35KV变电站继电保护初步设计

目录

第一章本课程设计的重要任务..........................................................

第二章课程设计任务书..................................................................2

第三章课程设计内容及过程.............................................................4

1变电所继电保护和自动装置规划...................................................4

1.1系统分析及继电保护规定：..................................................4

1.2本系统故障分析：...........................................................d

1.310kv线路继电保护装置：...................................................4

1.4主变压器继电保护装置设立：...............................................4

1.5变电所的白动装置：.........................................................5

1.6本设计继电保护装置.原埋概述：.................................................5

2短路电流计算......................................................................6

2.1系统等效电路图：...........................................................6

2.2基准参数选定：.............................................................7

2.3阻抗计算（均为标幺值）：.................................................7

2.4短路电流计算：..................................................................7

3主变继电保护整定计算及继电器选择.............................................8

3.1瓦斯保护：...................................................................8

3.2纵联差动保护：..............................................................8

3.3过电流保护：..............................................................10

3.4过负荷保护：..............................................................11

3.5冷却风扇自起动：....................................................................11

第四章课程设计总结.................................................错误味定义书签。

参考文献...............................................................错误味定义书签。

第一章本课程设计的重要任务

（1）本设计为35KV降压变电所。主变容量为6300KVA,电压等级为35/10KV；

（2）搜集原始资料；

（3）完毕对本系统的故障分析；

（4）对10kv线路继电保护装置、主变压器继电保护装置设立、变电所的自

动装置的设计；

（5）对短路电流的整定与计算;

（6）主变继电保护整定计算及继电器选择;

（7）完毕设计报告。

第二章课程设计任务书

一、设计基本资料

本设计为35KV降压变电所。主变容量为6300KVA,电压等级为35/10KV。

35KV供电系统图，如图1所示。

10kv母线

负荷情况，最大负荷线路长度

功率因数回路数供电方式

见下表：(kv)(km)

负荷名称

织布厂12000.851架空线8

胶布厂11000.851架空线7

印染厂14000.852架空线13

配电所15000.852架空线10

炼铁厂17000.852架空线10

Bl.B2主变容量、型号为6300kVA之SF1-6300/35型双卷变压器，Y-A/11

之常规接线方式，具有带负荷调压分接头，可进行有载调压。其中Uk%=7.5。

运营方式：以SI、SII全投入运营，线路L1~L4全投。DL1合闸运营为最大

运营方式；以SII停运，线路L3、L4停运，DL1断开运营为最小运营方式。

己知变电所10KV出线保护最长动作时间为1.5s。

二、设计内容：

1.系统运营方式制定.

2.短路电流计算.

选基值、计算各元件标幺值、作序网络图、计算继电保护自动装置的整定、

计算所需要的电气参数、作短路电流计算结果表。

3.继电保护配置及整定计算：

①根据继电保护设计技术规程结合本站一次电力系统接线图给35KV线路

及变压器配置相应的继电保护。

②根据继电保护整定计算原则对变压器、线路配置的继电保护进行整定计

算。

4.编写设计说明书

三、设计依据：

1.设计任务书。

2.国标GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》。

四、设计成果

课程设计说明书。

第六章课程设计内容及过程

1变电所继电保护和自动装置规划

L1系统分析及继电保护规定：

本设计35/10KV系统为双电源35KV单母线分段接线，10KV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。

1.1.1为保证安全供电和电能质量，继电保护应满足四项基本规定，即选择性、

速动性、灵敏性和可靠性。

L2本系统故障分析:

1.2.1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

力变压器等重要设备。就线路来讲，其重要故障为单相接地、两相接地和三相接

地。

1.2.2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，它也许引起变压器出线

端的相间短路或引出线碰接外壳。

•变压器的内部故障有相间短路、绕组的匝间短路和绝缘损坏。

1.2.3变压器的不正常运营过负荷、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。

1.310kv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，设立相应的继电保护装置如下：

2.3.1单回出线保护：合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，OS跳闸。

2.3.2双回路出线保护：合用于印染厂、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.

