220kV变电所继电保护设计

本科毕业设计说明书

220kV变电所继电保护设计

220kV SUBSTATION RELAY PROTECTION DESIGN

学院（部）：电气与信息工程学院 专业班级： 电气11-2班 学生姓名： *** 指导教师： ***

年 月 日

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220kV变电所继电保护设计

摘要

继电保护是电力系统中极为重要的部分，继电保护可以在系统发生事故时切除故障障，减少故障对正常运行设备的影响，提高电力系统运行稳定性。

本次设计是针对220kV变电所的继电保护部分而设计的，本设计中主要涉及内容包括：电气主接线设计、短路计算、继电保护等。

关键词：短路计算，继电保护，变压器保护

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220kV SUBSTATION RELAY PROTECTION DESIGN

ABSTRACT

Relay protection is an important part in power system，Relay protection can be removed fault barrier when system accidents，Reduce the influence of fault to the normal operation of the equipment, and improve power system stability

This design is designed for 220 kV substation relay protection part, mainly involved in the design of the content includes: the main electrical wiring design, short circuit calculation and relay protection, etc.

KEYWORDS: short circuit calculation, relay protection, transformer protection

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目录

220KV变电所继电保护设计 .................................................. I 摘要 ...................................................................... I ABSTRACT ................................................................. II 1绪论 .................................................................... 1 1.1电力系统继电保护概念 ................................................ 1 1.2继电保护的重要性 .................................................... 1 1.3继电保护的作用 ...................................................... 2 1.4对继电保护的基本要求 ................................................ 3 1.5继电保护的构成和分类 ................................................ 4 1.5.1构成 ............................................................ 4 1.5.2分类 ............................................................ 4 1.6发展过程及前景 ...................................................... 5 2设计任务书 .............................................................. 6 2.1设计的原始资料及依据 ................................................ 6 2.2应完成的设计任务： .................................................. 7 2.3设计成品 ............................................................ 7 2.4资料分析 ............................................................ 7 3电气主接线方案 .......................................................... 9 3.1主变压器的选择 ...................................................... 9 3.1.1主变压器的类型 .................................................. 9 3.1.2主变压器容量和台数的选择 ....................................... 10 3.2主接线形式的选择和说明 ............................................. 11 3.2.1主接线的设计原则 ............................................... 11 3.2.2主接线的设计要求 ............................................... 12 3.2.3主接线的设计程序 ............................................... 13 3.2.4主接线的确定 ................................................... 13 4 短路计算 ............................................................... 15 4.1短路计算的目的 ..................................................... 15 4.2短路的类型 ......................................................... 15 4.3短路计算的基本假定 ................................................. 15 4.4计算步骤 ........................................................... 16

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4.5计算公示 ........................................................... 16 4.6系统等值电路图 ..................................................... 17 4.7详细计算 ........................................................... 17 4.8220KV母线上的K1点发生短路时的短路计算 ............................. 19 4.960KV母线上的K2点短路时的短路计算 .................................. 21 5 电气设备的选择和校验 ................................................... 24 5.1电气设备的选择 ..................................................... 24 5.2设备选择的技术条件 ............................................... 24 5.3断路器、隔离开关的选择和校验 ....................................... 25 5.3.1220kV侧断路器和隔离开关的选择与校验 ............................ 25 5.3.260kV侧断路器和隔离开关的选择与校验 ............................. 27 5.4电压互感器、电流互感器的选择与校验 ................................. 28 5.4.1220kV侧电流互感器、电压互感器的选择 ............................ 28 5.4.260kV侧电流互感器、电压互感器的选择 ............................. 29 5.5母线的选择 ......................................................... 29 5.5.1220kV侧母线的选择 .............................................. 29 5.5.260kV侧母线的选择 ............................................... 30 6继电保护的配置和整定计算 ............................................... 31 6.1继电保护基本知识 ................................................... 31 6.2母线保护 ........................................................... 31 6.3输电线路保护 ....................................................... 33 6.4变压器保护 ......................................................... 36 6.4.1瓦斯保护 ....................................................... 36 6.4.2纵联差动保护 ................................................... 36 结论 ..................................................................... 40 参考文献 ................................................................. 41 致谢 ..................................................................... 42

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1绪论

在当前社会下，中国的科学技术正在飞速发展，而电能是科技和设备的根本，因此电力系统也有了跨越式的发展。随着我国的社会发展，人们对供电的稳定性有了更高的要求，这就使得在变电输电过程中的继电保护需要有更高的可靠性，这样才能保证有稳定的电力输送。在电网和各种自动化系统中继电保护被广泛应用，其本身的重要性使得继电保护在近些年内有了巨大的发展。新技术的发展,也创造了继电保护的更好的发展前景，也有更多的要求。与此同时，随着计算机技术的进步,继电保护也倾向于数字和智能化。由于电网的继电保护是一个重要的部分，当电力系统设计和操作时，必须在继电保护方面给予足够的重视。

在电力系统中继电保护发挥着极其重要的角色，在发电、变电、输电的各个部分都必不可少。继电保护是保证电网安全可靠运行和生产生活用电质量的根本技术，继电保护的设定、整定、维护和技术水平将会直接影响到系统性能，也影响到供电的质量、供电可靠性和用电设备的安全。

继电保护是发展足够完善的技术部分，它主要由故障的分析、配置设计、运行维护等部分组成。而配置设计是完成继电保护的主要部分，继电保护装置能够反应出系统在正常运行和故障运行时的物理量的差异，并做出判断，然后发出报警信号或者直接跳闸切断故障，继电保护的设计必须能够满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性的要求。 1.1电力系统继电保护概念

电力系统是把各种能源变换为电能，再经过输变配电部分将电能传输给企业和千家万户。而在电能的传输过程中，需要经过多次的测量、调节、控制等环节，来实现电能的调度和监控等，以达到对电能的有效利用。继电保护就是这样的作用，它在电力网的运行过程中，通过某些被保护部分的状态来判断系统的是否处于正常状态。当系统或者系统中的元件非正常运行或者破坏了系统的正常运行状态，继电保护设备就会发出信号或者直接断开故障，以减少发生严重后果的可能行。地点保护的基本任务就是切除故障或者把损失降到最低，降低电网的不正当运行对元件的影响。继电保护装置能够正确区分被保护的部分的运行状态是否正常，当某些元件发生异常，继电保护装置能够发出报警信号或使断路器跳闸。继电保护装置通过某些参量与整定值的对比来确定系统或者元件处于何种状态。在故障发生时某些电气量会产生变化，如电流增大、电压降低、阻抗变化、相位变化等，通过这些电气量与正常值的比较，继电保护装置判断是否动作。 1.2继电保护的重要性

电力部门规定：所有的电力设备都不可以在没有继电保护的状态下运行。继电保护

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尽管不是一次设备，但在电力系统稳定运行方面发挥着必不可少的作用。系统的安全运行需要继电保护来保证，避免事故的发生和扩大。因为电力系统产生故障是无法避免的，一旦发生故障和事故就会破坏系统的稳定运行，甚至大范围停电。

