第一篇：110kv變電站二次系統設計

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摘

要

本論文主要講述的是110kV變電站繼電保護的配置，整定計算。目前，110kV變電站主要是直接向廣大用戶供應和分配電能，是包括發電、輸變電和配電在內的整個電力系統的最終環節。由于電力系統具有發、供、用同時的特點，一旦配電系統發生故障，將造成系統對用戶供電的中斷，同時也有可能使整個電力系統受到影響，甚至被破壞,造成巨大的經濟損失。因此，必須提高110kV配電系統的可靠性，給變電站的設備裝設動作可靠、迅速、性能完善的保護，把故障影響限制在最小范圍內，保證向用戶提供持續的電能。

電力系統繼電保護和安全自動裝置是電力系統的重要組成部分。它對電力系統安全穩定地運行和對用戶的不間斷供電起著極為重要的作用，沒有繼電保護的電力系統是不能運行的。電力系統繼電保護的設計與配置是否合理直接影響到電力系統的安全穩定運行。如果設計與配置不當，繼電保護將不能正確動作，從而會擴大事故的停電范圍。給國民經濟帶來嚴重的惡果，有時還可能造成人身和設備安全事故。因此，為了保證110kV變電站的正常運行，必須根據《規程》來設置變電站所需要的保護裝置，并根據滿足選擇性、速動性、靈敏性、可靠性進行整定值，使整個系統的各種繼電保護有機協調地布置，正確地發揮作用。

設計共分為六個章節，第二章給出了系統的原始數據并確定了主接線方式；第三章介紹了各種繼電保護的原理；第四章為短路計算，確定系統短路時的短路電流；第五章為整定計算，為系統配備的各種繼電保護整定出動作值。其中變壓器的主保護包括瓦斯保護和縱聯差動保護,后備保護包括復合電壓啟動過電流保護、零序電流保護和過負荷保護。母線配備了母線完全電流差動保護，簡單可靠。110kV側線路配備了三段距離保護，35kV側配備了三段距離保護和電流速斷保護，10kV側只設置了電流速斷保護即可滿足要求。關鍵詞：配電系統, 變電站, 電力系統繼電保護, 短路電流，整定計算

I ****大學畢業設計（論文）說明書

Abstract

What this text mainly told is system disposition of relay protection of 110kV distribution, calculate whole definitely.At present, 110kV transformer substation to supply the masses of users with and assign the electric energy directly mainly, it is the final links of the whole power system including generate electricity , the power transmission and transformation and distribution.Because the power system takes place, supports, uses the characteristic at the same time , once the distribution system breaks down, the ones that cause the system to supply power to users break down, may make the whole power system influenced at the same time , even destroyed, cause the enormous economic losses.So must improve 110kV distribution dependability of system, apparatus to give transformer substation install movement reliable , rapidly , complete protection of performance, influence the trouble to confine to minimum range, guarantee to offer the lasting electric energy to users.The relay protection of power system and security automatics are important components of the power system.It operates and plays an extremely important role safly in users' incessant power supply steadily in the power system, the power system without relay protection can not run.The peace and steadiness that design and disposition of relay protection of power system influence the power system directly rationally runs.It design and it is the improper since it dispose,relay protection can movements correct,it thus not will expand by power cut range of accident.Bring the serious evil consequence to national economy, may also cause the apparatus incident of personal sum sometimes.So for guarantee 110kV normal running of transformer substation , must follow “ rules ” come , set up protector transformer substation need, and moving , sensitivity , dependability carry on whole definite value according to the alternative of meeting, rapidly, make various relay protection of the whole system fix up organically coordinating , function correctly.Design is divided into six chapters, the system is given in chapter II of the

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original data and determine the main wiring;third chapter describes the principles of various relay;fourth chapter short circuit calculations, determine the system's short circuit short circuit current;fifth chapter setting calculation, the system is equipped with a variety of protective relaying action value set.In which the main transformer protection, including gas conservation and differential protection, backup protection, including composite voltage start over-current protection, zero sequence current protection and overload protection.Bus equipped with a bus full current differential protection, simple and reliable.110kV side of the line with three distance relay, 35kV side with three distance relay and Current Protection, 10kV side only set the trip current protection requirements can be met.Keyword: distribution system , transformer substation , power system relay protection, short circuit electric current, complete calculation

III ****大學畢業設計（論文）說明書

目 錄 緒論.............................................................1

1.1 繼電保護的作用.............................................1 1.2 繼電保護系統設計基本要求...................................2 1.3 繼電保護裝置的組成.........................................3 2 原始數據及主接線介紹.............................................5 2.1 主變壓器及線路主要參數.....................................5 2.2 變電站電氣主接線簡介.......................................7 3 繼電保護原理介紹.................................................9 3.1 變壓器保護.................................................9 3.1.1 縱聯差動保護..........................................9 3.1.2瓦斯保護.............................................13 3.1.3復合電壓啟動過電流保護...............................14 3.1.4 零序電流保護.........................................15 3.1.5過負荷保護...........................................15 3.2 母線保護..................................................16 3.3 線路保護..................................................17 3.3.1 三段式電流保護.......................................17 3.3.2相間距離保護.........................................20 4 短路電流計算....................................................22 4.1短路計算說明...............................................22 4.2母線短路電流計算...........................................22 4.2.2三相對稱短路時的電流計算.............................23 4.2.3不對稱短路的電流計算.................................25 4.3線路短路電流計算...........................................27 4.3.1各線路阻抗參數.......................................27 4.3.2 110kV線路短路電流計算...............................27 4.3.3 35kV線路短路電流計算................................29

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4.3.4 10kV線路短路電流計算................................31 5 整定計算........................................................33 5.1線路最大負荷電流計算.......................................33 5.2主變壓器保護的整定計算.....................................35 5.2.1縱差動保護整定計算...................................35 5.2.2 復合電壓啟動過電流保護的整定計算.....................37 5.2.3 過負荷保護的整定計算.................................38 5.3 母線保護的整定計算........................................38 5.4 線路保護的整定計算........................................41 5.4.1 110kV線路保護的整定計算.............................41 5.4.2 35kV線路保護的整定計算..............................43 5.4.3 10kV線路保護整定計算................................47 6 總結............................................................51 致謝..............................................................52 參考文獻..........................................................53

V ****大學畢業設計（論文）說明書 緒 論

1.1 繼電保護的作用

電力系統在運行中，可能發生各種故障和不正常運行狀態，最常見同時也是最危險的故障是發生各種型式的短路。在發生短路時可能產生以下的后果： 1.通過故障點的很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞； 2.短路電流通過非故障元件，由于發熱和電動力的作用，引起它們的損壞或縮短它們的使用壽命；

3.電力系統中部分地區的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩定性或影響工廠產品質量；

4.破壞電力系統并列運行的穩定性，引起系統振動，甚至使整個系統瓦解；

電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發生故障，這種情況屬于不正常運行狀態。例如，因負荷超過電氣設備的額定值而引起的電流升高（一般又稱過負荷），就是一種最常見的不正常運行狀態。由于過負荷，使元件載流部分和絕緣材料的溫度不斷升高，加速絕緣的老化和損壞，就可能發展成故障。此外，系統中出現功率缺額而引起的頻率降低，發電機突然甩負荷而產生的過電壓，以及電力系統發生振蕩等，都屬于不正常運行狀態。

故障和不正常運行狀態，都可能在電力系統中引起事故。事故，就是指系統或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對用戶少送電或電能質量變壞到不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設備的損壞。

系統事故的發生，除了由于自然條件的因素（如遭受雷擊等）以外，一般者是由于設備制造上的缺陷、設計和安裝的錯誤、檢修質量不高或運行維護不當而引起的。因此，只要充分發揮人的主觀能動性，正確地掌握客觀規律，加強對設備的維護和檢修，就可能大大減少事故發生的機率，把事故消滅在發生之前。

在電力系統中，除應采取各項積極措施消除或減少發生故障的可能性以外，故障一旦發生，必須迅速而有選擇性地切除故障元件，這是保證電力系統安全運行的最有效方法之一。切除故障的時間常常要求小到十分之幾甚至百分之幾秒，實踐證明只有裝設在每個電氣元件上的保護裝置才有可能滿足這個要求。****大學畢業設計（論文）說明書

這種保護裝置直到目前為止，大多是由單個繼電器或繼電器與其附屬設備的組合構成的，故稱為繼電保護裝置。在電力式靜態保護裝置和數字式保護裝置出現以后，雖然繼電器已被電力元件計算機所代替，但仍沿用此名稱。在電業部門常用繼電保護一詞泛指繼電保護技術式由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統。繼電保護裝置一詞則指各種具體的裝置。

繼電保護裝置，就是指能反應電力系統中電氣元件發生故障或不正常運行狀態，并動作于斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置。它的基本任務是： 1.自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，使故障元件免于繼續遭到破壞，保證其它無故障部分迅速恢復正常運行；

2.反應電氣元件的不正常運行狀態，并根據運行維護的條件（例如有無經常值班人員），而動作于發出信號、減負荷或跳閘。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據對電力系統及其元件的危害程度規定一定的延時，以免不必要的動作和由于干擾而引起的誤動作。

1.2 繼電保護系統設計基本要求

電網對繼電保護的基本要求是可靠性、選擇性、快速性、靈敏性，即通常所說的“四性”，這些要求之間，有的相輔相成、有的相互制約，需要對不同的使用條件分別進行協調。

(l)可靠性：是對繼電保護最基本的性能要求，它又可分為可信賴性和安全性2個方面。可信賴性要求繼電保護在異常或故障情況下，能準確地完成設計所要求的動作；安全性要求繼電保護在非設計所要求動作的所有情況下，能夠可靠地不動作。

(2)選擇性：是指在對電網影響可能最小的地方，實現斷路器的控制操作，以終止故障或電網事故的發展。如對電力設備的繼電保護，當電力設備故障時，要求最靠近故障點的斷路器動作斷開電網的供電電源，即電力設備繼電保護的選擇性。選擇性除了決定于繼電保護裝置本身的性能外，還要求滿足從電源算起，愈靠近故障點，其繼電保護裝置的故障啟動值愈小，動作時間愈短；而對振蕩解列裝置，則要求當電網失去同步穩定性時，其所動作的斷路器斷開點，在解列后兩側電網可以各自安全地同步運行，從而終止振蕩等。

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(3)快速性：是指繼電保護應以允許的可能最快的速度動作于斷路器跳閘，以斷開故障或終止異常狀態的發展。繼電保護快速動作可以減輕故障元件的損壞程度，提高線路故障后自動重合閘的成功率，并特別有利于故障后的電力系統同步運行的穩定性。快速切除線路和母線的短路故障，是提高電力系統暫態穩定的最重要手段。

(4)靈敏性：是指繼電保護對設計規定要求動作的故障和異常狀態能夠可靠動作的能力。故障時進入裝置的故障量與給定的裝置啟動值之比，為繼電保護的靈敏系數，它是考核繼電保護靈敏性的具體指標，在一般的繼電保護設計與運行規程中都有具體的規定要求。

1.3 繼電保護裝置的組成

一般而言，整套繼電保護裝置由測量元件、邏輯環節和執行輸出三部分組 成，如圖1.1所示，分述如下。

圖1.1繼電保護裝置的組成

(1)測量比較部分

測量比較部分是測量通過被保護的電氣元件的物理參量，并與給定的值進行比較，根據比較的結果，給出“是”、“非”（“0”或“1”）性質的一組邏輯信

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號，從而判斷保護裝置是否應該啟動。

(2)邏輯部分

邏輯部分使保護裝置按一定的邏輯關系判斷故障的范圍和類型，最后確定 是應該使斷路器跳閘、發出信號或是不動作及是否延時等，并將對應的指令傳給執行輸出部分。

(3)執行輸出部分

執行輸出部分根據邏輯部分傳來的指令，最后完成保護裝置所擔負的任務。如在故障時動作于跳閘；不正常運行時發出信號；而在正常運行時不動作等。

****大學畢業設計（論文）說明書 原始數據及主接線介紹

2.1 主變壓器及線路主要參數

1、主變壓器參數如下：

型號：SSZ9 31500/110 額定電壓：110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5 容量比：100/100/100 參數：Uk1-2%=10.5 Uk1-3%=17.5 Uk2-3%=6.5 接線方式：YN，yd，d11

2、系統示意圖及各側出線參數：

圖2.1系統示意圖

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表2-1 110kV側出線參數

線型 Pmax(MW)Pmin(MW)COSΦ L（km）1 LGJ-300 50 40 0.86 50 2 LGJ-300 60 45 0.86 60 3 LGJ-150 55 42 0.86 50 4 LGJ-150 48 35 0.86 40 表2-2 35kV側出線參數

線型 Pmax(MW)回路數 COSΦ L（km）供電方式 1 LGJ-120 14 1 0.8 12 架空 2 LGJ-120 15 1 0.8 15 架空 3 LGJ-120 27 1 0.85 8 架空 4 LGJ-120 18 1 0.85 6 架空 5 LGJ-120 17 1 0.8 10 架空 6 LGJ-120 25 1 0.85 12 架空 表2-3 10kV側出線參數

線型 Pmax(MW)回路數 COSΦ L（km）供電方式 1 LGJ-120 5 1 0.8 6 架空 2 LGJ-120 4 1 0.8 4 架空 3 LGJ-120 3 1 0.8 3 架空 4 LGJ-120 8 1 0.8 8 架空 5 LGJ-120 4 1 0.8 7 架空 6 LGJ-120 5 1 0.8 5 架空 7 LGJ-120 7 1 0.8 8 架空 8 LGJ-120 3 1 0.8 9 架空

