最新110kV企业变电站短路电流计算及继电保护整定计算汇总

1、110kV企业变电站短路电流计算及继电保护整定计算精品资料目录1前言 32任务变电站原始资料 52. 1电力系统与本所的连接方式 52.2主变压器型号及参数 52. 3负荷及出线情况 63短路电流计算 73. 1基本假定 73.2基准值的选择 73. 3各元件参数标么值的计算 83 . 4短路电流的计算 101. 5短路电流计算结果 154继电保护的配置 1 64 . 1继电保护的基本知识 165 .2变压器保护配置及整定计算 19图6瓦斯保护原理示意图246 .3 10kV线路保护配置及整定计算 275结论 2 86总结与体会 297谢辞 308参考文献 3 1仅供学习与交流，如有侵权请联系

2、网站删除谢谢3精品资料1刖百由于电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要 求，电子技术，计算机技术与通信技术的飞速发展又为继 电保护技术的发展不断注入新的活力。未来继电保护的发 展趋势是向计算化，网络化及保护，控制，测量，数据通 信一体化智能化发展。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

3、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。本次毕业设计的主要内容是对110kV企业（水泥厂） 变电站进行短路电流的计算、保护的配置及整定值的计 算。参照电力系统继电保护配置及整定计算，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 验从而来确定方案中的保护是否适用来编写的。 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢3精品资料设计分五大章节，其中第三章是计算系统的短路电流，确定各点短路电流值；第四章是对各种设备保护的配

4、 置，首先是对保护的原理进行分析，保护的整定计算及灵 敏性校验，其后是对变压器保护配置及整定计算以及10kV线路保护配置及整定计算。由于编者水平有限，设计之中难免有些缺陷或错误, 望批评指正。仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢52任务变电站原始资料2. 1电力系统与本所的连接方式本110kV企业（水泥厂）变电站，采用110kV电压等 级供电，具110kV电源来自220kV枢纽变电站，采用架 空导线，系统示意图如图1所示。图1:UOkV电源 来触20处枢纽变电站电容补偿回跻2. 2主变压器型号及参数型号：SZ1 0- 25000/ 1 1 0,额定电压：1 108X1. 25%/ 10

5、. 5容量比：100/100短路电压：Uk%=10. 5接线方式：Yn, d112. 3负荷及出线情况2. 3. 1 1 10kV进线1回，采用LGJ-150架空导线， Pmax=16MW, Pmi n = 1MW, cos =0. 86, L = 11km。2. 3. 2 10kV出线2回，全部为三芯电力电缆出线。2. 3. 3原料磨配电站采用4根三芯YJV- 120电缆，Pmax = 9MW, cos =0. 8, L = 0. 2km。2. 3. 4窑头配电站采用4根三芯YJV- 120电缆，Pmax = 6MW, cos =0. 85, L = 0. 8km。3. 3. 5电容补偿回路

6、采用YJV- 70电缆，Q=8400kvar ,L = 0. 02km。精品资料3短路电流计算3.1 基本假定3. 1. 1系统运行方式为最大运行方式。3. 1.2磁路饱和、磁滞忽略不计。即系统中各元件呈线 性，参数恒定，可以运用叠加原理。3. 1. 3在系统中三相除不对称故障处以外，都认为是三相 对称的。3. 1.4忽略对计算结果影响较小的参数，如元件的电阻、 线路的电容以及网内的电容器、感性调和及高压电 机向主电网的电能反馈等。3. 1.5短路性质为金属性短路，过渡电阻忽略不计。3. 1.6系统中的同步和异步电机均为理想电机。4. 2基准值的选择为了计算方便，通常取基准容量Sj = 100

7、MVA；基准电压Uj取各级电压的平均电压，即Uj = Up =1. 05Ue；基准电流IjSj基准电抗Xj2Uj Uj3IjSj仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢7常用基准值如表1所示。精品资料表1常用基准值表(Sj = 100MVA)基准电压Uj (kV)3. 156. 310.5371 15230基准电流Ij(kA)18.339. 165. 501. 560. 5020. 251基准电抗Xj(Q)0. 09920. 3971.1 013. 71325303. 3各元件参数标么值的计算电路元件的标么值为有名值与基准值之比，计算公式如下：U*S*3U jI jSjSjX 2U j采用标