国家的各种建设的根本保障是电能的可靠供应，而且科技也离不开电能，电网在经济的发展中扮演着十分重要的作用，电力系统的发展能够促进经济和科技的进步，同时也提高了人们的物质生活。电能的供应使人们的生活水平大大提高，加快了中国社会主义建设的步伐，而继电保护在电网运行中起着无法替代的作用。首先变压器是变电环节的主要承担者，变压器的工作状态也决定着电网的状态。如果变压器发生故障，则会为电力系统造成巨大的损失，继电保护中的瓦斯保护可以保障变压器安全有效的运行，大大提高供电可靠性，同时监测变压器状态，避免变压器异常运行减少其寿命。其次，继电保护可以保护线路，当输电线发生短路故障时能够及时切除故障，避免对社会经济和人民安全造成巨大危害。电流速断保护和阻抗保护有效地保障了线路的正常运行，使电力系统输电部分更加安全有效。 1.3继电保护的作用

无论在系统正常运行还是故障状态时继电保护都有着重要的作用。当电网正常运行时，保护装置处于监视状态，实时监控系统并把数据反馈给监测人员。一旦电网产生故障能够及时报警提醒工作人员，把故障信息提供给检修人员及时做出处理，或者自身做出相应的措施调整运行状态。另外，继电保护装置能够监测系统运行参数，如电网中各段的电压和电流，为电能的合理调度提供依据。根据这些数据，工作人员可以在对某些元件检修切换母线时，不至于造成更大范围的停电。同时，继电保护保证了电网的安全运行，当电网中某个环节出现故障时，能够把故障部分从系统中切除并隔离，使电流不再经过故障处，降低故障部分对电力系统的影响，以保障正常运行的部分不会收到干扰。另外，某些环境因素会导致电网的波动，而且是短暂性的。这时继电保护监测到电流异常会切开断路器，并在电流正常时自动重合闸，这样就使得电网更加可靠，也大大降低了工作人员的工作量。

由于电气设备内部绝缘老化和损坏的经常发生，以及自然力的破坏如雷击等原因，会使电力系统从正常运行状态脱离发生故障。最为常见的是短路故障，如三相短路、两相短路、两相接地短路等。如果产生短路就会造成电流的激增，降低系统的电压水平，一般会发生如下后果：

(1) 过电流会产生电弧烧坏设备。

(2) 当正常运行的设备流过度短路电流时，造成电动力和发热增加，影响非故障设备的运行、损坏设备、降低设备的使用寿命。

(3) 发生故障时会降低电压水平，会影响工厂的生产，电压的降低会导致生产出次

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品、无法生产甚至烧坏电机。

当系统处于不正常的运行情况，可能会使电力系统发生事故。电力系统事故是指某个电力部分或系统的正常运行状态被破坏，使电能质量变差导致不能继续使用的地步，损坏电气设备损，严重威胁到人身安全。系统发生事故一部分是由于外界因素的影响，另一部分是由于设备的制造不合格、设计安装不当、维修程度不达标和运行维护不合格造成的。而一套完整的继电保护装备加以合理的设计和维护，就可以大大减少事故的发生，避免造成较为严重的后果。

另外，在电力系统中，除了采取措施减少发生故障的几率，还应该在故障发生时能够迅速有效地把故障切除。通常切除故障的时间至少要求小于毫秒级，而人力无法完成这样的极限，只有继电保护装置才能完成这样的要求。

电与磁的现象在电力系统中十分普遍，当设备发生故障时，导致的电磁变化会迅速影响到设备元件。如果出现故障，必须在极短的时间内把故障切除，避免引起其他设备的损坏，继电保护可以切除故障的能力，保证了电气设备和电力系统安全运行。 1.4对继电保护的基本要求

继电保护需要满足四个基本要求，只有满足要求继电设施才能被使用。 具体来说：

(1) 选择性，当发生短路时，继电保护仅切除被保护的部分，当继电保护设备或者断路器拒动时，相邻部分的后备保护能够及时动作。

(2) 速动性，当故障发生时，故障能够被继电保护装置尽快的断开，以防止故障对其他正常部分造成影响，减小设备在过流状态下长时间的运行，避免设备在大电流状态下的损毁。需要及时断开故障的原因在于：①及时断开故障可以使系统更加稳定；②防止故障扩大；③使重合闸更容易自动投入；④减少电压不稳定的时间，可以加快恢复正常；⑤减轻设备在故障情况下的损毁程度。

(3) 灵敏性，在继电保护的保护区域内发生异常时，继电保护设备能够动作，灵敏性即是能够在保护区域故障时准确动作的能力。

(4) 可靠性，当所保护部分在稳定运行时，继电保护不动作。当所保护部分发生异常时，能准确不拒动。

选择性、速动性、灵敏性、可靠性是对继电保护的四个基本要求。当被保护部分是线路时，需要同时满足四个要求，以保证准确跳闸。即使某些情况下对继电保护要求不高，仍必须要保证至少满足一个基本要求。在设计继电保护系统时，必须要把这四个要求放在首位。

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1.5继电保护的构成和分类

继电保护装置为了保证正确地完成切除故障的任务，就要使得继电保护具有区分系统和元件是否故障的能力，能正确判断系统和元件是正常运行还是处于不正常或者异常状态。而要区别这些状态，就要寻找电气参考量的变化情况，根据参考的电气量的变化情况，构成不能形式的继电保护。当发生短路时，一般都会造成电流突增和电压降低，还有电压电流之间相位差的也会改变。所以，各种继电保护，都是根据系统正常时的物理数据和不正常时数据的差异来形成的。例如，过电流保护可以反映出电流的改变以及方向保护可以反应出相位角的改变。也可以根据某些非电气量的变化来构成保护，比如利用变压器油在故障时产生的气体构成的瓦斯保护。总而言之，只要找出某些电气参量或者非电气参量在正常和不正常运行时的差异，就可以确定一种判断依据，依此来构成针对特定对象的继电保护，当差别越明显时，继电保护性能就越好。 1.5.1构成

一般情况下，继电保护主要由测量元件、逻辑环节和执行元件组成。

(1) 测量元件：测量被保护部分元件的某些数据，并且与整定值对比，并将结果交由逻辑环节判断。

(2) 逻辑环节：将测量结果和给定值的比较后，给出“是”或“非”的逻辑结果，根据所得结果判断故障的范围和类型，最后决定继电保护设备应该如何动作，如报警、跳闸、延时等，并将信息传递给执行元件执行动作。

(3) 执行元件：根据逻辑环节发来的指令，执行相应的动作。测量元件所监测的物理量是从一次线路变换所得，将高电压、大电流通过互感器变换为二次侧的低电压、小电流。执行元件是通过改变线圈的电流来达到跳闸的目的。继电保护的主要工作过程分为这三部分，此三部分只有全部正常才能保证继电保护能够有效可靠地运行。 1.5.2分类

继电保护装置可以按照原理、对象、故障类型、作用，有着不同的分类方法。 (1) 按保护原理分有：电压保护、电流保护、距离保护、方向保护、差动保护和零序保护。

(2) 按保护对象分有：元件保护和线路保护

(3) 按故障类型分有：接地故障保护、相间短路保护、断线保护、匝间短路保护、失磁保护和失步保护等。

(4) 按实现技术分有：机电型保护、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护和微机保护等。

(5) 按保护作用分有：主保护、后备保护和辅助保护。

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1.6发展过程及前景

在过去的几十年内，中国的继电保护技术取得了巨大的成就。从早期的继电式继电保护，到之后的晶体管继电保护，然后进入了集成电路构成的继电保护时代，再发展为现今的微机保护总共经历了四个时代。在早期，我国的继电保护设备大多靠从外国进口，我国的继电保护部门和工作人员奋力研究中国自己的继电保护设备，最后研究出了500kV晶体管，结束了依赖进口的命运。随着工业的发展和计算机的出现，我国的继电保护技术现在已达到新的高度，也为我国的科技发展带来了保障。在经济快速发展的今天，中国的继电保护研究也在稳健进步，并且在不断的完善。

