35kV变电站继电保护设计..doc

1 引 言1.1 变电站继电保护的发展变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。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厂（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。继电保护发展现状，电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化。继电保护的未来发展，继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。微机保护技术的发展趋势： 高速数据处理芯片的应用 微机保护的网络化 保护、控制、测量、信号、数据通信一体化 继电保护的智能化。1.2 继电保护原理和应用继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。继电保护及自动化是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以沿称继电保护。基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。1.3 继电保护整定继电保护整定的基本任务就是要对各种继电保护给出整定值，而对电力系统中的全部继电保护来说，则需要编出一个整定方案。整定方案通常可按电力系统的电压等级或者设备来编制，并且还可按继电保护的功能划分小方案分别进行。例如：35kV变电站继电保护可分为：相间短路的电压、电流保护，单相接地零序电流保护，短线路纵联差动保护等。整定计算一般包括动作值的整定、灵敏度的校验和动作时限的整定三部分。并且分为： 无时限电流速断保护的整定。 动作时限的整定。 带时限电流速断保护的整定。2 课程设计任务书2.1设计基本资料本设计为35KV降压变电所。主变容量为8000KVA，电压等级为35/10KV。35KV供电系统图,如图1所示。系统参数：电源I短路容量：= 200MVA；电源短路容量：=250MVA；供电线路： L1=6km，L2=8km，线路阻抗：X=0.4/km。35kv变电所主接线图，如图1所示 图1 35kv变电所主接线图10kv母线负荷情况，见下表：负荷名称最大负荷（kva/kvar）功率因数回路数供电方式线路长度（km）1、8（电容器）各2400 电缆 0.032、5各1200 0.85 各 1 电缆 3和5.1 3、6各1000 0.85 各 1电缆 5.54、9各1000 0.85 各 1 电缆 3.27、10各1000 0.85 各 1 电缆 6和4.1B1、B2主变容量、型号为8000kVA之SF1-8000/35型双卷变压器，Y-/11之常规接线方式，具有带负荷调压分接头，可进行有载调压。其中Uk%=7.5。运行方式：正常SI、S全投入运行。已知变电所10KV出线保护最长动作时间为1.5s。2.2设计内容 1. 系统保护配置； 2. 短路电流计算； 选基值、计算各元件标幺值、作序网络图、计算继电保护自动装置的整定、计算所需要的电气参数、作短路电流计算结果表。 3. 继电保护配置及整定计算： 根据继电保护设计技术规程结合本站一次电力系统接线图给35KV 线路及变压器配置相应的继电保护。 根据继电保护整定计算原则对变压器、线路配置的继电保护进行整定计算。 4.编写设计说明书2.3:设计依据1设计任务书。2国标GB50062-92电力装置的继电保护和自动装置设计规范。3 变电所继电保护和自动装置规划3.1 系统分析及继电保护要求：本设计35/10KV系统为双电源35KV单母线分段接线，10KV侧单母线分段接线。3.1.1 继电保护的四项基本条件：为保证安全供电和电能质量，继电保护应满足四项基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。3.2 本系统故障分析3.2.1系统线路主要的故障：本设计中的电力系统具有非直接接地的架空线路及中性点不接地的电力变压器等主要设备。就线路来讲，其主要故障为单相接地、两相短路和三相短路。3.2.2电力变压器的故障:分为外部故障和内部故障两类。变压器的外部故障常见的是高低压套管及引线故障，它可能引起变压器出线端的相间短路或引出线碰接外壳。变压器的内部故障有相间短路、绕组的匝间短路和绝缘损坏。