8、么值后，相电压和线电压的标么值是相同的，单相功率和三相功率的标么值也是相同的，某些物理量还可以用标么值相等的另一些物理量来代替，如I* = S*。电抗标么值和有名值的变换公式如表2所示。表2中各元件的标么值可由表1中查得表2各电气元件电抗标么值计算公式元件名称标 么 值备注发电机 调相机 电动机Y,Xd%SjXd*_100Pn /cos、/ n /Xd%为发电机次暂态电抗的百分值变压器YUk% SjXT*100SnUk%为变压器短路电压 百分值，工为最大容 量线圈额定容量电抗器yXk%UnSjX k*210031N u2Xk%为电抗器的百分电抗值线路Xl* XoI 2 U jl线路长度系统阻抗

9、SbSbXc*一SkdSSkd为与系统连接的断 路器的开断容量；s为 已知系统短路容量其中线路电抗值的计算中，X0为:6220kV架空线35kV三芯电缆610kV三芯电缆表2中Sn、Sb单位为取 0. 4 Q / kM取 0. 12 Q / kM取 0. 08 Q / kMMVA, Un、Ub 单位为 kV, I nI b单位为kA仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢11本110kV企业（水泥厂）变电站各元件参数标么值计算如下:3. 3. 1主变压器:y Uk% Sj10.5X t*100SN100鬃 0.423. 3. 2原料磨配电站线路:SjX1*Xl- 0.08 0.2U1 21

10、0010.520.0145123. 3. 3窑头配电站线路:SjX1* X0T 0.08 0.8U210010.520.058053. 4短路电流的计算3. 4. 1网络变换计算公式串联阻抗合成：XX1X2Xn并联阻抗合成：X1，Xn1当只有两支时X1X2Xi X23. 4.2短路电流计算公式短路电流周期分量有效值：IdX*短路冲击电流峰值：ich,2% Id短路全电流最大有效值：Ich Id# 2 Kch 1 X1X2式中Kch为冲击系统，可按表3选用。精品资料表3不同短路点的冲击系数短路点Kch推荐值v12Kch发电机端1. 902. 69发电厂高压侧母线及发电机电抗器 后1. 852.

11、62远离发电厂的地点1. 802. 55注：表中推荐的数值已考虑了周期分量的衰减3.4.3最大运行方式下短路电流的计算最大运行方式下等值电路标么阻抗图见图2/ 0, 09678115RVd10. 42d25 0145120. 05805原料磨配电站窑头配电站10, 5kV仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢13d 1 ： X*0.09678精品资料JjX0.5020.096785.187仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢21ich . 2 Kch I d 2.55 5.187 13.227:.21ch1d 1 2 Kch 15.187 1.51 7.832d2 : X*0.09

12、678 0.42 0.51678IjX*5.50.5167810.643d3 : Xd4 : XIjX*5.50.574839.568ich . 2 Kch I d 2.55 10.643 27.14 ccIch I d , 1 2 Kch 1 210.643 1.51 16.0710.09678 0.42 0.014512 0.531292IdL -5510.352X*0.531292ich 2 Kch Id 2.55 10.352 26.398Ich Id 1 2 Kch 1 210.352 1.51 15.6320.09678 0.42 0.05805 0.57483ich 2 Kch

13、Id 2.55 9.568 24.398Ich 1d .i 2 Kch 1 29.568 1.51 14.4483. 4.4最小运行方式下短路电流的计算最小运行方式下等值电路标么阻抗图见图30. 138292115UV0. 4210. 5kVd2Z0. 0145120. 05805原料燎己电站窑头配电站di： X*0.138292IdIjX*0.5020.1382923.63ich . 2 Kch I d 2.55 3.63 9.257I ch Id 1 2 Kch 1 23.63 1.51 5.481d2： X*0.138292 0.42 0.558292IjX*5.50.5582929.8

14、51d3: XIjX*5.50.5728049.602ich . 2 Kch I d 2.55 9.851 25.12一2_一1ch1d , i 2 Kch 19.851 1.51 14.8750.138292 0.42 0.014512 0.572804ich .2 Kch Id 2.55 9.602 24.485 cc2d4: XIch Id 1 2 Kch 19.602 1.5114.4990.138292 0.42 0.05805 0.616342IdIjX*5.50.6163428.924ich 2 Kch Id 2.55 8.924 22.756Ich Id .1 2 Kch 1

