某35KV變電站繼電保護(hù)初步設(shè)計

1、第一章本課程設(shè)計的主要任務(wù) 1 第二章課程設(shè)計任務(wù)書 2 第三章課程設(shè)計內(nèi)容及過程 4 1變電所繼電保護(hù)和自動裝置規(guī)劃 4 系統(tǒng)分析及繼電保護(hù)要求： 4 本系統(tǒng)故障分析： 4 10kv 線路繼電保護(hù)裝置： 4 主變壓器繼電保護(hù)裝置設(shè)置： 4 變電所的自動裝置： 5 本設(shè)計繼電保護(hù)裝置原理概述： 5 2短路電流計算 6 系統(tǒng)等效電路圖： 6 基準(zhǔn)參數(shù)選定： 7 阻抗計算（均為標(biāo)幺值）： 7 短路電流計算： 7 3主變繼電保護(hù)整定計算及繼電器選擇 8 瓦斯保護(hù)： 8 縱聯(lián)差動保護(hù)： 8 過電流保護(hù)： 10 過負(fù)荷保護(hù)： 錯誤!未定義書簽。 冷卻風(fēng)扇自起動： 錯誤!未定義書簽。 第四章課程設(shè)計總結(jié)

2、錯誤!未定義書簽。 參考文獻(xiàn) 錯誤!未定義書簽。 為 35/10KV ； 、變電所的自 第一章本課程設(shè)計的主要任務(wù) (1)本設(shè)計為35KV降壓變電所。主變?nèi)萘繛?6300KVA，電壓等 (2 )搜集原始資料； (3) 完成對本系統(tǒng)的故障分析； (4) 對10kv線路繼電保護(hù)裝置、主變壓器繼電保護(hù)裝置設(shè)置 動裝置的設(shè)計； (5) 對短路電流的整定與計算； (6 )主變繼電保護(hù)整定計算及繼電器選擇； (7 )完成設(shè)計報告。 第二章 課程設(shè)計任務(wù)書 、設(shè)計基本資料 35/10KV 。 SD max=250MVA； 本設(shè)計為35KV降壓變電所。主變?nèi)萘繛?300KVA，電壓等級為 35KV 供電系統(tǒng)圖

3、 , 如圖 1 所示。 系統(tǒng)參數(shù)：電源I短路容量：Ssid max = 200MVA電源U短路容量： 供電線路： L1= L 2 =15km， L3= L 4 =10km，線路阻抗：XL =Q /km 圖 1 35KV 系統(tǒng)原理接線圖 35kv 變電所主接線圖，如圖 2 所示 圖 2 35kv 變電所主接線圖 10kv母線負(fù)荷情況，見下表: 負(fù)荷名稱 最大負(fù)荷 (kv) 功率因數(shù) 回路數(shù) 供電方式 線路長度 (km) 織布廠 1200 1 架空線 8 膠布廠 1100 1 架空線 7 印染廠 1400 2 架空線 13 配電所 1500 2 架空線 10 煉鐵廠 1700 2 架空線 10 B

4、1、B2主變?nèi)萘?、型號?6300kVA之SF1-6300/35 型雙卷變壓器，Y- /11 之常規(guī)接線方式，具有帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭，可進(jìn)行有載調(diào)壓。其中Uk%= 運(yùn)行方式：以 SI、SU全投入運(yùn)行，線路L1L4全投。DL1合閘運(yùn)行為最大 運(yùn)行方式；以 SU停運(yùn)，線路 L3、L4停運(yùn)，DL1斷開運(yùn)行為最小運(yùn)行方式。 已知變電所10KV出線保護(hù)最長動作時間為。 二、設(shè)計內(nèi)容： 1. 系統(tǒng)運(yùn)行方式制定； 2. 短路電流計算； 選基值、計算各元件標(biāo)幺值、作序網(wǎng)絡(luò)圖、計算繼電保護(hù)自動裝置的整定、 計算所需要的電氣參數(shù)、作短路電流計算結(jié)果表。 3. 繼電保護(hù)配置及整定計算： 根據(jù)繼電保護(hù)設(shè)計技術(shù)規(guī)程結(jié)合本

