【精品】35kv變電站課程設(shè)計

1、35kv變電站課程設(shè)計1 前言繼電保護主要利用電力系統(tǒng)中元件發(fā)生短路或異常情況時的電氣量(電流、電壓、功率、頻率等)的變化，構(gòu)成繼電保護動作的原理，也有其他的物理量，如變壓器油箱內(nèi)故障時伴隨產(chǎn)生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強度的增高。大多數(shù)情況下，不管反應(yīng)哪種物理量，繼電保護裝置都包括測量部分(和定值調(diào)整部分)、邏輯部分、執(zhí)行部分。電力系統(tǒng)運行要求安全可靠。但是，電力系統(tǒng)的組成元件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)各異，運行情況復(fù)雜，覆蓋的地域遼闊。因此，受自然條件，設(shè)備及人為因素的影響（如雷擊，倒塌，內(nèi)部過電壓或者運行人員誤操作等），電力系統(tǒng)會發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)。最常見，危害最大的故障是各種形式的短

2、路。電力生產(chǎn)發(fā)、送、變、用的同時性，決定了它的一個過程重要性，電力系統(tǒng)要通過設(shè)計，組織，以使電力能夠可靠，經(jīng)濟的送到用戶，對供電系統(tǒng)最大的威脅就是短路故障，它給系統(tǒng)帶來了巨大的破壞作用，因此我們必須采取措施來防范它。繼電保護裝置的基本任務(wù)是：自動，迅速，有選擇性將系統(tǒng)中的切除，使故障元件損壞程度盡量可能降低，并保證該系統(tǒng)相符故障部分迅速恢復(fù)正常運行。反映電器元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的具體條件和設(shè)備的承受能力，發(fā)出信號，減負荷或者延時跳閘。繼電保護及自動化是研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統(tǒng)及

3、其元件（發(fā)電機、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害，所以沿稱繼電保護。基本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，在可能實現(xiàn)的最短時間和最小區(qū)域內(nèi)，自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。2 概述2.1 設(shè)計依據(jù)2.1.135kV變電站繼電保護設(shè)計任務(wù)書 2.1.2 電力系統(tǒng)繼電保護（中國電力出版社）2.2 設(shè)計規(guī)模本設(shè)計為35KV降壓變電所。主變?nèi)萘?00KVA，電壓等級為35/10KV。2.3 設(shè)計原始資料2.3.1 35KV變電站主接線圖 圖2.1 35KV變電站主接線圖2.3.2主要參數(shù)C1 系統(tǒng)： X1= 0.0

4、6/0.12； X2=X1 ； X1 以1000kVA，37KV為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標(biāo)幺值。C2系統(tǒng)： X1= 0.1/0.15； X2=X1 ； X1 以1000kVA，37KV為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標(biāo)幺值。A 站：有兩臺雙卷變壓器 容量為2400kVA 3542.5%/11kv ；Uk%=6.5%。35KV線路X1=0.4/km ；10KV電纜線路R=0.45/km ，X=0.08/km。XL-1 最大負荷130kVA ；XL-2最大負荷100kVA；XL-3最大負荷80kVA ； XL-4最大負荷100kVA ；XL-5最大負

5、荷110kVA ；XL-6最大負荷150kVA 。其中一類負荷45%；二類負荷25%；三類負荷30%。 XL-6為雙回線。3 變電所繼電保護和自動裝置規(guī)劃3.1 系統(tǒng)分析及繼電保護要求本設(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，所接負荷多為化工型，屬一二類負荷居多。為保證安全供電和電能質(zhì)量，繼電保護應(yīng)滿足四項基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。3.2 本系統(tǒng)故障分析3.2.1系統(tǒng)線路主要的故障本設(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。3.2.2電力變壓器的故

6、障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。3.2.3變壓器的不正常情況變壓器的不正常運行過負荷、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。3.310KV線路繼電保護裝置根據(jù)線路的故障類型，按不同的出線回路數(shù)，設(shè)置相應(yīng)的繼電保護裝置如下：3.3.1單回出線保護適用于織布廠和膠木廠出線。采用兩段式電流保護，即電流速斷保護和過電流保護。其中電流速斷保護為主保護，不帶時限，0S跳閘。3.3.2雙回路出線保護適用于印染廠、配電所和煉鐵廠出線

7、。采用平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護加電流保護。其中橫聯(lián)方向差動保護為主保護。電流保護作為橫聯(lián)方向差動保護的后備保護。3.4主變壓器繼電保護裝置設(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、異常運行保護和必要的輔助保護如下：變壓器為變電所的核心設(shè)備，根據(jù)其故障和不正常運行的情況，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、異常運行保護和必要的輔助保護如下：3.4.1主保護瓦斯保護（以防御變壓器內(nèi)部故障和油面降低）、縱聯(lián)差動保護（以防御變壓器繞組、套管和引出線的相間短路）。

