35KV降压变电站继电保护设计

1、HEZHOU UNIVERSITY本科毕业论文某35KV降压变电站变压器继电保护的配置及整定计算系别专业年级学学生姓名联系方式指导教师完成日期:物理与电子信息工程系电气工程及其自动化职称：2011 仔 6 月 1 口某 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

2、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ABSTRACTThis graduation project topic is: A 35kV step-down transformer substation of main transformer protection design .According to the design request, the design process using a lot of knowledge, therefore how knowledge sys

3、tematic became the key. If this design using the factory of the overwhelming majority of power supply of basic theory and design scheme, so in the design process emphasis on knowledge systematic ability. Design can be divided into several parts: load calculation and reactive power calculation and co

4、mpensation, Substation position and form the choice, Main transformer substation sets and capacity and main wiring schemes choice; The calculation of short-circuit current, Once substation equipment choice and calibration, Substation high and low voltage circuit choice; The secondary circuit substat

5、ion plan selection and relay protection setting, Lightning protection and grounding device is identified.Through this design, has studied the design essential method, since the consolidated four years have studied the knowledge, raises the independent analysis question ability, moreover deepens to t

6、he transformer substation comprehensive understanding.currentKey words: Load calculationRelay protectionReactive power Short-circuit目录摘要Abstract 2第一章绪论 11.1 继电保护的概述 11.2 继电保护装置具备的基本性能 11.3 继电保护基本原理和保护装置的组成 11.4 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 32.1 系统分析及继电保护要求 32.2 本系统故障分析 32.3 6.6kV线路继电保护装置 42.4 主变

7、压器继电保护装置设置 42.5 变电所的自动装置 52.6 本设计继电保护装置原理概述 52.6.1 6.6kV线路电流速断保护 52.6.2 6.6kV线路过电流保护 52.6.3 平行双回线路横联方向差动保护 52.6.4 变压器瓦斯保护 62.6.5 变压器纵联差动保护6第三章短路电流计算73.1 基准参数选定 73. 2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 94.1 瓦斯保护 94.2 纵联差动保护：选用BCH-2型差动继电器 104. 2. 1纵联差动保护原理图及其展开图104.2.2 计算Ie及电流互感器变比 114.2.3 确定基本侧动作电流 114.2.4 确定

8、基本侧差动线圈的匝数和继电器的动作电流 124.2.5 确定非基本侧平衡线圈和工作线圈的匝数 134.2.6 计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差fza 144.2.7 初步确定短路线圈的抽头 144.2.8 保护装置灵敏度校验 144.3 过电流保护 144.4 过负荷保护 164.5 冷却风扇自起动 16总结 17参考文献1 819附录第一章 绪论1.1 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。1.2 继

9、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。1.3 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

10、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“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

11、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

12、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。1.4 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

13、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

14、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2.1 系统分析及继电保护要求本设计35/6.6kV系统为双电源35kV单母线分段接线，6.6kV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。2.1.1 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。2.2 本

15、系统故障分析2.2.1 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。2.2.2 电力变压器的故障，分为外部故障和部故障两类。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。变压器的部故障可以分为油箱和油箱外故障两种。油箱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。2.2.3 变压器的不

16、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。2.3 6.6kV 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：2.3.1 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， 0 S 跳闸。2.3.2 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。2.4 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

17、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）。2.5 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

18、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 6.6kV 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（DL）及6.6KV母联断路器（DLQ处 装设备用电源自动投入装置（ BZT）。3.频率是电能质量的

19、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 0.5Hz，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 6.6kV 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。2.6 本设计继电保护装置原理概述2.6.1 6.6kV 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

20、线方式，本设计选用无时限电流速断保护。2.6.2 6.6kV 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 电流速断保护围以外的故障，其保护围为本线路全部和下段线路的一部分。2.6.3 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，

21、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OS,由于横联保护在相继动作区短路时，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。2.6.4 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部故障；当变压器部发生 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

22、闭合，这时作用于跳闸并发信，称为重瓦斯保 护。2.6.5 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

23、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。以提高保护装置的励本设计采用较经济的BCH-2型带有速饱和变流器的继电器, 磁涌流的能力。第三章短路电流计算3.1基准参数选定SB100MVAUbUav 即：35kV 侧 Ub37kV，6.6kV 侧 Ub6.9kVSb1001.56,3Ub1,3 37Sb1008.373UB23 6.9Uk%Sd7.5 100000,1100SN100 7500|bi|B2又变压器的阻抗XT*为，Xt*(1)最大运行方式下:因已知35kV侧的短路容量Si=75MVA&Uci=37kV,此时2台变压器并列运行，可求短路电流Umax| |

