11KV电力系统继电保护设计1

1、2.2.1主变台数和容量计算根据“ 35110KV变电所设计规范”主要变压器的台数和容量，应根据 地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。在有 一、二级负荷变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设 两台以上主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余 主变压器的容量不应小于 60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。 具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器的 15%以上，主要变压器宜采用三线圈变压器。由于我国电力不足、缺电严重、 电网电压波动较大。变压器的有载调压是改善电压质量、减少电压波动的有效 手段。对电力

2、系统，一般要求 110KV及以下变电所至少采用一级有载调压变 压器，因此城网变电所采用有载调压变压器的较多。1) 35KV中压侧：其出线回路数为4回，一1 结合“ 2.1变电站的负荷分析” 35kv负荷情况分析表1-1知:=27.048MVA2) 10KV低压侧：由于其出线回路数共11回，故可取Kt=0.85,结合10kv负荷情况分析可知：=0.85 1.05 0 / 36=0.85 1.05 8 + 8 + 6.15+ 6.15+ 6.4+ 4.8+5+6+6+4.615+4.615)=58.664MVA则三绕组变压器的计算容量:因此，选择两台50MVA的变压器校验：I满足一台停运时另一台不

3、小于全部容量的60%=31.8MVA也满足一台停运时另一台满足全部一、二类负荷2.2.2绕组连接方式的选择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，为取得中性 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，6-10KV侧采用型的连接方式。1 / 36综上变电所主变采用的绕组连接方式为:223主变压器的冷却方式根据主变压器的型号有：自然风冷式、强迫油循环

4、风冷式、强迫油循环水冷式、强迫导向油循环式等。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。综上所述：最终确定为 SFSZ7 50000/110型变压器。表2-1 SFSZ7-50000/110系列电力变压器主要技术参数额定电压KV)阻抗电压%损耗KW型号额定容量KVA高压中压低压连 接 组 别高低高中中低空载 电流%空载负载11038.5YNSFSZ7-50000/110500008 X 210.5yn01810.56.51.371.22501.25%Xd112.5%=11=-0.5=72 / 362.3 电气主接线2.3.1电气主接线的设计要求电气主接线是指发电厂或变电

5、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、经济论证后方可确定。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，

6、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35110KV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

7、作检修方便、节约 投资和便于扩建等要求。2.3.2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、双母线分段等，我们在比较各种电气主接线的优劣时，主要考虑3 / 36 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I、U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

8、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35110KV变电所设计规范第3.2.3条：35110KV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

9、接线形 式， 3563KV 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35110KV 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， 3563KV 线路为 8 回及以上时，可装设专用的旁路断路器，主变 压器 35110KV 回路中的断路器，有条件时，亦可接入旁路线母，采用 SF6 断路器的主接线不宜设旁路设施。第 3.2.5条：当变电站装有两台主变时， 610KV 侧宜采

10、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，对各电压等级侧主接线 设计方案如下 :表 2 4 主接线方案表4 / 36110kv35kv10kv单母分段接线单母分段接线双母接线第3章短路电流计算3.1短路的概念及短路电流的种类3.1.1短路的概念电力系统不可避免会发生短路事故。短路事故威胁着电网的正常运行中， 并有可能损坏电气设备。因此，在电力系统的设计和运行中，都要对供电网络 进行短路电流计算，以便正确地选用和调整继电保护装置，正确地选择电气设 备，确保电力系统的安全、可靠运行。短路的种类有以下

11、几种：1）三相短路。2）两相短路。3）两相短路接地。4）单相短路 接地）。三相短路是对称短路，此时三相电流和三相电压仍然是对称的，只是三相 电流特大。除三相短路外的其他短路都是不对称性短路，每相电流和电压数值 不相等，相角也不同。3.1.2短路电流的暂态过程和短路电流种类1 短路电流的暂态过程当电力系统发生三相短路时，由于短路回路存在着电感，电流不能突变， 因此有一个暂态过程。短路电流随时间变化，最后达到稳定值。短路全电流id由对称的周期分量 和不对成的非周期分量两部分合成，即 。周期分量 先开始衰减，然后逐渐增加到稳态值。非周期分量按指数规律衰减，其衰减时间常数为 0.05-0.2。2 计算

12、各短路电流的目的5 / 361）短路冲击电流：用来校验电气设备和母线的动稳定。2）短路全电流最大有效值Ich 第一周期短路全电流有效值）：用来校 验电气设备和母线的动稳定。3）超瞬变短路电流有效值I:用来作继电保护的整定计算和校验断路 器的短流量。4）短路后0.2秒后的短路电流周期分量有效值：用来校验断路器的断流量。5）稳态短路电流有效值：用来校验电气设备和载流部分的热稳定。6）短路后0.2S后的短路容量：用来校验断路器的遮断容量。3.2短路电流的标幺值计算法短路电流计算，根据电力系统的实际情况，可以采用标幺值或有名值计算，那 种方法方便就采用那种方法.在高压系统中通常采用标幺值计算.所谓标幺

