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继电保护课程设计 1103510kV区域性降压变电所继电保护保护设计 保护 课程设计 1103510 kV 区域性 降压 变电所 设计

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电力系统继电保护电力系统继电保护 课程设计课程设计 题目题目 110 35 10kV110 35 10kV 区域性降压变电所继电保护保护设计区域性降压变电所继电保护保护设计 专专 业业 电气工程及其自动化 电力 电气工程及其自动化 电力 班班 级级 电力 电力 063063 学学 号号 30606510963060651096 姓姓 名名 贺荣平 贺荣平 西安理工大学水利水电学院 2010 年 01 月 13 日 电力系统继电保护 课程设计 2 目录目录 摘要摘要 4 绪论绪论 5 第一章第一章 设计内容和要求设计内容和要求 7 1 1 原始资料 7 1 2 原始资料分析 8 1 3 保护方案的初步确定 8 第二章第二章 电气主接线设计电气主接线设计 11 2 1 电气主接线的设计要求 11 2 2 主接线选择原则 11 2 3 电气主接线形式的确定 13 第三章第三章 主变压器的选择主变压器的选择 20 3 1 主变压器容量的选择 20 3 2 绕组数和绕组连接方式的选择 21 3 3 主变的调压方式 21 3 4 变压器冷却方式选择 22 第四章第四章 参数设定及阻抗归算参数设定及阻抗归算 23 4 1 参数设定 23 4 2 短路电流计算 归算在 110KV 侧 25 4 3 阻抗及短路电流计算结果 26 第五章第五章 继电保护的配置继电保护的配置 27 5 1 继电保护的基本知识 27 5 2 变压器的保护配置 29 5 3 变压器后备保护 32 5 4 变压器保护配置的整定 34 第六章第六章 母线保护母线保护 44 6 1 简介 44 6 2 母线的保护方式 44 6 3 双母线同时运行时母线保护 45 第七章第七章 线路保护配置简介线路保护配置简介 47 7 1 距离保护 47 7 2 零序电流保护 49 结束语结束语 51 参考文献参考文献 52 电力系统继电保护 课程设计 3 附录附录 53 电力系统继电保护 课程设计 4 摘要摘要 本次设计的主要内容是在一次设计的基础上对 110kV 电力系统继电 保护的配置 并依据继电保护配置原理 对所选择的保护进行整定和灵 敏性校验 确定方案中的保护 关键词 关键词 短路电流 整定计算 灵敏度 继电保护 动作电流 主接线 图 电力系统继电保护 课程设计 5 绪论绪论 电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业 它是一 种将煤 石油 天然气 水能 核能 风能等一次能源转换成电能这个二次能 源的工业 它为国民经济的其他各部门快速 稳定发展提供足够的动力 其发 展水平是反映国家经济发展水平的重要标志 由于电能在工业及国民经济的重要性 电能的输送和分配是电能应用于这 些领域不可缺少的组成部分 所以输送和分配电能是十分重要的一环 变电站 使电厂或上级电站经过调整后的电能书送给下级负荷 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 变电站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 这 就要求变电所的一次部分经济合理 二次部分安全可靠 只有这样变电所才能 正常的运行工作 为国民经济服务 变电站是汇集电源 升降电压和分配电力场所 是联系发电厂和用户的中 间环节 变电站有升压变电站和降压变电站两大类 升压变电站通常是发电厂 升压站部分 紧靠发电厂 将压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心 这里 所设计得就是 110KV 降压变电站 它通常有高压配电室 变压器室 低压配电 室等组成 变电站内的高压配电室 变压器室 低压配电室等都装设有各种保护装置 这些保护装置是根据下级负荷地短路 最大负荷等情况来整定配置的 因此 在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护 并且 现 在的跳闸保护整定时间已经很短 在故障解除后 系统内的自动重合闸装置会 迅速和闸恢复供电 这对于保护下级各负荷是十分有利的 这样不仅保护了各 负荷设备的安全利于延长是使用寿命 降低设备投资 而且提高了供电的可靠 性 这对于提高工农业生产效率是十分有效的 工业产品的效率提高也就意味 电力系统继电保护 课程设计 6 着产品成本的降低 市场竞争力增大 进而可以使企业效益提高 为国民经济 的发展做出更大的贡献 生活用电等领域的供电可靠性 可以提高人民生活质 量 改善生活条件等 可见 变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的 必然条件 由于本地区经济发展的需要电力供不应求的情况下 为了适应本地区经济 的发展要在本地区建设 110kV 变电站 现在 随着大电网系统的建设 输电的电压等级越来越高 这一方面使降 低损耗的需要 另一方面也是工业生产等负荷发展的需要 我国目前广泛采用 的输电等级有 110KV 220KV 等级别 还有 500KV 级的输电线路也在迅速发展 所以 110KV 级的变电站在电力系统中的应用也十分广泛 并且伴随电力系统中 所用电气元件产品诸如断路器 继电器 隔离开关等性能指标的提高 变电站 的功能也会越来越完善 可靠性也会得到很大的提高 电力系统继电保护 课程设计 7 第一章第一章 设计内容和要求设计内容和要求 1 1 原始资料原始资料 为满足乡镇符合日益增长的需要 提高对用户供电的可靠性和电能质量 根 据系统发展规划 拟建设一座 