1 绪论
1.1变电站继电保护的发展
电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素 1.2 继电保护装置的基本要求
对继电保护装置的基本要求有四点：即选择性、灵敏性、速动性、和可靠性。 1.3 继电保护的整定
整定方案通常可按电力系统的电压等级或者设备来编制，并且还本次课程设计的35kV变电站继电保护可分为：相见短路的电压、整定计算一般包括动作值的整定、灵敏度的校验和动作时限的整可按继电保护的功能划分小方案进行。
电流保护，单相接地零序电流保护，短线路纵联差动保护等。
定三部分。并且分为：
无时限电流速断保护的整定。
动作时限的整定。
带时限电流速断保护的整定。
2. 设计概述：
2.1设计依据:
1.1.1继电保护设计任务书。
1.1.2国标GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》。 1.1.3《电力系统继电保护》（山东工业大学）。 2.2设计规模：
本设计为35KV降压变电所。主变容量为6300KVA，电压等级为35/10KV。 2.3设计原始资料：
1
2.3.1 35KV供电系统图,如图1所示。
2.3.2系统参数：电源I短路容量：SIDmax=200MVA；电源Ⅱ短路容量：
SⅡDmax=250MVA；供电线路：L1=L2=15km，L3=L4=10km，线路阻抗：XL=0.4Ω/km。
图1 35KV系统原理接线图
2.3.3 35KV变电所主接线图，如图2所示
Ⅱ
S
SI ~ ~ L3 L4 DL1 L1 L2 B1 B 2 DL6 DL7
2
DL8
织 胶 印 配 炼 备 布 木 染 电 铁 用 厂 厂 厂 所 厂 图2 35KV变电所主接线图
2.3.4 10KV母线负荷情况，见下表：
最大负荷 负荷名称 （Kw） 织布厂 胶木厂 印染厂 配电所 炼铁厂 1200 1100 1400 1500 1300 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 1 1 2 2 2 架空线 架空线 架空线 架空线 架空线 功率因数 回路数 供电方式 （km） 8 7 13 15 10 线路长度 2.3.5 B1、B2主变容量、型号为6300kVA之SF1-6300/35型双卷变压器，Y-Δ/11之常规接线方式，具有带负荷调压分接头，可进行有载调压。其中Uk %=7.5。
2.3.6运行方式：以SI、SⅡ全投入运行，线路L1~L4全投。DL1合闸运行为最大运行方式；以SⅡ停运，线路L3、L4停运，DL1断开运行
为最小运行方式。
2.3.7已知变电所10KV出线保护最长动作时间为1.5s。
3 主接线方案的选择与负荷计算
3.1 主接线设计要求
电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的，表明高压电气设备之间互相连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变电器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中
3
的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发
展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映
正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。 电气主接线应满足一下几点要求： 1）运行的可靠性：
可靠性是指一个元件，一个系统，在规定的时间内及一定的条件下完成预定功能的能力，供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，对发电厂、变电所主接线可靠性的要求程度，与其在电力系统中
的地位作用则是由其容量，电压等级，负荷大小以及类别等因素决定。 具体要求有：断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障时以及母线或隔离开关检修时，尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并保证对一二类负荷的供电尽量避免发电厂或变电所全部停运的可能性；对装有大型机组的发电厂或超高压变电所应满足可靠性的特殊要求。
2)运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。
3)运行的经济性：主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投机。尽量做到年运行费小，包括电能损耗。折旧费及大修费，日常小修费等维修费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理的选择主变压器的形式、容量、台数和避免变压器而增加电能损耗。并在可能的情况下，采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。
3.2 变电站主接线的选择原则
1）当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。 2）当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。
3）当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组接线。
4）为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，
4
应采用变压器分列运行。
5）接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关，但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。
6）6~10kV固定式配电装置的出现侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出现回路中，应装设线路隔离开关。采用6~10kV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源测装设隔离开关。
