35kv变电所母线保护的继电保护设计

论文（设计）题目 35kv 变电所母线保护的继电保护设计 子课题题目 35kv 变电所母线保护的继电保护设计摘 要（宋体、三号、加粗）母线承担着汇集和分配电能的重要任务，其工作的可靠性将直接影响到发电厂和变电站工作的可靠性。母线发生故障时，可能会引起系统稳定性的破坏，造成严重的后果，母线在电力系统中的重要地位使得母线接线方式及母线保护方式的选择与运行成为保证电力系统安全运行的重要环节之一。 随着国民经济的不断发展，工业区内新崛起的工矿企业用电量不断的增加，大大加重了供电、用电能力，用电紧张面临日趋严重，为适应这一发展的需要，减少远距离输送电能损失，提高电能质量，保护供电的安全性、可靠性、技术经济的合理性，很有必要在该区组建一所 35kv 变电所，以适应经济发展的需求。 35kv 变电所属于配电网，其处于电力系统的末端，直接与用户相连，是向用户供应电能和分配电能重要环节，其可靠性指标可以集中反映整个电力系统结构及安全稳定运行特，35kv 变电所的母线可靠性更具有实际意义，与电力用户的生活与生产密切相关，但是目前我国 35kv 及以下电压等级变电站中的母线一般都没有装设母线专用保护，所以有必要对 35kv 变电所的母线保护进行专门的设计研究。本文对国内外各种 35kv 母线的保护原理和方案进行研究，从使用现状、动作特性、安装接线条件、经济性等方面全面比较各种保护方案的优缺点，设计具体实现方案，确定运行方式及电路图等值图，进行短路计算和整定计算，确定继电保护的装置配置。制定出投资小，施工量不大既能应用在新建站，也能应用于现有变电站，满足母线保护技术特性的专用母线保护方案。 （宋体、小四号）关键词（黑体、小四号、加粗）：继电保护;母线保护;动作特性;保护原理（宋体、小四号、加粗）摘要（英文）：( 另起一页 )Abstract（Times New Roman、三号、加粗）Buses undertake important tasks of assembly and distributing electric energy, its reliability will directly effect the reliabilities of the power plant and the subsstation#（Times New Roman、小四号）Keywords: # ; # ; # ; #（Times New Roman、小四号、加粗）目录：( 另起一页 ) （各级标题编号可根据需要作相应变更）目 录（黑体、三号、加粗）第一章 # 1 （页码）1.1 #. 11.1.1 #. 1.1.1.1 #.第二章 #.2.1 #.2.1.1 #. .2.1.1.1 #. .参考文献. .附录. .谢辞. . 毕业论文（设计）题目（若有子课题则写子课题题目）正文：( 另起一页 ) （ 各级标题编号可根据需要作相应变更，正文中文一律采用宋体小四号字，标题加粗，行间距1.5 倍）第一章 绪论（黑体、三号、加粗）1.1 本文研究背景和意义（宋体、四号、加粗）该变电所拟建于 XX 市新开发的高科技开发区，随着国民经济的不断发展，工业区内新崛起的工矿企业用电量不断的增加，大大加重了供电、用电能力，用电紧张面临日趋严重，为适应这一发展的需要，减少远距离输送电能损失，提高电能质量，保护供电的安全性、可靠性、技术经济的合理性，很有必要在该区组建一所新型变电所，以适应经济发展的需求。目前在我国 35KV 及以下电压等级的母线，一般都没有装设母线专用保护。目前国内应用最广泛的母线保护方案就是利用相邻元件后备过流保护作为母线保护，比如利用发电机的过电流保护使发电机的断路器跳闸予以切除，利用变压器的过电流保护先跳开低压母线分段断路器或变压器低压侧断路器，也可以利用供电线路的保护切除故障保护。保护整定时由于考虑到与馈线和母线分段开关的配合，保护跳闸时间一般整定为 1.01.4s，有的甚至更长，达 2.0s 以上。 在变电所各种各样设备保护，包括线路保护、电压器保护、输电线路的纵联保护、母线保护等等。与其他主设备保护相比，对母线保护的要求更苛刻。母线保护的拒动及误动将造成严重的后果。母线保护误动将造成大面积停电；母线保护的拒动更为严重，可能造成电力设备的损坏及系统的瓦解。母线保护不但要能很好地区分区内故障和外部故障，还要确定那条或那段母线故障。