变压器继电保护设
计 方案
1. 总降压变电站主结线的确定
1.1 主结线定义 总降压变电站的电气主结线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母
线 及电缆等电气设备，按一定顺序连接组成的电路。
1.2 主结线基本要求 对电气主结线的基本要： ① 根据用电负荷的要求，保证供电的可靠性。
② 电气主结线应具有一定的运用灵活性。 ③ 结线简单，运行方便。
④ 在保证安全可靠供电的基础上，力求投资少，年运行费用低。
1.3 主结线方案确定 根据系统电源情况，供电电压有两个方案 [2] 。 方案 1：工作电源与备
用电源均用 35KV 电压，在这个方案中，工厂总降压 变电站采用桥式接线。
方案 2：工作电源采用 35KV 电压，工厂总降压变电站选用一台主变压器， 构成线路-变压器单元结线，备用电源采用10KV电压。
1.4 主结线特点 为了保证一级负荷的正常供电，决定总降压变电站采用单母线分段主结线
方式。 该主结线的主要特点如下：
1. 总降压变电站设一台5000kV・A、35/10kV的降压变压器，变压器与35kV架空 线路结
成线路—变压器组单元结线。 在变压器高压侧安装少油式断路器， 以便于 变电站的控制、运行和维修。
2. 总降压变电站的10kV侧采用单母线分段接线，用10kV少油式断路器将母线分 成两段。 3. 主变压器低压侧用少油式断路器接到 10kV母线的一个分段上；10 kV的备用 线路也经少
油式断路器接到10kV母线的另一分段上。
4. 各车间的一级负荷都由两段母线供电，以保证供电的可靠性。
5. 根据规定，备用电源只有在主电源停止运行及主变压器故障或检修时才能投
入。因此备用电源进线开关在正常时是断开的，而 常时是闭合的。
10K V母线的分段断路器在正
6.
母线侧，工作电源与备用电源之间设有备用电源自动投入装置 当工作电源因故障而断开时，备用电源会立即投入。
当主电源发生故障时，变电站的操作电源来自备用电源断路器前的所用电变压
在10kV（APD，
2.
短路电流的计算
为了选择高压电气设备，整定继电保护，需要计算总降压变电站的35KV侧、 10KV侧母线以及厂区高压配电线路末端（即车间变电站高压侧）的短路电流，但 因工厂厂区不大，总降压变电站到总降压最远车间的距离不过数百米， 短路电流。
短路电流按正常运行方式计算，计算电路如图 3所示。
因此10KV
母线与10K V线路末端处的短路电流差别极小，故只计算主变压器高、低电压侧 母线两点
图3短路电流的计算电路
根据计算电路作出的计算短路电流的等值电路如图 4所示。
图4基本等值电路
2.1求各元件电抗，用标幺值计算
设基准容量Sd=1000MVA 基准电压 Udi=37KV Ud2=10.5KV 系统电抗X*t
标幺值=实际值/基准值：X-l =S
k*
又因为 & =丄 *，得：X*t = S
^=
1000
=0.52
S k Sk 1918
地区变电站三绕组变压器的高压一中压绕组之间的电抗标幺值:
_ U I- H X*T I-
n =^0 % Sd 10.5 1000
S 3.3
NT
100 31.5
35KV供电线路的电抗标幺值:
X*1 X。L
冬 0.359 5 理 1.3
Ud1
37
LGJ-35型钢芯铝绞线几何距离1
时的电抗为0.359 /Km[2]
总降压变电站的主变压器电抗标幺值:
X*T=^ ^=Z
鯉 14
100 SNT 100
5
2.2 K1点三相短路电流计算：
系统最大运行方式，等值电路如图5。
已知地区变电站母线的短路容量：ZB吶得“善
K2
图5系统最大运行方式的等值电路 短路回路阻抗： *T Xw/X+T+xm* X +1.3=3.47 52
33
按无限大系统计算，计算K1点三相短路电流标幺值为
I *ki⑶=I*P® =I *' =I*=
(
\"⑶
(3)
=0.2
X * klmax 9
可求的基准电流:
I di _Sd =_
,3U d1
1000
