35kv降压变电站继电保护设计论文

2010527某35KV降压变电站变压器继电保护的配置及整定计算物理与电子信息工程系电气工程及其自动化201161某35KV降压变电站变压器继电保护的配置及整定计算摘要本次毕业设计的题目是某35KV降压变电站的主变保护设计。根据设计的要求，在设计的过程中，用到了35KV降压变电站的绝大多数的基础理论和设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养。设计可分为几部分设计方案的确定；系统负荷计算，短路电流的计算；主变压器继电保护的配置、整定及校验的确定。通过本次设计，学习了设计的基本方法，巩固三年以来学过的知识，培养独立分析问题的能力，而且加深对变电站的全面了解。关键词负荷计算，无功功率，短路电流，继电保护某35KV降压变电站变压器继电保护的配置及整定计算物理与电子信息工程系（三号黑体）电气工程及其自动化化2008级0810617145唐丽长庚教师2011527ABSTRACTTHISGRADUATIONPROJECTTOPICIS“A35KVSTEPDOWNTRANSFORMERSUBSTATIONOFMAINTRANSFORMERPROTECTIONDESIGN“ACCORDINGTOTHEDESIGNREQUEST,THEDESIGNPROCESSUSINGALOTOFKNOWLEDGE,THEREFOREHOWKNOWLEDGESYSTEMATICBECAMETHEKEYIFTHISDESIGNUSINGTHEFACTORYOFTHEOVERWHELMINGMAJORITYOFPOWERSUPPLYOFBASICTHEORYANDDESIGNSCHEME,SOINTHEDESIGNPROCESSEMPHASISONKNOWLEDGESYSTEMATICABILITYDESIGNCANBEDIVIDEDINTOSEVERALPARTSLOADCALCULATIONANDREACTIVEPOWERCALCULATIONANDCOMPENSATION,SUBSTATIONPOSITIONANDFORMTHECHOICE,MAINTRANSFORMERSUBSTATIONSETSANDCAPACITYANDMAINWIRINGSCHEMESCHOICETHECALCULATIONOFSHORTCIRCUITCURRENT,ONCESUBSTATIONEQUIPMENTCHOICEANDCALIBRATION,SUBSTATIONHIGHANDLOWVOLTAGECIRCUITCHOICETHESECONDARYCIRCUITSUBSTATIONPLANSELECTIONANDRELAYPROTECTIONSETTING,LIGHTNINGPROTECTIONANDGROUNDINGDEVICEISIDENTIFIEDTHROUGHTHISDESIGN,HASSTUDIEDTHEDESIGNESSENTIALMETHOD,SINCETHECONSOLIDATEDFOURYEARSHAVESTUDIEDTHEKNOWLEDGE,RAISESTHEINDEPENDENTANALYSISQUESTIONABILITY,MOREOVERDEEPENSTOTHETRANSFORMERSUBSTATIONCOMPREHENSIVEUNDERSTANDINGKEYWORDSLOADCALCULATIONREACTIVEPOWERSHORTCIRCUITCURRENTRELAYPROTECTION目录摘要1ABSTRACT2第一章绪论111继电保护的概述112继电保护装置具备的基本性能113继电保护基本原理和保护装置的组成114继电保护设计的目的和要求2第二章变电站继电保护和自动装置规划321系统分析及继电保护要求322本系统故障分析32366KV线路继电保护装置424主变压器继电保护装置设置425变电所的自动装置526本设计继电保护装置原理概述526166KV线路电流速断保护526266KV线路过电流保护5263平行双回线路横联方向差动保护5264变压器瓦斯保护6265变压器纵联差动保护6第三章短路电流计算731基准参数选定732短路电流计算7第四章主变继电保护整定计算及继电器选择941瓦斯保护942纵联差动保护选用BCH2型差动继电器10421纵联差动保护原理图及其展开图10422计算IE及电流互感器变比11423确定基本侧动作电流11424确定基本侧差动线圈的匝数和继电器的动作电流12425确定非基本侧平衡线圈和工作线圈的匝数13426计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差FZA14427初步确定短路线圈的抽头14428保护装置灵敏度校验1443过电流保护1444过负荷保护1645冷却风扇自起动16总结17参考文献18附录19第一章绪论11继电保护的概述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。12继电保护装置具备的基本性能继电保护装置必须具备以下5项基本性能安全性。在不该动作时，不发生误动作。可靠性。在该动作时，不发生拒动作。快速性。能以最短时限将故障或异常消除。选择性。在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。灵敏性。反映故障的能力，通常以灵敏系数表示。选择继电保护方案时，除设置需满足以上5项基本性能外，还应注意其经济性。即不仅考虑保护装置的投资和运行维护费，还必须考虑因装置不完善而发生拒动或误动对国民经济和社会生活造成的损失。13继电保护基本原理和保护装置的组成继电保护装置要求能反应电气设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地，有选择性地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证无故障设备继续正常运行，将事故限制在最小范围，提高系统运行的可性，最大限度地保证向用户安全连接供电。继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护1反映电气量的保护电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值阻抗和它们之间的相位角改变等现象。因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别就可以构成各种不同原理的继电保护装置。