KV變電所電氣二次部分設計

1、 摘 要隨著經濟高速發(fā)展，我國電網規(guī)模不斷擴大，110KV變電站數量的不斷增加，并且成為保障國內電力安全、平穩(wěn)輸送的重要部分。為了保證電網安全、穩(wěn)定運行，需要以信息化推動生產自動化和管理現代化，在110KV變電站的建設和運行管理中，對變電站綜合自動化程度的要求增加，在此微機型繼電保護裝置具有重要的作用和意義，微機型繼電保護裝置能夠及時對變電站出現的故障采取有效的處理方式。變電站的繼電保護和二次回路設計是變電站設計的重要組成部分。本次畢業(yè)設計根據原始資料數據和一次部分提供的數據及供電系統(tǒng)圖，對110KV變電站一次部分進行相應的繼電保護設計和二次回路初步設計。內容主要包括主變壓器的保護方案設計及整

2、定計算，母線保護的配置與整定計算，斷路器、隔離開關的控制及其操作回路設計，電壓互感器、電流互感器的配置與接線設計，信號回路設計。關鍵詞：繼電保護裝置，微機型，二次回路，互感器AbstractAlong with the rapid economic development, China power grid continues to expand the scale of 110 KV substation rising number of, and become the domestic power security of security, stability of the importa

3、nt part of transport. In order to ensure secure and stable operation of the grid, need to promote production information automation and management modernization, in 110 KV substation construction and operation management of substation integrated automation degree of demand increased, in this type of

4、 microcomputer relay protection device plays an important role and significance, the microcomputer relay protection device can type in substation failures to adopt effective treatment.Transformer substation of relay protection and the second circuit design is an important part of the substation desi

5、gn. The graduation design according to the original data and a part to provide the data and power supply system diagram 110 KV substations is a part for the corresponding relay protection design and the secondary circuit preliminary design. Content mainly includes the main transformer protection sch

6、eme design and setting calculation, the bus protection configuration and setting calculation, circuit breakers, isolating switch control and its operating circuit design, voltage transformer, current transformer configuration and wiring design, signal circuit design.Key words: relay protection devic

7、e, the microcomputer type, the secondary circuit, transformer 目錄摘 要IAbstractII1 緒論12 主變壓器微機保護設計22.1 變壓器保護的發(fā)展及現狀22.2 變壓器的故障類型及保護配置32.2.1 變壓器故障類型及其不正常運行狀態(tài)32.2.2 變壓器保護配置原則32.3 變壓器的保護的配置方案確定42.4 變壓器主保護測控裝置42.4.1 RCS-9671變壓器主保護的基本配置及規(guī)格42.4.2 電流差動保護原理52.4.3 RCS-9671變壓器主保護的裝置原理62.4.4 RCS-9671變壓器主保護62.5 變壓器

8、后備保護測控裝置102.5.1 基本配置及規(guī)格10保護測控裝置原理說明102.5.3 RCS-9681后備保護測控裝置112.5.4 RCS-9682后備保護測控裝置122.6 變壓器非電量保護裝置152.6.1 RCS-9661保護基本配置及規(guī)格152.6.2 RCS-9661裝置工作原理152.6.3 RCS-9661操作回路原理16裝置的運行說明172.7 變壓器的整定計算18 變壓器主保護整定計算18 變壓器后備保護整定計算193 母線微機保護設計213.1 母線保護的重要性213.2 母線保護的裝設原則213.3 母線保護配置的選型和方案設計223.4 RCS-915GA母線保護裝置

9、的原理說明223.5裝置運行說明243.6 母線保護的整定計算254 斷路器、隔離開關的控制及操作回路設計274.1 斷路器、隔離開關的配置原則與規(guī)范274.1.1 斷路器控制回路的設計原則274.1.2 隔離開關控制回路的設計原則274.2 斷路器、隔離開關的控制及操作回路設計284.2.1 智能操作箱的選擇284.2.2 PCS-222 智能操作箱功能及特點294.2.3 PCS-222 裝置的硬件構成294.2.4 顯示說明335 互感器的配置與接線設計355.1 互感器的配置原則355.1.1 電流互感器的配置355.1.2 電壓互感器的配置355.2 互感器的接線形式365.2.1

10、電流互感器的接線形式365.2.2 電壓互感器的接線形式385.3 互感器與保護裝置的接線406 中央信號系統(tǒng)設計446.1 中央信號的作用446.2 中央信號回路基本要求及設備裝置的選型446.2.1 中央信號回路的基本要求446.2.2 中央設備裝置的選型446.2.3 裝置的主要功能456.2.3 與其他保護裝置接線45裝置接線466.3 與其他保護裝置接線467 微機保護組屏方案設計487.1 系統(tǒng)通信規(guī)約介紹487.2 變電站組屏方案設計50結論51參考文獻52致謝53附錄A54 1 緒論 目前變電站自動化的模式有集中式結構、分布式結構和分布分散式結構3種。目前新建的變電站大部分采用