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2.2 變電站電氣主接線簡介

電氣主接線是由各種電氣設備及其接線組成，用以接收和分配電能，是供電系統的重要組成部分。它與電源的回路數，電壓等級和負荷的大小、級別以及所用變壓器的臺數、容量等因素有關。確定變電所的主接線對變電所電器設備的選擇，配電裝置的布置及運行的可靠性與經濟性等都有密切的關系，主接線設計是變電所設計中的重要任務之一。

1、電氣主接線設計原則

電氣主接線設計時，所遵循的原則：符合設計任務書的要求，符合有關的方針，政策和技術規范，規程；結合具體工程特點，設計出技術經濟合理的主接線。根據以上原則于任務書本設計主接線方案應達到以下要求：

一、根據變電所在電力系統中的地位，作用和用戶性質，應滿足電力負荷，特別是其中一、二及負荷對供電的可靠性要求，保證必要的供點可靠性。

二、主接線應力求接線簡單，運行靈活與操作方便。應能適應必要的各種運行方式，便于切換操作和檢修，切適應負荷的發展。

三、應符合有關國家標準和技術規范的要求，能充分保證運行，維護和檢修的安全和方便，保證人身和設備的安全。

四、在保證以上幾項要求的條件下，應盡量使主接線簡單，降低投資，節省運行費用。節約電能和有色金屬的消耗量。

五、滿足擴建的要求。

2、電氣主接線方案比較及選擇

（1）110kV側主接線方案

對于僅有兩條到四條110 kV出線的變電所，由于110 kV開關站間隔不多，主接線不宜設計得過于復雜，同時各個主變應考慮接在同一條母線上，以減小兩臺主變同時失去的可能性。故從各個方面綜合考慮，單母線接線是一種相對合理的選擇。

單母線接線中，主變110 kV側設開關，各側有一套斷路器，各主變間通過母線連接，以減小兩臺主變同時跳閘的概率。

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結合本站實際，從接線的可靠性、靈活性、經濟性等進行全面比較后，最終采用了單母線分段的接線方案。

（2）35kV側主接線方案

電壓等級為35kV～60kV，出線為4～8回，可采用單母線分段接線。當一段母線發生故障時，分段斷路器自動將故障段隔離，保證正常段母線不間斷供電，不致使重要用戶停電，可提高供電可靠性和靈活性。

經分析35kV側采用單母線分段接線，既考慮了供電可靠性又考慮了經濟性。

（3）10kV側主接線方案

6～10kV配電裝置出線回路數目為6回及以上時，可采用單母線分段接線。

2、主接線的最終確定（1）110kV接線

出線四回，采用單母分段接線。（2）35kV接線

出線六回，采用單母分段接線。（3）10kV接線

出線八回，采用單母分段接線。（4）系統參數（電源）

110KV側Sn=5210MVA 等值電抗Xd=0.0192

****大學畢業設計（論文）說明書 繼電保護原理介紹

3.1 變壓器保護

變壓器是電力系統普遍使用的重要電氣設備。它的安全運行直接關系到電力系統供電和穩定運行，特別是大容量變壓器，一旦因故障而損壞造成的損失就更大。因此必須針對變壓器的故障和異常工作情況，根據其容量和重要程度，裝設動作可靠，性能良好的繼電保護裝置。一般包括：

1.反映內部短路和油面降低的非電量（氣體）保護，又稱瓦斯保護。2.反映變壓器繞組和引出線的多相短路及繞組匝間短路的縱聯差動保護，或電流速斷保護。

3.作為變壓器外部相間短路和內部短路的后備保護的過電流保護（或帶有復合電壓起動的過電流保護或負序電流保護或阻抗保護）。

4.反映中性點直接接地系統中外部接地短路的變壓器零序電流保護。5.反映大型變壓器過勵磁的變壓器過勵磁保護及過電壓保護。6.反映變壓器過負荷的變壓器過負荷（信號）保護。7.反映變壓器非全相運行的非全相保護。

3.1.1 縱聯差動保護

變壓器的縱差動保護主要用來反應變壓器繞組及其套管、引出線上的相間短路，同時也可以反應變壓器繞組匝間短路及中性點直接接地系統側繞組、套管、引出線的單相接地短路。

本次設計所采用的變壓器型號均為：SSZ9 31500/110對于這種大型變壓器而言，它都必需裝設單獨的變壓器差動保護，這是因為變壓器差動保護通常采用三側電流差動，其中高電壓側電流引自高壓熔斷器處的電流互感器，中低壓側電流分別引自變壓器中壓側電流互感器和低壓側電流互感器，這樣使差動保護的保護范圍為三組電流互感器所限定的區域，從而可以更好地反映這些區域內相間短路，高壓側接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障。所以我們用縱聯差動保護作為兩臺變壓器的主保護，其接線原理圖如圖3.1。正常情況下,I'2=I''2即：

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'I1''''n2I1I1??????nT（變壓器變比）

'n1n1n2I1所以這時Ir=0，實際上，由于電流繼電器接線方式，變壓器勵磁電流，變比誤差等影響導致不平衡電流的產生，故Ir不等于0，針對不平衡電流產生的原因不同可以采取相應的措施來減小。

盡管縱聯差動保護有很多其它保護不具備的優點，但當大型變壓器內部產生嚴重漏油或匝數很少的匝間短路故障以及繞組斷線故障時，縱聯差動保護不能動作，這時我們還需對變壓器裝設另外一個主保護——瓦斯保護。

圖3.1 縱聯差動保護原理示意圖

保護的構成：主要由帶短路線圈的BCH-2型差動繼電器構成； 保護的電流互感器：接至變壓器三側的斷路器內側；

保護裝置的保護范圍：除了變壓器本身外還包括變壓器至三側斷路器之間的連線；

保護動作：跳開變壓器三側的斷路器；

保護的動作時限：保護裝置本身的動作時間（即0秒切除故障）；

變壓器縱聯差動保護整定原則如下：

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(1)按平均電壓（變壓器額定電壓及變壓器最大額定容量）計算各側二次額定電流，完成主變電流互感器參數、額定電流、平衡系數的計算。1)一次側額定電流

IN1?SN3UN

（3-1）

式中

SN——變壓器額定容量。由設計任務書知為40MVA；

UN——變壓器各側額定電壓； 2)選擇電流互感器變比為

nTACal?KjxIN（3-2）

式中

Kjx——為電流互感器接線系數。當三角形接線時，Kjx?3；當為星形接線時，Kjx?1。

選擇標準變比nTA?nTACal 3)二次側額定電流

IN2?KjxIN1nTA

（3-3）

式中

Kjx——為電流互感器接線系數。當三角形接線時，Kjx?3；當為星形接線時，Kjx?1。

(2)計算各側外部短路時的短路電流值

按短路電流計算方法進行各側短路電流值的計算(3)計算差動保護的動作電流

按下述條件計算差動保護的動作電流，并選取最大者。

1)按躲過變壓器空投時和外部故障切除后電壓恢復時變壓器產生的勵磁涌流計算，即

Idz?KkIeb

（3-4）

式中

Idz——保護動作電流；

Ieb——變壓器額定電流（折算至基本側）；

Kk——可靠系數，取1.3。

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2)按躲過外部短路時的最大不平衡電流計算，即

Idz?KkIbp

（3-5）

式中

Ibp——不平衡電流；

Kk——可靠系數，取1.3。

3)按躲過電流互感器二次回路斷線時計算，即

Idz?1.3Ifh.max

（3-6）

式中

Ifh.max——正常運行時變壓器的最大負荷電流。當不能確定時，采用變壓器額定電流。

計算中，各側所有的短路電流均應歸算到基本側。這樣求出的是基本側的動作電流計算值（Idz.jb.js）。

選用上述三條件算得的保護動作電流的最大值作為計算值。(4)基本側繼電器線圈匝數計算

三繞組變壓器基本側直接接差動線圈，其余兩側接相應的平衡繞圈。基本側繼電器動作電流計算為

Idzj.jb.js?(Idzj.bh.jb.js?Kjx)/nLH.jb

（3-7）

式中

Idzj.jb.js——基本側繼電器動作電流計算值；

Idz.jb.js——基本側保護動作計算值；

nLH.jb——基本側電流互感器變比；

Kjx——電流互感器的接線系數。基本側繼電器線圈匝數（差動線圈匝數）計算為

Wg.jb.js?Wcd.js?AW0Idzj.jb.js?60Idzj.jb.js

（3-8）

式中

AW0——繼電器的動作安匝，一般可用實測值。若無此值，可采用額定值，即AW0?60；

Wcd.js——差動線圈匝數計算值（直接接基本側）。接繼電器線圈實有抽頭，選用較計算值小而相近的抽頭匝數，作為差動線圈的整定匝數（Wcd.z）。

基本側實際的繼電器動作電流計算為

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Idzj.jb?AW0

（3-9）Wcd.z

保護的實際動作電流計算

Idz.jb?Idzj.jbnLH

（3-10）Kjx式中

nLH——電流互感器變比；

Kjx——為電流互感器接線系數。當三角形接線時，Kjx?3；當為星形接線時，Kjx?1。

(5)保護靈敏度計算，即

Klm?KconIk?.min?

2（3-11）

Iop.b式中

Ik?.min——變壓器內部故障時，歸算至基本側總的最小短路電流；若為單電源變壓器，應為歸算至電源側的最小短路電流；

Kcon——接線系數；

Iop.b——基本側保護一次動作電流；若為單側電源變壓器，應為電源側保護一次動作電流。

3.1.2瓦斯保護

瓦斯保護主要用來保護變壓器的內部故障，它由于一方面簡單，靈敏，經濟；另一方面動作速度慢，且僅能反映變壓器油箱內部故障，就注定了它只有與差動保護配合使用才能做到優勢互補，共同構成變壓器的主保護。(1)瓦斯保護的工作原理：

瓦斯保護的測量元件是瓦斯繼電器。瓦斯繼電器安裝于變壓器油箱和油枕的通道上，當變壓器內部故障時，故障點的局部溫度將使變壓器油溫上升，體積膨脹，甚至出現沸騰，有熱空氣被排出而形成上升氣流，在故障點產生電弧，則變壓器油和絕緣材料將分解出大量氣體，這些氣體自油箱流向油枕上部，故障程度越嚴重，產生的氣體越多，流向油枕的氣流速度越快，甚至氣流中還夾雜著變壓器油，利用上述氣體來實現的保護裝置叫瓦斯保護。

為了便于氣體順利通過瓦斯繼電器，在安裝時應使變壓器油箱頂蓋及連接

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管與水平面稍有傾斜。

當變壓器內部發生輕微故障時，有輕瓦斯產生，瓦斯繼電器KG的上觸點閉合，作用于預告信號；當發生嚴重故障時，重瓦斯沖出，瓦斯繼電器的下觸點閉合，經中間繼電器KC作用于信號繼電器KS，發出警報信號，同時斷路器跳閘。瓦斯繼電器的下觸點閉合，也可利用切換片XB切換位置，只給出報警信號。(2)瓦斯保護的整定：

瓦斯保護有重瓦斯和輕瓦斯之分，它們裝設于油箱與油枕之間的連接導管上。其中輕瓦斯按氣體容積進行整定，整定范圍為：250～300cm3,一般整定在250cm3。重瓦斯按油流速度進行整定，整定范圍為：0.6～1.5m/s,一般整定在1m/s。瓦斯保護原理如圖3.2所示。

圖3.2 瓦斯保護原理示意圖

3.1.3復合電壓啟動過電流保護

當靈敏度不滿足要求時宜采用復合電壓起動的過電流保護（1）安裝在高壓側的過電流保護： 保護的構成：主要由電流繼電器組成；

保護裝置的作用：作為變壓器本身主保護的后備以及相鄰元件的后備； 保護的電流互感器：安裝在變壓器高壓側；

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保護的動作時限：

第一段時限使中壓側斷路器跳開（即0.5秒切除故障）； 第二段時限使變壓器三側的斷路器跳開（即1秒切除故障）；

保護構成：主要由電流繼電器、低電壓繼電器和負序電壓繼電器組成； 保護裝置的作用：作為變壓器本身主保護的后備以及相鄰元件的后備；（2）安裝在高壓側復合電壓起動電流保護：

保護的電流互感器：安裝在變壓器高壓側；

保護的電壓互感器：安裝在變壓器中壓側；

保護的動作時限：

第一段時限使中壓側斷路器跳開（即0.5秒切除故障）； 第二段時限使變壓器三側的斷路器跳開（即1秒切除故障）

3.1.4 零序電流保護

在中性點直接接地系統中，接地短路是常見的故障形式，所以處于該系統中的變壓器要裝設接地（零序）保護，以反映變壓器高壓繞組、引出線上的接地短路，并作為變壓器主保護和相鄰母線、線路接地保護的后備保護。

對降壓變壓器，如果中、低壓側沒有電源（無發電機）時，即使中性點接地運行，其中性點的零序電流保護也沒必要運行。

3.1.5過負荷保護

為防御變壓器差動保護范圍外的相間短路引起變壓器過流，應裝設變壓器過流保護，如果變壓器過負荷時間過長將引起變壓器過電流，勢必影響繞組絕緣的壽命，因此還應加裝過負荷保護。