15、28.924 1.51 13.4751.5短路电流计算结果110kV企业(水泥厂)变电站相关短路电流计算结果见下表4。表4短路电流计算结果表短路点短路电流周期分 量(有效值) Id(kA)短路冲击电流(峰值) i ch(kA)短路全电流最大 有效值I ch(kA)最大运行方式下di5. 1 8713. 2277. 832d210. 64327. 1416. 071d310. 35226. 39815. 632d49.56824. 39814. 448最小运行方式下di3. 639. 2575.481d29.85125. 1214. 875d39.60224. 48514. 499d48.924

16、22. 7561 3. 4754继电保护的配置4. 1继电保护的基本知识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

17、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

18、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。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

19、保护。比如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构I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f测量f逻辑f执行f跳闸或信号整定

20、值测量元件：具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。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。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。对继电保护的基本要求：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

21、减小 停电范围。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。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型如何，都能灵敏地正 确地反应出来。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。4. 2变压器保护配置及整定计算4. 2. 1变压器保护配置电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的 故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。 因此，我们必须研究变压器有哪些故障和不正常运行状

22、 态，以便采取相应的保护措施。变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油 箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路以及中 精品资料性点直接接地侧的接地短路。这些故障的发生会危害电力 系统的安全连续供电。油箱内的故障包括绕组的相间短 路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。油箱内故障 时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁芯，而且 由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体， 有可能引起变压器油箱的爆炸。变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定 容量引起的过负荷、风扇故障或漏油等原因引起冷却能力 的下降等，这些运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对 于中性点不接地运行的星形

23、接线方式变压器，外部接地短 路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝 缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式下会 发生变压器的过励磁，引起铁芯和其它金属构件的过热。主保护：电流差动保护、瓦斯保护后备保护：过电流保护/低压闭锁过电流保护/复合电 压闭锁过流保护/阻抗保护/零序过电流保护/零序过电压 保护/过负荷保护/过激磁保护。两种配置模式：(1)主保护、后备保护分开设置(2)成套保护装置，重要变压器双重化配置4. 2.2纵联差动保护以双绕组变压器为例来说明实现纵差动保护的原理,如图4所示。仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢27图4变压器纵差动保护的原理接线 由于变压器高

24、压侧和低压侧的额定电流不同，因止匕，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电 流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，亦即在正常运行和外部故障时，差动回路的电流等于零。例如在图4中，应使， ，%ni2I 1 7二 nBI 1式中nii一高压侧电流互感器的变比；ni2 一低压侧电流互感器的变比；nB 变压器的变比（即高、低压侧额定电 压之比）。由此可知，要实现变压器的纵差动保护， 就必须适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于 变压器的变比nB,这是与前述送电线路的纵差动保护不同 的。这个区别是由于线路的纵差动保护可以直接比较两侧 电流的幅值和相位，而变压器的

25、纵差动保护则必须考虑变 压器变比的影响。本次设计所采用的变压器型号为：SZ- 25000/ 1 1 0。 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两侧电流差 动，其中高电压侧电流引自高压侧电流互感器，低压侧电 流引自变压器低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护 范围为二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变压器的 主保护，其接线原理图如图5所示。正常情况下，i2=i2 即：,工乜 ”也nT （变压器变比）B n211 ni所以这时Ir = 0,

26、实际上，由于电流继电器接线方式，变压 器励磁电流，变比误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一一瓦斯保护。11I2I1/n1 i2/n2I ITA2KD图5纵联差动保护原理示意图4. 2.3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

27、合 使用才能做到优势互补，效果更佳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。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上。其中轻瓦斯按气体容积进行整 定，整定范围为：250300cm3, 一般整定在 250cm3 。 重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为：0. 61. 5m/s, 一般整定在1W

28、s。瓦斯保护原理如图6所示。图6瓦斯保护原理示意图4. 2.4保护配置的整定对于本次设计来说，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)避越变压器的励磁涌流：Idz krel Ie 1.3 165 214 A 其中krel为可靠系数，取1. 3,而Sc31500Iem方F 165 A为变压器的额定电流。、3ue 、3 110(2)避越外部短路时的最大不平衡电流：(3)Idz k rel ktxk fzq f iu110 f za I dz.max1.3 1 1 0.1 0.1 0.05 995 323.381.3 1 1 0.1 0.1 0.05 995 323.38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 ;kfzq为非周期分量引起的误差，取1； fza建议采用中间值 0. 05； U110取0. 1； Idz.max为变压器外部最大运行方式下 的三相短路电流，由前面的计算结果知Idz.max=995。(3)躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流：Idz 1.3Ie 1.3 165 214 A而保