110kV企業(yè)變電站短路電流計(jì)算及繼電保護(hù)整定計(jì)算99449

1、目 錄1前言22任務(wù)變電站原始資料42.1電力系統(tǒng)與本所的連接方式42.2主變壓器型號(hào)及參數(shù)42.3負(fù)荷及出線情況53短路電流計(jì)算63.1基本假定63.2基準(zhǔn)值的選擇63.3各元件參數(shù)標(biāo)么值的計(jì)算73.4短路電流的計(jì)算91.5短路電流計(jì)算結(jié)果144繼電保護(hù)的配置154.1繼電保護(hù)的基本知識(shí)154.2變壓器保護(hù)配置及整定計(jì)算184.3 10kV線路保護(hù)配置及整定計(jì)算205結(jié)論216總結(jié)與體會(huì)227謝辭238參考文獻(xiàn)241前言由于電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷注入新的活力。未來(lái)繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)是向計(jì)算化，網(wǎng)絡(luò)化及保

2、護(hù)，控制，測(cè)量，數(shù)據(jù)通信一體化智能化發(fā)展。電能是一種特殊的商品,為了遠(yuǎn)距離傳送,需要提高電壓,實(shí)施高壓輸電,為了分配和使用,需要降低電壓,實(shí)施低壓配電,供電和用電。發(fā)電-輸電-配電-用電構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)。通常把由各種類型的發(fā)電廠,輸電設(shè)施以及用電設(shè)備組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中,各種電氣設(shè)備可能出現(xiàn)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。不正常運(yùn)行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞,但是沒(méi)有發(fā)生故障的運(yùn)行狀態(tài),如:過(guò)負(fù)荷,過(guò)電壓,頻率降低,系統(tǒng)振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線,如:三相短路,兩相短路,兩相接地短路,單相接地短路,單相斷線和兩相斷線等。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主

3、要內(nèi)容是對(duì)110kV企業(yè)(水泥廠)變電站進(jìn)行短路電流的計(jì)算、保護(hù)的配置及整定值的計(jì)算。參照電力系統(tǒng)繼電保護(hù)配置及整定計(jì)算，并依據(jù)繼電保護(hù)配置原理，對(duì)所選擇的保護(hù)進(jìn)行整定和靈敏性校驗(yàn)從而來(lái)確定方案中的保護(hù)是否適用來(lái)編寫的。設(shè)計(jì)分五大章節(jié)，其中第三章是計(jì)算系統(tǒng)的短路電流，確定各點(diǎn)短路電流值；第四章是對(duì)各種設(shè)備保護(hù)的配置，首先是對(duì)保護(hù)的原理進(jìn)行分析,保護(hù)的整定計(jì)算及靈敏性校驗(yàn)，其后是對(duì)變壓器保護(hù)配置及整定計(jì)算以及10kV線路保護(hù)配置及整定計(jì)算。由于編者水平有限，設(shè)計(jì)之中難免有些缺陷或錯(cuò)誤，望批評(píng)指正。2任務(wù)變電站原始資料2.1電力系統(tǒng)與本所的連接方式本110kV企業(yè)(水泥廠)變電站，采用110kV電

4、壓等級(jí)供電，其110kV電源來(lái)自220kV樞紐變電站，采用架空導(dǎo)線，系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖1：2.2主變壓器型號(hào)及參數(shù)型號(hào)：SZ10-25000/110，額定電壓：110±8×1.25%/10.5容量比：100/100短路電壓：Uk%=10.5接線方式：YN，d112.3負(fù)荷及出線情況2.3.1 110kV進(jìn)線1回，采用LGJ-150架空導(dǎo)線，Pmax=16MW,Pmin=1MW,=0.86,L=11km。2.3.2 10kV出線2回，全部為三芯電力電纜出線。2.3.3原料磨配電站采用4根三芯YJV-120電纜，Pmax=9MW, =0.8,L=0.2km。2.3.4窯頭