7）由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。
8）当低压母线为双电源，变压器低压侧开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出现侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。 3.3 接线方案选择
对于嗲元进线电压为35kV以上的变电站，通常是经变电站总降压变电所降为10kV的高压配电电压，然后经下一级变电所，降为一般低压设备所需的电压。
总降压变电所主接线图表示变电站接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。
主接线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。 3.3.1 一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所电路图 单母分段接线：即用分段断路器或分段隔离开关将母线分成若干段。这种主接线图兼有内外桥式接线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用与一、二次侧进出线较多的总降压变电所。
分段的单母线与不分段的相比较，提高了接线的可靠性和灵活性。两母线可分裂运行（分段断路器断开）也可并列运行（分段断路器接通）。重要用户可以用双回路接于不同母线段，保证不间断供电。任一母线或母线隔离开关检修，只停运该段，其他段可继续供电，减少了停电范围。 适用范围：
6~10kV配电装置，出线回路数为6回及以上时；
5
35~63kV配电装置，出线回路为4~8回时； 110~220kV配电装置，出线回路为3~4回时。 多数情形中，分段数和电源数相同。
本次设计的35kV变电站出现回路侧为4~8回，而且多为一、二
级负荷，是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短，主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。采用一、二次侧单母线分段的总降压变电所主接线（即全桥式接线）。
3.3.2 一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图
这种主接线，其一次侧的高压断路器跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式接线。这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式接线适用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环形接线时，也宜采用这种接线，使环形电网的穿越功率不通过进线断路器，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。
3.3.3 一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图
这种主接线，其一次侧的高压断路器跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式接线。这种接线的运行灵活性较好，供电可靠性也较高，适用于一、二级负荷工厂。这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多，并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。
3.3.4 一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图 采用双母线接线较之采用单母线接线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线接线电力系统在工厂变电所中很少运用主要用于电力系统的枢纽变电所。并且对于35kV的配电装置，此接线方式的回路数多在8回以上或者连接电源较多，负荷较大时。 3.4 35kV变电所主接线简图
6
Ⅱ
S
SI ~ ~ L3 L4 DL1 L1 L2 B1 B 2 DL6 DL7
DL8 织 胶 印 配 炼 备 布 木 染 电 铁 用 厂 厂 厂 所 厂
图3 35KV变电所主接线图
3.5 负荷计算
3.5.1 负荷计算的内容和目的
1）计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。
2）尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流的周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。
3）平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
7
3.5.2 负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式法等几种。 需要系数法公式简单，计算方便，适用于各类变、配电所和供配
电干线以及长期运行而且负荷平稳的有用电设备和生产车间（如锅炉引风机、水源泵站、集中空压站）的负荷计算。但不适合用电设备台数少，各台间容量悬殊且工作制度不同时的电力负荷计算。 二项式法将负荷分为基本部分和附加部分，后者系考虑一定数量大容量设备的影响。适用于机修类用电设备的计算，其他各类车间和车间变电所设计亦常采用。二项式法所得计算结果一般偏大。 利用系数法以概率论为基础，根据设备利用率并考虑设备台数以及各台间功率差异的影响确定计算负荷与平均负荷间的偏差量（这反映在最大系数中大于1的部分），从而求得最大负荷。这种计算方法更具客观性和普遍性，适用于各种类型负荷的计算，所求得的结果更接近实际，但由于国内对利用系数缺乏切实的工作和数据的积累，计算方法本身也较上述两种方法复杂，故尚未得到广泛采用。 在本次设计中采用需要系数法确定。 3.5.3 本次设计的负荷计算 取：K∑p=0.95 K∑q=0.97 根据原始数据表可算出：