由于母线影响到系统的稳定性，尽早发现并切出故障尤为重要。当变电所母线发生故障时，如不及时切成故障，变电站中低压母线短路产生的电弧会直接烧毁故障点附近的母排和开关柜，严重时会发生爆炸危及相邻的开关柜，引起连锁反应，造成整段开关柜损坏；母线短路产生的电动力，可能引起主变压器低压侧线圈变形，造成主变损坏。故障持续过程中，产生的电弧可能引发其他部位的故障。在采用户内开关柜式配电装置的情况下，电弧还可能将开关柜内的器件点燃，引起火灾，大面积烧毁配电设备及破坏系统的稳定性，从而造成全厂或全变电所大停电，乃至全电力系统瓦解。因此,在重要的 35kV 及其以上的发电厂或变电所的母线上,都需要装设专用的母线保护装置。1.2 原始资料高压电源为 35kv，采用双回路供电，其中一条来自旅游度假区新河（A）站，另一条贿赂来自西华（B）站 。电源容量为无限大系统，A 站最小运行方式系统电抗为 1.679，最大运行方式系统电抗为 4.76；B 站最小运行方式系统电抗为 0.3056，最大运行方式系统电抗为 1.054.短路容量分别为 200MVA 和 250MVA，定时限过电流保护动作时间均为 2.0s。电压等级为 35/10kv，35kv 出线共 2 回，所接负荷为化工厂。10kv 出线共 5 回，其中 3 回架空线，每回输电容量为 1200kw，2 回电缆线路，每回输电容量 1700kw，以一、二级负荷为主，负荷线路长度为 10km。35kv 单母分段接线，10kv 单母分段接线。主变压器两台 S9-6300/35kv，Y，d11 接线变压器。以两个电源全投入运行，负荷全投，母线分段断路器合闸运行为最大方式；以 B 电源停运，电缆停运，分段断路器断开运行为最小运行方式。1.3 母线保护的现状和发展动态母线保护由过去的固定连接式母线完全差动保护，电流相位比较式母线差动保护。发展到现在的中阻抗比率制动母线差动保护和微机母线差动保护。迄今为止，在电网中广泛应用过的母联电流比相式差动保护电流相位比较式差动保护，比率制动式差动保护经各发，供电单位多年电网运行经验总结，普遍认为就适应母线运行方式、故障类型过渡电阻等方面而言。无疑是按分相电流差动原理构成的比率制动式母差保护效果最佳。随着我国电网电压等级的提高新型传感器的应用以及 lEC 一 61850标准的推行，母线保护技术也必将提高到一个新的水平。中阻抗比率制动母线差动保护和集中式微机母线差动保护以其良好的性能在目前的市场占据主导地位，分布式微机母线保护将是未来的主要发展方向。1.4 本文主要研究的内容1.35kv 变电所母线继电保护方案的初步选择和参数计算；2.运行方式的确定及电路图等值图；3.根据继电保护要求进行短路计算；4.继电保护整定计算；5.继电保护装置配置；第 2 章 母线保护原理分析2.1 母线差动保护原理目前母线保护均采用电流差动保护，有时又称“母差保护” ，判据为流入母线的电流相位和。母线的差动保护原理示意图如下：(1)正常运行及区外故障时有 ，母线保护不应动0umb4321d dIIII ，作。(2)母线故障时有 ,即 ，母线保护应动作。FIII4321d actFdI2.1.1 母线完全差动保护在母线的所有连接原件上装设具有相同变比和特性的电流互感器，按同名相、同极性连接的差动回路。保护接线图如下：差动继电器定值按下列条件计算：（1）躲开外部短路时产生的不平衡电流；（2）躲开母线连接元件中，最大负荷之路的最大负荷电流，以防止电流二次回路断线时误动。在发生母线短路时，流过各电流互感器的短路电流值比总短路电流小。如果略去各电流互感器的励磁电流，流入母线保护的电流近似为总短路电流。如果该电流大于母线保护的动作电流时，母线保护即动作，将连接在故障母线上的断路器都跳开。由于电流差动母线保护不需要与各连接元件的其它保护装置相配合，可以正确地区分母线的内部和外部短路故障，因此它是一种接线简单，可以瞬时动作和可靠的母线保护方式。2.1.2 母线不完全差动保护只将连接于母线的各有电源元件上的 TA 接入差动回路，无电源元件（电抗器或变压器）的 TA 不接入差动回路。这种方式下，正常运行时差动继电器内部有电流，大小为所有元件提供的负荷电流。因此，其整定值采用分段处理。 2.2 双母线同时运行时的母线保护在发电厂及重要变电站的高压母线上，一般采取双母线同时运行（母联开关投入）的方式，每组母线连接部分（大约 1/2）负荷和电源元件。