星元变电所继电保护设计- 1 -第一篇 说明书1 引 言本设计书是根据 2007 年毕业生毕业设计任务书的要求所编写的，是为了让毕业生适应电力系统的发展需要，使毕业生能更深刻、实际的接触电力系统的各类相关知识。本设计的设计课题是星元变电所继电保护设计。继电保护是电力系统中最不可缺少的，电力系统在运行中不可避免的会出现各种故障或不正常运行状态，这些故障或不正常运行状态若不及时正确处理，都可能引发一系列的事故，造成电能质量降低到不能允许的程度，造成人身伤亡及电气设备损坏等，后果之严重是不可预示的，所以必须装设继电保护装置，尽量防止故障的发生。所以在毕业设计中，继电保护装置的选择是一个重要环节。本设计共分两篇。第一篇是说明书；第二篇是计算书；其中说明书包括七部分，第一部分是引言，第二部分是运行方式分析；第三部分是继电保护概述；第四部分是全所（厂）保护配置说明；第五部分是全所（厂）保护原理说明；其次计算书包括两部分，第一部分是短路电流计算，主要介绍了短路电流的计算及对线路的整定计算和灵敏度校验；第二部分是整定计算部分。本设计书编写过程中曾遇到过各种各样的问题和困难，指导老师李晶老师给予了宝贵的意见的精心指导，在此表示深切的谢意。沈阳工程学院毕业设计（论文）- 2 -2 运行方式分析2.1 运行方式分析本次设计星元变电所继电保护设计，只有一个电源（房山电厂） ，两台变压器（SFPS9000/220） ，主接线是双母线接线。考虑其运行方式，原则上应尽可能使其供电系统发生事故式负荷波动时，能起应急电源作用，能继续维持部分生产。当系统故障跳闸时，切除次要负荷，以免发电机因过载而相继跳闸。当“解列”时发电机一种可能是处于过负荷状态，即发电机发出功率不小于用户用电的功率，这时发电机难以维持运行。另一种可能是发电机处于欠负荷状态，即发电机发出的功率大于用户用电功率，过时减少热负荷发电机仍能维持正常运行。应尽量设法维持发电机正常运行，提高发电机组运行的可靠性。在选择保护方式及对其进行整定运行时，都必须考虑系统运行方式变化带来的影响。所选用的保护方式，应在各种系统运行方式下都能满足选择性和灵敏性的要求。对过量保护来说，通常都是根据系统最大运行方式确定保护的整定值，以保证选择性，因为只要在最大运行方式下能保证选择性，在其他运行方式也一定能保证选择性；灵敏度符合要求，在其他运行方式下，灵敏度也一定能满足要求。对某些保护，在整定计算时，还要按正常运行方式来决定动作值或计算灵敏度。2.1.1 最大运行方式根据系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行（或大部分投入运行）以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对于继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。星元变电所继电保护设计- 3 -2.1.2 最小运行方式根据系统最小负荷的需要，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式。2.1.3 正常运行方式根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应数量的发电机、变压器和线路的运行方式称为正常运行方式。这种运行方式在一年之内的运行时间最长。对更复杂的系统，最大、最小运行方式的判断是比较困难的，有时需要经过多次计算才能确定。对于某些特殊运行方式，运行时间很短，对保证保护的选择性或灵敏性有困难时，且在保护拒动或误动不会引起大面积停电的情况下，可不予考虑。2.1.4 单电源的运行方式根据任务书的给定的条件，本次设计的最大运行方式是两台变压器同时运行（容量为 290MVA） ，并且根据短路点的位置选择短路电流的路径，可得到流过的最大电流。最小运行方式是西岭电厂单独供电给小西变电所，变电所内只有一台变压器投入运行，根据短路点的位置选择短路电流的路径，可得到流过短路器的最小电流（容量为 90MVA ） 。