繼電保護(hù)課程設(shè)計01958

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計說明書1 引言 中國作為世界上最大規(guī)模的電力強(qiáng)國，近年來大力發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)，電力管理水平和服務(wù)水平不斷得到提高，電力發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃管理、生產(chǎn)運(yùn)行管理、電力市場營銷管理以及電力企業(yè)信息管理水平、優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平等普遍得到提高。進(jìn)一步擴(kuò)大了對外開放，積極實施國際化戰(zhàn)略。本論文主要圍繞35kV變電站保護(hù)的整定計算展開分析和討論，應(yīng)用了電力系統(tǒng)基本常識并主要進(jìn)行了需要系數(shù)法計算負(fù)荷、電力網(wǎng)接線方案的選擇原則、短路電流的計算、變壓器和線路的繼電保護(hù)配置以及無功功率補(bǔ)償?shù)?。同時詳細(xì)介紹了主設(shè)備差動保護(hù)的整定算法，電氣主接線的設(shè)計、做出短路點的等效電路圖，對設(shè)備保護(hù)進(jìn)行了相應(yīng)的

2、選擇與校驗。通過比較各個接線方式的優(yōu)缺點，確定變電站的主接線方式。2 設(shè)計目的及內(nèi)容2.1 設(shè)計目的通過本課程設(shè)計，鞏固和加深在電力系統(tǒng)基礎(chǔ)、電力系統(tǒng)分析和電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動化裝置課程中所學(xué)的理論知識，基本掌握電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計的一般方法，提高電氣設(shè)計的設(shè)計能力，為今后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。2.2 設(shè)計內(nèi)容 要求根據(jù)所給條件確定變電所整定繼電保護(hù)設(shè)計方案，最后按要求寫出設(shè)計說明書，繪出設(shè)計圖樣。設(shè)計依據(jù)：2.2.1設(shè)計基本資料35KV供電系統(tǒng)圖,如圖1所示。系統(tǒng)參數(shù)：電源I短路容量：SIDmax=200MVA；電源短路容量：SDmax=250MVA；供電線路：L1=L2=15

3、km，L3=L4=10km，線路阻抗：XL=0.4/km。圖1 35KV系統(tǒng)原理接線圖10KV母線負(fù)荷情況，見下表：負(fù)荷名稱最大負(fù)荷（Kw）功率因數(shù)回路數(shù)供電方式線路長度（km）織布廠12000.851架空線8膠木廠11000.851架空線7印染廠14000.852架空線13配電所15000.852架空線15煉鐵廠13000.852架空線1035KV變電所主接線圖，如圖2所示 S SI L3 L4 DL1 L1 L2 B1 B 2 DL6 DL7備用煉鐵廠配電所印染廠膠木廠織布廠DL8 圖2 35KV變電所主接線圖B1、B2主變?nèi)萘?、型號?300kVA之SF1-6300/35型雙卷變壓器，Y

4、-/11之常規(guī)接線方式，具有帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭，可進(jìn)行有載調(diào)壓。其中Uk %=7.5。2.2.2 運(yùn)行方式 運(yùn)行方式：以SI、S全投入運(yùn)行，線路L1L4全投。DL1合閘運(yùn)行為最大運(yùn)行方式；以S停運(yùn)，線路L3、L4停運(yùn)，DL1斷開運(yùn)行為最小運(yùn)行方式。已知變電所10KV出線保護(hù)最長動作時間為1.5s。3變電所繼電保護(hù)和自動裝置規(guī)劃3.1 系統(tǒng)分析及繼電保護(hù)要求本設(shè)計35/10KV系統(tǒng)為雙電源35KV單母線分段接線，10KV側(cè)單母線分段接線，所接負(fù)荷多為化工型，屬一二類負(fù)荷居多。為保證安全供電和電能質(zhì)量，繼電保護(hù)應(yīng)滿足四項基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。（1）選擇性：繼電保護(hù)裝置應(yīng)在可能的