11、的是分布分散式結構，典型結構分為：管理層、間隔層以及設備層。分布分散結構具有信息共享、穩(wěn)定性強以及擴展性好的優(yōu)點，是變電站綜合自動化的發(fā)展方向。隨著IEC61850系列標準的公布，規(guī)范了變電站自動化的通信網絡和系統(tǒng)，為不同設備廠商的無縫互操作提供了途徑。國內綜合自動化技術比較成熟的系統(tǒng)如：許繼集團CBZ8000B智能變電站自動化系統(tǒng)、南瑞RCS-9000系列，國電南自PS6000變電站自動化系統(tǒng)、北京四方CSC2000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)。這些綜合自動化系統(tǒng)采用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備的功能進行重新組合、優(yōu)化設計，對變電站電氣設備的運行情

12、況進行監(jiān)視、測量、控制、保護和協調，替代了變電站常規(guī)二次設備，提高變電站安全穩(wěn)定運行水平、降低運行維護成本。變電站綜合自動化系統(tǒng)在二次系統(tǒng)具體裝置和功能實現上，用計算機化的二次設備代替和簡化了非計算機設備。微機保護是變電站繼電保護系統(tǒng)的重要組成部分，合理的保護方案設計和整定計算對充分發(fā)揮微機保護的性能，提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行水平具有非常重要的作用。根據所設計變電站工程項目的應用要求，在對微機保護裝置的原理和構成特點進行深入研究和分析的基礎上，選用具可靠性、安全性、動作最靈敏的微機保護裝置進行了變電站設備保護系統(tǒng)的方案設計和保護裝置選型，完成了相關的整定計算工作，及其斷路器、隔離開關和互感器

13、接線方式及其中央信號系統(tǒng)進行了設計，從而到達設計的目的。本次設計中采用RCS-9000系列變壓器保護裝置；母線保護采用RCS-915GA系列差動保護裝置，進行對母線保護；對斷路器和隔離開關的操作回路采用PCS-222智能操作箱進行對斷路器和隔離開關的控制；中央信號系統(tǒng)方面采用許繼CAKJ-XHB-64L液晶顯示中央信號報警裝置。通過對110KV變電站繼電保護的設計，使其能達到變電站的功能實現綜合化，系統(tǒng)機構模塊化，保護、控制、測量裝置的數字化，操作監(jiān)視屏幕化，運行管理智能化。 通過本次設計對變電站二次系統(tǒng)的主變壓器、母線等設備裝置的保護設計，從而達到對一次電氣部分的具有監(jiān)察、測量、控制、保護、

14、調節(jié)、安全、穩(wěn)定、靈活和經濟運行的目的，提供有效地操控方案。從而通過本次畢業(yè)設計，培養(yǎng)說明問題的能力、查詢資料的能力、解決問題的能力，對專業(yè)課綜合知識運用的能力。以及走向工作崗位盡快適應工作環(huán)境和在工程項目上用所學專業(yè)知識解決項目工程的實際操作能力，為以后工作打下了良好的基礎。2 主變壓器微機保護設計2.1 變壓器保護的發(fā)展及現狀變壓器的保護發(fā)展歷史，是以1931年提出比率差動的變壓器保護，標志著差動保護作為變壓器主保護時代的到來。1941年，C.D.Hayward首次提出了利用諧波制動的差動保護，將諧波分析引入到變壓器差動保護中，并逐漸成為國外研究勵磁涌流制動方法的主要方向。1948年，R.

15、L.Sharp和W,EGlassBurn提出了利用二次諧波鑒別變壓器勵磁涌流的方法同時，還提出了差動加速的方案，以差動加速，比率差動，二次諧波制動來構造整個諧波制動式保護的主體，并一直延續(xù)至今。微機變壓器保護的研究開始于60年代末70年代初。1969年，Rockerfeller首次提出數字式變壓器保護的概念，揭開了數字式變壓器保護研究的序幕，只后lik和Degens對變壓器保護的數字處理和數字濾波做出了研究。1972年，Skyes發(fā)表了計算機變壓器諧波制動保護方案，使得微機式變壓器保護的發(fā)展向實用化方向邁進。變壓器保護在進入數字微機時代后，利用微機強大的運算和處理能力，新的勵磁涌流鑒別方法不斷

16、被提出，在國內外形成研究熱潮?，F在使用的微機變壓器保護中識別勵磁涌流的方法主要是：二次諧波閉鎖、間斷角閉鎖、波形對稱原理等。實踐表明，在過去幾十年間，上述原理基本上能達到繼電保護要求。然而，隨著電力系統(tǒng)以及變壓器制造技術的日益發(fā)展，利用涌流特征的各種判據在實用中均遇到了一些無法協調的矛盾。在高壓電力系統(tǒng)中，由于TA飽和、補償電容或長線分布電容等因素的影響，內部故障時差流中的二次諧波分量顯著增大。造成保護誤閉鎖和延時動作。另一方面，現代大型變壓器多采用冷軋硅鋼片，飽和磁密較低而剩磁可能較小，使得變壓器勵磁涌流中的二次諧波和間斷角均明顯變小。不斷出現的問題，推動了研究的不斷深入。近年來，新器件、新

17、技術的應用為變壓器保護的研究與發(fā)展提供了一個廣闊的天地。數字信號處理器DSP(Digital Signal Processor)的出現。不但可以提高微機保護數據采樣與計算速度與精度，甚至可能改變往常微機保護裝置的設計思路，使得復雜的算法得以在保護裝置中實現。隨著變壓器主保護的研究不斷取得進展，變壓器后備保護的研究和應用也日益引起人們的重視。為了實現對現代技術后備的要求，目前的常用做法是，按典型方式構成不同型號的后備保護供用戶選擇，或根據用戶實際需要進行軟、硬件的調整。為此，研制開發(fā)具有良好適應性的通用型變壓器后備保護裝置，降低開發(fā)和維護成本，提高保護裝置的穩(wěn)定性和可靠性具有十分重要的作用。2.