110 35 10KV 的区域性降压变电所 设计原始资 料要求如下 一 电压等级 110 35 10KV 二 设计容量 拟设计安装两台主变压器 三 进出线及负荷情况 1 110KV 侧 110KV 侧进出线 4 回 其中两回为电源进线 每回最大负荷 50MVA 功率因数为 0 85 一回停运后 另一回最大可输送 100MVA 负荷 另 二回为出线 本期拟建设一回 留一会作为备用出线间隔 出线正常时每回 最大功率为 35MVA 最小为 25MVA 功率因数为 0 85 最大负荷利用小时数 为 4200h 2 35KV 侧出线 4 回 每回最大负荷 12MVA 无电源进线 负荷功率因数为 0 80 最大负荷利用小时数为 4000h 一类负荷占最大负荷的 20 二类负 荷占 20 其余为三类负荷 3 10KV 侧出线共计 14 回 其中两回为站用变出线 无电源进线 为电缆出 线 每回最大负荷 1 6MVA 负荷功率因数为 0 80 最大负荷利用小时数为 5000h 以上 一 二类负荷占总最大负荷的 50 4 系统阻抗归算到 110KV 侧标幺值 不包括本站主变 X1 0 0495 X0 0 0458 四 环境条件 当地最高气温 40 摄氏度 最低气温 25 摄氏度 最热月份平均温度 23 3 摄 氏度 变电所所处海拔高度 700m 污秽程度中等 五 设计任务 1 电气主接线的设计 2 短路电流计算 电力系统继电保护 课程设计 8 3 继电保护的配置及整定 1 2 原始资料分析原始资料分析 本次设计的变电所通过110kv 35KV 及10kv 电压向地方负荷供电 本所有 三个电压等级 110kv 35kv 10kv 110kv侧通过两回进线两回出线 将来拟 增一回线 35kv 侧共有4回线 最大综合负荷为12MVA 最大负荷利用小时数为 4000h 一类负荷占最大负荷的20 二类负荷占20 其余为三类负荷 10KV侧 出线共计14回 其中两回为站用变出线 无电源进线 为电缆出线 每回最大 负荷1 6MVA 负荷功率因数为0 80 最大负荷利用小时数为5000h以上 一 二 类负荷占总的最大负荷的50 在对原始资料分析的基础上 结合对电气主接线的可靠性 灵活性 及经 济性等基本要求 综合考虑在满足技术 经济政策的前提下 力争使其为技术 先进 供电可靠安全 经济合理的主接线方案 供电可靠性是变电所的首要问题 主接线的设计 首先应保证变电所能满 足负荷的需要 同时要保证供电的可靠性 变电所主接线可靠性拟从以下几个 方面考虑 1 断路器检修时 不影响连续供电 2 线路 断路器或母线故障及在母线检修时 造成馈线停运的回数多少和 停电时间长短 能否满足重要的 I II 类负荷对供电的要求 3 变电所有无全所停电的可能性 主接线还应具有足够的灵活性 能适应多种运行方式的变化 且在检修 事故等特殊状态下操作方便 高度灵活 检修安全 扩建发展方便 主接线的可靠性与经济性应综合考虑 辩证统一 在满足技术要求前提下 尽可能投资省 占地面积小 电能损耗少 年费用 投资与运行 为最小 1 3 保护方案的初步确定保护方案的初步确定 本次课程设计的主要内容是对 110kV 电力系统继电保护的配置 可以依 据继电保护配置原理 根据经验习惯 先选择两套初始的保护方案 通过论 证比较后认可其中的一套方案 再对这套方案中的保护进行确定性的整定计 电力系统继电保护 课程设计 9 算和灵敏性校验 看看它们是否能满足要求 如果能满足便可以采用 如果 不能满足则需要重新选择 重新整定和校验 确定两个初始方案如下 方案方案 1 1 保护对象主保护后备保护 变压器 BCH 2 型差动保护 瓦斯保护 复合电压启动过电流保 护 母线 电流相位比较式 母线差动保护 输电线路距离 保护零序电流 保护 方案方案 2 2 保护对象主保护后备保护 变压器 电流速断保护 瓦斯保护 复合电压启动过电流保护 零序电流保护 母线 电流相位比较式母线差动 保护 输电线路距离 保护零序电流 保护 对于变压器而言 它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护 用两者的结合来做到优势互补 因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动 其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器 中低压侧电流分别引自变 压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器 这样使差动保护的保护范围为三 组电流互感器所限定的区域 从而可以更好地反映这些区域内相间短路 高压 侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障 考虑到与发电机的保护配合 所 以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护 不考虑用电流速断保护 瓦斯保 护主要用来保护变压器的内部故障 它由于一方面简单 灵敏 经济 另一方 面动作速度慢 且仅能反映变压器油箱内部故障 就注定了它只有与差动保护 配合使用才能做到优势互补 效果更佳 后备保护首先可以采用复合低电压启 动过电流保护 这主要是考虑到低电压启动的过电流保护中的低电压继电器灵 电力系统继电保护 课程设计 10 敏系数不够高 由于发电机 变压器组中发电机才用了定子绕组接地保护 所以 变压器不采用零序电流保护 110kV 侧的母线接线可以采用完全电流差动保护 简单 可靠也经济 对于 110kV 侧的输电线路 可以直接考虑用距离保护 因 为在电压等级高的复杂网络中 电流保护很难满足选择性 灵敏性以及快速切 除故障的要求 因此这个距离保护也选择得合理 同时由于它的电压等级较高 我们还应该考虑给它一个接地故障保护 先选择零序电流保护 因为当中性点 直接接地的电网 又称大接地电流系统 