8、3.4.2后備保護過電流保護（以反應(yīng)變壓器外部相間故障）、過負荷保護（反應(yīng)由于過負荷而引起的過電流）。3.4.3異常運行保護和必要的輔助保護溫度保護（以檢測變壓器的油溫，防止變壓器油劣化加速）和冷卻風(fēng)機自啟動（用變壓器一相電流的70%來啟動冷卻風(fēng)機，防止變壓器油溫過高）。3.5 變電所的自動裝置3.5.1瞬時故障的繼電保護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。若運行人員試行強送，隨可以恢復(fù)供電，但速度較慢，用戶的大多設(shè)備（電動機）已停運，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

9、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。3.5.2提高供電可靠性：針對變電所負荷性質(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）。3.5.3保證系統(tǒng)電能質(zhì)量 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，運行頻率和它的額定值見允許差值限制在0.5Hz內(nèi)，頻率降低會導(dǎo)致用電企業(yè)的機械生長率下降，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

10、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)置自動頻率減負荷裝置（ZPJH），按用戶負荷的重要性順序切除。3.6 本設(shè)計繼電保護裝置原理概述3.6.1 10KV線路電流速斷保護根據(jù)短路時通過保護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裝置的保護范圍；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。3.6.2 10KV線路過電流保護10KV線路過電流保護是利用短路時的電流比正常運行時大的特征來鑒別線路發(fā)生了短路故障，其動作的選擇性由過電流保護裝置的動作具有適當(dāng)?shù)难訒r來保證，有

11、定時限過電流保護和反時限過電流保護；本設(shè)計與電流速斷保護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，作為電流速斷保護的后備保護，來切除電流速斷保護范圍以外的故障，其保護范圍為本線路全部和下段線路的一部分。3.6.3 平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護是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，雙回線路運行時能保證有選擇的動作。該保護動作時間0S，由于橫聯(lián)保護在相繼動作區(qū)內(nèi)短路時，切除故障的時間將延長

12、一倍，故加裝一套三段式電流保護，作為后備保護。3.6.4 變壓器瓦斯保護變壓器瓦斯保護是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，接點閉合，這時讓其作用于信號，稱為輕瓦斯保護；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烈的油流，沖擊繼電器，使繼電器動作，接點閉合，這時作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護。3.6.5變壓器縱聯(lián)差動保護變壓器縱聯(lián)差動保護是按照循環(huán)電流的原理構(gòu)成。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

13、動繼電器并接在回路壁中，在正常運行和外部短路時，二次電流在臂中環(huán)流，使差動保護在正常運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，變壓器差動保護需解決這些問題，方法有：靠整定值躲過不平衡電流。采用比例制動差動保護。采用二次諧波制動。采用間歇角原理。采用速飽和變流器。本設(shè)計采用較經(jīng)濟的BCH-2型帶有速飽和變流器的繼電器，以提高保護裝置的勵磁涌流的能力。4

14、 短路電流計算4.1 系統(tǒng)等效電路圖： C1 C2 1 2 X1 X2 3 4 0.00292 0.00380 DL1 d15 6 0.1625 0.1625 DL2 d2 XL d3圖4.1系統(tǒng)等效電路圖 （各阻抗計算見3.3）4.2基準(zhǔn)參數(shù)選定： SB=1000KVA，UB=Uav即：35kV側(cè)UB=37KV，10kV側(cè)UB=10.5KV。4.3阻抗計算（均為標(biāo)幺值）：1） C1系統(tǒng)：最大方式X1=0.06 最小方式X1=0.12C2系統(tǒng)：最大方式X2=0.1 最小方式X2=0.152) 線路：L1：X3=l1X1SB/VB2=0.4101/372=0.00292 L2：X4=l3X1SB

15、/VB2=0.4131/372=0.00383) 變壓器： X5=X6=（Uk%/100）SB/S=6.5/1001/0.4=0.16254) 10KV側(cè)線路： XL1= l1X2SB/VB2 =0.4531/10.52=0.012 XL2= l1X2SB/VB2 = 0.4521/10.52=0.0082 XL3= l1X2SB/VB2 = 0.451.51/10.52=0.0061 XL4= l1X2SB/VB2 =0.4511/10.52 =0.0041 XL5= l1X2SB/VB2 = 0.4521/10.52=0.0082 XL6= l1X2SB/VB2 = 0.4531/10.5

16、2/2=0.006 4.4短路電流計算： 1）最大運行方式： 其中： X7=X1+X30.063 X8= X2+X40.104X9=X7X80.039 X10=X9+X50.202據(jù)此，系統(tǒng)化簡如圖4.2和4.3所示。故知35KV母線上短路電流：Id1max=IB1/X9=0.0156/0.183=0.4(KA) 10KV母線上短路電流: Id2max=IB2/X10=0.055/0.202=0.272(KA)折算到35KV側(cè): Id21max=IB1/X10=0.0156/0.202=0.077(KA)對于d3點以XL6計算 Id3max=5.5/(0.202+0.006)=0.208(KA

