220kV变电站继电保护设计正文

前言继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的.几十年来,随着我国电力系统向高电压、大机组、现代化大电网发展，继电保护技术及其装置应用水平获得很大提高。在20世纪50年代及以前，差不多都是用电磁型的机械元件构成。随着半导体器件的发展，陆续推广了利用整流二极管构成的整流型元件和半导体分立元件组成的装置。70年代以后，利用集成电路构成的装置在电力系统继电保护中得到广泛的运用。到80年代,微型机在安全自动装置和继电保护装置中逐渐应用。在电力系统中，由于雷击或鸟兽跨接电气设备、设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当等原因，往往发生各种事故。为了保证电力系统安全可靠地运行，电力系统中的各个设备必须装设性能完善的继电保护装置。继电保护是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发生相应的跳闸脉冲或信号。继电保护虽然种类很多，但是一般由测量部分、逻辑部分、执行部分三部分组成。测量部分是测量被保护元件工作状态的一个或几个物理量，并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该起动。逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合、使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。执行部分是根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发生信号，跳闸或不动作等。继电保护的基本性能要求是选择性、速动性、灵敏性、可靠性。随着新技术、新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性、运行维护方便性也不断得到提高。继电保护技术将达到更高的水平。由于编者水平和时间所限，文中疏漏和不足之处在所难免，恳请老师批评指正。目录摘要……………………………………………………………………………1第1章设计说明书…………………………………………………………2第2章主变压器保护设计…………………………………………………32.1主变压器保护设计………………………………………………32.2变压器容量选择……………………………………………………42.3变压器主保护………………………………………………………82.4过电流保护…………………………………………………………132.5接地保护……………………………………………………………142.6其他保护……………………………………………………………16第3章母线保护……………………………………………………………193.1母线保护设计分析…………………………………………………193.2220kV侧母线保护……………………………………………………203.3110kV侧母线保护……………………………………………………213.410kV侧母线保护……………………………………………………233.5微机母线保护………………………………………………………23第4章线路保护……………………………………………………………254.1线路保护分析………………………………………………………254.2220kV线路保护………………………………………………………254.3110kV线路保护………………………………………………………284.410kV线路保护………………………………………………………32总结……………………………………………………………………………37参考文献…………………………………………………………………………38致谢………………………………………………………………………………391摘要本文的内容有设计说明书、主变压器的保护、母线保护及线路保护。设计说明书简要的说明设计的性质、内容等。主变压器的保护设计，其中主要对主变压器的主保护、后备保护及其它保护进行设计分析，并阐述其优缺点。设计中所使用的保护有：气体保护、纵差动保护、过电流保护、接地保护、过负荷保护、励磁保护、断路器失灵保护、微机保护等。整定值的计算有110kV及10kV的短路电流计算。【关键词】：变电站；主变压器保护；母线保护；线路保护2第一章设计说明书主变压器的保护设计，其中主要对主变压器的主保护、后备保护及其它保护进行设计分析，并阐述其优缺点。第二章为主变压器配置的保护有：气体保护、纵差动保护、过电流保护、接地保护、过负荷保护、励磁保护、断路器失灵保护、变压器温度保护、冷却故障保护等。第三章为母线保护，虽然母线处于变电站内，发生故障的几率相对于其他设备小，但母线发生故障时，接于母线上的所有元件都要断开，会造成大面积停电。此外枢纽变电所的高压母线故障，如果动作迟缓，将会导致电力系统的稳定性遭到破坏，从而使事故扩大，因此，为母线选择合适的保护方式是本部分的重点。为母线配置我保护有：220kV侧母线为元件固定连接的母线完全差动保护；110kV侧母线为完全电流差动保护、10kV侧母线为后备保护。为全部母线配备微机保护。第四部分为线路保护，电力线路如果继电保护配置不当，保护将不能正确动作，(误动或拒动)，从而会扩大事故停电范围，给国民经济带来严重后果，有时还会造成人身和设备安全事故，因此合理选择保护方式也是非常必要的。220kV线路为高频保护和电流平衡保护、110kV线路是以电流平衡保护为主，零序保护做后备的保护、10kV线路为接地零序电流保护。3第2章主变压器保护设计本设计主要针对变电站变压器保护配置进行设计分析，变压器是变电站重要设备之一。它的安全运行直接关系到变电站安全、稳定、经济运行，特别是枢纽变电站一旦因故障损坏或者导致线路停电，造成的损失将无法估计，因此必须针对变压器可能出现的故障和异常工作情况，根据其容量、数量和重要程度，装设相应动作可靠，性能良好的继电保护，防止故障的发生，其中主要对主变压器的主保护、后备保护及其它保护进行设计分析，并阐述其优缺点。