5、最小區(qū)間將故障部分從系統(tǒng)中切除，以保證最大限度地向無故障部分繼續(xù)供電。 （2）快速性：繼電保護(hù)裝置應(yīng)能以可能的最短時限將故障部分或異常工況從系統(tǒng)中切除或消除。 （3）靈敏性：表示繼電保護(hù)裝置反映故障的能力。通常以靈敏系數(shù)k表示。靈敏系數(shù)有兩種表達(dá)方式,即反映故障參量上升的保護(hù)靈敏系數(shù)，k=保護(hù)區(qū)內(nèi)金屬性短路時故障參量的最小計算值/保護(hù)的動作參量;反映故障參量下降的保護(hù)靈敏系數(shù),k=保護(hù)的動作參量/保護(hù)區(qū)內(nèi)金屬性短路時故障參量的最大計算值。 （4）可靠性：繼電保護(hù)裝置應(yīng)在該動作時可靠地動作，即不應(yīng)發(fā)生拒動作現(xiàn)象。3.2本系統(tǒng)故障分析3.2.1 本設(shè)計中的電力系統(tǒng)具有

6、非直接接地的架空線路及中性點不接地的電力變壓器等主要設(shè)備。就線路來講，故障一般為單相接地、兩相接地和三相接地，其中單相接地最為常見。3.2.2 電力變壓器的故障，分為外部故障和內(nèi)部故障兩類。·變壓器的外部故障常見的是高低壓套管及引線故障，它可能引起變壓器出線端的相間短路或引出線碰接外殼。·變壓器的內(nèi)部故障有相間短路、繞組的匝間短路和絕緣損壞。3.2.3 變壓器的不正常運(yùn)行過負(fù)荷、由于外部短路引起的過電流、油溫上升及不允許的油面下降。3.3 10KV線路繼電保護(hù)裝置根據(jù)線路的故障類型，按不同的出線回路數(shù)，設(shè)置相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置如下：3.3.1 單回出線保護(hù)：適用于織布廠和膠木

7、廠出線。采用兩段式電流保護(hù)，即電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)。其中電流速斷保護(hù)為主保護(hù)，不帶時限，0S跳閘。3.3.2 雙回路出線保護(hù)：適用于印染廠、配電所和煉鐵廠出線。采用平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護(hù)加電流保護(hù)。其中橫聯(lián)方向差動保護(hù)為主保護(hù)。電流保護(hù)作為橫聯(lián)方向差動保護(hù)的后備保護(hù)。3.4 主變壓器繼電保護(hù)裝置設(shè)置 變壓器為變電所的核心設(shè)備，根據(jù)其故障和不正常運(yùn)行的情況，從反應(yīng)各種不同故障的可靠、快速、靈敏及提高系統(tǒng)的安全性出發(fā)，設(shè)置相應(yīng)的主保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)如下：3.4.1 主保護(hù)：瓦斯保護(hù)（以防御變壓器內(nèi)部故障和油面降低）、縱聯(lián)差動保護(hù)（以防御變壓器繞組、套管和引出線的相間短路）

8、。3.4.2 后備保護(hù)：過電流保護(hù)（以反應(yīng)變壓器外部相間故障）、過負(fù)荷保護(hù)（反應(yīng)由于過負(fù)荷而引起的過電流）。3.4.3 異常運(yùn)行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)：溫度保護(hù)（以檢測變壓器的油溫，防止變壓器油劣化加速）和冷卻風(fēng)機(jī)自啟動（用變壓器一相電流的70%來啟動冷卻風(fēng)機(jī)，防止變壓器油溫過高）。3.5 變電所的自動裝置3.5.1 針對架空線路的故障多系雷擊、鳥害、樹枝或其它飛行物等引起的瞬時性短路，其特點是當(dāng)線路斷路器跳閘而電壓消失后，隨著電弧的熄滅，短路即自行消除。若運(yùn)行人員試行強(qiáng)送，隨可以恢復(fù)供電，但速度較慢，用戶的大多設(shè)備（電動機(jī)）已停運(yùn)，這樣就干擾破壞了設(shè)備的正常工作，因此本設(shè)計在10KV各出線上設(shè)