∑P30i =6500kW;
则 ∑Q30i= ∑P30i *tanacrcos0.85=6500*0.62=4028.3kVar
P30=K*∑p∑p30=0.95*6300=5985kV Q30=K*∑q∑q3Q=0.97*4028.3=3907.5kVar S30=√(P3Q2+Q3Q2)=7147.6kVA I30=S30/√3UN=412.7A
Cosφ=P30/S30=0.84
由于规程要求cosφ≥0.9，而由上面计算可知cosφ0.84<0.9，因此需要进行无功补偿。
电容器具有投资省，有功功率损耗小，运行维护方便，故障范围小等特点，因此采用并联电容器进行无功补偿。 公式依据为：Qc=ɑ*P30*qc
式中：Qc—需要补偿的无功容量，kvar
8
P30—全企业的有功计算负荷，kW ɑ—平均负荷系数，取0.7~0.8
qc—补偿率，kvar/kW，查阅相关工程手册，可以得出qc=0.369 将相关数据代入公式中得：
Qc=ɑ*P30*qc=0.7*0.369*5985=1659.042kvar
故需要补偿容量为1700kvar，选择两台容量850kvar的电容器并列补偿运行。
4 短路电流计算
在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算目的主要有一下几个方面：
1）在选择电气主接线时为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。 2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作，同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。
3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。
4）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。
5）接地装置的设计，也需要短路电流。
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图，在计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。
短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（又称为单位制法）和标幺值法（又称为相对单位制法）。 本设计采用标幺制进行短路计算。 4.1 系统等效电路图：如图4所示
9
S S
Ⅱ
Ⅰ
2 1 0.4 0.5
5 6 3 4 0.292 0.292 0.438 0.438 DL1 d1 7 8 1.19 1.19 DL6 d2 XL=3.628 D3
图4 系统等效电路图 （各阻抗计算见3.3）
3.2 基准参数选定：
SB=100MVA，UB=Uav即：35kV侧UB=37KV，10kV侧UB=10.5KV。
IB1=SB/√3UB1=1.56kA IB2=SB/√3UB2=5.5kA
3.3 阻抗计算（均为标幺值）：
1） 系统：X1=100/200=0.5 X2=100/250=0.4
2) 35kV线路：L1，L2：X3=X4=l1X1SB/VB2=0.4×15×100/372=0.438 L3，L4： X5=X6=l3SB/VB2=0.4×10×100/372=0.292 3) 变压器：B1，B2：X7=X8=（Uk%/100）SB/S=0.075×100/6.3=1.19 4) 15kV线路：线路阻抗（XL）分为两类： 织布厂、胶木场、印染厂：XL1= 炼铁厂、配电厂：XL1= 3.4 短路电流计算： 1）最大运行方式：
系统化简如图4所示。
10
其中：
X9=X2+X3∥X4＝0.719 X10= X1+X5∥X6＝0.546 X11=X10∥X9＝0.31 X12=X11+X7＝1.5
据此，系统化简如图5所示 ①故知35KV母线上短路电流： 三相短路电流周期分量有效值为： Id1max=IB1/X11=1.56/0.31=5.03(KA) 其他三相短路电流
I''(3)=Iɷ(3)=Ip(3)=5.03kA ish(3)=2.55*5.03=12.83kA Ish(3)=1.51*5.03=7.59kA 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/0.31=322.58MVA ②10KV母线上短路电流：
Id2max=IB2/X12=5.5/1.5=3.667(KA)
折算到35KV侧，三相短路电流周期分量有效值为： Id21max=IB1/X12=1.56/1.5=1.04(KA) 其他三相短路电流
I''(3)=Iɷ(3)=Ip(3)=1.04kA ish(3)=2.55*1.04=2.65kA Ish(3)=1.51*1.04=1.57kA 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/1.5=66.67MVA ③对于d3点以织布厂计算
此时10kV负荷侧的线路XL1=8*0.4=3.2 三相短路电流周期分量有效值为：
Id3max=IB2/(X12+XL1)=5.5/(1.5+3.2)=1.17(KA)
折算到35KV侧，三相短路电流周期分量有效值为： Id31max=IB1/(X12+XL1)=1.56/(1.5+3.2)=0.33(KA) 三相短路容量
11
S''=Sd/XkΣ=100/4.7=21.28MVA ④对于d3点以胶木厂计算
此时10kV负荷侧的线路XL2=7*0.4=2.8 三相短路电流周期分量有效值为：
Id4max=IB2/(X12+XL2)=5.5/(1.5+2.8)=1.28(KA)
折算到35KV侧，三相短路电流周期分量有效值为： Id41max=IB1/(X12+XL2)=1.56/(1.5+2.8)=0.36(KA) 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/4.3=23.26MVA ⑤对于d3点以印染厂计算
此时10kV负荷侧的线路XL3=13*0.4=5.2 三相短路电流周期分量有效值为：
Id5max=IB2/(X12+XL3)=5.5/(1.5+5.2)=0.82(KA)