例如反映电流增大构成过电流保护；反映电压降低或升高构成低电压或过电压保护；反映电流与电压间的相位角变化构成方向保护；反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。除此以外还可根据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差别，分别构成差动保护、高频保护等。同理，由于序分量保护灵敏度高，也得到广泛应用。新出现的反映故障分量、突变量以及自适应原理的保护也在应用中。2反映非电气量的保护如反应温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的瓦斯保护、温度保护等。继电保护相当于一种在线的开环的自动控制装置，根据控制过程信号性质的不同，可以分模拟型它又分为机电型和静态型和数字型两大类。对于常规的模拟继电保护装置，一般包括测量部分、逻辑部分和执行部分。测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值比较，以判断是否发生故障或不正常运行状态；逻辑部分依据测量部分输出量的性质、出现的顺序或其组合，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作；执行部分依据前面环节判断得出的结果子以执行跳闸或发信号。14继电保护设计的目的和要求电力系统在运行中，可能会发生各种故障和不正常运行状态，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性外，若故障一旦发生，必须迅速而有选择性地将故障元件切除，这是保证电力系统安全运行的最有效的方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几秒甚至百分之几秒。实践证明，只有在每个电气元件上装设继电保护装置，才有可能满足上述要求。电力系统继电保护的设计与配置是否合理直接影响到电力系统的安全运行。若设计与配置不当，保护将不能正确工作，从而会扩大事故及停电范围，有时还可能造成人身伤亡或设备损坏事故。故必须合理地选择保护方式和正确的整定计算，才能保证电力系统安全、稳定运行。进行电力系统继电保护设计的目的要求（1）能把所学过的理论知识进行综合运用，从而达到巩固、加深及扩大专业知识，并使之系统化。（2）正确领会和贯彻党和国家的方针、技术经济政策，培养正确的设计思想，并掌握设计的基本方法。（3）培养运用所学的理论知识，提高独立分析和解决问题的能力，掌握实际工程设计中的一些基本技能。（4）培养作为工程技术人员必须具备的计算、绘图、使用规程、手册、资料及编写设计说明书等技能。第二章变电站继电保护和自动装置规划21系统分析及继电保护要求本设计35/66KV系统为双电源35KV单母线分段接线，66KV侧单母线分段接线，所接负荷多为化工型，属一二类负荷居多。211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。22本系统故障分析221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、两相接地和三相接地。222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。变压器的内部故障可以分为油箱内和油箱外故障两种。油箱内的故障包括绕组的相间短路，接地短路，匝间短路以及铁芯的烧损等，对变压器来讲，这些故障都是十分危险的，因为油箱内出现故障时，所产生的电弧，将会引起绝缘物质的剧烈变化，从而有可能引起爆炸，因此，这些故障应该尽快加以切除。223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。2366KV线路继电保护装置根据线路的故障类型，按不同的出线回路数，设置相应的继电保护装置如下231单回路出线保护适用于织布厂和胶木厂出线。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。232双回路出线保护适用于印染厂、配电所和炼铁厂出线。采用平行双回线路横联方向差动保护加电流保护。其中横联方向差动保护为主保护。电流保护作为横联方向差动保护的后备保护。24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）。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）。25变电所的自动装置1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66KV各出线上设置三相自动重合闸装置（CHZ），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。2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66KV母联断路器（DL8）处装设备用电源自动投入装置（BZT）。3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05HZ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66KV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。26本设计继电保护装置原理概述26166KV线路电流速断保护是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，采用二相二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。26266KV线路过电流保护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。263平行双回线路横联方向差动保护通过比较两线路的电流相位和数值相同与否鉴别发生的故障由电流起动元件、功率方向元件和出口执行元件组成，电流起动元件用以判断线路是否发生故障，功率方向元件用以判断哪回线路发生故障，双回线路运行时能保证有选择的动作。该保护动作时间0S，由于横联保护在相继动作区内短路时，切除故障的时间将延长一倍，故加装一套三段式电流保护，作为后备保护。