二次回路设计

二次回路保护设计 1 第一章第一章 二次回路的基本概念二次回路的基本概念 1 11 1 二次回路的概述二次回路的概述 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 二次回 路又称二次系统 按功能二次回路可分为断路器控制回路 信号回路 保护回 路 监测回路和自动化回路 为保证二次回路的用电 还有相应的操作电源回 路等 供电系统的二次回路功能示意图如下图所示 图图 1 11 1 二次回路功能示意图二次回路功能示意图 二次回路是一个具有多种功能的复杂网络 其内容包括高压电气设备和输 电线路的控制 调节 信号 测量与监察 继电保护与自动装置 操作电源等 系统 分析如下 1 控制系统由各种控制器具 控制对象和控制网络构成 其主要作用是 对变配 电所的开关设备进行远方跳 合闸操作 以满足改变电力系统运行方式 及处理故障的要求 控制系统按自动化程度的不同分为手动控制 半自动控制 和自动控制 按控制方式的不同分为分散控制和集中控制 按控制距离的不同 分为就地控制和远方控制 按操作电源的不同分为直流控制 交流控制 强电 控制和弱电控制等 强电控制采用直流 110V 或 220V 交流额定值 100V 5A 弱电控制采用直流 60V 及以下 交流 50V 1A 及以下 2 信号系统由信号发送机构 接收显示原件及其网络构成 其作用是准 二次回路保护设计 2 确 及 时地显示出相应一次设备的工作状态 为运行人员提供操作 调节和处 理故障的可靠依据 信号系统按信号性质的不同分为事故信号 预告信号 指 挥信号 位置信号 继电保护及自动装置动作信号等 按信号的显示方式不同 分为灯光信号 音响信号和其他显示信号 按信号的相应时间不同分为瞬时动 作信号和延时动作信号 按信号的复归方式不同分为手动复归和自动复归信号 3 测量与监察系统由各种电气测量仪表 监测装置 切换开关及其网络 构成 其作用是指示或记录主要电气设备和输电线路的运行参数 作为生产调 度和值班人员掌握电气一次系统的运行情况 进行经济核算和故障处理的主要 依据 4 继电保护与自动装置系统由互感器 变换器 各种继电保护及自动装 置 选 择开关及其网络构成 其作用是监视电气一次系统的运行状况 一旦出 现故障或不正常状态便自动进行处理 并发出信号 5 调节系统由测量机构 传送设备 执行元件及其网络构成 其作用是 调节某 些一次设备的参数 以保证一次设备和电力系统的安全 经济 稳定运 行 调节方式分手动 半自动和自动三种 6 操作电源系统由直流电源设备和供电电网构成 其作用是供给上述各 二次系 统的工作电源 高压断路器的跳 合闸电源及其他重要设备的事故电源 大型变电所主要采用蓄电池组操作电源 中小型变配电所广泛采用整流型操作 电源 二次回路保护设计 3 第二章第二章 线路相间保护的整定计算 灵敏度校验线路相间保护的整定计算 灵敏度校验 2 12 1 主接线图主接线图 下图为某电力系统主接线 该系统由某发电厂的三台发电机经三台升压变压 器由 A 母线与单侧电源环形网络相连 其电能通过电网送至 B C D 三个降压 变电所给用户供电 图图 2 12 1 电路主接线图电路主接线图 2 22 2 相关数据相关数据 1 电网中的四条 110kV 线路的单位正序电抗均为 0 4 kM 2 所有变压器均为 YN d11 接线 发电厂的升压变压器变比为 10 5 121 变 电所的降压变压器变比为 110 6 6 3 发电厂的最大发电容量为 3 50 MW 最小发电容量为 2 50 MW 发 电机 变压器的其余参数如图示 4 系统的正常运行方式为发电厂发电容量最大 输电网络闭环运行 5 系统允许的最大故障切除时间为 0 85s 6 线路 AB BC AD CD 的最大负荷电流分别为 230 150 230 和 140 负荷自启动系数 二次回路保护设计 4 7 各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示 t 0 5s 8 系统中各 110kV 母线和变压器均设有纵差动保护作为主保护 2 32 3 三段式电流保护整定计算三段式电流保护整定计算 1 计算网络各参数 