_=i5.6 KA
. 3 37
从而求的K1点三相短路电流的有名值：
I
冲击电流为：
(3)
K1
=I d1 X I
(3)
*k1
=15.6 X 0.29=4.5 KA
i(3)shk1=2.55I=2.55 X 4.5=11.48 KA
K1点短路容量为：
=Sd =1000 =288.18 MVA 3.74 X *k1max 系统最小运行方式等值电路图6
图6系统最小运行方式等值电路
短路回路总阻抗：
X*kmin=0.52+3.3+1.3=5.12 三相短路电流标幺值： 1
I *k1 = -- =0.195
5.12
其他计算结果见表2。
表2 K1点三相短路电流计算结果
项目 ](3) I K I (3)・(3) ish Sk 3)计算公式 I /I(3) I d1 / I K1 4.5 1 (3) [ (3) 11 K 4.5 2.55I ⑶ 11.48 Sd/Xk1 288.18 系统最大运 行方式 系统最小运 行方式 3.05 3.05 7.78 195.31 2.3 K2点三相短路电流计算
(1) 系统最大运行方式下短路回路总阻抗：
X *T( I n)
X*k2max=X*b+ -(__ +X*I + X*T =0.52+3.3/2+1.3+14=17.74
2
)
(2) 系统最小运行方式下短路回路总阻：
X*k2min=0.52+3.3+1.3+14=19.12
基准电流：
I d2= Sd = 1000 =55 KA ..3Ud2 3* 10.5
K2点三相短路电流计算结果见下表 3
表3 K2点三相短路电流计算结果
项目 计算公式 系统最大运行方 式 系统最小运行方
1⑶ I K h/x K2 3.2 2.87 I [(3) IK (3)・⑶ e(3) 1 sh 2.55I (3) 8.16 7.31 Sk Sd/ Xk2 57.24 52.30 [ (3) I 3.2 2.87 式 3.电气设备的选择
工厂总降压变电站的各种高压电气设备，主要指
6~10千伏以上的断路器，
隔离开关，负荷开关，熔断器，互感器，电抗器，母线，电缆支持绝缘子及穿墙 套管等。这些电气各自的功能和特点不同，要求的运行条件和装设环境也各不同， 但也具有共同遵守的原则⑶。电气设备要能可靠的工作，必须按正常条件进行选 择，并且按断路情况进行稳定检验。
对于供电系统高压电气设备的选择，除了根据正常运行条件下的额度电压、 额度电流等选择条件外，还应该按短路电流所产生的电动力效应及热效应进行校 验。“按正常运行条件选择，按短路条件进行校验”，这是高压电气设备选择的一
般原则。
高压电气的热稳定性校验：l：t 1ti
2
母线及电缆的热稳定性校验
0
(
al 0
)( 1
w lal)2 ⑴
表四选择电气设备时应校验的项目
3.1在选择供电系统的高压电气设备时，应进行的选择及校验项目见表四
电压/KV 电流/A 遮断容量 校验项目设 备名称 断路器 负荷开关 隔离开关 熔断器 电流互感器 电压互感器 支柱绝缘子 套管绝缘子 母线 电缆 限流电抗器
短路电流校验 动稳定 热稳定 X X X X X X X X X X X X /MVA X X Smin X X X X C丄X X X X X X X X X X X X X X X X X X 注：表中“ X”表示选择及校验项目
断路器、负载开关、隔离开关及电抗器的力稳定计算： 电流互感器的力稳定计算：Kn八2INI ish 母线的力稳定计算：
Imax Ish
I max I sh imax Ish
F 1.732 10 Kfish 1 a
M旦
10 由于跨距在两个以上，所以选择： M W
7
3.2 35KV侧设备，设备名称及型号见表 5⑹
表5 35KV侧电气设备
设备 名称 计算 数据 高压断路器 隔离开关 电压互 感器 电流互 感器 避雷器 GW2-35GD/60 0 35KV 600A 3.3 10KV侧设备，设备名称及型号见表 6⑹
