110kV变电所继电保护设计及分析最详细要点

1毕业设计课题：导师：姓名：班级：日期：2摘要中国的电力工业作为国家最重要的能源工业，一直处于优先发展的地位，电力企业的发展也是令人瞩目的。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，也使得继电保护得以飞速的发展。本次毕业设计以110KV变电所的变压器、输电线路和电气接线方式作为主要原始数据，本设计围绕110KV变电所的继电保护设计，根据原始资料提供的变电站一次系统图，重点介绍变压器的差动保护和瓦斯保护，及线路的速断保护和过流保护。通过计算和比较确定了变电站中电气设备的保护和自动装置的初步设计方案和配置选型，确定了保护计算的运行方式。关键词：线路继电保护，变压器的继电保护3目录第一章绪论..........................................................................................4第二章电气主接线…………………………………………………6第三章电气设备简介………………………………………………13第四章继电保护基本知识…………………………………………15第五章主变压器继电保护……………………………………19第六章110kV线路继电保护保护…………………………………23第七章结束语………………………………………………………25第八章参考文献……………………………………………………264第一章绪论第一节电力生产重要特点电力生产过程有别于其他工业生产过程的一个重要特点，就是它的生产、输送、变换、分配、消费的几个环节是在同一个时间内同步瞬间完成。电力生产过程要求供需严格动态平衡，一旦失去平衡生产过程就要受到破坏，甚至造成系统瓦解，无法维持正常生产。随着经济的快速发展，负荷大幅度增加，使得电网规模不断扩大，高电压、大机组、长距离输电、电网互联的趋势，使电网结构越来越复杂，加强电力资源的优化配置，最大限度满足电力需求，保证电网的安全稳定成为人们探讨的问题之一。虽然系统中有可能遭受短路电流破坏的一次设备都进行了短路动、热稳定度的校验，但这只能保证它们在短时间内能承受住短路电流的破坏。时间一长，就会无一例外地遭受破坏。而在供电系统中，要想完全杜绝电路事故是不可能的。继电保护是一种电力系统的反事故自动装置，它能在系统发生故障或不正常运行时，迅速，准确地切除故障元件或发出信号以便及时处理。可见继电保护是任何电力系统必不可少的组成部分，对保证系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。因此设置一定数量的保护装置是完全必要的，以便在短路事故发生后一次设备尚未破坏的数秒内，切除短路电流，使故障点脱离电源，从而保护短路回路内的一次设备，同时迅速恢复系统其他正常部分的工作。随着变电站继电保护技术进一步优化，大大提高了整个电网运行5的安全性和稳定性，大大降低运行检修人员的劳动强度，继电保护技术将引起电力行业有关部门的重视，成为变电站设计核心技术第二节系统资料一，研究背景随着我国国民经济的持续发展，电网装机容量迅速增长，电力供应紧张状况已暂时得到缓解。但是由于我国配电网较薄弱，因此仍难以满足用户对供电质量的要求。而变电站是电力系统组成的一个重要环节，是电力网中线路的连接点，其作用是变换电压、汇集和分配电能。变电站能否正确运行关系到电力系统的稳定和安全问题，因此对变电站的合理设计就显得十分重要了。二、系统资料110kV降压变电站是某一区域的主要电源，担负着区域内各类负荷的供电任务。该站通过两回110kV输电线路与150km外的容量为1600MVA的系统相连，该系统在最大运行方式下的电抗为0.2(以系统容量为基准)；在最小运行方式下的电抗为0.36第二章电气主接线电气主接线是变电所电气设计的重要部分，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。变电站主接线根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。通常变电站主接线的高压侧，应尽可能采用短路器数目教少的接线，以节省投资，变电站低压侧应采用单母分段接线，以便于扩建。对本变电所进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。第一节变压器的选择变压器作为电力系统中电能传输的一个重要环节，其功能主要是实现升压或降压，以利于电能的合理输送、分配和使用。对变电站主接线的形式及其可靠性与经济性有重要影响。所以，正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是主接线设计中的一个主要问题。7一、变压器的类型选择变压器类型选择包括确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘及冷却方式、连接组别等，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品。目前，在国内外电网中，330kV及以下的电力系统，主变压器一般采用三相式变压器。因为单相变压器组相对来讲，投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。本设计为110kV地区降压变电站，具有三种电压等级，因此考虑采用三绕组变压器。二、变压器的台数与容量选择（一）、确定主变压器数量由于变电站是单侧电源供电，且有一、二类重要负荷，考虑到单台变压器供电难以满足可靠性的要求。因此，在充分考虑供电可靠性的前提之下，本110kV降压变电站计划装设两台并联运行的主变压器。（二）、选定变压器容量变电站有35kV、10kV两个电压等级用户，35kV、10kV的最大负荷分别为：S35=36MVA；S10=10MVA；考虑负荷的同时系数K1=0.85；线路损耗为5%，即K2=1.05；功率因数0.8cos35kV和10kV的综合最大负荷分别为：s35max=32.13(MVA）s10max=11.156(MVA）一般而言，电网的变电站约有25%的非重要负荷，为满足当一台变压器停用时，能够8保证对60%的负荷供电；此外，为保证变压器在事故时，仍能保证对84%的负荷供电，要求变压器的过负荷能力达到40%以上。第二节电气主接线的设计原则电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。它的确定主对电力系统有着非常大的影响。可以说是电力系统的关键组成部分。因此必须通过多方面的比较，确定合理的主接线方式。