5、站一次電力系統(tǒng)接線圖給35KV線路 及變壓器配置相應(yīng)的繼電保護(hù)。 根據(jù)繼電保護(hù)整定 計算原則對變壓器、線路配置的繼電保護(hù)進(jìn)行整定計 算。 4. 編寫設(shè)計說明書 三、設(shè)計依據(jù) ： 1 設(shè)計任務(wù)書。 2 .國標(biāo) GB50062-92電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范。 四、設(shè)計成果 課程設(shè)計說明書 第六章 課程設(shè)計內(nèi)容及過程 1 變電所繼電保護(hù)和自動裝置規(guī)劃 系統(tǒng)分析及繼電保護(hù)要求： 本設(shè)計 35/10KV 系統(tǒng)為雙電源 35KV 單母線分段接線， 10KV 側(cè)單母線分段接 線，所接負(fù)荷多為化工型，屬一二類負(fù)荷居多。 1.1.1 為保證安全供電和電能質(zhì)量，繼電保護(hù)應(yīng)滿足四項(xiàng)基本要求，即選擇性、

6、速動性、靈敏性和可靠性。 本系統(tǒng)故障分析： 1.2.1 本設(shè)計中的電 力系 統(tǒng)具有 非直 接接地的架空線路及中 性點(diǎn)不接地的電力 變壓器等主要設(shè)備。 就線路來講， 其主要故障為單相接地、 兩相接地和三相接地。 1.2.2 電力變壓器的故障，分為外部故障和內(nèi)部故障兩類。 ? 變壓器的外部故障常見的是高低壓套管及引線故障，它可能引起變壓器出線 端的相間短路或引出線碰接外殼。 ? 變壓器的內(nèi)部故障有相間短路、繞組的匝間短路和絕緣損壞。 1.2.3 變壓器的不正常運(yùn)行過負(fù)荷、由于外部短路引起的過電流、油溫上升及不 允許的油面下降。 10kv 線路繼電保護(hù)裝置 ： 根據(jù)線路的故障類型，按不同的出線回路數(shù)

7、，設(shè)置相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置如下： 單回出線保護(hù)：適用于織布廠和膠木廠出線。采用兩段式電流保護(hù)，即電流速斷 保護(hù)和過電流保護(hù)。其中電流速斷保護(hù)為主保護(hù)，不帶時限， 0S 跳閘。 雙回路出線保護(hù)：適用于印染廠、配電所和煉鐵廠出線。采用平行雙回線路橫聯(lián) 方向差動保護(hù)加電流保護(hù)。其中橫聯(lián)方向差動保護(hù)為主保護(hù)。電流保護(hù)作為橫聯(lián) 方向差動保護(hù)的后備保護(hù)。 主變壓器繼電保護(hù)裝置設(shè)置 ： 變壓器為變電所的核心設(shè)備，根據(jù)其故障和不正常運(yùn)行的情況，從反應(yīng)各種 不同故障的可靠、快速、靈敏及提高 系統(tǒng)的安全性出發(fā)，設(shè)置相應(yīng)的主保護(hù)、異 常運(yùn)行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)如下： 1.4.1 主保護(hù)：瓦斯保護(hù)（以防御變壓器內(nèi)部故障

8、和油面降低）、縱聯(lián)差動保護(hù) （以防御變壓器繞組、套管和引出線的相間短路）。 1.4.2 后備保護(hù)：過電流保護(hù)（以反應(yīng)變壓器外部相間故障） 、過負(fù)荷保護(hù)（反 應(yīng)由于過負(fù)荷而引起的過電流） 。 1.4.3 異常運(yùn)行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)：溫度保護(hù)（以檢測變壓器的油溫，防止 變壓器油劣化加速）和冷卻風(fēng)機(jī)自啟動（用變壓器一相電流的70%來啟動冷卻風(fēng) 機(jī)，防止變壓器油溫過高）。 變電所的自動裝置 ： 1.5.1 針對架空線路的故障多系雷擊、鳥害、樹枝或其它飛行物等引起的瞬時性 短路，其特點(diǎn)是當(dāng)線路斷路器跳閘而電壓消失后，隨著電弧的熄滅，短路即自行 消除。 若運(yùn)行人員試行強(qiáng)送， 隨可以恢復(fù)供電， 但速度較慢

