35Kv变电站二次电气部分设计

35Kv变电站二次电气部分 xxxxxxx学院毕业设计(论文) 摘要 摘要 变电站的二次部分包变电站二次部分设计是变电站设计中必不可少的环节， 括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置，为能实现对全站的主设备，输、配电线路的自动监视、测量、控制和微机保护以及调度通信的综合性的自动化二次系统。合理的设计和整定计算对保证变电站安全、稳定、可靠的运行起着非常重要的作用。 本设计是根据平煤八矿35kv变电站改造工程的技术要求，结合其一次部分设计的实际情况，设计出的一套符合要求的保护配置方案。设计的主要内容是对35kv变电所一次部分进行相应的继电保护设计和二次回路初步设计。其中主要包括:主变压器的保护方案设计及整定计算;母线保护的配置与整定计算;断路器、隔离开关的控制及操作回路设计;互感器的配置与接线设计;信号回路设计等。 依据变电站一次部分设计的特点和要求，对其变压器、母线等一次设备的选型和接线方式进行分析，最终采用南瑞继保公司生产的保护设备。如变压器的保护配置选用的型号为RCS-9679变压器保护装置，该保护装置集变压器主保护、后备保护、非电气量保护为一体的综合自动化保护装置，且完全满足35kv电压等级的变电站设计的需要。 关键词:变电站，微机保护，整定计算，二次系统 I xxxxxxxxx院毕业设计(论文) Abstract Abstract The two part of the design of substation substation design is the essential link in substation, two part is included for measuring instrument, signal system, relay protection, automatic device for telecontrol device development to achieve the station 's main equipment and transmission, distribution line automatic monitoring, measurement, automatic control and microcomputer protection and scheduling communication of integrated automation system for two times. Reasonable design and setting calculation of transformer substation to ensure safe, stable, reliable operation plays a very important role. This design according to the coal mine eight 35kV substation project technical requirements, combined with the actual situation of a part design, design a set of compliance with the requirements of the protection configuration scheme. Design of the main elements of the35kV substation is a part of the corresponding design of relay protection and two loop preliminary design. Which mainly include : main transformer protection scheme and setting calculation; bus protection configuration and setting calculation of circuit breaker, isolating switch; the control and operation of circuit design; transformer configuration and wiring design; signal circuit design. On the basis of a substation part of the design requirements and the characteristics of the transformer, bus, etc. once the selection of equipment and wiring mode analysis, eventually adopting NARI-RELAYS is the production of the protective equipment. Such as the transformer protection configuration selection of models for the RCS-9679protection device of transformer, the protective device set transformer main protection, back-up protection, non electricity protection as one of the integrated automatic protection device, and fully meet the35kV voltage transformer substation design needs. Keywords: Substation，Microcomputer，Setting calculation，Secondary System II xxxxxxxxxx院毕业设计(论文) 目录 目录 1 绪 论 ........................................................ 1 1.1 概述 ................................................ 1 1.2 国内外研究现状和发展 .................................... 1 1.3 本设计课题的主要内容 .................................... 2 2 变压器微机保护设计 ........................................... 3 2.1 变电站一次部分设计基本参数 ............................. 3 2.1.1 变电站的主接线形式 ............................... 3 2.1.2 变电站的主变压器 ................................. 3 2.1.3 变电站的短路计算数据 ............................. 3 2.1.4 变电站的主要配电装置 ............................. 4 2.2 变压器故障类型及相应保护 ............................... 4 2.3 主变压器保护配置方案与选型 ............................. 5 2.3.1 变压器保护配置方案 ............................... 5 2.3.2 主变压器保护配置选型 ............................. 5 2.4 变压器主保护 ........................................... 6 2.4.1 基本配置及规格 ................................... 6 2.4.2 变压器差动保护 ................................... 6 2.4.3 装置动作原理说明 ................................. 7 2.4.4 保护总体流程 ..................................... 9 2.5 后备保护配置方案设计 .................................. 10 2.6 非电气量保护配置方案设计 .............................. 10 2.7 变压器比率制动差动保护的整定计算 ...................... 10 3 母线微机保护设计 ............................................ 14 3.1 母线保护配置原则与 ................................ 