35kV总降压站变电所设计毕业设计说明

..XX理工大学成人高等教育毕业设计〔论文学习形式：函授□夜大□脱产□函授站：专业：级别：学生__XX理工大学成人高等教育毕业设计〔论文任务书毕业设计〔论文题目：35kV总降压站变电所设计学生__学号:专业年级：电气工程及其自动化学习形式：函授■夜大□脱产□函授站毕业设计〔论文内容：高压供电系统设计〔根据供电部门提供的资料,选择本厂最优供电方案降压变电所设计主接线设计短路电流计算主要电器设备选择主要设备〔主变压器继电保护设计配电装置设计防雷接地设计〔只要求方案设计成果设计说明书设计图纸二张总降压变电站电气主接线图主变压器继电保护展开图设计〔论文指导〔签字主管教学院长：〔签字年月日设计资料某荣安加工厂总降压35KV变电所及配电系统设计基础资料全厂用电设备情况〈1〉负荷大小用电设备总安装容量：6630KW计算负荷〔10KV侧有功：4522KW无功：1405Kvar各车间负荷统计见表8-1〈2〉负荷类型本厂绝大部分用电设备均属长期连续负荷,要求不间断供电。停电时间超过2分钟将造成产品报废；停电时间超过半小时,主要设备池,炉将会损坏；全厂停电将造成严重经济损失,故主要车间级辅助设施均为Ⅰ类负荷。〈3〉本厂为三班工作制,全年工作时数8760小时,最大负荷利用小时数5600小时。〈4〉全厂负荷分布,见厂区平面布置图。〔图8-1表8-1全厂各车间负荷统计表序号车间名称负荷类型计算负荷Pjs〔KWQjs〔KVarSjs〔KVA123456789空气压缩车间熔制成型〔模具车间熔制成型〔熔制车间后加工〔磨抛车间后加工〔封接车间配料车间锅炉车间厂区其他负荷〔一厂区其他负荷〔二共计同时系数全厂计算负荷ⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅡ-ⅢⅡ-Ⅲ78056059065056036042040044047600.95452218015017022015010011016820014480.97140580058061468658037443443448349854735.242、电源情况〈1〉工作电源本厂拟由距离其5公里处的A变电站接一回架空线路供电,A变电站110KV母线短路容量为1918MVA,基准容量为1000MVA,A变电站安装两台SFSLZ1-31500KV/110KV三圈变压器,其短路电压u高-中=10.5%,u高-低=17%,u低-中=6%。详见电力系统与本厂连接图〔图8-2。供电电压等级：由用户选用35KV或10KV的一种电压供电。最大运行方式：按A变电站两台变压器并列运行考虑。最小运行方式：按A变电站两台变压器分列运行考虑。〈2〉备用电源拟由B变电站接一回架空线作为备用电源。系统要求,只有在工作电源停电时,才允许备用电源供电。〈3〉功率因数供电部门对本厂功率因数要求值为：当以35KV供电时,cosΦ=0.9当以10KV供电时,cosΦ=0.95〈4〉电价。供电局实行两部电价：基本电价：按变压器安装容量每1千伏安每月4元计费。电度价：35KVβ=0.05元/KWh10KVβ=0.06元/KWh〈5〉线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按每千伏瓦1000元。目录摘要……………………〔8前言……………………〔9第一章高压供电系统设计……〔101．1供电方案的论证及确定…………………〔101．2供电系统方案的论证……〔141．3供电方案比较……………〔15第二章电气主接线的设计……〔222．1电气主接线设计原则……〔222．2电气主接线图设计………〔23第三章短路电流计算…………〔263.1短路电流计算的条件………〔263.2计算各元件电抗的标幺值………〔273.3短路电流的计算……………〔28第四章主要电气设备选择……〔314．1电气设备选择的一般原则………………〔314．235KV侧电气设备的选择…………………〔354．310KV侧电气设备的选择…………………〔45第五章配电装置的设计………〔47第六章主变压器的继电保护设计………………〔496．1继电保护概述…………〔496．2主变压器继电保护方案选择………………〔506．3变压器瓦斯保护……………〔516．4变压器纵差动保护…………〔536．5变压器复合电压起动过电流………………〔596．6变压器过负荷保护……………………〔626．7主变绝缘监视………………〔63第七章防雷接地设计〔只作初步方案………〔66结论…………………〔68结论与体会………………〔69谢词……………………〔70参考文献……………………〔71附录………〔72摘要本设计是针对荣安加工厂自身所需而制定,是将35KV经变压器转换成10KV电压,再将其分配到各车间,供工厂所用,设计本方案是按照经济适用可靠简便的原则,既考虑到工厂本身安全可靠供电,也为本厂节约成本,我们除了将主电源降压外,还引进了一支10KV外来电源,在一次设备需要停电检修或110KV电源失压,可由外来电供工厂一类负荷使用,以110KV降压变为主,10KV外来电为辅,两者也互为备用,这提高了工厂供电的可靠性.关键词高压供电方案、电气主接线、短路电流计算、设备选型、配电装置、继电保护、防雷接地前言变电所是电力网中线路的连接点,它是联系发电厂和用户的中间环节,作用是变换电压、交换功率和汇集、分配电能,它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。变压器是变电所重要的电气设备,由于变压器本身结构复杂、造价昂贵,一旦因故障而遭到损坏,其检修难度大,检修时间长,将造成巨大的经济损失。近年来,随着电力系统规模的扩大,电压等级的升高,大容量变压器应用日趋增多,对变压器保护有更高的要求。母线的安全可靠运行也会影响变电所的正常运转。当母线上发生故障时,如果不能迅速切除故障,将会破坏变电所的稳定运行,严重时将造成电力系统的重大事故。因此,在重要的35kV及其以上的发电厂或变电所的母线上,都需要装设专用的母线保护装置。保护的合理配置以及整定计算是变电站继电保护设计的一个重要环节,保护的合理设计与选型是保证电网安全稳定运行的基础,而保护定值的正确与否决定着保护装置能否有效发挥作用。无论保护装置采用的原理多么先进,算法多么精确,硬件设计多么严密可靠,如果给定的整定值是错误的,则保护装置就不可能正常工作,所以正确的继电保护整定值是继电保护装置有效发挥作用的一个重要条件。因此掌握相关保护原理和正确的整定计算是确定合理的保护配置方案设计的必要条件。本设计以10KV站为主要设计对象,分为任务书和说明书两部分,同时附有电气主接线图、主变压器继电保护图、10KV出线继电保护图和中央信号装置接线图进行说明。设计包括电气主接线的论证、短路电流计算、主要电气设备的选择及校验等。在主接线设计中,从经济性、灵活性、可靠性三个方面进行比较,最后选择35kV采用单母线接线方式,在10kV侧采用单母线接线方式。高压供电系统设计供电系统的设计方案1.1、供电方案拟定本变电所电源进线可为35KV或10KV的两路,按照要求正常的情况下一路运行,一路为备用。配电母线为10KV,负荷出线有9回。且主要用电设备均要求不间断供电,停电时间超过两分钟会造成产品报废,对供电可靠性要求较高；故主要车间及辅助设施均为I类负荷。因此考虑配电母线采用单母线分段接线,为提高供电可靠性,10KV拟采用成套开关柜单层布置。