5、配電站采用4根三芯YJV-120電纜，Pmax=6MW, =0.85,L=0.8km。2.3.5 電容補(bǔ)償回路采用YJV-70電纜，Q=8400kvar，L=0.02km。3短路電流計(jì)算3.1基本假定3.1.1系統(tǒng)運(yùn)行方式為最大運(yùn)行方式。3.1.2磁路飽和、磁滯忽略不計(jì)。即系統(tǒng)中各元件呈線性，參數(shù)恒定，可以運(yùn)用疊加原理。3.1.3在系統(tǒng)中三相除不對(duì)稱故障處以外，都認(rèn)為是三相對(duì)稱的。3.1.4忽略對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小的參數(shù)，如元件的電阻、線路的電容以及網(wǎng)內(nèi)的電容器、感性調(diào)和及高壓電機(jī)向主電網(wǎng)的電能反饋等。3.1.5短路性質(zhì)為金屬性短路，過(guò)渡電阻忽略不計(jì)。3.1.6系統(tǒng)中的同步和異步電機(jī)均為理想電機(jī)

6、。3.2基準(zhǔn)值的選擇為了計(jì)算方便，通常取基準(zhǔn)容量Sj100MVA；基準(zhǔn)電壓Uj取各級(jí)電壓的平均電壓，即UjUp1.05Ue；基準(zhǔn)電流；基準(zhǔn)電抗常用基準(zhǔn)值如表1所示。表1 常用基準(zhǔn)值表（Sj100MVA）基準(zhǔn)電壓Uj（kV）3.156.310.537115230基準(zhǔn)電流Ij（kA）18.339.165.501.560.5020.251基準(zhǔn)電抗Xj（）0.09920.3971.1013.71325303.3各元件參數(shù)標(biāo)么值的計(jì)算電路元件的標(biāo)么值為有名值與基準(zhǔn)值之比，計(jì)算公式如下：采用標(biāo)么值后，相電壓和線電壓的標(biāo)么值是相同的，單相功率和三相功率的標(biāo)么值也是相同的，某些物理量還可以用標(biāo)么值相等的另一些

7、物理量來(lái)代替，如I*=S*。電抗標(biāo)么值和有名值的變換公式如表2所示。表2中各元件的標(biāo)么值可由表1中查得。表2 各電氣元件電抗標(biāo)么值計(jì)算公式元件名稱標(biāo) 么 值備 注發(fā)電機(jī)調(diào)相機(jī)電動(dòng)機(jī)為發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗的百分值變壓器為變壓器短路電壓百分值，為最大容量線圈額定容量電抗器為電抗器的百分電抗值線路線路長(zhǎng)度系統(tǒng)阻抗Skd為與系統(tǒng)連接的斷路器的開斷容量；S為已知系統(tǒng)短路容量其中線路電抗值的計(jì)算中，為：6220kV架空線 取0.4 /kM35kV三芯電纜 取0.12 /kM610kV三芯電纜 取0.08 /kM表2中SN、Sb單位為MVA，UN、Ub單位為kV，IN、Ib單位為kA。本110kV企業(yè)(水泥廠)

8、變電站各元件參數(shù)標(biāo)么值計(jì)算如下：3.3.1主變壓器：3.3.2原料磨配電站線路：3.3.3窯頭配電站線路：3.4短路電流的計(jì)算3.4.1網(wǎng)絡(luò)變換計(jì)算公式串聯(lián)阻抗合成：并聯(lián)阻抗合成：，當(dāng)只有兩支時(shí)3.4.2短路電流計(jì)算公式短路電流周期分量有效值： 短路沖擊電流峰值：短路全電流最大有效值：式中為沖擊系統(tǒng)，可按表3選用。表3 不同短路點(diǎn)的沖擊系數(shù)短路點(diǎn)推薦值發(fā)電機(jī)端1.902.69發(fā)電廠高壓側(cè)母線及發(fā)電機(jī)電抗器后1.852.62遠(yuǎn)離發(fā)電廠的地點(diǎn)1.802.55注：表中推薦的數(shù)值已考慮了周期分量的衰減。3.4.3最大運(yùn)行方式下短路電流的計(jì)算最大運(yùn)行方式下等值電路標(biāo)么阻抗圖見(jiàn)圖2。圖2 d1：d2：d3