折算到35KV侧，三相短路电流周期分量有效值为： Id51max=IB1/(X12+XL3)=1.56/(1.5+5.2)=0.23(KA) 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/6.7=14.93MVA ⑥对于d3点以配电所计算
此时10kV负荷侧的线路XL4=15*0.4=6 三相短路电流周期分量有效值为：
Id6max=IB2/(X12+XL4)=5.5/(1.5+6)=0.73(KA)
折算到35KV侧，三相短路电流周期分量有效值为： Id61max=IB1/(X12+XL4)=1.56/(1.5+6)=0.21(KA) 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/7.5=13.33MVA ⑦对于d3点以炼铁厂计算
此时10kV负荷侧的线路XL5=10*0.4=4 三相短路电流周期分量有效值为：
Id7max=IB2/(X12+XL5)=5.5/(1.5+4)=1(KA)
折算到35KV侧，三相短路电流周期分量有效值为： Id71max=IB1/(X12+XL5)=1.56/(1.5+4)=0.28(KA) 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/5.5=18.18MVA
12
SII SI
10 0.546 35KV 10KV 9 0.719
d1 7（8） 1.19 d2 XL=3.628
d3 图4
11 35KV 0.31 d1
10KV 7(8) 1.19 d 2 XL=3.628 d3 图5
2) 最小运行方式下:系统化简如图6所示。
13
因SⅡ停运,所以仅考虑SⅠ单独运行的结果；
X13=X9+X7=0.719+1.19=1.909 ①所以35KV母线上短路电流： 三相短路电流周期分量有效值为： Id1min=IB1/X9=1.56/0.719=2.17(kA) 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/0.719=139.08MVA ②所以10KV母线上短路电流 Id2min=IB2/X13=5.5/1.909=2.88(kA) 折算到35KV侧：
三相短路电流周期分量有效值为： Id2lmin = IB1/X13=1.56/1.909=0.817 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/1.909=52.38MVA ③对于d3点以织布厂计算
此时10kV负荷侧的线路XL1=8*0.4=3.2 三相短路电流周期分量有效值为：
Id3min=IB2/(X13+XL1)=5.5/(1.909+3.2)=1.077(KA)
折算到35KV侧，三相短路电流周期分量有效值为： Id31min=IB1/(X13+XL1)=1.56/(1.909+3.2)=0.305(KA) 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/5.109=19.57MVA ④对于d3点以胶木厂计算
此时10kV负荷侧的线路XL2=7*0.4=2.8 三相短路电流周期分量有效值为：
Id4min=IB2/(X13+XL2)=5.5/(1.909+2.8)=1.17(KA)
14
(kA)
折算到35KV侧，三相短路电流周期分量有效值为： Id41min=IB1/(X13+XL1)=1.56/(1.909+2.8)=0.331(KA) 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/4.709=21.24MVA ⑤对于d3点以印染厂计算
此时10kV负荷侧的线路XL3=13*0.4=5.2 三相短路电流周期分量有效值为：
Id5min=IB2/(X13+XL3)=5.5/(1.909+5.2)=0.774(KA)
折算到35KV侧，三相短路电流周期分量有效值为： Id51min=IB1/(X13+XL3)=1.56/(1.909+5.2)=0.219(KA) 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/7.109=14.07MVA ⑥对于d3点以配电所计算
此时10kV负荷侧的线路XL4=15*0.4=6 三相短路电流周期分量有效值为：
Id6min=IB2/(X13+XL4)=5.5/(1.909+6)=0.713(KA)
折算到35KV侧，三相短路电流周期分量有效值为： Id61min=IB1/(X13+XL4)=1.56/(1.909+6)=0.202(KA) 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/7.709=12.97MVA ⑦对于d3点以炼铁厂计算
此时10kV负荷侧的线路XL1=10*0.4=4 三相短路电流周期分量有效值为：
Id7min=IB2/(X13+XL5)=5.5/(1.909+4)=0.931(KA)
折算到35KV侧，三相短路电流周期分量有效值为： Id71min=IB1/(X13+XL5)=1.56/(1.909+4)=0.264(KA) 三相短路容量
S''=Sd/XkΣ=100/5.909=16.92MVA
S
Ⅰ
15
9 0.719
16
35KV
d1
7(8) 10KV 1.19 d2
XL=3.628
图6 4.5 短路电流计算结果
5 变电所继电保护和自动装置规划： 5.1系统分析及继电保护要求：
本设计35/10KV系统为双电源35KV单母线分段接线，10KV侧单母线分段接线，所接负荷多为化工型，属一二类负荷居多。
5.1.1为保证安全供电和电能质量，继电保护应满足四项基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。 5.2本系统故障分析：
5.2.1本设计中的电力系统具有非直接接地的架空线路及中性点不接地的电力变压器等主要设备。就线路来讲，其主要故障为单相接地、两相接地和三相接地。
5.2.2电力变压器的故障，分为外部故障和内部故障两类。
·变压器的外部故障常见的是高低压套管及引线故障，它可能引起
变压器出线端的相间短路或引出线碰接外壳。