9、， 用戶的大多設(shè)備 （電 動機(jī)）已停運(yùn)，這樣就干擾破壞了設(shè)備的正常工作，因此本設(shè)計在 10KV 各出線 上設(shè)置三相自動重合閘裝置（ CHZ，即當(dāng)線路斷路器因事故跳閘后，立即使線 路斷路器自動再次重合閘，以減少因線路瞬時性短路故障停電所造成的損失。 1.5.2 針對變電所負(fù)荷性質(zhì)，縮短備用電源的切換時間，提高供電的不間斷性， 保證人身設(shè)備的安全等，本設(shè)計在35KV母聯(lián)斷路器（DL1 ）及10KV母聯(lián)斷路器 （DL8）處裝設(shè)備用電源自動投入裝置（BZT）。 1.5.3 頻率是電能質(zhì)量的基本指標(biāo)之一 , 正常情況下 , 系統(tǒng)的頻率應(yīng)保持在 50Hz， 運(yùn)行頻率和它的額定值見允許差值限制在內(nèi)，頻率降低

10、會導(dǎo)致用電企業(yè)的機(jī)械生 長率下降，產(chǎn)品質(zhì)量降低，更為嚴(yán)重的是給電力系統(tǒng)工作帶來危害，而有功功率 的缺額會導(dǎo)致頻率的降低，因此，為保證系統(tǒng)頻率恒定和重要用戶的生產(chǎn)穩(wěn)定， 本設(shè)計10KV出線設(shè)置自動頻率減負(fù)荷裝置（ZPJH）,按用戶負(fù)荷的重要性順序 切除。 本設(shè)計繼電保護(hù)裝置原理概述： 10KV 線路電流速斷保護(hù)： 根據(jù)短路時通過保護(hù)裝置的電流來選擇動作電流的，以動作電流的大小來控 制保護(hù)裝置的保護(hù)范圍；有無時限電流速斷和延時電流速斷，采用二相二電流繼 電器的不完全星形接線方式，本設(shè)計選用無時限電流速斷保護(hù)。 10KV 線路過電流保護(hù) : 利用短路時的電流比正常運(yùn)行時大的特征來鑒別線路發(fā)生了短路故

11、障，其動 作的選擇性由過電流保護(hù)裝置的動作具有適當(dāng)?shù)难訒r來保證，有定時限過電流保 護(hù)和反時限過電流保護(hù)；本設(shè)計與電流速斷保護(hù)裝置共用兩組電流互感器，采用 二相二繼電器的不完全星形接線方式，選用定時限過電流保護(hù)，作為電流速斷保 護(hù)的后備保護(hù)，來切除電流速斷保護(hù)范圍以外的故障，其保護(hù)范圍為本線路全部 和下段線路的一部分。 1.6.3 平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護(hù) ： 通過比較兩線路的電流相位和數(shù)值相同與否鑒別發(fā)生的故障;由電流起動元 件、功率方向元件和出口執(zhí)行元件組成，電流起動元件用以判斷線路是否發(fā)生故 障，功率方向元件用以判斷哪回線路發(fā)生故障，雙回線路運(yùn)行時能保證有選擇的 動作。該保護(hù)動作時間0

