变电站二次部分的设计毕业论文.doc

1 变电站二次部分的设计毕业论文变电站二次部分的设计毕业论文 目目 录录 摘 要 1 ABSTRACT 2 第一章 绪 论 3 1 1 变电站二次部分设计开发的意义及背景 3 1 2 研究的内容及要求 3 第二章 对原始资料的分析 4 2 1 变电所的性质及其在电力系统中的地位 4 2 2 电力系统的工程情况 4 2 3 电力系统的负荷情况 5 2 4 继电保护的情况 5 第三章 主接线方案的拟定与选择 6 3 1 电气主接线的基本要求 6 3 2 电气主接线的设计原则 7 3 3 主接线的初步选择 7 3 4 本设计主接线的方案的拟定 8 第四章 短路电流的计算 10 4 1 短路的概念及短路电流的种类 10 4 2 短路电流的暂态过程和短路电流种类 10 4 3 本设计短路电流的计算 11 4 3 1 短路电流的标幺值计算法 11 4 3 2 短路电流的有名值计算法 13 4 3 3 本设计短路电流的计算结果 14 第五章 线路保护选型设计 15 5 1 线路保护产品的选型 15 2 5 1 1 南瑞产品简介 15 5 1 2 四方产品简介 16 5 2 线路保护的设计 21 第六章 线路保护的整定计算方案 21 6 110KV 配电线路的特点 21 6 2 保护整定应考虑系统运行方式 21 6 3 整定计算方案 21 6 4 本设计的整定计算结果 24 第七章 主要电气设备的选择 25 7 1 电气设备选择的一般原则 25 7 2 电气设备选择的技术条件 25 7 2 1 长期工作条件 25 7 2 2 短路稳定条件 26 7 2 3 绝缘水平 26 7 2 4 环境条件 27 7 3 设备的选择 27 7 3 1 电压互感器的选择 27 7 3 2 电流互感器的选择 28 7 3 3 重合闸的选择 28 第八章 防雷保护 29 8 1 直击雷保护 29 8 2 雷电侵入波保护 30 第九章 结束语 31 参考文献 32 附 图 33 致 谢 34 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 1 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 变电站二次部分设计开发的意义及背景 随着经济的发展和人民生活水平的提高 对供电质量的要求日益提高 国 家提出了加快城网和农网建设及改造 拉动内需的发展计划 城网和农网110kV 变电所的建设迅猛发展 在城市人口集中 高楼大厦林立 用地十分紧张的情 况下 城市的高低压线路走廊受到限制 给城市高低压网络的发展和变电所建 设带来一定困难 农村自身的特点也给农网和变电所建设带来一定困难 如何 设计城网和农网变电所 是城网和农网建设 改造中需要研究和解决的一个重 要课题 变电站是电力系统的一个重要组成部分 由电器设备及配电网络按一定的 接线方式所构成 他从电力系统取得电能 通过其变换 分配 输送与保护等 功能 然后将电能安全 可靠 经济的输送到每一个用电设备的转设场所 变 电站使电厂或上级电站经过调整后的电能输送给下级负荷 是电能输送的核心 部分 其功能运行情况 容量大小直接影响下级负荷的供电 进而影响工业生 产及生活用电 若变电站系统中某一环节发生故障 系统保护环节将动作 可 能造成停电等事故 给生产生活带来很大不利 因此 变电站在整个电力系统 中对于保护供电的可靠性 灵敏性等指标十分重要 而电气主接线是发电厂变 电所的主要环节 电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择 配电装 置的布置 继电保护和自动装置的确定 是变电站电气部分投资大小的决定性 因素 1 2 研究的内容及要求 本次毕业设计属于低压网络的设计 其负荷属于地区负荷 设计过程中首 先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数 分析负荷发展趋势 从负 荷增长方面阐明了建站的必要性 然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向 来考虑 并通过对负荷资料的分析 安全 经济及可靠性方面考虑 确定了 10kV 以及站用电的主接线 然后又通过负荷计算及供电范围确定了最大持续工 作电流及短路计算的计算结果 做出线路保护 防雷保护 从而完成了变电站 二次部分的设计 本变电所的初步设计包括了 1 了解 110kV 区域性降压变电所设计的有关技术规程 规定 导则 2 对东山线的二次部分进行设计 3 对 10kV 线路保护的生产厂家进行市场调查 设备选型 4 继电保护的整定计算 5 重合闸的选择与整定等 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 2 第二章第二章 对原始资料的分析对原始资料的分析 2 1 变电所的性质及其在电力系统中的地位 110kV 寨里变电站是淄博电网 2010 年年底新上的一个变电站 10kV 的东山 线承担着为寨里村及镇矾土矿 华涛重钙等几个企业供电的任务 本设计任务 要对东山线的二次部分进行设备选型和整定计算 包括继电保护部分和重合闸 等二次设备 576 8 寨里变电站7 开关柜 K 1 Y Y Y Y Y Y Y 1 1 2 3 5 9 200 川东海岭 80 寨里村 111 160 200 13 12 寨里村 坤义特耐 坤义分支 3 6 7 250 镇矾土矿 8 12 14 18 315 14 80 寨里村 华涛重钙 华涛支线 电缆型号 YJV22 