假设选取基准功率 B 100MVA 和基准电压为 VB Vav 258 0 50 100 129 0 S S X X X X N B G N G3 B G2 B G1 B 263 0 40 100 100 5 10 S S X X X N B T1 N T2 B 1 B T 175 0 60 100 100 5 10 S S X X N B T3 N 3 B T 525 0 20 100 100 5 10 S S XX X X X N B T4 N T7 B 6 B T T5 B 4 B T 121 0 115 100 404 0 V S XL X 22 N B 1 B L1 151 0 115 100 504 0 V S XL X 22 N B 2 B L2 181 0 115 100 604 0 V S XL X 22 N B 3 B L3 151 0 115 100 504 0 V S XL X 22 N B 4 B L4 最大运行方式下的最小电源阻抗 163 0433 0 261 0175 0258 0 2 263 0 2 258 0 X1 二次回路保护设计 5 最小运行方式下的最大电源阻抗 261 0 2 263 0 2 258 0 X1 最大短路电流计算和整定计算 为计算动作电流 应该计算最大运行方式下的三相短路电流 为 校验灵敏度要计算最小运行运行方式下两相短路电流 为计算 1OF 3OF 5QF 7QF 的整定值根据如上系 统图可知 最大运行方 式要求 8QF 断开 等值阻抗图如下 K1 K2 K3 X1 0 163 X2 0 261 0 1210 181 0 263 0 263 0 1510 151 0 525 相当于空载线路 2 42 4 短路电流列表 短路电流列表 KA02 5 502 0 101IImI B 3 a1 33 K1 KA218 4 502 0 403 8 1IImI B 3 a1 33 K2 KA656 2502 0291 5 1IImI B 3 a1 33 K3 二次回路保护设计 6 2 52 5 电力系统阻抗图电力系统阻抗图 2 5 1 保护 5QF 电流三段的整定计算及校验 当 K3 点发生三相短路时 由题意计算得 正序阻抗 基准电流 189 0X1 A 502 0IB 基准阻抗 25 132 100 115 X 22 B B B S V 可靠系数 1 25 1 15 1 15 I rel K II rel K III rel K 返回系数 0 85 re K 三相短路的正序电流 A 291 5 189 0 1 XXj E I 3 X1 a1 I 短路电流 KA656 2 502 0 291 5 1IImI Ba1 3 K3 II 瞬时电流速断保护 即躲过本线路末端最大短路电流 所以 保护 5QF 电流速断的整定及校验为 st II 0 KA320 3 656 2 25 1 IKI K3 I relset 5 二次回路保护设计 7 检验灵敏度系数 15 12 34 50 4 L 320 3 L40 261 3 115 2 3 min min min L 即 灵敏度系数符合要求 2 保护 5QF 限时电流速断的整定及校验 KA066 2 2020163 0 3 115 25 1 IKI k A maxset 5 I rel I st II III 5 0 KA376 2865 0 15 1IKI 1 set 5 II relset 5 1 3194 1 376 2 20261 0 3 115 2 3 I I K II set 5 k D min sen 所以灵敏系数不能满足要求 当发生内部故障时可能启动不了 可以考虑 进一步延伸限时电流速断的保护 或降低本线路限时电流速断保护的整定值 以保证灵敏性 3 保护 5QF 过电流的整定及校验 St I K KK CD re Ms III rel 25 05 11t 284 118140 0 85 5 115 1 I III 1 max III set 5 A 作本线路近后备时的灵敏系数 二次回路保护设计 8 3 1037 10 284 118 2851 758 284 118 20163 0 10 2 115 