总降变电站二次回路设计.docVIP

第七章 二次回路二次回路是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，亦称二次系统，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动化系统等。二次回路在供电系统中虽是其一次电路的辅助系统，但他对一次电路的安全、可靠、优质、经济的运行有着十分重要的作用，因此必须予以重视。对保护配置的基本要求是：选择性、速动性、灵敏性以及可靠性，即保护四性。7.1总降变电站二次回路设计变电所保护配置的基本任务：（1） 当系统中某电器元件发生故障时，保护能自动、快速、有选择地将故障元件从系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行；（2） 当系统中电器元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。7.1.1变压器的保护配置电力变压器在电力系统中的地位非常重要，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行都会带来严重的后果，变压器在运行中有可能出现各种类型的故障和不正常运行状态，因此必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。变压器发生故障时，必将对电网和变压器带来危害，必须将其从电力系统中切除。变压器处于不正常运行状态时，保护应发出信号。为了保证电力系统安全运行，并将故障或不正常运行状态的影响限制到最小范围，按照gb 142581993继电保护和安全自动装置技术规程的规定，变压器应按照以下保护装置：1、气体保护 当变压器绕组发生匝数很少的匝间短路或严重漏油时，纵差动保护不会动作，而气体保护能动作；当绕组断线，因通过的穿越性电流，此时纵差动保护不会动作，由于断线处电弧的作用，气体保护能反应动作；此外，气体保护还能作为变压器油箱内短路故障时纵差动保护后备保护。2、纵联差动保护 变压器装设纵联差动保护，要求保护能快速切断保护区内的短路故障。其原理图如下图所示：在变压器正常运行或差动保护的保护区外的k-1点发生短路时，变压器一次侧电流互感器ta1的二次电流与变压器二次侧电流互感器ta2的二次电流相等或接近相等，则流入电流继电器ka的电流约等于0，继电器ka不动作。而在差动保护的保护区内k-2点发生短路时，对于单端供电的变压器来说，,因此,超过继电器ka所整定的动作电流，使ka瞬时动作，然后通过出口继电器km使断路器qf跳闸，同时通过信号继电器ks发出信号。差动保护动作电流整定：变压器差动保护的动作电流应满足三个条件：（1）应躲过变压器差动保护区外短路时出现的最大不平衡电流。即其中可取1.3.（2）应躲过变压器励磁电流，即,其中可取1.31.5。（3），式中为最大负荷电流，取（1.21.3）,可取1.3。由于在实际情况下要尽量减小，所以灵敏度：2 满足要求3、过电流保护 为了防止外部短路引起的过电流，并作为变压器相间短路的后备保护，在变压器三侧装设过电流保护。保护装置安装在变压器的电源侧，当发生内部故障时，若主保护拒动，应有过电流保护经延时动作于断开变压器各侧的断路器。主变压器220kv侧的后备保护，可采用由低电压起动的过电流保护，是在过电流保护的基础上增加低压继电器闭锁，从而降低电流继电器的动作值，提高了保护的灵敏度。保护的动作电流值应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即 = =182.36a式中正常运行时最大负荷电流 变压器的额定电流 可靠系数，一般取1.151.25 电流继电器的返回系数，一般取0.85 自起动系数，一般取1.53。保护的动作时限按阶梯型时限特性，整定为0.5s。灵敏度校验：=1.2 4、过负荷保护 变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单项式过负荷保护，带时限动作于信号。7.1.2架空线与母线的保护配置220kv线路选择距离保护作主保护，过电流保护作后备保护。距离保护整定计算:按照三段式距离保护整定计算 i段：启动阻抗继电器的整定阻抗ii段：启动阻抗继电器的整定阻抗为灵敏度动作时限应满足iii段：启动阻抗，灵敏度变电所中的母线是电力系统中的一个重要组成元件，它起着汇总和分配电能的作用，因此必须保证母线的安全可靠运行。母线故障的类型主要是单相接地短路和相间短路故障。为切除母线故障，可采用两种方式：1、 利用母线上其他供电元件的保护装置来切除故障；2、 装设专门的母线保护，装设差动保护就可以满足要求。7.2车间变配电所二次回路设计7.2.1站用电源及操作电源1、站用电源变、配电站为维持自身的正常运转，需要开关操作系统电源，控制回路、信号回路、保护回路的电源，以及照明、维修等电源。站用电源是非常重要的，它是变电站正常供电的基础条件。