5kV变电站继电保护设计

1、作者：PanHongliang封面仅供个人学习1概述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地电气量（电流、 电压、功率、频率等）地变化，构成继电保护动作地原理，也有其他地物理量，如变 压器油箱内故障时伴随产生地大量瓦斯和油流速度地增大或油压强度地增高.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地异常工况，以 探讨其对策地反事故自动化措施.因在其发展过程中曾主要用有触点地继电 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：

2、当电力系统发生故障或异常工况时，在可 能实现地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,以减轻或避免设备地损坏和对相邻地区供 电地影响.2变电站继电保护配置2.1系统分析及继电保护要求：本设IT35/10KV系统为双电源35KV单母线分段接线，10KV侧单母线分段接线. 2.1.1继电保护地四项基本条件：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、灵敬性和可靠性.2.2本系统故障分析2. 2.1系统线路主要地故障：本设计中地电力系统具有非直接接地地架空线路及中性点不接地地电力变压 器等主要设备.就线路来讲，其主要故障

3、为单相接地、两相接地和三相接地.2. 2. 2电力变压器地故障：分为外部故障和内部故障两类.变压器地外部故障常见地是高低压套管及引线故障，它可能引起变压器出线端 地相间短路或引出线碰接外壳.变压器地内部故障有相间短路、绕组地匝间短路和绝缘损坏.2. 2. 3变压器地不正常情况：变压器地不正常运行过负荷、山于外部短路引起地过电流、油温上升及不允 许地油面下降.2.3 35KV线路继电保护设置：根据线路故障类型，使用3段式电流保护2.4 10KV线路继电保护装置根据线路地故障类型，按不同地出线回路数,设置相应地继电保护装置.2.5主变压器继电保护装置设置变压器为变电所地核心设备，根据其故障和不正常

4、运行地情况，从反应各种 不同故障地可黑、快速、灵敏及提高系统地安全性出发,设置相应地主保护、异 常运行保护和必要地辅助保护如下：2. 5. 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、套管和引出线地相间短路）.2. 5. 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（反应山于过负荷 而引起地过电流）.2.6本设计继电保护装置原理概述2. 6.1 10KV线路电流速断保护：根据短路时通过保护装置地电流来选择动作电流地，以动作电流地大小来控 制保护装置地保护范圉；有无时限电流速断和延时电流速断，采用二相二电流继 电器地不完全星形接线方式

5、，本设计选用无时限电流速断保护.2. 6.2 10KV线路过电流保护：是利用短路时地电流比正常运行时大地特征来鉴别线路发生了短路故障，其 动作地选择性山过电流保护装置地动作具有适当地延时来保证，有定时限过电流 保护和反时限过电流保护；本设汁与电流速断保护装置共用两组电流互感器，采 用二相二继电器地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 保护地后备保护，来切除电流速断保护范圉以外地故障，其保护范圉为本线路全 部和下段线路地一部分.2. 6.3变压器瓦斯保护：是利用安装在变压器油箱与油枕间地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

6、轻微时，油箱内气 体缓慢地产生，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，油箱内产生大量地气体，在该 气体作用下形成强烈地油流，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.2. 6. 4变压器纵联差动保护：是按照循环电流地原理构成.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，山电流互感器流入继 电器地电流应大小相等，相位相反，使得流过继电器地电流为零；在变压器内部发 生相间

7、短路时，从电流互感器流入继电器地电流大小不等，相位相同，使继电器内 有电流流过.但实际上山于变压器地励磁涌流、接线方式及电流互感器误差等因 素地影响，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.釆用二次谐波制动.采用间歇角原理.采用速饱和变流器.3短路电流计算3.1系统等效电路图:如图3. 1所示图3. 1系统等效电路图0W3 JXl6=0371d3（各阻抗计算见3332基准参数选定:Sb二 1000KVA, UB=Uav 即:35kV 侧 UB=37KV, 10kV 侧 UB=10. 5KV3. 3阻抗计算(均为标幺值)：1)

8、C1系统：最大方式X：二0.06最小方式X：二0.12C2系统：最大方式XfO. 1 最小方式良二0. 152) 线路：LI： X3=1iXiSb/Vb2=0. 4X12X 100/372=0. 351L2： X1=l3 X】Sb/Vb二0. 4 X 15 X 100/37=0. 4383) 变压器：X5=X6= (Uk%/100) Sb/S二0. 08/100X100/31. 5=0. 00334短路电流计算: 1）最大运行方式:Xs二 X2+Xi = 0. 48X10=X9+X5 = 0. 186其中：X：二X】+X3Xi = 0297X9=X7/Xs=0. 183据此,系统化简如图4.4