17、)最大運行方式圖： C1 C2 7 8 0.063 0.104 35KVd1 5 0.162510KV d2XLd3 9 35KV 0.039d1 5 0.1625 10KVd 2XL d3圖4.3最大運行方式圖 圖4.2 最大運行方式圖2) 最小運行方式下:系統(tǒng)化簡如圖4.4所示。因C1停運,所以僅考慮C2單獨運行的結(jié)果；X11=X8+X5=0.267所以35KV母線上短路電流：Id1min=IB1/X8=0.0156/0.104=0.15(kA) 所以10KV母線上短路電流：Id2min=IB2/X11=0.055/0.267=0.206(kA)折算到35KV側(cè)： Id2lmin = IB

18、1/X11=0.0156/0.267=0.058(kA)對于d3以XL6進行計算 Id3min=0.055/(0.267+0.006)=0.201(kA)折算到35KV側(cè)：Id3lmin = 0.0156/(0.267+0.201)=0.033(kA) C2 8 35KV 0.48d1 5 0.003 10KVd 2XL6=0.371 d3 圖4.4 最小運行圖 5 主變繼電保護整定計算及繼電器選擇5.1瓦斯保護 輕瓦斯保護的動作值按氣體容積為250300cm2整定，本設(shè)計采用280 cm2。重瓦斯保護的動作值按導(dǎo)油管的油流速度為0.61.5 cm2整定本，本設(shè)計采用0.9 cm2。瓦斯繼電器

19、選用FJ3-80型。5.2縱聯(lián)差動保護選用BCH-2型差動繼電器。5.2.1 計算Ie及電流互感器變比表5.1 Ie及電流互感器變比名 稱各側(cè)數(shù)據(jù)Y（35KV）（10KV）額定電流I1e=S/ U1e=103.9AI2e=S/ U2e=346.4A變壓器接線方式Y(jié)CT接線方式Y(jié)CT計算變比I1e/5=180/5I2e/5=346.4/5實選CT變比nl200/5400/5實際額定電流I1e/5=4.50AI2e/5=4.33A不平衡電流Ibp4.50-4.33=0.17A確定基本側(cè)基本側(cè)非基本側(cè)5.2.2 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 Idz1KKIbp (1)利用實

20、用計算式： Idz1=KK（KfzqKtxfi+U+fza）Id2lmax式中：KK可靠系數(shù)，采用1.3； 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0.5，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，本設(shè)計取0.05。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0.05。代入數(shù)據(jù)得 Idz1=1.3(110.1+0.05+0.05) 8.39=218.1（A）2） 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 Idz1= KK Ie （2）式中：KK可靠系數(shù)，采用1.3

21、； Ie變壓器額定電流：代入數(shù)據(jù)得 Idz1= 1.3103.9=135.1(A)3) 躲過電流互改器二次回路短線時的最大負荷電流 Idz1= KKTfhmax （3）式中： KK可靠系數(shù)，采用1.3； Idz1正常運行時變壓器的最大負荷電流；采用變壓器的額定電流。 代入數(shù)據(jù)得 Idz1=1.3103.9=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=218.1（A）5.2.3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

22、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：基本側(cè)（35KV）繼電器動作值 IdzjsI=KJXIdz1/nl代入數(shù)據(jù)得 IdzjsI= 218.1/40=9.44（A）基本側(cè)繼電器差動線圈匝數(shù) WcdjsI=Awo/ IdzjsI式中：Awo為繼電器動作安匝，應(yīng)采用實際值，本設(shè)計中采用額定值，取得60安匝。代入數(shù)據(jù)得 WcdjsI=60/9.44=6.35(匝)選用差動線圈與一組平衡線圈匝數(shù)之和較WcdjsI小而相近的數(shù)值，作為差動線圈整定匝數(shù)WcdZ。即：實際整定匝數(shù)WcdZ=6（匝）繼電器的實際動作電流 IdzjI=Awo/ WcdZ=60/5=12（A）保護裝置的實際動作電流 IdzI= IdzjINl/Kjx=1240/=277.1A5.2.4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) Wphjs=Wcdz/Ie2JI-Wcdz =6(4.55/4.50-1)=0.06(匝)故，取平衡線圈實際匝數(shù)Wphz=0工作線圈計算匝數(shù)Wgz= Wphz+Wcdz=5(匝)5.2.5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fza fza= (Wphjs- Wphz)/( Wphjs+ Wcdz) =(0.06-0)/(0.06+5)=0.01 此值小于原定值0.05，取法合適，不需重新計算。5.2.6初步確定短路線圈的抽頭根據(jù)