18、2 變壓器的故障類型及保護配置2.2.1 變壓器故障類型及其不正常運行狀態(tài)變壓器的故障可以分為油箱內的故障和油箱外的故障。油箱內的故障指的是變壓器郵箱內各側繞組之間發(fā)生的相間短路、同相部分繞組中發(fā)生的匝間短路以及大電流系統(tǒng)側的單相接地短路等。油箱外的故障指的是變壓器繞組引出端絕緣套管及短路線上的故障，主要有各種相間短路和接地短路。 變壓器的不正常運行狀態(tài)，如系統(tǒng)電壓過高或系統(tǒng)頻率降低，也會危及變壓器的安全，如果不能及時發(fā)現和處理，會造成變壓器故障及損壞變壓器。所以，當變壓器處于不正常運行狀態(tài)時，繼電保護裝置應盡快發(fā)出告警信號，使運行人員及時發(fā)現并采取相應的措施，確保變壓器的安全運行。2.2.2

19、 變壓器保護配置原則根據電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范及其電力工程電氣設計手冊(電氣二次部分)_部分8可知以下變壓器的保護裝置原則：反應變壓器油箱內部故障和油面降低的瓦斯保護0.8MVA 及以上的油浸式變壓器和0.4MVA 及以上的車間內油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。對變壓器引出線、套管及內部的短路故障，應裝設相應的保護裝置，并應符合下列規(guī)定 1）10MVA 及以上的單獨運行變壓器和6.3MVA 及以上的并列運行變壓器,應裝設縱聯差動保護。6.3MVA 及以下單獨運行的重要變壓器，亦可裝設縱聯差動保護。2）10MVA 以下的變壓器可裝設電流速斷保護和過電流保護。2MVA 及以上的變壓器

20、,當電流速斷靈敏系數不符合要求時，宜裝設縱聯差動保護。3）0.4MVA 及以上，一次電壓為10KV 及以下，線圈為三角星形連接的變壓器，可采用兩相三繼電器式的過流保護。4）本條規(guī)定的各項保護裝置，應動作于斷開變壓器的各側斷路器。后備保護對于由外部相間短路引起的變壓器過電流，可采用下列保護作為后備保護。1)過電流保護。宜用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應考慮事故時可能出現的過負荷。2)復合電壓（包括負序電壓及線電壓）起動的過電流保護。宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯絡變壓器及過電流保護不符合靈敏性要求的降壓變壓器。3) 負序電流保護和單相式低電壓啟動的過電流保護?？捎糜?3000kVA及以上的升壓變壓器

21、。4)對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯絡變壓器，當采用上述2）、3）保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。中性點直接接地電網中的變壓器外部接地短路時的零序電流保護110kV及以上中性點直接接地電網中，如果變壓器中性點可能接地運行，對于兩側或三側電源的升壓變壓器或降壓變壓器上應裝設零序電流保護。作為變壓器主保護的后備保護，并作為相鄰元件的后備保護。過負荷保護對于400kVA及以上的變壓器，當數臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應根據可能過負荷的情況裝設過負荷保護。2.3 變壓器的保護的配置方案確定 變壓器作為電力系統(tǒng)的重要設備，廣泛存在于各級網絡系統(tǒng)中，它的安全運行直接關系到整個

22、電網的可靠運行。綜合考慮變電站的電壓等級，變電所在電網中的地位，可靠性及其地理位置等因素。本設計采用南京南瑞集團RCS-9000系列保護測控裝置。該裝置支持GOOSE跳閘方式和IEC61850后臺通訊方式國際規(guī)約。在RCS-9000系列中，主保護采用RCS-9671變壓器差動保護裝置；后備保護采用RCS-9681后備保護測控裝置作為變壓器的110KV側的后備保護；RCS-9682變壓器后備保護測控裝置作為變壓器的低壓側和中壓側進行后備保護；RCS-9661變壓器非電量保護裝置，以上裝置和操作把手、切換把手、復歸按鈕等組成一面主變壓器保護測控屏。2.4 變壓器主保護測控裝置2.4.1 RCS-9

23、671變壓器主保護的基本配置及規(guī)格基本配置 RCS-9671保護裝置為變壓器主保護提供差動速斷保護，比率差動保護，中、低側過電流保護，CT斷線判別。裝置中的比率差動保護采用二次諧波制動判別原理。 裝置的差動速斷及比率差動保護性能 1）.差動速斷保護實質上為反應差動電流的過電流繼電器，用以保證在變壓器內部發(fā)生嚴重故障時快速動作跳閘。 2）.比率差動保護的動作特性如圖2.1所示，能可靠躲過外部故障時的不平衡電流。 3）.如下圖所示，當制動電流小于時，差動保護啟動電流定值為，而差動電流大于該定值時，縱差差動元件才動作；當制動電流在和之間時，而差動電流大于第二個線段所代表的差動保護啟動電流定值時，縱差

