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1、前言在21世纪，电力是当今世界不可或缺的能源。科技的进步，电力系统飞快发展，带动了继电保护设计的进步。虽然我国继电保护技术的发展起步比较晚，但是随着我国经济的飞速发展，大量的科研人员对于继电保护技术的研究已经取得了很大的进步。目前，我国继电保护技术已经从机电式发展到了微机式保护时代，并且已经得到广泛的应用。在电力系统中，由于设备绝缘的老化、损坏，雷击、外力因素，设备缺陷，设计和安装的错误，工作人员的误操作等原因，这些原因可能导致发生各种各样故障和不正常运行的情况。为了保证在电力系统发生问题的时候能及时处理，系统中的设备必须装设功能齐全、性能可靠的保护装置。升压站继电保护系统的设计需要结合理论和
2、实际情况，确保继电保护设计能够保证在电力系统出现异常和故障的情况下可靠动作。在这种要求下，为此必须从电力系统全局出发， 研究变电站的供电与配电保护设计；分析研究供配电的继电保护设计方案，结合电力系统自动化，设计继电保护的应用方案。I 第1章 主接线设计1.1 总体设计目的本设计的主要目的是完成升压站继电保护系统设计，根据设计基础材料，运用电气工程及其自动化方面的专业知识，结合实际，完成升压站继电保护系统设计。设计变电站主接线的基本接线形式；画出一次系统等效图，进行短路计算，完成相关电气系统设备的选型；设计系统中各元件保护配置方案和进行保护方案的介绍分析，计算继电保护的参数设置与整定，完成设计任
3、务。1.2 电气主接线的选择1.2.1 10kV侧母线接线形式如图1-1所示，10kV侧母线采用双母线分段接线形式。图1-1双母线分段接线此种接线方式可有效缩小线路故障时全站的停电范围，充分提高供电可靠性。如图1-1所示，通过分段断路器把其中一条母线分成两端，分别是W和W1段，每段通过各自的母联断路器与另一条母线连接，这种情况下，进出线路平均的分布在两端母线上。如果其中一条母线发生故障，另一条母线在保护装置的作用下，会把分段断路器断开，紧接着把发生故障的母线所接的回路断开，使故障母线所接回路断电；这种情况下，人工可以把发生故障的母线所接设备倒接非故障母线，恢复供电。1.2.2 110kV侧母线
4、接线形式如图1-2所示，110kV侧母线采用双母线接线形式。双母线的特点是有两组母线，在其中一组母线故障时，另一组母线能够可以代替故障母线运行。如图1-2所示，两组母线W1和W2可以有效提高供电的可靠性。图1-2双母线接线优点：检修其中一组母线时，对另一组母线无影响，并且另一组母线可以作为故障母线的备用。缺点：在图中可以看出进线和出线回路之间增加了一组隔离开关,使设备占有面积和投资增加；同时在改变运行方式的过程中，如进行倒闸操作时，比较复杂；特别当母线出线故障时，需要在短时间切除较多的回路时,在这种情况下，如果进行把故障母线所接设备倒到备用母线上的操作，操作难度大，并存在一定的风险。第2章 短
5、路计算及电气设备选择2.1 短路计算1. 等效电抗值计算，发电机电抗标幺值：变压器电抗标幺值： 线路电抗标幺值：，图2-1系统等效阻抗图（1）d1点短路：基准电流：d1点短路总阻抗为：短路电流：短路电流最大有效值：冲击电流：（2）d2点短路：.由发电机G而来的短路电流，基准电流：d2点短路总阻抗：短路电流：.由系统S而来的电流，基准电流：短路电流：，所以d2点短路电流取短路冲击电流最大有效值： 冲击电流：（3）d3点短路：基准电流：.由G1而来的短路电流，总阻抗：=0.121+0.7+0.8=1.62短路电流：.由G而来的短路电流，总阻抗：短路电流：所以，短路电流的总和为：短路电流最大有效值：
6、冲击电流2.2 部分电气设备的选择2.2.1 母线及线路的选型1110kV侧母线对于高电压母线的选取原则是根据发热是否符合条件。已知110kV母线的电源进线是两回，每一回在允许条件下最大可以输送32000kVA负荷，故线路中最大持续工作电流按最大负荷来计算： 通过查询相关资料钢芯铝绞线在最高允许温度+70度的持续工作电流可以达到539A，达到设计要求。2ll0kV侧主变压器引接线主变压器引接线的设计主要参照它的持续工作电流，并且依据经济电流密度作为选择标准。 ，查表得：钢芯铝绞线的经济电流密度为：；。通过查询相关资料钢芯铝绞线在最高允许温度+70度的持续工作电流可以达到539A，达到设计要求。
7、3110kV侧出线 ，查表得：钢芯铝绞线的经济电流密度为：；。查相关资料可知选择钢芯铝绞线比较合理；它在允许最高温度+70度的情况下持续工作电流可以达到478A，达到设计要求。410kV侧主母线对于高电压母线的选取原则是根据发热是否符合条件。已知110kV母线的电源进线是两回，每一回在允许条件下最大可以输送15000kVA负荷，故线路中最大持续工作电流按最大负荷来计算： 查相关的资料知钢芯铝绞线在允许最高温度+70度时最大持续工作电流可以达到552A，达到设计要求。2.2.2 其他电气设备的选择1110kV侧断路器的选择； 查资料应该选取型断路器。型断路器参数如下：额定电压：，额定电流：三秒热