:U : =35KV I = 82.48A | ( 3) =4.5KV I k S = 288.18MVA ・⑶ 211.48KV t ■= al ■ 一 i sh = 2I*0.34 SW2-35/1000 35KV 1000A 1500MVA 63.4KA 2 2 JDJJ-35 LCW-35 35KV 35KV 150/5 FZ-35 35KV 50KA ~2 ~ K 21.2KA 95.06 It *t = 24.8 *4 14*4 表6 10KV侧电气设备（变压器低压侧及备用电源进线） 高压断路器 \\设备 名\\ 数据 隔离开关 电流互感器 隔离开关 备注
SN10-10/60 GN8-10T/600 LAF10-300/5 \\ 0 U=10KV 10KV 10KV 10KV I =274.9A 600A 600A 300/5A ・⑶ 52KA 52KA 57KA i sh= 2 ” 2 ” I2^ ti=3.22 It2*t 220*5 (100*0.3) *1 *0.34 =20*4” GN6-10T/600 10KV 600A 52KA 2 ” 采用 GG-10 咼压 开关 柜 20 *5 10KV侧设备，设备名称及型号见表 7⑹
表7 10KV馈电线路设备 设备名称及型号 计算数据 高压断路器 隔离开关 电流互感器 SN8-10 10KV 600A 33KA GN8-10 10KV 400A 50KA LDC-10/0.5-300/5 10KV 300/5 U 10KV I 46A ish 8.15KA I2ti 3.22 0.2 135 2 0.3 11.62 4 142 5 SK 57.24MVA 3.4 10KV母线选择 1）变压器低压侧引出线选择
200MVA
主变压器低压侧引出线按经济电流密度选择 工作电流：
I ca=I ca= 5000 =274.94 A
3*10.5
母线计算截面:
Sec=仏=
Jec
274.94
=305.49 mmi
°.9
选用标准截面6 50mm的铝母线允许电流740A大于工作电流274.94A，满足要
2
动稳定校验
母线采用平放装设：
I ti 11.48* 1000* ■ 0.34 2
Smin= = =76.94<6*50 mm,满足要求
C 87 W=0.167bh =0.167*0.6*5 =2.5 cm
2 2 2
2
2
2
167 ish =1.67*11.48 *10
a
母线最大允许跨度
已知:
y 25
=700 kg/cm
y
10 求
热稳定校验:
W
10 700 2.:9.28 10 5 434.25 cm 进线的绝缘子间距离取2米即可。
绝缘子采用ZNA-10MM破坏负荷375公斤，满足要求
2) 10KV母线选择
按发热条件选用4 40mm铝母线允许电流395A大于计算电流。 按上述计算的热稳定最
2
=9.28*10 kg/cm
小截面为 76.94 mm小于4 40mm满足要求 动稳定校验 母线平放：
2
2
-2
2 2 2
W=0.167bh =0.167 0.4 4 =1.07 cm
根据前面计算：
求得:
284.1 cm
L 10 700 1.07 GG-10咼压开关柜一般宽距1m,9.28 10 2 用标准高压开关柜，故不必选择母线支持绝缘子。
进线柜最宽为1.5m,以此上述检验满足动稳定要 求。由于采
4.继电保护的选择与整定
4.1总降压变电站需设计以下继电保护装置
（1） 主变压器保护 （2） 备用电源进线保护 （3） 变电站10KV母线保护
（4） 10K V馈电线路保护 此外还需设置以下装置： （1） 备用电源自动投入装置 （2） 绝缘监察装置
4.2、主变压器保护
4.2.1根据规格5000KVA变压器设下列保护：
（1） 瓦斯保护：防御变压器铁壳部短路和油面降低。轻瓦斯动作与信号； 重瓦斯作用
于跳闸。
（2） 电流速断保护：防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。