264变压器瓦斯保护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。265变压器纵联差动保护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BCH2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。第三章短路电流计算31基准参数选定，即35KV侧，66KV侧10MVASBAVBUKVB3769BUKV11B22S05378369IU又变压器的阻抗为，TX751010KDNS32短路电流计算（1）最大运行方式下因已知35KV侧的短路容量75MVA,且37KV，此时2台变压器并列运行，可1KS1CU求短路电流1MAXKI1MAX175703IKCKA又有1MAXBKIX11MAX5637BKIX则66KV侧的短路电流可求得1331/11831/TMAN2AX837541BKANIIKAX系统等效图如图321所示1/32图321（2）最小运行方式下因已知35KV侧的短路容量70MVA,且69KV，此时只有一台运行，可求短2KS2CU路电流1MINKI12MIN170193KKCIKA66KV侧短路电流可求得2IK13312331MINTX2IIN837592BLIKA系统等效图如图322所示1/32图322第四章主变继电保护整定计算及继电器选择41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280CM2。重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0615CM2整定本，本设计采用09CM2。瓦斯继电器选用FJ380型。瓦斯保护原理图及展开图如411和422图所示图411信号信号信号图42242纵联差动保护选用BCH2型差动继电器。421纵联差动保护原理图及其展开图如下所示图421图422图423422计算IE及电流互感器变比表51变压器纵差动保护用互感器变比选择各侧数据名称Y（35KV）（66KV）额定电流I1ES/U1E1237A3I2ES/U2E6561A3变压器接线方式YCT接线方式YCT计算变比I1E/52142/53I2E/56561/5实选CT变比NL250/5800/5实际额定电流I1E/5536A3I2E/5515A不平衡电流IBP536515021A确定基本侧基本侧非基本侧423确定基本侧动作电流（1）躲过外部故障时的最大不平衡电流51BPK1DZII利用实用计算式（52）MAXL2DZAITXFZQK1DZIFUKI式中可靠系数，采用13；KK非同期分量引起的误差，采用1；FZQ同型系数，CT型号相同且处于同一情况时取05，型号不同时取1，本TX设计取1；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U005；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ZAF采用中间值005。电流互感器的最大相对误差，取01。1F代入数据得ADZ230417051031I（2）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（53）EKDZ1IKI式中可靠系数，采用13。KK变压器额定电流。EI代入数据得ADZ81607123I1（3躲过电流互感器二次回路短路时的最大负荷电流DZ9I1比较上述（1），（2），（3）式的动作电流，取最大值为计算值，即ADZ2304I1424确定基本侧差动线圈的匝数和继电器的动作电流将两侧电流互感器分别结于继电器的两组平衡线圈，再接入差动线圈，使继电器的实用匝数和动作电流更接近于计算值；以二次回路额定电流最大侧作为基本侧，基本侧的继电器动作电流及线圈匝数计算如下基本侧（35KV）继电器动作值（55）1NIKIDZJXDZJS代入数据得ADZJSI450523基本侧继电器差动线圈匝数（56）DZJSIWOCJSIW式中为继电器动作安匝，应采用实际值，本设计中采用额定值，取得60安匝。WOA代入数据得（匝）965410WCDJSI选用差动线圈与一组平衡线圈匝数之和较小而相近的数值，作为差动线圈CDJSI整定匝数。CDZ即实际整定匝数5（匝）继电器的实际动作电流ACDZWODZHI12560W保护装置的实际动作电流JXIDZZI24360KN425确定非基本侧平衡线圈和工作线圈的匝数平衡线圈计算匝数（匝）201563WI2CDZJECDZPHJS故，取平衡线圈实际匝数0PHJS工作线圈计算匝数（匝）5CDZPHJSGZ426计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差ZAF038520WFCDZPHJSPHJZA此值小于原定值005，取法合适，不需重新计算。427初步确定短路线圈的抽头根据前面对BCH2差动继电器的分析，考虑到本系统主变压器容量较小，励磁涌流较大，故选用较大匝数的“CC”抽头，实际应用中，还应考虑继电器所接的电流互感器的型号、性能等，抽头是否合适，应经过变压器空载投入试验最后确定。428保护装置灵敏度校验差动保护灵敏度要求值2KLM本系统在最小运行方式下，66KV侧出口发生两相短路时，保护装置的灵敏度最低。本装置灵敏度279834620518IK860MINDZLLJXLM满足要求。43过电流保护过电流继电器的整定及继电器选择（1）保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定（57）HE1KDZKII式中可靠系数，采用12；KK返回系数，采用085。代入数据得H过电流保护原理图431ADZ4617850231I继电器的动作电流DZZJ0563NI1电流继电器的选择DL21C/10，电流整定值为7A。（2）灵敏度按保护范围末端短路进行校验，灵敏系数不小于12。灵敏系数21717460328IK860MIN3DZLJXLM满足要求过电流保护展开图交流回路432过电流保护展开图直流回路43344过负荷保护其动作电流按躲过变压器额定电流来整定。动作带延时作用于信号。信号跳跳AFEKDZ8152807351KIIDZZ952NI1延时时限取10S，以躲过电动机的自起动。当过负荷保护起动后，在达到时限后仍未返回，则动作ZDJH装置。45冷却风扇自起动AEDZ378691270II1LDZZJ3586N即，当继电器电流达到301A时，冷