14 3.2 母线保护配置方案设计与选型 ............................ 14 3.3 母线保护配置及保护原理 ................................ 14 3.3.1 母线差动保护 .................................... 16 3.3.2 断路器失灵保护 .................................. 16 3.4 10kv母线比率差动保护的整定计算 ........................ 17 4 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 ........................ 19 4.1 断路器、隔离开关的配置原则与规范 ...................... 19 4.1.1 断路器控制回路设计原则 .......................... 19 4.1.2 隔离开关控制回路设计原则 ........................ 19 4.2 控制及操作回路设计 .................................... 20 4.2.1 智能操作箱选型 .................................. 20 4.2.2 PCS-222C 智能操作箱功能配置 ..................... 20 4.2.3 各插件简要说明 .................................. 21 4.2.4 指示灯说明 ...................................... 26 5 互感器的接线设计 ............................................ 27 5.1 常规互感器与电子式互感器比较 .......................... 27 III xxxxxxxxxx院毕业设计(论文) 目录 5.2 互感器的选型 .......................................... 28 5.2.1 互感器的选择 .................................... 28 5.2.2 PCS-220系列合并单元介绍 ......................... 29 5.3 互感器配置方案 ........................................ 30 6 信号回路和微机保护组屏方案设计 .............................. 31 6.1 变电站信号回路设计 .................................... 31 6.1.1 IEC61850介绍 .................................... 31 6.1.2 GOOSE介绍 ....................................... 32 6.1.3 变电站GOOSE组网 ................................ 32 6.2 变电站组网方案 ........................................ 33 6.2.1 变压器保护组网方案 .............................. 33 6.2.2 母线保护组网方案 ................................ 34 结论 ........................................................... 36 参考文献 ....................................................... 37 致谢 ........................................................... 39 附录 ........................................................... 40 附图A RCS-9679变压器保护装置逻辑框图 ..................... 40 附图B 35kv变电站微机保护配置图 ........................... 40 IV xxxxxxx学院毕业设计(论文) 绪论 1 绪 论 1.1 概述 变电站是电力系统组成的一个重要环节，它是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。变电站能否安全运行关系到电力系统的稳定和安全。因此对变电站进行监控和保护具有十分重要的意义。 变压器是变电站重要的电气设备，由于变压器本身结构复杂、造价昂贵，一旦因故障而遭到损坏，其检修难度大，检修时间长，将造成巨大的经济损失。近年来，随着电力系统规模的扩大，电压等级的升高，大容量变压器应用日趋增多,对变压器保护有更高的要求。 母线的安全可靠运行也会影响变电站的正常运转。当母线上发生故障时，如果不能迅速切除故障，将会破坏变电站的稳定运行，严重时将造成电力系统的重大事故。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。 保护的合理配置以及整定计算是变电站继电保护设计的一个重要环节，保护的合理设计与选型是保证电网安全稳定运行的基础，而保护定值的正确与否决定着保护装置能否有效发挥作用。无论保护装置采用的原理多么先进，算法多么精确，硬件设计多么严密可靠，如果给定的整定值是错误的，则保护装置就不可能正常工作，所以正确的继电保护整定值是继电保护装置有效发挥作用的一个重要条件。因此掌握相关保护原理和正确的整定计算是确定合理的保护配置方案设计的必要条件。 1.2 国内外研究现状和发展 在变压器保护的配置上，国内外采用的是基于微机成套的综合自动化装置对变压器进行过电流保护、电流速断保护、纵联差动保护、单相接地保护和过负荷保护。例如，许继、南瑞继保、北京四方等公司生产的相关产品。支持变电站需要的保护、测量、监视、控制功能。在35千伏电压等级的变电所应用广泛。 母线保护配置方面，微机型母线保护现在主要向着集中式布置和分散式布置两个方向发展。目前研制成功并投入运行的微机型母线保护装置国内产品主要有:许继WMZ-800型微机保护装置，国电南自WMZ-41A、WMZ-41B型微机母线保护装置，深圳南瑞BP-2A、BP-2B型微机母线保护装置，南瑞继保RCS-915型微机母线保护装置等;国外产品有:国外西门子(Siemens)公司研制的SIPROTEC 7SS60型集中式微机母线保护和7SS52型分布式微机母线北京和断路器失灵保护，通用(GE)电气公司的B30和B90型微机母线差动保护，ABB公司REB500型分布式微机母线 1 xxxxxxx学院毕业设计(论文) 绪论 和断路器失灵保护等。 变电站综合自动化系统在我国应用范围已经相当广泛，其国内主要的公司和产品已有:北京四方公司的CSC 2000系列综合自动化系统，南京南瑞集团公司的BSJ-220 计算机监控系统，南京南瑞继保电气有限公司的 RCS9000系列综合自动 PS 6000系列综合自动化系化系统，上海惠安变电站自动化监控系统，国电南自 统，许昌继电器自动化公司的 CBZ-8000 系列综合自动化系统等。 近年来非常规互感器、IEC61850、网络通信技术和智能断路器技术的发展对变电站综合自动化系统的应用有巨大的突破。这些新技术在常规变电站系统应用技术上突破了“瓶颈”，引领未来变电站综合自动化系统的发展趋势，变电站综合自动化系统所涉及的监控、远动、继电保护、自动安全装置设备的可靠性、实时性、经济性将得以迅速提高。 1.3 本设计课题的主要内容 本设计是对35kv变电所一次部分进行相应的继电保护设计和二次回路初步设计，其主要包括:主变压器保护方案设计及整定计算;母线保护的配置与整定计算;断路器、隔离开关的控制及操作回路设计;互感器的配置与接线设计;信号回路设计等。 2 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 变压器微机保护设计 2 变压器微机保护设计 2.1 变电站一次部分设计基本参数 2.1.1 变电站的主接线形式 35kV变电站的电气主接线:35kV侧为全桥式接线，10kV侧为单母分段接线。 2.1.2 变电站的主变压器 变电站变压器选用2台S11系列变压器，两台互为备用运行方式。 表2.1 变压器参数 损耗(kW) 阻抗电压变压器型号 联结组标号 额定电压(kV) (%) 空载 负载 S11-25000/35 YNd11 8.0 93.5 38.5?2×2.5% 16 2.1.3 变电站的短路计算数据 系统取基准容量SB=100MVA，基准电压:UBH=37KV、UBL=10.5KV;变压器各侧额定数据见表2.2 所示。 表2.2 变压器各侧额定数据 变压器各侧 额定电压kV 额定一次电流kA 额定二次电流kA 高压侧 35 0.714 2.5 低压侧 10 2.5 8.75 变电站系统最大运行方式和最小运行方式下，短路计算数据。