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1、摘要本次设计根据相关资料及参考书籍，作出了110KV降压变电所继电保护设计。本设计说明书内容大致共分为五章，包括设计资料分析、参数计算、保护装置选择、各保护的整定计算、微机保护等。本设计以实际负荷为依据，变电所的最佳运行为基础，按照有关规定，完成了满足要求的110KV降压变电所继电保护设计。变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。它也是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。继电保护的发展是伴随电力系统、电子技术、计算机技术、通信技术的发展而发展。从它的构成原理
2、方面来看，一直是随着电力系统发展而不断提出相应的新原理保护，新原理保护又在电力系统运行中不断完善，不断趋向成熟。目前微机保护已经普遍应用，它与以往的各种类型的继电保护相比，是采用数字计算技术实现的各种保护功能。它具有灵活性大、可靠性高、易于获得附加功能和维护调试方便等优点，因此必将越来越多的应用，有着很好的发展前途。关键词 110KV 变电所 继电保护 微机保护AbstractThis design according to the relevant materials and reference books, made a 110 kv step-down substation relay
3、protection design. This design content is divided into five chapters, including the design of data analysis, parameter calculation and protective device selection, the protection setting calculation and microcomputer protection, etc. This design was based on the actual load, based on the optimal ope
4、ration of substation, shall, in accordance with the relevant regulations and specification, and finished the meet the requirements of 110 kv step-down substation relay protection design. Substation for the pass by the electric power system, transformer, then the distribution of tasks. It is also in
5、the power system voltage and current of electrical energy transformation, concentration and distribution of places. In order to ensure the safety of electric energy quality and equipment in the substation and voltage regulation, current control and power transmission and distribution lines and the p
6、rotection of the main electrical equipment.The development of relay protection is along with the electric power system, the development of electronic technology, computer technology, communication technology and development. In its constitution principle ways, has been with the development of power
7、system protection and continuously put forward new principles, new principles and protection in power system in the operation of the constantly improve, constantly to mature. Microcomputer protection has been widely used at present, it is compared with the previous all kinds of relay protection, is
