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1、摘 要随着电力电网事业的发展，全国联网的格局已基本形成。科技水平得到提高，电力环境保护得以加强，使中国电力工业的科技水平与世界先进水平日渐接近。电力管理水平和服务水平不断得到提高，电力发展的战略规划管理、生产运行管理、电力市场营销管理以及电力企业信息管理水平、优质服务水平等普遍得到提高。进一步扩大了对外开放，积极实施国际化战略。做好110kV变电站继电保护设计工作是保证电网安全运行的重要环节。继电保护被称为是电力系统的“卫士”，它的基本任务包括： （1）当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统其余部分迅速恢复正常运行，防止故障进一步扩大。 （2）当发生不正
2、常工作情况时，能自动、及时地选择信号上传给运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。继电保护的基本原理就是利用电气的突变来鉴别系统有无发生故障或不正常运行状态，根据电力系统电气量的变化测量值与系统正常时的电气参数的对比来检测故障类型和故障范围，以便有选择的切除故障。一般继电保护装置由测量元件、逻辑元件和执行元件组成，同时根据电力系统的要求，对于直接作用于断路器跳闸的保护装置，有四个方面的基本要求：选择性、快速性、灵敏性、可靠性。本论文围绕110kV变电站的继电保护设计，结合自身曾从事继电保护工作的工作经验及所学专业，根据设计原始资料提供的变电站的一次系统图，重点设计了电力系统
3、基本常识以及短路电流的计算、变压器和线路的继电保护配置以及主要保护整定计算等。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；并确定保护计算用运行方式，对拟采用的保护装置进行相关短路电流计算，并对保护和自动装置进行整定计算，给出保护的整定计算计算结果和保护定值清单，对现场的保护设计工作有一定的参考和借鉴作用。关键词：继电保护 设计 选型 整定计算目 录第1 章概述41.1 设计依据41.2 设计工程概况41.2.1 接入系统方案41.2.2 变电站规模41.2.3 系统主接线图51.3 设计原始资料51.3.1 运行方式要求51.3.2 负荷参数6第2 章系统分析
4、6第3 章继电保护装置选型配置73.1 配置原则73.2 装置性能要求83.2.1 通用要求83.2.2 变压器保护测控装置性能要求83.2.3 110kV线路保护测控装置性能要求93.2.4 三侧分段备自投保护测控装置性能要求103.2.5 35kV线路保护测控装置性能要求103.2.6 10kV电容器保护测控装置性能要求113.2.7 10kV站用变保护测控装置性能要求113.3 装置选型及组屏方案12第4章短路电流计算134.1 基准参数选定134.2 系统等效阻抗图134.3 短路电流计算144.3.1 阻抗标幺值计算14 短路电流有名值计算14第 5章继电保护整定计算155.1 输电
5、线路保护整定155.1.1 对线路继电保护的要求155.1.2 无时限电流速断保护165.1.3 对无时限电流速断保护的计算185.1.4 定时限过电流保护195.1.5 对定时限过电流保护的计算215.2 电力变压器的保护整定215.2.1 瓦斯保护整定225.2.2 变压器的纵联差动保护235.2.3 变压器的纵联差动保护的整定计算255.2.4变压器相间短路的后备保护265.3 母线保护275.3.1 母线保护275.3.2母线保护设计的整定28第 6 章结论30第 7 章参考文献31 第1 章 概述1.1 设计依据1.1.1 继电保护设计任务书1.1.2 执行有效的国家和行业的相关标准
6、、规程和规范DL/T769-2001电力系统微机继电保护技术导则GB14285-1993继电保护和安全自动装置技术规程GB15145-1992微机线路保护通用技术条件DL/T667-1999远动设备及系统 第5部分：传输规约GB/T7261-1987继电器及继电保护装置基本试验方法GB/T3047.4-1986高度进制为44.45mm插箱、插件的基本尺寸系列GB50062-1992电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB57772-1991电力系统二次回路控制及继电保护屏（柜、台）通用技术条件华北电集调199511号文电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点国家电力公司文件国家电网公司十八
7、项电网重大反事故措施DL/T5136-2001火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定华北调局继200533号华北电网继电保护及安全自动装置压板统一命名规范华北调局继20057号关于继电保护光耦回路研讨会会议纪要及整改措施1.2 设计工程概况1.2.1 接入系统方案某110kV变电站预计2011年投运，作为串供负荷变电站运行；某110kV变电站接入系统方案为：电源至变压器线路2回，线路长度为100km，导线采用LGJ-240mm2；电源至变压器线路2回，线路长度为80km，导线采用LGJ-240mm2。1.2.2 变电站规模本期规模为2 40000MVA变压器，电压等级110kV/35kV /1