3 400 长度 0 18KM 线路长度 0 374KM 电杆8基 导线型 JKLGYJ 240 30 配电室7处 变压器7台1285KVA 图 2 1 东山线线路示意图 2 2 电力系统的工程情况 1 电力系统的短路容量 110 千伏侧母线 电力系统最大运行方式时 由系统供给的短路容量为 2000MVA 电力系统最小运行方式时 由系统供给的短路容量为 1300MVA 2 电力系统的各序电抗 由电力系统提供的各序电抗为 电力系统正序电抗与负序电抗相等 1S 2S 电力系统零序电抗 3 5 倍于正序电抗 0S 3 5 1S 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 3 3 电力系统的电源情况 110 千伏侧的二路电源线路为并联的双回路供电线路 两回负荷线路分别 供给后继的两个不同的 10 千伏降压变电所 35 千伏侧无电源 10 千伏侧无电 源 4 主变压器零序阻抗的情况 本所主变压器的零序阻抗在中压侧 5 无功补偿装置的情况 本所不装设调相机 也不装设补偿电容器 6 年最大负荷利用每小时 110 千伏侧大于 5000 小时 35 千伏侧为 3000 5000 小时 10 千伏侧为 3000 5000 小时 2 3 电力系统的负荷情况 本变电所的负荷情况及出线回路数 1 110KV 出线 6 回 含 2 回电源线 每回线路长约 15 公里 方向向南 通过 4 回负荷线 每回线路向后继变电所转送 10000KVA 2 35KV 出线 9 回 每回线路长约 8 公里 方向向南 在 110kV 配电装 置的东侧 每回线路负荷为 5MW 负荷同时率取 0 8 3 10KV 出线 5 回 方向向北 每回线路长约 4 公里 每回线路负荷为 2 0MW 负荷同时率取 0 8 4 35KV 10KV 负荷的功率因数分别取 0 85 和 0 9 线路型号均取 LGJ 240 2 4 继电保护的情况 主保护的动作时间 1 110 千伏母线 110 千伏母线本身无主保护 由电源端的限时电流速断 即过电流保护 段 作为主保护 其动作时限为 0 5 秒 2 35 千伏 10 千伏母线 35 千伏 10 千伏侧无母线保护 计算时主保护动作时间可取用后备保护动 作时间 后备保护的动作时间 主变压器三侧的后备保护动作时间配合如图 1 2 所示 1 10 千伏线路后备保护动作时间 t1 0 7 秒 2 10 千伏侧主变压器后备保护动作时间 t2 1 2 秒 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 4 3 10 千伏母线分段保护动作时间 t 2 1 0 秒 4 35 千伏线路后备保护动作时间 t3 1 2 秒 5 110 千伏侧主变压器后备保护动作时间 35 千伏侧母线分段动作时间 t 4 1 7 秒 35 千伏侧主变压器动作时间 t4 2 0 秒 110 千伏侧主变压器动作时间 t5 2 5 秒 6 110 千伏侧电源线路后备保护动作时间 t6 3 5 秒 7 110 千伏侧负荷线路后备保护动作时间 t7 2 5 秒 为了保证后备保护动作的选择性 继电保护动作时限级差一般应在 0 3 0 6 秒 本设计取 0 5 秒 第三章第三章 主接线方案的拟定与选择主接线方案的拟定与选择 3 1 电气主接线的基本要求 变电所主接线设计作为电力系统总体设计的重要组成部份 其主接线形式 应根据变电所在电力系统中的地位 作用 回路数 设备特点及负荷性质等条 件确定 并且应满足运行可靠 简单灵活 操作方便和节约投资等要求 因此 发电厂 变电所的主接线 必须满足以下基本要求 1 供电可靠性 主接线的设计首先应满足这一要求 当系统发生故障时 要求停电范围小 恢复供电快 2 适应性和灵活性 能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化 改变运行方式时操作方便 便于变电所的扩建 3 经济性 在确保供电可靠 满足电能质量的前提下 要尽量节省建设投资和运行费 用 减少用地面积 4 简化主接线 配网自动化 变电所无人化是现代电网发展必然趋势 简化主接线为这一 技术全面实施 创造更为有利的条件 5 设计标准化 同类型变电所采用相同的主接线形式 可使主接线规范化 标准化 有利 于系统运行和设备检修 参考 35 110KV 变电所设计规范 第 3 2 1 条 变电所的主接线除应满足以上技术经济方面的基本要求外 还应适应发电 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 5 厂和变电所可能发展扩建的需要 并应满足供电可靠 运行灵活 操作检修方 便 节约投资和便于扩建等要求 3 2 电气主接线的设计原则 电气主接线基本要求 可靠性 灵活性 经济性三项基本要求 1 可靠性的要求 1 断路器检修时 不宜影响对系统的供电 2 断路器或母线故障及母线检修时 尽量减少停运回路数和停运时间 3 避免全所停电的可能 2 灵活性的要求 1 调度时 可灵活的投入和切除变压器和线路 调配电源和负荷 2 检修时 方便的停运断路器 母线及保护 进行安全检修 3 扩建时 容易从初期接线过渡到最终接线 3 经济性的要求 1 投资省 2 主接线力求简单 以节省一次设备 3 二次回路简单 4 能限制短路电流 以便选择价廉的设备 5 占地面积小 6 电能损失少 3 3 主接线的初步选择 1 110kV 系统的主接线选择 根据 电力工程设计手册 110kV 220kV 配电装置出线回路不超过 2 回 时一般选用单母线接线 出线回路 3 4 