13、值，是实际值与基准值之比.标幺值没有单位.设所选顶 定的基准值电压,基准电流，基准容量及基准电抗分别为，则这一元件的各已知量的标幺值分别为式中：S、U、I、X以有名单位表示的容量（MVA、电压（KV、电流（KA、电抗 ；冈 同 诃 耳一、-以基准量表示的容量 （MVA、电压（KV、电流到（KA、电抗 。工程计算上通常先选定基准容量和基准电压，与其相应的基准电流6 / 36和基准电抗，均可由这两个基准值导出。基准容量可采用电源容量或一固定容量，为了计算一致，通常采用=100MVA为基准容量；基准电压一般采用短路点所在级的网路平均额定电压，即=o表31电力系统各元件阻抗值的计算公式计算公式序号元件

14、名称给定参数电抗平均值通用式鸟=100MVA1发电机 或电动机）额定容量因 超瞬变电抗百 分数HHKI2变压器额定容量凶 阻抗电压百分比回H3106) KV电缆平均电压a 每千M电抗3 线路长度L0.08 L=Js4106） KV架空线路平均电压0 每千M电抗S线路长度L0.4 LsJ535KV架空线路平均电压凶 每千M电抗S线路长度L0.426电抗器额定电压a 额定电流H 电抗百分数a1 K 13.3短路电流的简化计算为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的情况下，忽略次要因素 的影响，做出一下规定：1）所有的电源电动势相位角均相等，电流的频率相同，短路前，电力 系统的电势和电流是对称的

15、。2）认为变压器是理想变压器，变压器的铁心始终处于不饱和状态，即电抗值不随电流的变化而变化7 / 363）输电线路的分布电容略去不计。4）每一个电压级采用平均电压，这个规定在计算短路电流时，所造成 的误差很小。因为电抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多。R时，可以略去电阻的影响。6）短路点离同步调相机和同步电动机较近时，应该考虑对短路电流值 的影响。有关感应电动机对电力系统三相短路冲击电流的影响：在母线附近的 大容量电动机正在运行时，在母线上发生三相短路，短路点的电压立即降低。 此时，电动机将变为发电机运行状态，母线上电压低于电动机的反电势。7）在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与近的电源不能合

16、并，两个容量相差很大的电源不能够合并。3.5,可以认为电源容量为无限大容 量的系统,短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。3.4在最大运行方式下的短路电流将有名值转换成标幺值:1.选择基准容量=100MA基准电压为各级电压的平均额定电压线路电抗取X=0.4线路L1:线路L2:线路L3:8 / 36110kv侧简化网络图:图3-2先将它化成星形：图3-3将己、日、三化成I、 “I、 I 0将_1、到合并成 匕；将_1、L_合并成L_ :9 / 36又由于3.5,故直接由冲击电流：35kv侧简化网络图:(I 取 1.810 / 36计算各电源点到短路点的转移电抗，化成:匕为S2到短路点的转移电

17、抗，匕是S1到短路点的转移电抗。它们分别应的计算抗:查0秒曲线得110kv侧短路电流:查0.2秒曲线得110kv侧短路电流:查4秒曲线得110kv侧短路电流:先将它化成星形:将 、凶合并成21 ；将 、二合并成21 ：将 、二合并成11 / 36图3-6IE3IE3II图3-7又由于3.5,故直接由计算各电源点到短路点的转移电抗，化成:135135-为S2到短路点的转移电抗，丨是S1到短路点的转移电抗。它们分别对应的计算电抗:查0秒曲线得35kv侧短路电流:查0.2秒曲线得35kv侧短路电流:查4秒曲线得35kv侧短路电流:12 / 36图3-4(I 取 1.8将它化成星形:13 / 36冲击

18、电流：10kv侧简化网络图:图3-7又由于3.5,故直接由将F、列合并成 丨；将F、 I合并成丨：将 、丨合并成计算各电源点到短路点的转移电抗，化成:I为S2到短路点的转移电抗，丨是S1到短路点的转移电抗。它们分别对应的计算电抗:查0秒曲线得10kv侧短路电流:查0.2秒曲线得10kv侧短路电流:14 / 36图3-4冲击电流:(丨取1.8主保护后备保查4秒曲线得10kv侧短路电流:短路电流计算结果:表3-1短路电流计算结果表IKA)屁(KA )MKA )“2 -最小运行方式下d(23-保护1第一段动作电流可见，Id的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关.最大运行方式:对每一套保护装置来讲

