某35kV变电站继电保护设计

1、1前言现在随着科学的发展，电力系统能否安全稳定地运行，将直接影响国民经济和社会发展。 如果电力系统发生自然或人为故障，如果不能立即有效控制，就会失去稳定的运行，破坏电网，造成大面积停电，给社会带来毁灭性的结果。 继电器保护(包括安全自动装置)是保障电力设备安全，防止和限制电力系统长期大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。 许多例子表明，继电器保护装置不正确工作，事故就会扩大，后果严重。 因此，加强继电保护的设计和整定计算是保证电网安全稳定运行的重要工作。为了满足电网对继电器保护提出的可靠性、选择性、灵敏度、速动性要求，必须充分发挥继电器保护装置的性能，合理选择保护值，维持各保护之间的相

2、互合作关系。 进行电网继电保护值的整定计算是保证电力系统安全运行的必要条件。继电保护装置的基本任务是自动、快速、选择性地切除系统故障部分，尽可能降低故障部件的损伤程度，保证该系统没有故障的部分迅速恢复正常。 反映电气部件的异常运转状态，根据运转维护的具体条件和设备的能力，发出信号，减少负载，或延迟跳闸。2继电器保护介绍2.1继电保护结构的原理继电器保护主要利用电力系统元件发生短路或异常时的电量、电流、电压、电力、频率等变化构成继电器保护动作的原理，并伴有其他物理量，例如变压器箱内故障时产生的大量气体和油流速度的增大或油压强度的上升。 在许多情况下，继电器保护装置不管使什么样的物理量反应，都包括

3、测定部、值调整部、逻辑部、执行部。继电器保护原理的结构框图如下所示图2.1继电器保护原理结构方框图图2.2跳闸或信号原理图2.2继电器保护的基本构成测量比较部：测量保护的电气部件的电气参数，并与基准值进行比较。逻辑判断部：根据上述比较结果，判断系统是正常运行、故障还是异常运行。执行部：根据判断的运行状态动作还是不动作。2.3继电器保护的基本要求技术上需要满足选择性、速动性、灵敏度、可靠性四个基本要求。 对于作用于断路器跳闸的继电器保护，应该同时满足这四个基本要求，对于作用于信号的继电器保护装置和仅对异常运转状况作出反应的继电器保护装置，这四个基本要求中的一些可以降低速动性。选择性继电保护装置的

4、动作选择是指，在系统内的设备或线路短路时，该继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切断，在故障的设备或线路的设备或断路器拒绝动作时，通过邻接的设备或线路的保护来切断故障。 虽然扩大了停电范围，但抑制了故障的扩大，起到了对下一条线路的备份保护的作用。速递性快速切除故障，可以提高电力系统运行的稳定性，减轻故障设备的损坏程度，防止故障扩大，提高自动重新接通的成功率，减少对功耗单位的影响，迅速恢复系统的正常运行。故障切除的时间等于继电器保护装置的工作时间与断路器跳闸时间之和，对于反应故障的继电器保护，要求迅速工作的主要原因和必要性如下(1)迅速切除故障，能提高电力系统并行运行的稳定性(2)快速切除故

5、障可以防止故障扩大，提高自动再接通和备用电源或设备的自动接通成功率，因为快速切除故障，提高了故障点的空腹灭弧速度，缩短短路持续时间，防止接地故障发展成相间故障的二相短路发展成三相短路，暂时故障发展成永久故障等。(3)快速切除故障可以减少电厂电力和用户电压下降的时间，加快恢复正常运行的过程，保证电厂电力和用户工作的稳定性。(4)迅速切除故障可以减轻电气设备和线路的损伤程度，短路电流通过的时间越长，设备的损伤程度越严重，并且烧毁，特别是在发电机变压器内部短路的情况下，不允许切除带定时的故障。基于以上理由，迅速切除故障对提高电力系统运行可靠性具有重要意义。一般快速保护的工作时间为0.080.12s，

6、一般的断路器跳闸时间为0.10.27s，一般的快速保护切除故障的时间为0.180.27s，最快保护的工作时间为0.020.03s，最小断路器跳闸时间为0.040.05s，因此最快保护断路故障灵敏度灵敏度是指，在保护范围内发生故障或异常时，继电器保护装置的反应能力，即在保护范围内发生故障时，与短路点的位置或短路的类型无关，能敏锐且正确地反应。继电器保护的灵敏度用灵敏度系数测定。(1)对于故障时参数量增加的保护装置。灵敏度系数=保护区末端金属性短路时的故障参数的最小计算值保护装置动作参数的整定值例如，过电流保护的灵敏度系数式中保护区末端金属性最小短路电流二次值保护装置的二次工作电流(2)针对故障时