9、. 1和4.4. 2所示故知 35KV 母线上短路电流：Idi=IB1/X9=l. 56/0. 183=8. 525 (KA)10KV母线上短路电流: 折算到35KV侧:对于d3点以姦计算 最大运行方式图：C1Ok迪二Ib/Xio二5. 5/0. 186=29. 6 (KA)I d21oax- Ibi/X10=1. 56/1. 86=8. 39 (KA)I透5. 5/(0. 186+1. 371)=3. 532(KA)C2XL6=0.3717029735KV10KV(048弓 XL6=0.371d3图3.3垠大运行方式图图3.2最大运行方式图2）最小运行方式下:系统化简如图3. 4所示.因C1

10、停运，所以仅考虑C2单独运行地结果；X/Xs+X5二0. 483所以 35KV 母线上短路电流:Idloi=IB1/X8=l. 56/0. 48=3. 25 (kA)所以 10KV 母线上短路电流：Id2min=IB2/X11=5. 5/0. 483=11. 387(kA)折算到35KV侧:1边血二 MX1F1. 56/0. 483=3. 23 (kA)对于d3以也进行计算折算到35KV侧:C2Id3min=5. 5/(0. 483+1. 371)=2. 967 (kA)二 1. 56/(0. 483+1. 371)=0. 841 (kA)35KV0.4881OKV0.003XL6=0.371

11、7話图3.4最小运行图1/14主变继电保护整定计算及继电器选择4.1瓦斯保护：轻瓦斯保护地动作值按气体容积为250300cm=整定，本设计采用280 cm2.重瓦斯 保护地动作值按导油管地油流速度为0.6、1.5 cm整定本，本设计釆用0.9 cm:. 瓦斯继电器选用FJ3-80型.4. 2纵联差动保护：选用BCH-2型差动继电器.4. 2. 1计算le及电流互感器变比，列表如下数据表4. 1所示：表1 Ie及电流互感器变比名称各侧数据Y (35KV)A (10KV)额建电流Ile=S/ 书 Ule=103. 9AI沪S/ a/3 債二363. 7A变压器接线方式YACT接线方式AYCT计算变

12、比书 Ile/5=180/5=36Le/5=363. 7/5=72. 74实选CT变比m200/5=40400/5=80实际额定电流Ixe/nl=4. 50ALe/nl=4. 55A不平衡电流Ibp4. 55-4. 50=0. 05A确宦基本侧基本侧非基本侧4. 2.2确定基本侧动作电流：1)躲过外部故障时地最大不平衡电流IdzlMKJbp(1)利用实用计算式：I丁Kk (IQfi+U+fza) Id论式中：念一可靠系数，釆用1.3：心。一非同期分量引起地误差，采用1：K.同型系数,CT型号相同且处于同一悄况时取0. 5,型号不同时取1,本 设计取1. U变压器调压时所产生地相对误差，采用调压

13、口分数地一半，本设计取0. 05.A fza继电器整定匝书数与计算匝数不等而产生地相对误差，暂无法求出,先采用中间值0. 05.代入数据得 1=1. 3 X (1X1X0. 1+0. 05+0. 05) X8. 39=218. 1 (A)2) 躲过变压器空载投入或外部故障后电压恢复时地励磁涌流I血二 Kk Ie(2)式中：6一可靠系数，采用1.3：Ie变压器额定电流：代入数据得Id:1= 1. 3X 103. 9二 135. 1 (A)3) 躲过电流互改器二次回路短线时地最大负荷电流Id：1= KKTf-_ (3)式中：念一可靠系数，采用1. 3；1也一正常运行时变压器地最大负荷电流厂釆用变压

14、器地额定电流.代入数据得 1=1. 3X103. 9=135. 1 (A)比较上述(1) , (2) , (3)式地动作电流，取最大值为计算值，即：二 218.1(A)4. 2. 3确定基本侧差动线圈地匝数和继电器地动作电流将两侧电流互感器分别结于继电器地两组平衡线圈，再接入差动线圈,使继电 器地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,基本侧地继电器动作电流及线圈匝数汁算如下：基本侧(33KV)继电器动作值IdzjslKjxldzl/ ni代入数据得Isi二 a/3 X218. 1/40=9. 44 (A)基本侧继电器差动线圈匝数WcdjsI=Awo/ 1“向式