19、，通过该保护装置的短路电流为最大的方式 vZs.min)最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电 流为最小的方式。vZs.max)4.1.2整定值计算及灵敏性校验为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路短路整定视=1.21.3战为引入可靠系数，杲考虑非周期分量的影响。保护装置的动作电流：能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次测参数表示。IdZ)在图中为直线3,与曲线1、2分别交于a b点可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长。灵敏性：用保护范围的大小来衡量lmax、Imin。一般用lmin来校验、要求：电动机自起动电流要大于它正常工作电流，

20、因此引入自起动系数KZq_ I 列显然，应按2）式计算动作电流，且由 2 ）式可见，Kh越大，IdZ越 小，Klm越大。因此，为了提高灵敏系数，要求有较高的返回系数。1.5（符合要求7 72弭-saL x 100% =x 100% = 72 3%L L3.5满足要求）定时限过电流保护 川段保护）：J- V3x0.95xcospxEf 3 x0.95x0.75xl0 4 阪兀。校验:5.8 变压器零序电流保护中性点直接接地运行的变压器毫无例外的都采用零序过电流保护作用变压 器接地后备保护。零序过电流保护通常采用两段式：零序电流I段一一与相邻元件零序电流保护I段相配合；零序电流u段一一与相邻元件零

21、序电流保护后备段 不是u段）相配合。与三绕组变压器相间后备保护类似，零序电流保护在配置上要考虑缩小故 障影响范围的问题。根据需要，每段零序电流设两个时限，并以较短的时限动 作于缩小故障影响范围，以较长的时限断开变压器各侧断路器。图5-10零序过电流保护的系统接线和保护逻辑如图所示，零序过电流取自变压器中性点电流互感器的二次侧。在另一条 母线故障时，零序电流保护应该跳开母联断路器QF,使变压器能够继续运行。所以零序电流I段和U段均采用两个时限，短时限 、 跳开母联断路器 QF,长时限、 跳开变压器两侧断路器。零序电流保护I段零序电流I段的动作电流按下式整定：22 / 36aL saxsax375

22、01029,6可靠系数，取1.2;零序电流分支系数;I相邻元件零序电流I段的动作电流零序电流I段的短时限取匚三T；长时限在 厂 上再增加一级 时限。零序电流I段的灵敏系数按变压器母线处故障校验，校验方法与线路零序 电流保护相同。零序电流保护U段零序电流I段的动作电流按下式整定：此时式中的勺 应理解为相邻元件零序电流保护后备段的动作电流。动作时限：II二T. 为相邻元件保护后备段时限）；L零序电流U段的灵敏系数按相邻元件末端故障校验，校验方法与线路零序 电流保护相同。5.9变压器保护的整定计算5.9.1纵联差动保护的整定计算BCH-2型差动继电器构成的纵联差动保护按平均电压及最大容量计算变压器各

23、侧额定电流三-最大容量时绕组的额定容量；口 一一该侧的额定电压。计算互感器各侧二次回路额定电流23 / 36式中岀 三相对称情况下电流互感器的接线系数，电流互感器为星形接线时回=1,三角形接线时 =；电流互感器变比。计算变压器各侧的一次及二次电流值，并选择电流互感器的变比，如表所示。表5-1变压器和互感器各侧电流值名称：各侧数值额定电压：110KV38.5KV10KV额定电流凶t *CT接线方式：Ddy厂一 一 1CT一次电流计算目:2749选用CT变比：LrJS标准变比100300600CT二次额定电流旦回s所以选定10kv侧为基本侧。计算变压器各侧外部短路时的最大短路电流 变压器最大运行方

24、式下10kv侧的短路电流： 10kv侧简化网络图：24 / 36将它化成星形:25 / 36J为S2到短路点的转移电抗,别对应的计算电抗：J是S1到短路点的转移电抗。它们分又由于3.5,故直接由变压器最小将F、划合并成 丨；将F、 I合并成丨：将 、丨合并成计算各电源点到短路点的转移电抗，化成:查4秒曲线得10kv侧短路电流:运行方式下10kv侧的短路电流:10kv侧简化网络图：26 / 36图3-4将它化成星形:将匕、凶合并成21 ;将 、21合并成21 :将 、二合并成I :计算各电源点到短路点的转移电抗，化成:27 / 36图5-1123蘇5又由于3.5,故直接由-为S2到短路点的转移电抗，一是S1到短路点的转移电抗。它们分别对应的计算电抗：查4秒曲线得10kv侧短路电流:按照下面三个条件确定保护装置的一次动作电流躲过变压器励磁涌流：-可靠系数，取1.3 ;X