中发生短路时 将出现很大的零序电流 而在正常运行情况下它们是不存在的 因此 利用零序电流来构成接地短路的保 护 就有显著的优点 综上所述 方案方案 1 比较合理 方案 1 保护作为设计的初始保护 在后续 章节对这些保护进行整定与校验 是否符合设计要求 电力系统继电保护 课程设计 11 第二章第二章 电气主接线设计电气主接线设计 2 1 电气主接线的设计要求电气主接线的设计要求 变电所主接线设计是电力系统总体设计的组成部份 变电所主接线形式应 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 主接线 设计的基本要求为 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 变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位 出线回路数 设备特点 及负荷性质等条件确定 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 2 2 主接线选择原则主接线选择原则 电气主接线是指发电厂或变电站中的一次设备按照设计要求连接起来表示 生产 汇集和分配电能的电路 也称为主电路 主接线形式于电力系统原始资料 发电厂 变电站本身运行的可靠性 灵活性和经济性的要求等密切相关 并且对电 气设备的选择 配电装置布置 继电保护和控制方式的拟定都有较大的影响 电力系统继电保护 课程设计 12 电气主接线是由高压电器通过主接线 按其功能要求组成接受和分配电能 的电路 组成为传输强电流 高电压的网络 故又称为一次接线或电气主系统 主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构 是电力系统的重要组成部分 它直接影响运行的可靠性 灵活性并对电器选择 配电装置布置 继电保护 自动装置和控制方式的 拟定都有决定性的关系 因此 主接线的正确 合理设计 必须综合处理各方 面的因素 经过技术 经济论证比较后方可确定 对电气主接线的基本要求 概括地说应包括可靠性 灵活性和经济性三个 方面 安全可靠是电力生产的首要任务 保证供电可靠是电气主接线最基本的要 求 停电不仅使发电厂造成损失 而且对国民经济各部门带来的损失将更加严 重 往往比少发电能的价值大几十倍 至于导致人身伤亡 设备损坏 产品报 废 城市生活混乱等经济损失和政治影响 更是难以估量 因此 主接线的接 线形式必须保证供电可靠 因事故被迫中断供电的机会越少 影响范围越小 停电时间越短 主接线的可靠程度就越高 电气主接线应能适应各种运行状态 并能灵活地进行运行方式的转换 不 仅正常运行时能安全可靠地供电 而且在系统故障或电气设备检修及故障时 也能适应调度的要求 并能灵活 简便 迅速地转换运行方式 使停电时间最 短 影响范围最小 因此 电气主接线必须满足调度灵活 操作方便的基本要 求 既能灵活地投 切某些机组 变压器或线路 调配电源和负荷 又能满足 系统在事故 检修及特殊运行方式下的调度要求 不致过多地影响对用户的供 电和破坏系统的稳定运行 即具有灵活性 在设计主接线时 主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间 欲使主接线 可靠 灵活 必然要选用高质量的设备和现化的自动装置 从而导致投资费用 的增加 因此 主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理 一般应当从以下几方面考虑 1 投资省 主接线应简单清晰 以节省开关电器数量 降低投资 要适当采用限制短 路电流的措施 以便选用价廉的电器或轻型电器 二次控制与保护方式不应过 电力系统继电保护 课程设计 13 于复杂 以利于和节约二次设备及电缆的投资 2 占地面积少 主接线设计要为配电布置创造节约土地的条件 尽可能使占地面积减少 同时应注意节约搬迁费用 安装费用和外汇费用 对大容量发电厂或变电所 在可能和允许条件下 应采取一次设计 分期投资 投建 尽快发挥经济效益 3 电能损耗少 在发电厂或变电所中 正常运行时 电能损耗主要来自变压器 应经济 合理地选择变压器的型式 容量 和台数 尽量避免两次变压而增加电能损耗 2 3 电气主接线形式的确定电气主接线形式的确定 目前变电所常用的主接线形式有 单母线 单母线分段 单母线分段带旁 路 双母线 双母线分我们在比较各种电气主接线的优劣时 主要考虑其安全 可靠性 灵活性 经济性三个方面 首先 在比较主接线可靠性的时候 应从 以下几个方面考虑 断路器检修时 能否不影响供电 线路 断路器或母 线故障时以及母线或隔离开关检修时 停运出线回路数的多少和停电时间的长 短 以及能否保证对 类用户的供电 变电站全部停电的可能性 大 型机组突然停电时 对电力系统稳定性的影响与后果因素 其次 电气主接线 应该能够适应各种运行状态 并且能够灵活地进行运行方式的切换 不仅正常 时能安全可靠的供电 而且在电力系统故障或电气设备检修时 也能够适应调 度的要求 并能灵活 简便 迅速地切换运行方式 使停电的时间最短 影响 的范围为最小 再次 在设计变电站电气主接线时 电气主接线的优劣往往发 生在可靠性与经济性之间 欲使电气主接线可靠 灵活 必然要选用高质量的 电气设备和现代化的自动化装置 从而导致投资的增加 因此 电气主接线在 满足可靠性与灵活性的前提下做到经济合理就可以了 参考 35 110KV 变电所设计规范 第 3 2 3 条 35 110KV 线路为两回及以下时 宜采用桥形线路变压器组 或线路分支接线 超过两回时 宜采用扩大桥形单母线或单母分段的接线形式 电力系统继电保护 课程设计 14 35 63KV 线路为 8 回及以上时 亦可采用双母线接线 110KV 线路为 6 回及以 上时 宜采用双母线接线 第 3 2 4 条 在采用单母线 分段单母线或双母线的 35 110KV 主接线中 