24、差動元件才動作；當制動電流大于時，而差動電流大于第二個折點以后代表的差動保護啟動電流定值時，縱差差動元件才動作。 圖2.1 比率差動保護動作特性圖其中：Id為動作電流，Ir為制動電流，Icdqd為差動電流起動值，Kb1為比率差動制動系數，Ie為變壓器的額定電流，圖中陰影部分為保護動作區(qū)。2.4.2 電流差動保護原理電流差動保護比較被保護設備各引出線上的電流，規(guī)定電流的正方向為流入被保護設備。當各引出線之間在電路上相連時，被保護設備可看作一個節(jié)點。在正常運行及外部故障時按照基爾霍夫電流定律有 式（2.1）式中，：差動電流；：引出線j上流入被保護設備的相電流；n：引出線個數。上式對被保護設備的每一

25、相都成立。一般地，我們把各引出線流入被保護設備的總電流稱為差動電流；在被保護設備內部故障時，當總短路電流可以在故障點流入地或其他支路（如流入其他相）時有： 式（2.2）式中，If為故障點的總電流，以上分析可以得出差動保護的判別依據；Id>Id0其中，Id0為差動保護的啟動電流。差動保護的基本原理說明，不考慮TA的誤差，在正常及外部故障時Id=0差動保護可靠地不動作。2.4.3 RCS-9671變壓器主保護的裝置原理裝置邏輯框圖如圖2.4所示 當設定的啟動電流值或中低壓側電流值大于設定的整定值時，保護啟動QD線圈通電，QD觸點和BSJ觸點閉合，保護裝置出口接通電源。當不滿足差動速斷保護要求

26、和在電流互感器不斷線的情況下，比率差動不滿足設定的整定值時，發(fā)出跳閘命令，通過一系列裝置跳開各側斷路器。在中低壓側過流時，當中低壓側不滿足其過流保護時，通過一系列裝置跳過相應的斷路器。模擬量的輸入如圖2.2。輸入I1、I2、I3、I4四側電流，由(I1+I2+I3+I4)構成差動電流，作為差動保護裝置的動作量；由I3構成中壓側后備保護的動作量；由I4構成低壓側后備保護的動作量。在本裝置內，變壓器各側電流存在的相位差由軟件自動進行校正。變壓器各側的電流互感器均采用星形接線，各側電流方向均指向變壓器。各側電流的平衡系數調整通過軟件完成，不需外接中間電流互感器。由于一次側主接線沒有I2電流，在運用此

27、設備時，I2電流側接線懸空。圖2.2模擬量輸入圖2.4.4 RCS-9671變壓器主保護 保護總體流程 保護正常進行的主程序，進行通信及人機對話等工作，間隔一段(RCS-9671 保護1.667ms)產生一次采樣中斷。采樣部分通過AD采樣，進行數字濾波及預處理過程，形成保護判別所需的各量。若保護起動元件動作，則進入保護繼電器動作測量程序。首先測量比率制動特性的差動繼電器是否動作，若動作，則再經涌流判別元件，以區(qū)分是故障還是勵磁涌流。比率差動繼電器動作后若未被涌流判別元件閉鎖，則再進入CT 斷線瞬時判別程序，以區(qū)分內部短路故障和CT斷線。差動速斷繼電器的動作測量則相應簡單，它實質上是一個差動電流

28、過流繼電器，不需經過任何涌流閉鎖判別和CT 斷線判別環(huán)節(jié)。隨后進行中低壓側的過流保護判別。保護流程圖如圖2.3所示。裝置總啟動元件起動CPU設有裝置總起動元件，當三相差流的最大值大于差動電流起動定值時，或者中、低壓側三相電流的最大值（I3、I4）大于相應的過流定值時，起動元件動作并展寬500ms ，開放出口繼電器正電源。保護啟動元件若三相差動電流最大值大于差動電流起動定值或中、低壓側電流的最大值（、）大于相應的過電流定值，起動元件動作，在起動元件動作后也展寬500ms，保護進入故障測量計算程序。比率差動元件裝置采用三折線比率差動原理，變壓器各側電流經軟件Y/調整，即采用全星型接線方式。采用全星

29、型接線方式對減小電流互感器的二次符合和改善電流互感器的工作性能有很大好處。二次諧波制動在RCS-9671保護中，比率差動利用三相差動電流中的二次諧波作為勵磁涌流閉鎖判據。取三相差動電流中二次諧波最低值，作為按相制動的判據。差動速斷保護當任一相差動電流大于差動速度整定值時瞬時動作于出口繼電器。CT斷線報警及閉鎖比率差動保護設有延時CT 斷線報警及瞬時CT 斷線閉鎖或報警功能。差動保護動作跳各側斷路器，用于跳開變壓器各側斷路器。采樣中斷計算采樣保護啟動差動判別正常運行程序涌流判別比率差動動作NYCT斷線判別NCT斷線NDXBS=1閉鎖比率差動保護過流保護返回主程序跳閘邏輯 圖2.3 保護總體流程圖

