某10KV变电所的继电保护毕业设计.doc

Southwest university of science and technology 本科毕业设计（论文）某10KV变电所的继电保护设计学院名称信息工程学院专业名称电气工程及其自动化学生姓名学号指导教师毕效辉 教授二一三年六月 某10KV变电所的继电保护设计摘要：10KV变电所是将10KV配电电压降为380V的终端变电所，主要为企业和工厂等用户直接供电。本设计是主要针对10KV变电所的继电保护所做的设计，可靠的继电保护系统是变电所安全运行和稳定供电不可或缺的部分，主要用于一次系统的监控、测量和保护。继电保护系统由各种电量与非电量的继电保护仪器相互配合而成。通过提供的原始设计资料进行详细的整定计算确定保护方式、类型和继电保护仪器的整定值，并选择合适的继电器使变电所在故障状态下继电保护系统能可靠、快速、有选择性地切除故障元件或是发出故障信号，从而达到保护仪器和确保电力系统稳定性的目的。并在设计中绘制详细的保护接线原理图和系统展开图。 关键词： 继电保护； 整定计算； 设备选型； 图纸绘制；The Relay Protection Design of 10KV Substation Abstract：10 kv substation is a distribution voltage form 10kv to 380 v terminal substation, mainly for enterprises and factories and other user power supply directly. This design is mainly for the 10 kv substation relay protection design, reliable relay protection system is an integral part of the substation safe operation and stable power supply, mainly used in a system of monitoring, measurement and protection. By all sorts of power relay protection system and non-electricity protection equipment to cooperate with each other. Through the provision of original design data of the detailed way of setting calculation to determine the protection, type, and relay protection setting value of instruments, and select the ppropriate relay can make the substation fault in the state of relay protection system is reliable, fast and selective removal of fault component or a fault signals, so as to protect equipment and ensure the stability of power system. And draw the design details of the protection wiring principle diagram and system expansion plan.Key words: protective relaying, setting calculation, equipment selection, rendering drawings目 录第1章 绪论1 1.1 设计概述1 1.2 选题意义与目的2 1.3 国内外研究现状及生产需求状况2第2章 继电保护的设计思路及意义4 2.1 继电保护的基本原理4 2.2 继电保护装置的基本要求5 2.3 继电保护装置常用器件介绍5 第3章 10KV变电所的一次系统分析及短路电流计算7 3.1 10KV变电所一次系统的构成和特点7 3.2 10KV变电所继电保护方式和保护类型8 3.2.1 电源进线应配置的继电保护8 3.2.2 电力变压器应配置的继电保护8 3.2.3 变电所母线联络装置应配置的继电保护83.3 