见表2.3，表2.4，表2.5所示。 表2.3 变电站系统最大运行方式三相短路计算数据 短路 短路点 短路平均 基准电流 短路电流周期分量 短路电流冲 短路全电流最 类型 位置 电压(kV) (kA) 起始有效值(kA) 击值(kA) 大有效值(kA) 35kV母线 37 1 10.2 26 15.504 10kV母线 10.5 1 17.57 44.81 26.71 3 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 变压器微机保护设计 表2.4 变电站系统最小运行方式三相短路计算数据 短路 短路点 短路平均 基准电流 短路电流周期分量 短路电流冲 短路全电流最 类型 位置 电压(kV) (kA) 起始有效值(kA) 击(kA) 大有效值(kA) 35kV母线 37 1 7.57 19.31 11.51 10kV母线 10.5 1 10.46 26.66 15.90 表2.5 变电站系统最大、最小运行方式两相短路计算数据 两相短路电流kA 35kV侧 10kV侧 最大运行方式 8.832 2.77 最小运行方式 6.56 9.06 2.1.4 变电站的主要配电装置 变电站主要配电装置如表2.6所示。 表2.6 主要配电装置 电压等级 配置形式 装置型号 35KV侧 屋内 KYN61-40.5(Z)型型铠装移开式户内交流金属封闭开关柜 10KV侧 屋内 KYN28-12型铠装移开式户内交流金属封闭开关设备 2.2 变压器故障类型及相应保护 变压器的故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类，油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路，以及铁芯烧毁等;油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。 变压器不正常的运行状态主要有外部相间短路，接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷，油箱漏油引起的油面降低以及过电压、过励磁等。 根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-92对电力变压器常配置以下几种保护: ?瓦斯保护:保护变压器内部短路和油面降低的故障。 ?差动保护、电流速断保护:保护变压器绕组或引出线各相的相间短路、大接地电流系统的接地短路以及绕组匝间短路。 ?过电流保护:保护外部相间短路，并作为瓦斯保护和差动保护(或电流速断保护)的后备保护。 ?零序电流保护:保护大接地电流系统的外部单相接地短路。 ?过负荷保护:保护对称过负荷，仅作用于信号。 4 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 变压器微机保护设计 ?过励磁保护:保护变压器的过励磁不超过允许的范围。 2.3 主变压器保护配置方案与选型 电力变压器是变电站重要的电气设备，它若故障而不能及时处理将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，将导致供电范围大面积的停电，危及煤矿安全生产。为了保证变电站安全稳定运行，对主变压器装设具有灵敏性强、可靠性强和选择性好的微机保护极为重要。 2.3.1 变压器保护配置方案 变压器配置的保护可以分为本体保护和电气保护两类:变压器的本体保护也称为非电量保护，主要包括气体继电器动作、油位异常、油温异常等，这些现象可能是由变压器构造故障造成的，例如变压器漏油;也有可能是电气原因造成但由非电气量反映的，例如匝间短路导致变压器油产生气体进而启动气体继电器。变压器的电气保护依靠采集相关电流量、电压量完成。电气保护主要包括差动保护、电流速断保护、过负荷保护等。电气保护反映变压器间隔的短路故障及接地故障以及变压器外部故障引起的变压器过电流等。 根据DL400--91《继电器保护和安全起动装置技术规程》的规定配置如下: ?主保护 差动速断、比率差动保护:保护动作跳开主变压器各侧断路器。 ?后备保护 1)高、低压侧配置复合电压闭锁过流保护，保护动作延时跳开主变压器各侧断路器。 2)配置零序电压保护，保护动作延时跳开主变压器各侧断路器。 3)各侧均配置过负荷发信、过载闭锁有载调压、过负荷启动风冷等保护。 ?非电量保护 按主变压器厂的要求，装设瓦斯保护、压力释放、过温保护等非电量保护。跳闸型非电量瞬时或延时跳闸，信号型非电量瞬间发信号。 2.3.2 主变压器保护配置选型 根据一次部分变压器的选型为S11-25000/35?2×2.5%/10.5kv。二次部分主变压器保护选型为南瑞继保RCS-9679变压器保护装置，其中包括差动保护、后备保护、以及非电气量保护。满足对主变压器保护的要求。 5 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 变压器微机保护设计 2.4 变压器主保护 2.4.1 基本配置及规格 ?基本配置 RCS,9679是用于66kv或35kv电压等级的变压器保护装置，装置包括差动速断保护，比率差动保护(采用二次谐波制动原理)，高、低侧复压过流保护(各三段)，10 路非电量保护(其中 6路可直接跳闸)，TA 断线判别，TV 断线判别，过负荷发信，过载闭锁有载调压，过负荷起动风冷和零序过电压报警等功能;同时装置还有三路不按相操作断路器的独立的跳合闸操作回路。 ?装置的性能特征 差动速断及比率差动保护性能: 1)差动速断保护实质上为反应差动电流的过电流继电器，用以保证在变压器内部发生严重故障时快速动作跳闸，典型出口动作时间小于15ms。 2)比率差动保护的动作特性是能可靠躲过外部故障时的不平衡电流。 2.4.2 变压器差动保护 变压器差动保护是变压器的主保护之一，差动保护是利用比较变压器各侧电流的差值构成的一种保护，其单线原理图如图2.1所示。 变压器装设有电流互感器TA1和TA2，其二次绕组按环流原则串联，差动继电器KD并接在差回路中。 变压器在正常运行或外部故障时，电流由电源侧I流向负荷侧II，在图2.1(a)所示的接线中，TA1、TA2的二次电流I1、I2会以反方向流过继电器KD的线圈，KD中的电流等于二次电流I1和I2之差，故该回路称为差回路，整个保护装置称为差动保护。若电流互感器TA1和TA2变比选得理想且在忽略励磁电流的情况下，则I1=I2,继电器KD中电流IKD=0，亦即在正常运行或外部短路时，两侧的二次电流大小相等、方向相反，在继电器中电流等于零，因此差动保护不动作。 如果故障发生在TA1和TA2之间的任一部分(如K1点)，且母线I和II均接有电源，则流过TA1和TA2一、二次侧电流方向如图2.1(b)所示，于是I1和I2按同一方向流过继电器KD线圈，即IKD= I1+ I2使KD动作，瞬时跳开QF1和QF2。如果只有母线I有电源，当保护范围内部有故障(如K1点)时，I2=0，故IKD=I1，如图2.1(c)，此时继电器KD仍能可靠动作。 6 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 变压器微机保护设计 QF1QF1QF1TA1TA1TA1TA2TA2TA2QF2QF2QF2 图2.1 变压器差动保护原理接线图 2.4.3 装置动作原理说明 硬件配置及逻辑框图见附图B。动作说明如下: ?保护起动元件,若三相差动电流最大值大于差动电流起动定值或各侧电流的最大值大于相应的过电流定值，起动元件动作。 ?比率差动元件,装置采用三折线比率差动原理，其动作方程如下: II,II,0.5dcdqdre IIKII,,,,(0.5)0.53III,,dcdqdbre1ere IIKIII,,,,,2.53 II,3dcdqdbere1re 其中: 为比率制动系数 Kb1 为差动电流起动定值 Icdqd 为动作电流 Id 为制动电流 Ir 图2.2 比率差动保护动作特性图 ?二次谐波制动,比率差动保护利用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据。其动作方程如下: 式(2.1) IKI,,dxbd2,, 式中I为A、B、C三相差动电流中的二次谐波，I为对应的三相差动电流d2,d, 中的基波，为二次谐波制动系数。保护采用按相闭锁的方式。 Kxb ?差动速断保护，当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器。 7 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 变压器微机保护设计 ?差动保护动作跳闸，差动保护动作跳各侧断路器，装置出口为跳闸出口2，用于跳开变压器各侧断路器。 ?复合电压闭锁过流保护，本装置为变压器高、低压侧各设三段复合电压闭锁过流保护，每段均为一个时限，各段电流及时间定值均可独立整定，分别设置整定控制字控制各段保护的投退。