，也就是整个被保护线路的85%。3）由此算得其动作时间，也就是相间距离保护的Ⅰ段动作时间为：图6.2Ⅰ段的整定原理图（2）在相间距离保护中，继续求解Ⅱ段的整定。1）计算P1的Ⅱ段的整定阻抗，由此得出： （6·3）2）求出Ⅱ段的灵敏度校验值，可得： （6·4）3）计算可得，Ⅱ段的动作时间是： （6·5）（3）由此，根据电力系统继电保护的资料，继续求Ⅲ段的整定。1）求阻抗，此时的阻抗是躲过被保护线路的最小负荷阻抗。最小负荷阻抗计算为： （6·6）其中，为母线额定线电压，因为其需要需要选最小值，因此应选倍数范围0.9~0.95的0.9作为倍数。由此所得的结果为正常运行时母线电压的最低值。则被称为是保护线路最大负荷电流。如果元件选用的是方向阻抗元件，那么此时的整定值为： （6·7）2）由计算可得，继续对Ⅲ段进行灵敏度校验：如果此时的保护为近后备保护： （6·8）当假设距离保护为远后备的时候： （6·9）其中，是相邻线路的阻抗，是指的分支系数的最大值，用来保证在各种运行方式下动作的灵敏性。3）由此求得，Ⅲ段动作时间计算结果为： （6·10）6.3.3距离保护的应用因为距离保护本身的含义就是，能够让其在复杂多变、电源数量多的情况下，确保能够选择性动作。如果改变系统的运行方式，那么可能会影响其它各段，但是这种影响是非常小的。所以，其保护范围十分稳定。因此，动作的时限相较而言更短，并且更加固定。距离保护确实在一些线路保护中具有一些不合适的缺点，但距离保护的优势更加明显，因为距离保护不管在什么形势的电压网络中，都能保证有选择性的动作。所以，在距离保护的应用中，会广泛地应用在35kV及其以上的电网中。因为距离保护不是全线速动保护，所以对此没有要求的，可以选择距离保护为主保护。6.4零序保护6.4.1零序电流保护的特点首先，零序电流最大的特点就是：当中性点和地直接相连的时候，也就是直接与接地系统发生接地短路的时候，这时有大量的零序电流分量产生。同时，零序电流保护也有它避免不了的缺点，主要就是体现在电流保护方面。由所学知识可知，零序电流保护会受到电力系统的影响，一旦电力系统的运行方式发生变化，零序电流保护也往往会受到影响，一般会变现为零序电流保护的灵敏度下降。6.4.2接地短路计算的运行方式对零序电流保护进行整定计算，首先就是要对零序电流进行数值大小的计算，并且还要对其分布的运行方式，进行选择。所谓的运行方式的选择，就是需要确认零序电流保护是否可以适应变压器、发电机和线路变化的情况。换个角度讲，就是在电气系统当中，应该把变压器设备的绝缘要求，以此为根据，对中性点是否接地的选择做出判断。还有一点就是，应该把母线的零序电流进行分析，使其在运行过程中，变化最小的时候作为基本要求。6.4.3零序继电保护的整定计算（1）计算最大的零序电流，即当本线路末端接地短路的时候，计算可得： （6·11）被称为是可靠系数，它的取值范围可以在1.2~1.3中取。1）灵敏度校验：零序整定图如图6.3所示，最小的保护范围应该大于该线路被保护长度的15%。2）整定的时候，也就是动作延时为0s，即不存在动作延时的时间。图6.3零序整定图（2）由此可知，应继续计算零序电流保护Ⅱ段的整定1）当计算整定值的过程中，应该和下一条线路中的零序第Ⅰ段相配合： （6·12）2）当对灵敏度进行校验的时候，应注意到：当末端接地故障受保护的时候，为流过保护的最小三倍零序电流，以此为依据进行校验，即3I3）动作时间为1s。（3）1QF零序电流保护Ⅲ段的整定1）当下一级的线路末端短路被躲过时，可能出现的最大不平衡电流，即在这个式子中：被称为非周期分量系数，数值选定为1。被称为电流互感器的同型系数，数值选定为0.5。被称为是在本级线路末端中三相短路的最大短路电流。2）由此可知，可对灵敏度进行校验：如果当它作为近后备保护的时候：如果其作为远后备保护的时候：3）动作时间取为1.5s。