结合本次设计的实际情况10kv及以下的站用电源，引自就近的配电变压器的220/380v侧。2、操作电源断路器需要配用专门的操作机构，操作机构工作时需要电源；另外，控制回路、信号回路、保护回路的工作也需要电源，这些电源称为操作电源。操作电源有直流操作电源和交流操作电源之分。结合本次设计的实际情况，宜采用弹簧储能操动机构合闸和去分流跳闸的全交流操作，亦可采用手力操作机构合闸和交流去分流跳闸。7.2.2断路器控制与信号回路1、控制回路：控制回路是指控制（操作）断路器分、合闸的回路。结合本次设计的实际情况，选用了弹簧储能直流操作电源的控制回路。2、 信号回路：是指用于指示一次系统中设备运行状态的二次系统（1） 位置信号：用来显示断路器正常工作的位置状态，一般用红灯亮，表示断路器在合闸位置，用绿灯亮，表示断路器在跳闸位置。 （2） 事故信号：用来显示断路器在事故情况下的工作状态，一般用红灯闪光，表示断路器自动合闸，用绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。 （3） 预告信号：是在一次设备出现不正常状态时或故障初期发出报警信号。 3、对断路器控制回路及信号回路的基本要求：（1）应能监视控制回路保护装置（如熔断器）及其分、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常工作。 （2）合闸或跳闸完成后，应能使其命令脉冲解除，即能切断合闸或跳闸的电源。 （3）应能指示断路器正常合闸和跳闸的位置状态，并在自动合闸和自动跳闸时有明显的指示信号。 （4）各断路器均应有事故跳闸信号。 （5）对有可能出现不正常工作状态或故障的设备，应装设预告信号。 4、采用手动操作的断路器控制和信号回路是手动操作的断路器控制和信号回路原理图如下图所示： 手动操作的断路器控制和信号回路原理图 合闸时，推上操作机构手柄使断路器合闸。这时断路器的辅助触点qf3-4闭合，红灯rd亮，指示断路器已经合闸。由于有限流电阻r2，跳闸线圈yr虽有电流通过，但电流很小，不会动作。红灯rd亮还表明跳闸线圈yr回路及控制回路的熔断器fu1fu2是完好的，即红灯rd同时起着监视跳闸回路完好性的作用。跳闸时 ，扳下操作机构手柄使断路器跳闸。断路器的辅助操作触点qf3-4断开，切断跳闸回路，同时辅助触点qf1-2闭合，绿灯gn亮，指示断路器已经跳闸。绿灯gn亮，还表明控制回路的熔断器fu1fu2是完好的，即绿灯gn同时起着监视控制回路完好性的作用 。 当一次电路发生短路故障时，继电保护装置ka动作，其出口继电器触点闭合，接通跳闸线圈yr的回路，使断路器跳闸。随后qf3-4断开，红灯灭，并切断yr的跳闸电源。同时，qf1-2闭合使绿灯亮。这是虽然操作机构的手柄仍在合闸位置，但其黄色指示牌掉落，表示断路器自动跳闸，同时事故信号回路接通，发出音响和灯光信号。当值班员得知事故跳闸信号后，可将操作手柄扳下至跳闸位置，这时黄色指示牌随之返回，事故信号也随之消除。7.2.3自动装置供配电系统常用的自动装置是备用电源自动投入装置和自动重合闸装置。结合本次设计的实际情况，选用了机械型的自动合闸装置（ard）。1、自动重合闸的作用 在线路上，尤其是架空线路上，由于雷电大气过电压或电网操作过电压，在线路或设备上引起放电闪络，闪络时使线路形成短路，使断路器分闸，线路停电，造成损失，据此，人们提出了自动重合闸装置，以减少瞬时性故障停电所造成的损失2、对自动重合闸装置的要求按照电力装置的继电保护和自动装置设计规范（gb50052-1992）的规定当用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置3、自动重合闸装置与保护的配合（1)自动重合闸前加速保护（2)自动重合闸后加速保护4、电气一次自动重合闸的基本原理电气一次自动重合闸的基本原理如下图所示：电气一次自动重合闸的基本原理图 手动合闸时，按下sb1使合闸接触器ko通电动作，从而使合闸线圈yo动作，使断路器qf合闸。手动跳闸时，按下sb2使跳闸线圈yr通电动作，使断路器qf跳闸。当一次线路上发生短路故障时，保护装置ka动作接通跳闸线圈yr回路，使断路器qf自动跳闸，同时，断路器辅助触点qf3-4闭合，经整定的时限后其延时常开触点闭合，使合闸接触器ko通电动作，从而使断路器重新合闸。如果一次线路上的短路故障是瞬时的，已经消除，则重合闸成功。如果断路故障尚未消除，则保护装置又动作，ka的触点又使断路器再次跳闸。由于一次ard采取了防跳措施，故不会再次合闸。本次设计采用dh-2型重合闸继电器的电气一次自动重合闸装置。7.2.4供配电系统保护1、保护的作用、基本原理及要求保护装置的主要作用是：（1) 当被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障元件与电源切开，以减轻故障危害，防止事故蔓延，保证其它部分迅速恢复正常生产。（2) 当线路及设备出现不正常运行状态时，保护装置发出信号、减负荷或跳闸。 