10KV变电所的短路电流计算93.3.1 10KV变电所短路计算的概念和意义9 3.3.2 10KV变电所标幺值法短路电流的计算9 第4章 10KV变电所进出线继电保护设计13 4.1 带时限过电流保护设计13 4.2 速断保护设计14 4.3 欠电压保护设计16 4.4 电流测量和电机储能回路设计17 4.5 防跳闸、合闸信号及事故分闸信号设计18 第5章 10KV变电所变压器继电保护设计19 5.1 S9_630/10变压器基本参数介绍19 5.2 变压器的故障类型和不正常工作状态19 5.3 S9_630/10变压器的继电保护配置205.3.1 带时限的过电流保护20 5.3.2 变压器的电流速断保护235.3.3 低压侧单相接地保护245.3.4 变压器低压侧零序电流保护25 5.3.5 过负荷保护265.3.6 瓦斯保护27 5.4 电机储能操作机构29 5.5 断路器合闸、分闸信号29 5.6 变压器故障及事故分闸信号30 5.7 事故信号回路及光子牌显示30 第6章 10KV变电所母线联络断路器继电保护设计31 6.1 测量回路设计316.2 过电流及掉闸回路31 6.3 电流速断保护设计32 第7章 10KV变电所信号系统设计34 7.1 中央信号回路的类型和设计要求34 7.2 中央事故信号回路34 7.2.1 中央事故信号回路的构成34 7.2.2 ZC-23型冲击继电器构成的中央事故信号回路34 7.3 中央预告信号回路367.3.1 中央预告信号回路的构成367.3.2 BC-4Y型冲击继电器构成的中央预告信号回路36第8章 10KV变电所二次回路的操作电源38 8.1 对操作电源的基本要求38 8.2 操作电源的选取38 结论40致谢41参考文献42附录1 某10KV变电所的进线继电保护原理图44附录2 某10KV变电所的变压器继电保护原理图45附录3 某10KV变电所联络断路器的继电保护原理图46附录4 某10KV变电所预报故障信号回路原理图47第1章 绪论1.1 设计概述 变电所的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因会发生如短路、断线等故障。最常见同时也是最危险的故障就是发生各种类型的短路。在发生短路时很有可能发生以下后果。1. 流过短路点的短路电流和燃起的电弧使故障元件毁坏。2. 短路电流流过非故障元件，由于产生大量的热使元件损坏或缩短其使用寿命。3. 使电力系统中部分地区的电压降低，使大量的用户遭到损失或是设备坏。4. 破坏电力系统中各个发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使系统崩溃。变电所故障主要是短路故障，包括三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。不同类型短路的发生概率也是不同的，通过实际记录数据可知单相接地短路发生概率最大，约为91.23%。不同类型短路的短路电流大小也不一样，一般为额定电流的几倍到几十倍。 随着自动化技术的发展，为了在故障后迅速恢复变电所的正常运行，尽快消除运行中的异常情况，以防止大面积的停电和保证对用户的连续供电，继电保护的作用就显得尤为重要。继电保护指的是继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的设计原理、配置、整定、调试等技术，也包括由互感器获取电压、电流信息和故障状态下保护装置作用于跳闸或是信号的一整套设备。继电保护的基本任务如下。1. 快速、自动、有选择地将故障元件或故障部分从系统中分离出来，保护故障设备不遭受更大的破坏，保证其他正常工作的部分正常工作。2. 在电气设备不正常工作状态时，根据维护的具体条件，发出故障信号或是直接跳闸。由于各种保护之间的相互配合和保证故障损失最小化，往往不要求迅速动作，而是根据危害程度进行一定的延时处理，以免短暂的冲击波造成继电器的误动作。针对10KV变电所的继电保护设计，该继电保护系统可以分为以下几个大的部分来处理：1. 变电所10KV进线的继电保护设计；2. 变电所降压变压器的继电保护设计；3. 变电所母线断路器的继电保护设计；1.2 选题意义与目的 10KV变电所是直接面对用户的终端变电所，在实际应用当中最为广泛。继电保护系统作为变电所的重要组成部分，它的作用不次于一次系统。因此继电保护系统的设计要尽量周全，整定准确，这样才能保证变电所的正常供电和设备的安全。作为电气专业的大学毕业生，电力系统的继电保护是我在大学期间必修的一门功课。