回时一般选用单母线分段接线 故选用 单母线接线与单母线分段接线两种方案进行比较决定 2 35kV 侧的主接线形式 根据 电力工程设计手册 1 35kV 6 3kV 的配电装置出线回路数在 4 8 回时采用单母线分段接线 2 35kV 的出线多为双回路 且检修时间短 一般不设旁母 当配电装 置出线回路数在 8 回以上时 或连接的电源较多 负荷较大时采用双母线接线 故选用单母线分段接线与双母线接线两种方案进行比较决定 3 10kV 侧接线形式选择 根据 电力工程设计手册 6 10kV 系统中 出线在 6 回或以上时一般使 用单母线分段接线形式 当用户要求不能停电时可装设旁路母线 故选用单母 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 6 线分段接线与单母线分段带旁母接线两种方案进行比较决定 3 4 本设计主接线的方案的拟定 电气主接线是发电厂 变电所电气设计的重要部分 也是构成电力系统的 重要环节 主接线的确定对电力系统整体及发电厂 变电所本身运行的可靠性 灵活性和经济性密切相关 并且对电气设备选择 配电装置布置 继电保护和 控制方式的拟定有较大影响 因此 必须处理好各方面的关系 全面分析有关 影响因素 通过技术经济比较 合理确定主接线方案 决定于电压等级和出线 回路数 根据设计任务书的要求 在原始资料分析的基础上 根据对电源和出线回 路 电压等级 短路容量以及母线结构等不同的考虑 可以拟定出若干个主接 线方式 依据对主接线的基本要求 从技术和资金上论证并淘汰一些明显不合 理的方案 10kV 主接线设计 主要考虑为变电站周围地区供电 图 3 1 主接线的方案图 方案 I 单母线分段接线的优缺点 优点 1 用断路器把母线分段后 对重要用户可以从不同段引出两个回路 有 两个电源供电 2 当一段母线发生故障 分段断路器自动将故障段切除 保证正常段母 线不间断供电和不致使大面积停电 缺点 1 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时 该段母线的回路都要在检 修期间内停电 2 当出线为双回路时 常使架空线路出现交叉跨越 3 扩建时需向两个方向均衡扩建 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 7 方案 II 双母线接线的伏缺点 优点 1 供电可靠 通过两组母线隔离开关的倒换操作 可以轮流检修一组母 线而不致使供电中断 一组母线故障后 能迅速恢复供电 检修任一回路的母 线隔离开关时 只需断开此隔离开关所属的一条回路和与此隔离开关相连的该 组母线 其它回路均可通过另外一组母线继续运行 但其操作步骤必须正确 例如 欲检修工作母线 可把全部电源和线路倒换到备用母线上 其步骤是 先合上母联断路器两例的隔离开关 再合母联断路器 QF 向备用母线充电 这 时 两组母线等电位 为保证不中断供电 按 先通后断 原则进行操作 即 先接通备用母线上的隔离开关 再断开工作母线上的隔离开关 完成转换后 再断开母联 QF 及其两侧的隔离开关 即可使原工作母线退出运行进行检修 2 调度灵活 各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上 能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要 通过倒闸操作 可以组成各种运行方式 例如 当母联断路器闭合 进出线分别接在两组母线 上 即相当于单母线分段运行 当母联断路器断开 一组母线运行 另一组母 线备用 全部进出线均接在运行母线上 即相当于单母线运行 两组母线同时 工作 并且通过母联断路器并联运行 电源与负荷平均分配在两组母线上 即 称之为固定连接方式运行 这也是目前生产中最常用的运行方式 它的母线继 电保护相对比较简单 根据系统调度的需要 双母线还可以完成一些特殊功能 例如 用母联与 系统进行同期或解列操作 当个别回路需要单独进行试验时 如线路检修后需要 试验 可将该回路单独接到备用母线上运行 当线路利用短路方式熔冰时 亦 可用一组备用母线作为熔冰母线 不致影响其它回路工作 3 扩建方便 向双母线左右任何方向扩建 均不会影响两组母线的电源 和负荷自由组合分配 在施工中也不会造成原有回路停电 当有双回架空线路 时 可以顺序布置 以致连接不同的母线段时 不会如单母线分段那样导致出 线交叉跨越 4 便于试验 当个别回路需要单独进行试验时 可将该回路分开 缺点 1 增加了电气设备的投资 2 当母线故障或检修时 隔离开关作为倒闸操作电器需在隔离开关和断 路器之间装设闭锁装置 3 当馈出线断路器或线路侧隔离开关故障时停止对用户供电 根据本站实际情况 在 10KV 负荷中 镇矾土矿 华涛重钙及其市区一 二 类负荷比较大 若发生停电对企业造成出现次品 机器损坏 甚至出现事故 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 8 对市区医院则造成不良社会影响 严重时造成重大经济损失和人员伤亡 必须 保证其供电可靠性 且此电压等级出线回数多 需经常倒换 因此选择方案 双母接线 第四章第四章 短路电流的计算短路电流的计算 4 1 短路的概念及短路电流的种类 电力系统不可避免会发生短路事故 短路事故威胁着电网的正常运行中 并有可能损坏电气设备 因此 在电力系统的设计和运行中 都要对供电网络 进行短路电流计算 以便正确地选用和调整继电保护装置 正确地选择电气设 备 确保电力系统的安全 可靠运行 短路的种类有以下几种 1 三相短路 2 