电源进线,则可取两路35KV、两路10KV或一路35KV一路10KV,三种不同方案。1、方案一工作电源与备用电源均采用35KV电压供电。此方案中,总降压变电所内装设两台主变压器。在设计35kV变电所主接线时考虑负荷为I级负荷,工厂总降压变电所的高压侧接线方式可考虑单母线分段、内桥式、外桥接线三种方式,对其进行分析比较。〔1、单母线分段接线用分段断路器〔或分段隔离开关将单母线分成二段,母线分段后,可提高了供电的可靠性和灵活性。两段母线可并列运行也可分裂分行,当两路电源一用一备时,分段断路器接通运行,当某段母线故障,分段断路器及故障段电源段断路器在继电保护装置作用下自动断开只停该段。两路电源同时工作互为备用时,分段断路器则断开运行,当某段电源回路故障而使其断路器断开时,备用电源自动投入使分段断路器接通,可保证继续供电。可以看出单母线分段能供给一级负荷,并且由于采用分段形式,变压器一用一备,较之单母线在一定程度上大大提高了供电的可靠性和灵活性。缺点：分段单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积；某段母线故障或检修仍有停电问题；某回路的断路器检修,该回路停电；主要适用于35～63KV配电装置出线回路数为4～8回路时。如下图1-1所示：图1-1分段单母线接线〔2、内桥式接线桥连断路器QF3在QF1、QF2的变压器侧,当其中一回线路检修或故障时,其余部分不受影响,其中一回线路检修或故障时其余部分不受影响,操作较简单,但在变压器切除、投入或故障时,造成一回升路短时停运,倒闸操作较复杂；线路侧断路器检修时,线路停电时间长。内桥接线适用于输电线路较长或变压器不需经常投、切的配电方案。如下图1-2所示：图1-2内桥主接线〔3、外桥主接线桥连断路器QF3在QF1、QF2的线路侧,外桥式的操作特点及适用范围恰恰与内桥式相反。其一回线路检修或故障时,有一台变压器短时停运,操作较复杂；变压器投切或故障时不影响其余部分操作较简单；变压器侧断路器检修时变压器需较长时间停动。外桥接线适用于输电线路较短或变压器需经常投切的配电方案。如下图1-3所示：图1-3外桥主接线由本次设计的基本要求来看,变压器不会频繁切换,35kV总降压变电所外部电网供电因此线路长,内桥式接线是无母线制,可以省去母线的投资费用,内桥式接线在其中一回线路检修或故障时其余部分不受影响,操作较外桥式简单,综上因素,选定内桥式接线方式可满足安全、可靠、灵活、经济的基本要求,因此决定采取内桥式的接线方式。2、方案二工作电源与备用电源均采用10KV电压供电,两路电源进线均采用断路器分别接在10KVI、II段母线上。3、方案三工作电源采用35KV电压供电,备用电源采用10KV电源供电。35KV线路经架空线路引入总降压变电所,装设一台主变压器,高低压侧各装设一台断路器,接在10KVI段母线上,备用电源采用10KV电压供电经一台断路器接在10KIVII段配电母线上,接线图如下图1-4所示：图1-42供电系统方案的论证工厂供电设计要满足生产工艺提出的各项要求并保证安全可靠的供电,并力求经济合理,投资少,运行维护费用低。因此,对上述三个方案进行技术和经济方面的比较,选择一个合理的最佳方案。技术经济比较一般包括技术指标、经济计算和有色金属消耗量三个方面。一、方案的优点和缺点分析1、方案一工作电源和备用电源均采用35KV供电优点：供电电压高,线路功率损耗少。电压损失小,调压问题容易解决。要求的功率因数值低,所需补偿容量小,可减少投资。供电的安全可靠性高。缺点：工厂内要设置总降压变电所,占用的土地面积多。装设两台变压器投资及运行维护费用高。2、方案二工作电源和备用电源均采用10KV供电优点：工厂内不设主变压器,可以简化接线。降低了投资及运行维护成本。工厂内不设总降压变电所,可以减少占地面积、管理人员及维护工作量。缺点：供电电压低,线路的功率损耗增大,电压损失也大。要求的功率因数值高,需增加补偿装置及相关设备的投资。工厂内设总配电所,供电的安全可靠性不如35KV。3、方案三工作电源采用35KV供电,备用电源采用10KV供电。此方案的技术经济指标介于方案一和方案三之间。根据原始资料中要求两路电源正常时只使用一路供电,工作电源停用时才使用备用电源供电。因此该方案较好,备用电源供时时间较少,该方案既能满足供电可靠性的要求,投资也相对较少。1.3供电方案的比较1、方案一工作电源和备用电源均采用35KV供电根据原始资料提供全厂计算负荷为4735.24KVA,考虑到原始资料要求两路电源正常时只使用一路供电,工作电源停用时才使用备用电源供电。本方案先用5000KVA的变压器两台,型号为S11-5000/35,电压为35/10KV,查表得知变压器的主要技术数据：表1-1变压器的主要技术数据型号S11-5000/35联接组标号Yd11空载损耗△P04.88KW短路损耗△Pk31.2kw阻抗电压UK%7%空载电流I0%0.6%变压器的有功功率损耗：△Pb=n△P0+△Pk〔Sjs/Sbe2已知：n=2,n为变压器台数,Sjs=4735.24KVA,Sbe=5000KVA。所以,△Pb=2×4.88+×31.2×〔4735.24÷50002=23.75KW。变压器的无功功率损耗为：△Qb=n〔I0%/100Sbe+<UK%/100>Sbe〔Sjs/Sbe2=2×〔0.6÷100×5000+×〔7÷100×5000×〔4735.24÷50002=216.96KVar35KV线路的功率：Pjs＇＝Pjs＋△Pb=4522+23.75=4545.75KWQjs＇=Qjs+△Qb=1405+216.96=1621.96KVarSjs＇===4826.45KVA35KV线路功率因数:COSφ=Pjs＇/Sjs＇=4545.75/4826.45=0.94COSφ=0.94＞0.9,合格。导线在运行中,在电流流过时导线的温度会升高。温度过高将会降低导线的机械强度,加大导线接头处的接触电阻,增大导线的弧垂。为保证导线在运行中不致过热,要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量,即Ijs′<lyx。按照国家电线产品技术标准规定,经过查表,35KV线路选用LGJ-35钢芯铝绞线架设,几何均距确定为2.5米。查表得：r0=0.85Ω/km,x0=0.417Ω/km.电压损失：u=〔r0×Pjs＇×L+x0×Qjs＇×L/ue<L=5Km>=<0.85×4545.59×5+0.417×1621.96×5>/35=0.65KVu＜35×5%=1.75KV,电压损失合格。2、方案二工作电源与备用电源均为10KV电源供电。根据全厂计算负荷Sjs=4735.24KVA,可以计算处10KV线路的负荷电流。Ijs＇=Sjs/=4735.24〔/×10=273A功率因数：COSφ=Pjs/Sjs=4522/4735.24=0.95,合格。根据导线的发热条件,10KV线路选用LGJ-70钢芯铝绞线架设,几何均距确定为1.5米,查表得到：r0=0.46Ω/Km,x0=0.365Ω/Km。电压损失：u=〔r0×Pjs×L+x0×Qjs×L/ue<L=5Km>=<0.46×4522×5+0.365×1405×5>/10=1.3KVu=1.3＞10×5%=1.75KV,电压损失不合格。电压损失过大,为了降低电压损失,10KV线路考虑选用LGJ-120钢芯铝绞线架空架设,几何均距确定为1.5米。