保护的基本原理：保护装置由测量部分、逻辑部分和执行部分三个部分构成；其中测量部分用来反应和转换被保护对象的各种电气参数，经过变换后，送给逻辑部分，与整定值进行比较，作出逻辑判断，当判别出被保护对象有故障时，起动执行部分，发出操作指令，使断路器跳闸。保护装置应满足四项基本要求：即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。2、供配电系统的保护高压系统中实现保护功能有两种途径： （1) 使用熔断器作为保护电器，实现短路和严重的过负荷保护； （2) 使用继电器构成继电保护装置实现对各种故障和不正常运行状态的保护。这时，继电器应接于电流互感器的二次绕组中，以便于高压侧隔离，并能在低电压、小电流情况下工作，因此，继电保护装置属于供配电系统的二次回路设备。特此说明：（1）各变压器主进开关设0.4秒短路短延时和长延时过电流保护，短延时整定电流为脱扣器电流的4倍，长延时整定电流为脱扣器电流的1倍。（2）母联开关设0.3秒短路短延时和长延时过电流保护，短延时整定电流为脱扣器电流的6倍，长延时整定电流为脱扣器电流的1倍。（3）各回路继电保护的整定值及整定时间可根据现场实际情况进行调整。7.3车间变配电所变压器保护电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件。因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。根据gb5006292电力装置的继电保护和自动装置设计规范：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：在本次设计中，车间变配电所变压器的容量为2000kva，小于6300kva，根据规程规定需装设瓦斯保护、电流速断保护、过电流保护和过负荷保护。7.3.1瓦斯保护瓦斯保护又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通从而接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”，轻瓦斯保护动作于信号。当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”，重瓦斯保护动作于挑开电源侧断路器。变压器的瓦斯保护接线图如下图所示： 变压器的瓦斯保护接线图kg气体继电器 xb切换片变压器瓦斯动作保护后，可由蓄积于气体继电器内的气体性质来分析和判断故障的原因及处理要求，如下表所示。气体继电器动作后的气体分析和处理要求气 体 性 质故 障 原 因处 理 要 求无色、无臭、不可燃变压器内含有空气允许继续运行灰白色、有剧臭、可燃纸质绝缘烧毁应立即停电检修黄色、难燃木质绝缘烧毁应停电检修深灰色或黑色、易燃油内闪络，油质碳化应分析油样，必要时停电检修7.3.2变压器保护的计算变压器各点的短路电流如下图所示： 变压器各点的短路电流 1、 电流速断保护特点是： 变压器的电流速断保护是反应电流增大而瞬时动作的保护，用于相间短路保护。接线简单，动作可靠，切除故障快，但不能保护线路全长。保护范围受系统运行方式变化的影响较大。对于本设计中的变压器，根据其容量的大小，可以在其电源侧装设电流速断保护而不设变压器纵差动保护。采用电磁型继电器对变压器进行继电保护。（1）、确定保护装置的接线方式本次设计车间变电所变压器一次侧为中性点不接地系统，因此速断保护采用两互感器两继电器不完全星形接线，如下图所示，其对单相接地的误动作率低。此时接线系数为1。 电流互感器的不完全星形接线（2）、确定电流互感器的变比首先求出变压器的一次侧额定电流因此可求出线路上的最大负荷电流为即可由互感器的百分之十误差曲线，或根据经验取值法，得电流互感器变比，取。（3）、保护装置原理接线图，如下图所示： 变压器的定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路qs 高压隔离开关 qf 高压断路器 ta电流互感器t电力变压器 yr跳闸线圈 ka电流继电器kt时间继电器 km中间继电器 ks信号继电器 （4）、电流速断保护整定计算1）保护装置的动作电流整定电流速断保护的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电流值，即一次侧动作电流为：式中可靠系数。电磁型继电器取1.3，感应型继电器取1.5最大运行方式下，变压器的二次侧三相短路在一次侧的穿越电流 即一次侧动作电流 继电器的动作电流为 为便于继电器的整定，取继电器整定值则一次侧的实际动作电流2）灵敏度校验 电流速断保护灵敏度用系统最小运行方式时，主变压器一次侧（10kv）两相短路电流稳态值来校验。灵敏度校验点设在被保护变压器的一次侧。校验条件为：式中 最小运行方式下，主变压器一次侧两相短路电流 电流速断保护的灵敏系数即保护灵敏度，满足要求。2、过电流保护用于相间短路保护，分为定时限过电流保护和反时限过电流保护。变压器过