两相短路 3 两相短路接地 4 单相短路 接地 三相短路是对称短路 此时三相电流和三相电压仍然是对称的 只是三相 电流特大 除三相短路外的其他短路都是不对称性短路 每相电流和电压数值 不相等 相角也不同 4 2 短路电流的暂态过程和短路电流种类 1 短路电流的暂态过程 当电力系统发生三相短路时 由于短路回路存在着电感 电流不能突变 因此有一个暂态过程 短路电流随时间变化 最后达到稳定值 短路全电流 id 由对称的周期分量和不对成的非周期分量两部分合成 z i f i 即 周期分量先开始衰减 然后逐渐增加到稳态值 非周期分量 dzf iii z ii 按指数规律衰减 其衰减时间常数为 0 05 0 2 2 计算各短路电流的目的 1 短路冲击电流 用来校验电气设备和母线的动稳定 ch i 2 短路全电流最大有效值 Ich 第一周期短路全电流有效值 用来校 验电气设备和母线的动稳定 3 超瞬变短路电流有效值 I 用来作继电保护的整定计算和校验断路器 的短流量 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 9 4 稳态短路电流有效值 用来校验电气设备和载流部分的热稳定 I 4 3 本设计短路电流的计算 为了简化短路电流的计算方法 在保证计算精度的情况下 忽略次要因素 的影响 做出一下规定 1 所有的电源电动势相位角均相等 电流的频率相同 短路前 电力 系统的电势和电流是对称的 2 认为变压器是理想变压器 变压器的铁心始终处于不饱和状态 即 电抗值不随电流的变化而变化 3 输电线路的分布电容略去不计 4 每一个电压级采用平均电压 这个规定在计算短路电流时 所造成 的误差很小 因为电抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多 5 计算高压系统短路电流时 一般只计及发电机 变压器 电抗器 线路等元件的电抗 因为这些元件 X 3 R 时 可以略去电阻的影响 6 短路点离同步调相机和同步电动机较近时 应该考虑对短路电流值 的影响 7 在简化系统阻抗时 距短路点远的电源与近的电源不能合并 两个容 量相差很大的电源不能够合并 8 以供电电源为基准的电抗标幺值 3 5 可以认为电源容量为无限大容 量的系统 短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变 4 3 1 短路电流的标幺值计算法 短路电流计算 根据电力系统的实际情况 可以采用标幺值或有名值计算 那 种方法方便就采用那种方法 在高压系统中通常采用标幺值计算 所谓标幺值 是实际值与基准值之比 标幺值没有单位 设所选定的基准值 电压 基准电流 基准容量及基准电抗分别为 则这一元件的各已 j U j I j S j X 知量的标幺值分别为 j j U U U J j S S S 3 j J Jj U I II IS 2 33 3 jjj j jjj jj I XI XS X XX XUUUI 式中 S U I X 以有名单位表示的容量 MVA 电压 KV 电流 KA 电抗 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 10 以基准量表示的容量 KVA 电压 KV 电流 j S j U j I j X KA 电抗 工程计算上通常先选定基准容量和基准电压 与其相应的基准电流 j S j U 和基准电抗 均可由这两个基准值导出 为了计算一致 通常采用 j I j X 100MVA 为基准容量 基准电压一般采用短路点所在级的网路平均额定电压 j S 即 j U p U 表 4 1 电力系统各元件阻抗值的计算公式 计算公式 序号元件名称给定参数 通用式 100MVA j S 1 发电机 或 电动机 额定容量 e S 超瞬变电抗百分 数 d X 100 j d d e S X X S 1 dd e XX S 2 变压器 额定容量 p U 阻抗电压百分比 d U 100 j d b e S U XX S 1 bd e XU S 3 10 6 KV 电缆 平均电压 p U 每千米电抗 0 X 线路长度 L 0 2 j p S XX L U 2 8 p L X U 4 10 6 KV 架空线路 平均电压 p U 每千米电抗 0 X 线路长度 L 0 2 j p S XX L U 2 40 p L X U 535KV 架空线路 平均电压 p U 每千米电抗 0 X 线路长度 L 0 2 j p S XX L U 2 42 5 p L X U 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 11 6 电抗器 额定电压 e U 额定电流 e I 电抗百分数 0 X 100 j e k ep I UX X IU 4 3 2 短路电流的有名值计算法 在有名值计算法中 每个电气元件的单位是有名的 而不是相对值 在比 较简单的网路低电压电网 常采用有名值计算法计算短路电流 采用此方法计 算 须将各电压等级的电气元件参数都归算到同一电压等级上来 凡涉及发电 机 变压器 电动机 电抗器等元件的百分数电抗值 铭牌上一般有标出 均 应换算成有名值来计算 电力系统各元件阻抗有名值的计算公式如下 1 发电机 电动机 4 1 2 100 p d d e U X X S 式中 发电机的超瞬变电抗值 d X 发电机以额定值为基准的超瞬变电抗的百分数 d X 发电机额定容量 MVA e S 2 变压器 4 2 3 2 10 dp b e PU R S 2 4 3 22 bbb XZR 4 2 