查表得：r0=0.27Ω/Km,x0=0.335Ω/Km。u=〔r0×Pjs×L+x0×Qjs×L/ue<L=5Km>=<0.27×4522×5+0.335×1405×5>/10=0.85KVu=0.85＞10×5%=0.5KV,电压损失仍然不合格。3、方案三工作电源采用35KV电源供电,备用电源采用10KV电源供电。〔1、35KV电源供电时：根据全厂计算负荷为4735.24KVA,厂内总降压变电所设一台容量为5000KVA的主变压器,型号为：S11-5000/35,电压为35KV/10KV,查表得到变压器的主要技术数据如下：△P0=4.88KW,短路损耗△Pk=31.2KW,阻抗电压UK%=7,空载电流I0%=0.6。变压器的有功功率损耗为：△Pb=n△P0+△Pk〔Sjs/Sbe2已知：n=1,n为变压器台数,Sjs=4735.24KVA,Sbe=5000KVA。所以,△Pb=1×4.88+1×31.2×〔4735.24÷50002=32.78KW。变压器的无功功率损耗为：△Qb=n〔I0%/100Sbe+<UK%/100>Sbe〔Sjs/Sbe2=1×〔0.6÷100×5000+1×〔7÷100×5000×〔4735.24÷50002=313.91KVar35KV线路的功率：Pjs＇＝Pjs＋△Pb=4522+32.78=4554.78KWQjs＇=Qjs+△Qb=1405+313.91=1718.91KVarSjs＇===4868.34KVA35KV线路功率因数:COSφ=Pjs＇/Sjs＇=4554.78/4868.34=0.936COSφ=0.936＞0.9,合格。导线在运行中,因其中有电流流过,将使导线稳定升高,温度升高将会降低导线的机械强度,加大导线接头处的接触电阻,增大导线的垂度。。为保证导线在运行中不致过热,要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量,即Ijs＇＜Iys。按照国家电线产品的技术标准规定,经过查表,35KV线路选用LGJ-35钢芯铝绞线架设,几何均距确定为2.5米。查表得到：r0=0.85Ω/Km,x0=0.417Ω/Km。电压损失：u=〔r0×Pjs＇×L+x0×Qjs＇×L/ue<L=5Km>=<0.85×4554.78×5+0.417×1718.91×5>/35=0.66KVu=0.66＜35×5%=1.75KV,电压损失合格。〔2、10KV备用电源供电时：计算负荷仅考虑一级负荷的使用,根据设计任务书的要求,Pjs=3724KW,Qjs=1407.6KVar,===3865.5KVA,由此可以计算出10KV备用电源供电时线路的负荷电流。=/=3868.5/〔×10=223.35A根据导体发热条件,10KV线路考虑选用LGJ-120钢芯铝绞线架设,几何均距确定为1.5米,L=7Km,查表得到r0=0.27Ω/Km,x0=335Ω/Km。由此可以计算出10KV备用电源线路的电压损失。u=〔r0×Pjs＇×L+x0×Qjs＇×L/ue<L=7Km>=〔0.27×3724×7+0.335×1047.6×7/10=0.95KVu=0.95＞10×5%=0.5KV,电压损失有点偏高,但因作为备用电源,运行时间短,可以满足供电要求。4、三个方案的综合比较通过对三个供电方案进行的经济技术指标的分析技术,可以得出一下结论：方案一：供电可靠,运行灵活,线路损耗小,但因要装设两台主变压器和三台35KV高压断路器,使投资较大。方案二：工作和备用电源均采用10KV线路供电,无需装设主变压器,投资最少,但线路损耗较大,电压损失严重,无法满足一级负荷长期正常运行的要求,故方案不可行。方案三：介于方案一和方案二之间,正常运行时由35KV线路供电,线路损耗低,运行方式灵活,电压损耗小,能满足和长期正常运行的需要,35KV线路检修或故障时,10KV备用线路投入运行,期间电源损失较大,但这种情况出现几率很少,且运行时间也不会很长。从设备投资来说,方案三比方案已减少一台主变压器和两台35KV高压断路器,占用场地也相对较少,因此投资也大为降低,至于备用线路的电压损失问题,可以采用提高导线截面的办法得到改善。综上所述,选定方案一及方案三,由经济估算比较可知,方案三的总和投资及运行维护费用均低于方案一。从供电可靠性、灵活性、经济性三方方面综合考虑,决定采用方案三,即采用正常运行时35KV单回路供电,事故或检修是采用10KV备用电源供电方案作为本次设计的最终方案。电气主接线的设计1电气主接线设计原则电气主接线是发电厂和变电站电气部分的主体,它反映各电气设备的作用、连接方式和回路间的相互关系。所以,他的设计直接关系的全厂〔站电气设备的选择、配电装置的布置,继电保护、自动装置和控制方式的确定,对电力系统的安全、经济运行起到决定的关键作用。我国《变电所设计技术规程》SDJ2-79规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定,并且满足运行可靠,简单灵活、操作方便和节约投资等要求,便于扩建。一、可靠性：本厂绝大部分用电设备均属长期连续负荷,要求不间断供电,停电时间超过2分钟将造成产品报废；停电时间超过半小时,主要设备池,炉将会损坏；全厂停电将造成严重经济损失,故主要车间级辅助设施均为Ⅰ类负荷；所以,安全可靠是电力生产和分配的首要任务,保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求。1、主接线可靠性的具体要求：〔1断路器检修时,不宜影响对系统的供电；〔2断路器或母线故障以及母线检修时,尽量减少停运出线的回路数和停运时间,并要求保证对I类负荷和II类负荷的供电；〔3尽量避免变电所全部停运的可靠性。二、灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。〔1调度灵活操作方便。可以灵活地操作,投入或切除变压器及线路,调配电源和负荷,满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求。〔2检修安全。应能方便地停运线路、断路器、母线及继电保护设备,进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求；〔3扩建方便。变电站的建设要考虑工厂扩产变电站后续发展留有空间,应能容易地从初期过渡到其最终接线,使在扩建时一次、二次设备所需的改造最小。三、经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。〔1投资省：主接线应简单清晰,以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资,要能使控制保护不过复杂,以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流,以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；〔2电能损耗小。年运行电能损耗费、折旧费及大修理费、日常检修要小,其中电能损耗主要由变压器引起的,因此要合理地选择主变压器的型式、容量、台数及避免两次变压而增加损耗。〔3占地面积小。主接线要为配电装置布置创造条件,以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可,都采用三相变压器,以简化布置。