3.2.3变压器的不正常情况：变压器的不正常运行过负荷、由于外部短路引起的过电流、油温上升及不允许的油面下降。3.3 10KV线路继电保护装置10kV负荷侧单回出线保护，采用两段式电流保护，即电流速断保护和过电流保护。其中电流速断保护为主保护，不带时限，0s跳闸。3.4 主变压器继电保护装置设置变压器为变电所的核心设备，根据其故障和不正常运行的情况，从反应各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，设置相应的主保护、异常运行保护和必要的辅助保护如下：3.4.1主保护：瓦斯保护（以防御变压器内部故障和油面降低）、纵联差动保护（以防御变压器绕组、套管和引出线的相间短路）。3.4.2后备保护：过电流保护（以反应变压器外部相间故障）、过负荷保护（反应由于过负荷而引起的过电流）。3.4.3 异常运行保护和必要的辅助保护：温度保护（以检测变压器的油温，防止变压器油劣化加速）和冷却风机自启动（用变压器一相电流的70%来启动冷却风机，防止变压器油温过高）。3.5 变电所的自动装置3.5.1瞬时故障的继电保护：针对架空线路的故障多系雷击、鸟害、树枝或其它飞行物等引起的瞬时性短路，其特点是当线路断路器跳闸而电压消失后，随着电弧的熄灭，短路即自行消除。若运行人员试行强送，随可以恢复供电，但速度较慢，用户的大多设备（电动机）已停运，这样就干扰破坏了设备的正常工作，因此本设计在10KV各出线上设置三相自动重合闸装置（ARD），即当线路断路器因事故跳闸后，立即使线路断路器自动再次重合闸，以减少因线路瞬时性短路故障停电所造成的损失。3.5.2 提高供电可靠性：针对变电所负荷性质，缩短备用电源的切换时间，提高供电的不间断性，保证人身设备的安全等，本设计在35KV母联断路器（DL1）及10KV母联断路器（DL8）处装设备用电源自动投入装置（BZT）。3.5.3 保证系统电能质量 频率是电能质量的基本指标之一,正常情况下,系统的频率应保持在50Hz，运行频率和它的额定值见允许差值限制在0.5Hz内，频率降低会导致用电企业的机械生长率下降，产品质量降低，更为严重的是给电力系统工作带来危害，而有功功率的缺额会导致频率的降低，因此，为保证系统频率恒定和重要用户的生产稳定，本设计10KV出线设置自动频率减负荷装置（ZPJH），按用户负荷的重要性顺序切除。3.6 本设计继电保护装置原理概述3.6.1 10KV线路电流速断保护：根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流的，以动作电流的大小来控制保护装置的保护范围；有无时限电流速断和延时电流速断，采用二相三电流继电器的不完全星形接线方式，本设计选用无时限电流速断保护。3.6.2 10KV线路过电流保护:是利用短路时的电流比正常运行时大的特征来鉴别线路发生了短路故障，其动作的选择性由过电流保护装置的动作具有适当的延时来保证，有定时限过电流保护和反时限过电流保护；本设计与电流速断保护装置共用两组电流互感器，采用二相二继电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流保护，作为电流速断保护的后备保护，来切除电流速断保护范围以外的故障，其保护范围为本线路全部和下段线路的一部分。3.6.3 变压器瓦斯保护：是利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继电器来判别变压器内部故障；当变压器内部发生故障时，电弧使油及绝缘物分解产生气体。故障轻微时，油箱内气体缓慢的产生，气体上升聚集在继电器里，使油面下降，继电器动作，接点闭合，这时让其作用于信号，称为轻瓦斯保护；故障严重时，油箱内产生大量的气体，在该气体作用下形成强烈的油流，冲击继电器，使继电器动作，接点闭合，这时作用于跳闸并发信，称为重瓦斯保护。3.6.4变压器纵联差动保护：是按照循环电流的原理构成。在变压器两侧都装设电流互感器，其二次绕组按环流原则串联，差动继电器并接在回路壁中，在正常运行和外部短路时，二次电流在臂中环流，使差动保护在正常运行和外部短路时不动作，由电流互感器流入继电器的电流应大小相等，相位相反，使得流过继电器的电流为零；在变压器内部发生相间短路时，从电流互感器流入继电器的电流大小不等，相位相同，使继电器内有电流流过。