·变压器的内部故障有相间短路、绕组的匝间短路和绝缘损坏。
5.2.3变压器的不正常运行过负荷、由于外部短路引起的过电流、油温上升及不允许的油面下降。 5.3 10KV线路继电保护装置：
根据线路的故障类型，按不同的出线回路数，设置相应的继电保
17
护装置如下：
5.3.1 单回出线保护：适用于织布厂和胶木厂出线。采用两段式电流保护，即电流速断保护和过电流保护。其中电流速断保护为主保护，不带时限，0S跳闸。
5.3.2双回路出线保护：适用于印染厂、配电所和炼铁厂出线。采用平行双回线路横联方向差动保护加电流保护。其中横联方向差动保护为主保护。电流保护作为横联方向差动保护的后备保护。 5.4 主变压器继电保护装置设置：
变压器为变电所的核心设备，根据其故障和不正常运行的情况，从反应各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，设置相应的主保护、异常运行保护和必要的辅助保护如下： 5.4.1主保护：瓦斯保护（以防御变压器内部故障和油面降低）、纵联差动保护（以防御变压器绕组、套管和引出线的相间短路）。 5.4.2后备保护：过电流保护（以反应变压器外部相间故障）、过负荷保护（反应由于过负荷而引起的过电流）。
5.4.3异常运行保护和必要的辅助保护：温度保护（以检测变压器的油温，防止变压器油劣化加速）和冷却风机自启动（用变压器一相电流的70%来启动冷却风机，防止变压器油温过高）。 5.5 变电所的自动装置:
5.5.1 针对架空线路的故障多系雷击、鸟害、树枝或其它飞行物等引起的瞬时性短路，其特点是当线路断路器跳闸而电压消失后，随着电弧的熄灭，短路即自行消除。若运行人员试行强送，随可以恢复供电，但速度较慢，用户的大多设备（电动机）已停运，这样就干扰破坏了设备的正常工作，因此本设计在10KV各出线上设置三相自动重合闸装置（CHZ），即当线路断路器因事故跳闸后，立即使线路断路器自动再次重合闸，以减少因线路瞬时性短路故障停电所造成的损失。 5.5.2针对变电所负荷性质，缩短备用电源的切换时间，提高供电的不间断性，保证人身设备的安全等，本设计在35KV母联断路器（DL1）及10KV母联断路器（DL8）处装设备用电源自动投入装置（BZT）。 5.5.3 频率是电能质量的基本指标之一,正常情况下,系统的频率应保持在50Hz，运行频率和它的额定值见允许差值限制在0.5Hz内，频
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率降低会导致用电企业的机械生长率下降，产品质量降低，更为严
重的是给电力系统工作带来危害，而有功功率的缺额会导致频率的降低，因此，为保证系统频率恒定和重要用户的生产稳定，本设计10KV出线设置自动频率减负荷装置（ZPJH），按用户负荷的重要性顺序切除。
5.6 本设计继电保护装置原理概述：
5.6.1 10KV线路电流速断保护：是根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流的，以动作电流的大小来控制保护装置的保护范围；有无时限电流速断和延时电流速断，采用二相二电流继电器的不完全星形接线方式，本设计选用无时限电流速断保护。
5.6.2 10KV线路过电流保护:是利用短路时的电流比正常运行时大的特征来鉴别线路发生了短路故障，其动作的选择性由过电流保护装置的动作具有适当的延时来保证，有定时限过电流保护和反时限过电流保护；本设计与电流速断保护装置共用两组电流互感器，采用二相二继电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流保护，作为电流速断保护的后备保护，来切除电流速断保护范围以外的故障，其保护范围为本线路全部和下段线路的一部分。
5.6.3 平行双回线路横联方向差动保护：是通过比较两线路的电流相位和数值相同与否鉴别发生的故障;由电流起动元件、功率方向元件和出口执行元件组成，电流起动元件用以判断线路是否发生故障，功率方向元件用以判断哪回线路发生故障，双回线路运行时能保证有选择的动作。该保护动作时间0S，由于横联保护在相继动作区内短路时，切除故障的时间将延长一倍，故加装一套三段式电流保护，作为后备保护。
5.6.4 变压器瓦斯保护：是利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继电器来判别变压器内部故障；当变压器内部发生故障时，电弧使油及绝缘物分解产生气体。故障轻微时，油箱内气体缓慢的产生，气体上升聚集在继电器里，使油面下降，继电器动作，接点闭合，这时让其作用于信号，称为轻瓦斯保护；故障严重时，油箱内产生大量的气体，在该气体作用下形成强烈的油流，冲击继电器，使继电器动作，接点闭合，这时作用于跳闸并发信，称为重瓦斯保护。
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5.6.5变压器纵联差动保护：是按照循环电流的原理构成。在变压器
两侧都装设电流互感器，其二次绕组按环流原则串联，差动继电器并接在回路壁中，在正常运行和外部短路时，二次电流在臂中环流，使差动保护在正常运行和外部短路时不动作，由电流互感器流入继电器的电流应大小相等，相位相反，使得流过继电器的电流为零；在变压器内部发生相间短路时，从电流互感器流入继电器的电流大小不等，相位相同，使继电器内有电流流过。但实际上由于变压器的励磁涌流、接线方式及电流互感器误差等因素的影响，继电器中存在不平衡电流，变压器差动保护需解决这些问题，方法有：
·靠整定值躲过不平衡电流 ·采用比例制动差动保护。 ·采用二次谐波制动。 ·采用间歇角原理。 ·采用速饱和变流器。
本设计采用较经济的BCH-2型带有速饱和变流器的继电器，以提高保护装置的励磁涌流的能力。 6 主变继电保护整定计算及继电器选择 6.1 概述
按GB50062—92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置： ①绕组及其引出线的相见短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；
②绕组的匝间短路；
③外部相见短路引过的过电流；
④中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压； ⑤过负荷； ⑥油面降低；