9、：d4：3.4.4最小運(yùn)行方式下短路電流的計(jì)算最小運(yùn)行方式下等值電路標(biāo)么阻抗圖見(jiàn)圖3。圖3d1：d2：d3：d4：1.5短路電流計(jì)算結(jié)果110kV企業(yè)(水泥廠)變電站相關(guān)短路電流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表4。表4 短路電流計(jì)算結(jié)果表短路點(diǎn)短路電流周期分量(有效值)Id(kA)短路沖擊電流(峰值)ich(kA)短路全電流最大有效值Ich(kA)最大運(yùn)行方式下d15.18713.2277.832d210.64327.1416.071d310.35226.39815.632d49.56824.39814.448最小運(yùn)行方式下d13.639.2575.481d29.85125.1214.875d39.60224.

10、48514.499d48.92422.75613.4754繼電保護(hù)的配置4.1繼電保護(hù)的基本知識(shí)電能是一種特殊的商品,為了遠(yuǎn)距離傳送,需要提高電壓,實(shí)施高壓輸電,為了分配和使用,需要降低電壓,實(shí)施低壓配電,供電和用電。發(fā)電-輸電-配電-用電構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)。通常把由各種類型的發(fā)電廠,輸電設(shè)施以及用電設(shè)備組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中,各種電氣設(shè)備可能出現(xiàn)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。不正常運(yùn)行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞,但是沒(méi)有發(fā)生故障的運(yùn)行狀態(tài),如:過(guò)負(fù)荷,過(guò)電壓,頻率降低,系統(tǒng)振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線,如:三相短路,兩相短路,兩相接地短路

11、,單相接地短路,單相斷線和兩相斷線等。其中最常見(jiàn)且最危險(xiǎn)的是各種類型的短路,電力系統(tǒng)的短路故障會(huì)產(chǎn)生如下后果:(1)故障點(diǎn)的電弧使故障設(shè)備損壞；(2)比正常工作電流大許多的短路電流產(chǎn)生熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng),使故障回路中的設(shè)備遭到破壞；(3)部分電力系統(tǒng)的電壓大幅度下降,使用戶的正常工作遭到破壞,影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和人們的正常生活；(4)破壞電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,引起系統(tǒng)振蕩,甚至使電力系統(tǒng)瓦解,造成大面積停電的惡性循環(huán)；故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)若不及時(shí)正確處理,都可能引發(fā)事故。為了及時(shí)正確處理故障和不正常運(yùn)行狀態(tài),避免事故發(fā)生,就產(chǎn)生了繼電保護(hù),它是一種重要的反事故措施。繼電保護(hù)包括繼電保護(hù)技術(shù)和繼

12、電保護(hù)裝置,且繼電保護(hù)裝置是完成繼電保護(hù)功能的核心,它是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障和不正常運(yùn)行狀態(tài),并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。繼電保護(hù)的任務(wù)是:(1)當(dāng)電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生故障時(shí),能自動(dòng),迅速,有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除,避免故障元件繼續(xù)遭到破壞,使非故障元件迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。(2)當(dāng)電力系統(tǒng)中某電氣元件出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),能及時(shí)反應(yīng)并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件發(fā)出信號(hào)或跳閘。繼電保護(hù)裝置的基本原理:我們知道在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),許多參量比正常時(shí)候都了變化，當(dāng)然有的變化可能明顯，有的不夠明顯，而變化明顯的參量就適合用來(lái)作為保護(hù)的判據(jù)，構(gòu)成保護(hù)。比如：根據(jù)短路電