100 p d b e U U Z S 4 当电阻值允许忽略不计时 4 5 2 dP b ee UU X SS 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 12 式中 变压器的电阻 电抗 阻抗 b R b X b Z 变压器以额定值为基准的阻抗电压百分数 d U 变压器短路损耗 KW d P 3 电抗器 4 6 2 1003 p k k ee U X X I U 式中 电抗器以额定值为基准的电抗百分数 k X 电抗器的额定电流和额定电压 KV KA ee IU 4 线路 4 2 0 p e U Rr L U 7 4 2 0 p e U Xx L U 8 式中 线路单位长度的电阻和电抗 0 r 0 x KM 线路运行的额定电压 KV e U 4 3 3 本设计短路电流的计算结果 由原始资料知寨里变电站东山线路的主干线全长 5 6 其架空线的型km 号 单位长度电抗 由电力工程电气设计手册及网络查到 及其各个支路的长 度如表 4 2 所示 表 4 2 本线路的架空线路的已知数据 名 称单位长度电抗 km 线路长度 km LGJ 1850 4094 95 LGJ 950 4830 55 LGJ 700 5790 1 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 13 其中本设计的取 1000MVA 故 10 j S 2 B j U S 2 10 1000 KV MVA 由表 4 1 中 3 式知线路阻抗的标幺值为 2 0 409 4 950 483 0 550 579 0 1 1023 481X 又由原始资料已知 10kv 线路的基准电流为 55000A 最大运行方式下的 B I 系统阻抗为 1 8544 最小运行方式下的系统阻抗为 2 8939 故画出 min1 X max1 X 等效电路图 图 4 1 本设计的等效电路图 最大运行方式下的短路电流 A9 2170 481 238544 1 55000 21 XX I I mix B manK 最小运行方式下的短路电流 A 3 2085 481 238939 2 55000 2max1 XX I I B mixK 第五章第五章 线路保护线路保护选型设计选型设计 5 1 线路保护产品的选型 我国主要的从事电力设备生产的厂家有南瑞 许继 四方等企业 其中南 瑞是国家电网公司旗下唯一的上市公司 而四方公司采用知识经济时代高科技 企业的运作模式也成为我国电力行业和北京市中关村科技园区的知名企业 具 有良好的企业形象和信誉 是中国电力自动化行业当之无愧的龙头企业 国电南瑞作为专业从事电力和工业控制自动化软硬件开发及系统集成服务 的高科技企业 主要为客户提供电网调度自动化 变电站自动化 轨道交通及 电气保护自动化 电力市场技术支持 电能量计量计费 配电自动化 农电自 动化 火电厂及工业控制自动化等专业的全方位解决方案 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 14 四方公司主要从事电力系统自动化及继电保护装置 电力系统安全稳定控 制 高压直流输电控制 调度自动化 配网自动化 发电厂自动化控制系统 仿真培训系统 电力电子装备 轨道交通 工业自动化及清洁能源利用等领域 的研究 开发 生产和销售 是为电力行业 公共事业及大型行业客户 石化 铁路 煤炭 冶金 轨道交通等 提供电力及综合自动化整体解决方案 优质 产品和服务的高新技术企业 5 1 1 南瑞产品简介 1 RCS 9623 装置为数字式电流 电压保护装置 可用作 10kV 线路 变 压器及 380V 线路的保护 其价格为 10500 元 台 保护功能有 两段过流保护 两段零序保护 一段过流加速保护 一段零 序电流过流加速保护 非电量保护 三相一次重合闸功能 低周减载功能 非 电量报警 TV 断线报警 频率异常报警 TWJ 异常报警 弹簧未储能报警 测控功能有 一组断路器遥控分 合 13 个遥测量 测量电流 Iam Icm 零 序电流 I0 相电压 UA UB UC 线电压 UAB UBC UCA 频率 F 功率 P Q 功率因数 COS 事件 SOE 记录 装置描述的远方查看 系统定值的远 方查看 保护定值和区号的远方查看 修改功能 装置保护开入状态 2 RCS 9611 系列装置为由微机实现的数字式 110kV 以下电压等级的非 直接接地系统或小电阻接地系统中的线路过流保护及测控装置 具有独立的操 作回路 适用于中性点经小电阻接点的输电线路及电缆线路 其价格为 10500 元 台 保护功能 三段可经复压和方向闭锁的过流保护 三段零序过流保护 零序 电流可自产也可外加 过流加速 零序电流加速保护 过负荷功能 报警或者 跳闸 低周减载功能 三相一次重合闸 小电流接地选线功能 必须采用外加 零序电流 TA 断线告警 TV 断线告警 TWJ 异常告警 控制回路断线告警 测控功能 20 路自定义遥信开入 一组断路器遥控分 合 选配方式至多可 提供三组遥控 14 个遥测量 测量电流 Iam Icm 零序电流 I0 相电压 UA UB UC 线电压 UAB UBC UCA 零序电压 U0 频率 F 功率 P Q 功 率因数 COS 事件 SOE 记录等 保护信息功能 装置描述的远方查看 系统定值的远方查看 保护定值和 区号的远方查看 修改功能 软压板状态的远方查看 投退 遥控功能 装置 保护开入状态的远方查看 装置运行状态 包括保护动作状态 运行告警和装 置自检信息 的远方查看 远方对装置信号复归 故障录波上送功能 通信功能 