8、to use digital computing technology to achieve various protection functions. It has great flexibility, high reliability, easy to get additional features and maintenance convenient debugging, so will be more and more applications, has a very good development future.Keywords 110KV Substation relay pro
9、tection microcomputer protection目录摘要IAbstractII目录III1 引言12 设计分析22.1 设计原始资料22.2 继电保护简介22.2.1 继电保护任务22.2.2 继电保护装置的组成23 参数计算43.1 系统中短路电流计算44 保护装置选择65 各保护的整定计算75.1纵差保护的整定计算75.2 110KV侧复合电压起动的过流保护的整定计算95.3 38.5KV侧方向电流保护105.4 110KV侧零序过电流保护115.5 变压器瓦斯保护的整定115.6 变压器保护接线全图116 微机保护126.1 微机保护装置的特点126.2 微机保护装置的硬
10、件构成框图126.3 微机保护软件的系统配置137 电力变压器微机保护157.1 电力变压器微机保护的配置157.1.1 中、低压变电所主变压器的保护配置157.1.2 高压变电所主变压器的保护配置157.2 微机主变保护电流互感器接线原则157.3比率制动式差动保护167.3.1 变压器比率差动保护177.3.2 距离保护177.4 WBZ196B型微机变压器综合保护装置197.4.1 保护配置及工作原理197.4.2 高压侧过负荷保护197.4.3 高压侧零序电流保护197.4.4 高压侧不平衡电流保护207.4.5 高压侧零序电流保护207.4.6 低压侧定时限零序电流保护217.4.7
11、 保护定值表及说明218 论文总结239 致谢2410 参考文献2511 附图261 引言本次设计的目的是对110KV降压变电所进行继电保护设计，由于110KV属于高电压，可能因为自然因素或动物、人为因素造成一些故障，所以要进行必要的继电保护设计。本次设计主要采用参数计算、整定计算和微机保护等方法进行各种短路电流计算，把涉及的每个元件参数的计算出来，然后选择适当的器件，最终完成降压变电所继电保护设计。通过这次的设计，对于一些常见的故障，能够较好地完成对故障的切除，从而保证了供电的可靠性和电力系统的正常运行。2 设计分析2.1 设计原始资料 某变电所的电气主接线如附图所示。 两台变压器均为三绕组
12、、油浸、强迫风冷、分级绝缘结构。 参数均为：S=31.5MVA 电压：1104*2.5%/2*2.5%/11KV 接线：YN,Y0，d11 短路电压：Uq*z=10.5% Uq*d=10.5% Uz*d=10.5%两台变压器同时运行110KV侧的中性点一台接地，若只一台运行，则运行的这台变压器中性点必须接地。其余参数见附图所示。2.2 继电保护简介2.2.1 继电保护任务（1） 当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。（2） 当电力系统中电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条
13、件发出信号或跳闸。2.2.2 继电保护装置的组成继电保护装置一般由测量元件、逻辑元件、和执行元件三部分组成，如图1所示。 图1 继电保护装置基本组成框图测量元件 测量元件的作用是，测量从被保护对象输入的有关物理量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。逻辑元件 逻辑元件的作用是，根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态，出现的逻辑顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。执行元件 执行元件的作用是，根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务