当不允许停电检修断路器时 可以设置旁路设施 当有旁路母线时 首先宜采用分段断路器或母联断路器兼做旁路断路器的 接线 当 110KV 线路为 6 回及以上 35 63KV 线路为 8 回及以上时 可装设专 用 的旁路断路器 主变压器 35 110KV 回路中的断路器 有条件时 亦可接入旁 路母线 采用断路器的主接线不宜设旁路设施 6SF 第 3 2 5 条 当变电站装有两台主变时 6 10KV 侧宜采用分段单母线 线路为 12 回及以上时亦可采用双母线 当不允许停电检修断路器时 可设置旁 路设施 综合以上规程规定 结合本变电站的实际情况 110KV 侧有 4 回出线 近 期 2 回 远景发展 2 回 35KV 侧有 4 回出线 10KV 侧有 11 回出线 近期 9 回 远景发展 2 回 故可对各电压等级侧主接线设计方案作以下处理 2 3 1 110kv 侧侧 110kv 侧是本站的进线段 它对本站的可靠性有很大影响 下面拟定两种 接线方案 电力系统继电保护 课程设计 15 图 2 1 单母分段的适用范围 1 6 10kv 配电装置出线回路数为 6 回及以上时 2 35 66kv 配电装置出线回路数为 6 8 回时 3 110kv 220kV 配电装置出线回路数为 3 4 回时 双母接线的适用范围 当母线回路数或母线上电源较多 输送和穿越功率较大 母线故障后要求 迅速恢复供电 母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电 系统运行调 度对接线的灵活性有一定要求时采用 各级电压采用的具体条件如下 1 6 10kv 配电装置 当短路电流较大 出线需要带电抗器时 2 35 66kV 配电装置 当出线回路数超过 8 回时 或连接的电源较多 负荷较大时 3 110 220kv 配电装置出线回路数为 5 回及以上时 或当 110kv 220kv 配电装置 在系统中后重要地位 出线回路数为 4 回及以上时 表 2 1 单母分段与双母接线比较 方案 项目 方案 I 单母分段方案 II 双母接线 可靠性 用断路器把母线分段后 对重要用户可从不同段引出 两个回路 保证不间断供电 可靠 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 灵活性 当一回线路故障时 分段 断路器自动将故障段隔离 保 证正常段母线不间断供电 不 致使重要用户停电 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 电力系统继电保护 课程设计 16 综合本站实际情况 110kv 级是本站的进线侧 而且不需要经常倒线 操作 它对本站的供电可靠性至关重要 因此选择方案 即单母分段接 线 2 3 2 35kv 侧侧 35kv 侧共有 4 回线 最大综合负荷为 12MVA 最大负荷利用小时数为 4000h 一类负荷占最大负荷的 20 二类负荷占 20 其余为三类负荷 这里 级所占比重不是很高 对 35kv 侧的主接线设计了两种方案 表 2 2 单母分段与单母接线比较 方案 项目 方案 I 单母分段方案 II 单母接线 可 靠 性 用断路器把母线分段后 对重要用户可从不同段引出 两个回路 保证不间断供电 可靠 灵 活 性 当一回线路故障时 分段 断路器自动将故障段隔离 保 证正常段母线不间断供电 不 致使重要用户停电 灵活性和可靠性差 当母线或母 线隔离开关故障或检修时 必须断开 它所连接 的电源 与之相连的所有电力装置在 整个检修期间均需停止工作 此外 在出线断路器检修期间 必须停止该 回路的供电 电力系统继电保护 课程设计 17 图 2 2 单母线接线的适用范围 一般适用于一台主变压器的以下三种情况 1 6 10kv 配电装置的出线回路数不超过 5 回 2 35 66kv 配电装置的出线回路数不超过 3 回 3 110kv 220kv 配电装置的出线回路数不超过 2 回 根据本站实际情况 在 35KV 负荷中一 二类负荷比较小 但是 发生断电 时 会造成生产机械的寿命缩短产品质量下降和一定的经济损失 因此要尽可能 保证其供电可靠性 因此选择方案 即单母分段接线 2 3 3 10kv 侧侧 对 10kv 侧的主接线拟定了两种方案 电力系统继电保护 课程设计 18 图 2 3 单母线分段接线的优缺点 优点 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 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 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时 该段母线的问路都要 在检修期间内停电 当出线为双回路时 常使架空线路出现交叉跨越 扩 建时密向两个方向均衡扩建 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 电力系统继电保护 课程设计 19 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 10KV侧出线共计14回 其中两回为站用变出线 无电 源进线 为电缆出线 每回最大负荷1 6MVA 负荷功率因数为0 80 最大负荷 利用小时数为5000h以上 一 二类负荷占总的最大负荷的50 因此一 二类 负荷比较大 若发生停电会造成不良社会影响 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 表 2 3 主接线方案表 电力系统继电保护 课程设计 20 110kv35kv10kv 单母分段接线 单母分段双母接线 电力系统继电保护 课程设计 21 第三章第三章 主变压器的选择主变压器的选择 在发电厂和变电站中 用来向电力系统或用户输送功率的变压器 称为主 变压器 用于两种电压等级之间交换功率的变压器 称为联络变压器 只供本 所 厂 