2.2电气主接线图说明本次设计根据前面的技术、经济比较选择方案三：正常运行时采用35KV供,35KV供电系统故障或检修时,采用10KV备用电源系统供电。10KV配电系统采用单线分段接线。总降压变电所设一台主变压器,型号为S11-5000/35,以35KV架空线从电力网中引入作为工作电源。在变压器的高压侧装设一台ZW30-40.5/1600型真空断路器,便于变电所的控制和检修。主变压器低压侧经ZN5-10/630真空断路器接在10KVI段母线上。10KV备用电源经架空线引入经ZN5-10/630真空断路器接在10KVII段母线上,I、II段之间设母联断路器ZN5-10/630。总降压变电所的10KV侧采用单母线分段接线,选用LMY型硬铝母线,各车间的一级负荷都由两段母线供电,提高了供电的可靠性。根据规定,10KV备用电源只有在35KV主电源停运及主变压器故障或检修时,才能投入使用。因此,在正常运行方式下,主变压器两侧开关合上,10KV母线分段开关合上,备用电源开关断开。在备用电源开关上装设备用电源自动投入装置〔APD,当工作电源故障时,自动投入备用电源,保证一级负荷车间的正常供电。5、当主变压器检修时,只需合上10KV备用电源进线开关就可以实现一级负荷车间的正常供电。。画出电气主接线图,如附录一。6、对电气主接线图的说明：总降压站设一台主变压器,型号为：S11-5000/35,电压为35KV/10KV,以35KV架空线从电力外网中引入作为工作电源,为了监测线路电压情况和绝缘水平,线路侧安装一台三相五柱式电压互感器,在线路侧还安装一台避雷器,防止雷电波沿线路侵入降压站。架空线经装隔离开关3011、进线断路器QF4接到主变压器35KV高压侧,主变压器10KV侧接断路器QF2,经隔离开关1011接到10KVⅠ段母线上。10KV备用电源经过架空线进入降压站,线路侧也安装一台电压互感器用于线路电压的监测和一台避雷器。10KV备用电源进线进入降压站后通过隔离开关1021、进线断路器QF1和母线侧隔离开关1022接到10KVⅡ段母线上。10KVⅠ、Ⅱ母线用一台母联断路器QF3连接,母联断路器两侧分别接母联隔离开关0101和0102。正行运行情况下,母联隔离开关0101、0102和母联断路器QF3均合上,Ⅰ、Ⅱ母线同时运行。备用电源进线断路器QF1断开。备用电源进线安装备用电源自动投入装置APD,当工作电源故障时自动投入备用电源,保证一级负荷的供电正常。10KVⅠⅡ段母线各接车间的负荷出线共9条第三章短路电流计算在电力系统的运行过程中,常常会受到各种因素而发生各种故障或短路事故。例如设备绝缘老化造成击穿,发生短路事故,大风造成树枝与高压线路接触造成接地短路,小动物进入配电设备造成的短路事故,误操作造成的短路事故等等。电力系统短路事故包括对称短路事故和不对称短路事故,对称短路事故指三相短路事故,不对称短路事故包括单相接地短路事故,两相短路事故,两相接地短路事故和三相接地短路事故,还有断相事故。对于电机类设备有匝间短路等。发生短时事故有时是很难避免的,也是无法预测的。发生短路事故后如何控制停电范围,减少事故造成的损失就是继电保护的目的。因此短路电流的计算就是继电保护设计的基础,是使继电保护能够满足要求的关键。3.1短路电流计算的条件为了简化计算工作量,本次设计短路电流的计算采用等值电路标幺值进行计算。短路计算的基本假设：假设外系统是一个无限大容量电力系统。标幺值计算基准容量定为1000MVA。35KV侧基准电压为37KV,10KV侧基准电压为10.5KV。采用等值电路进行计算,忽略电阻值。最大运行方式：按A变电站两台变压器并列运行考虑。最小运行方式：按A变电站两台变压器分裂运行考虑。根据电气主接线图,画出干线图3-1如下：图3-1从图上可以看出,短路点d1在总降压站35KV侧,短路点d2在总降压站10KV母线侧。为便于计算,根据短路电流干线图,画出基本等值电路图,如下图3-2：基本等值电路图3-23.2计算各元件的电抗标幺值电源电抗=Sj/Sd=1000/1918=0.52<2>三圈变压器：=0.5×〔Uk1-2+Uk1-3-Uk2-3/100×<Sj/Sbn>=0.5×〔10.5+17-6/100×<1000/31.5>=3.49=0.5×〔Uk1-2+Uk2-3-Uk1-3/100×<Sj/Sbn>=0.5×〔10.5+6-17/100×<1000/31.5>=-0.08线路：=x0LSjU2j1=〔0.4×5×1000、372=1.46双圈变压器：=〔Uk/100×<Sj/Sbn>=<7/100>×<1000/5>=143.3短路电流计算1、最大运行方式下的短路电流Ik〔1等值电路图3-3如下：图3-3〔2短路电流Ik因为=,,得到=当K1点发生短路时：IK1=ish=2.55Ik1=2.55×4.2=10.7KAIsh=1.51×IK1=1.51×4.2=6.3KASK1=I*K1×Sj=<1/3.765>×1000=269MVA当K2点发生短路时：ish=2.55Ik2=2.55×3.1=7.9KAIsh=1.51×IK2=1.51×3.1=4.67KASK2=I*K2×Sj=<1/17.765>×1000=56MVA最小运行方式下的等值电路等值电路图：图3-4〔2短路电流IK因此,,得到=当K1点发生短路时：IK1=ish=2.55Ik1=2.55×2.81=7.17KAIsh=1.51×IK1=1.51×2.81=4.24KASK1=I*K1×Sj=<1/5.55>×1000=180MVA当K2点发生短路时：ish=2.55Ik2=2.55×2.8=7.1KAIsh=1.51×IK2=1.51×2.8=4.23KASK2=I*K2×Sj=<1/19.55>×1000=51MVA短路电流计算结果表：表3-1运行方式短路点短路电流Ik〔KA冲击电流ish〔KA短路容量Sd〔MVA最大运行方式K14.210.7269K3.17.956最小运行方式K12.817.17180K2.87.151第四章主要电气设备选择4.1电气设备选择的一般原则一、概述电气设备的选择是变电所设计的重要内容,正确地选择设备关系到供配电是否安全、经济运行的重要条件。选型时,应根据设备参数、计算结果、环境因素等工程实际情况,在保证安全、可靠的前提下,积极稳妥地采用新技术,新设备,并综合考虑减少项目投资,达到项目投资省、运行费用低、能耗小的目的。电气设备的选择必须遵循国家相关技术规范和经济政策,项目要技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地,以满足电力系统安全经济运行。电气设备要能安全可靠的工作,必须按正常工作条件进行选择,并按短路状态来校验电气设备的热稳定和动稳定,应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。二、电气设备选择的一般条件及原则1、按正常工作条件选择电气设备〔1按额定电压选择电气设备的额定电压UN就是其铭牌上标出的线电压,另外还标出允许最高工作电压Ualm。由于电力系统负荷的变化、调压及接线方式的改变而引起功率分布和网络阻抗的变化等原因,往往是的电网某些部分的实际运行电压高于电网的额定电压UNs,所选电气设备的最高允许工作电压Ualm不得低于所在电网的最高运行电压Usm,即≥对于电缆和一般电器,较高10%-15%,即：=〔1.1-1.15而对于电网,由于电力系统采取各种调压措施,电网的最高运行电压通常不超过电网额定电压的10%。