12、S,由于橫聯(lián)保護(hù)在相繼動作區(qū)內(nèi)短路時，切除故障的 時間將延長一倍，故加裝一套三段式電流保護(hù)，作為后備保護(hù)。 1.6.4 變壓器瓦斯保護(hù)： 利用安裝在變壓器油箱與油枕間的瓦斯繼電器來判別變壓器內(nèi)部故障；當(dāng)變 壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，電弧使油及絕緣物分解產(chǎn)生氣體。故障輕微時，油箱內(nèi)氣 體緩慢的產(chǎn)生， 氣體上升聚集在繼電器里， 使油面下降， 繼電器動作， 接點(diǎn)閉合， 這時讓其作用于信號，稱為輕瓦斯保護(hù)；故障嚴(yán)重時，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體， 在該氣體作用下形成強(qiáng)烈的油流，沖擊繼電器，使繼電器動作，接點(diǎn)閉合，這時 作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護(hù)。 1.6.5 變壓器縱聯(lián)差動保護(hù) ： 按照循環(huán)電流的原理構(gòu)成。

13、在變壓器兩側(cè)都裝設(shè)電流互感器，其二次繞組按 環(huán)流原則串聯(lián)，差動繼電器并 接在回路壁中，在正常運(yùn)行和外部短路時，二次電 流在臂中環(huán)流，使差動保護(hù)在正常運(yùn)行和外部短路時不動作，由電流互感器流入 繼電器的電流應(yīng)大小相等，相位相反，使得流過繼電器的電流為零；在變壓器內(nèi) 部發(fā)生相間短路時，從電流互感器流入繼電器的電流大小不等，相位相同，使繼 電器內(nèi)有電流流過。但實(shí)際上由于變壓器的勵磁涌流、接線方式及電流互感器誤 差等因素的影響，繼電器中存在不平衡電流，變壓器差動保護(hù)需解決這些問題， 方法有： （ 1 ）靠整定值躲過不平衡電流 （ 2 ）采用比例制動差動保護(hù)。 （ 3 ）采用二次諧波制動。 （ 4 ）采用

14、間歇角原理。 （ 5 ）采用速飽和變流器。 本設(shè)計采用較經(jīng)濟(jì)的 BCH-2 型帶有速飽和變流器的繼電器，以提高保護(hù)裝置 的勵磁涌流的能力。 2 短路電流計算 系統(tǒng)等效電路圖： 3 系統(tǒng)等效電路圖（各阻抗計算見） 基準(zhǔn)參數(shù)選定： Sb=1000MVA,Ub= U av 即：35kv 側(cè) UB=37kv,10kv 側(cè) UB =。 阻抗計算(均為標(biāo)幺值)： 1 ) 系統(tǒng)： X1=100/200= X2=100/250= 2) 線路：L1 , L2 : X3=X4=I1X1SB/VB2= X 15 X 100/372= L3, L4: X5=X6=I3SB/VB2= X 10 X 100/372= 3

15、) 變壓器： B1， B2： X7=X8=(Uk%/100)SB/S=X 100/= 短路電流計算： 1 )最大運(yùn)行方式：系統(tǒng)化簡如圖 4 所示。 其中： X9=X2+X3 / X4=X10= X1+X5/ X6 = X11=X10/ X9=X12=X11+X7= 據(jù)此，系統(tǒng)化簡如圖 5 所示。 故知 35KV 母線上短路電流：Umax IB1/X11 1.56/0.31 5.032(KA) 10KV母線上短路電流：Id2maxIB2 /X12 5.5/1.5 3.667(KA) 折算到 35KV側(cè):Id21max IB1/I121.56/1.5 1.04(KA) 對于 d3 點(diǎn)以煉鐵廠計算

16、： I d3max5.5/(1.5 3.628)1.073(KA) 2)最小運(yùn)行方式下：系統(tǒng)化簡如圖6所示。 因Sn停運(yùn),所以僅考慮 Si單獨(dú)運(yùn)行的結(jié)果；X13 X9 X7 0.719 1.19 1.909 所以 35KV 母線上短路電流：I d1min lb1/X9 1.56/0.719 2.17(KA) 所以 10KV 母線上短路電流：lB2min IB2 /X13 5.5/1.909 2.88(KA) 折算到 35KV側(cè)：人2唄I B1/X13 1.56/1.909 0.817(KA) 對于 d3 以煉鐵廠進(jìn)行計算：Id3min 5.5/(1.909 3.628) 0.282(KA) 折