保護構成：主要由電流繼電器組成； 保護的電流互感器：安裝在變壓器高壓側上；

保護裝置的作用：作為變壓器本身主保護的后備以及相鄰元件的后備； 保護動作：發出變壓器過負荷信號；

保護的動作時限：比變壓器復合電壓起過電流保護的動作時限大0.5秒（即1秒）；

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3.2 母線保護

母線故障是電氣設備最嚴重的故障之一，它將使連接于故障母線上的所有設備被迫停電。當未裝設專用的母線保護時，如果母線故障,只能依靠相鄰元件保護的后備作用切除故障，這將延長故障切除時間,并且往往會擴大停電范圍,對高壓電網安全運行不利，因此在35~500KV的發電廠或變電所母線上，應裝設專用的母線保護裝置。

由設計的已知條件可知,110kV母線均是采用單母線接線,對于單母線我們可以采用母線完全電流差動保護。

母線完全差動保護的原理接線圖如圖3.5所示,和其它元件的差動保護一樣,也是按環流法的原理構成。在母線的所有連接元件上必須裝設專用的電流互感器,而且這些電流互感器的變比和特性完全相同,并將所有電流互感器的二次繞組在母線側的端子互相連接,在外側的端子也互相連接,差動繼電器則接于兩連接線之間,差動電流繼電器中流過的電流是所有電流互感器二次電流的相量和。這樣,在一次側電流總和為零時,在理想的情況下,二次側電流的總和也為零。此圖為母線外部K點短路的電流分布圖,設電流流進母線的方向為正方向。圖中線路I,II接于系統電源,而線路III則接于負載。

圖3.4 母線完全電流差動保護的原理接線圖

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3.3 線路保護

3.3.1 三段式電流保護

(1)瞬時（無時限）電流速斷保護 1)整定計算

瞬時電流速斷保護（又稱第Ⅰ段電流保護）它是反映電流升高,不帶時限動作的一種電流保護。

在單側電源輻射形電網各線路的始端裝設有瞬時電流速斷保護。當系統電源電勢一定，線路上任一點發生短路故障時，短路電流的大小與短路點至電源之間的電抗（忽略電阻）及短路類型有關，三相短路和兩相短路時，流過保護安裝地點的短路電流為

Ik?3??Es（3-12）

Xs?X1lEs3?（3-13）2Xs?X1lIk?2??式中 Es——系統等效電源相電勢；

Xs——系統等效電源到保護安裝處之間的電抗；

X1——線路單位公里長度的正序電抗；

l——短路點至保護安裝處的距離，km。

電流速斷保護的動作電流可按大于本線路末端短路時流過保護安裝處的最大短路電流來整定，即

11Iop?K1relIkB.max（3-14）

1式中 Iop又稱一次動1——保護裝置Ⅰ段瞬時電流速斷保護的動作電流，作電流；

1Krel——可靠系數，考慮到繼電器的整定誤差、短路電流計算誤差和非周期分量的影響等而引入的大于1的系數，一般取1.2~1.3;IkB.max——被保護線路末端B母線上三相短路時流過保護安裝處的最大短路電流，一般取次暫態短路電流周期分量的有效值。2)靈敏系數的校驗

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瞬時電流速斷保護的靈敏系數，是用其最小保護范圍來衡量的，規程規定，最小保護范圍lmin不應小于線路全長的15%~20%。

由上得最小保護長度

lmin?1Es(1?Xs.max)（3-15）X1Iop1式中 Xs.max——系統最小運行方式下，最大等值電抗，?；

X1——輸電線路單位公里正序電抗，?/km。同理，最大保護長度

lmax?E1(1s?Xs.min)X1Iop1（3-16）

式中 Xs.min——系統最大運行方式下，最小等值電抗，?；

通常規定，最大保護范圍lmax?50%l（l為被保護線路長度），最小保護范圍lmin?(15%~20%)l時，才能裝設瞬時電流速斷保護。(2)限時電流速斷保護

由于瞬時電流速斷保護不能保護線路全長，因此可增加一段帶時限的電流速斷保護（又稱第Ⅱ段電流保護）。用以保護瞬時電流速斷保護保護不到的那段線路，因此，要求限時電流速斷保護應能保護線路全長。1)整定計算

限時電流速斷保護的動作電流IⅡop1應大于相鄰支路的瞬時電流速斷保護的ⅡⅠ動作電流IⅠop2，即Iop1?Iop2，寫成等式為

ⅡⅠIⅡ?Kop1relIop2（3-17）

式中 KⅡrel——配合系數，因考慮短路電流非周期分量已經衰減，一般取1.1~1.2。

2)靈敏系數的校驗

其計算公式為

Ksen?Ik.min（3-18）ⅡIop 18 ****大學畢業設計（論文）說明書

式中 Ik.min——在被保護線路末端短路時，流過保護安裝處的最小短路電流；

IⅡop——被保護線路的限時電流速斷保護的動作電流。規程規定，Ksen?1.3~1.5。3)時限整定

Ⅱ為了保證選擇性，保護1的限時電流速斷保護的動作時限t1，還要與保護2的瞬時電流速斷保護、保護3的差動保護（或瞬時電流速斷保護）動作時限tⅠ

2、tⅠ3相配合，即

Ⅱt1?tⅠ2??t Ⅱt1?tⅠ3??t

式中 ?t——時限級差。

對于不同型式的斷路器及保護裝置，?t在0.3~0.6s范圍內。

(3)定時限過電流保護 1)整定計算

定時限過電流保護動作電流整定一般應按以下兩個原則來確定： A.在被保護線路通過最大正常負荷電流時，保護裝置不應動作，即

ⅢIop1?IL.max（3-19）

B.為保證在相鄰線路上的短路故障切除后，保護能可靠地返回，保護裝置的返回電流Ire應大于外部短路故障切除后流過保護裝置的最大自起動電流Is.max，即

Ire?Is.max（3-20）

根據第B條件，過電流保護的整定式為

Iop1ⅢⅢKrelKss?IL.max

（3-21）

KreⅢ式中 Krel——可靠系數，取1.15~1.25；

Kss——負荷自起動系數，由電網電壓及負荷性質所決定，取2~5；

Kre——返回系數，與保護類型有關。電流繼電器的返回系數一般取0.85~0.95；

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IL.max——最大負荷電流。2)靈敏系數的校驗

其計算公式為

Ksen?Ik.min（3-22）ⅢIop當過電流保護作為本線路主保護的近后備保護時，Ik.min應采用最小運行方式下，本線路末端兩相短路的短路電流來進行校驗，要求Ksen?1.3~1.5；當過電流保護作為相鄰線路的遠后備保護時，Ik.min應采用最小運行方式下，相鄰線 路末端兩相短路時的短路電流來進行校驗，要求Ksen?1.2；作為y,d連接的變壓器遠后備保護時，短路類型應根據過電流保護接線而定。3)時限整定

為了保證選擇性，過電流保護的動作時限按階梯原則進行整定，這個原則是從用戶到電源的各保護裝置的動作時限逐級增加一個?t。

在一般情況下，對于線路Ln的定時限過電流保護動作時限整定的一般表達式為

tn?t(n?1).max??t（3-23）

式中 tn——線路Ln過電流保護的動作時間，s；

t(n?1).max——由線路Ln供電的母線上所接的線路、變壓器的過電流保護最長動作時間，s。

3.3.2相間距離保護

電流保護的主要優點是簡單，可靠，經濟，但它的靈敏性受系統運行方式變化的影響較大，特別是在重負荷，長距離，電壓等級高的復雜網絡中，很難滿足選擇性，靈敏性以及快速切除故障的要求，為此，必須采用性能完善的保護裝置，因而就引入了“距離保護”。

距離保護是反饋故障點至保護安裝點之間的距離或阻抗，并根據距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。該裝置的主要元件為距離或阻抗繼電器，它可根據其端子所加的電壓和電流側知保護安裝處至短路點之間的阻抗值，此

****大學畢業設計（論文）說明書

阻抗稱為阻抗繼電器的測量阻抗。其主要特點是：短路點距離保護安裝點越近，其測量阻抗越小；相反地，短路點距離保護安裝點越遠，其測量阻抗越大，動作時間就越長。這樣就可保證有選擇地切除故障線路，如圖5.6所示，K點短路時，保護1的測量阻抗是Zk，保護2的測量阻抗是（ZAB+ZK）。由于保護1距離短路點較近，而保護2距離短路點較遠，所以，保護1的動作時間就比保護2的 短。這樣故障就由保護1動作切除，不會引起保護2的誤動作。這種選擇性的配合是靠適當的選擇各保護的整定阻抗值和動作時限來完成的。

圖3.6 距離保護的基本原理

****大學畢業設計（論文）說明書 短路電流計算

4.1短路計算說明

短路計算是電力系統設計，設備選擇，繼電保護設計，整定的依據，是解決一系列問題的基本計算。一般包括發生短路時的系統的運行方式及短路類型和短路點等條件。在實用計算中，采取一些簡化假設：

1、所有電源電勢等電位。

2、不記磁路飽和，忽略線路電容、電阻。

3、把負荷當作恒定電抗。

4、電力系統均為金屬性短路。

4.2母線短路電流計算

4.2.1主變標幺值參數計算（取SB=100MVA，UB=UAV，SN=31.5MVA）

Uk1%?11(Uk(1?3)%?Uk(1?2)%?Uk(2?3)%)?(17.5?10.5?6.5)?10.75 2211Uk2%?(Uk(1?2)%?Uk(2?3)%?Uk(1?3)%)?(10.5?6.5?17.5)??0.25(4-1)

2211Uk3%?(Uk(1?3)%?Uk(2?3)%?Uk(1?2)%)?(17.5?6.5?10.5)?6.75

22得XT1?Uk1%SB10.75100????0.34 100STN10031.5Uk2%SB?0.25100?????0.008(近似為0)（4-2）100STN10031.5Uk3%SB6.75100????0.21 100STN10031.5XT2?XT3?

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系統等值阻抗圖：

圖4.1 系統等值阻抗圖

4.2.2三相對稱短路時的電流計算

基準值的選擇，取SB=100MVA，Ud1=115kV,Ud2=37kV,Ud3=10.5kV

最大運行方式下：

d1(3)時有

Xd1 =x1=0.0192

(3)Id1?SB1?

圖4.2短路等值阻抗圖

0.01923Ud1=26.15(kA)

(3)d2時有

1Xd2 =x1+x2

2=0.0192+0.17

=0.1892

圖4.3短路等值阻抗圖

****大學畢業設計（論文）說明書

I(3)1d2?SB0.1892?3U d=8.25(kA)d(3)3時有

Xd3 =(x1+112x2)+ 2x3

=(0.0192+0.17)+0.105 =0.2942 I(3)1SBd3?0.2942?3U

d3=18.69(kA)

最小運行方式下：

d(3)1時有

Xd1 =x1=0.0192 I(3)d1?10.0192?SB3U

d1=26.15(kA)d(3)2時有

Xd2 =x1+x2

=0.0192+0.34

=0.3592

I(3)1d2?SB0.3592?3U d2

圖4.4短路等值阻抗圖

圖4.5短路等值阻抗圖

圖4.6短路等值阻抗圖

****大學畢業設計（論文）說明書

=4.34(kA)

d3時有(3)Xd3 =x1+x2+x3

=0.0192+0.34+0.21

=0.5692(3)Id3?SB

1?0.56923Ud3=9.66(kA)

圖4.7短路等值阻抗圖

4.2.3不對稱短路的電流計算

電力系統中的短路故障大多數是不對稱的。為了保證電力系統和各種電氣設備的安全運行，需進行各種不對稱故障的分析和計算。發生不對稱短路時，電力系統的三相電流和電壓是不平衡的。因此，不能采用計算三相短路電流的算法進行分相計算。一般求解不對稱故障問題常用的方法是對稱分量法。在用對稱分量發分析和計算系統短路時，所采用的參數是電力系統各元件的相序參數。一般在線性電路中可以應用疊加原理，得到不對稱分量分別按對稱三相電路求解，然后將結果疊加起來，得到不對稱三相電路的解，用于后面的繼電保護靈敏度的校驗。最大運行方式下

零序網如右圖所示

X1?Xd1?0.0192 Xd0?3X1//(X2?X3)

=0.0576∥0.55

=0.052 d1(1)時有

圖4.8零序阻抗圖

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3If0?SB3E?

