个人资料整理仅限学习使用毕业设计 论文）题目变电所继电保护二次回路的设计学 生 姓 名： 鲁云鹏学号： 1131599 专 业 班 级： 电气化铁道 312315班指 导 老 师：薛 博 文2018年 6月 5 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用摘要随着我国建设的蓬勃发展，供电领域涌进了许多新技术、新设备，国家也相应制定了一系列的技术政策和设计规范。变电所技术经过十多年的发展，已逐步趋向自动化、数字化、智能化。本设计主要研究二次部分，包括对运行方式的分析，对电流互感器、电压互感器额定电压的选取方式进行了介绍。另外还有短路计算和电力变压器保护的整定计算，在完成理论的同时，增加了几幅等值图，以便更好的理解和计算。关键词 ：运行方式短路计算整定计算精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用目录第一章 绪论1 1.1 研究背景1 1.2 研究意义2 1.3 本文的主要内容2 第二章 系统运行方式的分析3 2.1 系统主接线结图3 2.2 运行方式的分析3 2.3 中性点的运行方式4 第三章 各元件主要参数5 3.1 发电机标幺值的计算5 3.2 变压器标幺值的计算5 3.3 输电线路标幺值的计算7 第四章 电压和电流互感器额定电压的选取方式9 第五章 短路电流的计算10 5.1 短路的类型10 5.2 短路电流计算的目的10 5.3 短路计算的假定条件10 5.4 系统正序等值序网图11 5.5 短路电流的计算12 第六章 变压器主变保护的设计与整定计算21 6.1 电力变压器的保护规程21 6.2 变电所主变保护的整定计算21 6.3 主变保护原理接线图27 第七章 结论与展望29 7.1 毕业设计的结论29 7.2 展望29 参考文献30 致谢 31精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用第一章绪论1.1 研究背景电力系统得飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在 40 余年的时间里完成了发展的4 个阶段。建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10 年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50 年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了知道作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的缉继电器制造业。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教案的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。自 50 年代末，晶体管继电保护已在开始研究，60年代中到 80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的 500kv 晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500kv 线路上，结束了 500kv 线路保护完全依靠从国外进口的时代。在此期间，从 70 年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到 80 年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90 年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用，天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kv 和 500kv 线路上运行。我国从 70 年代末即已开始计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。 1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机？变压器组保护也相继于1989、1994 年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991 年通过鉴定。天津大学与南京自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿方式高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996 年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从90 年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。1.2 研究意义电力系统由发电厂、变电所、线路和用户组成。变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。其中变压器是普遍使用的重要电气设备之一，它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定的运行。特别是大容量变压器，一旦因故障而损坏造成的损失就更大。因此必须针对变压器的故障和异常工作情况，装设动作可靠、性能良好的继电保护装置，因此对电力变压器保护配置的实时性提出了更高的要求。而我就是针对变电所继电保护的配置加以设计的。