30、 裝置閉鎖和裝置告警 當檢測到裝置本身硬件故障時，發(fā)出裝置閉鎖信號(BSJ 繼電器返回)，閉鎖整套保護。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出錯和電源故障。平衡系數錯和接線方式錯也將閉鎖整套保護。當檢測到下列故障時，發(fā)出運行異常報警裝置(BJJ 繼電器動作)：1) CT告警2) CT斷線(可經控制字選擇是否閉鎖比率差動保護)3) 起動CPU 定值錯(將不再開放啟動繼電器)4) 起動CPU 通訊錯 5）起動CPU 長期起動 圖2.4 RCS-9671邏輯框圖2.5 變壓器后備保護測控裝置 在本110KV變電所二次部分設計中高壓側后備保護裝置采用南瑞RCS-9681作為高壓側后備保護測控裝置，R

31、CS-9682裝置作為中、低壓側后備保護測控裝置2.5.1 基本配置及規(guī)格 基本配置RCS-9681可用于110KV電壓等級變壓器的110KV 側高、中、低壓后備保護測控裝置RCS-9682為用于110KV及以下電壓等級的變壓器110kv、35KV、10KV側中、低壓后備保護測控裝置。2.5.2 保護測控裝置原理說明RCS-9681后備保護測控裝置原理裝置邏輯框圖如圖2.5所示本設計采用復合電壓閉鎖過流后備保護功能，當復合電壓閉鎖過流控制投入時，復合電壓閉鎖過流后備保護功能啟動，觸點QJ閉合，BSJ閉合，保護裝置接通電源。通過復合電壓閉鎖負序電壓大于整定值和復合電壓閉鎖低電壓大于其整定值時，且

32、及本側電壓互感器沒有退出的情況下，且各相復合電壓閉鎖過流值大于整定值時，通過跳閘矩陣，通過出口接點，斷開該側的斷路器，使其一次設備受到保護。當啟動風冷最大值、閉鎖調壓最大值、過負荷最大值大于相應的整定值時，通過保護裝置發(fā)出跳閘命令。 復合電壓閉鎖過流原理：低電壓元件，電壓取自本側的YH或變壓器各側的YH。動作判據：動作值小于低電壓元件整定值。負序電壓元件，電壓取自本側或變壓器各側，動作判據：動作值大于負序電壓元件整定值。過流元件，電流取自本側的LH，任一相電流大于過流定值。兩個電壓元件是或的關系，加上過流元件，就滿足復合電壓閉鎖過流保護的出口條件了。就是電壓滿足條件（正序小于一定的值，一般額定

33、電壓的60%-65%；負序電壓大于一定的值；零序大于一定的值，三者只要有一個滿足就可以，或的關系）和電流滿足（正序電流大于一定的值）跳開關了。RCS-9682后備保護測控裝置原理裝置邏輯框圖如圖2.6所示 RCS-9682后備保護裝置和RCS-9681后備保護裝置動作原理類似，不再重復陳述。2.5.3 RCS-9681后備保護測控裝置 在本設計中選用RCS-9681后備保護裝置中的復合電壓閉鎖過流，接地保護，過負荷、啟動風冷、過載閉鎖有載調壓，PT斷線等保護功能，其功能原理如下：復合電壓閉鎖過流本裝置設三段復合電壓閉鎖過流保護，各段電流及時間定值可獨立整定，分別設置整定控制字控制這三段保護的投

34、退。、段可帶方向閉鎖，由控制字選擇，方向元件采用正序電壓極化，方向元件和電流元件接成按相起動方式。方向元件帶有記憶功能以消除近處三相短路時方向元件的死區(qū)。當電流方向指向變壓器時，方向元件指向變壓器，方向元件靈敏角為45度。復合電壓元件，其負序電壓由相電壓計算得到，應按相整定；低電壓取自線電壓，應按線整定。復合電壓閉鎖過流保護可取三側復合電壓，任一側復合電壓動作均可起動過流保護動作（其它兩側動作后給出動作接點）。接地保護 對于110KV 及以上電壓等級的變壓器需要設置接地保護。本裝置具有三種接地方式均設有保護：a) 中性點直接接地運行；b) 中性點不接地運行；c) 經間隙接地運行。1) 中性點直

35、接接地運行設有三段零序過流保護，每段均一個時限，分別設有整定控制字控制這三段保護的投退。2) 中性點不接地或經間隙接地運行裝置設有段兩時限零序無流閉鎖零序過壓保護和段兩時限間隙零序過流保護，兩者第一時限出口跳閘用于縮短故障范圍，第二時限均跳主變各側開關。零序無流的定值同、段零序過流電流定值的最小值。過負荷、啟動風冷、過載閉鎖有載調壓裝置設有三個定值分別對應這三項功能，取最大相電流作為判別。裝置給出一付過負荷接點，一付啟動風冷接點，一付過載閉鎖有載調壓接點。 PT斷線PT 斷線判據如下：1) 正序電壓U1 小于30 伏，而任一相電流大于0.06In；2) 負序電壓大于8 伏；滿足上述任一條件后延