⑦变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。
对于高压侧为35kV及以上的总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装
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设过负荷保护。但是如果单台运行的变压器容量在10000kV·A及以
上和并列运行的变压器每台容量在6300kV·A及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。
在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、过电压保护和瓦斯保护。 ①主保护和后备保护：
35kV供电系统中的电气设备和线路应装设短路故障保护。短路故障保护应有主保护、后备保护，必要时可增设辅助保护。
当在系统中的同一地点或不同地点装设有两套保护时，其中有一套动作比较快，而另一套动作比较慢，动作比较快的就称为主保护；而动作比价慢的就称为后备保护。即：为满足系统稳定和设备的要求，能以最快速度有选择地切除保护设备和线路故障的保护就称为主保护；当主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，就称为后备保护。 后备保护不仅可以起到当主保护应该动作而未动作时的后备，还可以起到当主保护虽已动作但最终未能达到切除故障部分的作用。除此之外，它还有另外的意义。为了使快速动作的主保护实现选择性，从而就造成了主保护不能保护线路的全厂，而只能保护线路的一部分。也就是说出现了保护的死区，这一死区就必须由后备保护来弥补。 ②近后备和远后备：
当主保护或断路器拒动时，由相邻设备或线路的保护来实现的后备称为远后备；由本级电气设备或线路的另一套保护实现后备的保护，就叫近后备保护； ③辅助保护：
为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护，称为辅助保护。 6.2 瓦斯保护
作用：用来反映变压器内部故障和油面降低，它反应于油箱内部故障所产生的气体或油箱漏油而动作，其中重瓦斯保护于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于信号。
轻瓦斯保护的动作于信号的轻瓦斯部分，通常按产生气体的容积整定：对于容量为10MVA以上的变压器，整定容积为250~300cm2。
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瓦斯保护动作于跳闸的重瓦斯部分，通常按气体继电器的油流速度
整定。（油流速度与变压器的容量接气体继电器导管的直径、变压器冷却方式、气体继电器形式有关）。
轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250~300cm2整定，本设计采用280cm2。
重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.6~1.5cm2整定，本设计采用0.9cm2。
瓦斯继电器选用FJ3-80型。
瓦斯保护的接线原理图
差动保护：（主保护） 作用：用来反映变压器绕组和引出线上的相间短路、中性点直接接地系统中系统侧绕组和引出线的单相接地短路以及绕组匝间短路、容量在10000kVA及以上的变压器应装设纵差动保护。变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件
1)应躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流 2)应躲过变压器的励磁涌流
3)在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大负荷时，差动保护不应动作结合设计要求和实际条件只对其做纵差动保护的整定，所选继电器型号为BCH—2型差动继电器。计算变压器各侧的一次及二次电流值（在额定容量下）并选择电流互感器的变比，可按下表计算。 由于35 kV侧二次电流大，因此以35kV侧为基本侧。 6.3.1 计算Ie及电流互感器变比，列表如下（表6.1）
S=6300kVA U1c=35kV U2c=10kV 各侧数据 名 称 Y（35KV） Δ（10KV） 22
额定电流 变压器接线方式 CT接线方式 CT计算变比 实选CT变比nl 实际额定电流 不平衡电流Ibp 确定基本侧 I1e=S/ 3 U1e=103.9A Y Δ I2E=S/ 3 U2e=346.4A Δ Y 3 I1e/5=180/5 200/5 3 I1e/n1=4.50A I2e/5=346.4/5 400/5 I2e/n1=4.33A 4.50-4.33=0.17A 基本侧 非基本侧
由上表可以看出，35kV侧电流互感器的二次回路额定电流大于10kVA侧。因此35kV为基本侧。
6.3.2 确定基本侧动作电流：
1）躲过外部故障时的最大不平衡电流 Idz1≥KKIbp (1)
利用实用计算式： Idz1=KK（KfzqKtxfi+U+fza）Id2lmax 式中：KK—可靠系数，采用1.3；
Kfzq—非同期分量引起的误差，采用1；
Ktx— 同型系数，CT型号相同且处于同一情况时取0.5，型号不同时取1，本设计取1。
ΔU—变压器调压时所产生的相对误差，采用调压百分数的一半，本设计取0.05。
Δfza—继电器整定匝书数与计算匝数不等而产生的相对误差，暂无法求出，先采用中间值0.05。
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代入数据得 Idz1=1.3×(1×1×0.1+0.05+0.05) ×1.04=270.4（A）
2）躲过变压器空载投入或外部故障后电压恢复时的励磁涌流 Idz1= KK Ie （2） 式中：KK—可靠系数，采用1.3； Ie—变压器额定电流：
代入数据得 Idz1= 1.3×103.9=135.1(A) 3) 躲过电流互改器二次回路短线时的最大负荷电流 Idz1= KKTfhmax 式中： KK—可靠系数，采用1.3；
Idz1—正常运行时变压器的最大负荷电流；采用变压器的额定电流。
代入数据得
