继电保护的设计

1引言现在，随着科学技术的迅速发展，继电保护器在35kV变电站的应用也越来越广泛，他既保护了设备自身的安全，又保障了生产的正常进行，因此调整继电保护对于保证设备的安全和生产的正常进行是非常重要的。 继电保护装置的广泛应用和电力系统、农网和小型发电系统，是电网和电气设备安全可靠运行的保证。 加强继电保护管理，健全联系桥梁，加强继电保护值正定档案管理是提高继电保护值调整的必要措施。变电站是电力系统的重要组成部分，直接影响电力系统整体的安全和经济运行，是连接发电站和用户的中间环节，起着转换和分配电力的作用。 电主接线是电厂变电站的主要环节，建立电主接线直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的配置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资的决定性因素。继电保护的发展现状，电力系统的快速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术和通信技术的快速发展为继电保护技术的发展注入了新的活力，使继电保护技术非常丰富，在40多年中完成了发展的四个历史阶段。 随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术有进一步发展的趋势。 国内外继电保护技术的发展趋势是计算机化、网络化、保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能。2继电保护相关理论知识2.1继电器保护概要研究危及电力系统故障和安全运行的异常情况，探讨其对策的事故对策自动化措施。 在其发展过程中，主要通过有触点继电器保护电力系统及其元件(发电机、变压器、输电线等)免受损害，因此称为继电保护。2.2继电保护的任务电力系统发生故障或异常情况时，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，或由值班人员排除异常情况的原因，减轻或避免设备损坏或对邻近地区供电的影响。2.3继电保护的基本原理继电保护装置的作用是防止事故的机器人的作用，为了实现继电保护，必须正确区分“正常”和“异常”的运行状态、被保护元件的“外部故障”和“内部故障”利用上述功能，能够检测并辨别在各种状态下反映在保护元件上的各种物理量的变化。 反映的物理量允许保护设备配置各种原理的保护，包括：2.3.1反映电量的保护电力系统故障的情况下，通常伴随着电流的增大、电压的降低、电流和电压之比(阻抗)以及它们之间的相位角的变化等。 因此，没有安装在被保护元件的一端的各种转换器，可以检测、比较、鉴别故障时的这些基本参数和正常运转时的不同，可以构成各种原理的继电器保护装置。电力系统故障后工频电量变化的主要特征如下(1)电流增大：短路时故障点和电源之间的电气设备和输电线上的电流从负载电流增大到大大超过负载电流。(2)电压下降：发生相间短路和接地故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，越接近短路点，电压越下降。(3)电流与电压间的相位角的变化：正常运转时的电流与电压间的相位角为负载的功率因数角，一般约为20，三相短路时的电流与电压间的相位角由线路的阻抗角决定，一般为6085，反向三相短路时的电流与电压间的相位角为180(-60-85 )。(4)测量阻抗变化：测量作为测量阻抗的测量点(保护设置部位)的电压与电流之比，正常运转时，测量阻抗为负载阻抗的金属性短路时，测量阻抗变化为线路阻抗，故障后测量阻抗显着减少，阻抗角(5)非对称短路时，相序成分，例如二相及单相接地时，出现反相电流和反相电压成分的单相接地时，出现反相、零相电流和电压成分。 这些成分在正常运转时不会出现。 利用短路故障时电量的变化，可构成各种原理的继电保护。2.3.2反映非电量的保护例如，能够构成反应温度、压力、流量等非电量变化电力变压器的气体保护、温度保护等.2.4对继电保护装置的要求继电保护装置为完成其任务，在技术上必须满足选择性、速动性、灵敏度和可靠性四个基本要求。 对于作用于继电器跳闸的继电器保护应当同时满足四个基本要求，但对于作用于信号的继电器保护装置和仅反映不正常运行状况的继电器保护装置，可以降低这四个基本要求中的一些。(1)选择性所谓选择性，就是在电力系统的设备和线路短路的情况下，其继电保护只将故障的设备和线路从电力系统分离，在故障的设备和线路的保护和断路器拒绝的情况下，通过相邻的设备和线路的保护来分离故障。(2)速递性速动性是指继电保护装置尽快切除故障，减少设备和用户在大电流、低电压下运行的时间，降低设备损伤程度，提高系统并联运行的稳定性。通常必须迅速切除的障碍包括：1 )使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值(一般为0.7倍的额定电压)。2 )大容量发电机、变压器、电机内部故障。3 )中，低压管线的导线截面过小，为了避免过热，不允许延迟切除的故障。4 )可能危及人身安全，强烈干扰通信系统和铁路信号的故障。 故障切除时间包括保护装置和断路器的工作时间，一般快速保护的工作时间为0.04s0.08s，最快为0.01s0.04s，一般断路器的跳闸时间为0.06s0.15s，最快为0.02s0.06s。对不正常运行情况作出反应的继电保护装置通常不要求快速操作，而应当根据选择性条件，以延迟方式发出信号。(3)灵敏度灵敏度是指在电气设备或线路受到保护的范围内发生短路故障或异常运转时，保护装置的反应能力。 保护装置的灵敏度用灵敏度系数测定。满足敏感性要求的继电保护要求在规定范围内发生故障的情况下可正确工作，而与短路点的位置和短路类型无关。 也就是说，不仅在系统最大运行方式下发生了三相短路的情况下，在系统最小运行方式下发生了大的过渡电阻二相或单相短路故障的情况下，也要求可靠地动作。