毕业设计(定稿)

华北水利水电学院毕业设计第1页共53页设计说明书本系统是一所地级降压变电所，电压等级为220/110/10KV，有两台主变压器，各120MVA.这里我们只设计各部分的二次继电保护。首先，我们了解一下电力系统对继电保护的基本要求：对电力系统继电保护的基本要求有可靠性、选择性、速动性、灵敏性。这些要求之间，有的相辅相成，有的相互制约，需要针对不同的使用条件，分别进行协调。（1）可靠性。继电保护可靠性是对电力系统继电保护的最基本性能要求，它又分为两个方面，即可信赖性与安全性。可信赖性要求继电保护在设计要求它动作的异常或故障状态下，能够可靠地不动作。（2）选择性。继电保护选择性是指在对系统影响可能小的处所，实现断路器的控制操作，以终止故障或系统事故的发展。（3）速动性。继电保护速动性是指继电保护应以允许的可能最快速度动作于断路器跳闸，以断开故障或终止异常状态发展。（4）灵敏性。继电保护灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠地动作的能力。其次，我们应了解一下继电保护的基本内容：对被保护对象实现继电保护，包括软件和硬件两方面的内容：1）确定被保护对象在正常运行状态和拟进行保护的异常或故障状态下，有哪些物理量发生了可供进行状态判别的量、质或量与质的重要变化，这些用来进行状态判别的物理量，称为故障量或起动量；2）将反应故障量的一个或多个元件规定的逻辑结构进行编排，实现状态判别，发出警告信号或断路器跳闸命令的硬件设备。最后，我们也应该了解一下什么是继电保护河岸全自动装置、以及各自的作用；当电力系统中的电力元件或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时，需要有向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施、用于保护电力元件的成套硬件设备，一般通称为继电保护装置；用于保护电力系统的，则通称为电力系统安全自动装置。继电保护装置是保证电力元件华北水利水电学院毕业设计第2页共53页安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。电力系统安全自动装置则用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生和终止已开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大系统事故，如失去电力系统稳定、频率崩溃或电压崩溃等。（一）电力变压器的不正常工作状态和可能发生的故障及一般应装设的保护：变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。变压器内部故障系指变压器油箱里面发生的各种故障，其主要类型有：各相绕组之间发生的相间短路，单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路，单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。变压器外部故障系指变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，其主要类型有：绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地短路，引出线之间发生的相间故障等。变压器的不正常工作状态主要包括：由于外部短路或过负荷引起的过电流、油箱漏油造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。为了防止变压器在发生各种类型故障和不正常运行是造成不应有的损失，保证电力系统连续安全运行，变压器一般装设以下继电保护装置：(1)瓦斯保护对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源测的断路器。应装设瓦斯保护的变压器容量界限是，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。(2)纵联差动保护或电流速断保护对变压器绕组、套管及引出线上的故障，根据容量的不同，应装设差动保护或电流速断保护。纵联筹动保护适用于并列远行的变压器，容量为6300kvA以上；单独运行的变压器，容量为10000kvA以上；发电厂厂用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300kvA以L。电流速断保护用于10000kvA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于华北水利水电学院毕业设计第3页共53页0.5s。对2000kvA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时装设纵联差动保。上述各保护动作后．均应跳开变压器各电源侧的断路器。(3)外部相间短路时的保护对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护：1)过电流保护，一般用于降压变压器，保护装昼的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流；2)复合电压起动的过电流保护，—般用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上；3)负序电流及单相式低电压起动的过电流保护，一般用用于大容量升压变压器和系统联络变压器；4)阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用第2)、3)的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。(4)外部接地短路时的保护。对于中性点直接接地电力网，由于外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应该设零序电流保炉。对自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件。当电力网中部分变压器中性点接地运行．为防止发生接地短路时，中性点接地的变压器跳开后，中性点不接地的变压器(低压侧有电源)仍带接地故障继续运行，应根据具体情况，装设专用的保护装置，如零序过压保护，中性点装放电间隙加零序电流保护等。(5)过负荷保护对400kVA以上的变压器．当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸．(6)过励磁保护华北水利水电学院毕业设计第4页共53页高压侧电压为500kV及以上的变压器，频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升尚，应装设过励磁保护、在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号．