复压动作判据如下: 0,j601) UUeUU,，,,()/22abbczd 2) 式(2.2) UU,,,minlzd 满足上述两个条件之一，则复合电压动作。 ?零序过电压报警 由于变压器低压侧为不接地系统，若发生单相接地故障，则会出现零序过电压。本装置设有零序过电压报警信号，取低压母线 PT(零序电压由自产得到)，动作后报运行异常信号。 ? PT 断线，PT断线判据如下(在起动元件不动作的情况下): 任一线电压小于30伏，而低压侧任一相电流大于0.06In。 1) 2)负序电压大于8伏。 满足上述任一条件后延时 10 秒报母线 PT 断线，发出运行异常告警信号，待电压恢复正常后保护也自动恢复正常。在断线期间，根据整定控制字选择是退出经复合电压闭锁的各段过流保护还是暂时取消复合电压闭锁。 8 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 变压器微机保护设计 2.4.4 保护总体流程 保护正常进行在主程序，进行通信及人机对话等工作，间隔一段时间产生一 次采样中断。采样部分通过AD采样，进行数字滤波及预处理过程，形成保护判别所需的各量。若保护起动元件动作，则进入保护继电器动作测量程序。首先测量比率制动特性的差动继电器是否动作，若动作，则再经涌流判别元件(二次谐波原理)，以区分是故障还是励磁涌流。比率差动继电器动作后若未被涌流判别元件闭锁，则再进入 CT断线瞬时判别程序，以区分内部短路故障和 CT 断线。差动速断继电器的动作测量则相应简单，它实质上是一个差动电流过流继电器，不需经过任何涌流闭锁判别和 CT 断线判别环节。高压侧复压过流保护，电流为(I1+I2)， 。流程图如图2.3所示。 电压取自低压母线PT 图2.3比率差动保护总体流程图 9 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 变压器微机保护设计 2.5 后备保护配置方案设计 变压器后备保护通常作为主保护的后备，如果主保护未能快速将故障切除，可通过后备保护进行切除。变压器短路故障的后备保护主要包括相间短路、接地短路两个部分。相间故障后备保护通常采用过流保护，低电压启动的过电流保护，复合电气启动的过流保护以及负序过电流保护等，也有采用阻抗保护作为后备保护。接地故障后备保护通常采用阶段式零序过流保护，零序过电压保护。 变压器后备保护的配置与变压器的容量、电压等级、运行方式以及所接电源和负载的情况等诸多因素有关。对于普通降压变压器，一般选用过电流保护作为相间短路故障的后备保护。此次设计选用RCS,9679装置的复合电压启动过电流保护作为后备保护。后备保护装设于变压器各侧，动作后跳开各侧断路器。 复合电压启动的过电流保护的复合电压启动部分由负序过电压元件与低电压元件组成。在微机保护中，接入微机保护装置的电压为三个相电压或三个线电压，负序过电压与低电压功能由算法实现。过电流元件的实现通过接入三相电流和保护算法实现，两者相与构成复合电压启动的过电流保护。 2.6 非电气量保护配置方案设计 为了反映变压器温度及油箱内压力升高或冷却系统故障，配置有相关的非电气量保护，动作于信号或跳闸。装置对从变压器本体来的非电量接点(如瓦斯等)重动后发出中央信号、远动信号，并送给CPU作为事件记录，需要延时跳闸的，则由CPU延时后跳闸。其中中央信号磁保持，需直接跳闸的则另外起动本装置的跳闸继电器。 2.7 变压器比率制动差动保护的整定计算 主保护的整定计算: ?初值计算 选用变压器容量为 S25000,KVAN 高压侧:额定电压为 UKV,38.51N 额定电流 ISUA,,,,/325000/1.73238.5374.9111NNN 额定电流二次值 IA,,374.91/804.961n 低压侧:额定电压为 UKV,112N 额定电流为 ISUA,,,,/325000/1.732111312.2022NNN 额定电流二次值 IA,,1312.20/3004.372n TA变比选择:高压侧为400/5，低压侧为1500/5 ?差动保护启动电流的整定 I为差动保护最小动作电流值，应按躲过正常变压器额定负载时的最大不cdqd 10 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 变压器微机保护设计 平衡电流整定，即: IKKUmI,，,，,() cdqdrelere ,，，，1.5(0.100.100.05)I e ,，,0.3754.691.758A KIK1.3~1.5式中:变压器二次额定电流;为可靠系数(一般取);为ererel ,U电流互感器的比误差，取0.10;为变压器调压引起的误差，取调压范围中偏 ,m离额定值的最大值(百分值);为由于电流互感器变比为完全匹配产生的误差，可取0.05。 II,(0.3~0.8)在工程实用整定计算中可选取,并应实测最大负载时差cdqde 回路中的不平衡电流。 注意装置的差动电流起动值的整定计算是以变压器的二次额定电流为基准。若在实际的整定计算中差动起动电流整定值是归算到变压器某一侧的电流有名值，则将这一有名值除以变压器这一侧的变压器二次额定电流，即为保护装置的整定值(标幺值)。 ?区外故障时差动回路中的最大不平衡电流计算 区外短路故障时差动回路中的不平衡电流与通过变压器的故障电流有关，有三部分组成。区外故障时差动回路中的最大不平衡电流 Ik.max ()IKKKUm,，,，,unbccaper.maxnta =(0.5*1.5*0.1+0.1+0.05)10200/80 =0.225*127.5 =28.69A 为电流互感器同型系数，型号相同时取0.5; Kcc 为非周期分量系数，取1.5; Kap 为电流互感器综合误差，取0.1; Ker 为不平衡电流系数，取0.05; ,m 为偏离额定电压最大的调压百分值，取0.1。 ,U ?最小动作电流的整定 最小动作电流应躲过外部短路故障切除时差动回路的不平衡电流， Iop.min I1N负荷电流 ()IKUm,，,，,,unbloaer.nTA =(0.1+0.1+0.05)*374.91/80 =1.17A 则有: IKI,,oprelunbloa.min. 11 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 变压器微机保护设计 =1.3*1.17 =1.52A 式中:为可靠系数，取1.3 Krel ?确定拐点电流 IIA,,,,0.80.82.52resn.min ?确定比率制动斜率K。按躲过区外短路故障时差动回路最大不平衡电流整定。 Ik.max IA,,,10200/80127.5res.maxnTA KrelIunbIop,,.max.min K,IresIres.max.min, 1.328.691.52,, ,127.52, =0.285A 式中:为可靠系数，取1.3 Krel ?内部故障灵敏度校验 在最小运行方式下计算保护区内两相金属性短路故障时折算到基本侧的最小短路电流和相对应的制动电流，根据制动电流的大小在相应制动特性曲线IIk.minres 上求的相应的动作电流。要求灵敏系数。 IK,2.0opsen IKI,,oprelunb.min Ik.min ()IKKKKUm,，,，,unbrelccaper.maxnTA =1.3(0.5*1.5*0.1+0.1+0.05)9060/80 =1.3*0.225*113.25 =33.125A 则灵敏系数为，符合要求。 KII,,,/90.6/33.1252.0senKop.min ?谐波制动比整定 差动回路中二次谐波电流于基波电流的比值整定为0.15,0.2。取0.16。 ?差动电流速断保护整定 差动速断保护可以快速切除内部严重故障， 防止由于电流互感器饱和引起的纵差保护延时动作。差动速断保护定值应躲过变压器初始励磁涌流和外部短路故障时的最大不平衡电流，公式为 IKIA,,,,,52.512.5 opn, IKIA,,,,,1.328.6937.297 oprelunb.max 式中:为可靠系数，取1.3 Krel 12 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 变压器微机保护设计 为励磁涌流整定倍数，变压器容量在6.3,31.5MVA时,=4.5,7，此次KK,, 设计主变容量为25MVA，故取为5。 13 xxxxxx学院毕业设计(论文) 母线微机保护设计 3 母线微机保护设计 3.1 母线保护配置原则与规范 对母线上发生的故障，根据DL400--91《继电器保护和安全起动装置技术规程》的规定，母线应装设以下保护: ?对发电厂和变电所的35,110kV电压的母线，在下列情况下应装设专用的母线保护: 1)110kV双母线。 2)110kV单母线，重要的发电厂或变电所的35,63kV母线，根据系统稳定要求或为保证重要用户最低允许电压要求，需要快速地切除母线上的故障时。 ?对3,10kV分段母线宜采用不完全电流差动保护，保护装置应接入有电源支路的电流。