即：可见,只要不低于就能满足≥,所以一般按照≥选择。裸导体承受电压的能力由绝缘子及安全净距保证,无额定电压选择问题。〔2按额定电流选择电气设备的额定电流是指额定环境条件下电气设备长期运行所允许的电流。当实际环境条件不同于额定条件时,电气设备长期运行允许的电流要进行修正,经修正后的长期允许运行电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流,即＝<A>K--------综合修正系数------电气设备所在回路最大持续工作电流〔3按当地环境条件选择所选电气设备种类〔如户内还是户外和类型应符合电器的安装地点、使用条件、检修和运行的要求。还要符合当地的环境条件。2、按短路条件校验电气设备为使所选电器具有足够的可靠性、经济性和合理性,并在一定的时期内适应系统的发展需要,作为校验用的短路电流应如下条件确定：〔1容量和接线：容量应按本工程及最终容量计算,并考虑到电力系统的远景发展；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常方式。〔2短路种类：一般按三相短路校验,但若某些系统或设备两相、单相接地短路的短路电流更大,则按最严重方式进行校验。〔3短路计算点：应选择通过校验对象的短路电流为最大的那些点作为短路电流计算点。校验电气设备的热稳定和开断能力时,必须合理地确定短路计算时间。热稳定校验时间：〔s-----后备继电保护动作时间-----断路器全开断时间-----断路器固有分闸时间-----断路器开断时电弧持续时间开断能力的短路计算时间：〔s-----主继电保护动作时间3、热稳定和动稳定校验〔1热稳定校验：热稳定就是要求所选电气设备能承受短路电流所产生的热效应,在短路电流通过时,电气设备各部分的温度应不超过允许值。导体和电缆满足热稳定的条件：<mm2>S-------按正常工作条件选择的导体或电缆的截面积-----按热稳定确定的导线或电缆截面积电器满足热稳定的条件为：<KA>2.S------厂家给定的允许通过电器的热稳定电流t-------厂家给定的允许通过电器的热稳定时间-----短路电流流过电器时所产生的热效应〔2动稳定校验：动稳定就是要求电气设备能承受短路电流流过时冲击电流所产生的电动力效应。硬导体满足动稳定的条件为：〔Pa-----导体材料最大允许应力-----导体最大计算应力电器满足动稳定的条件：〔KA-----电器允许通过的动稳定电流幅值----短路冲击电流幅值,一般高压断路器时,=2.55；发电机机端或母线短路时,=2.69；为短路电流周期分量的起始值。4.235KV侧高压电气设备的选择其主要设备包括：高压断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器和避雷器。一、35KV断路器选择高压断路器是电力系统最重要的的控制和保护设备。它的功能是接通和断开正常工作电流、过负荷电流和故障电流。它是开关电器中最为完善的一种设备。1、高压断路器的选择及校验原则高压断路器的选择主要考虑以下方面：〔1种类和形式选择一般35KV回路的断路器多选用真空断路器,也可用六氟化硫断路器。〔2额定电压选择——电气设备的额定电压；——电网的额定电压。〔3额定电流选择Ial=KIN≥ImaxIal——电气设备经综合修正后长期允许电流；K——温度修正系数；Imax——电气设备所在回路的最大持续工作电流〔4额定开断电流选择——电气设备的额定开断电流；——实际开断瞬间的短路全电流有效值。〔5额定关合电流的选择〔6热稳定校验——短路电流通过电器时所产生的热效应；——制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流；——制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间。〔7动稳定校验——电器允许通过的极限电流；——短路冲击电流。2、35KV断路器的选择主变35KV供电回路最大持续工作电流为:根据规定,在发电机、变压器回路时一般考虑1.05的额定电流,因此根据35KV断路器的UN、Imax及安装在屋外的要求,可选择ZW30-40.5/1600,查额定短时耐受电流持续时间为4S,取短路假想计算时间tk=1.5s根据上面计算出的短路电流值为短路电流周期分量的热效应Qk断路器选择结果表4-1序号装设地点电气条件选择要求ZW30-40.5/1600结论项目数据项目数据135KV≤40.5KV合格286.6＜1600A合格3Ik4.2KA＜31.5KA合格4ish10.7KA＜80KA合格526.46〔KA2•s＜It2t31.52×4=3969合格6ish10.7KA＜80KA合格由选择结果可见各项条件均能满足,故所选ZW30-40.5/1600型真空断路器合格。二、35KV隔离开关选择隔离开关是电力系统中常用的电气,它可以在电气设备检修时,将被检修设备与电源电压隔离,以保证检修工作的安全,也可以与断路器配合使用,根据需要实现变电所的倒闸操作,还可以分合一些小电流电路,其选择及检验原则同断路器。1、隔离开关的选择及校验原则：隔离开关对配电装置的布置和占地面积有很大的影响,应根据配电装置特点、使用要求及技术经济条件选择其种类和型式。〔1种类和型式选择考虑到占地面积和运行维护,选用双柱V型户外隔离开关。<2>额定电压选择——电气设备的额定电压；——电网的额定电压。〔3额定电流选择IN=ImaxIN——电气设备的额定电流；Imax——电气设备所在回路的最大持续工作电流。隔离开关需进行热稳定和动稳定校验：〔4热稳定校验——短路电流通过电器时所产生的热效应。——制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流。——制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间。〔5动稳定校验——电器允许通过的极限电流。——短路冲击电流。35KV总降压变电所主变压器回路隔离开关的Imax、Qk与断路器相同,选择户外型带单接地开关的隔离开关：GW5-40.5D/1600-31.5,额定短时耐受电流时间为4S。隔离开关选择结果表4-2序号装设地点电气条件选择要求GW5-40.5D/1600-31.5结论项目数据项目数据135KV≤40.5KV合格286.6＜1600A合格526.46〔KA2•s＜It2t31.52×4=3969合格6ish10.7KA＜80KA合格由选择结果可见各项条件均能满足,故所选GW5-40.5D/2000-31.5型隔离开关合格。三、35KV电压互感器选择1、电压互感器选择原则电压互感器应按下列技术条件选择：一、二次电压应满足要求；应根据环境温度、污秽等级、海拔高度等环境条件选择种类和型式；根据接入的测量仪表,继电器和自动装置等设备对准确度等级的要求确定电压互感器准确度等级；电压互感器容量要满足接入的二次负荷功率；接线方式,在满足二次电压和负荷要求的条件下,电压互感器应尽量采用简单接线。35KV侧进线装设电流表3只,电压表1只,功率表1只,有功电度表和无功电度表各1只。