（4-3）

2x1?Xd03Ud11003?115 =33.19?=16.66(kA)d1(1.1)時有

3If0?SB3E100??24.35??12.22(kA)x1?2Xd03Ud13?115最小運行方式下由于零序阻抗值基本不變化,所以所有數據與最大運行方式下近似相等。

由課本可知，當系統為無限大系統或距短路點很遠時，此時的兩相短路電流可采用實用計算方法。本系統電源的容量為5210MVA,為了減少計算量可以近似按無限大系統是計算。

即：

(2)Id? 3(3)Id

（4-4）

2最大運行方式下：

d1(2)時有

(2)Id1?3(3)Id1?22.65(kA)2最小運行方式下：

d1(2)時有

(2)Id1?3(3)Id1?22.65(kA)2

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4.3線路短路電流計算

4.3.1各線路阻抗參數

查手冊得：LGJ-300型線路x0?0.404(Ω)/km LGJ-150型線路x0?0.425(Ω)/km LGJ-120型線路x0?0.435(Ω)/km 實際計算阻抗有名值為：x?x0?l(Ω)（4-5）表4-1 各側阻抗計算值(Ω)L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8 110KV 20.2 24.24 21.25 17 35KV 5.22 6.525 3.48 2.61 4.35 5.22 10KV 2.61 1.74 1.305 3.48 3.045 2.175 3.48 3.915 標幺值計算為：x*?x?SB；（4-6）2UB表4-2 各側阻抗標幺值

L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8

110KV 0.15 0.18 0.16 0.13 35KV 0.38 0.48 0.25 0.19 0.32 0.38 10KV 2.37 1.58 1.18 3.16 2.76 1.97 3.16 3.55

4.3.2 110kV線路短路電流計算

最大運行方式下

發生d(3)時Id?1SB計算數值如下： ?Xd1?xL3Ud1L-1 Id?1100??3.14(kA)0.0192?0.153?115 27 ****大學畢業設計（論文）說明書

L-2 Id?1100??2.52(kA)0.0192?0.183?1151100??2.80(kA)

0.0192?0.163?1151100??3.36(kA)0.0192?0.133?115SB3E?

2x1?x03Ud1L-3 Id?L-4 Id?發生d(1)時x1?Xd1?xL;x0?Xd0?3xL;3If0?計算數值如下：

L-1 x1?0.0192?0.15?0.1692

x0?0.052?0.45?0.502 3If0?3100??1.79(kA)0.84043?115L-2 x1?0.0192+0.18=0.1992 x0?0.052+0.54=0.592 3If0?3100??1.52(kA)0.99043?115L-3 x1?0.0192+0.16=0.1792 x0?0.052+0.48=0.532 3If0?3100??1.22(kA)0.89043?115L-4 x1?0.0192+0.13=0.1492 x0?0.052+0.39=0.442 3If0?3100??2.03(kA)0.74043?115 28 ****大學畢業設計（論文）說明書

發生d(1.1)時

x1?Xd1?xL;x0?Xd0?3xL;3If0?計算數值如下：

L-1 x1?0.0192?0.15?0.1692

x0?0.052?0.45?0.502 3If0?SB3E?

x1?2x03Ud13100??1.28(kA)1.17323?115L-2 x1?0.0192+0.18=0.1992 x0?0.052+0.54=0.592

3If0?3100??1.09(kA)1.38323?115L-3 x1?0.0192+0.16=0.1792 x0?0.052+0.48=0.532 3If0?3100??1.21(kA)1.24323?115L-4 x1?0.0192+0.13=0.1492 x0?0.052+0.39=0.442 3If0?3100??1.46(kA)1.03323?115最小運行方式下由于變壓器等效阻抗值變化不大,所以所有數據與最大運行方式下近似相等

4.3.3 35kV線路短路電流計算

最大運行方式下發生d(3)時Id?SB1? 計算數值如下：

Xd2?xL3Ud2 29 ****大學畢業設計（論文）說明書

L-1 I1d?0.1892?0.38?1003?37?2.74(kA)L-2 I1d?0.1892?0.48?1003?37?2.33(kA)

L-3 I1d?0.1892?0.25?1003?37?3.55(kA)L-4 I1d?0.1892?0.19?1003?37?4.11(kA)

L-5 I1d?0.1892?0.32?1003?37?3.06(kA)

L-6 I?1d0.1892?0.38?1003?37?2.74(kA)

最小運行方式下發生d(3)時I1SBd?X?d2?xL3Ud2L-1 Id?10.3592?0.38?1003?37?2.11(kA)

L-2 I1d?0.3592?0.48?1003?37?1.86(kA)

L-3 I1d?0.3592?0.25?1003?37?2.56(kA)

L-4 I1d?0.3592?0.19?1003?37?2.84(kA)L-5 I1d?0.3592?0.32?1003?37?2.30(kA)L-6 I1d?0.3592?0.38?1003?37?2.11(kA)

計算數值如下：

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4.3.4 10kV線路短路電流計算

最大運行方式下發生d(3)時Id?SB1 計算數值如下： ?Xd3?xL3Ud3L-1 I1d?0.2942?2.37?1003?10.5?2.06(kA)L-2 I1d?0.2942?1.58?1003?10.5?2.93(kA)

L-3 I1d?0.2942?1.18?1003?10.5?3.73(kA)L-4 I1d?0.2942?3.16?1003?10.5?1.59(kA)L-5 I1d?0.2942?2.76?1003?10.5?1.80(kA)

L-6 I1d?0.2942?1.97?1003?10.5?2.43(kA)

L-7 I1d?0.2942?3.16?1003?10.5?1.59(kA)

L-8 I1d?0.2942?3.55?1003?10.5?1.43(kA)

最小運行方式下發生d(3)時I1SBd?X?d3?xL3Ud3L-1 I1d?0.5692?2.37?1003?10.5?1.87(kA)L-2 I1d?0.5692?1.58?1003?10.5?2.56(kA)

計算數值如下：

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L-3 Id?1100??3.73(kA)0.5692?1.183?10.51100??3.14(kA)

0.5692?3.163?10.51100??1.65(kA)

0.5692?2.763?10.51100??2.17(kA)0.5692?1.973?10.51100??3.14(kA)0.5692?3.163?10.51100??1.33(kA)0.5692?3.553?10.5 L-4 Id?L-5 Id?L-6 Id?L-7 Id?L-8 Id?

****大學畢業設計（論文）說明書 整定計算

5.1線路最大負荷電流計算

IL.max?由前面線路參數表可計算如下： 1、110KV側線路 L-1 IL.max?Pmax（5-1）

3UNcos?503?115?0.86603?115?0.86?0.29?kA? ?0.35?kA? L-2 IL.max?L-3 IL.max?553?115?0.86483?115?0.86?0.32?kA? ?0.28?kA? L-4 IL.max?2、35KV側線路 L-1 IL.max?143?37?0.8?0.27?kA?

L-2 IL.max?153?37?0.8273?37?0.85?0.29?kA?

?0.49?kA? L-3 IL.max?L-4 IL.max?183?37?0.85?0.33?kA?

L-5 IL.max?173?37?0.8?0.33?kA?

****大學畢業設計（論文）說明書

L-6 IL.max?3、10KV側線路 L-1 IL.max?253?37?0.85?0.46?kA?

53?10.5?0.843?10.5?0.8?0.34?kA?

L-2 IL.max??0.27?kA?

L-3 IL.max?33?10.5?0.883?10.5?0.843?10.5?0.853?10.5?0.873?10.5?0.8?0.21?kA? ?0.55?kA? ?0.27?kA? ?0.34?kA? L-4 IL.max?L-5 IL.max?L-6 IL.max?L-7 IL.max??0.48?kA?

L-8 IL.max?33?10.5?0.8?0.21?kA?

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5.2主變壓器保護的整定計算

5.2.1縱差動保護整定計算

一、計算變壓器各側一次電流，選擇電流互感器的變比，確定各側二次額定電流：

表5-1

變壓器相關參數計算

名稱

各側數值

額定電壓(kV)

115

10.5

額定電流(A)31.5?1033?115?158.131.5?1033?37?491.5

31.5?1033?10.5?1732.1

電流互感器 Y

Y

D 接線方式

電流互感器

158.1/5

491.5/5

3?1732.1/5 計算變比

選用電流互 200/5

500/5

3000/5 感器變比

二次額定電 158.1/40=3.95

491.5/100=4.915

3000/600=5 流（A）

10.5kV側的二次額定電流最大，所以選取該側為保護的基本側。

二、確定保護的一次動作電流：

1、按躲開變壓器的勵磁涌流整定：

Idz?Kk?Ie.B

（Kk取1.5）

（5-2）

=1.5×1732.1

=2598.15（A）

2、器外部三相短路時的最大不平衡電流來整定

(3)Idz?Kk(Kfzq?Ktxfwc??U??fza)Id（Kk取1.3）（5-3）.max

= 1.3(1.0×1×0.1 + 0.1+ 0.05)×3.73×1000

****大學畢業設計（論文）說明書

=994(A)其中Ktx為電流互感器同型系數，型號相同時取0.5，型號不同時取1，這

Kfzq為非周期分量引起的誤差，里為避免以后更換設備的方便故取1；取1；?fza(3)建議采用中間值0.05；?U取0.1；Id.max為變壓器外部最大運行方式下的三相短路電流。

3、按躲開電流互感器二次回路斷線時變壓器的最大負荷電流整定：

Ldz?Kk?Ith.max

（Kk取1.3）

= 1.3×1732.1 = 2251.7(A)

三、確定保護的二次動作電流：

1、基本側差動繼電器的動作電流為：

Idzdz.j.jb?kjx?In

?3?2598.1530050?7.5(A)

2、基本側差動線圈工匝數為：（AW0為60）

WAW0cd.jb.z?I

dz?j?jb

?607.5?8

選用的差動線圈匝數為8匝

四、差動保護的實際動作電流：

1、差動保護的實際二次動作電流：

IAW0dz.j.jb?W?60?7.5(A)

cd?jb?z8

∴ 差動保護實際一次動作電流為：

5-4）

5-5）

5-6）（（（****大學畢業設計（論文）說明書

Idz.jb?Idz?j?jb?nLKjx7.5?3000

3（5-7）

?5?2598.2(A)

五、動作時限：0秒

六、靈敏度校驗：

Id?.min為實際可能的方式下在差動保護范圍內發生兩相短路時總的最小短路電流；

Id?.min是在系統最小運行方式下兩臺變壓器并聯運行時低壓側兩相短路取得；接線系數Kjx取2

kjx?Id?.minIdz.j.jb?nL.jb2??3?9.66?10002?3.72?2（滿足要求）

（5-8）7.5?30005Ksen?5.2.2 復合電壓啟動過電流保護的整定計算

過電流元件動作值Iop按躲開站變額定電流IN.st整定,即: Iop?110kV側：krel?IN.st（5-9）kre ?1.1531500??214(A)0.853?115 其中krel可靠系數,一般為1.15～1.25,這里取1.15, kre是返回系數,這里取0.85 運行方式下線路末端的兩相短路電流對保護裝置進行靈敏度的校驗。

3(3)3Id.min?1.33?1000?2?2?5.4?1.3，滿足要求。（5-10）

IOP213Ksen 37 ****大學畢業設計（論文）說明書

35kV側：Iop?krel1.1531500?IN.st???665（A）kre0.853?37取最小運行方式下線路末端的兩相短路電流對保護裝置進行靈敏度的校驗。

3(3)3Id.min?1.33?1000?2?2?1.73?1.3，滿足要求

IOP665krel1.1531500?IN.st???2343（A）kre0.853?10.5Ksen10kV側:Iop?取最小運行方式下線路末端的兩相短路電流對保護裝置進行靈敏度的校驗。

3(3)3Id.min?1.33?100022???0.5?1.3，不滿足要求 IOP2343Ksen最終整定電流取最小值即110KV側的整定結果。保護動作時限為0.5秒。

5.2.3 過負荷保護的整定計算

取可靠系數Krel為1.05,返回系數Kres為0.85,IN為保護安裝側變壓器的額定電流。因是單側電源三繞組降壓變壓器且三側繞組容量相同，則過負荷保護裝在電源側（即110KV側）。

按躲開變壓器額定電流來整定：

IdzKk1.0531.5?103??IN???195.35(A)Kh0.853?115動作時限：比降壓變壓器復合電壓起動的過電流保護的動作時限大0.5秒，即0.5+0.5=1秒。

5.3 母線保護的整定計算

根據本設計的實際情況，決定采用完全電流差動母線保護對變電站的母線進行保護。

****大學畢業設計（論文）說明書

所用設備差動繼電器的動作電流按下述兩個原則整定，并取其中的較大者為整定值。

（1）躲過外部故障時的最大不平衡電流。其動作電流按下式計算

Iop，K?KrelIdsp.max?Krel?0.1?Ik..max/nTA（5-11）式中：Krel為可靠系數，取為1.3；

Ik..max為在母線范圍外任一連接元件上短路時，流過差動保護電流互感器的最大短路電流；

nTA為母線保護用電流互感器的變比。110kV母線： Iop，K?Krel?0.1?Ik..max/nTA

=1.3?0.1?36?1000/40

=10.92（A）

35kV母線：

Iop，K?Krel?0.1?Ik..max/nTA

=1.3?0.1?4.11?1000/100

=5.343（A）

10kV母線：

Iop，K?Krel?0.1?Ik..max/nTA

=1.3?0.1?3.73?1000/600

=0.808（A）

（2）躲過電流互感器二次回路一相短線時流過差動繼電器的最大電流。

其動作電流按下式計算

Iop，K?Krel?Il..max/nTA

（5-12）式中Il..max為所有連接元件中最大的負荷電流。

****大學畢業設計（論文）說明書

110kV母線: Iop，K?Krel?Il..max/nTA

=1.3?350/40

=11.38（A）

35kV母線： Iop，K?Krel?Il..max/nTA

=1.3?490/100

=6.37（A）

10kV母線： Iop，K?Krel?Il..max/nTA

=1.3?550/600

=1.19（A）

根據計算值可知母線動作電流如下：

110kV母線：Iop，K?11.38（A）

35kV母線：Iop，K?6.37（A）10kV母線：Iop，K?1.19（A）

當保護范圍內部故障時，應采用下式校驗靈敏系數，其值一般應不低于2。

Ksen?Ik.min

（5-13）

Iop.k?nTA式中Ik.min為母線故障時的最小短路電流。110kV母線： Ksen?Ik.min22.65?1000??49.76?2

Iop.k?nTA11.38?404.34?3?10002?5.9?2 6.37?100 40 35kV母線： Ksen?Ik.min?Iop.k?nTA****大學畢業設計（論文）說明書

10kV母線： Ksen?Ik.min?Iop.k?nTA9.66?3?10002?11.7?2 1.19?600

由計算結果知整定值符合要求。

5.4 線路保護的整定計算

5.4.1 110kV線路保護的整定計算

一、相間距離保護的整定計算 1.距離Ⅰ段

為了保證選擇性，保護瞬時動作的距離Ⅰ段動作阻抗應按躲過相鄰下一元件首端短路的條件選擇，即

' Zop?krel?ZL 可靠系數krel=0.85

（5-14）

'?0.85?20.2=17.17(Ω)L-1 Zop'?0.85?24.24=20.604(Ω)L-2 Zop'?0.85?21.25=18.0625(Ω)L-3 Zop'?0.85?17=14.45(Ω)L-4 Zop2.距離Ⅱ段

動作阻抗按下式整定

“ Zop ?ksen?ZL 靈敏系數ksen=1.3

（5-15）”?1.3?20.2=26.26(Ω)L-1 Zop“?1.3?24.24=31.512(Ω)L-2 Zop”?1.3?21.25=27.625(Ω)L-3 Zop“?1.3?17=22.1(Ω)L-4 Zop

3.距離Ⅲ段

動作阻抗按下式整定

****大學畢業設計（論文）說明書

”'Zop?ZL.min

（5-16）

krel?kre?kzq0.9Ee ZL.min?IL.max

3（5-17）

krel?1.3 kre?1.2 kzq?2

式中Ee為電網的額定線電壓；

IL.max為線路的最大負荷電流。

0.9?110“' L-1 Zop?30.290.9?1103/1.3?1.2?2?63.17(?)