一、主接线设计的设计依据(一)变电站在电力系统中的地位和作用电力系统中的变电站有系统枢纽变电站、地区重要变电站和一般变电站三种类型。根据所要建设的变电站的重要性来对该所进行主接线方式各方面的确定。(二)变电站的分期和最终规模建设变电站根据5～10年电力系统发展规划进行设计。(三)负荷大小和重要性1、对于一级负荷，必须有两个独立的电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。2、对于二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电9源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。3、对于三级负荷一般只需一个电源供电。二、主接线设计的基本要求主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求（一）可靠性供电可靠性是电力生产荷分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。主接线可靠性的具体有以下几点：1、断路器检修时，不宜影响对系统的供电；2、断路器或者母线故障一级母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电；3、尽量避免变电站全停电的可能性。（二）灵活性主接线应满足再调度、检修及扩建时的灵活性。1、调度时，应可以灵活的投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。2、检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电网的运行和对用户的供电。3、扩建时，可以容易地从初期接线过渡到终期接线（三）经济性是主接线在满足可靠性、灵活性要求得前提下做到经济合理。1、投资省(1)主接线力求简单，以节省断路器、隔离开关、10电流和电压互感器、避雷器等一次设备；(2)要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；(3)要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。2、占地面积少主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积小。3、电能损失少经济合理的选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。此外，在系统规划中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，变电站接入系统的电压等级一般不超过两种第三节主接线方案的选择比较查阅《电力工程电气设计手册-1》[2]P50，由于在前面的主变压器的选择中选了两台主变，因此，可以考虑采用桥行接线的方式。桥形接线分为内桥形、外桥形接法两种。而对于35kV、10kV侧而言，则具有单母线分段及单母线分段兼旁路断路器的接线形式。为保所选定的主接线方式可靠、灵活又经济，下面就对前述几种接法的优缺点进行比较，从而最终确定主接线方式。一、110kV侧母线接线形式(一)内桥形接线1、优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。2、缺点：（1）、变压器的切除和投入较11复杂，需动作两台断路器，影响一回线路暂时停运；（2）、连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行；（3）、出线断路器检修时，线路要在此期间停运。内桥接线简单，使用设备少（相对于单母分段接线少用两台断路器），造价低，有一定的可靠性与灵活性，易发展。但只适用于容量小的发电厂、变电站，并且变压器不经常切换或线路较长、故障率较高的情况。(二)外桥接形线1、优点：同内桥形接线2、缺点：（1）、线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；（2）、桥连断路器时，两个回路需解列运行。（3）、变压器侧断路器检修时，变压器需较长时期停运。外桥适用于较小容量的发电厂变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较小的情况。此外，当线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线方式。综合以上两种接线方式的优缺点，同时结合目前电网运行当中的经验，参照当前变电站的普遍的接线形式，决定110kV母线接线方式采用内桥形的接线方式（由于内、外桥形接法所用的设备数量是一样的，因此就不需再进行经济性的比较了）。二35kV，10kV侧母线接线形式(一)单母分段接线1、优点：用断路器把母线分段后，对重要用户，可从不同段引出两个回路，两个电源供电；当一段母线发生故障时，分段断路器12能自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。2、缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期内停电；当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越；扩建事需要向两个方向均衡扩建。单母分段接线同样具有接线简单清晰、投资经济、运行操作方便的优点；可靠性也有一定的提高；同时它还适用于10kV配电出线回路数为6回，35kV出线回路数为4回的变电站。(二）单母分段兼旁路断路器接线单母分段接线简单清晰，运行方便，有了分段断路器兼旁路母线，检修与它相连的任一回路的断路器时，该回路便可以不停电，从而提高供电的可靠性。这样不需增设专用旁路断路器，可以减少投资。综合以上两种接线方式的优缺点，同时结合目前电网运行当中的经验，单母分段的运行方式已普遍运用于目前变电站35kV、10kV侧，可靠性、灵活性以得到充分的肯定，因此决定35kV、10kV母线接线方式采用单母分段的接线方式（由于35kV、10kV出线的数量是一定的，所以若采用带旁母的接线方式的话，必定会增加投资，因此在经济性方面，单母分段接线方式要比单母分段兼旁路断路器的接线方式更能节省投资）。13第三章电气设备简介一、主变压器主变压器参数：型号接线组别额定电压容量分接开关型号XXZ9-4000/110Yn-yno-d11110/38.5/10.5KV40MVAUCGKN380/300/CS二、高压断路器高