(1) 计算机化：随着计算机的发展，继电保护正在进入计算机化，微机保护硬件随着计算机飞速发展，同时对继电保护的性能要求也在不断提高。希望继电保护能依靠本身的计算机系统自动完成对电网的检测、维修和防护。由于计算机控制的继电保护有良好的性能和可靠性，继电保护的计算机化发展趋势不可避免。

(2) 网络化：由于继电保护需要保证系统的安全运行，需要每个被保护装置都能够共享整个系统的运行数据和故障信息，即用计算机把整个继电保护系统用网路连接起来，实现微机保护的网络化。随着计算机的飞速发展，由计算机控制的继电保护有着良好的性能并且安全可靠，因此继电保护的计算机化和网络化发展是不可避免的。

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2设计任务书

2.1设计的原始资料及依据

(1) 该变电所位置在某工业区附近，主要是向向工业区供电。另外一部分是城市公共负荷

电压等级为220/60KV。

(2) 本变电所进线2回，出线14回。

(3) 地区年平均温度9℃，最高温度39℃，最低温度-14℃ (4) 所址地势平坦，交通方便，出线走廊宽阔。 (5) 变电所60KV负荷表： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 最大符合（KW） 负荷名称 近期 化工厂 电器厂 机械厂 汽车厂 杜泽变电所 汪家变电所 沙岭变电所 南关变电所 15000 4000 5000 8000 2400 10000 8000 7000 远期 20000 6000 6000 12000 功率 因素 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 出线 方式 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 出现 回路数 2 1 1 2 2 2 2 2 距离 30 10 15 20 30 35 40 25 最大负荷利用小时数T=1000，同时系数0.9，线损率为5﹪，总负荷中重要负荷（Ⅰ、Ⅱ类负荷）占55℅，

7、电力系统接线方式如图所示：

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220V220kV2*120km40km2*50MWCosφ=0.85Xd’=0.12465km55km电力系统2100MVAX*=0.03Sj=100MVA28km待设计的变电所220V2*63MVAUd%=14.45220kV3*150MVAUd%=133*125MWCosφ=0.85Xd’=0.24

*系统中所有的发电机均为汽轮发电机,送电线路均为架空线，单位长度正序电抗为0.4欧姆/公里

2.2应完成的设计任务：

（1） 分析设计任务书中给定的基本条件。

（2） 选择本变电所的主变压器（确定变压器的型式、台数、容量、变压比）。 （3） 选择本变电所的电气主接线。 （4） 进行短路电流的计算。 （5） 变电所保护配置。 （6） 变压器主保护整定计算。 2.3设计成品

（1） 设计说明书、计算书一册。 （2） 变电所电气主接线图。 （3） 变电所保护配置图。 （4） 变压器保护展开图。 2.4资料分析

本次设计的变电所的电压等级为220kV/60kV，其中220kV是该变电所的一次进线供电电压，而60kV是该变电所的二次电压。

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在变电所二次侧，以单回路向电器厂和机械厂供电，通过双回路供电方式向工业区其他用电单位供电。考虑到工业区未来会随着经济的发展不断扩大，变压器应选择容量大的，以尽量满足该工业区未来几年的发展需要。由于该变电所处于地势平坦地区，且出线走廊宽阔，因此该变电所十分方便在未来进行扩建。因此在前期使用两台变压器，当一台变压器出现故障或者需要检修，另一台变压器可以作为后备使用，并且该变压器容量需要满足总负荷的60%。

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3电气主接线方案

3.1主变压器的选择 3.1.1主变压器的类型 （1） 相数

在300kV以下的变电所中，基本都选用三相式变压器。因为三相式变压器的优点是相对于同容量的单相式变压器投资少、损耗小、占地面积小。因为三相绕组共用一个铁芯，大大节省了材料，节约成本，同时三相式变压器结构配置较简单，为检修带来方便，所以选择使用三相式变压器。在受到运输或者制造方面的困难时，也可选择使用两台容量较小的三相变压器，甚至在条件合理时也可使用单相变压器。 （2） 绕组数

由于该变电所只有两个等级，为220kV和60kV，应选用双绕组变压器。但是如果该变电所可能需要加装无功补偿设置，则二次侧绕组不够，就需要选用三绕组变压器。 （3） 绕组连接方式

变压器绕组的连接方式有星型接法和三角形接法，我国110kV及以上的电压，绕组都采用星型接法，35kV及以下电压变压器绕组都采用三角形接法。变压器绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。 （4） 短路阻抗

从提高系统稳定和供电质量来看阻抗越小越好，然而阻抗太小又会使短路电流太大，使设备选择变得不易。我国生产的普通三绕组变压器和自耦式三绕组变压器，绕组的排列方式有升压型和降压型两种：

1) 升压型：三绕组的排列顺序自铁芯向外为中压、低压、高压，低压绕组的阻抗最小处于中间位置。

2) 降压型：三绕组的排列顺序自铁芯向外为低压、中压、高压，其中中压绕组阻抗最小。

在变电所的供电方向主要为高压向中压（或者中压向高压）时，变压器一般选用降压型，这样可以降低无功损耗和降低电压，同时有利于变压器在并列运行时的功率分配。在发电厂当送电方向主要为低压向高压时，选用升压型变压器。 （5） 变压器的冷却方式

主变压器的冷却方式有：强迫风冷、自然风冷、强迫油循环水冷、强迫油循环风冷、强迫导向油循环冷却等。

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3.1.2主变压器容量和台数的选择

主变压器的台数和容量，除了考虑负荷等因素外，还应考虑到该变电所5~10年的发展规划。若容量选的过大，不仅加大了投资也增加了电能损耗。如果容量选择太小，又会满足不了负荷增长的需求。 1 .变压器台数的选择

一般变电所的变压器数量为一台或二台，变压器台数多会增加投资，消耗材料过多，而且会导致系统接线更为复杂，为变压器维护带来困难。

当一、二级负荷较大时，采用两天变压器供电才能满足供电可靠性。当一、二级负荷较小，且可由低压侧取得足够容量的备用联络电源时，也可以只用一台变压器。

当负荷为三级时，适合使用一台变压器。但当经济合理或者负荷较大时，也可使用两台变压器。

2 .变压器容量的选择

变压器的容量根据负荷的性质和电网结构来确定，若变电所有重要负荷，则需考虑到若一台主变压器停运时，其他变压器能满足70%的最大计算负荷，而且满足全部Ⅰ类负荷S和全部Ⅱ类负荷S，即：

SN(0.7~0.8)Smax和 SNSS S最大综合计算负荷max的计算公式为：

mPSmaxKt(imax)(1%)

i1cos1其中，

Pimax---各出线的最大远景负荷。

m---出线回路数。

cos1---各出线的自然功率因数。

Kt---同时系数，出线的回路数越多其值越小，一般在0.8-0.95之间。

---线损率，根据数据取5%。

根据原始材料可得，在60kV侧：

S10.9(2066122.41087)0.951.0571.02MVA

SN0.7S10.771.0249.71MVA 即主变压器容量应大于49.71MVA。

根据计算结果，确定选择两台容量为63000kVA的变压器，查手册后选用两台型号为SFP7-63000/220的双卷有载调压变压器，其电压为220±2*2.5%/63kV，采用YN，d11连接组，并且附有套管电流互感器，其具体参数如下：