7变压器保护7.1瓦斯保护变压器保护中选取了两套作为主保护，分别是纵联差动保护和瓦斯保护。7.1.1瓦斯保护原理瓦斯就是日常生活中经常使用到一种气体，在我们电气系统中，瓦斯保护可以作为一种气体保护在变压器的内部进行保护。由此说来，瓦斯也就成为了变压器的一个元件，当故障存在的时候，瓦斯保护对于油位下降等故障的产生，都可以进行灵敏动作，从而保护变压器。瓦斯保护的原理，其实非常简单，从内部结构里面进行解说，就是在其内部，分为上、中、下三个部分。当运行正常的时候，上下两部分都是进行自转，而中间的部分是油，两部分都浸在油里面。当运行不正常的时候，上部分不会再因为浮力悬浮在油的上面，下半部分也不会因为重力沉浸在油的下面。上下两部分会因为故障将把水银接点接在上下部分的位置，吸附起来。此时的水银接点不再是断开的状态。其中，瓦斯分为轻瓦斯和重瓦斯。轻瓦斯是指当故障发生的时候，也就是变压器内部的故障比较小的时候。反之，当内部的故障情况很严重的时候，瓦斯气体大量产生。重瓦斯会在第一时间把变压器连接的点断全部切除，以保证设备和人员的安全。瓦斯保护是变压器内部故障的主要保护元件，当油式变压器内部发生故障时，因为电弧会分解绝缘材料并产生大量气体，因此其强度取决于故障的严重程度。7.1.2瓦斯保护构成瓦斯保护则组成图如图7.1所示。（1）图中切换片XB的作用是在切换到虚线位置时只发送一个信号来保护断路器不跳闸。新安装或维修的变压器油中含有大量空气，可能导致重瓦斯保护失灵。（2）信号继电器KS在保护中十分重要，如果想提高其灵敏度，可以通过并联出口中间继电器KCD和电阻R2（3）出口中间继电器KCD带电压自保持线圈的原因，其实是重瓦斯保护是靠油流冲击档板，冲击力消散的很快，下部分的档板不可能会一直保持触点的闭合状态，等到至断路器跳开。图7.1瓦斯保护组成图7.1.3瓦斯保护的运行与维修（1）瓦斯保护的用途可能不一样，瓦斯保护可能是用来接受信号或者跳闸，也可能是不接受信号，仅仅用来跳闸的。当变压器运行的时候，两个功能瓦斯保护都具备。若是有载分接开关的时候，此时的瓦斯保护仅仅只具备一项功能。（2）如果变压器在运行过程中，由下面几种情况时，可以把重瓦斯保护改接信号，比如：1）如果两台变压器被一台断路器所操控，并且其中一台变压器转为备用的时候。2）当在瓦斯保护，或者在它的二次回路上进行工作的时候。3）除油样和瓦斯继电器上方的阀门外，随处打开阀门以释放油，并给阀门注油。（3）对于因地震而停止重瓦斯保护运行的变压器，应该在变压器开机前进行变压器及瓦斯保护检查试验，确认无异常后再开机。（4）新建变压器或停电检查、滤油、从底部润滑、更换气体继电器、散热器、强制油循环装置和套筒等工作情况。7.2纵联差动保护7.2.1纵联差动保护的基本原理输电线路两端的保护装置通过通信路径垂直连接，将隔板的电气量送至另一侧，比较两端的电气量。由此来进行一些简单的判断，需要判断的是故障位置是在本线路范围内还是范围外，并决定是否跳过开关的保护。纵联差动保护的优点是可以顺势切除在本线路全场范围内的短路故障，但是，其不能作为相邻线路的后备保护。过流保护、距离保护、零序保护都是反应一端电气量的保护，无法区分本线路末端点和相邻始端点的短路故障，不能瞬间切除本线路全场范围内的短路故障，所以必须引入纵联保护。7.2.2纵联差动保护的整定（1）变压器高中低压侧额定电压的计算因为变压器的高压侧接的是220kV的电网，则变压器高压侧的额定电压为：中压侧接的是110kV，这时变压器中压侧额定电压的算法可以用两绕组变压器二次额定电压的确定方法，即高于110kV的10%，即就是中压侧的额定电压为：同理，压测也是按照两绕组变压器二次额定电压确定方法，则算得：（2）变压器高中低压侧额定电流的计算高压侧额定电流为：（7·1）中压侧额定电流为：（7·2）低压侧额定电流为：（7·3）（3）电流互感器的计算变比（7·4）（7·5）（7·6）实际变比由规程可知取得分别为150/300/75。（4）二次电流由实际变比和一次额定电流求得：（7·7）（7·8）（7·9）（5）中间电流互感器的变比；纵联差动保护中变压器和电流互感器的参数计算见表7.1。