保护装置应由两段组成，第一段可采用无时限或带时限的电流速断，当灵敏系不符合要求时，可采用电流闭锁电压速断;第二段可采用过电流保护。当灵敏系数不符合要求时，可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路。 ?旁路断路器和兼作旁路的母联或分段断路器上，应装设可代替线路保护的保护装置。在专用的母联或母线分段断路器上，可装设相电流或零序电流保护，作母线充电合闸时的保护。 3.2 母线保护配置方案设计与选型 根据 GB50062-92 《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定。对本变电站35kv母线采用全桥接线方式。10kv母线装设专门的母线保护，由变压器过流保护的后备保护进行切除。 本设计采用南瑞继保公司的典型母线保护解决方案对母线进行保护。对35kv电压等级母线保护配置一套RCS-915AB型微机母线保护装置。 3.3 母线保护配置及保护原理 RCS—915AB型微机母线保护装置设有母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵与死区保护、母联非全相保护以及断路器失灵保护等功能。本次设计母线保护选用南瑞RCS—915AB 型微机母线保护装置，适用于各种电压等级的单母线、单母分段、双母线等各种主接线方式，最大接线方式为21个单元(包括母联)，并可满足有母联兼旁路运行方式主接线系统的要求。RCS—915AB通过支持 IEC60044-8点对点光纤通讯的方案实现电子式互感器数据的接入。由于母线保护需要同时接入很多间隔的电子式互感器数据，RCS—915AB 通过支持多块 DSP 插件共同协调工作完成大量数据的接收和处理，RCS—915AB 最多可以接受24 个 14 xxxxxx学院毕业设计(论文) 母线微机保护设计 间隔的数据接收。RCS—915AB通过自动记录数据到达事件以及 IEC60044-8 接口数据延时固定的特点，实现插值同步，同步精度达到微秒级，同步不依赖于外部对时网络和 GPS，具有高可靠性的特点。 ?所有保护功能在一个整机箱内完成,真正做到了总线不出板，弱电不出箱 取消手工扎线，采用背板总线结构，强弱电完全分开 ? ?很好的电磁兼容性 母差保护的工作框图如图3.1所示。 图3.1 母差保护的工作框图 15 xxxxxx学院毕业设计(论文) 母线微机保护设计 3.3.1 母线差动保护 差动回路包括母线大差回路和各段母线 小差回路。母线大差是指除母联开关和分段 开关外所有支路电流所构成的差动回路。 某 段母线的小差是指该段母线上所连接的所有 支路(包括母联和分段开关)电流所构成的 差动回路。母线大差比率差动用于判别母线 区内和区外故障，小差比率差动用于故障母 线的选择。 图3.2 母差保护接线示意图 动作判据为: M 式(3.1) I,I,Jcdzd,1J MM 式(3.2) I,KI,,JJ,1,1JJ K式中:为比率制动系数;为第j个链接元件的电流;为差动电流定IIcdzdj 值。 当动作电流与制动电流对应的工作点位于双折线上方，继电器动作。内部短路时，根据基尔霍夫第一定律，动作电流是内部短路电流，继电器能动作。外部短路时，根据基尔霍夫第一定律，动作电流在理想情况下为零，继电器不动作。 3.3.2 断路器失灵保护 62 lT12 17 ? 5 ? 38 lT21 94 图3.3 断路器失灵保护示意图 16 xxxxxx学院毕业设计(论文) 母线微机保护设计 1)如果变压器内故障3断路器失灵，假如没有断路器失灵保护，2、9线路保护?段或?段跳闸，变压器后备保护动作跳变压器。加长了故障切除时间并造成变电站全停。 2)用断路器失灵保护切除5、8断路器可保留?母继续运行又加快了故障切除时间。 3)断路器失灵保护判据为:有保护对该断路器发跳闸命令，但该断路器依然有电流，满足上两条件达到整定延时时先跳母联接着跳该断路器所在母线。 4)断路器失灵保护接入的量只是其它保护的跳闸接点，判断该断路器是否有电流(如果分相跳闸接点有输入，判断该相有电流;如果三相跳闸接点有输入，判断任一相有电流)、是否有负序或零序电流、该连接元件接在哪条母线及计延时工作和复合电压闭锁都由本装置完成。 5)元件2、3、4、5、7、8、9、10、12、13、14、15、17、18、19、20有跳A、跳B、跳C和三跳的开入端子，适合用于输电线路。如果用于变压器可只用三跳的开入端子，元件1、6、11、16只有三跳的开入端子，因此只能用于变压器。 3.4 10kv母线比率差动保护的整定计算 ?制动系数的选取，主要考虑的是保护的灵敏度满足要求和躲最大不平衡电流。 1)KH:比率制动系数高值, 比率制动系数高值，按一般最小运行方式下(母联处合位)发生母线故障时，大差比率差动元件具有足够的灵敏度整定，整定为0.7。 2)KL:比率制动系数低值，按母联开关断开时，弱电源供电母线发生故障的情况下，大差比率差动元件具有足够的灵敏度整定，整定为0.6。 ?大差启动电流的整定， 1) Idx:TA断线电流定值，按正常运行时流过母线保护的最大不平衡电流整定。 应当尽可能躲过母线外部短路时的最大不平衡电流,即 IKKKIA,,,,,,,,,1.50.115000750 dxKhfzqd1max 式中:为可靠系数, 取1.5。 Kk 为电流互感器的变比误差,一般取0.1。 Klh 为非周期分量系数, 按保护躲非周期分量的能力在1-2之间选取,新型的Kfzq 母线保护一般取1。 为母线外部短路时流过某一连接元件的最大短路电流。 Idmax 2):差动起动电流高值，保证母线最小运行方式故障时有足够灵敏度，并Ihcd 应尽可能躲过母线出线最大负荷电流。 17 xxxxxx学院毕业设计(论文) 母线微机保护设计 IKIA,,,,,1.5700.61050.9hcdKfhmax 3):差动起动电流低值，该段定值为防止母线故障大电源跳开差动起动元ILcd 件返回而设，按切除小电源能满足足够的灵敏度整定，如无大小电源情况整定为 。 0.9Ihcd IIA,,,,0.90.91050.9945.81Lcdhcd 大差电流的灵敏度校验按最小运行方式下的母线短路进行, Ik.min则灵敏系数为， 符合要求。 38.5/9.054.252.0K,,,,senIop ?小差启动电流的整定 小差是故障母线的选择元件, 它用来区分是母线系统的哪一段母线发生了故障, 它的整定原则和大差一样,它的整定对象是单段母线。 IKKKKIA,,,,,,,,,1.50.111745261.8dhfzqd1max Ik.min则灵敏系数为, 符合要求。 42/12.2853.422.0K,,,,senIop ?:母差低电压闭锁,按母线对称故障有足够的灵敏度整定,推荐值为35,Ubs 40V。(注:当“投中性点不接地系统控制字”投入时，此项定值改为母差线低电压闭锁值，推荐值为70V)，本次设计的为中性点不接地系统，整定为70V。 18 xxxxxxx学院毕业设计(论文) 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 4 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 4.1 断路器、隔离开关的配置原则与规范 高压开关经历了多油、少油到SF6和高压真空等阶段，其发展趋势是小型化和智能化，其配套的智能化开关柜均具有对其本体和各机构的智能化监视和控制、基于网络通信的软件联锁等一系列智能化功能。 4.1.1 断路器控制回路设计原则 ?对断路器的控制回路设计，根据DL/T5136-2011 《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定》，应满足以下要求: 1) 应有对控制电源的监视回路; 断路器的控制回路包含两个内容: a.基本控制功能 b.监视功能 2) 应经常监视断路器跳闸、合闸回路的完好性。 应有防止断路器“跳跃”的电气闭锁装置。 3) 4) 跳闸、合闸命令应保持足够长的时间，并且当跳闸或合闸完成后，命令脉冲应能自动解除。 5) 对断路器的合闸、跳闸状态，应有明显的位置信号，故障自动跳闸、自动合闸时，应有明显的动作信号。 6) 断路器的操作动力消失或不足时，应闭锁断路器的动作并发信号。 4.1.2 隔离开关控制回路设计原则 根据DL/T5136-2011 《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定》隔离开关控制回路应满足以下要求: ? 额定电压为110kV及以下的隔离开关和接地刀闸宜就地操作。 ?隔离开关和接地刀闸必须有操作闭锁措施以防电气误操作，闭锁装置应实现“五防”功能。 所谓“五防”为: 1) 防止带负荷拉合隔离开关。即只有当与之串接的断路器处于断开位置时，隔离开关才能进行操作。 2) 防止带电挂接地线或防止带电合接地刀闸。 3) 防止带地线合闸或防止在接地隔离开关未拉开时合断路器送电。 4) 防止误分、合断路器。