1.4主变压器继电保护装置设立：

变压器为变电所的核心设备，根据其故障和不正常运营的情况，从反映各种不

同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，设立相应的主保护、异常

运营保护和必要的辅助煤护如下:

1.4.1主保护：瓦斯保护（以防御变压器内部故障和油面减少）、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）。

1.4.2后备保护：过电流保护（以反映变压器外部相间故障）、过负荷保护（反

映由于过负荷而引起的过电流）。

1.4.3异常运营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）。

1.5变电所的自动装置：

1.5.1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。若运营人员试行强送，随可以恢复供电，但速度较慢，用户的大多设备

（电动机）己停运，这样就干扰破坏了设备的正常工作，因此本设计在10KV各

出线上设立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导致的损

失。

1.5.2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10KV母联断路器

（DL8）处装设备用电源自动投入装置（BZT）o

1.5.3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,

运营频率和它的额定值见允许差值限制在0.5Hz内，频率减少会导致用电公司

的机械生长率下降，产品质量减少，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减少，因此，为保证系统频率恒定和重要用户

的生产稳定，本设计10KV出线设立自动频率减负荷装置（ZPJH）,按用户负荷

的重要性顺序切除。

L6本设计继电保护装置原理概述：

1.6.110KV线路电流速断保护：

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。

1.6.210KV线路过电流保护：

运用短路时的电流比正常运营时大的特性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，有定期限过电流保

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，选用定期限过电流保护，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

所有和下段线路的一部分。

1.6.3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，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，双回线路运营时能保证有选择

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。

1.6.4变压器瓦斯保护:

运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气愤体。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。

1.6.5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，在正常运营和外部短路时，二次

电流在臂中环流，使差动保护在正常运营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。但事实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：

（1）靠整定值躲过不平衡电流

（2）采用比例制动差动保护。

（3）采用二次谐波制动。

（4）采用间歇角原理。

（5）采用速饱和变流器。

本设计采用较经济的BCH-2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。

2短路电流计算

2.1系统等效电路图：

3系统等效电路图（各阻抗计算见3.3）

2.2基准参数选定：

S=1000MVA,U=U即：35kv侧U=37kv,10kv侧U=10.5kv0

2.3阻抗计算（均为标幺值）：

1）系统：Xl=100/200=0.5X2=100/250=0.4

2）线路：LI,L2:X3=X4=11X1SB/VB2=O.4X15X100/372=0.438

L3,L4:X5=X6=13SB/VB2=0.4X10X100/372=0.292

3)变压器：Bl,B2：X7=X8=(Uk%/100)SB/S=O.075X100/6.3=1.19

2.4短路电流计算:

1)最大运营方式：系统化简如图4所示。

其中：X9=X2+X3〃X4=0.719X10=Xl+X5〃X6=0.546

X11=X10〃X9=0.31X12=X11+X7=1.5

据此，系统化简如图5所示。

故知35KV母线上短路电流：

10KV母线上短路电流：/J2max=IB2/X12=5.5/1.5=3.667(/C4)

折算到35KV侧：〃2叱=7BI//I2=1.56/1.5=1.M(/C4)

对于d3点以炼铁厂计算：〃3max=5.5/(1.5+3.628)=1.O73(K4)

ii

/OJT

35KV

10KV

图4图5

2)最小运营方式下：系统化简如图6所示。

因SH停运，所以仅考虑Si单独运营的结果；X13=X9+X7=0.719+1.19=1.909

所以35KV母线上短路电流：I

所以10KV母线上短路电流：

折算到35KVW：Zrf21min=IHi/Xl3=1.56/1.909=0.817(/C4)

对于d3以炼铁厂进行计算：Id.mm=5.5/(1.909+3.628)=0.282(7C4)

折算到35KV侧:

O

35"/dy

7(8)