当每一条母线故障时，将只影响到一半的负荷。此时，必须要求母线保护具有故障选择能力。根据实现方法不同，分为固定连接方式的母线完全电流差动保护和母联电流相位比较式母线差动保护。2.2.1 双母线同时运行方式，按照一定要求，将引出线和有电源的支路固定连接于两条母线上。这种母线的完全差动保护称为固定连接方式的母线差动保护。优点：（1）接线简单，调试方便，运行人员容易掌握；（2）元件固定时，有很好的选择性。（3）母联断开后，仍有选择能力，母线先后故障，也能可靠动作。缺点：（1）固定连接破坏时，无选择能力，将切除两条母线。（2）因要躲外部故障时的最大不平衡电流，灵敏度较低。（3）由于采用了速饱和变流器，动作时间较慢，不能快速切出故障。2.2.2 母联电流相位式比较式母线差动保护这种保护是在具有固定连接元件的母线电流差动保护的基础上改进而来的。它利用比较母联开关钟夫人电流与总的差电流的相位作为故障母线的选择元件。当一母故障时，故障电流从二母通过母联流向一母。 当二母故障时，故障电流从一母通过母联流向二母。二总差流是反映母线故障的，相位不变，因此，只要母联有电流流过，选择元件能正确动作。优点：不要求元件固定连接于母线，可大大提高母线运行方式的灵活性。缺点：（1）正常运行时母联必须投入运行；（2）如果母联拒动，将造成非故障母线通过母联向故障母线提供短路电流，故障不能切除；（3）如果母联开关和母联 TA 之间故障，将会切除非故障母线，而故障母线不能切除；（4）双母线相继故障时。只能切除先发生故障的母线，后故障母线因母联断开不能切除。2.3 比例制动式差动保护这种保护的原理是最基本也是最常见的一种保护思想，它常用于许多场合的元件保护甚至线路不是很长的输电线保护上。其原理就是通过比较被保护元件两端的电流大小，利用其两端电流差值作为保护启动的判据。为了防止保护区外故障不误动，在此基础上，又加入了制动分量就构成了此种保护。这种保护原理应用于我国广大范围内的高中压母线以及变压器保护上，且取得了很好的效果，但是它存在一个问题，可能也是元件保护的一个共性，即：电流互感器的饱和误差使得区分元件内部或者外部故障变得更加困难，如何能可靠的躲过 CT 的传变误差是摆在保护工作者面前的一个难题。为此人们又在努力地探索差动保护原理以外的元件保护的新思路2.4 复式比例制动式差动保护复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障。2.5 电流闭锁式母线保护电流闭锁式母线快速保护系统（简称母线快速保护）不是单独的装置，它是由两部分组成，一部分是嵌入在变低后备保护装置中的动作元件，另一部分是嵌入在 35KV出线（包括馈线、站用变回路、并联补偿电容回路等）保护装置中的闭锁元件。原理图如下所示：动作元件是反应流经变低开关电流的增大而动作的，母线上发生任何相间短路，都能够反应。闭锁元件是反应 10kV 出线电流增大而动作瞬时发出闭锁信号，该信号被瞬时传送到变低后备保护装置中母线快速保护的逻辑回路中，以闭锁母线快速保护。母线快速保护功能设置为投入和分段开关处于断开状态，母线故障时，动作元件动作，无母线快速保护闭锁信号输入，则母线快速保护经一小延时 T1 跳开变低开关，同时闭锁备自投。当出线保护范围内故障时，闭锁元件瞬时发出闭锁信号并传送至变低后备保护装置，闭锁母线快速保护。要求出线保护装置中的故障判别元件（闭锁元件）具有足够高的灵敏度。该方案的特点是在构成上不需要增加和改变 TA 和 TV 设备和回路,只是在综合保护上增加构成母线快速接点的配合接点,增加的电缆也不多。其缺点是母线保护依赖于进线保护(或分段保护),保护装置本身在物理上不独立。但从现有保护装置改造看，不需要另外增加更多的硬件，就可增加母线快速保护功能。2.6 电弧光保护近年来，随着国内电力工业的高速发展，中压开关柜的应用数量越来越多，由于开关柜弧光短路故障引发的中压母线故障也日益增多；另一方面，用户对供电的可靠性要求也越来越高，国内一些专家也一直强调装设专用中低压母线保护的重要性，用户也希望可以提供一种原理简单、适用于 635kV 的母线保护，以最大限度减少母线故障对设备的损害，提高供电可靠性。在这种背景下，电弧光保护系统在我国电力系统中的应用开始加速发展。电弧光对设备及人员会造成极大的伤害。当出现弧光时候，弧光以 300m/s 的速度爆发，摧毁途中的任何物质。只要