如手车式高压开关柜的水车未进入工作位置或试验 19 xxxxxxx学院毕业设计(论文) 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 位置断路器不得合闸。 5) 防止误入带电设备间隔。即断路器、隔离开关未断开，则该高压开关柜的门打不开。 4.2 控制及操作回路设计 4.2.1 智能操作箱选型 PCS-222C 智能操作箱是用于 110kV 及以下电压等级数字化变电站一次开关设备操作的智能终端。它支持实时 GOOSE 通信，通过与保护和测控等装置相配合能够实现对断路器、刀闸的分合操作，同时能够就地采集断路器、刀闸等一次设备的开关量信号。所以操作回路设计选用南瑞PCS-222C 智能保护测控装置。 就地操作 图4.1 保护测控装置智能控制示意图 4.2.2 PCS-222C 智能操作箱功能配置 装置能够把保护和测控装置通过 GOOSE 网下发的分、合闸命令转换成硬接点，通过自带的操作回路插件可实现断路器的操作，同时能够就地采集断路器、刀闸等一次设备的开关量信息并通过 GOOSE 网络上送给保护和测控装置。 装置的主要功能如下: ?断路器跳合闸 装置具有一组 TJQ跳闸出口、TJR跳闸出口以及重合闸出口，其中TJQ是不闭锁重合闸的跳闸出口，TJR是闭锁重合闸的跳闸出口。装置接收保护发来的各种 GOOSE 命令，包括 TJQ 跳闸、TJR 跳闸和重合闸命令，然后驱动相应的出口继电器动作，把GOOSE 命令转换成硬接点输出。PCS-222C 带有一块操作回路插件，具有跳、合闸自保持回路，能够直接动作于断路器。 ?遥控输出 装置具有 33 路开出，除了断路器跳、合闸出口外，还具有4把隔刀、3把地刀的遥控分、合及闭锁控制共 21 付出口接点，另外还有 4付冗余出口。装置接收测控发来的各种 GOOSE 命令，包括断路器分合闸、隔刀和地刀的分合闸及闭锁 20 xxxxxxx学院毕业设计(论文) 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 控制命令，然后驱动相应的出口继电器动作，把 GOOSE 命令转换成硬接点输出。 ?遥信输入 装置具有36 路开入，能够就地采集断路器位置、刀闸位置、断路器和主变本体信号等开关量，并通过 GOOSE 网上送给相应的保护和测控装置。遥信输入为 110V/220V，无源接点输入，经光耦隔离。 ?通信接口 2个独立的光纤GOOSE接口，支持基于新一代变电站通讯标准IEC61850的实时 GOOSE通信，SC型接头。 PCS-222C 智能操作箱采用 4U标准机箱，主要由GOOSE插件、智能开入插 件、智能开出插件、操作回路插件和电源插件组成。其中，GOOSE 插件采用高性能 DSP 芯片，负责实时 GOOSE 通信和装置运行管理;智能开出插件能根据保护和测控装置通过 GOOSE 网送来的分、合闸命令驱动相应的出口继电器动作，并且出口继电器经GOOSE插件的DSP启动控制，保证其动作的可靠性;智能开出插件的跳、合闸出口接点连接至操作回路插件，由操作回路插件完成跳、合闸电流自保持功能，从而动作于断路器;智能开入插件能够采集断路器、刀闸等一次设备的开关量信息，然后通过 GOOSE 插件发送给保护和测控装置。 4.2.3 各插件简要说明 ?电源插件(NR1301) 图4.2 电源插件接线端子图 21 xxxxxxx学院毕业设计(论文) 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 电源插件面板布置如图4.2所示。 001-003 端子为装置输出的闭锁和报警空接点，001 端子为公共端，闭锁为常闭接点，报警为常开接点。004-006 端子为另外一组闭锁和报警空接点。007、008 端子为 24V 电源输出端子。 010、011 端子为电源输入端子，其中 010 为 DC+，011 为 DC-。输入电源的额定电压为 220V 和 110V 自适应，其它电压等级需要特别订货，投运时请检查所提供电源插件的额定输入电压是否与控制电源电压相同。电源插件提供 012 端子和接地柱用于装置接地。应将 012端子接至接地柱然后通过专用接地线接至屏柜的接地铜排。良好接地是装置抗电磁干扰最重要的措施，因此装置投入使用前一定要确保装置良好接地。 ?GOOSE插件 GOOSE 插件负责实时 GOOSE 通信和装置运行管理。插件最上方的6个LED 指示灯用于显示 GOOSE 通信状态。指示灯下方是两组光纤 GOOSE 网络接口，“TX”是发送端，“RX”是接收端，均采用 SC型接头。GOOSE 网口下方有一个开口，开口内侧有一个温湿度传感器，能够测量环境温度和湿度。最下方是一个光纤 IRIG-B 对时接口，采用常有光工作方式，ST 型接头。如图4.3所示。 图4.3 GOOSE插件图 22 xxxxxxx学院毕业设计(论文) 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 ?智能开入插件1(NR1504) 装置共有三块NR1504 智能开入插件，每个插件可同时监测 19 路开入，并将开入信息通过内部总线传给其它插件。该插件的所有开入的工作电压均为110V/220V，由于采用了 A/D 采样的方式来检测开入电压，因此当开入电压小于 时，开入保证为 0，当开入电压,额定工作电压的 70%时，开额定工作电压的60% 入保证为1。NR1504 插件还能够给每个开入变位信号打上准确的时标，记录下变位的时刻，误差?1ms，该时标可以随变位信号一起通过 GOOSE送给测控装置。智能开入插件 1，其端子定义如图4.4。光耦电源为装置电源，用作正常运行开关量的供电电源，其正端接外部无源开入接点的一端，同时电源正需直接接入本板 401 端子以便让装置监视其是否正常，电源负应与 422端子直接相连。 401 端子定义为光耦电源监视开入，状态为“1”，表示装置光耦电源正常，状态为“0”，表示装置光耦电源异常。 402 端子是投检修输入，一般在屏上装设“投检修态”压板，在装置检修时，将该压板投上，在此期间进行试验的动作报告带有检修标志;运行时应将该压板退出。智能操作箱的检修开入同时具有一个很重要的作用，在检修时可以根据需要禁止或允许出口动作:1)正常运行时，保护和智能操作箱的检修压板都不投，双方的检修状态相同，此时智能操作箱的出口是允许的;2)当单独检修保护或智能操作箱时，双方的检修状态是不同的，此时智能操作箱的出口是禁止的，以免导致一次设备误动;3)当保护和智能操作箱一起做传动试验时，双方的检修压板均投入，此时双方的检修状态相同，智能操作箱的出口也是允许的。总之，只有在保护和智能操作箱的检修状态相同时，智能操作箱的出口才允许动作。 403 端子是信号复归输入，用于复归装置面板的跳、合闸 LED 指示灯，一般在屏上装设信号复归按钮。 404 端子是 KKJ 输入，取自于操作回路插件输出的合后 KK 位置信号，送给保护装置。 405和406端子是跳位和合位监视输入，分别取自于操作回路插件输出的TWJ和 HWJ 信号，送给保护装置。 409 和 410 端子是跳闸压力低和合闸压力低输入，分别取自于操作回路插件 输出的 TYJ 和 HYJ 信号，送给保护装置。 411 和 412 端子是取自断路器辅助触点的分位和合位监视输入，送给测控装 置作事件记录。 413,414 端子分别是取自一母隔离刀闸辅助触点的分位和合位监视输入，送给母线保护和测控装置。 416,417 端子分别是取自二母隔离刀闸辅助触点的分位和合位监视输入，送 23 xxxxxxx学院毕业设计(论文) 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 给母线保护和测控装置。 418,419 端子分别是取自第3 把隔离刀闸辅助触点的分位和合位监视输入，送给母线保护和测控装置。 420,421 端子分别是取自第4 把隔离刀闸辅助触点的分位和合位监视输入，送给母线保护和测控装置。 图4.4 智能开入插件 1 背板端子及外部接线图 ?智能开出插件(NR1521) 智能开出插件 1,3，提供 33 路无源空接点开出。装置根据保护和测控装置送来的 GOOSE 命令驱动相应的出口继电器动作，输出信号包括: 端子 701-702、703-704 是不闭锁重合闸的保护三跳:TJQ1、TJQ2; 端子 705-706、707-708 是闭锁重合闸但启动失灵的保护三跳:TJR1、TJR2; 端子 709-710、711-712 是保护重合闸:重合闸 1、重合闸 2; 以上每种类型的断路器跳、合闸出口均给出了完全相同的两付接点，它们在 装置内部是由同一个信号驱动的，其中一付接点用于连接至操作回路插件以 24 xxxxxxx学院毕业设计(论文) 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 驱动相应的跳、合闸回路，另一付接点可引至本装置的开入端，用作返校接点，即把它当作开入量采集，并通过 GOOSE 上送给测控装置和后台，以便运行人员检查智能操作箱的出口是否正确动作。余下的端子均为遥控输出接点，包括断路器的遥控分、合闸，以及4把隔离刀闸、3把接地刀闸的遥控分、合和闭锁出口接点，另外还有4付冗余出口。 ?操作回路插件(NR1531) 断路器操作回路插件，具有跳合闸电流自保持功能，跳合位监视功能，跳合闸压力闭锁功能，以及防跳功能。 NR1531插件原理及输出接点如图4.5所示: 图4.4 NR1531 插件原理及接点输出图 25 xxxxxxx学院毕业设计(论文) 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 装置开入部分直接由操作回路引入合后位置KK、 跳合闸位置、 合闸压力 HYJ和跳闸压力TYJ。图中KKJ 为磁保持继电器，合闸时该继电器动作并磁保持，仅手跳该继电器才复归，保护动作或开关偷跳该继电器不复归，因此其输出接点为合后 KK位置接点。用本装置的操作回路，就不需要从KK把手取合后 KK位置。 断路器操作回路中跳合闸直流也适应了无控制屏的无人值守变电站的要求。 电流保持回路，可根据现场断路器跳合闸电流大小选择相应的并联电阻(R1’，R2’，跳合电流小于等于 4A时可不并)。 4.2.4 指示灯说明 “运行”灯为绿色，装置正常运行时点亮。 “报警”灯为黄色，当发生装置自检异常时点亮。 A 网异常”、“B 网异常”灯为黄色，这两个灯有两种状态显示: “ ?常亮——GOOSE 网断链或发生网络风暴 1)当 GOOSE A 网的任一链接断链或发生网络风暴时 “A 网异常” 灯常亮。 当 GOOSE B 网的任一链接断链或发生网络风暴时“B 网异常”灯常亮。由2) 于 GOOSE 断链需要一定的时间进行确认，所以在装置刚上电后要过几秒钟才会有显示。 ?一起闪烁——检修状态 1)在 GOOSE 配置正确，并且 A 网和 B 网链路均正常的情况下，如果投装置的“检修”压板，则“A 网异常”和 “B 网异常”灯会一起闪烁。此后如果 A 网或 B 网链路异常，则异常网络的指示灯变为常亮，而正常网络的指示灯继续闪烁。 2)“配置错误”灯为黄色，当通信双方的 GOOSE配置内容不一致时点亮。 “保护跳闸”、“重合闸”灯为红色，当装置收到保护跳、合闸命令而动作时点亮并保持，在“信号复归”后熄灭。 3)“遥控分闸”、“遥控合闸”灯为红色，当装置收到测控分、合闸命令而动作时点亮。 4)“断路器跳位”灯为绿色，“断路器合位”灯为红色，指示当前断路器位置。 ?“隔刀1合位”、“隔刀2合位”、“隔刀3合位”、“隔刀4合位”、“地刀 1 合位”、“地刀 2 合位”、“地刀 3 合位” 灯为红色，指示当前 4 把隔刀、3 把地刀的位置。 26 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 互感器的接线设计 5 互感器的接线设计 5.1 常规互感器与电子式互感器比较 随着计算机和数字技术的发展，数字式控制和保护装置已经广泛用于电力系统，电力计量与继电保护已日渐实现自动化和微机化，数字输入仅需要?5V电压和mV级功率。电磁式电流互感器的5A或1A输出必需经过相应的隔离变换才能与数字保护和测控设备接口，而非常规互感器本身就是利用光电技术的数字化设备，可直接与数字化保护和测控设备接口，避免中间环节。与传统电磁感应式互感器相比，非常规互感器具有以下优点: 1)高低压完全隔离，绝缘简单，安全性高;没有因漏油而潜在的易燃、易爆等危险。 2)不存在磁饱和、铁磁谐振等问题。 3)频率响应宽，动态范围大，精度高，可同时满足测量和继电保护的需要。 4)体积小，重量轻，节约占地面积;无污染，无噪声，具有优越的环保性能。 不存在TA二次输出开路及TV二次输出短路的危害。 5) 6)数字信号分享更为容易，带负载能力强。 7)成本与电压等级的关系不大。因此电压等级越高，经济性越明显。 8)方便地实现电压电流组合式。 9)适应电力系统数字化、智能化和网络化的需要。 综上所述，非常规互感器具有明显的经济效益和社会效益，对电力系统安全可靠运行以及电网数字化、自动化具有深远意义。 电子式互感器，其原理是利用低功率铁心线圈(LPCT)传感测量级电流，利用空芯线圈传感保护级电流，利用电容/电感分压器传感被测电压。互感器由低功率铁心线圈、空芯线圈、电容/电感分压器和数字变换器等部分组成，通过采集器转换成数字信号经光缆传输，互感器的输出为数字光信号。 在非常规互感器和二次设备之间接口问题上，国际IEC标准定义了接口标准即合并单元(MU)器主要功能是同步采样多路的电子式互感器(ECT/EVT)输出的数字信号并按照标准规定的格式发送给保护测控单元。 合并单元是联系电子式互感器和网络化二次设备之间的设备，用于对来自传感模块的各相电流电压信号进行时间相关性(同步)组合，并转发给二次设备。合并单元应完成各相电流电压的采样同步控制。传感模块(ECT/EVT)到合并单元之间为光纤联系，合并单元到各二次设备之间可采用光纤点对点串行通信。与互感器相配套的合并单元同步处理电流电压采样的数字信号，输入输出路数可根据不 27 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 互感器的接线设计 同的应用情况灵活配置。合并单元应考虑模拟量输入输出模块，如主变套管TA，中性线TA，间隙TA，主变低压侧TA等需要模拟量接入合并单元后转换成数字信号。 如图5.1所示。 图5.1 合并单元输入输出 5.2 互感器的选型 5.2.1 互感器的选择 本变电站互感器选型时为了和南瑞继保公司保护测控装置的一体化采用PCS-9250系列电子式互感器。 对35kV和10kV侧开关柜用互感器的配置采用PCS-9250-LAC-35DL-2400系列低压电子式电流互感器，和PCS-9250-LAC-12C2B型号母线电子式电压互感器(手车式开关柜用)。准确级选择: 电流互感器的准确级选择0.2S和5P。电压互感器的准确级选择0.2S和5P。 电流互感器的接线，电流互感器的绕组接线均采用完全星型的接线方式。 28 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 互感器的接线设计 5.2.2 PCS-220系列合并单元介绍 PCS-221A合并单元装置适用于变电站电子式互感器的线路间隔和主变间隔的数据合并单元。合并发送1个间隔内ABC三相测量和保护电流、三相电压和一相母线电压的数据，作为主变间隔合并单元时，还可以选择发送外接零序和间隙零序电流。数据发送通过光纤点对点串行数据接口标准。 PCS-221A装置设计灵活通用，能够支持多种电子式互感器接口，包括电子式互感器、光供电电子式互感器;输出通道数可以根据需要灵活增加。并能适应110kV及以下等级变电站各种电子式互感器配置的需要。 一台合并单元完成一个间隔的全部模拟量的采集，同时接收母线合并单元PCS-221B的数据通过光纤上送。一个间隔的所有模拟量采集可以通过合并单元灵活扩展给多个保护、测控等装置提供数据。通过两台合并单元则可以实现一个双重化的模拟量采集系统。根据电压等级，一个远端模块能输出不同数目的模拟量。在110kV及以下电压等级中，由于一次部分三相共箱，则一个远端模块NR1454B同时与三路低功率铁心线圈和三路电容分压环连接，则一个线路间隔的三相模拟量通过一个远端模块的一根光纤输出给合并单元PCS-221A。在由光纤上传到保护和测控装置。 PCS-220IA 适用于变电站35kV(或10kV)出线、变压器和母线分段等间隔的数据采样。装置将交流采样获得的保护及测量数据转化为数字光纤信号，可分别通过光纤输出到保护测控合一装置、母差保护、计量和主变保护等设备。 合并单元PCS-220IA可完成35kV(或10kV)一个间隔的保护、测量电流和电压的采集与传输功能，所采集的电流、电压信号转化为数字光纤信号后通过光纤通道发送。合并单元配有一路光纤接收通道，接收来自母线合并单元的电压数字信号，其连接如图5.2所示。 A B C 图5.2 PCS-220IA合并单元、保护测控装置连接图 PCS-221M 合并单元最多可完成 1-3 条母线上的母线电压采集。母线电压模 29 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 互感器的接线设计 拟量采集可以通过合并单元灵活扩展给多个保护测控装置和接地变合并单元等提供数据。PCS-221M间通过互联即可实现母线并列功能，完成一条母线的发送。 图5.3所示为接线图。 AAA BBB CCC 图5.3 PCS-220IM合并单元、保护测控装置连接图 5.3 互感器配置方案 本变电站为保证一套系统出问题不会导致保护误动，也不会导致保护拒动，电子式互感器的远端模块和合并单元采用冗余配置。远端模块中电流采用冗余采样，合并单元冗余配置并分别连接冗余的电子式互感器远端模块，合并单元可以安装在开关附近或保护小室。 电流互感器、电压互感器与合并单元配置形式如图5.4所示。 注:LPCT内集成了 保护和计量线圈 图5.4 电流互感器、电压互感器与合并单元配置图 30 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 信号回路和微机保护组屏方案设计 6 信号回路和微机保护组屏方案设计 在发电厂和变电站中，为了随时掌握电气设备和电气系统的运行情况，需用信号及时显示当前的运行情况。