7、参数量降低的保护装置灵敏度系数=保护装置的动作参数的整定值保护区末端金属性短路时的故障参数的最大计算值。可靠性在继电器保护装置保护的范围内发生各种故障或异常运行状态时，不得拒绝动作。 在保护范围外发生的各种故障或异常运行状态时，不能误动作。 这种性能称为可靠性。 在实际运行中，可靠性用动作正解率表示。由此，考虑到继电器保护装置的四个基本要求，相互连接、互相制约。2.4保护继电器的任务在电力系统工作中，各种电气设备可能发生故障，或处于不正常状态。 异常运转状态是指电力系统中的电气部件的正常动作被破坏但没有故障的运转状态。 过载、过电压、频率降低、系统振荡等。 故障主要包括三相短路、二相短路、单相

8、接地、二相接地、发电机、电动机和变压器绕组之间的匝间短路、单相线、二相断线等各种类型的短路和断线。保护的电力系统要素发生故障时，该要素的继电器保护装置迅速且正确地向远离故障要素的最新的断路器发出跳闸命令，将故障要素立即从电力系统中断开，从而将对电力系统要素自身的损伤抑制在最小限度，减少对电力系统安全供电的影响，维持电力系统的过渡性稳定性等，实现电力系统的特定要求对电气设备的异常动作状况做出反应，根据异常的动作状况和设备的运行维持条件，例如，发出值班人员的有无、值班人员处理用的信号，或者装置自动调整，或者切除持续运行会引起事故的电气设备。 响应于异常动作的继电器保护装置允许一定的延迟动作。3 3

9、5KV电网保护配置概述3.1 35KV保护配置的一般设计原则电力系统继电器保护设计和配置是否直接影响电力系统的安全运行。 如果设计和配置不正确，保护工作不正确的话，事故的停电范围就会扩大，给国民经济带来不同程度的损失，可能引起设备和人身安全事故。 因此，合理选择继电保护的配置主方案进行正确的整定计算对保护电力系统的安全运行具有重要意义。在选择继电保护构成方案时，应尽量全面满足可靠性、选择性、灵敏度、迅速性的要求。 允许根据情况适当地降低几个方面的要求，而不影响系统的安全操作。选择继电器保护装置方案时，首先考虑采用最简单的保护装置，可靠性高，调试方便，费用便宜。 只要最简单的保护装置不能满足四个

10、方面的基本要求，就要考虑最近电力系统结构的特征、可能的发展情况、经济合理性和国内外已经成熟的经验。选定的继电保护构成方案可以满足电力系统和各站、运行方式变化的要求。 35千伏以上的电力系统必须在所有电力设备和输电线上设置对短路故障和异常运转情况作出反应的继电器保护装置。 一般来说，应包括主保护和备份保护。 主保护是为了满足稳定和安全十大要求，能够选择性地切除被保护设备、全线路故障设备和线路的保护。 备份保护有两种作用：近距离备份和远程备份。 主保护和备用保护应该满足电力装置的继电保护和自动装置设计规范中规定的对短路保护的最小敏感系数的要求。3.2 35KV电网的继电器保护配置原则3.2.1相间

11、短路保护保护电流电路的变流器采用不完全星形布线，各线路的保护都安装在同一个a、c二相上。 保证大部分两点接地时，只切除一个故障点。线路发生短路时，工厂电气和重要用户母线电压低于5060%Ue时，为了保证没有故障的电动机继续运行，必须迅速切除故障。单侧电源的单电路可以设置没有方向元件的1级或2级式电流、电压速断保护和时限过电流保护。在多电源的单环路中，可以设置1级或2级式的电流、电压速断保护和时限过电流保护。 根据需要，请加装定向设备进行保护。 在不能满足选择性、敏捷性和速动性的要求或保护装置的配置过于复杂的情况下，最好采用距离保护。 34公里以下的短线路最好用纵线引导线保护，带方向元件或无方向