当过励磁超过允许值时．可动作于跳闸。过励磁保护反应于实际工作磁密和额定工作磁密之比(称为过励磁倍数)而动作。（7)其他保护对于变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统的故障，应按现行变压器标推的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。（二）母线继电保护的类型及装设原则：发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件。当母线上发生故障时，将使连接在故障母线的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上发上生故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果，因此必须引起足够的重视。对此可根据各母线电压等级，以及在系统中的连接位置和连接方式的不同有不同的处理方法。—般说来，不必采用专门的母线保护，而是利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。例如：1)如图9—1所示的发电厂采用单母线接线，此时母线上的故障就可以利用发电机的过电流保护使发电机的断路器跳闸而予以切除。2)如图9—2所示的降压变电所，其低压侧的母线正常时分开运行，则低压母线上的故障就可以由相应变压器的过电流保护使变压器的断路器跳闸予以切除；3)如图9—3所示的双侧电源网络(或环形网络)，当变电所B母线k点短路时，则可以由保护l和4第2段动作予以切除，等等。当利用供电元件的保护装置切除母线故障时．切除的时间一般较长。此外，当双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述保护不能保证打选择件地切除故障母线。因此，在下列情况下应装设专门的母线保护：1）在110kV及以上的双母线和分段单尽线上，为保证有选择性地切除任一组(或段)母线上所发生的故障，而另—组(或段)无故障的母线仍能继续运行，应装设专用的母线保护：华北水利水电学院毕业设计第5页共53页2)110kv及以卜的单母线．重要发电厂的35kv母线或高压侧为110kv及以上的重要降压变电所的35kv母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故障时，应装没专用的母线保护。为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。实现母线差动保护所必须考虑的问题是在母线上一般连接着较多的电气元件(如线路、变压器、发电机等)。因此，就不能像发电机的差动保护那样，只用简单的接线加以实现。但不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的，即：1)在正常运行以及母线范围以外发生故障时，在母线上所有连接元件中，流人的电流和流出的电流相等．2)当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都向故障点供给短路电流，而在供电给负荷的连接元件中电流等于零。3)如从每个连接元件中的电流的相位来看，则在正常运行以及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，具体说来，就是电流流人的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其他元件中的电流则是同相位的。（三）输电线路的继电保护与装设原则：（1）输电线的高频距离保护高频距离保护，即在线路距离保护的基础上增加高频通信部分，以构成高压线路全线速动切除区内故障的保护。它把高频保护和距离保护二者相结合使得内部发生故障时能瞬时动作，而在外部故障时具有不向的时限特性，起到相邻线路后备保护的作用。高频保护是以输电线载波作为通信通道的纵联保护。高频保护广泛应用于高压和超高压输电线路，是比较成熟和完善的一种无时限快速纵联保护。对双侧电源网络，利用方向阻抗元件或同时比较两端电流的相位或功率方向，能有效地区分保护范围内部和外部的故障。高频电流保护是将线路两端的电流相位(或功率方向)转化为高频信号，然后利用输电线路本身构成一高频(载波)电流的通道，将此信号送至对端，进行比较。因为它不反应被保护输电线范围以外的故障，在定值选择上也无需与下—条线路相配合，故不带动作延时。高频电流保护，按其工作原理的不同可以分为两大类，即方问高频保护和相差高频保护。华北水利水电学院毕业设计第6页共53页方向南频保护的基本原理是比较被保护线路两端的功率方向；而相差高频保护的基本原理则是比较两端电流的相位。在实现以上两类保护的过程中，都需要解决一个如何将功率方向或电流相位转化为高频信号，以及如何进行比较的问题。（2）单侧电源辐射网络相间短路的电流保护根据电力系统的结构特征和运行要求，电流保护可分为电流速断、限时电流速断和定时过流保护等几种，构成这些保护的基本元件是电流继电器，在机电式继电保护中电流继电器有自己独立的结构形式，而微机保护电流元件的硬件与其他继电保护功能元件兼容，无明显独立结构。电流元件只需输入电流量，经装置的电平变换、A／D转换、运算处理等再与定值进行比较判断，即可完成起动功能，它是最简单的反应电气量而动作的保护元件之一。（3）单侧电源辐射网络相间短路的距离保护电流保护的主要优点是简单、经济、工作可靠，但出于保护整定值的选择、保护范围及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响，一般在35kV及以上电压等级的电网中很难满足选择性、灵敏性和快速切除故障的要求。因此必须采用性能更加完善的保护装置。反应故障点到保护安装处的阻抗大小以判断故障是否发生在被保护区内为原理的距离保护(或阻抗保护)，其性能受电网接线及运行方式影响较小，能够较好地满足高压电网继电保护的要求。(4)双侧电源网络相间短路保护三段式电流保护和距离保护的前提条件是单侧电源辐射网络，各保护都安装在被保护线路靠近电源的一侧，在发生故障时短路电流从母线流向被保护线路(在无串联电容也不考虑分布电容的线路上短路时，认为短路电流内电源流向短路点)。在此基础上按照选择性的条件协调配合工作。（5）中性点直接接地电网中接地短路保护当中性点直接接地的电网(又称大接地电流系统)中发生接地短路时，将出现很大的零序电流，而在正常运行情况下它们几乎是不存在的，因此利用零序电流来构成接地短路的保护，就具有显著的优点。（6）中性点非直接接地电网单相接地保护华北水利水电学院毕业设计第7页共53页在中性点非直接接地电网(又称小接地电流系统)中发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且二相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在—报情况下都允许再继续运行1—2小时，而不必立即跳闸。这也是采用中性点非直接接