”' L-2 Zop?0.350.9?1103/1.3?1.2?2?52.34(?)

“' L-3 Zop?0.320.9?1103/1.3?1.2?2?57.25(?)

”' L-4 Zop?0.28/1.3?1.2?2?65.43(?)

靈敏度校驗 Ksen?L-1 Ksen?“'ZopZl

63.17?3.13?1.5 20.252.34L-2 Ksen??2.16?1.5

24.2457.25L-3 Ksen??2.69?1.5

21.2565.43L-4 Ksen??3.85?1.5

17由以上計算可知整定結果符合要求。

****大學畢業設計（論文）說明書

5.4.2 35kV線路保護的整定計算

一、相間距離保護的整定計算 1.距離Ⅰ段

'Zop?krel?ZL krel?0.85

'?0.85?5.22?4.437(?)L-1 Zop'?0.85?6.525?5.55(?)L-2 Zop'?0.85?3.48?2.958(?)L-3 Zop'?0.85?2.61?2.22(?)L-4 Zop'?0.85?4.35?3.70(?)L-5 Zop'?0.85?5.22?4.437(?)L-6 Zop2.距離Ⅱ段

動作阻抗按下式整定

Zop”?ksen?ZL 靈敏系數ksen=1.3

''?1.3?5.22?6.786(?)L-1 Zop''?1.3?6.525?8.48(?)L-2 Zop''?1.3?3.48?4.524(?)L-3 Zop''?1.3?2.61?3.393(?)L-4 Zop''?1.3?4.35?5.655(?)L-5 Zop''?1.3?5.22?6.786(?)L-6 Zop3.距離Ⅲ段

動作阻抗按下式整定

“'Zop?ZL.min ZL.min?krel?kre?kzq0.9EeIL.max3

krel?1.3 kre?1.2 kzq?2

0.9?35”'L-1 Zop?30.27/1.3?1.2?2?21.59(?)

****大學畢業設計（論文）說明書

0.9?35L-2 Z“'3op?0.29/1.3?1.2?2?20.1(?)

0.9?35L-3 Z”'3op?0.49/1.3?1.2?2?11.90(?)

0.9?35L-4 Z“'3op?0.33/1.3?1.2?2?17.66(?)

0.9?35L-5 Z”'3op?0.33/1.3?1.2?2?17.66(?)

0.9?35L-6 Z“'3op?0.46/1.3?1.2?2?12.67(?)

靈敏度校驗

KZ”'opsen?Z

lL-1 K21.59sen?5.22?4.14?1.5 L-2 K20.1sen?6.525?3.08?1.5

L-3 K11.9sen?3.48?3.42?1.5

L-4 K?17.66sen2.61?6.77?1.5

L-5 K17.66sen?4.35?4.06?1.5

L-6 K?12.67sen5.22?2.43?1.5

由以上計算可知整定結果符合要求。二、三段式電流保護的整定計算 瞬時電流速斷保護（又稱第Ⅰ段電流保護）

I'op?krel?Id.max krel?1.2 式中Id.max為線路在最大運行方式下的三相短路值

L-1 I'op?1.2?2.74?3.288(kA)44

5-18）（****大學畢業設計（論文）說明書

L-2 I'op?1.2?2.33?2.796(kA)L-3 I'op?1.2?3.55?4.26(kA)L-4 I'op?1.2?4.11?4.932(kA)L-5 I'op?1.2?3.06?3.672(kA)L-6 I'op?1.2?2.74?3.288(kA)靈敏度校驗：按線路30%處發生d(2)故障時校驗

I(2)3SBd.min?2?1X? d2?xL30%3UBL-1 I(2)1d.min?2?10.1892?0.38?30%?10037?4.45(kA)L-2 I(2)?11d.min2?0.1892?0.48?30%?10037?4.05(kA)L-3 I(2)d.min?12?11000.1892?0.25?30%?37?5.11(kA)L-4 I(2)d.min?12?10.1892?0.19?30%?10037?5.48(kA)L-5 I(2)d.min?12?10.1892?0.32?30%?10037?4.73(kA)L-6 I(2)d.min?12?10.1892?0.38?30%?10037?4.45(kA)因為I(2)d.min?Iop所以靈敏度合格 限時電流速斷保護（第又稱Ⅱ段電流保護）

(2)I“minop?Id.k ksen?1.3 sen3L-1 I”op?2.11?21.3?1.4(kA)L-2 I“1.86?3op?21.3?1.24(kA)L-3 I”2.56?3op?21.3?1.71(kA)

5-19）（

第二篇：智能變電站二次系統設計論文

1智能變電站二次系統配置方案

1.1保護配置

保護配置主要從變壓器保護、線路保護以及母線保護三個方面進行。在進行線路保護時要注意提高采樣值差量和暫態量的速度。在進行變壓器保護時要注意勵磁涌流的影響，通常會采用廣義瞬時功率保護原理來輔助差動保護。這兩點都是易于實現的主保護原理。廣域后備保護系統由于其具有智能決策功能，可以在進行后背保護在線整定時集中全網信息，利用最少的通信量最快的數據更新速度完成決策工作。智能變電站二次系統在進行保護時簡化了原來的布線，將主保護功能由原集控室下放到設備單元內，使通信網絡的負擔減輕。并利用集中式母線保護和具有主站的分布式差動來實現母線主保護。

1.2通信配置

在通信配置這一方面，智能變電站與傳統變電站的差別不大，但是就其發展而言，數據的更快速的傳播與數據量的加大會對通信配置提出更加安全可靠的要求。1.3計量配置采用三態數據為預處理數據的計量模塊，進行誤差量溯源實現現場檢驗和遠程檢驗。根據計量模塊所具有的通信優勢，促進變電站與大用戶之間的互動，進行信息采集與資源的優化配置，促進各個智能化電網環節的協調運行。

2智能變電站二次系統設計方案及應用

2.1系統構成過程層、間隔層、站控層是變電站二次系統在功能邏輯方面的劃分。其中站控層對間隔層以及過程層起到一個全面監測與管理的作用。其主要構成是操作員站、主機、保護故障信息子站、遠動通信裝置、功能站。間隔層具有獨立運作的能力，能夠在沒有網絡的狀態下或是站控層失效的狀態下獨立完成監控，由測量、保護、錄波、相量測量等組成。過程層主要進行采集電氣量、監測設備運行狀態以及執行控制命令的工作，由合并單元、互感器、智能終端構成。

2.2網絡結構

過程網絡的組網標準是電壓等級。主要的網絡形式有雙星形、單星形、點對點等。通常要依據不同電壓等級和電氣一次主接線配置不同的網絡形式。單套配置的保護及安全自動裝置、測控裝置要采用相互獨立的數據接口控制器同時接入兩套不同的過程層網絡。雙重化配置的保護及安全自動裝置應分別接入不同的過程層網絡。單星形以太網絡適合用于110KV變電站站控層、間隔層網絡。雙重化星形以太網絡適合用于220KV及以上變電站站控層、間隔層網絡。考慮到變電站網絡安全方面以及運行維護。智能變電站，特別是高電壓等級、聯網運行的變電站，在兼顧網絡跳閘方式的同時仍保留直采直跳的方式。

2.3二次系統網絡設計原則

本文以220KV變電站為例，分析站控層設備的配置。遠動通信裝置與主機均采用雙套配置，無人值班變電站主機可兼操作員工作站和工程師站。保護及故障信息子站與變電站系統共享信息采集，無需獨立配置。

1）網絡通信設備配置需按一定原則進行。特別是交換機的端口數量一定要符合工程規模需求，端口規格在100M~1000M范圍內。兩臺智能電子設備所接的數據傳輸路由要控制在4個交換機以內。每臺交換機的光纖接入量要控制在16對以內。由于網絡式數據連接中交換機起到重要的作用，為保證智能變電站的安全運行，交換機必須保證安全穩定，避免故障的發生。

2）應對獨立配置的隔層設備測控裝置進行單套配置，采用保護測控一體化裝置對110KV及以下電壓等級進行配置，采用保護測控一體化裝置對繼電保護就地安裝的220KV電壓等級進行配置。繼電保護裝置的配置原則與常規變電站一致，220KV變電站故障錄波及網絡分析記錄裝置按照電壓等級分別配置，統一配置110KV及以下變電站，單獨配置主變壓器。

3）過程層的配置。對于110KV及以上主變壓器本體配置單套的智能終端，對于采用開關柜布置的66KV及以下配電裝置無需配置智能終端。在配電裝置場地智能組件柜中分散布置智能終端。

4）合并單元的配置。110KV及以下電壓等級各間隔單套配置，雙重化保護的主變各側冗余配置，同一間隔內電壓互感器和電流互感器合用一個合并單元。

3結束語

綜上所述，智能變電站的發展、變革以及建設是實現電網發展完善的基礎。智能變電站二次系統設計方法的不斷發展優化會促進智能變電站作用及優勢的更好的發揮。針對我國智能化變電站二次系統設計的實踐經驗及相關原則，其應用發展道路一定會更廣闊。

第三篇：變電站二次安防系統實施方案

變電站二次安防系統實施方案

本方案為了加強變電站二次系統安全防護，確保電力監控系統及電力調度數據網絡的安全，主要依據國家電力監管委員會第5號令《電力二次系統安全防護規定》和原國家經貿委第30號令《電網和電廠計算機監控系統及調度數據網絡安全防護規定》編寫。

變電站二次系統的防護目標是抵御黑客、病毒、惡意代碼等通過各種形式對變電站二次系統發起的惡意破壞和攻擊，以及其它非法操作，防止變電站二次系統癱瘓和失控，并由此導致的變電站一次系統事故。實施重點是強化變電站邊界防護，加強內部安全措施，保障變電站安全穩定運行。主要包括變電站、換流站、開關站二次系統安全防護，以及發電廠的升壓站或開關站的信息安防應用。

變電站二次系統典型結構

變電站監控系統主要包括：變電站自動化系統、五防系統、繼電保護裝置、安全自動裝置、故障錄波裝置和電能量采集裝置等；換流站還包括閥控系統及站間協調控制系統等，有人值班變電站還有生產管理系統等；集控站還包括對受控變電站的監控系統等。變電站二次系統邏輯結構如圖所示。

變電站自動化系統按結構可分為分層分布式（站、間隔、設備三層）或全分布式（站、設備二層），如圖所示。

變電站二次系統安全分區

按變電站的電壓等級、規模、重要程度的不同以及變電站運行模式（有人值班模式、無人值班少人值守模式、無人值守模式等）差別，變電站二次系統的安全區劃分應該根據實際情況，按下列原則確定。

220kV 以上變電站二次系統的生產控制大區應當設置控制區和非控制區，其中生產管理系統僅適合于有人值班變電站。

對于不接入省級以上調度中心的110kV 及以下變電站，其二次系統生產控制大區可不再進行細分，相當于只設置控制區，其中生產管理系統僅適合于有人值班變電站。

變電站二次系統應用IEC 61850 國際標準時，應依據本方案的原則，將IEC 61850 規定的功能模塊適當的置于各安全區中，從而實現國際標準與我國電力二次系統安全防護的有機結合。

變電站二次系統安全防護的邏輯結構

變電站二次系統安全防護的總體部署

對于220kV 以上的變電站二次系統，應該在變電站層面構造控制區和非控制區。將故障錄波裝置和電能量采集裝置置于非控制區；對繼電保護管理終端，具有遠方設置功能的應置于控制區，否則可以置于非控制區。