8、0kV；110kV进线至电源2回，110kV出线至变压器1回； 采用单母分段接线方式。35kV出线3回，进线2回，采用单母分段接线方式。10kV采用单母分段接线方式，出线3回，进线2回。系统电源短路容量：SIDmax =400MVA；电源短路容量：SDmax=500MVA。Y0-Y-常规接线方式，具有带负荷调压分接头，可进行有载调压。其中UK(高-中)=14.2，UK(中-低)=10.5, UK(高-低)=17.5。1.2.3 系统主接线图1.3 设计原始资料1.3.1 运行方式要求以S、S全运行投入，线路L1-L4全投，QF1合闸时运行为最大运行方式；以S停运，线路L1 、L2停运，QF1断
9、开运行为最小运行方式。正常运行方式110kV母线串列运行，任一回线检修时，另一回线带变电站站全部负荷。变电站正常运行方式110kV、35kV、10kV母线均分列运行，变压器中性点经间隙接地； 110kV5#母线通过1#变带35kV、10kV#5母线负荷， 110kV5#母线也通过2#变带35kV、10kV#5母线负荷。35kV、10kV分段#345、#545开关备用，自投投入。任一主变检修时，另一台主变带变电站全部负荷；双回线任一回线检修时，另一回线带某丙站全部负荷。1.3.2 负荷参数母线负荷情况，见表1-1：电压负荷名称每回最大负荷（KW）功率因数回路数线路长度（KW）35KV乡镇变440
10、00.91110汽车厂43000.8816染料厂50000.85110 10KV纺织厂21000.8816材料厂15000.915乡镇变10000.915 母线负荷情况，见表1-1第2 章 系统分析本设计由110kV变电站送出一路35KV出线，另一路10KV出线，35KV母线带染料厂、汽车厂、乡镇变3个负荷，10KV母线带纺织厂、材料厂、乡镇变3个负荷，各自正常方式母线分列运行，为保证供电可靠性，在各侧分段开关上配置自投保护。110kV、35kV出线均采用架空线路，故障多系雷击、鸟害、树枝或其它飞行物等引起的瞬时性短路故障，故出线保护上配置三相一次重合闸一套，以减少因线路瞬时性短路故障停电所造
11、成的损失。为获得相对固定的保护范围及简化整定计算任务，110kV线路相间故障保护采用不受系统方式影响的相间距离保护，且因配置了无方向零序保护，故接地距离保护不使用；35kV系统为不接地系统，故出线保护仅配置简单的电流速断及过流保护。变压器为变电站的核心设备，从反应各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，配置反应变压器内部故障和油面降低的瓦斯保护；为灵敏反应变压器绕组、套管和引出线的相间短路故障，配置能够有效解决空充变压器励磁涌流引起的保护不正确动作的纵联差动保护。同时为满足后备要求并且解决Y/变换后的保护无灵敏度问题，配置经复合电压闭锁的过电流保护。频率是电能质量的基本指标之一,
12、正常情况下,系统的频率应保持在50Hz，运行频率和它的额定值见允许差值限制在0.5Hz内，频率降低会导致用电企业的机械生长率下降，产品质量降低，更为严重的是给电网运行带来危害，而有功功率的缺额会导致频率的降低，因此，为保证系统频率恒定和重要用户的生产稳定，出线保护中配置低频频率功能。因站用变压器容量较大，故需配置瓦斯保护，在高压侧配置电流速断及过流保护。第3 章 继电保护装置选型配置3.1 配置原则变电所采用综合自动化系统方式，具有“四遥”功能，不设常规控制及测量仪表；采用分层分布式网络结构模式。采用标准远动通讯规约和网络通讯协议，并符合DL/T 677-1999标准，以满足数据通信互联性、互
13、操作性和互换性要求。保护装置型式采用测、控一体化微机型保护，并满足国家和行业的相关标准、规程、规范及反措要求；同时配置远动工作站及监控系统，具有远动的全部功能，满足电网调度实时性、安全性、可靠性及实用化要求。数据传输信息包括下列内容：a) 模拟量测量值b) 来自自动化系统的有关控制信息（断路器及电动隔离开关跳合闸命令、主变分接头调节、对时命令等）；c) 开关量输入（断路器及电动隔离开关位置、保护压板投退，操作机构状态等）；d) 异常信号（装置异常、外部回路异常等）；e) 故障信息；f) 保护装置的定值信息；g) 电能量信息保护屏柜采用主控室集中组屏方式，满足华北地区保护、通讯、调度自动化等屏柜
14、加工制造标准的要求。3.2 装置性能要求3.2.1 通用要求保护装置投入运行后环境温度在-35+40时应满足精度要求，在-40+45时不应误动作。当系统频率在47.5 Hz52.5Hz范围内变化时，应能正常工作。在开关跳合闸过程中由于振动，装置不应误动作。保护装置工作电源消失时应能报警，出现异常时、拉合开关及开关打火保护装置不应误动。保护装置应具有足够数量的跳闸出口接点，以满足系统接线情况要求。跳闸出口继电器启动电压不宜低于额定电压的70%。接点容量应允许长期通过电流不小于8A，切断感性电流不小于0.3A。保护装置应具备自动跟踪零点漂移功能,现场无需零漂调整。具有完善的自检和告警功能，故障定位
15、到主要芯片级，自检结果准确、明了，并通过液晶显示屏和通讯接口提示故障信息，并应可靠自动闭锁相应的保护出口。保护装置应能存储不低于4组的保护定值，并保证装置掉电数据不丢失。并应具备远程管理功能。保护测控装置应具有中文液晶显示屏和简易键盘，能够在装置上实现测量跟踪显示，并进行在线修改定值或设置保护功能等。保护装置应具有故障录波功能,记录保护动作信息和模拟量波形，并能保存10次以上故障录波报告，其故障记录应与系统时钟一致，并保证连续发生故障或直流消失时，不丢失故障记录信息。保护装置的保护功能应完全独立，起动元件与保护回路应完全独立, 起动元件动作后开放出口正电源。在正常运行条件下装置不应出现死机现象，当非预期情况出现死机时，应能自动复归。保护装置的跳闸出口动作信号及中央信号的触点在直流电源消失