36、時10 秒報母線PT 斷線，發(fā)出裝置異常報警信號（BJJ 繼電器動作），待電壓恢復保護也自動恢復正常。裝置告警 當CPU檢測到裝置本身硬件故障時，發(fā)出裝置故障閉鎖信號(BSJ繼電器返回)，閉鎖整套保護。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出錯和出口三極管長期導通。當CPU檢測到下列故障時，發(fā)出裝置異常報警信號(BJJ繼電器動作)：（A）過負荷；（B）PT斷線；（C）三相電流不平衡經10秒延時報CT異常。2.5.4 RCS-9682后備保護測控裝置本設計中選用RCS-9682后備保護裝置中的復合電壓閉鎖過流，過負荷報警，PT斷線等保護功能，其功能原理如下：復合電壓閉鎖過流本裝置設四段復合電壓閉

37、鎖過流保護，各段電流及時間定值可獨立整定，分別設置整定控制字控制各段保護的投退。、段可帶方向閉鎖，由控制字選擇，方向元件采用正序電壓極化，方向元件和電流元件接成按相起動方式。方向元件帶有記憶功能以消除近處三相短路時方向元件的死區(qū)。當電流方向指向變壓器時，方向元件指向本側系統(tǒng)，方向元件靈敏角為225 度。復合電壓元件，其負序電壓由相電壓計算得到，應按相整定；低電壓取自線電壓，應按線整定。過負荷報警裝置取三相最大電流作為判別，過負荷動作后給出一付過負荷報警接點，并報運行異常信號（BJJ動作）PT斷線 PT 斷線判據如下：1）正序電壓U1小于30 伏，而任一相電流大于0.06In；2）負序電壓大于8

38、 伏；滿足上述任一條件后延時10秒報母線PT斷線，發(fā)出裝置異常報警BJJ，待電壓恢復保護也自動恢復正常。裝置告警 當CPU檢測到裝置本身硬件故障時，發(fā)出裝置故障閉鎖信號(BSJ繼電器返回)，閉鎖整套保護。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出錯和出口三極管長期導通。當CPU檢測到下列故障時，發(fā)出裝置異常報警信號(BJJ繼電器動作)：（A）過負荷；（B）PT斷線；（C）三相電流不平衡經10秒延時報CT異常。 圖2.5RCS-9681邏輯框圖 圖2.6 RCS-9682邏輯框圖2.6 變壓器非電量保護裝置 在本設計中變壓器非電量被保護裝置采用南瑞RCS-9000系列中的RCS-9661變壓器的非

39、電量保護裝置。2.6.1 RCS-9661保護基本配置及規(guī)格RCS-9661變壓器非電量保護裝置，主要可作為110KV及以下電壓等級的變壓器的非電量保護裝置。本裝置支持電力行業(yè)標準DL/T667-1999（IEC60870-5-103標準）通訊規(guī)約。2.6.2 RCS-9661裝置工作原理非電量保護 從變壓器本體來的非電量信號(如瓦斯信號等)經過裝置重動后給出中央信號、遠方信號兩組接點，同時裝置本身的CPU 也可記錄非電量動作情況。對于需要延時跳閘的非電量信號,由裝置經過定值設定的延時起動裝置的跳閘繼電器，而直接跳閘的非電量信號直接起動裝置的跳閘繼電器。非電量原理如圖2.7、2.8、2.9所示

40、。圖2.7 需延時跳閘的非電量信號接線原理 圖2.8 直接跳閘的非電量信號接線原理圖2.9不需跳閘的非電量信號接線原理 裝置設有冷控失電保護。根據DL/T 572-95電力變壓器運行規(guī)程：強油循環(huán)風冷和強油循環(huán)水冷變壓器，當冷卻系統(tǒng)故障切除全部冷卻器時，允許帶額定負載運行20min。如20min 后頂層油溫尚未達到75，則允許上升到75，但在這種狀態(tài)下運行的最長時間不得超過1小時。冷控失電邏輯圖如圖2.10所示圖2.10 冷控失電邏輯圖 LKSD表示冷控失電開入，YWG為油溫高開入，LKSD和LKSD60為定值控制字裝置自檢當裝置檢測到本身硬件故障時，發(fā)出裝置閉鎖信號，同時閉鎖裝置（BSJ 繼

41、電器返回）。硬件故障包括：定值出錯、電源故障、CPLD故障。對時功能裝置具備軟件對時和硬件對時功能。硬件對時為秒脈沖對時或者IRIG-B 碼對時，裝置自動識別。對時接口電平均采用485差分電平。2.6.3 RCS-9661操作回路原理操作回路插件的原理及接點輸出如圖所示，KKJ 為磁保持繼電器，合閘時該繼電器動作并磁保持，僅手跳才復歸，保護動作或開關偷跳該繼電器不復歸，因此其輸出接點為合后KK 位置接點。斷路器操作回路中跳合閘直流電流保持回路，跳合電流應大于0.5A 小于4A。操作回路中跳線S1、S2 和S3 的作用：短接S1，取消合壓力閉鎖；短接S2，取消防跳；短接S3，取消跳壓閉鎖。操作回