24、 max1S13Uc175kA 1.170kA .3 37|B1J又| k max 1X1*XiIb11.561.33|kmax11.17则6.6kV侧的短路电流可求得:X man X 1XtXt =1.33+1/1=1.83|B2| k max 2Xman竺75.471 kA1.83系统等效图如图3-2-1所示2/11/1.33 l3/1图 3-2-1(2)最小运行方式下:因已知35kV侧的短路容量Sk2 =70MVA且Uc2 =6.9kV，此时只有一台运行，可求短路电流I k min 1Sk270Ikmin1kA 1.092kA3Uci73 376.6kV侧短路电流Ikmin 2可求得X

25、minXi* XT* =1.33+1=2.33Ib2 8.37I min 23.592kA11 Xmin 2.33系统等效图如图3-2-2所示1/1.332/1图 3-2-2第四章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的动作值按气体容积为 250300cm整定，本设计采用280 cm2。重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.61.5 cm2整定本，本设计采用0.9ent瓦斯继电器选用FJ3-80型。瓦斯保护原理图及展开图如4-1-1和4-2-2图所示41TQ图 4-2-2图 4-1-14.2纵联差动保护：选用BCH-2型差动继电器4-2-1纵联差动保护原理图及其展开图如下

26、所示1DIL图 4-2-1训11-mKA1/_m.Z1m图 4-2-2图 4-2-3计算Ie及电流互感器变比表5-1变压器纵差动保护用互感器变比选择名称各侧数据Y( 35kV) ( 6.6kV)额定电流I 1e=S/ V3 Ule = 123.7AI 2e=S/ V3 U2e=656.1A变压器接线方式YCT接线方式YCT计算变比护 I 同5=214.2/512e/5=656.1/5实选CT变比m250/5800/5实际额定电流护 I 1e/5=5.36AI 2e/5=5.15A不平衡电流Ibp5.36-5.15=0.21A确定基本侧基本侧非基本侧确定基本侧动作电流(1) 躲过外部故障时的最大

27、不平衡电流1 dz1k|Jbp(5.1)利用实用计算式1 dz1 Kk(KfzqKtxfj U fza)1 d2lmax( 5.2)式中Kk 可靠系数，米用1.3 ；Kfzq 非同期分量引起的误差，采用1；Ktx 同型系数，CT型号相同且处于同一情况时取 0.5，型号不同时取1,本 设计取1;U 变压器调压时所产生的相对误差，采用调压百分数的一半，本设计取0.05 ; fza 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，先采用中间值0.05。f1 电流互感器的最大相对误差，取0.1。代入数据得Idz1 1.3 (1 1 0.10.05 0.05) 1.17304.2A(2) 躲

28、过变压器空载投入或外部故障后电压恢复时的励磁涌流Idzi Kkle（5.3）式中 Kk 可靠系数，采用1.3。I e 变压器额定电流。代入数据得ldz1 1.3 123.7160.81A（3）躲过电流互感器二次回路短路时的最大负荷Idz1 1.7 123.7210.29A比较上述（1），（2），（3）式的动作电流，取最大值为计算值，即Idz1 304.2A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（35

29、kV）继电器动作值代入数据得1 dzjsK jx 1 dz(5.5)1 dzjsl亠也2 10.54A50基本侧继电器差动线圈匝数WcdjslAwo1 dzjsl(5.6)式中 A wo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安匝代入数据得选用差动线圈与一组平衡线圈匝数之和较WcdjsI小而相近的数值，作为差动线圈整定匝数WcdZ即实际整定匝数5 （匝）继电器的实际动作电流I dzhlA woWcdZ60512A保护装置的实际动作电流dzINi 12K jx 31 dzjl50346.42AzaW phjsW phzW phjs Wcdz0.20 00.20 50.038

30、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 A fQ OWphjs 严 Wcdz 5 （話 1）0.20 （匝）Ie2J5.15故，取平衡线圈实际匝数Wphjs 0工作线圈计算匝数WgzWphjsWcdz0 5 5 （匝）fza计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差此值小于原定值0.05，取法合适，不需重新计算初步确定短路线圈的抽头根据前面对BCH-2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“ C-C”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。保护装置灵敏度校验差动保护

31、灵敏度要求值 K im 2本系统在最小运行方式下，6.6KV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K|m0.866 Kjx1 dimindzl0.866 1 3.5920.346428.97 2满足要求4.3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IdzKkIe1Kh(5.7)式中 Kk 可靠系数，采用1.2 ；Kh 返回系数，采用0.85。代入数据得过电流保护原理图4-3-1dz 竺型 174.64A0.85继电器的动作电流?3跳跳LDL电流继电器的选择：DL-21C/10，电流整定值为7A。(2) 灵敏度按保护围末端短路进行校验，灵敏系数不小于1.2灵敏系数Kim0.866 Kjxld3lmindz0.866 1 0.346420.1746