2.1.5 双母线接线的特点本次设计采用双母线接线，它具有两组母线：工作母线和备用母线。每回线路都经一组断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器 CQF 连接，称为双母线接线。由于有了两组母线，使运行的可靠性和灵活性大为提高。其特点如下：（1）检修任一母线时，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；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时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其他电路均可通过另一组母线继续运行，不会停止对用户连续供电。但其操作步骤必须正确。例如，检修工作母线，可将全部电源和线路倒换到备用母线上。操作步骤是：先合上母联断路器两侧的隔离开关，再合母联沈阳工程学院毕业设计（论文）- 4 -断路器 CQF，向备用母线充电，此时，两组母线等电位，为保证不中断供电，按先通后断原则进行操作，即先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关，完成母线转换后，再断开母联断路器 CQF 及其两侧的隔离开关，即可对母线进行检修。（2）检修任一组母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其它电路均可通过另一组母线继续运行。（3）运行调度灵活，通过倒闸操作可以形成不同运行方式。例如：当母联断路器闭合，两组母线同时运行，进出线分别接在两组母线上，即相当单母线分段运行；当母联断路器断开，一组母线运行，另一组母线备用，全部进出线接于运行母线上，即相当于单母线运行。（4）检修任一断路器，只需短时停电。此时将母联断路器代替欲检修的断路器。2.1.6 双母线接线的缺点双母线接线的主要缺点是：在倒母线的操作过程中，隔离开关作为操作电器容易发生误操作；检修任一回路的断路器或母线故障时，仍将短时停电；另外，增加了母线隔离开关的数目和有色金属消耗量，并且使配电装置结构复杂，所以经济性能差。为了消除上述某些缺点可以采取如下措施：（1） 正常运行时，采用单母线分段的运行方式，以减少母线故障短时停电的范围。（2） 为防止误操作，要求运行人员熟悉操作规程，另外在隔离开关与断路器之间装设特殊的闭锁装置，以保证正确的操作顺序。（3） 采用双母线分段，进一步减少母线故障影响范围。但起经济性将更差。为了不停电检修出线断路器，可以采用双母线带旁路母线的接线。星元变电所继电保护设计- 5 -3 继电保护概述3.1 继电保护概述3.1.1 继电保护的作用：由于电气设备内部绝缘的老化、损坏或工作人员的误操作、雷击、外力破坏等原因，可能使运行中的电力系统发生故障和不正常运行情况。常见的故障是各种形式的短路，如三相短路、两相短路、两相对地短路、中性点直接接地系统中的一相对地短路、电气设备绕组层间和匝间短路等。各种短路均会产生很大的短路电流，同时使电力系统的电压水平下降，从而引发如下严重后果。（1） 短路电流产生的电弧将短路点的电气设备烧坏；（2） 短路电流通过非故障设备，由于发热和电动力的作用，很可能使非故障元件损坏或缩短其使用寿命；（3） 电力系统电压水平下降，影响用电单位的生产，出现次品及废品，甚至烧毁电动机；（4） 电力系统电压下降，可能破坏电力系统的稳定，使系统振荡而导致崩溃。电力系统中各种设备之间都有电或磁的联系，当某一设备发生故障，在很短的时间之内就会影响到整个系统的其他部分。因此，一旦电力系统出现故障，必须尽快将其切除，恢复正常运行，减少对用电单位的影响；而当出现不正常运行情况时要及时处理，以免引起故障。继电保护装置是一种能反应电力系统电气设备发生故障或不正常状态而作用于开关跳闸或发出信号的自动装置。为了保证对用电单位的连续供电，故障切除以后，应尽快地使电气设备再次投入运行或由其他电源和设备替代工作。