（3） 过电流保护：防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后 备保护。保
护动作于跳闸。
（4） 过负荷保护：防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。 按具体条件
装设。
4.2.2整定计算
各个保护的具体整定计算如下： ①电流速断保护
速断保护采用两相不完全星形接法，动作电流应躲过系统最大运行方式时, 变压器二次侧三相短路值⑸。
即按公式计算：Iop1.qh*o*l（归算到35KV侧：
3）
Kma
=1.3*3.2=4.16 KA
10
I / op1.qh=4160 ( ) 1190 A
灵敏度按系统最小运行方式时保护装置安装处的两相短路电流来校验:
KS=I
klmin
/ I _ 0.87* 3050 op1.qh
= =2.23 2 ，满足要求 1190
②过电流保护
采用三个电流互感器接成全星形结线方式， 以提高保护动作灵敏度，继电器 米用DJ —11型保护动作电流按躲过变压器一次侧可能出现的最大负荷电流来整
[5]
I opi= Kco I wi.max=Kco*
Krc
进入继电器的电流:
啤 * 1
Krc
30
=1.2* 2 *82.48=549.33 A
0.85
_ 1 op op— -- KTA
动作时间与10KV母线保护配合，10KV馈电线的保护动作时间为0.5秒，母 线保护动作时间为1秒，则变压器过流保护动作时间为：
t =1+0.5=1.5 s
灵敏度按二次侧母线发生两相短路的条件来校验:
2
I k2min 0.87(2.87*10/35) K s= =
I OP1 0.349
^(2)
=2.04 > 1.5
满足要求 附：三段式电流保护接线图
保护配置原理接线图
课程设计体会
通过这次课程设计，我对设计的方法有了一定的了解，基本掌握了设计的方 法和步骤，掌握控制方案的设计要求，设备选择的方法，以及其接线图的绘制方 法等。在这次设计中，我主要负责 CAD原理图纸的画制，同时协助其他，在这次 设计中，我学到了如何运用专业知识联系实际， 加强了实践，但在设计中遇到某 些方面的知识空白点， 只能翻书或求助， 表
明自己的知识功底还是有欠缺， 将会 在以后的时间里通过学习与实践相结合的方法来弥补这方面的不足。
课程设计是将专业知识进行综合运用的训练， 训练就会有困难， 解决困难就 是进步，每走一步我们都是在成长。 首先是思考，遇到问题先思考 “三思而后行” 教会了我们这个道理， 只有明白了其中的奥妙才能找到问题的本质； 然后是方法， 不管是什么问题都有很多的方法可以解决， 但是什么方法才能事半功倍， 这是我 们应该寻求的；最后是认真，做任何事情都要认真仔细，即使找对了思路，有了 好的方法，如果在实施过程中出现了差错那就功亏一篑了。这三点都是重要的， 少了一点将会举步维艰， 这是我在这次的设计中体会到的道理。 不仅如此， 本次 课程设计还让我的思维更加缜密，考虑问题更加全面，不至于顾头不顾尾。
总之，在这次设计中，在巩固已有知识的基础上，也学到了很到新的东西， 而且对以往的知识有了更新、 更深刻的认识。 我相信这次设计将会对我以后的工 作和生活有着很大的促进，让我受益匪浅。
参考文献
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[4] 文杰.电能管理系统在工业企业供电系统中的应用 .[J]. 电气时代 .2007.9 [5] 华中工学院 .发电厂电气部分 [M]. ：水利电力， 1987. [6] 王红.工业企业供电切换技术的研究 [J]. 电器应用， 2008.19
[7] 贺家里, 宋从矩. 电力系统继电保护原理 [M]. 增订版.: 中国电力,2004 [8] 翁利民.工业企业供电系统的电压波动及其抑制 [J]. 电器工业 .2003.7
组员分工情况
组员情况：
组长： 组员： 分工情况：
负责收集资料 负责整理材料
负责对其进行整理和计算 负责画图和总结