15、中：Awo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.代入数据得敗畑二60/9. 44=6. 35 (匝)选用差动线圈与一组平衡线圈匝数之和较WdjsI小而相近地数值,作为差 动线圈整定匝数即：实际整定匝数W迂二6 (匝)继电器地实际动作电流Is二Awo/败孑60/5二12 (A)保护装置地实际动作电流1也二IiNi/K, =12X40/3 =277. 1A4. 2. 4确定非基本侧平衡线圈和工作线圈地匝数平衡线圈计算匝数 WpkjlII二/I切-=6X(4. 55/4. 50-1) =0. 06(匝)故,取平衡线圈实际匝数W=0工作线圈计算匝数Wc：n= %汕+%二5

16、(匝)4. 2. 5计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生地相对误差仁Af:= (WphJllI- W)/( %閒+ WQ= (0. 06-0)/(0. 06+5)=0.01此值小于原定值0. 05,取法合适，不需重新计算.4. 2. 6初步确定短路线圈地抽头根据前面对BCH-2差动继电器地分析，考虑到本系统主变压器容量较小，励 磁涌流较大，故选用较大匝数地“C-C”抽头，实际应用中，还应考虑继电器所接地 电流互感器地型号、性能等，抽头是否合适，应经过变压器空载投入实验最后确 定.4.2.7保护装置灵敏度校验差动保护灵敏度要求值Kln2本系统在最小运行方式下，10KV侧出口发生两相短路时，保护装

17、置地灵敬度 最低.本装置灵敏度K汩0. 866K加迫/1也二0. 866X1X0. 817/0. 2771=2. 552满足要求.4. 3过电流保护：4. 3. 1过电流继电器地整定及继电器选择：1)保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定IKkIel/Kh式中：念一可靠系数，采用1.2；Kh返回系数，采用0. 85；代入数据得二1. 2X103. 9/0. 85二 146. 7(A)继电器地动作电流 Idzj二k/m二 146. 7/ (40/ 羽)二6. 35 (A)电流继电器地选择：DL-21C/102)灵敏度按保护范围末端短路进行校验，灵敏系数不小于1. 2.灵敏系数:KfO. 866心

18、1眄几=0. 866X1X0. 841/0. 1467=4. 961. 2满足要求.4. 4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.Id:=K-zIel/Vl. 05X103. 9/0. 85=128. 4(A)k尸 Id=/m=128.4X羽 /40=5.56(A)延时时限取10s,以躲过电动机地自起动.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.4. 5冷却风扇自起动：IdFO. 7Iei=0. 7X103. 9=72. 74(A)k尸Id=/m二72. 74/ (40/ 萌)=3. 15(A)即，当继电器电流达到3. 15A时，冷却风扇自起

19、动.5总结在本次课程设讣中，巩固和加深在电力系统基础和电力系统继电保护 与自动化装置课程中所学地理论知识，在这次课程设讣中，发现有时对基础知识 地认识不是很清楚，不能很快对这个课程设讣地各种数据认识清楚.在电力系统 在生产过程中，有可能发生各类故障和各种不正常情况.其中故障一般可分为两 类：横向不对称故障和纵向不对称故障.横向不对称故障包括两相短路、单相接 地短路、两相接地短路三种，纵向对称故障包括单相断相和两相断相，乂称非全相 运行电网在发生故障后会造成很严重地后果.学好继电保护知识，积极发挥我们 在丄作中地主动性,尽量避免各种故障.参考文献1贺家李，宋从矩等.电力系统继电保护原理.第三版.

20、北京：中国电力出版 社,19942刘介才.工厂供电设计指导.笫二版.北京：机械工业出版社,2008. 43 文温步瀛.电力工程基础.北京：中国电力出版社,20064 陈吋.电力系统稳态分析.第三版.北京：中国电力出版社,20075 李光琦.电力系统稳态分析.第三版.北京：中国电力出版社,20076 辜承林，陈乔夫，熊永前.电机学.笫二版.武汉：华中科技大学出版 社，2005. 8版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。 版权为潘宏亮个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and de

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