14、。如：故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行时不动作等。3 参数计算3.1 系统中短路电流计算（取基准容量为Si=100MVA） 根据已知条件和电气主接线图可得： =1/2(0.105+0.105-0.105)=0.0525 =1/2(0.105+0.105-0.105)=0.0525 =1/2(0.105+0.105-0.105)=0.0525 电抗参数计算;变压器B1的电抗： XB1。q=0.0525100/31.5=0.17 XB1。z=0.0525100/31.5=0.17XB1。d=0.0525100/31.5=0.17线路的电抗：XL1=0.415100/1152=0.045 X
15、L3=0.435100/1152=0.106 图2 等效电抗 (a)正序等效电抗 （b）负序等效电抗 由主接线分析可知，变压器的主保护为：一台变压器单独运行为保护的计算方式；变压器后备保护作线路的远后备时，要检验d3和d4两点的灵敏度。因此，除需要计算出d1和d2两点的最大、最小短路电流外，还需要计算出d3和d4两点的最小短路电流。分别计算如下：取基准电压为=115KV则：基准电流为=502（A）（1）d1的短路电流=5021/(0.11+0.17+0.17)=1115.6（A）=0.866502/(0.2+0.17+0.17)=805.1（A）(2) d2的短路电流 =502/(0.11+0
16、.17+0.17)=1115.6（A）=0.866502/(0.2+0.17+0.17)=805.1（A）(3) d3的短路电流 =5020.866/(0.2+0.17+0.17+0.106)=673（A）(4) d4的短路电流 =5020.866/(0.2+0.17+0.17+0.045)=743（A）4 保护装置选择表 1 变压器保护装置选择序号保护名称 型号1 纵差保护BCH-1 2110KV侧复合电压起动的过电流保护DY-4，DL-11，DY-25 335KV侧方向电流保护LG-11，DL-11 4110KV侧零序过电流保护DL-13 5 瓦斯保护QJ-80 变压器的纵差保护是比较被保
17、护设备各侧电流的相位和数值的大小，由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相同，再加上变压器各侧电流的相位往往不相等。因此，为了保证差动保护的正确工作，需适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿，使得正常运行和外短路故障时，两次二次电流相等。 复合电压启动的过电流保护易用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不满足灵敏度要求的降压变压器。 零序过电流保护是对于变电所采用一部分变压器中性点接地运行的方式，以保证在各种运行方式下，变压器中性点接地的数目和位置尽量维持不变，从而保证有稳定的保护范围和足够的灵敏度。 瓦斯保护是为了保证变压器内部不被损坏，避免影响电力系统的正常运行。5 各保护的
18、整定计算 5.1纵差保护的整定计算 BCH-1型差动继电器：BCH-1型差动继电器是在速度和变流器的基础上，增加了一组制动线圈，利用外部短路时的短路电流来实现制动，使继电器的启动电流随制动电流的增加而增加。它能够可靠躲过外部短路故障时的不平衡电流，并提高内部故障的灵敏性。BCH-1型差动继电器的组成部分 它由速饱和变流器和执行元件（DL-11/0.2型电流继电器）组成。其中速饱和变流器上有以下线圈： 差动线圈Ld和两个平衡线圈Lbal1、Lbal2，它们同向绕于中间柱上。 制动线圈Lbrk：它分为匝数相等的两部分，分别绕于两边柱上且反向串联。 二次线圈L2: 它分为匝数相等的两部分，分别绕于两
19、边柱上且正向串联，并与执行元件相连接。 BCH-1型差动继电器的工作原理 该原理包括两部分：即一般的速饱和变流器的原理+制动线圈的制动作用原理。制动线圈制动原理也可表述为：当制动线圈通入很大电流时（如区外短路电流），其中的周期分量将差动线圈Ld磁路的工作点推向导磁系数较低的区段工作，因而二次线圈的感应电动势减小。（1） 额定参数的计算（见表2）。由以上计算结果可知，110KV侧差动臂中的电流为最大，故选110KV侧为计算的基本侧。表 2 变压器各侧一、二次电流 名称 变压器各侧数据额定电压（KV） 110 38.5 11额定电流（A）165 473 1650 电流互感器接线方式 Y电流互感器变
20、比 300/5 1000/5 2000/5差动臂中的电流（A） 4.75 4.1 4.12（2） 确定制动线圈的接入方式。制动线圈接入38.5KV侧。这是因为如果该侧的外部发生故障时，穿越变压器的短路电流最大。（3） 计算差动保护的一次动作电流。按躲过11KV侧外部故障时的最大不平衡电流整定（因为38.5KV侧接有制动线圈，故不必考虑相应不平衡电流），故动作电流的计算值为： =1.3(10.1+0.1+0.05) 1115.6=362.6(A) 按躲过变压器励磁涌流计算： =1.5165=248(A) 按躲过LH二次回路断线计算： =1.3165=214.5(A) 选取计算电流=250.9(A