42、路插件原理及輸出接點原理圖如圖2.11、所示。 圖2.11 操作回路插件原理圖 圖2.11 操作回路輸出接點原理圖2.6.4裝置的運行說明 “運行”燈為綠色，裝置正常運行時點亮； “報警”燈為黃色，當發(fā)生報警時點亮； “跳閘”燈為紅色，當保5護動作出口點亮，在“信號復歸”后熄滅；裝置面板設有十路紅色非電量保護動作中央信號燈，非電量保護動作，對應的中央信號燈亮，在“信號復歸：后熄滅；還設有四組開關位置信號燈，由操作回路插件產生?！疤弧睙魹榫G色，當開關在分位時點亮；“合位”燈為紅色，當開關在合位時點亮。2.7 變壓器的整定計算2.7.1變壓器主保護整定計算變壓器一次側基本數據選用變壓器容量為，1

43、10kV側： 額定電壓為， 額定電流 式（2.3） 額定電流二次值 式（2.4） 35kV側： 額定電壓為 額定電流為 式（2.5）額定電流二次值 式（2.6） 10kV側： 額定電壓為 額定電流為 式（2.7）額定電流二次值 式（2.8）TA變比選擇：110kV側為500/5，35kV側為1000/5,10kV側為2000/5差動保護啟動電流定值的整定 為差動保護的啟動電流定值，應按躲過變壓器額定負載運行時的最大不平衡電流整定，即： 式（2.9）式中：為變壓器高壓側的二次額定電流；為可靠系數，；為電流互感器在額定電流下的變比誤差，取0.02；為變壓器分接頭調節(jié)引起的誤差（相對額定電壓的百分數

44、），取0.1；為CT變比未完全匹配產生的誤差，一般取0.05。一般情況下可?。?。根據工程數據，=1.3*（0.02+0.1+0.05）*1.653=0.365 A 差動速斷的整定 對110kV 變壓器，差動速斷是差動保護的一個輔助保護。當內部故障電流很大時，防止由于電流互感器飽和引起差動保護延遲動作。差動速斷保護的動作電流應按躲過初始勵磁涌流或外部短路最大不平衡電流整定，一般?。?式（2.10）式中：為變壓器的二次額定電流。為為倍數，視變壓器容量和系統(tǒng)電抗大小，推薦值如下：40120MVA的變壓器可取3.08.0，120MVA及以上變壓器可取2.06.0。根據工程數據，=5.2*1.653=8

45、.596A 二次諧波制動系數的整定根據現場運行經驗，建議整定為0.150.2。根據工程數據，將系數整定為0.17. 變壓器后備保護整定計算 電流的整定計算電流按躲過變壓器的額定電流整定： 式（2.11） 式中：為可靠系數，取1.31.5 為返回系數，取0.850.95 為變壓器的額定電流。 為電流互感器變比。根據工程數據，110kv側： 35kV側： 10kV側： 靈敏度校驗 式（2.12）式中：為后備保護區(qū)末端兩相金屬性短路時流過保護的最小短路電流。要求（近后備）。根據工程數據，110kV側： 35kV側： 10KV： 3 母線微機保護設計母線是電力系統(tǒng)變電站最重要的設備之一。母線保護是保障

46、母線安全和可靠運行的保護設備. 獲取保護性能和可靠性更高的母線保護是變電所繼電保護所要達到的目的。母線保護由過去的固定連接式母線完全差動保護、電流相位比較式母線差動保護，發(fā)展到現在的中阻抗比率制動母線差動保護和微機母線差動保護。3.1 母線保護的重要性 變電所的母線是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是匯集和分配電能的樞紐。母線保護是保證電網安全、穩(wěn)定運行的重要系統(tǒng)設備，它的安全性、可靠性、靈敏性和快速性對保證整個區(qū)域電網的安全具有決定性的意義。母線故障大部分是由于絕緣子對地放電引起，母線故障開始階段很多表現為單相接地故障，而隨著短路電弧的移動，故障往往發(fā)展為兩相或三相接地短路。絕緣子污穢老化、電流互感

47、器損壞或爆炸、運行人員誤操作是造成母線故障主要原因。 雖然母線發(fā)生故障的幾率很低，但母線故障的后果十分嚴重，它將使連接在故障母線上所有元件在母線故障修復期間或切換到另一組母線所必需的時間內被停電，尤其發(fā)生母線多相短路而不能瞬間切除時，可能破壞整個電力系統(tǒng)的并列運行穩(wěn)定性。3.2 母線保護的裝設原則 由于母線在電力系統(tǒng)中的地位和母線發(fā)生故障造成的后果的嚴重性及其母線保護在電力系統(tǒng)中的重要性， 因此必需裝設相應的保護莊主，以便快速、有選擇性地切除故障母線。根據電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范規(guī)程規(guī)定，裝設母線保護的原則如下：對 310KV 分段母線宜采用不完全電流差動保護，保護裝置應接入有電源