是专业的象征性课程。在即将毕业的时候，选做继电保护设计的毕业课题有重大意义，它不仅让我将在大学中所有的专业知识作了一次完整的梳理，巩固了书本知识，还迫使我查阅很多相关资料，进一步了解继电保护。10KV变电所的继电保护设计，它是一个综合的课题，让我在走出学校工作之前接触到真正地工程设计，这是对我很大的锻炼和提高。1.3 国内外研究现状及生产需求状况 继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，电力系统在运行过程当中，不可避免会发生各种故障，短路则是最常见的故障。在发生短路故障时短路电流会增大，为了避免电气设备的损坏，最早采用了熔断器串接于电路当中，短路发生时，短路电流熔断熔断器断开要保护的设备。这种方式由于简单而大量采用。而在现代社会，电力系统的日趋复杂化，这种简单的设备已经不能满足要求了，于是就出现了现在的继电器保护装置，并迅速运用于保护技术当中。与此同时，材料和制造等有关技术的发展，继电保护装置的结构和制造工艺也有着巨大的提高，共经历了机电式保护装置、静态继电保护装置和数字式继电保护装置等三个阶段的发展。目前在国内有些小型变电所依然使用的是机电式保护装置，由于其抗干扰性能好，价格较为实惠，但由于这种保护装置的体积大，动作速度不够，触点容易发生粘连且磨损严重，不能承担超高压和大容量电力系统的需要而慢慢被取代。目前，随着计算机技术和数字技术的飞速发展，继电保护系统也趋于数字化，这种继电保护装置称为数字式继电保护。这种保护可以实现同一种硬件电路实现不同原理的保护功能，从而使保护设备简单化，且更易操作，可靠性高且经济。同时，数字式继电保护具有强大的记忆、储存和运算能力，可以实现原理很复杂的保护。通过程序可以对故障进行分析、记录和处理，工作的可靠性很高，是目前世界上主要的研究方向。对于10KV的终端变压器，它是工厂企业和民用的主要配电变压器。在运用当中最为广泛，具有很大的研究价值。10KV变电所的继电保护设计也是朝着简单、实用和经济的方向发展。目前国内对于这一类的低压变电所还是采用了原来的电流继电器和电压继电器等作为主要设备进行保护装置的配备，所以目前从经济性的角度考虑，数字式保护装置初期投入较大且技术不够成熟。继电器保护装置还有很大的研究价值。第2章 继电保护的设计思路及意义2.1 继电保护的基本原理变电所在运行过程中或许会出现一些故障和不正常运行状态，这就会让系统的正常工作遭到破坏，造成对用户供电质量下降或者对设备的损坏。除了应采取各种措施消除或是减少事故发生的可能性之外，一旦故障出现，就必须迅速而且准确地切除故障元件或故障线路。完成这种功能的电力系统保护装置就是电力系统的继电保护装置。 一般情况下，变电所发生故障时总会伴随当中的一些物理量的改变。例如，发生短路故障时会有电流增大、电压降低、线路始端测量阻抗减小、电压与电流之间相位角变化等情况。利用这些参量的变化可以构成不同原理的继电保护系统。如过电流保护、欠电压保护、阻抗保护等等。还可以利用流过某一元件电流方向的不同来分辨是保护区内故障或是保护区外的故障（差动保护），判定正向故障还是反向故障（方向电流保护），利用不对称故障时出现的负序和零序分量作为判据构成的各种继电保护。 除了这些反应电气量变化的保护装置外，还有些反应非电量的保护，例如，瓦斯保护和反应电动机绕组温度升高而构成的负荷保护。继电保护装置是由一些继电器以一定方式连接组合以实现各种保护原理。原理如图2-1所示。测量比较元件逻辑判断元件执行输出元件跳闸或信号相应输入值图2-1 继电保护装置的组成方框图由图2-1我们可以看到，继电保护系统分为测量部分、逻辑部分和执行部分。其中测量部分是测量被保护对象输入的有关电气量，通常是由各种互感器完成这一工作。并将数值与给定的整定值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”；“大于”、“不大于”、等于“0”或“1”等性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动；逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质和输出的逻辑状态以及出现的顺序或者是它们的组合，使保护装置按照一定的逻辑关系工作，然后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。