Idz1=1.3×103.9=135.1(A)
（3）
比较上述（1），（2），（3）式的动作电流，取最大值为计算值，
即： Idz1=270.4（A）
4.2.2确定基本侧差动线圈的匝数和继电器的动作电流
将两侧电流互感器分别结于继电器的两组平衡线圈，再接入差动线圈，使继电器的实用匝数和动作电流更接近于计算值；以二次回路额定电流最大侧作为基本侧，基本侧的继电器动作电流及线圈匝数计算如下：
基本侧（35KV）继电器动作值 IdzjsI=KJXIdzI/nl 代入数据得 IdzjsI=
3 ×270.4/40=11.71（A）
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基本侧继电器差动线圈匝数 WcdjsI=Awo/ IdzjsI
式中：Awo为继电器动作安匝，应采用实际值，本设计中采用
额定值，取得60安匝。
代入数据得 WcdjsI=60/11.71=5.12(匝)
选用差动线圈与一组平衡线圈匝数之和较WcdjsI小而相近的数
值，作为差动线圈整定匝数WcdZ。
即：实际整定匝数WcdZ=5（匝）
继电器的实际动作电流 IdzjI=Awo/ WcdZ=60/5=12（A） 保护装置的实际动作电流 IdzI= IdzjINl/Kjx=12×40/3
=277.1A
4.2.3 确定非基本侧平衡线圈和工作线圈的匝数
平衡线圈计算匝数 WphjsⅡ
=Wcdz/Ie2JI-Wcdz
=5×(4.5/4.33-1)=0.19(匝)
故，取平衡线圈实际匝数WphzⅡ=0
工作线圈计算匝数WgzⅡ= WphzⅡ+Wcdz=5(匝)
4.2.4计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差Δfza Δfza= (WphjsⅡ- WphzⅡ)/( WphjsⅡ+ Wcdz)
=(0.19-0)/(0.19+5)=0.04
此值小于原定值0.05，取法合适，不需重新计算。 4.2.5初步确定短路线圈的抽头
根据前面对BCH-2差动继电器的分析，考虑到本系统主变压器容量较小，励磁涌流较大，故选用较大匝数的“C-C”抽头，实际应
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用中，还应考虑继电器所接的电流互感器的型号、性能等，抽头是
否合适，应经过变压器空载投入试验最后确定。 4.2.6保护装置灵敏度校验
差动保护灵敏度要求值Klm≮2
本系统在最小运行方式下，10KV侧出口发生两相短路时，保护装置的灵敏度最低。
本装置灵敏度 Klm=0.866KjxIdlmin/Idzl
=0.866×1×0.817/0.2771=2.55>2
满足
要求。
4.3 过电流保护：（后备保护）
4.3.1 过电流继电器的整定及继电器选择： 1）保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定
Idz=KkIe1/Kh
式中：Kk—可靠系数，采用1.2；
Kh—返回系数，采用0.85；
代入数据得 Idz=1.2×103.9/0.85=146.7(A) 继电器的动作电流 Idzj=Idz/nl=146.7/(40/
3 )=6.35(A)
电流继电器的选择：DL-21C/10，电流整定值为7A。 2）灵敏度按保护范围末端短路进行校验，灵敏系数不小于1.2。 灵敏系数： 织布厂
Klm=0.866KjxId3lmin/Idz=0.866×1×0.305/0.1467=1.80>1.2
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胶木厂
Klm=0.866KjxId3lmin/Idz=0.866×1×0.331/0.1467=1.95>1.2
印染厂
Klm=0.866KjxId3lmin/Idz=0.866×1×0.219/0.1467=1.29>1.2 配电所
Klm=0.866KjxId3lmin/Idz=0.866×1×0.202/0.1467=1.20 炼铁厂
Klm=0.866KjxId3lmin/Idz=0.866×1×0.264/0.1467=1.56>1.2 故灵敏度满足要求。
4.4 过负荷保护：（后备保护）
其动作电流按躲过变压器额定电流来整定。动作带延时作用于信号。
Idz=KkIe1/Kf=1.05×103.9/0.85=128.4(A)
IdzJ= Idz/nl=128.4×3 /40=5.56(A) 延时时限取10s，以躲过电动机的自起动。
当过负荷保护起动后，在达到时限后仍未返回，则动作ZDJH装置。
4.5 冷却风扇自起动：
Idz=0.7Iel=0.7×103.9=72.74(A) IdzJ=Idz/nl=72.74/(40/
3 )=3.15(A)
即，当继电器电流达到3.15A时，冷却风扇自起动。
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7 线路保护整定计算 7.1概述
根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB50062-92》可知： 3～63kV 中性点非直接接地电力网中线路的保护
7.1.1对3～63kV线路的下列故障或异常运行，应装设相应的保护装置： 1) 相间短路； 2) 单相接地； 3) 过负荷。
7.1.2对3～10kV线路装设相间短路保护装置，应符合下列要求：
1) 由电流继电器构成的保护装置，应接于两相电流互感器上，同一网络的所有线路均应装在相同的两相上；
2) 后备保护应采用远后备方式；
3) 当线路短路使发电厂厂用母线或重要用户母线电压低于额定电压的60%时，以及线路导线截面过小,不允许带时限切除短路时，应快速切除故障； 4) 电流保护的时限不大于0.5～0.7s 时，且没有第三款所列的情况，或没有配合上的要求时，可不装设瞬动的电流速断保护。
7.1.3在3～10kV线路装设的相间短路保护装置，应符合下列规定：
1) 对单侧电源线路可装设两段过电流保护：第一段为不带时限的电流速断保护；为带时限的过电流保护。可采用定时限或反时限特性的继电器。对单侧电源带电抗器的线路，当其断路器不能切断电抗器前的短路时，不应装设电流速断保护，此时，应由母线保护或其它保护切除电抗器前的故障。保护装置仅在线路的电源侧装设。