当发生事故及出线异常运行情况时，应发出各种灯光及音响信号，提醒运行人员注意，并根据信号能使运行人员迅速判明故障的性质、范围和地点，以便做出正确的处理。 传统变电站的二次系统中，各设备功能的配置和彼此之间的相关性很少，相互之间协调困难，值班人员干预比较多，很难适应现代化电网的控制要求。 具有功能综合化、系统结构微机化、测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理职能化的变电站综合自动化系统代替了传统变电站的二次系统。 变电站综合自动化的出现为变电站的小型化、职能化、扩大设备的监控范围、提高变电站安全可靠、优质和经济运行提供了现代化的手段和基础保证。他的运用取代了运行工作中的各种人工作业，提高了运行管理水平。使“无人值守”变电站成为现实。 变电站综合自动化系统按其功能可以分为控制与监控功能、自动控制功能、测量表计功能、继电保护功能、接口功能、系统功能等。 微机保护系统功能主要是对重要设备的保护。 监控子系统功能则取代了常规变电站的常规测量系统(测量表计)，常规操作机构和模拟盘，常规告警、报警、中央信号、光字牌，常规远动装置等。其功能主要有:数据采集，数据库的建立与维护，顺序事件记录及事故追忆，事故记录、录波和测距，操控，安全监视，人机联系，打印，数据处理与记录，画面生成，电能量处理，远动，运行管理等功能。 变电站的信号回路主要由相应的通信完成变电站综合自动化系统各个功能。 完整的变电站二次部分还有，电网安全稳定控制系统、电网调度自动化系统、变电站自动化监控系统、直流系统、所用电系统等等。 6.1 变电站信号回路设计 考虑到全站的自动化、数字化，采用和保护功能同一公司的产品设备。并设计通信网络。 6.1.1 IEC61850介绍 IEC61850标准:通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接，实现完全互操作。 IEC61850是国际电工委员会(IEC)TC57工作组制定的《变电站通信网络和系 31 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 信号回路和微机保护组屏方案设计 统》系列标准，是基于网络 通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。 IEC61850规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言，使不同智能电气设备间的信息共享和互操作成为可能。 不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了电子电流式互感器、 互感器、智能化开关等一次设备的模型和通信接口。 电子电压式 IEC61850不仅仅是一个单纯的通信规约，而且是数字化变电站自动化系统的标准，指导了变电站自动 化的设计、开发、工程、维护等各个领域。 6.1.2 GOOSE介绍 GOOSE(面向通用对象的变电站事件)是IEC61850的特色之一，提供了网络通讯条件下快速信息传输和交换的手段。GOOSE替代了传统的智能电子设备(IED)之间硬接线的通信方式，为逻辑节点间的通信提供了快速且高效可靠的。消除了主—从方式和非网络化的串行连接方案存在的缺陷，实现网络化连接的同时也降低了设备的维护成本。GOOSE消息包含数据有效性检查和消息的丢失、检查和重发机制，以保证接收IED能够收到消息并执行预期的操作;另外GOOSE可实现网络在线检测，当网络有异常时迅速给出告警，大大提高了可靠性。 6.1.3 变电站GOOSE组网 IEC61850将数字化变电站分为过程层、间隔层和站控层，各层内部及各层之间采用高速网络通信。整个系统的通讯网络可以分为:站控层和间隔层之间的间隔层通讯网、以及间隔层和过程层之间的过程层通讯网。 站控层通信全面采用IEC61850标准，监控后台、远动通信管理机和保护信息子站均可直接接入IEC61850装置。同时提供了完备的IEC61850工程工具，用以实现不同厂家的工程工具之间进行数据信息交互。 间隔层通讯网采用星型网络架构，在该网络上同时实现跨间隔的横向联锁功能。网络采用IEC61850国际标准进行通信。考虑到传输距离和抗干扰要求，各继电小室与主控室之间应采用光纤，而在各小室内部设备之间的通讯则可采用屏蔽双绞线。 过程层通过智能测控装置实现对一次和二次设备的智能化控制，将二次保护测控和智能控制功能有机整合后下放至本体旁，对上按IEC61850规范接入站控层设备，对下与开关机构之间通过电缆连接接插端子，可以大大减少了控制电缆，优化了二次回路，简化了设计，实现智能开关功能。同时体现了数字化变电站的可靠性和先进性。 对于提供标准RS-232/485通信接口的系统或智能装置，可通过变电站自动化系统配套的规约转换器，在此采用RCS-9794A/B转换装置，该装置对下支持多种标 32 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 信号回路和微机保护组屏方案设计 准通信规约和通信接口，对上支持RCS-9700网络103规约以及IEC61850 通信规范等，转换后接入系统。规约转换器示意图如图6.1所示。 图6.1 规约转换器功能示意图 6.2 变电站组网方案 变电站GOOSE组网初步方案，采用GOOSE冗余双网方案，如图6.2所示。 图6.2 变电站GOOSE组网初步方案 6.2.1 变压器保护组网方案 1) 变压器电量保护采用双重化配置主后备保护一体化;变压器各侧合并单元(MU)按双套配置，中性点电流、间隙电流并入相应侧合并单元(MU)。 33 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 信号回路和微机保护组屏方案设计 2) 变压器保护直接采样，直接跳各侧断路器;变压器保护跳母联、分段断路器及闭锁备自投、启动失灵等采用GOOSE网络传输。变压器保护通过GOOSE网络接收失灵保护跳闸命令，并实现失灵跳变压器各侧断路器。 3) 变压器非电量保护采用就地直接电缆跳闸，信息上送到过程层GOOSE网。 .3所示。 组网方案图6 图6.3 变压器保护组网方案 6.2.2 母线保护组网方案 母线保护单套配置，母线保护直接采样、直接跳闸，跨间隔开关量信息交换通过过程层GOOSE网络传输。 34 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 信号回路和微机保护组屏方案设计 组网方案图如6.4所示: GOOSE网络 母线保护单元 母电线智流电能合压终并合端单并元单元 图6.4 母线保护组网方案 35 xxxxxxx学院毕业设计(论文) 结论 结论 微机保护是变电站保护系统的重要组成部分，合理的保护方案设计和整定计算对充分发挥微机保护的性能，提高电力系统的安全稳定运行水平具有非常重要的作用。本论文根据所设计变电站工程项目的应用要求，在对微机保护装置的原理和构成特点进行深入研究和分析的基础上，进行了变电站设备保护系统的方案设计和保护装置选型，完成了相关的整定计算工作。 本次设计工作的主要内容和取得的成果包括:?系统而全面的分析了进行微机保护整定计算所需掌握的保护原理及配置原则，并根据设计变电站主接线的特点，提出了一套适用于该变电站的保护配置方案。然后，根据微机保护的特点，完成了保护的装置选型。?对变压器保护、母线保护的基本原理进行了系统研究，提出了微机保护的整定计算原则和方法。根据所提出的设备保护设计方案和整定计算方法，完成了变压器保护、母线保护等的整定计算。 36 xxxxxxxx学院毕业设计(论文) 参考文献 参考文献 [1]杨奇逊.微机型继电保护基础[M].北京:中国电力出版社,2010 [2]陈化钢.电气设备及其运行[M].安徽:合肥工业大学出版社,2004 [3]王京伟.供电所电工图表手册[S].北京:中国水利水电出版社,2005 卓乐友.电力工程电气设计200例[M].北京:中国电力出版社,2005 [4] [5]方大千.实用继电保护技术[M].北京:人民邮电出版社,2003 [6]王远璋.变电站综合自动化现场技术与运行维护[M].北京:中国电力出版社,2004 [7]高 亮.电力系统微机继电保护[M]. 北京:中国电力出版社,2007 [8]张保会.电力系统继电保护[M]. 北京:中国电力出版社,2009 南瑞继保电气有限公司.RCS-9000系列A型保护测控装置技术和使用说明[9] 书[文献类型].2005 [10]南瑞继保电气有限公司.RCS-915AB型微机母线保护装置技术和使用说明 书[文献类型].2005 [11]南瑞继保电气有限公司.PCS-222C 智能操作箱技术和使用说明书[文献类型].2005 [12]南瑞继保电气有限公司. 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