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表3.1 所选SFP7-63000/220变压器的主要参数

型号 额定容量 高压 额定电压 低压 空载损耗（kV） 63 73 负载损耗（kW） 连接组别 245 YN，dn 242±2*2.5% SFP7-63000/220 63000 空载电流（%） 1.0 阻抗电压（%） 12.5 轨距 1435 上节油箱 11 油 质量（T) 运输 29.38 101.39（带油） 119.41 沈阳变压器厂 外开尺寸（长*宽*高） 1670*4840*9610 总质量 生产厂 3.2主接线形式的选择和说明 3.2.1主接线的设计原则

变电所的电气主接线是电力系统的主要组成部分，是构成电力系统的主要的环节。电气主接线表明了变压器以及线路的主要连接方式，以实现输变电的任务。根据设计规则，主接线应该能够满足可靠、灵活、经济的要求，同时还应该考虑如下因素：

（1） 所设计变电所在电力系统中的作用及地位。 （2） 近期和远期的发展规划。 （3） 负荷的重要性和出线回路数。 （4） 主变压器的台数。 （5） 备用容量的大小。

另外根据负荷的重要性，还应有不同的考虑：

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（1） 对于一级负荷，必须要有两个独立电源供电，而且要必须保证当一台电源停运时，另一台电源能够全部一级负荷不断电。

（2） 对于二级负荷，一般会用两个独立电源供电，当一台电源停用时，另一台电源能保证全部或大部分二级负荷不断电。

（3） 对于三级负荷，一般只用一个电源供电。 3.2.2主接线的设计要求

主接线的设计要满足可靠性、灵活性和经济性三个要求。 1 可靠性

电力系统的可靠性是供配电的首要要求，以保证生产和生活的正常进行，在电气主接线设计时，应首先满足此要求。电力系统可靠性要考虑以下几点：

（1） 可靠性包括变电所的一次部分和二次部分。

（2） 主接线的可靠性主要决定于设备的可靠度，一次可以首先考虑可靠性高的设备。

（3） 当断路器检修时，不影响系统供电。

（4） 断路器或母线检修时，尽量减少停电范围和停电时间。 （5） 尽量避免整个变电所的全部断电。 2 灵活性

电气主接线应该能够适应于各种运行状态，并且能够灵活的转换运行方式，能够满足检修、扩建、调度的灵活性。主要包括以下几点：

（1） 操作方便。电气主接线在满足可靠性的前提下，需要尽可能的使接线简单，尽量使操作步骤少，以便于工作人员掌握，不致在操作中出现差错。并且，该主接线应该能够灵活的切除和投入变压器。

（2） 调度方便。在正常运行时，要能够根据调度要求，方便的切换运行方式。而且在事故发生时，能够保证快速切除故障，使影响范围最小，断电时间最短，不致破坏系统的稳定运行。

（3） 扩建方便。由于该变电所地位重要，并且极有可能扩建，因此电气主接线必须满足扩建方便。在设计时留有扩建发展的余地，以便在未来扩建时尽可能地不影响持续供电或者使停电时间最短，使扩建时的工作量最小。

3 经济性

在设计主接线时，可靠性与经济性是主要矛盾。在设计时，应在满足可靠性的前提下考虑经济性。主要可以从以下几点考虑经济性：

（1） 节省投资。主接线要采用限制短路电流的措施，以减少开关等电器的数量。在满足可靠性和灵活性的前提下，尽量使用较为便宜的电器，降低初期投资。二次设备

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不过于复杂，节省控制电缆和设备等。对于大容量的变电站，在情况允许条件下，尽可能减少初期的设计量，以便于尽快发挥经济效益。

（2） 占地面积小。主接线要为配电装置节约一定的空间，尽量减少占地面积。同时，还要考虑到节约运输搬迁费用和安装费用。

（3） 电能损耗小。在变电站中，变压器是主要的电能损耗来源。合理选择变压器的台数、容量和型式，能够尽量减少不必要的电能浪费。 3.2.3主接线的设计程序

1 资料分析

（1） 工程状况，包括变电站远景规划容量、单机容量及台数和最大负荷使用小时数等。变电所容量的确定主要根据该变电所的远景规划和负荷的增长速度来设定，并且还要考虑电网的结构和备用容量等因素。变电所的年利用小时数，会直接影响主接线的确定。

（2） 电力系统状况，主要包括整个电力系统在5~10年内的发展规划，变电所在电力系统中承担的任务和作用，以及该变电所在电力系统中的地理位置等。若变电所在电力系统中承担极为重要的角色，是地位较为重要的变电所，一旦变电所停止工作会影响系统的供电可靠性，此时就应该选择使用可靠性较高的接线方式。

（3） 负荷情况，包括负荷的地理位置、负荷性质、负荷的电压等级、出线回路数和输送容量等。负荷资料是主接线设计的基本数据，电力负荷的预测是规划工作的重要部分，也是电力系统发展规划的基础。电力负荷的远景规划数据，直接影响着主接线设计的质量。

（4） 环境条件，主要有变电所所处地理位置的温度、湿度、海拔、水文等因素，这些因素决定着电气设备的选择和电气主接线的安全性。

2 主接线的拟定

根据原始资料，经过分析后，根据对变压器台数、电压等级、容量的考虑，可以拟定出若干种主接线方案。再经过主接线要求，淘汰一些不够合理的方案，之后进行经济上的考量，选择最终的电气主接线方式。 3.2.4主接线的确定

根据电气主接线的设计要求，该变电所为220kV电压等级且进出线回路数多，因此在220kV侧选择使用双母线的接线方式，以保证在检修或故障时不会造成大范围、长时间的停电。在60kV侧，由于出线所接为其他终端变电所，因此采用单母线分段的接线方式。

对于变压器，采用桥型接法，分内桥接线和外桥接线两种：

（1） 内桥接线。内桥接线在线路投入、切除和故障时，不影响其余回路的正常工

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作，操作过程简单。而在变压器的投入、切除和故障时，操作较为复杂。因此该接线方法使用于变压器不需要经常切换或者线路较长的场合。

（2） 外桥接线。适用于线路短而且变压器需要经常切换的情况下。 通过对两种接线方式的比较，决定选择使用内桥接线法。

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4 短路计算

为了保证电力系统能够安全可靠运行，在设计和运行分析中。不仅要考虑系统的正常运行情况，还要考虑系统的在故障情况下的运行情况和故障产生的后果等。短路是电力系统故障中出现最多而且情况严重的一种，而所谓短路就是指电力系统中发生的相与相或相与地之间连为通路的情况。 4.1短路计算的目的

由于短路故障会对电力系统造成极为严重的后果，所以首先要采取一定的措施限制短路电流，另外还要正确地选择电气设备和继电保护装置。这一切都离不开计算短路电流。计算短路电流的目的有以下几点：

（1） 为选择和校验电气设备的稳定性提供依据，如机械稳定性和热稳定性。计算短路电流的冲击电流用来检验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量用来检验设备的热稳定性。