用的变压器 称为站 所 用变压器或自用变压器 本章是对变电站 主变压器的选择 3 1 主变压器容量的选择主变压器容量的选择 3 1 1 主变压器的选择原则主变压器的选择原则 1 主变压器容量一般按变电所建成后 5 10 年的规划负荷选择 适当考 虑到远期 10 20 年的负荷发展 对于城郊变电所 主变压器容量应与城市规划 相结合 2 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量 对于 有重要负荷的变电所 应考虑当一台主变压器停运时 其余变压器容量在计其 过负荷能力后的允许时间内 应保证用户的一级和二级负荷 对一般性变电所 当一台变压器停运时 其余变压器容量应能保证全部负荷的 70 80 3 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多 应从全网出发 推 行系列化 标准化 3 1 2 主变压器容量的确定主变压器容量的确定 MVAS 4 706 114124 总 考虑同时系数时的容量 同时率取 0 85 S 70 4 N MVA84 5985 0 考虑到 2 的负荷增长率时的容量 MVAS04 61 02 0 1 84 59 电力系统继电保护 课程设计 22 最终单台主变压器的容量 MVASS73 427 004 617 0 所以应选容量为 50MVA 的主变压器 因此每台容量为 50MVA 两变压器同时 运行 电压等级 110kV 35kV 10kV 各侧容量比为 50 50 50 3 2 绕组数和绕组连接方式的选择绕组数和绕组连接方式的选择 参考 电力工程电气设计手册 和相应的规程中指出 在具有三种电压的变 电所中 如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的 15 以上 或在低压 侧虽没有负荷 但是在变电所的实际情况 由主变容量选择部分的计算数据 明显满足上述情况 故此变电所主变选择三绕组变压器三绕组变压器 参考 电力工程电气设计手册 和相应规程指出 变压器绕组的连接方式必 须和系统电压一致 否则不能并列运行 电力系统中变压器绕组采用的连接方 式有 Y 和 型两种 而且为保证消除三次谐波的影响 必须有一个绕组是 型 的 我国 110KV 及以上的电压等级均为大电流接地系统 为取得中型点 所以 都需要选择的连接方式 对于 110KV 变电所的 35KV 侧也采用的连接方式 0Y0Y 而 6 10KV 侧采用 型的连接方式 故此变电所主变应采用的绕组连接方式为 YNYN yn0 d11yn0 d11 接线 接线 3 3 主变的调压方式主变的调压方式 普通型的变压器调压范围小 仅为 5 而且当调压要求的变化趋势与 实际相反 如逆调压 时 仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求 另外 普通变压器的调整很不方便 而有载调压变压器可以解决这些问题 它 的调压范围较大 一般在 15 以上 而且要向系统传输功率 又可能从系统反 送功率 要求母线电压恒定 保证供电质量情况下 有载调压变压器 可以实 现 特别是在潮流方向不固定 而要求变压器可以副边电压保持一定范围时 有载调压可解决 由以上知 此变电所的主变压器采用有载调压方式有载调压方式 电力系统继电保护 课程设计 23 3 4 变压器冷却方式选择变压器冷却方式选择 根据主变压器的型号有 自然风冷式 强迫油循环风冷式 强迫油循环水 冷式 强迫导向油循环式等 然而自然风冷却适用于 7 5MVA 以下小容量变压器 容量大于 10MVA 的变压器采用人工风冷 从经济上考虑 结合本站选用 50MVA 的变压器 应选用强迫空气冷却强迫空气冷却 综上所述 故选择主变型号 SFSZ7 50000 110 型三相三绕组有载调压变压 器 其参数如下表 表 3 1 变压器技术数据 电压组合及分接范围 阻抗电压 空载 电流 连接组 型 号 高压中压低压 高 中高 低中 低 SFSZ7 50000 110 110 8 1 25 38 5 5 10 5 11 10 517 56 5 1 3 YN yn 0 d11 电力系统继电保护 课程设计 24 第四章第四章 参数设定及阻抗归算参数设定及阻抗归算 4 1 参数设定参数设定 取基准功率 变压器额定功率 100MVASb MVAS NT 50 4 1 1 变压器阻抗的计算变压器阻抗的计算 1 由变压器参数可知 UK 1 2 10 5 UK 3 1 17 5 UK 2 3 6 5 UK1 UK 1 2 UK 3 1 UK 2 3 2 10 75 UK2 1 2 UK 1 2 UK 2 3 UK 3 1 0 25 UK3 1 2 UK 3 1 UK 2 3 UK 1 2 6 75 2 各绕组电抗的标么值为 XT1 UK1 100 SB SN 10 75 100 110 50 0 215 XT2 UK2 100 SB SN 0 25 100 110 50 0 XT3 UK3 100 SB SN 6 75 100 110 50 0 135 3 系统阻抗 由原始资料知 归算到 110kV 侧标幺值 X1 0 0495 4 系统等值网络图如下图 电力系统继电保护 课程设计 25 110KV 10KV 35KV xs max xs min 0 0495 xT1 0 215 xT1 0 215 xT2 0 xT2 0 xT3 0 135 xT3 0 135 图 4 1 系统等值网络图 4 1 2 系统及主变压器归算到系统及主变压器归算到 110KV 侧的等值阻抗的有名值侧的等值阻抗的有名值 1 变压器 43 28 50100 11575 10 2 1T X 0 2 T X 电力系统继电保护 课程设计 26 53 16 50100 11525 6 2 3T X 2 系统 54 6 110 1150495 0 2 min max ss XX 4 2 短路电流计算 归算在短路电流计算 