12、元件的电流保护来做备用保护。为了简化环形网络的保护，可以采用在故障时自动释放网络，在故障消除后自动恢复的方法来提高保护的灵敏度。 优选在平行线路上一般设置横差动电流方向保护或电流平衡保护的主保护。 连接二元线路的电流和的二元线路的电流保护或距离保护为二元线路运行时的备用保护和一元线路运行时的主保护和备用保护。3.2.2单相接地保护最好在电缆线路或通过电缆引出的架空线路上设置由零相变流器构成的方向性或没有方向性元件的零相电流保护。 最好在架空线路上设置由零相电流过滤器构成的方向性或没有方向性元件的零相电流保护。 线路的电路数少时或零相电流的大小、不要求零相电流保护的灵敏度时，可以用对设置在母线上

13、的零相电压作出反应的绝缘监视装置兼作线路的单相接地保护。3.2.3过载保护过载多发的电缆线路和电缆和虚构的混合线路必须设置过载保护。 保护在有时限的信号上工作，必要时会跳闸。4短路计算4.1系统等效图如图4.1所示图4.1系统等效图4.2基准参数选定SB=100MVA，UB=Uav，即35kV侧UB=37KV，10kV侧UB=10.5KV。4.3阻抗计算C1系统：最大方式X1=0.05最小方式X1=0.1C2系统：最大方式X2=0.06最小方式X2=0.13线路： L1:x3=l1x1sb/VB2=0.410100/372=0.292L2:x4=L3 x1sb/VB2=0.41400/372=

14、0.38变压器： X5=X6=(uk %/100 ) sb/s=0.08/100100/31.5=0.0034.4短路电流计算1 )最大运行方式、系统化的概要如下图所示其中X7=X1 X3=0.342 X8=X2 X4=0.440X9=X7X8=0.150 X10=X9 X5=0.153图4.2最大运行图旧已知35KV母线上短路电流： id1max=ib1/x9=1.56/0.150=10.4 ka10KV母线上短路电流： id2max=ib2/X10=5.5/0.153=35.94 ka换算成35KV侧： id 21max=ib1/X10=1.56/0.153=10.20ka关于d3点，用X

15、L计算为： id3m aax=5.5/(0. 1530.124 )=19.856 ka2 )最小运行方式为：系统化的简单情况如图4.3所示。图4.3最小运行图由于C1停止，所以只考虑C2单独运行的结果的X11=X8 X5=0.443因此，用35KV母线短路电流： Id1min=IB1/X8=1.56/0.44=3.55kA因此，10KV母线下的短路电流： id2min=IB2/x 11=5.5/0. 443=12.42ka换算为35KV侧： id2lmin=ib1/X11=1.56/0.443=3.52ka用XL计算d3: id3m in=5.5/(0. 4431.243 )=3. 262 k

16、a换算为35KV侧： id3lmin=1.56/(0. 4431.243 )=0.825 ka5主变继电保护整定计算5.1气体保护变压器气体保护对变压器内部的故障作出反应，在变压器罐内部发生故障，油分解而产生气体，变压器油面下降时，气体保护就会工作。油浸式变压器把变压器油用作绝缘和冷却介质，变压器箱内部发生故障时，由于短路电流引起的电弧使变压器的绝缘材料和变压器油分解，产生大量的气体。 这些大量的气体形成气流，与油流混合后被冲向油枕的上部。 故障越严重，产生的气体越多，油的流动越快。 这种利用气体的保护被称为气体保护。轻气体保护的工作值按气体容积调整为250300cm2，本设计采用了280cm

17、2。 重气体保护的动作值按导油管的油流速度设定为0.61.5cm2调整根，本设计中设定为0.9cm2。 气体继电器选择了FJ3-80型。5.2纵连差动保护变压器的差动保护可以正确区分被保护元件的保护区域内和外的故障，瞬间切除保护区域内的短路故障。 变压器的纵向耦合差动保护对变压器的绕组、套管和引出线的各种短路故障有反应，因此是变压器的主保护。 应用输电线路的纵连差动保护原理，可以实现变压器的纵连差动保护，对于变压器的纵连差动保护，比两侧的关系电量更容易实现，因此变压器的纵连差动保护被广泛应用。5.2.1变压器纵向耦合差动保护的原理变压器纵连差动保护通常用环流法接线，如上图所示，是双绕组变压器纵连差动保护的单相原理接线图。 这是在靠近被保护元件的一侧连接被保护元件两侧的变压器一次侧。 然后，将差动继电器并联连接到两个变流器上。双绕组变压器实现纵耦合差动保护的原理接线图：图5.1纵连差动保护的原理接线图但是，为了实现变压器的纵连差动保护，必须适当选择两侧变压器的变比，使该比等于变压器的变比。 此时变压器两侧