對于不接入省級以上調度機構的110kV 及以下變電站的二次系統，其生產控制大區可以不再細分，可將各業務系統和裝置均置于控制區，其中在控制區中的故障錄波裝置和電能量采集裝置可以通過調度數據網或撥號方式將錄波數據及計量數據傳輸到上級調度中心；在與調度中心數據通信的本側邊界上，可采用簡單有效的安全防護措施。

當采用專用通道和專用協議進行非網絡方式的數據傳輸時，可逐步采取簡單加密等安全防護措施。廠站的遠方視頻監視系統應當相對獨立，不能影響監控系統功能。

第四篇：110kv變電站二次設計開題報告

畢業設計（論文）開題報告

題目名稱: 110KV變電所電氣二次部分設計

學生姓名

專業

電氣工程及其自動化

班級

一、選題的目的意義

電力工業是國民經濟的一項基礎工業和國民經濟發展的先行工業，其發展水平是反映國家經濟發展水平的重要標志。變電站是聯系發電廠和用戶的中間環節，起著變換和分配電能的作用。這就要求變電所的一次部分經濟合理，二次部分安全可靠，只有這樣變電所才能正常的運行工作，為國民經濟服務。變電站內的高壓配電室、變壓器室、低壓配電室等都裝設有各種保護裝置，這些保護裝置是根據下級負荷地短路、最大負荷等情況來整定配置的，因此，在發生類似故障是可根據具體情況由系統自動做出判斷應跳閘保護，并且，現在的跳閘保護整定時間已經很短，在故障解除后，系統內的自動重合閘裝置會迅速和閘恢復供電。這對于保護下級各負荷是十分有利的。這樣不僅保護了各負荷設備的安全利于延長是使用壽命，降低設備投資，而且提高了供電的可靠性，這對于提高工農業生產效率是十分有效的。工業產品的效率提高也就意味著產品成本的降低，市場競爭力增大，進而可以使企業效益提高，為國民經濟的發展做出更大的貢獻。生活用電等領域的供電可靠性，可以提高人民生活質量，改善生活條件等。可見，變電站的設計是工業效率提高及國民經濟發展的必然條件。

二、國內外研究綜述

通過網絡及雜志我們可以發現，近年來一些發達國家的能源不是很豐富，進而導致電力資源不是充足。為了滿足國內的需求，減少在網路中的損耗，這些發達國家已經形成了完善的變電設計理論。比較完善的變電站設計理論，是真正的做到了節約型，集約型，高效型。發達國家通過改善優化變電站結構，降低變電站的功率損耗，盡可能地提高變電站的可靠性，盡可能地使變電站的靈活性提高，盡可能地提高經濟性。

然而在國內，變電站的設計中仍然存在很多問題，比如可靠性還欠提高。我國經濟的發展給電力行業帶來兩個問題：一是電力能源的需求持續增長，城市和農村用電量和密度越來越來高，需要更多的深入市區農村的變電站，以減少線路的功率損耗，提高電力系統的穩定性等，然而這些變電站占地面積大；

二、國內外研究綜述

二是城區地價昂貴，環境要求嚴格，在稠密的市區選擇變電站址相當困難。在農村，農田的保護非常嚴格。我國開始開發新的技術，即建設地下變電站。而建設地下變電站可以利用城化綠化帶或者利用大廈的地下室。例如前者有上海人民廣場，北京王府井220kV變電站，還有北京西單110kV變電站。

此外計算機的滲透已經達到每一個角落，電力系統也不可避免地進入了微機控制時代，變電站綜合自動化系統取代傳統的變電站二次系統，已成為當前電力系統發展的趨勢。我國變電站綜合自動化技術應用的越來越成熟。變電站綜合自動化系統以其簡單可靠、可擴展性強、兼容性好等特點逐步為國內用戶所接受，并在一些大型變電站監控項目中獲得成功的應用。

三、畢業設計（論文）所用的方法

對110KV變電所電氣二次部分設計，首先應該了解并掌握110KV變電所電氣二次部分的國內外現狀特點和發展前景，并結合相關的設計手冊，輔助資料和國家有關規程，主要完成該變電站的二次部分設計，參考國內外最新的設計方法、研究成果和新的電氣設備，對線路保護、變壓器保護、母線保護、所用變保護和電容器保護設計。同時完成二次部分原理接線圖、二次部分展開圖、控制回路接線圖和信號回路接線圖。

四、主要參考文獻與資料獲得情況

（1）中國電力出版，張保全，尹項根 《電力系統繼電保護》（2）中國電力出版社，谷水清《電力系統繼電保護》（3）中國電力出版社夏道止《電力系統分析》（4）重慶大學出版社馬永翔《電力系統繼電保護》（5）變電所設計（10-220KV）.遼寧科學技術出版社（6）和本次畢業設計有關的圖書館及網上資料

五、指導教師審批意見 年月日

第五篇：變電站直流系統設計

變電站直流系統設計

變電站中為控制、信號、保護、自動裝置以及某些執行機構等供電的直流電源系統，通常稱為直流控制電源。為微機、載波、消防等設備供電的交流電源系統，通常稱為交流不停電電源。為交換機、遠動等通信設備供電的直流電源系統，則稱為通信電源。

在變電站中廣泛采用的直流控制電源是由蓄電池組和充電裝置等設備構成，是一種在正常和事故狀態下都能保持可靠供電的直流不停電電源系統。交流控制電源通常是采用由蓄電池組、充電裝置和逆變裝置構成的交流不停電電源系統，即UPS。通信電源是由模塊化的通信專用DC／DC變換器，它是從站內直流控制電源系統的蓄電池組取得直流電，經高頻變換輸出滿足通信設備要求的48 V控制電源。

從90年代開始的變電站綜合自動化技術的推廣應用，對直流系統提出了更高的技術要求。近年來直流系統的技術和設備發展迅速，閥控鉛酸蓄電池、智能型高頻開關充電裝置等，具有安全可靠、技術先進和性能優越等特點，促進了直流系統的發展。

以下就變電站設計中對直流系統設計有直接影響的因素和變電站直流系統設計方案的選擇進行探討。本文便是以220KV變電站為例設計的變電站直流系統設計。

變電站直流系統功能及重要性

為供給繼電保護、控制、信號、計算機控制、事故照明、交流不間斷電源等直流負荷供電，220～500 kV變電站應裝設由蓄電池等供電的直流系統。直流系統的供電負荷極為重要，對供電的可靠性要求也較高。直流系統的可靠是保障變電站安全運行的決定性條件之一。

目前，變電站的直流相對比較復雜，電源容量需求比較大，因此直流系統所需要費用亦比較高，少則幾萬，多則幾十萬人民幣，并且由于運行環境、維護工作等方面的原因，蓄電池組的壽命亦有所限制，難以達到設計壽命，通常壽命在5～8年左右，比設計壽命少約40％以上。若蓄電池質量、運行環境、日常維護等不當則3～5年蓄電池組容量則急劇下降，難以滿足設備安全生產運行，給變電站的安全生產帶來極大隱患。

直流電源系統在變電站中具有以下重要作用。

(1)變電站的直流電源是全站作為控制、信號、繼電保護的操作電源，也是重要設備的保安電源及事故照明電源。監視和維護直流設備的完好性對變電站以及整個電力系統的安全可靠運行十分重要。(2)各類變電站直流電源系統必不可少。對于不同電壓等級的變電站往往設計不同電壓的直流輸出，以滿足設備運行的需要。(3)在變電站中，直流電源系統應滿足各類負荷中雙重化配置的要求。在變電站內由于被控制設備多，提高直流網絡的安全可靠性至關重要。一個變電站的直流控制回路十分龐大，所以網絡是否清晰和具有獨立性亦十分重要。(4)閥控密封式鉛酸蓄電池和高頻開關整流電源(本設計中應用到)在直流系統中的應用可提高直流電源系統的安全可靠性，降低直流系統設計的復雜性，并減小了維護的工作量。直流系統接線

隨著科學技術的不斷發展，直流系統的接線方式、采用的設備也在逐年的改進和更新。在滿足供電可靠的前提下，直流系統的接線應盡可能的簡單、運行靈活、經濟合理。

直流系統的接線方案具體要求：

(1)在滿足供電可靠的前提下，接線盡可能簡單，設備盡可能簡化；(2)直流系統中選用的設備應是先進、可靠、經濟合理；(3)選用的設備其維護工作量盡可能小；(4)供電范圍明確以及操作方便。要保障直流系統可靠地運行，首先必須有一個可靠的直流系統接線方案。其中包括直流母線的接線、直流電源的配置和直流供電網絡的構成。其次，要合理地選擇直流系統中采用的設備，包括蓄電池、充電和浮充電設備、開關設備、保護設備、動力和控制電纜等。2.1 直流母線接線

220～500 kV變電站常用的直流母線接線方式有單母線分段和雙母線兩種。

（1）單母線分段接線的特點：①每回路只需一組母線開關，設備少，投資小, 接線簡單、清晰，直流屏內布線方便；②能方便的形成兩個互不聯系的直流系統，有益于提高直流系統的可靠性。

2.雙母線接線的特點：①每回路設有兩組母線刀開關（或一組切換式刀開關），可任意接到一組母線上；②供電可靠性較高，但投資較大。単母分段接線如圖1所示。

綜上所述，雙母線接線比單母線分段接線，母線刀開關用量大，直流屏內設備擁擠，布線困難，檢修、維護也不方便。故220KV變電站采用單母線分段接線。2.2 直流系統的電源配置

直流系統中的主要電源是蓄電池組，其次是充電和浮充電設備。變電站中的蓄電池在正常情況下以浮充電方式運行，直流負荷實際上由浮充電設備供電，蓄電池處于浮充電狀態。合理的配置蓄電池及充電浮充電設備有利于提高直流系統的可靠性。

220V和110V直流系統應采用蓄電池組;48V及以下直流系統可采用蓄電池組,也可采用由220V或110V蓄電池組供電的電力直流電源變換器(DC/DC變換器)。直流系統為單母線分段接線時，蓄電池組及充電裝置的連接方式如下:（1）一組蓄電池一套充電裝置時，二者應接入不同的母線段；

（2）一組蓄電池兩套充電裝置時，兩套充電裝置應接入不同的母線段，蓄電池組應跨接在兩段母線上；

（3）兩組蓄電池兩套充電裝置時，每組蓄電池及其充電裝置應接入不同的母線段；（4）兩組蓄電池三套充電裝置時，每組蓄電池及其充電裝置應接入不同的母線段，第三套充電裝置應經切換電器可對兩組蓄電池進行充電。2.3 直流饋線網絡

直流饋線網絡有兩種供電方式: 輻射供電和環形供電。

為簡化設備，220KV變電站直流系統一般采用環形供電網絡，即直流動力負荷和控制負荷都采用環形供電網絡。在變電站內設動力和控制小母線，在各直流負荷之間形成環形供電網絡，每個環的電源回路接到兩段母線上。若220KV變電站為全戶內式，220 KV及110KV配電裝置均采用氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)，二次設備置于GIS室內，則直流饋線應分別引至各配電裝置處各自形成環網。由于GIS二次回路所需直流電源較多，故在設計時應考慮足夠的直流饋線數量。

500KV變電站對直流供電網的可靠性要求更高，結合對控制電源雙重化的要求，一般采用輻射狀供電。為了簡化供電網絡，減少饋線電纜數量，可在靠近配電裝置處設直流分屏，每一分屏由2組蓄電池各用1條饋線供電。直流系統工作電壓

220～500KV變電站的強電直流電壓為220V或110V,弱電直流電壓為48V。強電直流電壓選220V還是110V,應根據變電站的具體情況及通過技術經濟比較，找出影響直流系統額定電壓選擇的主要因素。

以往設計的220KV及以下電壓等級的變電站，大多數為帶電磁操作機構的斷路器，需要直流動力合閘電源，在這種情況下，滿足直流動力回路電壓的要求，降低直流動力電纜的投資，成為影響直流系統額定電壓選擇的主要因素，因此，以往設計的變電站中多數采用了220 V的直流系統。20世紀80年代以來，在220～500KV變電站中，110KV及以上電壓等級的斷路器多采用氣動或液壓操作機構，10KV斷路器采用彈簧操作機構，這樣就不需要直流系統提供動力合閘電源了，因此，滿足直流動力回路電壓的要求和降低直流動力電纜投資，就不再是確定直流系統額定電壓的主要因素。

但是，根據現在220～500KV變電站的發展及其特點，由于220～500KV變電站占地面積大，被控對象遠，控制回路電纜長，所以滿足控制回路電壓的要求，降低控制電纜的投資就成為確定500KV變電站直流系統額定電壓的主要因素。在相同操作功率下，220V控制電纜中的電流比110V控制電纜中的電流要小一倍，同時也降低了控制電纜中的電壓降，從而也降低了電纜截面的要求，減少了控制電纜的投資。由此可見，對于采用220V的直流系統工作電壓，不僅可以選用較小的電纜截面，降低電纜的投資，還可以節省有色金屬。故對于本系統220KV變電站采用220V的直流系統工作電壓。4 蓄電池選擇及容量計算 蓄電池是一種儲能裝置，它把電能轉化為化學能儲存起來，又可把儲存的化學能轉化為電能，這種可逆的轉換過程是通過充、放電循環來完成的，而且可以多次循環使用，使用方便且有較大的容量。