（2） 为电气主接线的选择提供数据。

（3） 为合理地配置各种继电保护装置并整定参数提供数据。

而在实际的计算中，通常会采用一些简化假设来简化计算工作。主要有： （1） 负荷一般用恒定值表示或者不计。 （2） 假定各元件参数恒定。

（3） 高压网络中一般忽略元件电阻和导纳，即用纯电抗表示。 （4） 假定各发电机的电势相等，避免复数运算。

（5） 系统只在不对称故障处出现局部的不对称，其他各部分仍是三相对称的。 4.2短路的类型

系统中发生的短路的主要类型有：三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。三相短路时被短路的三相阻抗相等，所以电压和电流仍是对称的，称为对称短路。其余各类型的短路，由于三相对称被破坏，电压和电流不再对称，称为不对称短路。

经验数据表明，在电力系统的各种短路故障中，单相短路发生次数最多，大约是总短路故障数的65%，而三相短路仅占5%~10%。

虽然发生三相短路故障的几率是最小，但其导致的后果最为严重。另外，三相短路是对称短路，是所以不对称短路计算的基础。因为，所有的不对称的短路计算，都可以通过对称分量法，转化成对称的短路计算。 4.3短路计算的基本假定

1 在系统正常运行时，是三相对称的。 2 所有电源的电势和相位完全相同。

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3 系统中各元件磁路不饱和，即带有铁芯的电气设备的电抗值不随电流变化。 4 短路都是发生在短路电流是最大值的瞬间。 5 不考虑短路点电弧阻抗以及变压器的励磁电流。 6 元件参数取额定值，不考虑误差。 7 忽略输电线路和电容。 4.4计算步骤

1 画出等值电路图

（1） 先去掉所有的负荷开关、线路电容和各元件的阻抗。 （2） 选取容量和电压的基准值。 （3） 计算各个元件的电抗标幺值。 2 选择计算短路点

3 求出短路点在最大运行方式下的各点的短路电流。 4 各点在三相短路情况下的最大冲击电流。 5 列出计算数据表。 4.5计算公示

1 变压器

XTUk%SB

100STNSB 2Uav2 线路

*XLx1l3 线路阻抗有名值

Ub2 XLXSb*L4 网络变换 （1） △/Y变换

X12X13

X12X13X23X12X23X2

X12X13X23X13X23X2

X12X13X23X1（2） Y/△变换

X12X1X2X1X2 X316

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X1X3 X2XXX2X323

X1X13X1X3X234.6系统等值电路图

X6X1X4X5X7XLX9X8X10X2G1G2X3G3

图4.1 系统等值电路图（1）

4.7详细计算

取Sb100MVA，Ub220kV，可以求得在等值电路中的各阻抗标幺值： 电力系统电抗为：

X1X*0.03

发电机电抗为：

''X2XdSB1000.1240.124 SN250S100''X3XdB0.240.064

SN3125变压器电抗为：

Ud%SB131000.0289 100SN1003150U%S14.45100X10dB0.1147

100SN100363X9线路阻抗为：

X4X5X(1)l1SB1000.41200.0992 2UB2202S100X6X(1)l6B0.41200.0331 22UB220S100X7X(1)l7B0.4550.0455 22UB22017

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SB1000.4650.0537 22UB220X8X(1)l8将原图再进行化简可得：

G1X11X6X12X8G2X7其中，将原图中的X1和X4、X5合并，X3与X9合并，X2与X10合并，即：

1X11X1(X4X5)0.030.09920.0796

2X12X2X100.1240.11470.2387 X13X3X90.0640.02890.0929

将上图继续通过“△\\Y”变换可得：

X15G1X11X14X16G3XLXLX13G3

图4.1 系统等值电路图（2）

G2

图4.1 系统等值电路图（3）

其中：

X6X70.03310.04550.0114

X6X7X80.03310.04550.0537X6X80.03310.0537X15X120.23870.2521

X6X7X80.03310.04550.0537X1418

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X7X80.04550.0537X130.09290.1114

X6X7X80.03310.04550.0537X16将上图再进行一次“Y/△”可得：

G1G2G3X11X17K1X18XLK2

图4.1 系统等值电路图（4）

其中：

X14X150.01140.25210.02580.2893 X16XXX18X14X1614160.01140.11140.00500.1277

X15X17X14X154.8220kV母线上的K1点发生短路时的短路计算

当K1点发生三相短时 转移阻抗为：

X110.0796 X170.2893 X180.1277

各个电源在K1短路点的转移阻抗为：

S2100Xjs1X11N0.07961.67

SB100S250Xjs2X17N0.28930.34

SB1000.85S3125Xjs3X18N0.12770.56

SB1000.8519

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K1(3)点发生三相短路时的电流标幺值，可查表«汽轮发电机计算曲线数字表»得各

个电源对短路点的短路电流标幺值：

表4.1 K1点发生短路时的短路电流标幺值 短路时间 I1* 0S 0.61 3.16 1.91 1S 0.63 2.22 1.63 2S 0.63 2.25 1.78 4S 0.63 2.28 1.95 (3)K1(3)三相短路 I2* I3*

各电源对220kV侧的额定电流为：

SN2100IN15.272kA

3Uav3230SN250IN20.295kA

3Uav32300.85SN3125IN31.107kA

3Uav32300.85因此，各电源对K1(3)点三相短路时的短路电流有名值如图所示：

表4.2 各电源对K1短路电流有名值 短路时间 0S I1 I2 I3 3.216 0.932 2.114 1S 3.321 0.655 1.804 2S 3.321 0.664 1.97 4S 3.321 0.673 2.159 (3)K1(3)三相短路电流有名值

根据以上结果，可以得出K1(3)点发生三相短路时的短路电流值，如下表：

表4.3 各电源在不同时刻对K1短路电流有名值 短路时间 0S 1S 2S 4S (3)K1(3)三相短路电流有名值 6.262 4.64 5.955 6.153 20

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4.960kV母线上的K2点短路时的短路计算

先对等值电路化简，如下图

G1G2G3XaXbXcXdK2

图4.1 系统等值电路图

先求出G1、G2、G3对K2点的电抗值

1111YXXXX17.11

111718LXadXaXdY0.07960.212717.110.2896 XbdXbXdY0.28930.212717.111.0528 XcdXcXdY0.12770.212717.110.4647

即当60kV侧K2点发生三相短路时：

各电源相对K2处的转移阻抗为：

Xf1Xad0.2896

Xf2Xbd1.0528 Xf3Xcd0.4647

各个电源在K2处短路点的转移阻抗为：

S2100Xjs1XadN0.32616.8481

SB100S250Xjs2XbdN1.05281.0561

SB100S3125Xjs3XcdN0.64681.7463

SB100由于Xjs16.85 因此I1*Xjs10.15

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(3)K2点的短路电流标幺值，经查表后可得：

表4.4 K2点的短路电流标幺值 短路时间 (3)K2点短路电流标幺值 (3)0S 0.145 0.97 0.57 1.5S 0.145 1.01 0.57 2S 0.145 1.05 0.56 4S 0.145 1.07 0.56 然后求出每个电源对60kV侧的额定电流：

SN2100IN119.246

3Uav363SN100IN21.079

3Uav363SN375IN34.043

3Uav363(3)因此可以得出，每个电源对K2的短路电流有名值：

表4.5 对K2点短路电流的有名值 短路时间 (3)K2 (3)0S 2.81 1.057 2.345 1.5S 2.81 1.057 2.322 2S 2.81 1.164 2.305 4S 2.81 1.164 2.305 (3)根据以上结果，可以得出K2点的短路电流如下表：