8、稳定电流：；额定短路开断电流：额定峰值耐受电流：；额定短路关合电流：动稳定校验：；动稳定校验合格。热稳定校验：护时间+全分闸时间 ，查表得：；Irw2；热稳定校验合格。所以，所选断路器满足要求。2l10kV侧隔离开关的选择， 查设备手册试选型隔离开关，参数如下：额定电压： ；额定电流: 动稳定电流：；5s热稳定电流：动稳定校验：；动稳定校验合格。热稳定校验：；Irw2，热稳定校验合格。所选隔离开关满足要求。310kV侧断路器的选择 短路点参数：；查设备手册试选型真空断路器。型真空断路器参数如下：额定电压：；额定电流：三秒热稳定电流：，额定短路开断电流：额定峰值耐受电流：，额定短路关合电流：动稳
9、定校验：；动稳定校验合格。热稳定校验：保护时间+全分闸时间 ，查表得：；Irw2；热稳定校验合格。所以，所选断路器满足要求。410kV侧隔离开关的选择，查设备手册试选型隔离开关，参数如下：额定电压:； 额定电流:； 动稳定电流： 2s热稳定电流：动稳定校验：；动稳定校验合格。热稳定校验：；Irw2；热稳定校验合格。所选隔离开关满足要求。5110kV主变压器电流互感器的选择，选取：，电流互感器参数：1秒热稳定电流：；动稳定电流：100kA动稳定校验：；动稳定校验合格。热稳定校验；Irw2；热稳定校验合格。6110kV进线侧电流互感器的选择；选取：，校验同上。7110kV出线侧电流互感器的选择；选
10、取：，校验同上。810kV主变压器电流互感器的选择，选取：，电流互感器参数：短时热稳定电流：，动稳定电流：动稳定校验：；动稳定校验合格。热稳定校验：Irw2；热稳定校验合格。910kV出线侧电流互感器的选择选取：，, ，校验同上。10主变压器中性点零序保护电流互感器的选择， 选取：，。110kV母线选单相、串级式、户外式电压互感器；10kV母线选单相、户外式电压互感器。第三章 变压器继电保护3.1 变压器的保护配置（1） 设计所用的变压器的容量为15000kVA，并且装设位置是在户外，按着实际情况，比较合理的选择是配置瓦斯保护。瓦斯保护的主要作用是可以在变压器油箱内部出现故障的时候，根据故障的
11、情况，做出相应的动作。（2） 依据变电站变压器的容量和在系统中的接线方式，比较合理的选择是选用纵联差动保护来作为变压器的主保护方式。差动保护对于变压器的各种短路情况能够起到很好的保护作用，防止变压器由于故障或者不正常运行状态出现重大事故。（3）依据继电保护理论和现场实际状况，还需要配置后备保护。在本次设计中最合理的选择是选取过电流保护作为上述两种保护的后备保护。3.2 变压器保护及整定计算3.2.1 变压器的瓦斯保护为了反应变压器内部的各种异常情况，比较正确的选择是采用瓦斯保护。如果油浸式变压器的油箱内部出现故障，这种情况下会产生电弧，在电弧的作用下绝缘物质会发生分解，产生大量气体，流动的方向
12、是从油箱到油枕，气体的排出多少和排出速度跟随故障的情况而定，依据变压器油箱内气体情况动作的保护称为瓦斯保护。瓦斯保护整定：为了可靠地反应内部各种故障，气体继电器能够可靠动作，对于变压器容量在10000KV以上的，选取250立方厘米作为气体容积整定值。依据生产现场的实际经验，当油流速度在0.6m/s到1.5m/s时，气体继电器的保护非常可靠。可是当出现变压器外部异常时，出现的穿越性电流对油流速度有影响。为了防止穿越性故障对于瓦斯保护的干扰，通常情况下需要把油流速度整定为1m/s左右。3.2.2 变压器的纵联差动保护对于变压器可能发生的各种短路故障，如绕组短路，引出线短路，套管绝缘不好导致的短路，
13、一般采用纵联差动保护。可是在油箱内部出现故障时，其不能可靠地动作。由于油箱内部的故障是变压器的主要故障，在生产实际中纵联差动保护需要和气体保护配合起来使用。输电导线纵差保护存在辅助导线的问题，而变压器纵差保护不存在这样的问题，所以在变压器纵联差动保护在生产现场中被大量使用。可是变压器纵差保护在实际的应用中也存在各方面的问题，如多种因素会导致产生不平衡电流，而且产生的不平衡电流大，可能导致保护误动作。为了消除隐患，在变压器纵差保护的设计中必须采取有效措施尽量消除或减小不平衡电流的产生。1.基本原理与接线方式纵联差动保护是通过保护装置测量的一次侧和二次侧的电流值进线对比，根据对比的情况判断是否启动
14、保护。如图3-1所示，纵差动保护区为两侧电流互感器TA1和TA2之间的区域。由于变压器高压侧与低压侧额定电流不同，为了避免误动作现象的发生，应该采取措施保证在正常运行以及区外故障情况下流过TA1和TA2的电流相等，使通过KD的电流为零，保护不动作，为了防止出现误动作的情况两侧CT变比的选择应该合理。在图3-1中，要使=,即，则要求 （3-1）式中高压侧TA1变比；低压侧TA2变比；变压器的变比由式（3-1）可知，当满足如式（3-1）所示时，纵联差动保护才能保证在故障发生的情况下可靠地工作，不至于出现误动作，导致不必要的故障。图3-1 变压器纵差动保护单相原理接线图图3-2 采用BCH2型KD构成的双绕组变压器纵差动保护单相原理接线图应用BCH2型继电器组成变压器的单相原理接线图如图3-3所示，运用BCH2型继电器作为保护装置，变压器差动保护的整定计算过程如下：图3-3 采用BCH2