表7.1变压器参数表名称各侧参数高压侧（H）中压侧（M）低压侧（L）额定电压UN（kV）22012138.5一次额定电流IN（A）83150421各侧接线YNYNd11各侧TA二次接线ddYTA计算变比144260.25730.44TA实际变比150300750二次电流（A）0.960.870.97基本测度选择中压侧对于高压侧和低压侧为基准侧中间TA的变比nm0.990.9（6）纵联差动保护动作电流的整定原则1）首先计算最大不平衡电流，也就是躲过外部短路故障时的不平衡电流，列出其整定式是：在这个式子当中：被称之为可靠系数，取值为1.3。被称为外部短路故障时，最大不平衡电流。2）电流互感器和变压器变比不完全匹配产生的最大不平衡电流。3）由此可算，互感器传变误差引起的最大的不平衡电流。即：（7·10）（7·11）（7·12）得到最大不平衡电流为：在这个式子当中被称为外部短路故障时，最大的短路电流；被称为相对误差，它是由于电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对误差，单相变压器可以按照式子进行计算，Yd11接线三相变压器的计算式为：（7·13）假如采用中间变流器进行补偿的时候，取补偿后剩余的相对误差。被称为是由变压器分接头改变引起的相对误差，数值可以取调整范围的一半。0.1被称为电流互感器能够容许的最大稳态相对误差。被称为是电流互感器同型系数，根据相关资料可知，应选定为1。被称为是非周期分量系数，数值选取范围是应该在1.5到2之间，如果用速饱和变流器时，因为非周期分量会让它饱和，所以会抑制不平衡输出，最后可以选定数值为1。当短路点为d2时，代入数值，求出最大不平衡电流，并取时，得：（7）躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为（7·14）被称为是变压器的额定电流。被称为是励磁涌流的最大倍数，数值选择范围是4~8。整定值中不需要考虑励磁涌流的影响时，可取；采用加强型速饱和变流器的差动保护时，取。代入数值得：取最大不平衡电流与最大励磁涌流两者中的最大者，作为纵联差动保护的动作电流整定值。即：7.2.3纵差动保护灵敏系数的校验根据上述内容，计算纵联差动保护的灵敏系数的校验。（7·15）在这个式子中是指各种运行方式下变压器区内端部故障的情况下，流进差动继电器的最小差动电流。灵敏系数一般超过2，如果按照上述整定原则的动作电流，没有满足灵敏度要求的时候，需要采用具有制动特性的差动继电器。代入数值得：

8防雷保护8.1避雷针的介绍一般在电力系统设置的时候，都会考虑假如避雷针作为保护。避雷针其实就是把雷引入到地下，它相对于雷电场来说，可以生成一个附加的电场。而这个附加的电厂就使根据雷电对避雷针产生静电感应引起的。可以把雷场扭曲，将雷电放电路径引向避雷针本身，使其不往保护对象正常发展的方向，然后通过与避雷针相连的接地导管和接地装置将雷电接地。所以，避雷针又被叫做引雷针。8.2避雷针的配置选择避雷针的保护原理是在雷电放电时地下的电场畸变，从而，在避雷针尖端形成的一块空间，这块空间是局部电场集中形成的，影响先导放电的行进方向。并将雷电释放到避雷针，通过接地装置将雷流引向大地，保护被保护对象免受雷击。因为本电网设计的位置范围内，经常下雨打雷，因此整个防雷装置必须覆盖整个系统。因此设计这种方法，此方法比单支避雷针保护范围要大得多。所以选择四根避雷针作为等高避雷针。需要保护的地方是变电站长度为108.5m，款79.5m。经过查询可知，门型架构高15m。因此，如图8.1的方式来摆放避雷针。图8.1避雷针的摆放位置图；8.3避雷针保护半径的计算根据公式可知，单支避雷针在地面上的保护半径，计算如下：（8·1）也就是避雷针的高度，单位是m。由此可得，单支避雷针在被保护高度水平上的保护半径rx计算如下：当时，（8·2）当时，