13、流較正常電流升高的特點(diǎn)，可構(gòu)成過(guò)電流保護(hù)；利用短路時(shí)母線電壓降低的特點(diǎn)可構(gòu)成低電壓保護(hù)；利用短路時(shí)線路始端測(cè)量阻抗降低可構(gòu)成距離保護(hù)；利用電壓與電流之間相位差的改變可構(gòu)成方向保護(hù)。除此之外，根據(jù)線路內(nèi)部短路時(shí)，兩側(cè)電流相位差變化可以構(gòu)成差動(dòng)原理的保護(hù)。當(dāng)然還可以根據(jù)非電氣量的變化來(lái)構(gòu)成某些保護(hù)，如反應(yīng)變壓器油在故障時(shí)分解產(chǎn)生的氣體而構(gòu)成的氣體保護(hù)。原則上說(shuō)：只要找出正常運(yùn)行與故障時(shí)系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的變化特征（差別），即可形成某種判據(jù)，從而構(gòu)成某種原理的保護(hù)，且差別越明顯，保護(hù)性能越好。繼電保護(hù)裝置的組成：被測(cè)物理量測(cè)量邏輯執(zhí)行跳閘或信號(hào) 整定值測(cè)量元件：其作用是測(cè)量從被保護(hù)對(duì)象輸入的有關(guān)

14、物理量（如電流，電壓，阻抗，功率方向等），并與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否該起動(dòng)。邏輯元件：其作用是根據(jù)測(cè)量部分輸出量的大小，性質(zhì)，輸出的邏輯狀態(tài)，出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號(hào)，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。執(zhí)行元件：其作用是根據(jù)邏輯元件傳送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如：故障時(shí)跳閘，不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)信號(hào)，正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作等。對(duì)繼電保護(hù)的基本要求：選擇性：是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運(yùn)行，以盡量減小停電范圍。速動(dòng)性：是指保護(hù)快速切除故障的性能，故障切除的時(shí)間

15、包括繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和斷路器的跳閘時(shí)間。靈敏性：是指在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)，保護(hù)對(duì)故障情況的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來(lái)。可靠性：是指發(fā)生了屬于它該動(dòng)作的故障，它能可靠動(dòng)作，而在不該動(dòng)作時(shí)，它能可靠不動(dòng)。即不發(fā)生拒絕動(dòng)作也不發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作。4.2變壓器保護(hù)配置及整定計(jì)算4.2.1變壓器保護(hù)配置電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此，我們必須研究變壓器有哪些故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，以便采取相應(yīng)的保護(hù)措施。變壓器的故障可以分為油箱外和油箱內(nèi)兩種故障。油箱外的故障，主

16、要是套管和引出線上發(fā)生相間短路以及中性點(diǎn)直接接地側(cè)的接地短路。這些故障的發(fā)生會(huì)危害電力系統(tǒng)的安全連續(xù)供電。油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心的燒損等。油箱內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，不僅會(huì)損壞繞組的絕緣、燒毀鐵芯，而且由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱的爆炸。變壓器外部短路引起的過(guò)電流、負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷、風(fēng)扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等，這些運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使繞組和鐵芯過(guò)熱。此外，對(duì)于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的星形接線方式變壓器，外部接地短路時(shí)有可能造成變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過(guò)電壓或低頻率等異常運(yùn)行方

17、式下會(huì)發(fā)生變壓器的過(guò)勵(lì)磁，引起鐵芯和其它金屬構(gòu)件的過(guò)熱。 主保護(hù)：電流差動(dòng)保護(hù)、瓦斯保護(hù)后備保護(hù)：過(guò)電流保護(hù)/低壓閉鎖過(guò)電流保護(hù)/復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)/阻抗保護(hù)/零序過(guò)電流保護(hù)/零序過(guò)電壓保護(hù)/過(guò)負(fù)荷保護(hù)/過(guò)激磁保護(hù)。兩種配置模式：（1）主保護(hù)、后備保護(hù)分開設(shè)置（2）成套保護(hù)裝置，重要變壓器雙重化配置4.2.2縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)以雙繞組變壓器為例來(lái)說(shuō)明實(shí)現(xiàn)縱差動(dòng)保護(hù)的原理，如圖4所示。?2?2?1nBnl 1nl 2?1?2- ?2I- I圖4變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此，為了保證縱差動(dòng)保護(hù)的正確工作，就必須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得在正常運(yùn)行和外部