沈阳工程学院毕业设计（论文）- 6 -因此，电力系统中除了安装继电保护以外，还需装设各种自动装置，如自动重合闸、备用电源自动投入装置以及自动低周波减载装置等。 3.1.2 继电保护的基本原理：电力系统发生故障时，会引起电流的增加和电压的降压以及电流与电压间相位的变化，因此电力系统中所应用的各种继电保护，大多数是利用故障时物理量与正常时物理量的差别来构成。继电保护原理的结构方框图，如图所示。由三大部分组成，分别为：测量部分：用来测量被保护设备输入的有关信号，并和已给定的整定值进行比较判断是否应该启动；逻辑部分：根据测量部分输出量的大小或性质及其组合或输出性质，使保护按照一定的逻辑程序工作，并将信号传输给执行部分：执行部分：根据逻辑部分传输的信号，最后去完成保护装置所负担的任务，给出跳闸或信号脉冲。故障参数 跳闸或信号脉冲整定值3.1.3 对继电保护的基本要求：根据继电保护在电力系统中所担负的任务，继电保护装置必须满足以下四个基本要求，即选择性、快速性、灵敏性和可靠性。一般情况下，作用于断路器跳闸的继电保护装置，应当同时满足这四个要求，而反应不正常工作状态并作用于信号的继电保护装置，则某一部分的要求（如快速性） ，可以降低一些。(1)选择性电力系统发生故障时，继电保护装置应该有选择性地切除故障部分，使非故障部分继续运行，以尽量缩小停电范围。这种性能称为继电保护装置的选择性。即继电保护装置能正确的断开离故障点最近的故障点。(2)速动性速动性就是指保护快速切除故障的性能，当系统发生故障时，快速地切除故障，可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少对用户在低电压下的工作时间，减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。故障切除的时间等于继电保护装置动作时间与断路器跳闸时间之和。即： t= QFopert测量部分逻辑部分执行部分星元变电所继电保护设计- 7 -式中 t-故障切除时间；-保护动作时间；opert-断路器跳闸时间；QF一般的快速保护装置的动作时间约 0.060.12s，最快的可达 0.010.04s。一般的断路器的动作时间约 0.060.15s，最快的可达 0.020.06s。目前油断路器的跳闸时间约 0.10.15s，空气断路器和 SF6 断路器的跳闸时间约 0.050.06s。高压电网中快速保护装置的最小动作时间约0.020.03s。所以切除故障的最小时间可达 0.070.09s，对不同电压等级和不同结构的电力网络，切除故障的最小时间有不同要求。一般对 220330KV 的电力网络为 0.040.1s，对 110KV 的电力网络为 0.10.7s，对配电网络为 0.51.0s。目前生产的继电保护装置，一般都可满足电力网络对快速切除故障的要求。对动作于信号的保护装置，如过负荷保护，不要求速动行。(3)灵敏性 即在规定的保护范围内发生故障和不正常运行状态时，继电保护装置的反应能力。继电保护的灵敏性以灵敏系数来衡量。 a.对于反应故障时参数量增加的保护装置灵敏系数= 保 护 区 末 端 金 属 性 短 路 时 故 障 参 数 量 最 小 计 算 值保 护 装 置 动 作 参 数 的 整 定 值例如：过电流保护的灵敏系数为.minKsenactIk式中 保护区末端金属性短路时的最小短路电流二次值；.inKI 保护装置的二次动作电流。.actb.对于反应故障时参数量降低的保护装置灵敏系数= 保 护 装 置 动 作 参 数 的 整 定 值保 护 区 末 端 金 属 性 短 路 时 故 障 参 数 量 最 小 计 算 值例如：低电压保护的灵敏系数为.maxKctsenrsdU式中 保护装置动作电压的二次值； .Kact沈阳工程学院毕业设计（论文）- 8 -保护区末端短路时，在保护安装处母线上的最大残余电.maxresdU压二次值。对不同作用的保护装置和被保护设备，所要求的灵敏系数是不同的，在继电保护和自动装置设计规程中都有规定。一般的过电流保护装置，要求灵敏系数为 1.52。(4)可靠性：保护装置的可靠性是指在其保护范围内、外发生故