2 3 个以太网通信口 2 个 RS 485 通信口 支持以太网通信规 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 15 约 支持 IEC60870 5 103 通信规约 支持 IEC61850 规约 1 个 RS 232 串口可 以用作打印或调试 对时功能 软件对时 差分秒脉冲对时 IRIG B 码对时 事件报告处理及故障录波功能 可保存最新 64 次动作报告 最新的 64 次 装置自检告警报告 最新 64 次运新告警报告 最新 64 次用户操作记录报告 最新 256 次 SOE 变位记录报告 包括开关变位 保护动作 自检告警 运行告 警和操作记录报 最多 8 次故障录波报告 每次故障录波时间最长 15 秒 5 1 2 四方产品简介 1 CSC 211 数字式线路保护测控装置 适用于 66kV 及以下电压等级的中 性点非直接接地系统的线路 可在开关柜就地安装 其价格为 12000 元 台 功能 过电流保护功能 装置配置有三段式定时限过流元件 低电压元件 相电流方向元件和反时 限元件 各段可有选择性的投入低电压元件和方向元件 过流 段可设置为反 时限特性 零序过流保护功能 装置配置有三段式定时限零序过流元件 零序方向元件和反时限元件 各 段可有选择性的投入方向元件 零序 段可设置为反时限特性 小电流接地选线功能 装置可与主站构成集中式的小电流接地选线系统 由主站计算各装置上送 的信号判断接地 同时也具备单装置的接地判据 实现就地判接地 过负荷保护功能 装置的过负荷元件 可动作于跳闸或告警 三相一次重合闸功能 装置具有非同期 不检无压不检同期 检同期 检无压 检无压及检同期 检无压或检同期 合闸方式 合闸加速保护功能 装置具有相电流和零序电流加速元件 能实现充电手合加速和保护前加速 后加速功能 低周减载保护功能 装置能够区分系统频率从正常状态变为低频率时的故障情况 电机反充电 和真正的有功缺额 实现低周减载 低压解列保护功能 装置能够自动判定系统电压从正常状态变为低电压时是否切除负荷 实现 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 16 低压解列 其它功能说明 装置具有 PT 断线告警 控母断线告警和弹簧未储能告警的功能 特点 高性能的硬件系统 采用嵌入式 32 位微处理器 具备很强的数据处理能力 与保护 CPU 系统完全独立的高精度测量表计系统 可满足运行监视和远 程自动抄表的要求 高标准电磁兼容性 密闭机箱设计 满足装置下放安装的苛刻要求 也 可集中组屏 强大 灵活的通信功能 提供基于光电以太网 LonWorks 现场总线 光电 485 的通信接口 可采用 IEC60870 5 103 规约 四方继保 CSC 2000 规约或 IEC61850 标准 通信 实现与变电站自动化系统和继电保护故障信息系统的接口 支持 GPS 脉冲对时 IRIG B 码对时和网络对时 具备硬件时钟系统 人性化设计及友好界面 提供中文界面 操作简便 可提供六个快捷功能键 实现打印及定值区 切换的快速操作 十一个指示灯实时指明装置运行状态 具有虚拟测试功能 实现遥信自动对点 SOE 事件自动触发 提供全面的设备运行信息和故障信息记录 具备完善的软硬件自检功能和免调节电路设计 安装调试更简单 提供基于 PC 机的辅助分析软件 主要技术指标 功率消耗 直流电源回路 不大于 15W 交流电流回路 当 In 5A 时 不大于 1VA 相 当 In 1A 时 不大于 0 5VA 相 交流电压回路 在额定电压下不大于 0 5VA 相 额定参数 交流电压 Un 100V 或 57 7V 交流电流 In 5A 或 1A 频率 50Hz 直流电压 220V 或 110V 动作值误差 电流 电压动作值误差不超过 3 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 17 频率动作值误差不超过 0 02Hz 频率变化率误差不超过 0 5Hz s 延时段动作值平均误差不超过 40ms 或 1 5 测量表计精度 电流 电压 0 2 级 功率 电度 0 5 级 2 CSC 212 数字式线路距离保护测控装置 适用于 66kV 及以下电压等 级的中性点非直接接地系统的线路 可在开关柜就地安装 其价格为 15000 元 台 功能 距离保护功能 装置配置有三段式相间距离保护元件 其中 和 段配有短时开放元件 不对称故障开放元件和对称故障开放元件来区分故障和振荡 装置利用相邻线 路距离 段的动作行为能实现双回线相继速动功能 也能利用近故障侧的三相 跳闸后 非故障相电流的消失实现不对称故障相继速动 过电流保护功能 装置配置有三段式定时限过流元件 可有选择性的投入低电压元件 相电 流方向元件 零序过流保护功能 装置配置有三段式定时限零序过流元件 可有选择性的投入零序方向元件 小电流接地选线功能 装置可与主站构成集中式的小电流接地选线系统 由主站计算各装置上送 的信号判断接地 同时也具备单装置的接地判据 实现就地判接地 过负荷保护功能 装置的过负荷元件 可动作于跳闸或告警 三相一次重合闸功能 装置具有非同期 不检无压不检同期 检同期 检无压 检无压及检同期 检无压或检同期 合闸方式 合闸加速保护功能 装置具有相电流和零序电流 距离加速元件 能实现充电手合加速和保护 前加速 后加速功能 低周减载保护功能 装置能够区分系统频率从正常状态变为低频率时的故障情况 电机反充电 和真正的有功缺额 实现低周减载 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 