归算在 110KV 侧 侧 1 两台并列运行最大三相短路电流 35KV 侧 1839 5 032 115000 1min 3 max 35 A XX I Ts d 10KV 侧 1143 5 032 115000 21min 3 max 5 10 A XXX I TTs d 2 单台运行时最大三相短路电流 35KV 侧 1899 3 115000 1min 3 max 35 A XX I Ts d 10KV 侧 1289 3 115000 31min 3 min 5 10 A XXX I TTs d 3 在 10KV 侧三相短路电流最小值 两台并列运行 AII kk 1143 3 max 5 10 3 min 5 10 单台运行 电力系统继电保护 课程设计 27 AII kk 1298 3 max 5 10 3 min 5 10 4 3 阻抗及短路电流计算结果阻抗及短路电流计算结果 4 3 1 阻抗计算结果表 归算到阻抗计算结果表 归算到 110KV 侧 侧 变压器阻抗系统阻抗 名 称 类 别 1T X 2T X 3T X min max ss XX 标幺值 0 21500 1350 0495 有名值 28 43016 536 54 4 3 2 短路电流计算结果 归算到短路电流计算结果 归算到 110KV 侧 侧 最大短路电流 A 最小短路电流 A 运行方式 短路点 两台并列运行单台运行两台并列运行单台运行 35KV 侧 1839189918391899 10KV 侧 1143128911431289 电力系统继电保护 课程设计 28 第五章第五章 继电保护的配置继电保护的配置 5 1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 5 1 1 基本概述基本概述 电能是一种特殊的商品 为了远距离传送 需要提高电压 实施高压输电 为 了分配和使用 需要降低电压 实施低压配电 供电和用电 发电 输电 配 电 用电构成了一个有机系统 通常把由各种类型的发电厂 输电设施以及用 电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统 电力系统在运行中 各种电气 设备可能出现故障和不正常运行状态 不正常运行状态是指电力系统中电气元 件的正常工作遭到破坏 但是没有发生故障的运行状态 如 过负荷 过电压 频率 降低 系统振荡等 故障主要包括各种类型的短路和断线 如 三相短路 两相短 路 两相接地短路 单相接地短路 单相断线和两相断线等 其中最常见且最危险 的是各种类型的短路 电力系统的短路故障会产生如下后果 1 故障点的电弧使故障设备损坏 2 比正常工作电流大许多的短路电流产生热效应和电动力效应 使故障回 路中的设备遭到破坏 3 部分电力系统的电压大幅度下降 使用户的正常工作遭到破坏 影响企业 的经济效益和人们的正常生活 4 破坏电力系统运行的稳定性 引起系统振荡 甚至使电力系统瓦解 造成 大面积停电的恶性循环 故障或不正常运行状态若不及时正确处理 都可能引发事故 为了及时正确 处理故障和不正常运行状态 避免事故发生 就产生了继电保护 它是一种重要的 反事故措施 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置 且继电保护装置是完 成继电保护功能的核心 它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行 状态 并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置 继电保护的任务是 1 当电力系统中某电气元件发生故障时 能自动 迅速 有选择地将故障元 电力系统继电保护 课程设计 29 件从电力系统中切除 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 当电力系统中某电气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 5 1 2 继电保护装置的基本原理继电保护装置的基本原理 我们知道在电力系统发生短路故障时 许多参量比正常时候都了变化 当然 有的变化可能明显 有的不够明显 而变化明显的参量就适合用来作为保护的 判据 构成保护 比如 根据短路电流较正常电流升高的特点 可构成过电流 保护 利用短路时母线电压降低的特点可构成低电压保护 利用短路时线路始 端测量阻抗降低可构成距离保护 利用电压与电流之间相位差的改变可构成方 向保护 除此之外 根据线路内部短路时 两侧电流相位差变化可以构成差动 原理的保护 当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保护 如反应变压器 油在故障时分解产生的气体而构成的气体保护 原则上说 只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特 征 差别 即可形成某种判据 从而构成某种原理的保护 且差别越明显 保 护性能越好 继电保护装置的组成 被测物理量 测量 逻辑 执行 跳闸或信号 整定值 1 测量元件 其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量 如电流 电压 阻抗 功率方向等 并与已给定的整定值进行比较 根据比较结果给出 逻辑信号 从而判断保护是否该起动 2 逻辑元件 其作用是根据测量部分输出量的大小 性质 输出的逻辑 状态 出现的顺序或它们的组合 使保护装置按一定逻辑关系工作 最后确定 是否应跳闸或发信号 并将有关命令传给执行元件 3 执行元件 其作用是根据逻辑元件传送的信号 最后完成保护装置所 电力系统继电保护 课程设计 30 担负的任务 如 故障时跳闸 不正常运行时发信号 正常运行时不动作等 5 1 3 对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求 