继电保护中常用的逻辑回路有“或”、“与”、“非”、“延时启动”、“延时返回”以及记忆等回路；执行部分是根据逻辑部分送出的信号，最后完成保护任务的装置。如故障时动作于跳闸，异常运行时发出信号。2.2 继电保护装置的基本要求变压器各电气元件之间通常都是用断路器互相连接，每台断路器都装有相应的继电保护装置，它们可以向断路器发出跳闸脉冲，从而动作于跳闸。继电保护装置是以各电气元件或线路作为被保护对象，其切除故障的范围是断路器之间的部分。继电保护的基本要求是有选择性、速动性、灵敏性、可靠性。这些要求之间相辅相成或是相互制约，根据具体的情况加以协调处理。1选择性：作用于跳闸的保护装置的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，来保证供电系统中的无故障部分仍然能继续安全运行。2速动性：快速地切除故障可以提高供电系统的稳定性，减少用户在低电压情况下的工作时间，减轻故障元件的损坏程度，缩小故障的影响范围以及提高自动重合闸装置和备用电源自动投入装置的动作成功率等。因此，在故障发生时，应尽量保证继电保护装置能迅速动作，从而切除故障。3灵敏性：保护装置的灵敏度是指保护装置对其保护区内发生故障或异常运行状态时的反应能力。满足灵敏性要求的继电保护装置应该是在规定的保护区内发生短路故障时，不论其位置、形式以及系统的运行方向怎样，都能灵敏反应。4可靠性：保护装置的可靠性是指在指定的保护区内发生故障时，它不能拒绝动作，而在正常运行或保护区外发生故障时，又不能误动作。可靠性是保护装置本身的质量和维护水平的主要表现，因此是继电保护装置的最根本要求。2.3 继电保护装置常用器件介绍继电保护装置是由一些继电器通过各种方式组合而成，这些常用的继电器主要包括以下几种。1. 电流继电器电流继电器是电流保护的主要测量器件，它是反应电流变化的简单继电器的典型代表，在10KV的变电所当中，通常选择DL-10或是GL-10系列。电流继电器一般都是过量继电器，当被保护线路当中电流超过其整定值时，由于衔铁被磁化产生的电磁力矩大于其弹簧的反作用力时，衔铁被吸引，从而常开触点闭合。这就是继电器动作的原理；当被保护电路中电流减小，继电器内部回路中产生的力矩小于弹簧的作用力时，衔铁释放。常开触点打开，这就是继电器的返回。返回电流与动作电流之比称为继电器的灵敏系数。2. 电压继电器欠电压继电器的触点为常闭触点，系统正常运行时其触点打开，出现故障时，当母线电压下降到一定程度的时候继电器触点闭合，保护装置动作。这个电压称为动作电压。当故障清除，被保护线路电压上升到一定值时，继电器触点打开，保护返回。这时的电压称为返回电压。3. 中间继电器中间继电器的作用是在继电保护装置中增加触点个数以及容量，其触点可以是常开也可以是常闭触点。4. 时间继电器时间继电器的主要功能是在得到电流继电器或是电压继电器的动作信号时，加以一定的延时，以保证动作的选择性，而后才把信号向下一级传递。其主要要求是：延时动作，瞬时返回。5. 信号继电器信号继电器用来做继电保护的故障信号指示，接通灯管或报警设备。其动作后触点自保持，不能自动返回，需要由值班人员手动复归。第3章 10KV变电所的一次系统分析及短路电流计算3.1 10KV变电所一次系统的构成和特点 变电所的一次系统是指将所有一次设备，诸如变压器、母线、断路器、电力电容器（补偿器）、输电线路等设备连接起来的线路。在一次系统当中，几乎所有电气设备都在高电压状态下工作，为了保证设备的正常运行和其自身的安全，必须在一次系统上设计二次系统，对一次系统进行保护和监控。设计可靠的二次系统对设备的稳定运行至关重要。因此必须对一次系统进行仔细的分析和准确的判断。如图3-1所示。 QSFQFTAQSQSFUTVQSQSFUTVQSTAQFQSQSQFQSTAYoYo进线变压器联络测量电压互感器图3-1 10KV变电所一次系统图需要说明的是，图3-1只是一次系统的一部分，全图是由与上图对称的另一部分一起构成的。作为主电路的备用电路和电源。通过联络线将两边连起来。当电路正常运行的时候进线处的1QF接通对线路供电，而联络处的3QF处于断开状态，线路处于正常工作状态。电路线路系统出现故障的时候，各种继电保护使其1QF跳闸，而为了能使其他设备正常工作，在断开1QF的同时接通3QF，另一路电源为其供电。它对电力系统的安全稳定运行至关重要，因而要对其进行相应的继电保护。图中采用单母线分段式接线，一段正常工作，一段作为后备线路和电源，由于两段同时出故障的可能性很小，因此这样可以很大程度提高供电的可靠性和稳定性。