二次侧负荷如下表所示：35KV电压互感器二次负荷表4-3仪表名称仪表型号电压线圈数目每个线圈消耗功率〔VACOSΦ负荷AB相BC相PabQabPbcQbc电压表ITI-V14.514.5---功率表IDI-W10.7510.75-0.75-有功电表DS-I11.50.380.571.390.571.39无功电表DX-I11.50.380.571.390.571.39合计6.392.781.892.78求各相负荷：A相负荷为：B相负荷为：C相负荷为：可见,B相负荷较大,故应按B相总负荷进行选择：查表可选JDJJ2-35型单相油浸式电压互感器,0.5级的二次绕组额定容量为150VA。因B相负荷较大,所以按照B相负荷进行校验。故所选单相油浸式电压互感器JDJJ2-35满足使用要求。四、35KV电流互感器选择1、电流互感器的选择原则〔1一次回路额定电压和电流的选择U≥UI=KI≥IK-----温度修正系数,I---电流互感器一次额定电流,A〔2额定二次电流的选择额定二次电流I有5A和1A两种,一般弱电系统用1A,强电系统用5A,当配电装置离控制室较远时,为能使电流互感器能多带二次负荷或减少电缆截面,提高准备度,尽量选择1A。〔3种类和型式的选择根据安装地点〔如屋内屋外、安装方式〔如穿墙式、支持式、装入式等、及产品情况来选择电流互感器和种类和型式。〔4准确级选择电流互感器的准确级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准备级时,应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。〔5按二次侧负荷选择电流互感器二次侧每相仪表和继电器负荷,其中最大相负荷S不大于互感器在该准确级所规定的额定容量即：S≤〔V·A〔6热稳定校验电流互感器热稳定校验按一次回路导体的电流进行校验,常以1s允许通过的热稳定电流I或I对一次额定电流I的倍数〔=I/按下式检验：或〔I≥——短路电流通过电器时所产生的热效应。〔5动稳定校验为了便于设备的安装、运行、维护和检修,35KV系统的电流互感器全部选择成一致,按最大短路电流回路来校验。35KV电流互感器二次负荷4-4仪表名称仪表型号电流线圈数目A相B相C相VAΩVAΩVAΩ电流表ITI-A130.1230.1230.12功率表IDI-W11.450.0581.450.058有功电表DS-I10.50.02--0.50.02无功电表DX-I10.50.02--0.50.02合计5.450.21830.125.450.218根据电流互感器安装的处电电压35KV,最大工作电流86.6A和安装地点的要求,初选LCWB-35-150/5油浸式户外电流互感器,由于所选电流互感器除用于电流测量和继电保护外,还用于电度计量,所以选用0.5级,二次额定负荷阻抗为2Ω,互感器变比为150/5,动稳定电流,热稳定电流。由于选择的隔离开关与35KV断路器在同一回路,因此其、、、计算数据与断路器相同,即=10.7KA,===26.46[kA·S]由上表可以看出,A、C相负荷最大,为Sn=5.45VA,其阻抗为电流互感器的接线采用不完全星型接线,连接线的计算长度,则选择截面为2.5mm2的铜导线。热稳定校验：动稳定校验：故所选择的油浸式户外电流互感器LCWB-35-150/5满足使用要求。五、35KV避雷器选择由雷电击产生的过电压波,将由线路传到变电所,危及所内电气设备的绝缘。为了限制由线路传来的过电压波的幅值。需要装设避雷器。系统额定电压：与被保护系统的额定电压相符；在信息技术系统中此参数表明了应该选用的保护器的类型,它标出交流电压的有效值。额定电压〔灭弧电压：指避雷器能够保证可靠熄灭工频续流电弧的条件下,允许加在避雷器上的最高工频电压；额定电压值必须与被保护系统的标称电压相符,以及在系统安装书的规范限制内。对35KV及以下的中性点不接地系统和经消弧线圈接地的系统,则分别取系统最大工作线电压的110%和100%。冲击放电电压及残压：是说明避雷器保护性能的两个特性参数。它们越小,被保护设备的绝缘水平可以越低。在220KV及以下系统中一般不会越过5KA。对这些电压等级的避雷器,都是按波形,峰值为5KA的冲击电流来测量残压。工频放电电压：对避雷器的工频放电电压要规定上限和下限。35KV及以下系统此值取3.5倍相电压。根据以上要求选择JPBHY5CZ1-42/124*88组合式过电压保护器。4.310KV侧电气设备的选择选择设备的方法与35KV选择时相同。1、变压器低压侧及备用电源进线设备的选择10KV侧电气设备选择参数比较表4-5设设备名称型号计算数据选择要求断路器ZN28<A>-12隔离开关GN15-12电压互感器JDJ2-10电流互感器LAT-10-300/5避雷器JPBHY5CR3-12.7结论≤12KV10KV10KV10KV10KV合格<630A630A630A300/5A-合格<20KA20KA20KA20KA-合格<1600200020002000-合格<50KA50KA50KA50KA-合格根据上表比较各种条件均满足,故所选择设备合格。2、10KV馈电线路设备的选择以负荷最大的空气压缩车间为例,选用GG-10型高压开关柜,见下表：10KV馈电线路设备选择参数表4-6设设备名称型号计算数据选择要求断路器ZN28<A>-12隔离开关GN15-12电流互感器LAT-10-300/5结论≤12KV10KV10KV合格<630A630A300/5A合格<20KA20KA20KA合格<160020002000合格<50KA50KA50KA合格根据上表比较各种条件均满足,故所选择设备合格。3、10KV母线的选择〔1导体类型的选择10KV设备是户内成套配电装置,考虑方便布置、大电流、配线合理等等因素,10KV配电装置采用硬导体。〔2按经济电流密度选择截面在正常情况下,各回路的持续工作电流考虑环境条件,查表得综合校正系数K=0.88查表,选用3条40×4mm矩形铝导体,平放时允许电流为456A,S=160mm2,满足最大持续工作电流的要求。〔3导体的热稳定校验〔4导体的动稳定校验导体截面系数得GG-10型高压开关柜一般宽为1米,进线柜最宽为1.5米,因此上述校验满足动稳定要求。由于采用标准柜,故不必选择支持绝缘子。第五章配电装置设计配电装置的分类及特点配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分,它是根据主接线的连接方式,由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成,用来接受和分配电能装置。配电装置按电器装设地点的不同,又分为户内和户外配装置。按其组成方式,又分为装配式和成套式。1、户内配电装置的特点：安全净距小并可分层布置,占地面积小；维护、巡视和操作在室内进行,不受外界气象条件影响,比较方便；设备受气象及外界有害气体影响较小,可减少维护的工作是不是；建筑投资大。2、户外配电置的特点：〔1安全净距大,占地面积大便于带电作业；〔2维护、巡视和操作在室外进行,受外界气象条件影响；〔3设备受气象及外界有害气体影响较大,运行条件较差,须加强绝缘,并且设备价格较高；〔4土建工程量和费用少,建设周期知事,扩建较方便。3、成套配电装置的特点：〔1结构紧凑,点地面积小；〔2运行可靠性高,维护方便；〔3安装工作量小,建设周期短,而且便于扩建和搬迁；〔4消耗钢材较多,造价较高。