18、故障時(shí)，兩個(gè)二次電流相等，亦即在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，差動(dòng)回路的電流等于零。例如在圖4中，應(yīng)使 = 或=式中高壓側(cè)電流互感器的變比；低壓側(cè)電流互感器的變比； 變壓器的變比（即高、低壓側(cè)額定電 壓之比）。由此可知，要實(shí)現(xiàn)變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)， 就必須適當(dāng)?shù)剡x擇兩側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比，這是與前述送電線路的縱差動(dòng)保護(hù)不同的。這個(gè)區(qū)別是由于線路的縱差動(dòng)保護(hù)可以直接比較兩側(cè)電流的幅值和相位，而變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)則必須考慮變壓器變比的影響。本次設(shè)計(jì)所采用的變壓器型號(hào)為：SZ-25000/110。對(duì)于這種大型變壓器而言，它都必需裝設(shè)單獨(dú)的變壓器差動(dòng)保護(hù)，這是因?yàn)樽儔浩鞑顒?dòng)保護(hù)通常采用兩

19、側(cè)電流差動(dòng)，其中高電壓側(cè)電流引自高壓側(cè)電流互感器，低壓側(cè)電流引自變壓器低壓側(cè)電流互感器，這樣使差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍為二組電流互感器所限定的區(qū)域，從而可以更好地反映這些區(qū)域內(nèi)相間短路，高壓側(cè)接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障。所以我們用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，其接線原理圖如圖5所示。正常情況下,=即：（變壓器變比）所以這時(shí)Ir=0，實(shí)際上，由于電流繼電器接線方式，變壓器勵(lì)磁電流，變比誤差等影響導(dǎo)致不平衡電流的產(chǎn)生，故Ir不等于0 ，針對(duì)不平衡電流產(chǎn)生的原因不同可以采取相應(yīng)的措施來(lái)減小。盡管縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)有很多其它保護(hù)不具備的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)大型變壓器內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路故障以及繞

20、組斷線故障時(shí)，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)不能動(dòng)作，這時(shí)我們還需對(duì)變壓器裝設(shè)另外一個(gè)主保護(hù)瓦斯保護(hù)。圖5縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理示意圖4.2.3瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)主要用來(lái)保護(hù)變壓器的內(nèi)部故障，它由于一方面簡(jiǎn)單，靈敏，經(jīng)濟(jì)；另一方面動(dòng)作速度慢，且僅能反映變壓器油箱內(nèi)部故障，就注定了它只有與差動(dòng)保護(hù)配合使用才能做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，效果更佳。瓦斯保護(hù)的工作原理：當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，有輕瓦斯產(chǎn)生，瓦斯繼電器KG的上觸點(diǎn)閉合，作用于預(yù)告信號(hào)；當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，重瓦斯沖出，瓦斯繼電器的下觸點(diǎn)閉合，經(jīng)中間繼電器KC作用于信號(hào)繼電器KS，發(fā)出警報(bào)信號(hào)，同時(shí)斷路器跳閘。瓦斯繼電器的下觸點(diǎn)閉合，也可利用切換片XB切換位置，只給出報(bào)警信號(hào)。瓦斯保護(hù)的整定：瓦斯保護(hù)有重瓦斯和輕瓦斯之分，它們裝設(shè)于油箱與油枕之間的連接導(dǎo)管上。其中輕瓦斯按氣體容積進(jìn)行整定，整定范圍為：250300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度進(jìn)行整定，整定范圍為：0.61.5m/s,一般整定在1m/s 。瓦斯保護(hù)原理如圖6所示。圖6瓦斯保護(hù)原理示意圖4.2.4保護(hù)配置的整定 對(duì)于本次設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，變壓器的主保護(hù)有縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)，其中瓦