I I K 3 III set 5 k D min sen 作相邻线路远后备时的灵敏系数 2 1039 5 284 118 1431 666 284 118 2020163 0 10 2 115 I I K 3 III set 5 k A min sen 第三章第三章 电流互感器选择原则电流互感器选择原则 二次回路保护设计 9 3 13 1 保护用电流互感器的类型选择保护用电流互感器的类型选择 保护用电流互感器分为 P 类和 TP 两大类 1 P 类 P 意为保护 电流互感器包括 PR 和 PX 类 该类电流互感器的准 确限值是由一次电流为稳态对称电流时的复合误差或励磁特性拐点来确定的 2 TP 类 TP 意为暂态保护 电流互感器 该类电流互感器的准确限值是 考虑一次电流中同时具有周期分量和非周期分量 并按规定的暂态工作循环的 峰值误差来确定的 该类电流互感器适用于考虑短路电流中非周期分量暂态影 响的情况 3 23 2 电流互感器类型选择原则电流互感器类型选择原则 1 保护用电流互感器的性能应满足继电保护正确动作的要求 首先应保 证在稳态对称短路电流下的误差不超过规定值 对于短路电流的非周期分量和 互感器的剩磁等的暂态影响 应根据互感器所在系统暂态问题的严重程度 所 接保护装置的特性 暂态饱和可能引起的后果和动作经验等因素 予以合理考 虑 如保护装置具有减缓电流互感器饱和影响的功能 则可按保护装置的要求 选择适当的互感器 2 330 500KV 系统保护 高压侧为 330 500KV 的变压器保护和 330MW 级 以上发电机变压器组保护用的电流互感器 由于系统一次时间常数较大 电流 互感器暂态饱和严重 由此导致保护误动或拒动的严重后果 因此所选去电流 互感器应保证在实际短路工作循环中不致暂态饱和 即暂态误差不超过规定值 宜选用 TP 类互感器 3 220KV 系统保护 高压侧为 220KV 的变压器差动保护 100 200MW 级发 电机变压器组及大容量电动机差动保护用电流互感器 暂态问题及影响后果相 对较轻 可按稳态条件进行选择 并为减轻可能发生的暂态饱和影响给定适当 的暂态系数 宜选用 P 类 PR 类或 PX 类电流互感器 PR 类能限制剩磁影响 有条件时可推广使用 给定暂态系数 K Kalf Kpcf电流互感器 应根据应用情况 和运行经验确定 1 100 200MW 级机组外部故障给定暂态系数不宜低于 10 2 220KV 系统的给定暂态系数不宜低于 2 4 110KV 及以下系统保护用电流互感器一般按稳态条件选择 选用 P 类电 流互感器 5 高压母线差动保护用电流互感器的选择 由于母线故障短路电流大 而 且外部短路时流过各电流互感器的电流差别也可能很大 即使全部选用特性相 同的电流互感器 其暂态饱和程度也可能很不一致 为此 母线差动保护宜具 有抗互感器饱和能力 在工程应用中 可按稳态短路电流或保护装置的要求选 二次回路保护设计 10 取用适当的互感器 6 非直接接地系统的接地保护用电流互感器 可根据具体情况采用三相电 流互感器组成零序滤过器 专用的电缆式或母线式零序电流互感器 3 3 电流互感器额定参数选择 保护用电流互感器的额定参数选择要考虑以下情况 1 变压器差动回路电流互感器额定一次电流的选择 应尽量使互感器的二 次电流进入差动继电器时基本平衡 当采用微机保护时 可由保护装置实现两 侧变比差和角差的校正 在选择额定一次电流及二次绕组接线方式时 应注意 使变压器两侧互感器和二次负荷尽量平衡 以减少可能出现的差电流 2 自耦变压器公共回路过负荷保护用的电流互感器 应该公共绕组的允许 负荷电流选择 此电流通常发生在低压侧断开 而高 中压侧传输自耦变压器的 额定容量的情况 此时 公共绕组上的电流为中压侧与高压侧额定电流之差 3 大型发电机变压器组厂用分支的额定电流远小于主变压器额定电流 厂 用分支的电流互感器一般可以用分支额定工作电流为基础进行选择 但应注意 该回路的动稳定性 例外的是厂用分支侧用于发电机 变压器组成或主变压器差 动保护的电流互感器 原则上应与主回路互感器变比一致 如因额定电流过大 装设有困难时 可根据具体情况采取适当措施 如由保护装置或增设辅助电流 互感器以改变变比 或