18 低压解列保护功能 装置能够自动判定系统电压从正常状态变为低电压时是否切除负荷 实现 低压解列 其它功能说明 装置具有 PT 断线告警 控母断线告警和弹簧未储能告警的功能 特点 高性能的硬件系统 采用嵌入式 32 位微处理器 具备很强的数据处理能力 与保护 CPU 系统完全独立的高精度测量表计系统 高标准电磁兼容性 密闭机箱设计 满足装置下放安装的苛刻要求 也 可集中组屏 强大 灵活的通信功能 提供基于光电以太网 LonWorks 现场总线 光电 485 的通信接口 可采用 IEC60870 5 103 规约 四方继保 CSC 2000 规约或 IEC61850 标准 通信 实现与变电站自动化系统和继电保护故障信息系统的接口 支持 GPS 脉冲对时 IRIG B 码对时和网络对时 具备硬件时钟系统 人性化设计及友好界面 提供中文界面 操作简便 可提供六个快捷功能键 实现打印及定值区 切换的快速操作 十一个指示灯实时指明装置运行状态 具有虚拟测试功能 实现遥信自动对点 SOE 事件自动触发 提供全面的设备运行信息和故障信息记录 具备完善的软硬件自检功能和免调节电路设计 安装调试更简单 提供基于 PC 机的辅助分析软件 主要技术指标 功率消耗 直流电源回路 不大于 15W 交流电流回路 当 In 5A 时 不大于 1VA 相 当 In 1A 时 不大于 0 5VA 相 交流电压回路 在额定电压下不大于 0 5VA 相 额定参数 交流电压 Un 100V 或 57 7V 交流电流 In 5A 或 1A 频率 50Hz 直流电压 220V 或 110V 动作值误差 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 19 电流 电压动作值误差不超过 3 频率动作值误差不超过 0 02Hz 频率变化率误差不超过 0 5Hz s 距离 I 段动作时间不超过 40ms 70 整定值 延时段动作值平均误差不超过 40ms 或 1 5 测量表计精度 电流 电压 0 2 级 功率 电度 0 5 级 在 10 kV 配电线路中 多为照明及不长期运行的小型电动机等负荷 供电 可靠性要求较低 短时停电不会造成很大的损失 为了保证瞬时性故障能可靠 消除 也综合考虑运行成本问题 故选用 RCS 9623 装置 5 2 线路保护的设计 根据本站的实际情况 并参考相关文献 如实用电气二次回路 200 例 厂 变电所电气接线和布置等 及其网络绘制出了本站的的线路保护及其控制回路 展开图见附图 第六章第六章 线路保护的整定计算方案线路保护的整定计算方案 6 110kV 配电线路的特点 10kV 配电线路结构特点是一致性差 如有的为用户专线 只接带一 二个 用户 类似于输电线路 有的呈放射状 几十台甚至上百台变压器接于同一条 线路的各个分支上 有的线路短到几百米 有的线路长到几十千米 有的线路 由 35kV 变电所出线 有的线路由 110kV 变电所出线 有的线路上的配电变压器 很小 最大不过 100kVA 有的线路上却有几千千伏安的变压器 有的线路属于 最末级保护 有的线路上设有开关站或有用户变电所等 6 2 保护整定应考虑系统运行方式 按 城市电力网规划设计导则 为了取得合理的经济效益 城网各级电压 的短路容量应该从网络的设计 电压等级 变压器的容量 阻抗的选择 运行 方式等方面进行控制 使各级电压下断路器的开断电流以及设备的动热稳定电 流得到配合 该导则推荐 10 kV 短路电流 Ik 16 kA 系统最大运行方式 流过保护装置短路电流最大的运行方式 由系统阻抗 最小的电源供电 系统最小运行方式 流过保护装置短路电流最小的运行方式 由系统阻抗 最大的电源供电 在无 110 kV 系统阻抗资料的情况时 由于 3 35 kV 系统容量与 110 kV 系 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 20 统比较 相对较小 其各元件阻抗相对较大 则可近似认为 110 kV 系统容量为 无穷大 对实际计算结果没有多大影响 选取基准容量 Sjz 1000 MVA 10 kV 基准电压 Ujz 10 5kV 10 kV 基 准电流 Ijz 5 5 kA 10 kV 基准阻抗 Zjz 1 103 6 3 整定计算方案 我国的 10kV 配电线路的保护 一般为保护的最末级 或最末级用户变电所 保护的上一级保护 故一般采用瞬时电流速断 段 定时限过电流 III 段 及三相一次重合闸构成 特殊线路结构或特殊负荷线路保护 不能满足要求时 可考虑增加其它保护 如 保护 段 电流电压速断 电压闭锁过电流 电压闭 锁方向过电流等 下面的讨论 是针对一般保护配置而言的 1 瞬时电流速断保护 电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护 电流速断保护的动作电 流即速断电流应躲过它所保护线路末端的最大短路电流 三相短路电流 1dz I 来整定 maxk I 6 max1k ire wrel dz I KK KK I 1 式中 保护装置的接线系数 取 1 w K 可靠系数 取 1 3relK 电流互感器变比 i K 返回系数 取 1 re K 特殊线路的处理 a 线路很短 最小方式时无保护区 或下一级为重要的用户变电所时 可 将速断保护改为时限速断保护 动作电流与下级保护速断配合 即取 1 1 倍的下 级保护最大速断值 动作时限较下级速断大一个时间级差 此种情况在城区较 常见 在新建变电所或改造变电所时 建议保护配置用全面的微机保护 