表4.6 K2的短路电流有名值 (3)短路电流 (3)K2 0S 6.216 1.5S 6.249 2S 6.279 4S 6.278 则冲击电流的有效值为：

K1点：Ich11.52I0s1.526.269.515

K2点：Ich21.52I0s1.526.2169.448

冲击电流：

K1点：Ich12.55I0s2.556.2615.96

K2点：Ich22.55I0s2.556.21615.85 K1处短路容量：

22

安徽理工大学毕业设计 MVA

K2处短路容量：

综合以上计算可得，短路计算表如下： 表4.7 短路电流计算数据表 名称 基准容量 基准电压 等值电抗 短路电流的标幺值 短路电流的有名值 冲击电流的有效值 冲击电流 短路容量

K1(3) (3)K2 单位 MVA kV kA kA kA MVA 100 230 0.043 8.68 6.26 9.515 15.96 2493.73 100 63 0.162 1.685 6.216 9.448 15.85 678.28 23

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5 电气设备的选择和校验

5.1电气设备的选择

5.1.1 电气设备的选择原则

（1） 能满足正常运行、短路和检修要求，并考虑远景发展。 （2） 要考虑当地环境条件。 （3） 力求技术合理和技术先进。 （4） 相同种类设备争取品种统一。 5.2设备选择的技术条件

所选高压设备，需要满足在长期工作条件下，能够在过电流和过电压条件下正常运行。

1 长期工作条件

（1） 电压

所选设备的最高允许工作电压必须不低于线路的最高工作电压，即UmaxUg。 （2） 电流

所选设备的额定电流必须高于回路在所有可能运行情况下的持续工作电流，即IeIg。

（3） 机械荷载

所选设备的段子的允许荷载，应该大于电器的引线在各种情况下的最大作用力。 2 短路稳定条件 （1） 校验的原则

设备在选定后应该按可能通过的最大短路电流进行动稳定校验和热稳定校验。校验使用的短路电流一般取用三相短路电流。用熔断器保护的电气设备可以不进行热稳定校验，若熔断器保护的是电压互感器回路，可以不验算动稳定和热稳定。

（2） 短路的热稳定校验条件

It2Qk

Qk---在t秒内，短路电流的热效应（kA2s）。 It---t秒内允许通过的电流有效值（kA）。

t---设备允许通过的热稳定电流的时间（s）。 （3） 短路的动稳定校验条件

ishidf IshIdf

ish---短路冲击电流的峰值 Ish---短路的全电流有效值

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idf---设备允许通过的极限电流峰值 Idf---设备允许通过的极限电流有效值

3 绝缘水平

在正常的工作电压以及过电压的情况下，设备的内外绝缘要保证足够可靠。设备的绝缘水平，按出现的各种过电压和设备的保护水平确定。 5.3断路器、隔离开关的选择和校验

选择高压断路器，除了要满足各种环境条件和技术条件，还要考虑便于安装、运行、调试和维护。根据我国的高压断路器生产情况，一般220kV以下的电网使用少油断路器，当少油断路器无法满足要求时，可以选用

断路器选择的条件如下： 额定电压：

UNUNS

断路器。

额定电流：

INImax

额定开断电流：

ImbtIk

额定关合电流：

inctish

选择隔离开关时，由于没有灭弧装置，不用来接通和关断电流，所以没有开断和关合电流的校验。其他各种校验如额定电压选择、额定电流选择、热稳定校验、动稳定校验与断路器相同。

5.3.1220kV侧断路器和隔离开关的选择与校验

1 断路器的选择、校验

最大工作容量为：

SN2000060006000120002400100008000700071400kVA 通过断路器的持续最大工作电流：

1.05SN1.0571400Imax188.197A

3UN3230选择和校验过程如下： 额定电压：

UNUNS220kV

额定电流：

INImax188.197A

额定开断电流：

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额定关合电流：

ish2.55ik2.556.26215.96kA

iNctish15.96kA

根据以上计算结果，经查表后得到满足计算条件的断路器型号为：SW6-220/1200，详细技术参数如下表：

表5.1 SW6-220/1200断路器技术参数 型号 额定电压（kV） 额定电流额定开断电流极限通过电流峰值（kA） 55 热稳定电流固有分闸合闸时间(s） 0.2 （A） （kA） 1200 21 （kA）时间（4s） （s) 21 0.04 SW6-220/1200 热稳定校验：

220 设灭弧时间0.03s，所选用断路器的固有分闸时间为0.04s，假定后备保护时间1.9s，则短路的持续时间为：t0.030.043.93.97s

则短路的热效应为：

222QkI2st6.1534151.4376(kAs)

所选断路器的允许热效应为：

It221241764(kA2s) 即：I2tQk，满足热稳定校验条件。

动稳定校验：

所选断路器的额定开断电流为21kA，冲击电流为15.96kA，即：

IesIsh 满足动稳定校验要求。 2 隔离开关的选择、校验

隔离开关选择时，不用考虑开断电流与关合电流，其他校验条件与断路器的校验条件相同。

额定电压：

UNUNS220kV

额定电流：

INImax188.197A

根据以上两个条件，选择隔离开关的型号为：GW6-220D/1000-50

表5.2 GW6-220D/1000-50隔离开关的详细数据

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型号 额定电压 （kV） 220 额定电流 （A） 1000 热稳定电流 （A） 21 极限通过电流峰值(kA) 50 GW6-220D/1000-50

热稳定校验：

222QkI4st6.1534151.4376(kAs)

隔离开关允许的热稳定电流热效应为：

I2t21241764(kA2s) 即：I2tQk，条件满足。 动稳定校验：

所选隔离开关的动稳定电流为：21kA，冲击电流为15.95kA，即 IesIsh

满足动稳定的校验条件。

5.3.260kV侧断路器和隔离开关的选择与校验

1 断路器的选择、校验 额定电压选择：

UNUNS60kV

额定电流选择：

Imax1.05SN1.0571400687.067A 3UN363由以上计算结果，经查表后确定60kV侧断路器的型号为： 型号 LW(OFPI)-63 最高工额定电作电压压（kV） （kV） 63 72.5 额定电流（A） 1250 开断电关断电流（A） 流（A） 31.5 80 2 隔离开关的选择、校验 型号 GW5-63 最高工额定电作电压压（kV） （kV） 63 72.5 额定电流（A） 1250 动稳定热稳定电流（A） 电流（A） 80 31.5

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5.4电压互感器、电流互感器的选择与校验

额定电压需要高于安装回路的额定电压，即：

UNUNS 额定电流需要高于安装回路的最大持续电流，即：

INImax

5.4.1220kV侧电流互感器、电压互感器的选择

1 电流互感器 额定电压：

UNUNS220kV

额定电流：

INImax188.197A

根据以上计算条件，查表后确定选用型号为：LCWB-220，其具体技术参数如下表所示：

表5.5 LCWB-220的具体参数 型号 额定电压（kV） 220 最高工作电压（kV） 252 额定一次电流（A) 2*100 -2*600 额定二次电流（A） 5 额定短时热电流(kA） 31.5 动稳定电流（kA） 80 LCWB-220 热稳定校验：

短路的发热量为：

额定的周期分量热效应为：

Qk151.4376(kA2s)