配电装置的设计要求〔1必须认真贯彻国家的技术经济政策,遵循上级颁发的有关规程、规范和技术规定；〔2节约用地是一条必须认真贯彻的重要政策；〔3保证运行可靠,按系统和自然环境特点,合理选择设备,保证各种电气的安全净距,布置整齐、清晰,各间隔之间有明显的界限；〔4保证人身安全和防火要求；〔5安装、运输、维护、巡视、操作和检修方便。〔6在保证安全前提下,布置紧凑,力求节省材料和降低造价。〔7便于分期建设和扩建。35KV和10KV配电装置设计〔135KV进线架构、变压器及其它电器设备均采用户外布置,进线架构均为平行布置；〔210KV配电装置采用成套户外布置,由于电气设备采用成套高压开关柜,因此户内布置比较简单；〔3在配电室附近设控制室和值班室。主变压器继电保护设计6.1继电保护概述在电力系统中中为防止系统事故保证非故障部分仍能可靠地供电,并维持电力系统运行的稳定性,要求迅速有选择地切除故障元件,切除故障的时间非常短,短到十分之几秒到百分之几秒,只有供助于安装在每一个电气设备上的自动装置即断电保护来实现。断电保护的基本要求可慨括为可靠性、速动性、选择性和灵活性四个方面〔1可靠性：保护装置在其规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时,它不应该拒绝动作,而在任何其他该保护不应该动作情况下,则不应该错误动作。〔2速动性：能快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性,减少用户在电压降低的情况下的工作时间,经及缩小故障元件的损坏程度,因此发生故障时,力求保护装置能迅速动作切除故障。〔3选择性：断电保护装置动作时,仅将故障元件从电力统统中切除,保证系统中非故障元件仍然继续运行,尽量缩小停电范围。〔4灵敏性：对保护范围内发生故障或非正常运行状态的反应能力,是在事先规定的保护范围内部发生故障时,不论短路点的位置、类型如何,以衣短路点是否有过渡电阻,都能敏锐感觉、正确反应。2、断电保护的分类,按其所起作用可分为主保护和后备保护。6.2主变压器继电保护方案选择电力变压器是电力系统中使用相当普遍和十分重要的电气设备,它一旦发生故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的后果,同时大容量的电力变压器也是十分贵重的,一旦损坏,将遭受严重的经济损失。为了保证变压器的安全运行、防止故障的扩大,按照变压器可能发生的故障,装设灵敏、快速、可靠和选择性好的保护装置是十分必要的。变压器的故障分为油箱内和油箱外的故障两种。油箱内部故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心烧损等。发生内部故障是很危险的,因为故障点的高温电弧不仅会烧坏线圈绝缘和铁芯,而且会由于变压器油和绝缘材料在高温下强烈气化,严重的将引起爆炸,后果严重。油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。变压器的故障包括单相线圈的匝间短路、线圈的多相短路,线圈和铁芯绝缘破坏而引起的接地短路,高压和低压线圈之间的击穿短路以及变压器油箱、套管等漏油和线圈引出线可能出现的故障,还有变压器外部故障引起的过电流和长时间过负荷,都是变压器运行所不允许的。所以,由于上述的不同故障及不正常的运行情况,该5000KVA变压器一般都要装设下列保护：1、瓦斯保护2、纵差动保护3、复合电压过电流保护；4、过负荷保护；5、主变绝缘监视保护等。6.3变压器瓦斯保护瓦斯保护的原理：如下图6-1所示,当变压器正常运行时,因为瓦斯继电器没有气体进入,继电器的触点断开的,瓦斯继电器不动作；当变压器发生轻微故障时,瓦斯断电器KG的一对上触点闭合,够成轻瓦斯保护,其动作后经过信号继电器发出延时预报信号；当发生严重故障时,瓦斯继电器KG的一对下触点闭合,够成重瓦斯保护,其动作后再经过信号继电器KS启动保护出口中间继电器KCO,使变压器的进线断路器的跳闸线圈YT得电,跳开主变压器两侧断路器,有效地保护了变压器事故的扩大。此外,为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸,可利用切换片XB将跳闸回路切换到信号回路。瓦斯保护动作后,应从瓦斯继电器上部排气口收集气体,进行分析。根据气体的数量、颜色、化学成分、可燃性等,判断保护动作的原因和故障性质。表6-1气体性质故障原因处理要求无色、无臭、不可燃变压器含有空气允许继续运行灰白色、有剧臭、可燃纸质绝缘物烧毁应立即停电检修黄色、难燃木质绝缘部分烧毁应停电检修深灰色或黑色、易燃油内闪络、油质炭化分析油样,必要时检修瓦斯保护能反应油箱内各种故障,且动作迅速、灵敏性高、接线简单,属于变压器的主保护之一,但不能反应油箱外的引出线和套管上的故障,故不能作为变压器唯一的主保护,需与差动保护配合共同作为变压器的主保护。6.4变压器纵差动保护设计中降压站主变压器容量为5000KVA,装设纵差动保护。纵差动的原理接线如下图把示。纵差动保护用于保护变压器绕组和引出线间的相间短路,其原理是：正常运行和外部故障时,保护不会动作,如图6-2a所示,变压器高压侧和低压侧两部分有电流流过,在选择电流互感器的变比及连接时,要使两侧的互感器二次侧电流和大小相等,方向相反,因此在差动继电器KD中流过的电流I=-=0,继电器不会动作。当变压器发生内部相间短路故障时,保护装置动作,如6-2b所示,此时只有接于电源侧的电流互感器有短路电流流过,其二次侧的电流为,而接于负荷侧的电流互感器的一二次侧电流均为反向,此时流入差动继电器KD的电流I=I-〔-=I+,当差动继电器KD的整定值小于此电流时则差动继电器KD动作,发出信号和跳闸。图6-2主变压器差动保护原理图为了抑制电流互感器计算变比与实际变比不同而引起的不平衡电流及变压器本身励磁涌流所产生的不平衡电流,采用BCH-2型差动继电器进行消除。差动线圈〔工作的作用：在正常运行及外部故障的情况下,通过差动线圈的电流仅是不平衡电流,其对线圈的影响可以被不平衡线圈消除到最小程度,不至于使差动继电器动作,当保护区内故障,由于短路电流通过差动线圈,电流继电器即可迅速动作切除故障。BCH-2型继电器差动保护原理接线图图6-4BCH-2型继电器差动保护原理接线两个平衡线圈的作用：由于变压器两侧的电流互感器变比不能完全匹配,其两侧的二次电流不相等,则在变压器正常运行时,差动线圈中将有不平衡电流流过,为了消除不平衡电流的影响,通常将平衡线圈接入二次电流较小的一侧,适当选择平衡线圈的匝数,使其所产生的磁势能完全抵消由变比不匹配所引起的磁势,则在二次线圈中就不会感应电势。因此继电器中就没有电流,也就消除了不平衡电流的目的。短路线圈的作用原理：用来消除不平衡电流中的非周期分量电流,也就是防止励磁涌流,不让差动继电器误动作。提高保护动作的可靠性。差动继电器的结构原理图如下。图6-5差动继电器的结构原理对BCH-2差动继电器原理图作些说明：BCH-2差动继电器具有一个差动线圈Wcd一个二次线圈W2,两个不平衡线圈Wph1和Wph2以及由Wd1和Wd2组成的短路线圈。BCH一2差动继电器的动作安匝为60安匝,差动线圈在5、6、8、10、13、20匝处有抽头,因此,继电器的相应动作电流可整定为12、7．5、6、4.6、3安,如果平衡线圈不使用,还可以将平衡线圈当作差动线圈来使用,这时继电器差动线圈的最多匝数为39匝,相应的最小动作电流为l.54安。