系统最大运行方式：保护线路末端短路时，系统等效阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大运行方式系统最小运行方式：相同短路故障时，系统等效阻抗最大，通过保护装置的短路电流最小的运行方式。(4)可靠性可靠性包括安全性和可靠性，是继电保护的基本要求。安全性：继电保护要求在不需要其动作时不能正确动作，即不能误动作。可靠性：要求继电保护在规定的保护范围内发生应动作的故障时可靠地动作，不予拒绝。继电保护的误动作和排斥动作对电力系统造成严重危害。 对于同样的电力要素，随着电网的发展，保护不误动和拒绝对系统的影响也会发生变化。以上四个基本要求是继电保护设计、配置和维护的依据，也是评价继电保护的基础。 这四个基本要求之间相互关联，但常常存在矛盾。 因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质进行辩证统一。 继电保护相当于在线开环自动控制装置，根据控制过程信号的性质分为模拟型(分为机电型和静态型)和数字型。 现有的模拟继电保护装置一般包含测定部、逻辑部以及执行部。 测定部从被保护对象输入相关信号，并与规定的调整值进行比较，判断是否发生了故障或异常的运转状态的逻辑部分，基于测定部分的输出量的性质、出现的顺序或其组合，进行判断保护是否应动作的逻辑判断的执行部分，或基于在前一阶段判断的结果执行2.5继电器保护装置的构成一般来说，一组继电保护装置由测量元件、逻辑链路和执行输出三部分构成。(1)测定比较部：测定比较部测定通过受保护的电气部件的物理参数，与给定的值进行比较，根据比较的结果提供“是”、“否”这样性质的逻辑信号，判断保护装置是否应该启动。(2)逻辑部：逻辑部使保护装置以一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后使断路器跳闸，决定是否发出信号、是否动作、是否延迟等，将对应的指令传送给执行输出部。(3)执行输出部：执行输出部根据逻辑传递的命令，最后完成保护装置负责的任务。 故障时跳闸时，异常运行时发出信号，正常运行时不动作等。2.6动作回路完成继电保护任务除了需要继电保护装置外，还必须通过可靠的继电保护动作电路的正确动作，拆下故障部件的断路器，对系统和电力部件的异常运行发出警报，完成正常运行状态不能动作的任务。继电保护动作电路一般将通过一次电力设备的电流、电压线性地传递至适于继电保护等二次设备的电流、电压，将一次设备和二次设备隔离的设备，例如包括电流、变压器和连接于该保护装置的线缆等的断路器的带状线圈和保护装置出口之间的连接线缆指示保护动作状况3设计概述：3.1设计依据：(1)继电保护设计书。(2)国标GB50062-92 电力装置的继电保护和自动装置设计规范。(3) 电力系统继电保护 (山东工业大学)。3.2设计规模：本设计为35KV降压变电站。 主变容量为6300KVA，电压电平为35/10KV。3.3设计生资料：3.3.1 35KV的电源系统图如图1所示。3.3.2系统参数：电源I短路容量：SIDmax=200MVA； 电源短路容量：SDmax=250MVA； 供电线路： L1=L2=15km、L3=L4=10km、线路阻抗： XL=0.4/km。图1 35KV系统的原理接线图3.3.3 35KV变电站主接线图如图2所示日本国家足球队L3 L4 DL1 L1 L2B1 B 2DL6 DL7DL8胶版印刷的制备布木染电铁用工厂的工厂图2 35KV变电站主接线图B1、B2主变容量、型号6300kVA的SF1-6300/35型双绕组变压器采用Y-/11的通常接线方式，带负载调压抽头，可进行有负载调压。 其中Uk %=7.5。运行方式： SI、s全投入运行，线路L1L4全投入运行。 DL1接通运行在最大运行方式s中停止，在线路L3、L4中停止，在DL1中将切断运行设为最小运行方式。已知变电站10KV线保护的最长工作时间为1.5s。3.3.4 10KV母线负载情况如下表所示负重名最大负荷(Kw )功率因数循环数供电方式铁路长度(km )纺织厂12000.851架线8胶木厂11000.851架线7印染厂14000.852架线13配电站15000.852架线10钢铁厂17000.852架线104变电站继电保护及自动装置规划：4.1系统分析和继电保护要求：本设计的35/10KV系统为双电源的35KV单母线段接线，10KV侧单母线段接线，连接负载多为化工型，多为一二种负载。4.2本系统的故障分析：(1)本设计中的电力系统具有未直接接地的架空线路和中性点未接地的电力变压器等主要设备。 就线路而言，主要故障有单相接地、两相接地、三相接地。(2)电力变压器故障分为外部故障和内部故障两类。 变压器外部故障常见的是高低压套管和导线故障，变压器导线端的相间短路和导线可能碰到外壳。 变压器的内部故障有相间短路、绕组匝间短路、绝缘破坏等。(3)变压器的异常运行过载、外部短路引起的过电流、油温上升以及不能容许的油面下降。4.3 10KV线路继电保护装置：根据线路的故障类型，按线的根数设置对应的继电保护装置(1)单线路保护：适用于织布厂和橡胶厂线。 采用两级电流保护，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，无时限，跳闸0S。(2)双重路线保护：适用于印染厂、配电厂和炼铁厂线。 采用平行双回路横联方向差动保护正电流保护。 其中横联方向差动保护是主保护。 电流保护是横连方向差动保护的备份保护。4.4主变压器继电保护装置的设置：变压器是变电站的核心设备，根据其故障和异常运行情况，为了提高对各种故障的响应可靠性、快速性、敏感性和系统的安全性，设置了相应的主保护、异常运行保护和必要的辅助保护。(1)主保护：气体保护(为了防止变压器内部故障和油面下降)、纵耦合差动保护(为了防止变压器绕组、套筒和引线之间短路)。(2)备份保护：过电流保护(对变压器外部的相