这样 改变保护方式就很容易了 在无法采用其它保护的情况下 可靠重合闸来保证 选择性 b 当保护安装处主变过流保护为复压闭锁过流或低压闭锁过流时 不能与 主变过流配合 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 21 c 当线路较长且较规则 线路上用户较少 可采用躲过线路末端最大短路 电流整定 可靠系数取 1 3 1 5 此种情况一般能同时保证选择性与灵敏性 d 当速断定值较小或与负荷电流相差不大时 应校验速断定值躲过励磁涌 流的能力 且必须躲过励磁涌流 灵敏度校验 按最小运行方式下 线路保护范围不小于线路长度的 15 整定 允许速断保护保护线路全长 6 2 1 15 1 min dz d I I 式中 线路 15 处的最小短路电流 15 mindI 速断整定值1dzI 2 过电流保护 过电流保护是反映电流增加而动作的保护 动作电流是按最大负荷电流 整定的 其保护范围延伸到相邻的下一段线路 为获得选择性 其时限按阶梯 原则选择 对于线路的过电流保护 应取被保护线路末端在最小运行方式 mink I 下的两相短路电流 2 mink I 即 6 3 2 min2k ire wrel dz I KK KK I 式中 6 4 min 2 min 2 3 kk II 保护装置的接线系数 取 1 w K 可靠系数 取 1relK 电流互感器变比 i K 返回系数 取 1 5 re K 特殊情况的处理 a 线路较短 配变总容量较少时 因为满足灵敏度要求不成问题 Kz 或 Klc应选较大的系数 b 当线路较长 过流近后备灵敏度不够时 如 15km 以上线路 可采用复 压闭锁过流或低压闭锁过流保护 此时负序电压取 0 06Ue 低电压取 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 22 0 6 0 7Ue 动作电流按正常最大负荷电流整定 只考虑可靠系数及返回系数 当保护无法改动时 应在线路中段加装跌落式熔断器 最终解决办法是网络调 整 使 10kV 线路长度满足规程要求 c 当远后备灵敏度不够时 如配变为 5 10kVA 或线路极长 由于每台 配变高压侧均有跌落式熔断器 因此可不予考虑 d 当因躲过励磁涌流而使过流定值偏大 而导致保护灵敏度不够时 可考 虑将过流定值降低 而将重合闸后加速退出 因 10kV 线路多为末级保护 过流 动作时限一般为 0 3s 此段时限也是允许的 灵敏度校验 近后备按最小运行方式下线路末端故障 灵敏度大于等于 1 5 远后备灵 敏度可选择线路最末端的较小配变二次侧故障 接最小方式校验 灵敏度大于 或等于 1 2 6 5 25 1 1 1min 1 dz d n I I K 6 6 2 1 1 2min 2 dz d n I I K 式中 线路末端最小短路电流1mindI 线路末端较小配变二次侧最小短路电流2mindI 过流整定值1dzI 6 4 本设计的整定计算结果 根据整个 10KV 整定的基本参考方案本次设计的保护整定计算实施如下 10kV系统保护参数只设一套 按最大运行方式计算定值 按最小运行方式校验 灵敏度 保护范围末端 灵敏度KL 1 5 速断Kl 2 近后备KL 1 25 远后 备保护Kl 1 2 由短路计算知 最小运行方式下的短路电流A 最大运行方式 3 2085 min k I 下的短路电流A 又由提供的原始资料知电流互感器的变比为 9 2170 max k I 600 5 故整定计算如下所示 1 瞬时电流速断保护 段保护 由式 6 1 知 A 52 23 5 600 481 238544 1 550003 1 max 1 k ire wrel dzI KK KK I 山东轻工业学院 2011 届本科生毕业设计 论文 23 当发生短路故障时 要求线路跳闸 所以此处的短路整定电流选择 23A 由于此处为线路 I 段保护 所以电流速断时间选择 0 3S 2 定时限过电流保护 段保护 由式 6 3 6 4 知 A 03 10 5 6005 1 481 238939 2 55000866 0 2 3 min 2 min2 k ire wrel k ire wrel dz I KK KK I KK KK I 当发生短路故障时 为了保证它的灵敏度 所以此处的短路整定电流选择 7 5A 由于此处为线路 段保护 所以电流速断时间选择 1S 3 灵敏度系数校验 AII kk 9 1805 3 2085866 0 2 3 min 2 min 符合要求 sen K5 101 2 5 6005 7 9 1805 2 2 min dz i K IK I 第七章第七章 主要电气设备的选择主要电气设备的选择 7 1 电气设备选择的一般原则 电气设备选择是电气设计的主要内容之一 尽管电力系统中各种电气设备 的作用和工作条件并不一样 具体选择方法也不完全相同 但对它们的基本要 求确是一致的 电器设备要能可靠地工作 必须按正常工作条件进行选择 并 按短路状态来效验热稳定和动稳定 其基本原则为 1 应满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑远景发 展的需要 2 应按当地环境条件校核 3 选择导体时应尽量减少品种 4 应力求技术先进和经济合理 5 扩建工程应尽量使新老电器型号一致 6 选用的新产品 均应具有可靠的试验数据 并经正式鉴定合格 7 2 电气设备选择的技术条件 选择的高压电器 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 山