2) 对双侧电源线路，可装设带方向或不带方向的电流速断和过电流保护。对1～2km 双侧电源的短线路，当采用上述保护不能满足选择性、灵敏性或速动性的要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作为主保护，并装设带方向或不带方向的电流保护作后备保护。对并列运行的平行线路宜装设横联差动保护作为主保护，并应以接于两回线电流之和的电流保护，作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。 7.1.4对35～63kV线路，可按下列要求装设相间短路保护装置：
1)对单侧电源线路可采用一段或两段电流速断或电流闭锁电压速断作主保护，并应以带时限过电流保护作后备保护。当线路发生短路，使发电厂厂用母线电压或重要用户母线电压低于额定电压的60%时，应能快速切除故障。
2) 对双侧电源线路可装设带方向或不带方向的电流电压保护。当采用电流电压保护不能满足选择性、灵敏性和速动性要求时。可采用距离保护装置。双侧电源或环形网络中，不超过 3～4km 的短线路，当采用电流电压保护不能满足要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作主保护，并应以带方向或不带方向的电流电压保护作后备保护。
3) 并列运行的平行线路，可装设横联差动保护作主保护，并应以接于两回线电流之和阶段式保护或距离保护作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。 7.2线路保护的原理：
1) 10kV线路电流速断保护：是根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流的，以动作电流的大小来控制保护装置的保护范围；有无时限电流速断和延时电流速断，采用二相二电流继电器的不完全星形接线方式，本设计选用无时限电流速断保护。
2) 10kV线路过电流保护:是利用短路时的电流比正常运行时大的特征来鉴别线路发生了短路故障，其动作的选择性由过电流保护装置的动作具有适当的延时来保证，有定时限过电流保护和反时限过电流保护；本设计与电流速断保护装置共用两组电流互感器，采用二相二继
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电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流保护，作为电流速断保护的后备保护，来
切除电流速断保护范围以外的故障，其保护范围为本线路全部和下段线路的一部分。 3) 35kV线路相间短路的电流保护（35kV线路继电保护的主体）。电流保护多采用三段式，即由电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护组成。电流速断保护（也称为Ⅰ段）动作时间短，速动性好，但其动作电流较大，某些情况下不能保护线路全长；限时电流速断保护（也称为Ⅱ段）有较短的动作时限，而且能保护线路全长，却不能作为相邻线路的后备保护；定时限过电流保护（也称为Ⅲ段）的动作电流较前两段小，保护范围大，既能保护本线路全长又能作为相邻线路的后备保护。
4) 6～10kV线路的电流保护由电流速断（Ⅰ段）与过电流保护（Ⅲ段）构成，而35kV 线路电流保护增加了限时电流速断保护。因为也被称为三段式电流保护。 7.3 35kV线路三段式电流保护整定计算
1）I'act.1应躲过d2点的最大短路电流整定。
I'act.1=Krel*Isc.d2.max=1.25*1040=1300A
其中：Iact保护装置的动作电流，又叫做一次动作电流 Krel—可靠系数，一般取1.25~1.5 2）继电器的动作电流为：
I'act.k=KCO*I'act.1/Ki=(1*1300)/(400/5)=16.25A 其中：KCO——接线系数，本设计中取1 Ki——电流互感器TA的变流比
考虑到系统发展时仍能适应，选用DL-11/50型电流继电器，其动作电流的整定范围为12.5~50A，故动作电流整定值为17A。
3）第一段的灵敏性通常用保护范围的大小来衡量，根据本设计的数据，按线路首端（d1点）短路时的最小短路电流校验灵敏系数。
Ksen=Isc.d1.min/I'act.1=√3/2*2170/1300=1.45<1.5 其中：Ksen——灵敏系数 不满足要求，因此必须进一步延伸电流速断保护的保护范围，使之与下一条线路的限时电流速断相配合，这样其动作时限就应该选择得比下一条线路限时速断的时限再高一个Δt，所以动作时限整定为：
t2=t1+2Δt=1.0s
故应装设带时限电流速断保护。
4)由于其动作时间为0s，为防止其在线路上管型避雷器放电时误动，电流速断保护的动作时间带有0.06~0.08秒的延时。 7.3.2 第二段 带时限电流速断保护 1）保护的动作电流为：（取其中最小电流）
I'act.2=Krel*Isc.d3.max=1.25*210=262.5A 2）计算10kV电缆第二段的动作电流
I''act.2=Krel*I'act.2=1.1*262.5=288.75A
3）在线路首端（d2点）短路时，第二段的灵敏系数为：
Ksen=Isc.d2.min/I''act.1=√3/2*817/288.75=2.45>1.5 灵敏系数满足要求。 4）继电器的动作电流为：
I''act.k=KCO*I''act.2/Ki=1*288.75/(400/5)=3.6A
考虑到系统发展时仍能适应，选用DL-11/6型电流继电器，其动作电流的整定范围为1.5~6A，故动作电流整定值为4A。
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5）保护的动作时限t2应与t1配合，即：
t2=t1+2Δt=1.0s
选用DS-111型时间继电器，其时间调整范围为0.1~1.3s。 7.3.3 过电流保护
1）过电流保护的动作电流为：
I''act=Krel*Kss*IL.max/Kr
其中：IL.max——最大的负荷电流 Krel——可靠系数，取1.2
Kr——返回系数，取0.85
Kss——考虑电动机自起动使电流增大的自起动系数，取1.5
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