在进线处，采用母线隔离开关和断路器，为了保证进线端的稳定，防止因电流电压波动引起的其他电气设备的不正常工作，必须对这里的断路器进行二次保护。在主接线中使用的是接于A、C两相的电流互感器，所以在保护的时候也要采用两相两继电器的星型接线方式。另外，在保护中最好做一个欠电压保护；在变压器端，母线隔离开关和断路器接于变压器的高压端，采用了三相的电流互感器接线，在变压器保护当中就首选三相三继电器的接线方式；母线联络处起到了备用电源和备用电路在另一电路故障时投入工作的切换作用，采用两相电流互感器，在设计保护时，就选择了两相两继电器接线。3.2 10KV变电所继电保护方式和保护类型3.2.1 电源进线应配置的继电保护 通过对10KV变电所一次系统的分析，在该变电所的两组进线当中必须设定以下保护方式：1带时限的过电流保护，采用两相两继电器星型接线，作用于信号和断路器跳闸。2速断保护，采用两相两继电器星型接线，作用于信号和断路器跳闸。3欠电压保护，由电压互感器引出线，作用于信号和断路器跳闸。3.2.2 电力变压器应配置的继电保护 对于10KV的电力变压器，查阅相关的变压器参数以及结合实际情况，应设以下保护配置：1装于变压器高压侧的定时限过电流保护，采用三相三继电器星型接线。作用于信号和断路器跳闸，同时兼做低压侧的单相接地保护。2电流速断保护，采用三相三继电器星型接线，装于变压器高压侧，作用于信号和断路器跳闸。3零序电流保护，零序电流保护作为接地短路的后备保护。4装于高压侧的过负荷保护，由于过负荷保护一般三相对称，因此采用单相一继电器接线。作用于信号。5瓦斯保护，装于变压器上。轻瓦斯作用于信号，重瓦斯作用于信号和断路器跳闸。3.2.3 变电所母线联络装置应配置的继电保护 母线联络装置是两组线路和电源的重要切换设备，在保护时应考虑到两组线路的特点，现给出以下配置：1过电流保护，采用两相两继电器接线，作用于信号和断路器跳闸。2速断保护，采用两相两继电器接线，作用于信号和断路器跳闸。3.3 10KV变电所的短路电流计算3.3.1 10KV变电所短路电流计算的概念和意义通常情况下在三相交流运行的电力系统当中，主要包括了以下几种短路故障：三相短路、两相短路和单相接地短路。一般来说，三相短路的电流值最大。可以达到额定电压的很多倍。短路时产生很大的电动力和很高的温度，损坏电气设备。短路时电压大大降低，严重影响到系统的正常运行。在短路过程中，短路电流的波动情况取决于电力系统的电源容量或是短路点离电源的距离。短路电流计算内容应该包括最大短路电流值，用来校验电气设备的热稳定、动稳定和分断能力，整定继电保护装置；同时还应该求出最小的短路电流值，用来校验继电保护设备的灵敏度。 3.3.2 10KV变电所标幺值法短路电流的计算标幺值是一种相对单位制法，其值为该设备的实际值与选定的基准值的比值。采用标幺值法进行短路计算时，通常需要首先选定基准容量和基准电压，则对于本设计，基准容量选择为，与其对应的基准电流和基准电抗可以由下式推导 (3-1) (3-2) 1. 三相短路电流计算对于本设计，其计算电路如图3-2所示。图3-2 短路电流计算电路图1) 基准值的选定由图3-2可知变电所高压侧的电压等级为10KV，低压侧电压等级为0.38KV，则其标幺值法的基准值为：高压侧，低压侧。而 2) 计算电路中主要元件的电抗标幺值a. 电力系统的电抗标幺值计算已知系统在最大方式下，因此 b. 架空线路的电抗标幺值计算查相关手册得到，已知架空线路长则有c. 电力变压器的电抗标幺值计算查手册可以得到s9-630/10的，于是有由于是两台同型号变压器，所以，所以该电路的短路等效电路如图3-3所示。图3-3 短路等效电路图3) 对于短路点K-1的计算 最大运行方式下计算a. 总电抗标幺值b. 三相短路电流周期分量的有效值c. 其他的三相短路电流为d. 三相短路容量 最小运行方式下计算a. 总电抗标幺值b. 三相短路电流周期分量的有效值c. 其他的三相短路电流为 d. 三相短路容量4) 对于短路点K-2点的计算 最大运行方式下计算a. 总电抗标幺值b. 三相短路电流周期分量的有效值c. 其他的三相短路电流为 d. 三相短路容量 最小运行方式下计算a. 总电抗标幺值b. 三相短路电流周期分量的有效值c. 其他的三相短路电流为 d. 三相短路容量2. 两相短路电流计算在系统容量无限大时，发生两相短路的短路电流可以由下式求得 (3-3)式中，为短路点的线电压。在无限大容量系统中，两相短路电流和三相短路电流有如下的关系 (3-4)因此，在无限大容量系统中，可以计算出该短路点的三相短路电流，从而得到两相短路电流。3. 