4.1 220KV變電站直流系統蓄電池組數的確定近年來，隨著電力系統對直流電源可靠性要求的進一步提高，雖然直流系統在接線方式、網絡布置及充放電設備性能要求等方面進行了完善和加強，但現行規定不能滿足目前220KV變電站對提供高可靠性直流電源的要求，對掌握蓄電池工作狀態及運行、維護不利，在交流失電狀態下，可能因蓄電池電源瓶頸問題，而擴大事故。

l.220KV變電站要求具備高可靠性直流電源的原因

（1）現在大部分220KV變電站建設規模比較大，且為樞紐站。

（2）220KV變電站主保護亦實現雙重化，采用兩套不同原理、不同廠家裝置；斷路器跳閘回路雙重化；且均要求取自不同直流電源。

（3）線路的兩套縱聯差動保護、主變壓器的主保護和后備保護均分別由獨立的直流熔斷器供電。

（4）所有獨立的保護裝置都必須設有直流電源故障的自動告警回路。

（5）變電站綜合自動化水平提高，監控系統高可靠運行要求。2.目前單組蓄電池運行、維護存在的主要問題

（1）事實證明：要掌握蓄電池運行狀態，做到心中有底、運行可靠，必須進行全容量核對試驗；然而直流系統配置一組蓄電池，給運行維護造成了極大困難。

（2）就對各發供電單位已運行的各型式蓄電池統計表明，使用壽命一般為7年到10年；且這期間尚需對個別落后電池維護處理才能夠保證整組蓄電池使用年限。對于僅一組蓄電池而言，整個更換期間同樣要承擔風險運行。3.220KV變電站直流系統配置兩組電池的必要性及優點

（1）由于單組蓄電池不能很好的滿足220KV變電站運行可靠性要求，且運行維護困難,故此 220KV變電站直流系統配置兩組蓄電池是必要的。

（2）220KV變電站直流系統配置兩組蓄電池，完全滿足運行要求,采用該系統對增加控制保護設備運行的可靠性有較重要的意義。

（3）220KV變電站配置兩組蓄電池組后，從簡化母線結構、減少設備造價、節約能源、避免降壓裝置故障開路造成母線失壓，減少了電網事故和更大設備事的發生，使直流系統進一步簡化、可靠。

因此，根據現在220KV變電站對直流電源可靠性要求進一步提高，及蓄電池運行、維護的需要，并考慮220KV變電站直流系統網絡與蓄電池直流電源可靠性匹配要求，220KV變電站直流系統應配置兩組蓄電池，雖在經濟上多投入，但其運行可靠性卻得到了大幅度提高，且運行方式靈活、維護簡便。4.2 蓄電池的分類

目前，我國投入運行的變電站中，絕大多數都是采用鉛酸蓄電池，也有采用堿性蓄電池。

1.鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電鉛酸蓄電池是電力工程中廣泛采用的直流電源裝置。

它具有適用溫度和電流范圍大，存儲性能好，化學能和電能轉換率高，充放電循環次數多，端電壓高，容量大，而節省材料,鉛資源豐富、造價較低等一系列優點。

鉛酸蓄電池又分為防酸隔爆式、消氫式及閥控式密封鉛酸蓄電池三大類。閥控式密封鉛酸蓄電池與防酸隔爆式和消氫式鉛酸蓄電池相比較有很大的優點：閥控式密封鉛酸蓄電池在正常充放電運行狀態下處于密封狀態，電解液不泄露，也不排放任何氣體，不需要定期的加水或加酸，維護工作也比較少；防酸隔爆式鉛酸蓄電池是屬于半封閉型的，當在充電運行狀態下產生的氣體較多時，會使電池室中才能在爆炸的危險，而且需要定期的往電池中加純水及維護；消氫式鉛酸蓄電池也需要定期進行維護與加水，比較麻煩。2.堿性蓄電池

采用的堿性蓄電池主要是鎘鎳蓄電池。

由于單個蓄電池在各種運行狀態下電壓變化的相對值大于直流母線電壓允許變化的相對值，才引起加裝端電池，用來調節母線電壓。然而，鎘鎳蓄電池充電末期電壓與放電末期電壓相差比較大，約1.8～1.9倍，為保持直流母線電壓不超過允許的變動范圍，鎘鎳蓄電池組必須采取調壓措施，如:加端電池,在蓄電池組與母線之間加調壓設備。而鉛酸蓄電池的單個蓄電池在各種運行狀態下電壓變化的相對值小于或等于直流母線電壓允許變化的相對值，也就保持了直流母線電壓在允許的變化范圍之內，故就不需要加裝端電池了。由于鎘鎳蓄電池必須設置調壓措施，與無端電池的鉛酸蓄電池相比，增加了投資和運行維護的復雜性，特別是蓄電池組容量較大時更為突出。

因此，鎘鎳蓄電池與鉛酸蓄電池相比，在相同容量、相同額定電壓下，鎘鎳蓄電池投資較高，隨著容量的增大，投資的差額也增加。這就是影響鎘鎳蓄電池在工程上大量采用的主要原因。

綜上比較，選用鉛酸蓄電池中的閥控式密封鉛酸蓄電池。4.3 閥控式密封鉛酸蓄電池組的電池個數的選擇

1.閥控鉛酸蓄電池一般有初充電,浮充電,和均衡充電三種充電方式。

（1）初充電。新安裝的蓄電池組進行第一次充電,稱為初充電.初充電通常采用定電流,定電壓兩階段充電方式。

（2）浮充電。正常運行時,充電裝置承擔經常負荷電流,同時向蓄電池組補充充電,以補充蓄電池的自放電,是蓄電池以滿負荷的狀態處于備用。單體閥控電池的浮充電壓為2.2～2.3V,通常取2.25V，浮充電流一般為(1～3)/Ah。

（3）均衡充電。為補償蓄電池在使用過程中產生的電壓不均勻現象,為使其恢復到規定的范圍內而進行的充電,稱為均衡充電。閥控電池的均充電壓2.3～2.4V,通常取2.35V均衡充電電流不大于(1～1.25)I10 Ah。2.電池個數的選擇

蓄電池正常按浮充電方式運行，為保證直流負荷供電質量，考慮供電電纜壓降等因素，將直流母線電壓提高5%Un，蓄電池個數設為N，則

式中 －蓄電池個數；

－直流系統的額定電壓；

－單體蓄電池的浮充電電壓，閥控蓄電池浮充電電壓為2.23～2.27V，一般取2.25。3.蓄電池放電終止電壓校驗

在確定蓄電池的個數以后，還應驗算蓄電池在事故放電末期允許的最低端口電壓值 不應低于蓄電池放電終止電壓(1.75～1.8V）。根據有關規定，動力負荷母線允許的最低電壓值不低于87.5%。考慮直流母線到蓄電池間電纜壓降在事故放電時按1% 計算，因此，對于動力負荷專用蓄電池組，事故放電末期允許的最低端口電壓值

對于控制負荷專用蓄電池組，事故放電末期允許的最低端口電壓

4.4 蓄電池容量的計算 1.鉛酸蓄電池的電氣特性（1）鉛酸蓄電池的容量特性

電池的容量是表示蓄電池的蓄電能力。充足電的蓄電池放電到規定終止電壓（低于該電壓放電將影響電池的壽命）時，其所放出的總電量，稱為電池的容量。若蓄電池以恒定放電電流I(A)放電，放電到容許的終止電壓的時間為t（h），則對應容量C(Ah)為

C=It 反應蓄電池放電到規定的終止電壓的快慢稱為放電率，放電率用時率（h率）和電流率（I率）表示。

蓄電池的實際容量并不是一個固定不變的常數，它受許多因素的影響，主要有放電率、電解液密度和電解液溫度。電解液溫度高，容量就大；電解液密度大，容量就也大；放電率對容量的影響更大，例如，某一鉛酸蓄電池，當以10A率（10h）進行放電時，到達終止電壓1.8V所放出的容量 為100Ah；當以25A率（3h率）進行放電時，到達終止電壓1.8V所放出的容量 為75Ah；當以55率（1h率）進行放電時，到達終止電壓1.75V所放出的容量 為55Ah。可見,放電電流大,放電時間短,放出電量少,故電池容量少.這是因為放電電流過大時,極板的有效物質很快就形成了硫酸鉛,它堵塞了極板的細孔,不能有效地進行化學反應,內阻很快增大,端電壓很快降低到終止電壓。

我國電力系統常用溫度在25攝氏度,10h率放出的容量 作為鉛酸蓄電池的額定容量,那么,上述那一鉛酸蓄電池的額定容量就是100Ah。按有關規定蓄電池的額定容量有: 10,20,40,80,100,150,200,250,300,350,400,500,600,800,1000，2000,3000Ah。蓄電池容量的這種特性用容量系數 表示

式中-任意時率放電的允許放電容量；-蓄電池的額定容量。(2)放電特性.1)持續放電特性.為了分析電池長期使用之后的損壞程度或充電裝置的交流電源中斷不對電池浮充電時,為核對電池的容量,需要對電池進行放電.閥控電池不同倍率的放電特性曲線如圖1-1所示。

圖1-1 從圖1-1出,蓄電池放電初期1h內的端壓 降低緩慢,放電到2h之后端電壓降低速率明顯增快,之后端壓陡降.端電壓的改變由于電池電動勢的變化和極化作用等因素造成的。一般以放出80%左右的額定容量為宜,目的使正極活性物質中保留較多的 粒子,便于恢復充電過程中作為生長新粒子的結晶中心,以提高充電電流的效率。圖1-1中I10為10h率放電電流,可見 ～ 放電曲線比 ～ 放電初期端壓和中期端壓變化速率變化大,其原因是電池極化作用隨電流增加而變大。

2)沖擊放電特性.沖擊放電特性表示在某一放電終止電壓下,放電初期或1h放電末期允許的沖擊放電電流。沖擊電流一般用沖擊系數表示,沖擊系數表示式 為

式中-沖擊系數；

-沖擊放電電流；-10h率放電電流。

圖1-2 圖1-2中浮充曲線是指電池與充電裝置并聯運行時,承受短時間沖擊放電電流時蓄電池的端電壓,其中實線為電池未脫離浮充電系統的端電壓,虛線為電池剛脫離浮充電系統的電壓。

圖1-2中持續放電曲線是指不同放電電流時,立即承受短時間沖擊的電壓變化曲線,沖擊放電曲線的沖擊時間為10～15s.曲線中“0”曲線是電池完全充足電后,脫離充電系統,待每個電池電壓下降且穩定在2.06～2.10V時,進行沖擊放電的電壓變化曲線。

從圖1-2中可以看出,浮充電狀態下放電端電壓變化較慢,斷開浮充電源立即放電端電壓變化較快,而以 電流持續放電下沖擊放電電壓變化更快,大放電率沖擊放電端電壓變化最快。

2.220KV變電站蓄電池個數的選擇及容量計算

某城區220KV有人值班變電站為集控中心站，主變為4×240MVA，220KV電氣主接線為雙母線三分段接線，出線10回；110KV電氣主接線為雙母線雙分段接線，出線16回。該變電站繼電器室布置在主控樓二層，設有專用蓄電池室，布置在主控樓一層，二者距離約30ｍ，該所直流負荷統計如下： 經常負荷：8KW 事故照明負荷：3KW UPS不間斷電源：10KW 斷路器合閘：220V,2Ａ 斷路器跳閘：220V，2.5Ａ

(1)直流負荷按功能分，有控制負荷和動力負荷。

控制負荷：電氣和熱工的控制、信號裝置、自動裝置以及儀表等負荷；

動力負荷：各類直流電動機、斷路器操動機構的合閘機構、交流不停電電源裝置和事故照明等負荷。

(2)該所直流負荷統計表如下：

序號 負荷名稱 計算容量 KW 計算電流A 經常電流A 事故放電時間電流A 隨機或事故末期

初期 0－1min 1-60min 1 經常負荷 8 36.4 36.4 36.4 36.4 2 事故照明負荷 3 13.6 13.6 13.6 3 UPS不間斷電源 10 45.5 45.5 45.5 4 斷路器合閘

斷路器跳閘

2.5

2.5 6 電流統計（A）

=95.5 =95.5 =4.5 容量統計（A）

95.5 8 容量累計（Ah）

=95.5 解：1）=1.05×220/2.25=103

為保證蓄電池供電的可靠性，故選N=103+1=104個單體電池。

2）假設該蓄電池組僅帶控制負荷，事故放電末期允許的最低端口電壓

=0.86×220/104=1.82V

只要對控制負荷專用蓄電池組最低端口電壓滿足要求，對于動力負荷專用蓄電池組的最低端口也滿足要求，因為動力負荷的 ,即其電壓系數比較大。

由于蓄電池在事故放電允許的最低端口電壓 不應于蓄電池放電終止電壓（1.75～1.8V），即 大于或等于。又1.82＞1.8V，滿足大于蓄電池終止放電電壓的要求。

3）由事故持續放電1h及放電最低電壓1.82查圖，可得容量系數 =0.56，是以額定容量 為基準的放電容量的標么值,即。故蓄電池的容量為

式中： －蓄電池10h放電率計算容量，Ah；

－可靠系數，取1.4；

－事故全停狀態下持續放電時間x（h）的放電容量；

－容量系數。

=1.4×95.5/0.56=238.75Ah

所以，選擇蓄電池的額定容量 =250Ah。4）電壓校驗

① 首先校驗事故放電初期(1min)承受沖擊放電電流時，蓄電池所保持的電壓。

－事故放電初期（1min）沖擊放電電流值，A；

－事故放電初期（1min）沖擊放電系數；

－蓄電池10h放電率標稱電流，A； I10=250/10=25A =1.10×95.5/25=4.2

計算出的 在圖1-2的“0”曲線查出的單體電池的放電電壓值，=2.02V，計算蓄電池組出口端電壓 為

N－蓄電池組的單體電池個數；

－承受沖擊放電時的單體電池的放電電壓，V。

=104×2.02=210.08V,為額定電壓的95%。故滿足86%～111% 蓄電池端電壓的要求。

② 校驗事故放電末期承受沖擊放電電流時蓄電池所能保持的電壓。

－任意事故放電階段，10h放電率電流倍數，即放電系數；

－x事故放電容量；

x－任意事故放電階段時間，h； t－事故放電時間，h；

－x事故放電末期沖擊放電系數；

－x事故放電末期沖擊放電電流值，A =1.10×95.5/1×25=4.2=1.10×4.5/25= 0.2

計算出的放電系數 和沖擊放電系數，在圖1-2中可根據，即 值查出相應的曲線，在該曲線上再用 ＝0.2值，查出單體電池放電電壓值 =1.83V，計算蓄電池組出口端電壓為