所以I2tQk，，满足热稳定校验。 动稳定校验：

动稳定电流为80kA，短路冲击电流是15.96kA，因此

IdxIch 满足条件。 2 电压互感器

按电压互感器的使用位置来选择，确定一次电压为220kV，故选择电压互感器的型号为：JDCF-220。

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5.4.260kV侧电流互感器、电压互感器的选择

1 电流互感器 额定电压：

UNUNS60kV

额定电流：

INImax687.067A

根据条件确定型号为：LCWB5-63。其具体参数如下：

表5.6 LCWB5-63的具体参数 额定型号 额定电压（kV） 最高工作一次额定二次电流（A） 额定短时热电流(kA） 动稳定电流（kA） 电压（kV） 电流（A) LCWB-220 63 69 750 5 25-30 62.5-125 2 电压互感器

由于电压互感器所在回路电压为60kV，因此选定电压互感器型号为：JDCF-63。 5.5母线的选择

母线首先要能够满足电流、机械强度的要求，另外导线还要满足有良好的散热性能且电流分布均匀。最后再考虑所选导线是否便于安装和便于检修。

软母线的选择，一般根据环境来确定，如日照和环境温度等。并结合回路的负荷电流、电晕等，确定导线的截面和结构型式。在沿海地区或者腐蚀性较强的环境中，需要选用防腐型铝绞线。若电流负荷较大，需要根据负荷电流来选择截面较大的导线。而电压较高时，为了保持导线的电场强度，导线的最先截面必须能够满足电晕要求。 5.5.1220kV侧母线的选择

根据线路的最大持续工作电流来选择：

1.05SN1.0571400Imax188.197A

3UN3230初步选择母线的型号为：LGJ-185/30，Ie543A，SB210.93mm2。

由原始资料可知，该地区平均温度为9℃，在实际温度39℃时的温度修正系数为：

K7070390.713

700709KIe0.713543387.09AImax

热稳定校验：

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188.1972)68.45

210.9339(7639)(取KS1，则

SminQkKS114.79SB C满足要求。

5.5.260kV侧母线的选择

60kV侧的最大长期工作电流为：

1.05SN1.0571400Imax687.067A

3UN363初步选择母线型号为：LGJ-300/40，Ie746A，SB300.09mm2。每一相使用两根导线，实际温度为390C时的温度修正系数为0.713。

KIe0.71374621063.79AImax

热稳定检验：

39(7639)(取KS1，则

Smin687.0672)79.63

300.092QkKS290.66SB

C满足要求。

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6继电保护的配置和整定计算

6.1继电保护基本知识

电力系统在运行过程中，电气设备会发生故障和非正常运行，其中最常见的为短路故障。当电力系统发生故障时会产生以下严重后果：

（1） 故障产生的短路电流会烧坏电气设备。

（2） 在电源和短路处流过的短路电流会引起发热，并且产生的电动力将会损坏非故障元件。

（3） 故障周围的部分区域的电压会大幅度下降，影响用户的正常用电和生产类工厂的产品质量。

（4） 破坏电力系统的运行稳定性，会引起系统的震荡。

不正常的运行状态是指系统的正常工作状态收到破坏，使系统参数偏离正常值。比如一些元件过负荷、电压异常、震荡等。系统发生故障和异常运行状态通常是难以避免的，但是却可以防止事故的发生。继电保护设施就是加装在电气设备上，用来反映设备的不正常运行状态和故障情况，从而使断路器跳闸或者发出信号的一种自动装置。继电保护的基本任务是：

（1） 当电力系统中的元件故障时，能迅速地将故障切除，避免元件被继续破坏，使其他无故障元件能够继续运行。

（2） 当某些元件不正常运行时，能及时反应出来，并跳闸或者发出信号，以便工作人员及时发现并检修。 6.2母线保护

在电力系统中，母线是很多进线出线的公共连接点，且具有电能的分配作用。因此，在发电和变电中母线是重要的组成部分，母线是否可靠运行，直接影响到系统的可靠性。母线的故障主要有单相接地故障和相间短路故障。由于母线产生故障时造成的后果十分严重，因此必须要设置继电保护装置来保证母线故障时不会造成较为严重的后果。

根据规定，220kV-500kV的母线，要装设专用的能迅速切除故障的保护。在此，选择使用单母线完全电流差动保护。

1 单母线完全电流差动保护工作原理

原理接线如图所示，与其他类型差动保护一样，也是按照环流法构成。其中在母线上装设完全相同的电流互感器，并且将二次绕组在母线侧相连，外侧的端子也互相连接，在最后接入差动继电器。流过差动继电器的电流是所有二次电流的相量和，如果一次侧电流相量和为零，那么在理想情况下，二次侧电流总和也为零。

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1QF2QF3QFI-I*I1*I1*I2*I2*I3*I3k 图6.1 母线完全电流差动保护原理图

在正常或者k点故障时，流入流出母线电流和为零，即

IIII0 流入继电器的电流为：

1IIII123n(III)

TA由于电流互感器完全相同，即nTA相同，则在理想情况下，Ig0。

•••••••当母线出现故障时，电源连接的线路都向故障点流过故障电流，则

式中，Ik为故障点短路电流，且足够大。

2 母线电流差动保护的整定

按躲过外部故障时产生的最大电流整定，即

Iop.k10%KrelKaperIk.max nTA•Ig1(II)1Ik

nTAnTA••••其中，Krel ---可靠系数，取1.3；

Kaper---非周期分量影响系数，在此取1；

Ik.max---外部故障时流过母线的最大电流。

灵敏度校验：

KsenIk.min2

nTAIop.k式中，Ik.min---母线短路时的最小短路电流。

由短路计算可知，Ik.max为6.216kA，即6216A，nTA为750/5=150，带入公式可得：

6216Iop.k10%1.315.3872A

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由于

Ik.min3Ik.max 2则

362165383.056A 2I5383.056k.min6.66152 nTAIop.k1505.3872Ik.minKsen即满足灵敏度校验要求。 6.3输电线路保护

对于输电线路的保护，选择电流三段式保护类型。

MI1NI2 图6.2 线路保护网络图

1 无时限电流速断保护

QFYTQF1-+++信号KATAIKM-KS

图6.3 无时限电流速断原理图

当正常运行时，流入电流继电器的电流小于KA动作电流，此时KA不动作，KA触电处于断开状态，KM也处于断开状态，此时YT中无电流，处于正常送电状态。当短路时，电流超过KA的动作电流，KA触电闭合开启中间继电器，然后将电源送入KS，经YT构成回路，断路器跳闸切断线路。

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该保护的动作电流要躲过下一线路首端故障时的短路电流，即无时限电流速断保护不能保护该段线路的全部。

Iop.1KrelIk1.max

式中，Ik1.max ---被保护线路末端发生三相短路时的最大短路电流；

Krel---可靠系数，一般取1.2~1.3。

由短路计算结果可知，Ik1.max6260A，带入公式可得：

Iop.11.362608183A 动作时限：

t10s

2 限时电流速断保护

QFYTQF1-+++信号KATAIKSt-KS

图6.4 限时电流速断保护原理图

该保护与无时限电流速断保护的区别为用时间继电器代替了中间继电器，当电流继电器动作后需要经过一个时延t后才能跳闸。如果故障在t前已经切除，则已经动作的电流继电器返回，整套保护恢复原来状态，不误动。

因为段电流保护不能保护线路的全长，为了能够切除段保护外的短路故障，加入第段限时电流速断保护。该段保护的动作范围包括该段线路全长，并且延伸到相邻线路中，但是不会超出相邻线路的段保护的范围。