单相短路电流计算在工程设计中，常利用下式计算单相短路电流 (3-5)式中，为电源相电压；为单相短路回路的阻抗，可查相关手册。或按下式计算 (3-6)式中，、分别为变压器单相的等效电阻和电抗；、分别为相线与N线或与PE线的短路回路电阻和电抗，可由相关手册查得。在相关手册查得本设计用变压器单相短路电流为第4章 10KV变电所进出线继电保护设计4.1 带时限过电流保护设计 1带时限过电流保护的原理带时限的过电流保护在运用当中可以作为主保护或是下级保护拒动的远后备保护，同时也可以作为本线路主保护拒动时的近后备保护。这里采用了定时限的过电流保护，这种保护的整定动作时间固定。在一般的情况下，过电流保护能保护线路的全长，也能作为邻近保护的后备保护。如图4-1(a)所示，电流互感器分别接于保护线的A、C两相，正常工作时断路器QF闭合，在系统中由于短路而导致的短路电流增大时，流入电流继电器的电流增大，继电器启动，经过时间继电器KT的延时后，信号传送至信号继电器线圈，接通脱扣线圈而断路器跳闸。同时信号继电器发出故障信号。 （a）（b） 图4-1 (a）带时限过电流保护的接线原理图; (b) 带时限过电流保护展开图2带时限过电流保护的整定计算1）动作电流的整定计算 (4-1)式中 可靠系数，取1.2(DL)至1.3(GL)； 返回系数，取0.85； 过负荷电流，；接线系数，取1；电流互感器变比(300/5)； 所以 取。2）动作时间的整定计算一般比相邻保护动作时间大一个阶梯时间，这里相邻的为速断保护，时限过电流保护作为它的后备保护。其动作时间为1s。3）灵敏度的校验 保护的灵敏度校验为 (4-2)式中 为最小运行方式下，线路末端两相短路稳态电流；在过电流保护作为后备保护时，灵敏度大于1.2即满足要求；，满足要求。 在此选择GL-11/5型过电流继电器即能满足要求。4.2 速断保护设计 1电流速断保护原理作为进线保护的主保护，要求速断保护能迅速地切除故障。需要注意的是，这里采用瞬时速断保护是不合适的。因为母线短路和馈线出口短路的短路电流是一样的，根本无法区分是母线故障还是馈线短路。所以进线只能采用定时限速断电流保护。图4-2是无时限电流速断保护的原理图，由图中可以知道，它和前面不同的地方在于没有时间继电器，这是为了时现瞬时动作。 (a) (b)图4-2 (a ) 电流速断保护原理图; (b) 电流速断保护展开图2电流速断保护的整定计算 1）动作电流的整定 (4-3)式中 最大运行方式下线路末端的三相短路超瞬态电流可靠系数，取1.2(DL)或1.5(GL)则2）灵敏度校验 按最小方式运行下线路始端两相短路电流校验，则有 (4-4)式中 为最小运行方式下，线路始端两相短路电流；因此，；不满足灵敏度要求，因此装设带时限的速断保护来实现。按照相邻元件末端短路时的最大三相短路整定，其整定电流为 (4-5)式中 为最大运行方式下相邻元件末端三相短路稳态电流。则有，取57A；灵敏度校验为： ，满足要求；动作时间整定为0.5s，设计原理图如图4-1所示。这里选择DL-31/100型电流继电器，整定倍数为8倍。4.3 欠电压保护设计 1欠电压保护的基本原理在工厂运行过程中，由于发生短路故障等原因，线路电压会在短时间内出现大幅度降低甚至消失的现象。这会给线路和电气设备带来很大的损伤。例如：让电动机疲倒、堵转，从而产生很大的短路电流，以至于烧坏电动机。当线路中电压降低到一定程度时，会引起电动机疲倒。这时的电压称为临界电压。线路电压降低到临界电压时，保护电器启动，这是欠电压保护，它的任务主要是防止设备因过载而烧毁。当本路电压低于临界电压保护电器才动作的称为失压保护，其主要任务则是防止电动机自起动。在本设计中采用了欠电压保护，装于出线上。其保护原理图如4-3所示。图4-3 欠电压保护原理图2欠电压保护整定计算欠电压保护的整定电压为 (4-6)式中 为正常工作时的最低工作电压，一般取为额定电压的90%；为可靠系数，取1.1；为低电压继电器的返回系数，取1.25；因此，；动作时间整定为0.5s。选择JVR-380型电压继电器。4.4 电流测量和电机储能回路设计1电流测量回路设计在前面章节中，对于一次系统的分析可知，进线端采用的是两相电流互感器接线，分别接于保护线段的A、C两相。因此选择了两个电流表分别接在A、C相上，用以测量电流值。如图4-4所示。图4-4 电流测量回路2电机储能回路设计 在断路器需要跳闸来实现保护功能时，是由电机储能设备为其提供跳闸能量的，那么在正常工作情况下，储能电路就要储存足够的能量，为故障状况下的跳闸准备能量。其设计电路如图4-5所示。