1.19/d2

//Xj=3.(528

图6

3主变继电保护整定计算及继电器选择

3.1瓦斯保护：

轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250〜300整定，本设计采用2800

重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.6〜1.5整定本，本设计采用

0.9c

瓦斯继电器选用FJ3-80型。

3.2纵联差动保护：

选用BCH-2型差动继电器。

3.2.1计算Ie及电流互各侧数据

感器变比，列表如卜：

Y(35KV)A(10KV)

名称

额定电流儿=5/疯儿=103.9，2e=S/&2e=346.4A

变压器接线方式YA

CT接线方式AY

CT计算变比V3Zk>/5=180/5/2e/5=346.4/5

实选CT变比m200/5400/5

实际额定电流V3Zk/5=4.50A/2e/5=4.33

不平衡电流Ibp4.50-4.33=0.17A

拟定基本侧基本侧非基本侧

3.2.2拟定基本侧动作电流：

1)躲过外部故障时的最大不平衡电流Idz\>KKIbp...............(1)

运用实用计穿式：

式中：一可靠系数，采用1.3；

一非同期分量引起的误差，采用1;

一同型系数，CT型号相同且处在同一情况时取0.5,型号不同时取1,本

设计取lo

AU—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0.05o

△一继电器整定匝书数与II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。

代入数据得如=1.3x(lx1x0.1+0.05+0.05)x1.04=270.4(A)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

d：\(2)

式中：一可靠系数，采用1.3；

一变压器额定电流：

代入数据得/rfzl=1.3x103.9=135.1(A)

3)躲过电流互改器二次回路短线时的最大负荷电流

的=心①2...................................................(3)

式中：一可靠系数，采用1.3；

心一正常运营时变压器的最大负荷电流；采用变压器的额定电流。

代入数据得ldzl=1.3x103.9=135.1(4)

比较上述(1),(2),(3)式的动作电流，取最大值为计算值，

即：

3.2.3拟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，基本侧的继耳器动作电流及线圈匝数计算如下：

基本侧(35KV)继电器动作值

代入数据得270.4/40=11.71(^)

基本侧继电器差动线圈匝数叱.刎=4皿/〃向

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。

代入数据得叱加=60/11.71=5.12(匝)

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

线圈整定匝数。

即：实际整定匝数

继电器的实际动作电流1=4卬。/%”604=12(A)

保护装置的实际动作电流屋\二屋小"卜=12x40/6=277.14

3.2.4拟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3PhisU=-Wa=5x(4.5/4.33-1)=0.19(匝)

故，取平衡线圈实际匝数

工作线圈计算匝数WM=亚即口+叱位=5(匝)

3.2.5计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差△*

△3=(W-u-W加“/(W加口+Wq=(0.19-0)/(0.19+5)=0.04

此值小于原定值0.05,取法合适，不需重新计算.

3.2.6初步拟定短路线圈的抽头

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，还应考虑继电潜所接的

电流互感器的型号、性能等，抽头是否合适，应通过变压器空载投入实验最后拟

定。

3.2.7保护装置灵敏度校验

差动保护灵敏度规定值

本系统在最小运营方式下，10KV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Km=0.866K/IJzl=0.866x1x0.817/0.2771=2.55>2满足规

定。

3.3过电流保护：

1)保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定

式中：一可靠系数，采用1.2；

一返回系数，采用0.85；

代入数据得1</:=1.2x103.9/0.85=146.7(A)

继电器的动作电流I句=1//?1=146.7/(40/73)=6.35(A)

dz

电流继电器的选择：DL-21C/10

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：

满足规定。

3.4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

I</2=K"/Kf=1.05x103.9/0.85=128.4(A)

1如—=128.4x6/4。=5056(A)

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，在达成时限后仍未返回，则动作ZDJH装置。

3.5冷却风扇自起动:

L=0.7"=0.7x103.9=72.74⑷

I㈤=匕/々=72.74/(40/73)=3.15(A)

即，当继电器电流达成3.15A时，冷却风扇自起动。

第四章课程设计总结

一、完毕了对变电所的自动装置、10kv线路继电保护装置、主变压器继电

保护装置设立的设计；对短路电流的整定与计算以及主变继电保护整定计算及继

电器选择。

二、通过本次