21、)（4） 差动继电器动作电流和差动线圈匝数计算： =(362.6)/60=10.467(A) =60/10.467=5.73(匝)选取=6匝 则：继电器的实际动作电流： =60/6=10(A)（5） 其它各侧工作线圈和平衡线圈的匝数计算： = =0.92(匝) = = =0.95(匝)选取： =1(匝)则：=6+1=7(匝)（6） 整定匝数与计算匝数不等引起的相对误差：= =(0.921) /(0.92+6)=-0.0120.05；= =（0.95-1）/（0.95+6）=-0.007D4IdD1K1D2K2D3TA断线TA断线投入Y1Y2Y3H2H1H3H4相BC 图7 变压器差动保护逻辑框
22、图在程序逻辑框图中、为比率制动系数整定值，为二次谐波制动系数整定值。可见比率差动保护动作的三个判据是与的关系，必须同时满足才能动作与跳闸。而差动速断保护是作为比率差动保护的辅助保护。在比率差动保护不能快速反应严重区内故障时，差动速断保护应无时延地快速出口跳闸。因此这两种保护是或的逻辑关系。比率差动保护在TA二次回路断线时会产生很大的差动电流而误动作，所以必须经TA断线闭锁的否门再经与门Y3才能出口动作。当TA断线时与门Y3被闭锁住，不能出口动作。7.3.2 距离保护 距离保护阶梯形时限特性如图8所示。AMNPPD1图8 距离保护的阶梯型时限特性段瞬时动作，为保证选择性，保护区不能伸出本线路，即
23、测量阻抗小于本线路段动作阻抗时动作。如图8所示，引入可靠系数，保护PD1的段动作阻抗为 段延时动作，为保证选择性，保护区不能伸出相邻线路段保护区，即测量阻抗小于本线路阻抗与相邻线路段动作阻抗之和时动作。引入可靠系数（一般取0.8），保护PD1的段动作阻抗为 段除了作为本线路的近后备保护外，还要作为相邻线路的远后备保护。距离保护如图9所示，由启动元件、测量元件与逻辑回路三部分组成。启动元件1KR2KR3KR测量元件t1 0t2 0t3 01逻辑回路跳闸 图9 三段式距离保护单相原理框图7.4 WBZ196B型微机变压器综合保护装置7.4.1 保护配置及工作原理当A、C相电流中任何一相电流的幅值大
24、于任一段电流保护的整定值并达到整定延时后保护即动作。三段都可以独立地用控制字选择投入或退出，段还可通过控制字选择投跳闸或告警。过流段投入KZ1.0=1MAX(Ia，Ic) I1过流段投入KZ1.1=1MAX(Ia，Ic) I2& T1&过流段投跳闸KZ1.3=1过流段投入KZ1.2=1过流段投告警KZ1.3=0MAX(Ia，Ic) I3 T2 T31& 跳闸信号 跳闸出口 信息显示及远传 告警信号 信息显示及远传图10 高压侧三段定时限过流保护逻辑框图7.4.2 高压侧过负荷保护本保护为平方曲线的反时限保护，装置严格按照公式计算进行积分，当积分值达到动作值后保护出口。可以用控制字选择投入或退出
25、，还可通过控制字选择投跳闸或告警。7.4.3 高压侧零序电流保护高压侧采用专用零序CT，可准确检测零序电流，当零序电流大于整定值并达到整定延时后保护动作。可以通过控制字选择投跳闸或仅发信号，装置配有单独的零序接地信号。高压零序保护投跳闸KZ2.1=1高压零序保护投入KZ2.0=1高压零序电流I0h高压零序保护投告警KZ2.1=0 T0h& 跳闸信号 跳闸出口 信息显示及远传 接地信号 信息显示及远传图11 高压侧零序电流保护逻辑框图7.4.4 高压侧不平衡电流保护装置通过计算变压器高压侧实际运行电流的负序分量构成不平衡电流保护。对于变压器的各种不平衡故障，如不平衡运行、断相、反相等，可投入不平
26、衡电流保护。不平衡保护投跳闸KZ1.7=1不平衡保护投入KZ1.6=1不平衡(负序)电流Ip不平衡保护投告警KZ1.7=0 Tp& 跳闸信号 跳闸出口 信息显示及远传 告警信号 信息显示及远传图12 高压侧不平衡电流保护逻辑框图7.4.5 高压侧零序电流保护高压侧采用专用零序CT，可准确检测零序电流，当零序电流大于整定值并达到整定延时后保护动作。可以通过控制字选择投跳闸或仅发信号，装置配有单独的零序接地信号。高压零序保护投跳闸KZ2.1=1高压零序保护投入KZ2.0=1高压零序电流I0h高压零序保护投告警KZ2.1=0 T0h& 跳闸信号 跳闸出口 信息显示及远传 接地信号 信息显示及远传图13 高压侧零序电流保护逻辑框图7.4.6 低压侧定时限零序电流保护本装置可单独采集低压侧零序电流，用于保护低压侧的接地故障。因配电变压器低压侧为直接接地系统，当发生接地故障时故障电流较大，所以本保护的整定范围也较大。低压零序保护投跳闸KZ2.3=1低压零序保护投入KZ2.2=1低压零序电流I0l低压零序保护投告警KZ2.3=0& T0l