=104×1.83=190.32（V），為額定電壓的86.5%,故滿足86%～111% 蓄電池端電壓的要求。

計算出的端電壓值應不小于負荷允許的要求值。如不能滿足要求，將蓄電池的容量加大一級，繼續校驗，直到母線電壓滿足為止。

第五章 直流充電模塊的選擇 5.1 充電裝置的配置

充電裝置的型式有高頻開關和晶閘管兩種。高頻開關自1992年問世以來，技術技能逐步提高，體積小、重量輕、效率高和使用維護方便，并且可靠性和自動化水平高，已得到廣泛應用；晶閘管電裝置，接線簡單，價格也比較便宜，也同樣得到應用。設計中可根據具體情況選用。1.充電裝置的配置的要求：充電裝置應按蓄電池組配置當變電站僅設一組蓄電池時，應配置兩套充電裝置；當變電站設有兩組相同電壓、相同容量的蓄電池時，應配置兩套或三套充電裝置。2.充電裝置的配置的原則：如果采用晶閘管充電裝置，原則上可配置1套備用充電裝置，即：1組蓄電池配置2套充電裝置,2組蓄電池可配置3套充電裝置；高頻開關充電裝置，其可靠性相對較高，且模塊冗余、可更換，所以，原則上不設整套裝置的備用，即：1組蓄電池配置1套充電裝置，2組蓄電池可配置2套充電裝置。

3.充電裝置是保證蓄電池可靠運行的主要設備，特別是閥控式蓄電池對充電裝置性能的要求更高。以往的變電站的充電裝置多采用晶閘管整流裝置，近年來越來越多的變電站采用智能型高頻開關充電裝置，且運行情況良好。智能型高頻開關充電裝置具有技術先進、性能優越和體積小等優點。

故選用兩組高頻開關充電裝置。5.2 高頻開關充電模塊工作原理

高頻開關充電模塊由交流輸入濾波、整流單元、高頻逆變單元（DC/AC）、直流輸出濾波、PWM脈寬調制單元和監控單元等組成。

交流工作原理：交流電輸入到模塊后首先進入輸入濾波電路，去除交流電上的干擾，然后經過全波整流電路交換成高壓直流電（500V左右），再由DC/AC高頻逆變電路變換成20KHz可調脈寬的高頻脈沖電，經過主功率變壓器的降壓，再由高頻整流電路整流成直流電，最后經過濾波處理輸出穩定的直流電。5.3 充電裝置高頻開關電源充電模塊數量選擇

高頻開關電源充電模塊額定電流有多種規格，220V有5、10、15、20、25、30、40A。充電裝置由多個模塊并聯組成，一般采用N+1備份冗余方式，這是因為一個模塊故障不影響整組充電設備的正常工作。充電模塊數量與充電裝置輸出電流有關，充電裝置最大輸出電流滿足均衡充電和直流系統經常負荷的供電要求。

本變電站設計配置兩組蓄電池和兩套充電裝置，兩套充電裝置的容量相同。則有

－每組充電裝置的計算電流；

－經常負荷電流； N－電源充電模塊數量；

－電源充電模塊額定電流；

n－電源模塊冗余量，一般模塊少于或等于6塊時，n=1；大于6塊時，n=2。據以上公式得 =1.4[1.25*25+36.4]=94.71A；N=94.71/20+n=5+1=6。220V直流系統單母分段接線圖，如下所示：

第六章 UPS不停電電源的選擇

交流不間斷電源系統的英文縮寫為UPS(Uninterrupted power supply)，以下簡稱為UPS系統。

6.1 UPS的構成與工作原理

UPS的構成：它由整流器、逆變器、旁路隔離變壓器、靜態開關、手動切換開關、控制及同步電路、直流輸入電路、交流輸入電路、交流輸出電路等部分構成。

UPS的工作原理：平時由交流工作電源供電，經整流、逆變后提供交流220V恒頻、恒壓電源；當交流電出現故障時由直流提供能量。因此，只要UPS電源的交流輸入和直流輸入有一路供電正常，UPS就可輸出高品質交流電源為負載提供可靠供電。

6.2 變電站UPS的配置方式

變電站UPS的配置方式：有分散和集中兩種配置方式。分散配置，就是根據需要，變電所的計算機監控裝置、遠動裝置、自動化儀表、繼電保護等分別設置小容量的UPS，各種裝置的UPS之間沒有聯系；集中配置，就是全所設一套公用的UPS，為所有設備提供不間斷的交流電源。這兩種配置方式，在實際工程中都有應用。

分散配置的優點：（1）接線簡單，投資小；（2）UPS裝置故障時影響小。分散配置的缺點：（1）UPS供電的可靠性不高；（2）小容量（2KW以下）的UPS往往內部自備蓄電池，事故時一般只能保證15min全負荷的供電，不能滿足事故供電0.5h的要求；（3）互為備用性差。

集中配置的優點：其容量較大，供電的可靠性較高。對UPS系統的各項技術要求容易滿足，整體的可靠性較高。

集中配置的缺點：UPS系統接線復雜。投資較大。

采用哪種配置方式要視工程的具體情況而定。一般情況下，對220KV變電所UPS負荷較大，宜設置全所集中公用的大容量UPS系統，并按雙重化原則配置。6.3 UPS容量選擇

在選擇UPS的額定容量時，除了按負荷的視在功率計算外，還要計及動態（從0～100％突變）穩壓和穩頻精度的要求，以及溫度變化、蓄電池端電壓下降和設計冗余要求等因素的影響。

考慮到以上影響UPS容量的因素，則

式中： －UPS計算容量（KVA）；

－動態穩定系數，取1.1～1.15；

－直流電壓下降系數，取1.1；

－溫度補償系數，取1.05～1.1；

－設備老化系數及設計裕度系數，取1.05～1.1；

－全部負載的計算功率（KW）；

－負載功率因數，為0.7～0.8（滯后）。

則可靠系數 = =1.33～1.530,取可靠系數平均值 =1.43和 =0.7，由公式可得

=2.04 =2.04×10=20.4KVA 6.4 UPS電源系統接線方案

UPS電源依據不同的負載及用戶要求，可以組成單機及各種冗余備份電源系統，保證系統運行穩定、可靠，給負載提供優質的不間斷電源。

結合220KV系統UPS負載的實際情況以及供電可靠性問題，選用UPS多機N+1并聯冗余配置。多個UPS模塊按N+1配置，輸出并聯后接至旁路切換模塊，正常時由并聯的UPS模塊向負載供電，并平均分擔負荷電流。當其中一臺UPS模塊故障時會自動退出運行，不影響其他模塊的正常輸出；當兩臺以上UPS模塊故障退出，且其余工作模塊出現過載時，自動切換到旁路供電。根據UPS的容量及其接線方案，選擇3臺型號為SWB—15KT/DC220（3/1）的UPS。（SWB—B系列 ；15K—容量為15KVA； T—直立式架構；DC220—直流輸入電壓為220V；3/1—輸入輸出形式為三入單出）

第七章 通信直流變換器的選擇

由于本220KV變電站的直流負荷中沒有通信負荷，故不需要進行選擇，僅是對通信部分進行了解。發電廠、變電站必須裝設可靠的通信直流電源系統，以確保通信設備的不間斷電源，尤其要保證在電網或發電廠、變電站發生事故時不中斷通信供電。發電廠、變電站的通信負荷主要是：

(1)生產行政電話機、網絡控制室、單元控制室、調度呼叫轉移系統等；(2)電力載波機、光纖通信設備、微波和其他通信設備。

根據《220KV—500KV變電站設計技術規程》規定：為保證重要變電所通信設備不間斷供電，應根據通信設備的供電電源要求，設置通信專用的蓄電池或由交流不停電電源供電。

通信電源系統主要由四部分構成：交流配電單元、整流單元、直流配電單元、蓄電池直流電源單元。

采用由蓄電池組構成的直流電源系統，具有很高的可靠性，但代價是設備投資增加，并需要專業人員維護。隨著變電站綜合自動化技術的發展，模塊化的通信專用DC／DC變換器在變電站中已得到廣泛應用，模塊化的通信專用DC／DC變換器是從站內直流控制電源系統的蓄電池組取得直流電，經高頻變換輸出滿足通信設備要求的48V控制電源。

第八章 直流系統中各自開關額定容量的選擇

根據有關規定，蓄電池出口回路、充電裝置直流側出口回路、直流饋線回路和蓄電池試驗放電回路等，應裝設保護電器。8.1 直流斷路器的選擇

直流斷路器應具有速斷保護和過電流保護功能。可帶有輔助觸點和報警觸點。直流斷路器的選擇: 原則一：額定電壓大于或等于回路的最高工作電壓。原則二：額定電流應大于回路的最大工作電流。

（1）對于此220KV變電站，直流斷路器的額定電壓大于或等于220V即可。（2）直流斷路器的額定電流 1)充電裝置輸出回路

斷路器的額定電流按充電裝置額定輸出電流來選擇，即

式中-直流斷路器的額定電流，A；-可靠系數，取1.2；

-充電裝置額定輸出電流。

=1.2×100=120A

故選擇型號為GMB225—125A，即額定電流為125A的殼架等級額定電流代號為225的三段保護的固安詳微型斷路器。2）蓄電池組出口回路

① 斷路器的額定電流按蓄電池的1小時放電率電流選擇，即

式中 —蓄電池1小時放電率電流，A，鉛酸蓄電池可取5.50I10 =5.5×25=137.5A

② 按保護動作選擇性條件，即額定電流應大于直流饋線中斷路器額定電流最大的一臺來選擇，即

式中-直流饋線中直流斷路器最大的額定電流，A；-配合系數，一般可取2.0，必要時取3.0。

=2.0×25=50A 取以上兩種情況中電流最大者為斷路器額定電流，因此取 =137.5A。故選擇型號為GMB225—140A，即額定電流為140A的殼架等級額定電流代號為225的三段保護的固安詳微型斷路器。3)直流饋線回路

對于直流負荷按平均分配于兩段母線的原則。

①經常負荷 選擇型號為GM5—20A，即額定電流為20A的設計序號為5固安詳微型斷路器。

②事故照明負荷 選擇型號為GM5—10A，即額定電流為10A的設計序號為5固安詳微型斷路器。

③UPS不間斷電源 選擇型號為GM5—25A，即額定電流為25A的設計序號為5固安詳微型斷路器。

4)斷路器電磁操動機構的合閘回路和跳閘回路

式中-直流斷路器額定電流，A；-配合系數，取0.3；

-斷路器電磁操動機構合閘電流或跳閘電流，A。①合閘回路 =0.3×2=0.6A ②跳閘回路 =0.3×2.5=0.75

故合閘回路和跳閘回路都選擇型號為GM5—1A，即額定電流為1A的設計序號為5的固安詳微型斷路器。8.2 刀開關的選擇

原則一：額定電壓應大于或等于回路的最高工作電壓。原則二：額定電流應大于回路的最大工作電流。直流母線聯絡電器（隔離開關）的選擇:(1)對于此220KV變電站，直流母線聯絡電器（隔離開關）的額定電壓大于或等于220V即可。

(2)直流隔離開關，額定電流按以下原則計算

按較大電流的母線上供電的負載工作電流選擇，即

（1-24）

式中-較大電流的母線段上全部負載的工作電流之和；-同時系數，取0.5～0.6。

=0.5×50=25A

故選擇型號為GMG—125A，即殼架等級額定電流為125A的固安詳隔離開關。

第九章 結論

本次設計題目是220KV變電站直流系統設計。設計方案為：采用單母分段的接線方式；系統電壓采用220V；蓄電池采用閥控式密封鉛酸蓄電池，浮充電方式運行，浮充電電壓為2.35V；蓄電池容量選擇250Ah，單體蓄電池個數為104個，電壓校驗結果滿足要求；選取兩組高頻開關式充電裝置，每組充電模塊為6，共12個，額定工作電流20A；采用UPS多機N+1并聯冗余配置，選擇3臺型號為SWB—15KT/DC220（3/1）的UPS；蓄電池出口回路、充電裝置出口、直流饋線回路、兩段母線之間進行了開關的選擇。