随着电力技术的发展，特别是自动化技术的发展，变电所二次部分的设计越来越“自动化”了，传统的手动控制正逐渐在被自动控制所替代，大量的保护装置采用微机型装置，传统的声光信号也逐渐被数字信号所取代，控制屏、信号屏的数量也越来越少了，这样也对二次回路的设计提出了更高的要求。如何用全新的设计理念，新型的设计标准是我们未来研究的方向。1.3 本文的主要内容本次毕业设计的内容是变压器继电保护的配置和二次回路的设计，主要包括系统运行方式，各原件参数的计算，电流互感器和电压互感器额定电压的选取方式，短路电流的计算，变压器主变保护的配置及整定等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用第二章系统运行方式的分析2.1 系统主接线图图 21 系统主接线图2.2 运行方式的分析 1. 系统运行方式分为：最大运方Ikmax和最小运方 Ikmin。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用最大运方：躲线路末端最大故障电流的运行方式；最小运方：躲线路末端最小故障电流的运行方式。 2. 本次课程设计的具体方案如下：最大运方： 2000MW、COS=0.85、Xmin=0.8；最小运方： 1600MW 、COS=0.85、Xmax=1.0。 3. 发电厂最大运方：全部运行；最小运方：停一台机组运行。4. 变压器接地情况 1）主变 A 三绕组变压器两台； 2）发电厂两台双绕组变压器； /100 Sd/Sn =10/100100/20 =0.5 零序电抗的标幺值 XO=0.8X1 =0.80.5 =0.4 3. 对 C变电站的双绕组变压器已知：额定容量 SN=30MVA 容量基准值 Sd=100MVA 短路电抗 UK=10.5零序电抗 XO=0.8X1故: 正序电抗的标幺值 X=UK( /100 Sd/Sn =10.5/100100/30 =0.35 零序电抗的标幺值 XO=0.8X1 =0.80.35 =0.28 4. 对 B1、B2、B3双绕组变压器已知：额定容量 SN=60MVA 容量基准值 Sd=100MVA 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用短路电抗 UK=11零序电抗 XO=0.8X1 故: 正序电抗的标幺值X=UK(/100Sd/Sn =11/100100/60 =0.183 零序电抗的标幺值XO=0.8X1 =0.80.183 =0.146 3.3 输电线路标幺值的计算 1. XA线路已知：每千 M电阻 X1=0.4/km 零序电抗 X0=3.5X1线路长度 XA=50km 容量基准值 Sd=100MVA 电压基准值 Ud=115KV 故： 正序电抗的标幺值X=X( Sd/ Ud2 =0.450100/1152 =0.151 零序电抗的标幺值X0=3.5X1 =3.50.151 =0.529 2. XF线路已知：每千 M电阻 X1=0.4/km 零序电抗 X0=3.5X1线路长度 XF=100km 容量基准值 Sd=100MVA 电压基准值 Ud=115KV 故： 正序电抗的标幺值X=X( Sd/ Ud2 =0.4100100/1152 =0.302 零序电抗的标幺值X0=3.5X1 =3.50.302 =1.057 3. AF线路已知：每千 M电阻 X1=0.4/km 零序电抗 X0=3.5X1线路长度 AF=30km 容量基准值 Sd=100MVA 电压基准值 Ud=115KV 故：正序电抗的标幺值 X=X( Sd/ Ud2 =0.430100/1152 =0.09 零序电抗的标幺值X0=3.5X1精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用 =3.50.09 =0.315 4. FB线路已知：每千 M电阻 X1=0.4/km 零序电抗 X0=1.3X1线路长度 FB=45km 容量基准值 Sd=100MVA 电压基准值 Ud=115KV 故：正序电抗的标幺值X=X( Sd/ Ud2 =0.445100/1152 =0.136 零序电抗的标幺值X0=1.3X1 =1.30.136 =0.177 5. FC线路已知：每千 M电阻 X1=0.4/km 零序电抗 X0=3.5X1线路长度 FC=35km 容量基准值 Sd=100MVA 电压基准值 Ud=115KV 故： 正序电抗的标幺值X=X( Sd/ Ud2 =0.435100/1152 =0.106 零序电抗的标幺值X0=3.5X1 =3.50.106 =0.371 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用第四章 电压和电流互感器额定电压的选取方式选择电流和电压互感器应满足继电保护自动装置和测量仪表的要求一）电流互感器： 1.电流互感器的二次额定电流有1A和 5A两种，强电系统用5A； 2.当电流互感器用于测量时，其一次额定电流尽量选择得比回路中正常工作电流大 1/3 左右； 3.35kv及以上配电装置一般采用油侵瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用 LCC7系列； 4.电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应大于变压器允许的不平衡电流的选择，一般情况下，可按照变压器额定电流的1/3 进行选择； 5.关于准确度用于电度计量的电流互感器，准确度不应低于0.5 级，用于电流电压测量的准确度不应低于 1 级，非重要回路可使用3 级；用于继电保护的电流互感器，应用D或 B级； 单相： a 当接于一次线电压上时，一次电压为系统额定电压Vx，二次电压为 100v； b 当接于一次相电压上时，一次电压为Vx/3，二次电压为 100/3V。 (2三相：一次电压为系统额定电压Vx，二次电压为 100V ，第三绕组电压为 100V/3V。 3.关于准确度：用于电度计量，准确度不应低于0.5 级；用于电压测量不应低于1 级；用于继电保护时不应低于3 级。 a. 在最大运行方式下：流过故障点的短路电流：=1/Xmax =1/0.198 =5.051 化为有名值：=5.0510.502 =2.535KA 流过 A母线的最大三相短路电流为：=1/0.264 =3.788 化为有名值：=3.7880.502 =1.092KA b. 在最小运行方式下：流过故障点的短路电流：=1/Xmin=1/0.248 = 4.032 化为有名值：=4.3020.502 =2.024KA 流过 A母线的最小三相短路电流为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用1/0.33 =3.03 化为有名值：=3.030.502 =1.521KA 4. 当 K处发生两相短路时： K(2 a在最大运行方式下：流过故障点的短路电流：=31/2Xmax=(3/2(1/0.198 =4.374 化为有名值：=4.3740.502 =2.196KA 流过 A母线短路电流：=(3/2(1/0.264 =3.28 化为有名值：=3.280.502 =1.647KA b. 在最小运行方式下：流过故障点的短路电流：=31/2Xmin =(3/2(1/0.248 =3.492 化为有名值：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用=3.4920.502 =1.753KA 流过 A母线短路电流：=(3/2(1/0.33 =2.624 化为有名值：=2.6240.502 =1.317KA 5. 当 K处发生单相接地短路时：K(1a在最大运行方式下：流过故障点的最大零序电流：=1/(2Xmax+X0=1/(2 0.198+0.096 =2.033 化为有名值：=2.0330.502 =1.021KA 流过线路 AF的分支零序电流：=1/(2Xmax+X00.096/0.114=2.0330.096/0.114 =1.712 化为有名值：=1.7120.502 =0.859KA b在最小运行方式下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用流过故障点的最小零序电流：=1/(2Xmin+X0 =1/(20.248+0.096 =1.689 化为有名值：=1.6890.502 =0.848KA 流过线路 AF的分支零序电流：=1/(2Xmin+X0 =1.6890.096/0.114 =1.422 化为有名值：=1.4220.502 =0.714KA 6. 当 K处发生两相接地短路时：K(1.1a 在最大运行方式下：流过故障点的最大零序电流：=1/(2Xmin+2X0 =1/(0.198+20.096 =2.564化为有名值：=2.5640.502 =1.287KA 流过线路 AF的分支零序电流：=1/(2Xmin+2X00.096/0.114 =2.5640.096/0.114 =2.159 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用化为有名值：=2.1590.502 =1.084KA b 在最小运行方式下：流过故障点的最小零序电流=1/(2Xmin2X0 =1/(0.284+20.096 =2.273 化为有名值：=2.2730.502 =1.141KA 流过线路 AF的最小零序电流：=1/(2Xmin2X00.096/0.114 =2.2730.096/0.114 =1.914 化为有名值：=1.9140.502 =0.961KA 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用第六章变压器主变保护的设计与整定计算6.1 电力变压器的保护规程按技术规程的规定电力变压器继电保护装置的配置原则一般为： 1. 针对变压器内部的各种短路及油面下降应装设瓦斯瞬时动作于信号，重瓦斯瞬时动作于断开各侧断路器。 2. 应装设反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护作为主保护，瞬时动作于断开各侧断路器。 3. 对由外部相间短路引起的变压器过电流，根据变压器容量和运行情况的不同以及对变压器灵敏的要求不同，可采用过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流和单相式电压起动的过电流保护或阻抗保护作为后备保护，带时限动作于跳闸。 4. 对 110kV及以上中性点直接接地的电力网，应根据变压器中性点接地运行的具体情况和变压器的绝缘情况装设零序电流保护和零序电压保护，带时限动作于跳闸。 5. 为防御长时间的过负荷对设备的损坏，应根据可能的过负荷情况装设过负荷保护，带时限动作于信号。 6. 对变压器温度升高和冷却系统的故障，应按变压器标准的规定，装设作用于信号或动作于跳闸的装置。6.2 变电所主变保护的整定计算 1. 瓦斯保护：保护能反应油浸式变压器油箱内的各种故障是变压器内部故障的保护之一, 变压器油箱内发生短路故障时，短路电流及故障点电弧会使变压器油和绝缘材料受热分解，产生气体。气体的多少和故障的性质及严重程度有关。 2. 瓦斯保护的整定： 1）瓦斯继电器的气体容积整定为250cm2。轻瓦斯保护瞬时动作于信号。 是变压器的主保护之一。反应变压器油箱内或其引出线的短路故障。 (2 变压器纵差动保护在正常和外部故障时，理想情况下流入差动继电器的电流等于零。