2.1主变压器保护设计分析一、主变压器保护设计目的大型变压器的造价昂贵，一旦发生故障遭到损坏，其检修难度大，时间长，会造成巨大的经济损失，特别是单台容量占系统容量比例很大的情况下，发生故障后突然切除变压器，将给电力系统造成很大的扰动，因此，在考虑大型变压器继电保护的整体配置时，除了保证其安全运行外，还应最大限度地缩小故障影响范围，特别要防止保护装置误动作或拒绝动作，这样，不仅要求有性能良好的保护继电器，还要求在继电保护的整体配置上尽量完善、合理。二、主变压器保护设计原则变压器继电保护整体配置设计时，必须清楚其可能发生的故障及异常运行状态，针对其可能发生的故障及异常运行状态进行相应的保护配置：(一)变压器可能发生的故障：①油箱内部故障：绕组相间短路，接地短路匝间短路，及铁芯烧损。②油箱外部故障：主要是套管及引出线上发生相间短路和接地短路（二）变压器的不正常工作状态：①由外部短路引起过电流②由于电动机自启动及尖峰负荷等原因引起的过电流4③由于油箱漏油造成油面降低④由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁三、主变压器保护配置变压器的保护可以分为短路保护和异常运行保护两类。短路保护用以反应被保护范围内发生的各种类型的短路故障，作用于断路器跳闸。为了防止保护装置或者断路器拒动，又有主保护和后备保护之分。异常运行保护用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况，此保护作用于发信号，这类保护一般只装设一套专用继电器，不设后备保护。根据《继电保护和安全自动装置技术规程》规定变压器一般应装设下列继电保护装置：(一)反应变压器油箱内部故障和油面降低的气体保护（容量在800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设气体保护）。(二)反应变压器绕组、引出线的相间短路，中性点直接接地侧绕组、引出线和套管的接地短路，以及绕组匝间短路的电流速断保护或纵联差动保护。（容量在10000kVA及以上或6300kVA以上并列运行变压器应装设纵联差动保护，以代替电流速断保护）。(三)反应外部相间短路的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序电流保护和阻抗保护(四)反应中性点接地的电力网中，外部单相接地短路的零序电流保护。(五)变压器其他保护，如过负荷、过励磁、变压器高压侧断路器失灵保护、温度保护、冷却器故障保护等。2.2变压器容量选择一、主变压器容量选择原则（一）主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并应考虑变压器正常工作和事故时过负荷能力。（二）根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要5负荷的变电站；应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内应保证对一、二级负荷的供电。二、变压器容量选择整定计算变压器保护装置应根据变压器容量、数量配置相应保护，由原始资料分析该变电站主变压器为两台三绕组降压变压器，主要向110kV线路负荷、10kV线路负荷、站用电负荷供电，据《220kV～500kv变电所所用电设计技术规程》规定，220kv所用电宜从主变压器低压侧分别引接两台容量相同，可互为备用，分列运行的所用工作变压器，只有一台主变压器时，其中一台所用变压器宜从所外电源引线，本设计中主变压器为两台三绕组降压变压器，变电所所用电宜从主变压器低压侧分别引入，因此所用电可当作10kV线路负荷来处理，110kV、10kV线路负荷情况如下表：10kV等效负荷40000.9名称最大负荷（KW）功率因素Cosθ氮肥厂40000.85机械厂40000.85纺织厂30000.85化工厂30000.85造纸厂25000.85水厂60000.85110kV线路负荷名称最大负荷(MW)功率因数Cos石化厂320.9炼油厂360.9甲县变250.9乙县变280.9丙县变150.9丁县变260.856建材厂30000.85A变40000.85B变40000.9110kV断路器冬天41室外配电装置照明151室内照明81110kV线路最大有功功率：KW00016210×26)+15+28+25+36+(32P31110kV线路最大无功功率：KVarCosSinCosSinCosSinP444.8200410×6210×15)+28+25+36+(32Q2231131其中9.01Cos,85.02CosＤ变30000.9主变风扇0.15×660.85主充电机160.85浮充电机150.85蓄电池进风1.50.85蓄电池排风20.85锅炉房水泵20.85空压机200.85载波室21220kV配电装置电源181110kV配电装置电源181220kV断路器冬天加热417由于110kV线路各负荷间同时系数为0.9,110kV负荷的最大输出复功率：j73804145800)444.82004j162000(9.0S~110kV线路负荷最大有功功率：KW4.406354.13540500815441818220221.51516660.1510×3)444362.5334(4P3210kV线路负荷最大无功功率KVarCosSinCosSinCosSinCosSinCosSinCosSinP835.231174.2556615000)20225.115166615.0(10×)365.23344(10×3)44(4Q2211222231132上叙10kV等效负荷间同时系数取为0.85，其中9.01Cos,85.02Cos，变电站旋转设备的功率因数取85.0Cos，非旋转设备功率因数取1Cos。10kV负荷的最大输出复功率：j19650.1634540.09)3117.8352j4.40635(85.0S~2已知110kV、10kV线路负荷同时系数为0.9，主变压器总输出复功率：j84108.744162306.081j19650.16)34540.09j73804145800(9.0)S~S~(9.0S~21主变压器的总最大视在功率：KVA66.18280484108.744162306.081S