17、算到 35K V側(cè)： 訕 1.56/(1.909 3.628)0.282(KA) 圖6 3主變繼電保護(hù)整定計算及繼電器選擇 瓦斯保護(hù)： 輕瓦斯保護(hù)的動作值按氣體容積為250300 cm3整定，本設(shè)計采用280 cm3 重瓦斯保護(hù)的動作值按導(dǎo)油管的油流速度為cm3整定本，本設(shè)計采用cm3。 瓦斯繼電器選用FJ3-80型 。 縱聯(lián)差動保護(hù)： 選用BCH-2型差動繼電器。 3.2.1 計算Ie及電流互感器變比，列表如下： 名稱 各側(cè)數(shù)據(jù) Y ( 35KV) A( 10KV) 額定電流 I1eSM/3U1e103.9 I2e SK- SU 2e 346.4A 變壓器接線方式 Y A CT接線方式 A

18、Y CT計算變比 V3I1e/5 180/5 I2e/5346.4/5 實(shí)選CT變比m 200/5 400/5 實(shí)際額定電流 品l1e/54.50A I2e/54.33 不平衡電流Ibp 確定基本側(cè) 基本側(cè) 非基本側(cè) 322確定基本側(cè)動作電流： 1)躲過外部故障時的最大不平衡電流Idz1 KKlbp (1) 利用實(shí)用計算式： Idzl “(KfzqKtxfi U fza)ld2lmax 式中：Kk 可靠系數(shù)，米用； Kfzq 非同期分量引起的誤差，采用1 ； Ktx 同型系數(shù)，CT型號相同且處于同一情況時取，型號不同時取1，本 設(shè)計取1。 U變壓器調(diào)壓時所產(chǎn)生的相對誤差，采用調(diào)壓百分?jǐn)?shù)的一半，

19、 本設(shè)計取。 fza 繼電器整定匝書數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差，暫無法求 出，先采用中間值。 代入數(shù)據(jù)得 怙 1.3 (1 1 0.1 0.05 0.05) 1.04270.4(A)躲過變壓器空載投入 或外部故障后電壓恢復(fù)時的勵磁涌流 1 dz1 K K I e 式中：Kk 可靠系數(shù)，采用； I e 變壓器額定電流： 代入數(shù)據(jù)得口1 1.3 103.9 135.1(A) 3)躲過電流互改器二次回路短線時的最大負(fù)荷電流 3) I dz1 K KTf h max 式中：kk 可靠系數(shù)，米用； I dz1 正常運(yùn)行時變壓器的最大負(fù)荷電流；采用變壓器的額定電流。 代入數(shù)據(jù)得Idz1 1.3 10

20、3.9 135.1(A) 比較上述(1 )，( 2 )，( 3)式的動作電流，取最大值為計算值， 即：Idz1 270.4(A) 3.2.3確定基本側(cè)差動線圈的匝數(shù)和繼電器的動作電流 將兩側(cè)電流互感器分別結(jié)于繼電器的兩組平衡線圈，再接入差動線圈，使繼 電器的實(shí)用匝數(shù)和動作電流更接近于計算值；以二次回路額定電流最大側(cè)作為基 本側(cè)，基本側(cè)的繼電器動作電流及線圈匝數(shù)計算如下： dzis1 K JX I dz1 / n1 基本側(cè)(35KV)繼電器動作值I 代入數(shù)據(jù)得I dzis1 3 270.4/40 11.71(A) 基本側(cè)繼電器差動線圈匝數(shù)Wcdjs1 Awo /1 dzis1 式中：Awo為繼電