但实际由于变压器的励磁电流、接线方式和电流互感器误差等因素的影响，继电器中有不平衡电流流过。因此，变压器差动保护需要解决的主要问题之一是采取各种措施避越不平衡电流的影响。在满足选择性的条件下，还要保证在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。 4. 纵差动保护的整定计算 : 1 变压器一次额定电流 a. 110kv侧=31500/3110 =165.332A b. 35 kv侧=31500/335 =519.615A c. 10 kv侧=31500/310 =1818.653A 2 ） 电流互感器变比 a. 110kv侧计算变比 N=3165.332/5 =57.272 变比选取 300/5 b. 35kv侧计算变比 N=3519.615/5 =180 变比选取 1000/5 c. 10kv侧计算变比 N=31818.653/5 =630 变比选取 3500/5 3 电流互感器二次电流 a. 110kv侧精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用=3165.332/60 =4.773A b. 35kv侧=3519.615/200 =4.5A c. 10kv侧=31818.653/700 =4.5A 计算差动保护一次动作电流躲变压器的励磁涌流1.3 1154.7 =1501.1A 按躲过外部短路时的最大不平衡电流计算：在最大运行方式下，变压器10kv 侧母线故障时最大三相短路电流为等值正序阻抗图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用图 6-1 图 6-2 图 6-3 X9 =1/X7+X2 + 1/X8+X5 + 1/X6）X7+X2）X6=1/0.084+0.8 + 1/0.05+0.13 + 1/0.025）0.084+0.8 ）0.025=1.0321.26 ）X10 =1/X7+X2 + 1/X8+X5 + 1/X6）X8+X5）X6=1/0.084+0.8 + 1/0.05+0.13 + 1/0.025）0.05+0.13 ）0.025=0.21 = (1 10.1+0.1+0.05 8217.22 = 2054.31A 故动作电流为： = = 1.3 2054.31 = 2670.6A 躲开变压器的最大负荷电流为： = 1.3 = 1.3 1154.7 = 1501.1A = = 1.3 1501.1 = 1951.4A 综上可得：差动保护一次电流动作的值为： = = 1.3 1790.5 =2327.7A 5. 过电流保护 (1 动作电流为：IdZ = /Kn变压器的最大负荷电流按下几种情况考虑: 1）其中一台变压器切除时引起的过负荷= 2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用= 220103/3110 = 209.95A 2）考虑电动机自启动时的启动电流 = = 1.5 1.3 20103/3110 = 204.7A 故动作电流为：= 1.3/0.85209.95 = 321.1A (2 动作时限 t=0.5S与变电所地压侧后备保护相配合，已知低压侧后备保护时限为1S 所以过电流保护的动作时限为：t = t+t = 1+0.5 = 1.5s (3 灵敏度校验：= /= 520.34/321.1 = 1.621.5 (4 装设地点：过电流保护装于电源侧 零序电压继电器的动作电压：躲过在部分中性点接地的电网中发生单相接地短路时，在保护安装处可能出现的最大零序电压。为简化计算，保护动作电压取为： Udzo2 Uext 其中 Uext 为电网的额定电压由于整定值不能大于互感器的饱和电压200V，故整定为： Udzo=180V (2 动作时限： t=0.5s 7. 过负荷保护 (1 动作电流按躲过额定电流进行整定： = KK/KnIeB = 1.05/0.85(20103/3110 = 129.67A 折算到二次侧：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用=129.67/40 =3.24A 2）动作时限：比过电流保护的最大时限增大一个t, 所以 t=t+ t =115+0.5 =2.0s .中国电力出版社 .2007 5 沈胜标编 .二次回路 .高等教育出版社 .2006. 6 林正馨编 .电力系统继电保护 .中国电力出版社7 吴希再 ,熊信银 ,张国强编 .电力工程 .华中科技大学出版社 .1997 8 邹仉平 .实用电气二次回路200 例.中国电力出版社 .2000 9 苏玉林 刘志民 ,熊森编 .怎样看电气二次回路图 .中国电力出版社 .1992 10 陶然 熊为群编 .继电保护、自动装置及二次回路.中国电力出版社 .2006 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页，共 34 页个人资料整理仅限学习使用致谢三年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。三年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导, 经由您悉心的点拨 , 再经思考后的领悟 , 常常让我有“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村”。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意 !同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 34 页，共 34 页