图4-5 电流测量回路4.5 防跳闸、合闸信号及事故分闸信号设计 在变电所正常或是不正常状态下，为了便于值班人员观察，都会设置一些很直观的信号来表示变电所当前的工作状态。这些直观信号就是信号继电器发出的灯光或是报警信息。如图4-6和4-7所示。 图4-6 合闸和防跳闸回路图4-7 事故分闸信号回路第5章 10KV变电所变压器继电保护设计5.1 S9_630/10变压器基本参数介绍 S9_630/10变压器为三相油浸式变压器，其主要参数如下：安装位置：户外 正常安装相数/频数：三相 50HZ中性点方式：接地电压变比：622.50.4KV阻抗电压：4.5额定容量：630KVA联结组号：Dyn11分接范围：高压侧22.5分接方式：无励磁调压绝缘方式：变压器油绝缘等级：F现场工频耐压/雷电冲击耐压：25/65KV结构形式：密闭 油浸绕组：铜冷却方式：自然 液冷低压侧出线形式：绝缘母线温度显示控制装置：要 5.2 变压器的故障类型和不正常工作状态 在10KV变电所中，变压器作为用来降低电压的必备电气设备，它的故障会对供电系统的安全性带来巨大威胁，同时变压器本身也是十分贵重的。因此在实际运用中，要根据实际情况对变压器进行可靠的继电保护装置的配置，以保证变压器能够正常工作。变压器的故障可以分为内部故障和外部故障。内部的故障是指油箱内的故障，主要包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路和铁芯的因过电流而烧坏，同时产生的电弧会损坏绕组间的绝缘、烧坏铁芯、使绝缘材料和变压器油分解产生大量的气体，有时可能会引起变压器油箱的爆炸；油箱外的故障主要是指套管和引出线上发生相间短路以及接地短路等故障。变压器的不正常工作状态主要有：变压器外部短路，通过长期实践可知，变压器发生单相接地短路的概率最大，约占到总故障的83%，其次是两相接地短路，大约8%。引起的短路电流、负荷长时间超过额定值引起的过负荷，各种原因引起的冷却能力下降等问题。这些不正常运行状态会使绕组和铁芯产生大量的热。另外，在中性点不接地运行的星型接线变压器中，外部发生接地短路时，有可能造成变压器中性点过电压，威胁其绝缘；而容量较大的变压器在过电压或是低频率等异常情况下运行会使变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件的过热。变压器在不正常工作状态时，继电保护应视其严重程度发出故障信号或跳闸，确保变压器不受到毁灭性的伤害。变压器故障时，除了变压器各侧电压、电流会较正常时有所变化，其内部的冷却油、气、温度等非电气量也会与正常时不同。因此就可以根据这些物理量的改变确定变压器的继电保护方式和类型。5.3 S9_630/10变压器的继电保护配置按GB500621992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间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路；2、绕组的匝间短路；3、外部短路引起的过电流；4、中性点直接接地系统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。根据S9_630/10变压器的各种参数，查阅相关资料，现给出如下继电保护配置。5.3.1 带时限的过电流保护带时限的过电流保护是将被保护线路的电流接入过电流继电器，在线路发生短路时，线路中的电流剧增，当线路中电流增大到整定值时，过电流继电器动作，并且用时间继电器来保证动作的选择性。按照动作时间特性区分，有定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。由于变压器高压侧装设有断路器，因此选择了定时限过电流保护。同时考虑到低压侧的单相接地短路保护，这里采用三相三继电器接线方式兼做低压侧的单相短路保护，适合小型配电所，接线简便，经济适用。1定时限过电流保护的基本原理定时限过电流保护装置的动作时间按整定的动作时间固定不变，与故障电流大小无关。定时限过电流保护装置由电磁式系列继电器组成，其组成原理电路图如5-1所示。（a）（b）图 5-1 (a) 定时限过电流保护原理图; (b) 定时限过电流保护的展开图 当变压器高压侧发生相间短路或单相短路时，较大的故障电流使电流继电器KA1、KA2和KA3瞬时动作，其触点闭合，接通时间继电器KT的线圈回路，其触点经一定时间的延时后闭合，接通信号继电器KS和中间继电器KM线圈回路，KS动作后