48、支路的電流。保護裝置應由兩段組成,第一段可采用無時限或帶時限的電流速斷，當靈敏系數不符合要求時，可采用電流閉鎖電壓速斷；第二段可采用過電流保護。當靈敏系數不符合要求時，可將一部分負荷較大的配電線路接入差動回路。對發(fā)電廠和變電所的KV電壓的母線，在下列情況下應裝設專用的母線保護：1）110KV雙母線；2）110KV單母線，重要的發(fā)電廠或變電所的KV母線，根據系統(tǒng)穩(wěn)定要求或為保證重要用戶最低允許電壓要求，需要快速地切除母線上的故障時。旁路斷路器和兼作旁路的母聯或分段斷路器上，應裝設可代替線路保護的保護裝置。在專用的母聯或母線分段斷路器上，可裝設相電流或零序電流保護，作母線充電合閘時的保護。3.3

49、母線保護配置的選型和方案設計 在本設計方案中110KV母線、35KV母線及其10KV母線的保護均采用南瑞集團RCS-915GA型微機母線差動保護裝置，根據不同的運行環(huán)境選擇不同的保護進行對其保護。該裝置使用于各種電壓等級的單母線、單母分段、雙母線等各種主接線方式，母線上允許所接的線路與原件數最多為21（包括母聯），并可滿足有母聯兼旁路運行方式主接線系統(tǒng)的要求。完全符合國網標準化要求QGDW 175-2008 變壓器、高壓并聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規(guī)范. 圖3.1 RCS-915GA應用接線圖3.4 RCS-915GA母線保護裝置的原理說明母線差動保護由分相式比率差動元件構成。母線

50、差動回路包括母線大差動回路和各段母線小差動回路。母線大差動回路是指母聯開關和分段開關外所有支路電流所構成的差動回路。母線小差動回路是指母線上所連接的所有支路（包括母聯和分段開關）電流所構成的差動回路。母線大差比率差動用來判別母線區(qū)內和區(qū)外故障，小差比率差動用于故障母線的選擇。起動元件電壓工頻變化量元件，當兩段母線任一相電壓工頻變化量大于門坎時電壓工頻變化量元件動作，依據為： 式（3.1）其中： 為相電壓工頻變化量瞬時值；為固定門坎；是浮動門坎，隨著變化量輸出變化而逐步自動調整。差流元件，當任一相差動電流大于差流起動值時差流元件動作，其判據為： 式（3.2）其中：為大差動相電流；為差動電流起動值

51、。 比率差動元件1）常規(guī)比率差動元件動作判據為： 式（3.3） 式（3.4）其中：K為比率制動系數；為第j個連接元件電流；為差動電流起動定值。其動作特性曲線如圖3.2所示圖3.2比率差動元件動作特性曲線為防止在母聯開關斷開的情況下，弱電源側母線發(fā)生故障時大差比率差動元件的靈敏度不夠，大差比例差動元件的比率制動系數有高低兩個定值。母聯開關處于合閘位置以及投單母或刀閘雙跨時大差比率差動元件采用比率制動系數高值，而當母線分列運行時自動轉用比率制動系數低值。小差比例差動元件則固定取比率制動系數高值。2）工頻變化量比率差動元件 本保護與制動系數固定為0.2 的常規(guī)比率差動元件配合構成快速差動保護。其動作

52、判據為： 式（3.5） 式（3.6）其中：K為工頻變化量比率制動系數，母聯開關處于合閘位置以及單母或刀閘雙跨時K取0.75，而當母線分列運行時則自動專用比率制動系數低值，小差則固定取值0.75；為第j個連接元件的工頻變化量電流；DT為差動電流起動浮動門坎；為差流起動的固定門坎，由得出。3.5裝置運行說明 裝置由開關量輸入回路、出口與信號回路、電源插件、CPU 板和管理板插件、交流輸入回路構成。裝置面板上設有九鍵鍵盤和10 個信號燈。信號燈說明如下： “運行”燈為綠色，裝置正常運行時點亮； “斷線報警”燈為黃色，當發(fā)生交流回路異常時點亮； “位置報警”燈為黃色，當發(fā)生刀閘位置變位、雙跨或自檢異常

53、時點亮； “報警”燈為黃色，當發(fā)生裝置其它異常情況時點亮。 “跳I 母”、“跳II 母”燈為紅色，母差保護動作跳母線時點亮； “母聯保護”燈為紅色，母差跳母聯、母聯充電、母聯非全相、母聯過流保護動作或失靈保護跳母聯時點亮； “I 母失靈”、“II 母失靈” 燈為紅色，斷路器失靈保護動作時點亮； “線路跟跳”燈為紅色，斷路器失靈保護動作時點亮。 圖3.3母差保護的工作原理框圖：母電壓工頻變化量元件 BLCD1：母比率差動元件（K=0.2） ：變化量阻抗元件 BLCD ：大差比率差動元件BLCD1：母工頻變化量比率差動元件 BLCD1：母比率差動元件BLCD ：大差工頻變化量比率差動元件 SW ：母差保護投退控制字BLCD ：大差比率差動元件（K=0.2） YB ：母差保護投入壓板3.6 母線保護的整定計算 差動電流高定值應保證母線保護在最小運行方式下有足夠的靈敏度，并應盡可能躲過母線出線的最大負荷電流。推薦值0.4InIn。根據工程數據，取系數為0.8定值應為：110k