1 选择性 是指电力系统发生故障时 保护装置仅将故障元件切除 而 使非故障元件仍能正常运行 以尽量减小停电范围 2 速动性 是指保护快速切除故障的性能 故障切除的时间包括继电保 护动作时间和断路器的跳闸时间 3 灵敏性 是指在规定的保护范围内 保护对故障情况的反应能力 满 足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时 不论短路点的位置与短路的类如何 都能灵敏地正确地反应出来 4 可靠性 是指发生了属于它该动作的故障 它能可靠动作 而在不该 动作时 它能可靠不动 即不发生拒绝动作也不发生错误动作 5 2 变压器的保护配置变压器的保护配置 5 2 1 变压器配置变压器配置 一 纵联差动保护 本次设计所采用的变压器型号均分别为 SFSZ7 50000 110 对于这种大型 变压器而言 它都必需装设单独的变压器差动保护 这是因为变压器差动保护 通常采用三侧电流差动 其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器 中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器 这样使 差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域 从而可以更好地反映这 些区域内相间短路 高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障 所以我 们用纵联差动保护作为两台变压器的主保护 其接线原理图如图 5 1 所示 正 常情况下 即 2 I2 I 变压器变比 1112 21 1 1 nIII nT n nn I 所以这时 Ir 0 实际上 由于电流继电器接线方式 变压器励磁电流 变比误 电力系统继电保护 课程设计 31 差等影响导致不平衡电流的产生 故 Ir不等于 0 针对不平衡电流产生的原因 不同可以采取相应的措施来减小 尽管纵联差动保护有很多其它保护不具备的优点 但当大型变压器内部产 生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时 纵联差动保护不 能动作 这时我们还需对变压器装设另外一个主保护 瓦斯保护 图 5 1 纵联差动保护原理示意图 二 瓦斯保护 瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障 它由于一方面简单 灵敏 经 济 另一方面动作速度慢 且仅能反映变压器油箱内部故障 就注定了它只有 与差动保护配合使用才能做到优势互补 效果更佳 1 瓦斯保护的工作原理 当变压器内部发生轻微故障时 有轻瓦斯产生 瓦斯继电器 KG 的上触点闭 合 作用于预告信号 当发生严重故障时 重瓦斯冲出 瓦斯继电器的下触点 闭合 经中间继电器 KC 作用于信号继电器 KS 发出警报信号 同时断路器跳 闸 瓦斯继电器的下触点闭合 也可利用切换片 XB 切换位置 只给出报警信号 2 瓦斯保护的整定 瓦斯保护有重瓦斯和轻瓦斯之分 它们装设于油箱与油枕之间的连接导管 电力系统继电保护 课程设计 32 上 其中轻瓦斯按气体容积进行整定 整定范围为 250 300cm3 一般整定在 250cm3 重瓦斯按油流速度进行整定 整定范围为 0 6 1 5m s 一般整定在 1m s 瓦斯保护原理如图 5 2 所示 图 5 2 瓦斯保护原理示意图 三 复合电压启动的过流保护 由于这种保护可以获得比一般过流保护更高的灵敏性 所以实践中它常用 来作厂变内部及低分支外部相间短路故障的后备保护 这里我也用来作为变压 器的后备保护 它是由负序过电压元件 低电压元件 过流元件及时间元件构 成 其中负序过电压元件与低电压元件构成复合电压启动元件 其保护原理接 线图如图 5 3 所示 复合电压过流保护的输入电流取高压侧电流 为保证选择性 复合电压启动 元件需要配置两套 输入电压分别取自厂变低压侧两个支上的电压 保护采用 两段延时出口 以 A 分支为例 若发生相间不对称短路故障 U2 元件启动 常 闭触点断开 使 U 元件短时启动 U 元件返回后 因 U 元件返回电压较高 只要相间 残压不高于返回电压 U 已经动作 先按 I 段延时 U 元件 t1 跳开 A 厂用分支断路器 若故障不能 消除 再按 段延时 t2 动作于解列灭磁 图 5 3 复合电压启动的过流保护原理接线图 5 3 变压器后备保护变压器后备保护 相间后备保护配置是为了防止变压器外部故障引起的过电流及作为变压器 主保护的后备 变压器应装设后备保护 保护采用带低电压或不带低电压闭锁 的过电流保护 如果灵敏度不够 可采用带复合电压闭锁的过电流保护 1 对于单侧电源的变压器 后备保护装设于电源侧 作为差动保护 瓦斯 保护的后备或相邻元件的后备 2 对于多侧电源的变压器 变压器各侧均应装设后备保护 作为变压器差动保护的后备 要求它动作后启动总出口继电器 作为各电压侧母线和线路的后备保护 要求它动作后跳开本侧的断路器 作为变压器断路器与其电流互感器之间死区故障的后备保护 电力系统继电保护 课程设计 34 5 3 1 变压器过负荷保护变压器过负荷保护 为了防止变压器在超过允许负载能力下运行 需要装设过负荷保护装置 由于变压器的过负荷一般是三相对称的 因此 过负荷保护只需接入一项电流 各侧的过负荷保护均经过同一时间继电器延时发出信号 保护的安装地点应能够反应变压器所有绕组的过负荷情况 对于双绕组升 压变压器 过负荷保护通常装设在低压侧 对于双绕组降压变压器 过负荷保 护装设在高压侧 1 动作电流的整定 按躲过变压器的额定电流来整定 1 2 1 25 dzj I 1 eb I n 过负荷保护装置动作电流整定值 A dzj I 变压器额定电流 A eb I 电流互感器变比 1 n 2 动作时限的整定 动作时限为 10 15s 一般用于信号 