但实际上由于变压器的励磁涌流、接线方式及电流互感器误差等因素的影响，继电器中存在不平衡电流，变压器差动保护需解决这些问题，方法有：靠整定值躲过不平衡电流采用比例制动差动保护。采用二次谐波制动。采用间歇角原理。采用速饱和变流器。 本设计采用较经济的BCH-2型带有速饱和变流器的继电器，以提高保护装置的励磁涌流的能力。4 短路电流计算4.1 系统等效电路图： 如图4.1所示 S1 S2 1 2 0.5 0.4 3 4 0.175 0.234 DL1 d1 5 6 0.938 0.938 DL2 d2 d3图4.1系统等效电路图 （各阻抗计算见4.3）4.2基准参数选定：SB=100MVA，UB=Uav即：35kV侧UB1=37kV，10kV侧UB2=10.5kV。4.3阻抗计算（均为标幺值）1) 系统：2) 35kV线路3) 变压器：B1，B2：4) 负载：选择2号线路计算 4.4短路电流计算1) 最大运行方式系统化简如图4.2a所示 S2 8 35KV 0.643d1 图4.2 最大运行方式下，系统的等效电路图 9 0.469 10KVd 2d3其中:故知35kV母线上短路电流（d1点） 三相短路电流周期分量有效值10kV母线上短路电流（d2点）折算到35kV侧三相短路电流周期分量有效值对于负载折算到35kV侧三相短路电流周期分量有效值2) 最小运行方式下系统化简如图4.3所示 S1 10 35KV 0.675d1 图4.3 最小运行方式下，系统的等效电路图 5 0.938 10KVd 2d3故知35kV母线上短路电流（d1点） 三相短路电流周期分量有效值10kV母线上短路电流（d2点）折算到35kV侧三相短路电流周期分量有效值对于负载折算到35kV侧三相短路电流周期分量有效值5 主变继电保护整定计算及继电器选择5.1 瓦斯保护： 轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250300cm2整定，本设计采用280 cm2。重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.61.5 cm2整定本，本设计采用0.9 cm2。瓦斯继电器选用FJ3-80型。 瓦斯保护的接线原理图5.2 纵联差动保护：选用BCH-2型差动继电器。5.2.1 计算Ie及电流互感器变比，列表如下数据表5.1所示表4.1 Ie及电流互感器变比名 称各侧数据Y（35KV）Y（内桥）（10kv）额定电流I1e=2S/ U1e=264AI2E=S/ U2e=132AI3E=S/ U3e=462变压器接线方式YYCT接线方式YCT计算变比I1e/5=264/5=457/5I2e/5=226/5I3E/5=462/5实选CT变比nl500/5=100300/5=60600/5实际额定电流I1e/n1=4.57AI2e/n1=3.81AI3e/n1=3.85不平衡电流Ibp00.760.72确定基本侧基本侧非基本侧非基本侧5.2.2 确定基本侧动作电流：1)躲过变压器空载投入或外部故障后电压恢复时的励磁涌流 式中：Kk可靠系数，采用1.3； Ie变压器额定电流：代入数据得：2)躲过电流互改器二次回路短线时的最大负荷电流 式中： Kk可靠系数，采用1.3； Idz1正常运行时变压器的最大负荷电流；采用变压器的额定电流。代入数据得：3)躲过外部故障时的最大不平衡电流 利用实用计算式： 式中：Kk可靠系数，采用1.3； Kfzq非同期分量引起的误差，采用1； Ktx 同型系数，CT型号相同且处于同一情况时取0.5，型号不同时取1，本设计取1。 U变压器调压时所产生的相对误差，采用调压百分数的一半，本设计取0.05。fza继电器整定匝书数与计算匝数不等而产生的相对误差，暂无法求出，先采用中间值0.05。f I 电流互感器的最大相对误差，取0.1。代入数据得： 比较上述（5.1）（5.2）（5.3）式的动作电流，取最大值为计值， 即： 5.2.3确定基本侧差动线圈的匝数和继电器的动作电流基本侧（35kV）继电器动作值:基本侧继电器差动线圈匝数：匝选用差动线圈与一组平衡线圈匝数之和较Wcd小而相近的数值，作为差动线圈整定匝数。即：实际整定匝数（匝） （6.12）其中差动线圈实用匝数, 平衡线圈I实用匝数5.2.4确定非基本侧平衡线圈和工作线圈的匝数内桥侧平衡线圈匝数的计算：取1匝10KV侧平衡线圈匝数的计算：取1匝平衡线圈的误差5.2.5保护装置灵敏度校验35KV侧继电器动作电流为实际一次侧动作电流 则差动保护装置的灵