BCH-2差动继电器的短路线圈相等,并且有抽头可以改变,当抽头位于不同位置时它们的匝数不同,改变匝数可以得到继电器躲开非周期分量不同的特性,即直流分量越大,所要求的一次交流动作电流越大,说明了速饱和变流器的作用；直流分量不变,短路线圈匝数越多,所要求的一次动作电流也越大,这就看出了短路线圈的作用；无直流分量在上述短路线圈个插头位置时,动作安匝不变。因此要改变动作安匝就必须改变两个短路线圈的比数,即保持两个短路绕组的比值不变；设置两个平衡绕组的目的是为了适用于三绕组变压器。如果用于双绕组变压器,其一组可以当作差动线圈来使用,或者将两组平衡绕组分别接入差动回路的两臂中,使平衡更加精确,差动保护十分重视电流互感器的极性及差动继电器接线的准确性,以免引起误动作。表6-2BCH-2差动继电器保护整定计算参数名称35KV侧10KV侧变压器额定电流电流互感器接线方式三角形星形电流互感器一次电流值电流互感器变比电流互感器二次电流值取二次侧额定电流值大的一侧为基本侧。即35KV侧为基本侧,下条件确定保护装置的一次动作电流。由于二次回路额定电流35KV侧大于10．5KV侧,故此以35KV侧作基本侧。1躲过励磁涌流--------取1.32躲开外部故障时的最大不平衡电流。上述计算中最大者为基本侧保护的计算动作电流,用表示,即=241.4A。计算差动继电器动作电流,确定基本侧工作线圈的匝数1、差动继电器动作电流的计算值为I2>、基本侧工作线圈的计算匝数为匝--------继电器动作安匝,=60安匝3确定基本侧断电器工作线圈的实际匝数为N-----------差动线圈的实际整定匝数,取N=4匝N---------第一组平衡线圈的实际匝数,取N=1匝取N≤N,此时继电器的实际动作电流为I=AN/N=60/5=12A确定非基本侧继电器平衡线圈匝数：计算匝数为N=N〔I/I-N=5×〔4.76/4.58-4=1.19匝因Δf=<N-N>/<N+N>=<1.19-1>/<1.19+4>=0.037因Δf≤0。05,符合I计算,计算有效。短路线圈抽头的确定：因中小型变压器由于励磁涌流倍数大,内部故障时短路电流中的作用周期分量衰减较快,对保护装置的动作时间可降低要求,因此选择较大匝数的抽头,C1-C2或D1-D2。所以本降压站主变的抽头选用C1-C2。灵敏度校验：已知10.5KV侧两项短路电流折算到35KV侧,由于电流互感器接触三角形,所以35KV侧电流互感器的一次折算电流为I=×2424.8×10.5/35=1259.9A从以上可得出灵敏度系数为K=I/I=1259.9/242.7=5.19≥2,满足规定要求。6.5变压器复合电压起动过电流保护一、复合电压起动过电流保护工作原理复合电压起动过电流保护是低电压起动过电流保护的一个发展,其原理接线如图所示图6-6复合电压起动过电流保护工作原理负序电压继电器KVN和低电压继电器KV组成复合电压元件。当发生各种不对称短路时,由于出现负序电压,继电器KVN动作,其常闭接点打开,KV失电,其常闭接点恢复闭合,启动中间继电器KM,其接点闭合。这时电流继电器1KA-3KA应短路故障至少应有两个动作,其常开接点闭合起动时间继电器KT。经KT的整定延时后,接点闭合,KS得电,常开接点闭合发信。保护出口中间继电器KCO得电,其常开触点闭合,跳开变压器两侧断路器。当发生三相对称短路时,由于没有负序电压,KVN不动作,其常闭接点闭合,但低电压继电器KV在三相短路时因电压U降低,KV得电,其常闭触点闭合,启动中间继电器KM,其接点闭合,与电流继电器一起,按低电压起动过电流保护的动作方式作用于跳闸。负序电压继电器的动作电压U按躲开正常运行情况下负序电压滤过器输出的最大不平衡电压整定。根据经验,取U=〔0.06~0.12U。复合电压起动的过电流保护可以克服了低电压起动的过电压继电器灵敏系数不满足要求。二、整定计算1、过电流保护整定值的计算<1>按躲过最大负荷电流整定时,按下式计算整定值式中：Kk------可靠系数,取l.3Kw------接线系数取l<△接法为,Y接法为1>Kzq------电动机启动系数,取1.5Kh------继电器的返回系数取0.85KLH------电流互感器的变比300／5=60IN.B------变压器的额定电流为82.5A根据上式计算结果,那么动作电流的整定值可取Idzj=7A,动作时限取1.5秒。<2>灵敏系数校验灵敏系数根据以下公式计算式中:为低压侧两相短路时的最小短路电流折算到高压侧的电流值。灵敏系数K1L>1.5满足要求。电压元件的整定低电压继电器的动作电压n------电压互感器变比负序电压元件的整定值和灵敏度负序电压继电器的动作电压U===6V变压器过负荷保护一、主变压器过负荷保护单相接线原理图,如图6-5所示。6-7主变压器过负荷保护单相接线原理当2TA电流互感器检测到主变压器的电流变化情况,因为它们是处于一个串联的整体,当电流继电器KA检测到的电流超过整定值时其常开接点闭合,将时间断电器KT的线圈接通电源,时间继电器根据整定的过负荷时间来判断是否动作,当达到时间整定值时其常开接点将闭合去启动信号继电器KS发出信号,让运行人员去处理过负荷的问题。它与过电流所不同的是,所整定的电流比过电流小,所整定的时限较长,不作为跳闸,只发信号。主变压器过负荷保护整定值的计算保护动作发出信号,时限取10秒,动作电流按下式计算整定。式中：Kk------可靠系数,取1.15Kjx------接线系数取l<△接法为,Y接法为1>Kh------电动机启动系数,取1.5Kf------继电器的返回系数取0.85KLH------电流互感器的变比300／5=60Ie.B------变压器的额定电流为82.5A动作电流值就取4A较为合适,即Idz.j=4A6.7主变绝缘监视当变电所出线回路较少或线路允许短时停电时,可采用无选择性的绝缘监视装置作为单相接地的保护装置。如下图所示：绝缘监察装置,是与通过高压隔离开关直接接到母线上的带开口三角形接线的电压互感器为监察,电压互感器其中的一组绕组就是为了绝缘监察装置而设计的。它的原理是：当发生接地时,在开口三角形的绕组中出现零序电压,KV电压继电器动作,其常开触点闭合,KS信号继电器得电,其常开触点闭合,发出信号。为确保电压继电器动作的可靠性、灵敏性,一般把它的动作电压整定为40伏。如图6-8绝缘监察装置较为简单。它的缺点是不能一次性发现故障线路,例如,只要本网络中发生单相接地故障,则在统一电压等级的所有母线上,都将出现零序电压,因此,这种绝缘监察装置所给出的信号是没有选择性的。要想发现故障是发生在哪一条线路上,还需要运行人员依次短时断开每条线路,当断开某条线路时,零序电压消失,就说明故障在该条线路上。所以,这种保护只能作为监测,而不能作为对接地故障进行保护。由于接地电容电流与系统的电压、频率和每相对地电容有关,而每相对地电容又与网络的长度有关。由于在中性点不接地系统中发生单相接地故障时接地电容电流不是很大,而且三相之间的线电压仍然保持对称不变,对负荷供电没有影响,因此还可以再运行两个小时,而不必立即跳闸,这也是采用中性点不接地的优点。但是为了防止故障进一步的扩大,即使是不太重要的负荷,但发生单相接地短路后,有条件的还是要及早地排除故障,以保证电网的安全。目前,在我国110KV及220KV电力系统,采用中性点有效接地方式；330KV和500KV电力系统,采用中性点全接地方式。60KV及以下电力系统采用中性点小接地电