因此，电流保护的动作电流：

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Iop.1KrelIop.2

式中， Krel---段保护的可靠系数，一般取1.1~1.2。

动作时限：

t1t2Δt

一般取Δt0.5s。

灵敏度校验：

KsenIk.min Iop式中，Ik.min ---最小方式下，线路末端发生两相短路时的电流。

Ksen---灵敏系数，规定Ksen1.3~1.5。

由短路计算可得，Ik2.max6216A，则

Iop.21.362168080.8A

Iop.11.18080.88888.88A

t100.50.5s

IKsenk.min1.3 Iop合格。

3 定时限过电流保护

限时电流速断保护可以保护线路全长，但是无法作为相邻线路保护的后备。该保护可以保护相邻线路的全部，且可以作为后备保护。该保护的动作电流是按躲过最大负荷电流计算，而不是躲过短路电流，因此动作电流低，但灵敏性高。

动作电流为：

Iop.1KrelKastIL.max Kr式中，Krel---可靠系数，取1.15~1.25；

Kr---返回系数，取0.85

设定时限动作时间为1.5s，则

1.21.5Iop188.197389.53A .10.8t100.51.82.3s 作本条线路近后备：

Ksen合格。

Ik.minIop.3321.5 398.53626035

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6.4变压器保护

在电力系统中，变压器的作用十分重要，如果变压器出现故障，会对电力系统的运行造成严重后果。而且很多的变压器是安装在户外，会受到外界环境因素的影响。

故障可分为外部故障与内部故障。内部故障主要指变压器内部油箱发生的相间短路、匝间短路、接地短路。当内部故障发生时，短路产生的热效应会烧坏铁芯和绕组间绝缘，而且在变压器内部产生大量的气体，导致外壳变形甚至爆炸。 6.4.1瓦斯保护

当变压器内部发生短路时，变压器油还有绝缘材料会分解出大量的气体，产生的气体越多，流向储油柜的油流和气流的速度就会越快，这种利用气体的保护称为瓦斯保护。

至时延信号信号++KSKCOXBR-Rb由变压器其他保护来

KG图6.5 原理接线图

继电器KG的上方触电是轻瓦斯触点，动作为发出信号，下方的触点为重瓦斯触点，响应与跳闸。如果变压器发生故障，挡板在油流的冲击下的偏转会不稳，造成重瓦斯触点抖动，影响保护可靠性。所以，KCO使用能够自保持的中间继电器。

瓦斯保护只可以反应内部的故障，不能反应外部故障。所以该保护不能作为单独的主保护。

6.4.2纵联差动保护

纵联差动保护应用于输电线路，可以及时切除短路故障。

该保护一般是采用换流法接线，把变压器的一次侧和二次侧通过电流继电器后连接在一起。

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*I1TMI-IKD

图6.6 纵联差动保护原理图

由于变压器的两侧电流和相位不同，因此在实现时需要进行相位补偿，然后数值补偿，以保证流入继电器的电流为零。另外，一些其他能造成不平衡电流增大的因素也要考虑。

变压器的差动保护中可能出现的不平衡电流有下面几种：

（1） 变压器两侧的电流互感器的型号不同，由误差不一致产生不平衡电流，而此种方式产生的不平衡电流比纵联差动保护时的不平衡电流还要大。

（2） 由变压器和电流互感器的变比标准化造成的不平衡电流。 （3） 当变压器在带着负荷调节变压器分接头时，会产生不平衡电流。 BCH型差动保护：

在此选择BCH型差动继电器对变压器进行差动保护。 1 速饱和交流器

**SUANI**图6.7 接入速饱和交流器 37

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如图，是用速饱和交流器来构成的变压器差动保护，其中这种交流器的铁芯十分容易饱和。加入速饱和交流器的一次侧只流过周期分量电流，那么铁芯中的磁感应强度是沿着磁滞曲线在变化。在较短的时间内磁感应强度的变化会非常的大。因此，在速饱和交流器的二次侧绕组中能感应出一定的交流电动势，并且还会相应的在回路中产生交流电流。即速饱和交流器不会影响只有周期分量电流存在时的传变。然而，如果在速饱和交流器的一次侧流过的电流中含有非周期分量电流，此时的磁感应强度仅仅按照局部的磁滞曲线来变化。而在相同的较短时间内，此时的磁感应变化幅度会较小，因此会在二次侧绕组中感应出较小的电动势，那么因此产生的电流也会变小。即是说明，当存在非周期分量电流时，电流的传变会被破坏。

经过以上分析，变压器的外部发生短路故障时，把交流器接入差动回路能够减少不平衡电流对保护的影响。在内部发生短路故障时，短路电流中同时存在周期分量和非周期分量，只有分周期分量减小到足够小时差动保护才能动作，所以保护动作会有延迟。

2 BCH-2差动保护的整定 计算变压器的各侧一次额定电流：

INSN 3UN电流互感器变比：

nTA.calKconIN 5式中 Kcon---接线系数，三角形时为3，星形时为1。

在220kV侧电流互感器采用三角形接法，在60kV侧采用星形接法。 在220kV侧，有：

IN1nTASN630.165kA 3UN32203IN13165285.78 555选择变比为：

300 5则电流互感器的二次额定电流为：

I12在60kV侧有：

IN2nTA3I131654.76A nTA60SN630.606kA 3UN3603IN136061050 55538

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1000 5选择变比为：

I123I136065.25A nTA200由于IN2IN1，因此选择60kV侧为基本侧。 基本侧动作电流：

（1） 励磁涌流条件：

IopKrelIN21.3606787.8A （2） 二次回路条件：

71400687A 360IopKrelIL.max1.3687893A

IL.max（3） 不平衡电流条件： 变压器的电抗为：

2Uk%Uav12.5632.2XT7.87

100STN10063系统电抗为：

2UN2202Xs0.030.030.69

SN2100XkXsXT0.697.878.56

Uav63000Ik4249A

3Xk38.56Iop1.3(10.10.050.05)42491105A

对比以上三个条件，选择最大者为动作电流，即Iop1105A。因此可得基本侧的动作电流为：

Iop.g确定BCH-2继电器的绕组匝数：

IopKconnTA11055.52A 200NcalAN6010 Ig5.52选择差动绕组的匝数为9匝，平衡绕组为1匝，因此：NW19110匝。 平衡绕组的匝数为：

Nb2I25.25NW1Nd.set1092.03 I14.76选择平衡绕组的匝数为2匝。

NNb1.set2.032ferb20.00270.05 合格

Nb2Nd.set2.039

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结论

继电保护在电力系统中具有不可或缺的作用，在发电、变电、输电中都必不可少。继电保护是保证电网能够安全可靠运行和生产生活用电的根本技术，继电保护的设定、整定、维护和技术水平将直接影响系统性能，也影响到供电的质量、供电可靠性和用电设备的安全。

本文主要设计某220kV变电所的继电保护部分，经过多方面的查阅后，对该变电所进行了较为简单的设计。鉴于知识的不足和时间的关系并未涉及当下较为流行的微机保护和数字保护，而是在继电保护的原理上进行设计。

国家的各种建设的根本保障是电能的可靠供应，继电保护能够保证电力系统的可靠运行。电力系统的发展能够促进经济和科技的进步，同时提高人们的物质生活。

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参考文献

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致谢

在此感谢徐老师在我做毕业过程中的悉心指导和督促，使我学到了很多知识，老师经常强调的“凡事靠自己”更正了我的处事态度，这对我很重要。在做毕业设计的过程中，我学会了如何在大量资料中找到自己所需的知识，也学会了如何安排时间。

感谢老师和同学对我的帮助以及学校对我四年的栽培!

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