21、器動作安匝，應(yīng)采用實(shí)際值，本設(shè)計中采用額定值, 取得60安匝 代入數(shù)據(jù)得Wcdjsi60/11.71 5.12( 匝) 選用差動線圈與一組平衡線圈匝數(shù)之和較Wcdjs1小而相近的數(shù)值，作為差 動線圈整定匝數(shù)Wcdzo。 即：實(shí)際整定匝數(shù)W 繼電器的實(shí)際動作電流 cdz 5(匝) Idzii Awo/Wcdz 60/512(A) 保護(hù)裝置的實(shí)際動作電流 Idzi IdziN/Kjx 12 40/、3277.1A jx 3.2.4確定非基本側(cè)平衡線圈和工作線圈的匝數(shù) 平衡線圈計算匝數(shù)Wphis Wcdz /1 e2 Wcdz 5 (4.5/4.33 1) 0.19(匝) 故，取平衡線圈實(shí)際匝數(shù)Wp

22、hz 0 工作線圈計算匝數(shù)WgzWphzWcdz 5(匝) 3.2.5計算由于整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差fm fm(WphisWphz )/(Wphis Wcdz) (0.19 0)/(0.19 5) 0.04 此值小于原定值，取法合適，不需重新計算。 3.2.6初步確定短路線圈的抽頭 根據(jù)前面對BCH-2差動繼電器的分析，考慮到本系統(tǒng)主變壓器容量較小， 勵磁涌流較大，故選用較大匝數(shù)的“C-C ”抽頭，實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)考慮繼電器 所接的電流互感器的型號、性能等，抽頭是否合適，應(yīng)經(jīng)過變壓器空載投入試驗(yàn) 最后確定。 3.2.7保護(hù)裝置靈敏度校驗(yàn) 差動保護(hù)靈敏度要求值K1m 2 本系統(tǒng)在

23、最小運(yùn)行方式下，10KV側(cè)出口發(fā)生兩相短路時，保護(hù)裝 置的靈敏 度最低。 本裝置靈敏度K1m 0.866KjxId1min /Idz1 0.866 1 0.817/0.2771 2.55 2 滿足要 求。 過電流保護(hù)： 1) 保護(hù)動作電流按躲過變壓器額定電流來整定 Idz aie1/Kh 式中：Kk 可靠系數(shù)，采用； Kh 返回系數(shù)，采用； 代入數(shù)據(jù)得ldz 1.2 103.9/0.85 146.7(A) 繼電器的動作電流 Idzj l&/n1146.7/(40/-. 3)6.35(A) 電流繼電器的選擇： DL-21C/10 2) 靈敏度按保護(hù)范圍末端短路進(jìn)行校驗(yàn)，靈敏系數(shù)不小于。 靈敏系數(shù)

24、：K1m 0.866K jxId31min /Idz 0.866 1 0.282/0.1467 1.66 1.2 滿足要求。 過負(fù)荷保護(hù)： 其動作電流按躲過變壓器額定電流來整定。動作帶延時作用于信 Idz KKle1/Kf 1.05 103.9/0.85128.4(A) Idzj Idz/m 128.4.3/40 5056(A) 延時時限取10s，以躲過電動機(jī)的自起動。 ZDJH裝置 當(dāng)過負(fù)荷保護(hù)起動后，在達(dá)到時限后仍未返回，則動作 冷卻風(fēng)扇自起動： ldz 0.7Ie1 0.7 103.972.74(A) ldz1 ldz/72.74/(40/ . 3) 3.15(A) 即,當(dāng)繼電器電流達(dá)到3.15A時，冷卻風(fēng)扇自起動。 第四章 課程設(shè)計總結(jié) 一、完 成了對 變電所的自動裝置 、 10kv 線路繼電保護(hù)裝置、 主變壓器繼電 保護(hù)裝置設(shè)置的設(shè)計； 對短路電流的整定與計算以及主變繼電保護(hù)整定計算及繼 電器選擇。 二、通過本次課程設(shè)計對繼電保護(hù) 和電力系統(tǒng)自動化的課程設(shè)計有了進(jìn)一步 的了解和掌握，通過對課本和參考書籍的翻閱，進(jìn)一步提高了利用手頭資料親自 完成設(shè)計的能力，學(xué)會了分析原理接線圖和展開圖的分析