5 3 2 变压器过电流保护变压器过电流保护 为了防止变压器外部短路 并作为内部故障的后备保护 一般变压器上应 装设过电流保护 对单侧电源的变压器 保护装置的电流互感器安装在电源侧 以便在发生变压器内部故障而瓦斯或差动保护拒动时 由过电流保护经整定时 限动作后 作用于变压器两侧断路器跳闸 1 动作电流的整定 按躲过变压器的最大负荷电流来整定 dzj I 1 gheb Kjx h K I K K K n 过负荷系数 一般取 2 3 当无自启动电动机时 取 gh K 1 3 1 5 2 动作时限的整定 动作时限比由变压器供电的线路保护装置的最 大时限大一时限阶段 一般取 0 5 0 7s 3 灵敏度校验 电力系统继电保护 课程设计 35 3 2 2 min 1 5 d mmxd dz I KK I 式中 相对灵敏系数 mxd K 最小运行方式下变压器低压侧三相短路稳态电流 A 3 2 mind I 保护装置一次动作电流 A dz I 5 4 变压器保护配置的整定变压器保护配置的整定 5 4 1 差动保护整定计算差动保护整定计算 1 确定基本侧 1 变压器一次额定电流 110KV 侧 AI hN 262 1103 1050 3 35K 侧 AI mN 750 5 383 1050 3 10KV 侧 AI lN 2749 5 103 1050 3 2 电流互感器变比选择 110KV 选用 A I n hN calhTA 5 78 453 5 3 5 600 电力系统继电保护 课程设计 36 35KV 侧 选用 A I n mN calmTA 5 1299 5 3 5 1500 10KV 侧 选用 A I n lN callTA 5 2749 5 3 5 3000 3 电流互感器二次额定电流 110KV A n I I calhTA hN hN 78 3 120 78 4533 2 35KV 侧 A n I I calmTA mN mN 33 4 300 12993 2 10KV 侧 A n I I callTA lN lN 58 4 600 2749 2 注 取二次电流最大的为基本侧 因此由上计算可知 取 10KV 侧为基本侧 2 主变电流互感器参数 额定电流 平衡系数的计算结果表 主变电流互感器参数 额定电流 平衡系数的计算结果见下表 电力系统继电保护 课程设计 37 表 5 2 1B 2B 主变电流互感器参数 额定电流计算结果表 名称变压器各侧数据 额定电压 kV 11038 510 5 一次侧额定电流 A 262 3110 50000 750 3 5 38 50000 2749 3 5 10 50000 电流互感器接线三角形三角形星形 计算电流互感器 变比 TACal n 5 78 453 5 3262 5 1299 5 3750 5 2749 选用电流互感器 变比 TA n 5 600 5 1500 5 3000 二次侧额定电流 A 78 3 120 78 453 33 4 300 1299 58 4 600 2749 3 确定继电保护一次动作电流 对于本次设计来说 变压器的主保护有纵联差动保护和瓦斯保护 其中瓦 斯保护一般不需要进行整定计算 所以仅对纵联差动保护进行整定如下 1 按最大不平衡电流整定 因为 35kV 侧接有制动线圈 故动作电流计算为 3 max 110 dzditxkop IfUfKKI A6171899 05 0 05 005 0 1 01 3 1 其中 Ktx为电流互感器同型系数 型号相同时取 0 5 型号不同时取 1 这里为 避免以后更换设备的方便故取 1 建议采用中间值 0 05 取 0 1 zd f 110 u 为变压器外部最大运行方式下的三相短路电流 3 maxdz I 2 按躲过变压器励磁涌流和二次回路断线计算 即LH AIKI ekop 3402623 1 其中为可靠系数 取 1 3 而 为变压器的额定电流 k K A U S I e e e 262 3 电力系统继电保护 课程设计 38 故选用 AIop617 从上面可知 对并列运行变压器整定计算按单台运行条件为计算方式 因单 台运行时外部短路流过差动回路的不平衡电流最大 4 确定基本侧差动线圈 二次动作电流 AI calrop 03 1 600 617 工作绕组计算值 25 58 03 1 60 0 匝 rop calw I AW W 选用 58 匝 caldsetw WW 其中 继电器动作电流为 AI3 1 58 60 op r 式中 基本工作线圈计算匝数 calw W 继电器动作安匝 一般取为 60 安匝 0 AW 继电器动作电流 rop I 5 确定平衡线圈匝数 1 35KV 侧 34 3 58 33 4 33 4 58 4 2 2 2 匝 setd nbN nbNbN calb W I II W 故选用平衡线圈绕组匝数为 匝3 setb W 2 110KV 侧 28 1258 78 3 78 3 58 4 2 2 2 匝 setd nbN nbNbN calb W I II W 故选用平衡线圈绕组匝数为 匝12 setb W 电力系统继电保护 课程设计 39 式中 基本侧流入继电器的电流 b 2N I 非基本侧流入继电器的电流 b 2 nN I 差动线圈整定匝数 setd W 6 计算 相对误差 fer 05 0 0055 0 5834 3 334 3 1 setdcalb setbcalb WW WW fer 05 0 004 0 5828 12 1228 12 2 setdcalb setbcalb WW WW fer 注 若则以上计算有效 否则 应根据的实际值代入式 05 0 fer 3 max 110 dzditxkop IfUfKKI 重新计算动电流 因此 以上计算满足要求 不必重新计算动作电流 7 灵敏度校验 在 10KV 侧两相短路电流最小为 AII KVkk

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