9、置三相自動重合閘裝置（CHZ），即當(dāng)線路斷路器因事故跳閘后，立即使線路斷路器自動再次重合閘，以減少因線路瞬時性短路故障停電所造成的損失。3.5.2 針對變電所負(fù)荷性質(zhì)，縮短備用電源的切換時間，提高供電的不間斷性，保證人身設(shè)備的安全等，本設(shè)計在35KV母聯(lián)斷路器（DL1）及10KV母聯(lián)斷路器（DL8）處裝設(shè)備用電源自動投入裝置（BZT）。3.5.3 頻率是電能質(zhì)量的基本指標(biāo)之一,正常情況下,系統(tǒng)的頻率應(yīng)保持在50Hz，運(yùn)行頻率和它的額定值見允許差值限制在0.5Hz內(nèi)，頻率降低會導(dǎo)致用電企業(yè)的機(jī)械生長率下降，產(chǎn)品質(zhì)量降低，更為嚴(yán)重的是給電力系統(tǒng)工作帶來危害，而有功功率的缺額會導(dǎo)致頻率的降低，因此，

10、為保證系統(tǒng)頻率恒定和重要用戶的生產(chǎn)穩(wěn)定，本設(shè)計10KV出線設(shè)置自動頻率減負(fù)荷裝置（ZPJH），按用戶負(fù)荷的重要性順序切除。3.6 本設(shè)計繼電保護(hù)裝置原理概述3.6.1 10KV線路電流速斷保護(hù)：是根據(jù)短路時通過保護(hù)裝置的電流來選擇動作電流的，以動作電流的大小來控制保護(hù)裝置的保護(hù)范圍；有無時限電流速斷和延時電流速斷，采用二相二電流繼電器的不完全星形接線方式，本設(shè)計選用無時限電流速斷保護(hù)。3.6.2 10KV線路過電流保護(hù):是利用短路時的電流比正常運(yùn)行時大的特征來鑒別線路發(fā)生了短路故障，其動作的選擇性由過電流保護(hù)裝置的動作具有適當(dāng)?shù)难訒r來保證，有定時限過電流保護(hù)和反時限過電流保護(hù)；本設(shè)計與電流速斷

11、保護(hù)裝置共用兩組電流互感器，采用二相二繼電器的不完全星形接線方式，選用定時限過電流保護(hù)，作為電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)，來切除電流速斷保護(hù)范圍以外的故障，其保護(hù)范圍為本線路全部和下段線路的一部分。3.6.3 平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護(hù)：是通過比較兩線路的電流相位和數(shù)值相同與否鑒別發(fā)生的故障;由電流起動元件、功率方向元件和出口執(zhí)行元件組成，電流起動元件用以判斷線路是否發(fā)生故障，功率方向元件用以判斷哪回線路發(fā)生故障，雙回線路運(yùn)行時能保證有選擇的動作。該保護(hù)動作時間0S，由于橫聯(lián)保護(hù)在相繼動作區(qū)內(nèi)短路時，切除故障的時間將延長一倍，故加裝一套三段式電流保護(hù)，作為后備保護(hù)。3.6.4 變壓器瓦斯保護(hù)：是利

12、用安裝在變壓器油箱與油枕間的瓦斯繼電器來判別變壓器內(nèi)部故障；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，電弧使油及絕緣物分解產(chǎn)生氣體。故障輕微時，油箱內(nèi)氣體緩慢的產(chǎn)生，氣體上升聚集在繼電器里，使油面下降，繼電器動作，接點閉合，這時讓其作用于信號，稱為輕瓦斯保護(hù)；故障嚴(yán)重時，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，在該氣體作用下形成強(qiáng)烈的油流，沖擊繼電器，使繼電器動作，接點閉合，這時作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護(hù)。3.6.5變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)：是按照循環(huán)電流的原理構(gòu)成。在變壓器兩側(cè)都裝設(shè)電流互感器，其二次繞組按環(huán)流原則串聯(lián)，差動繼電器并接在回路壁中，在正常運(yùn)行和外部短路時，二次電流在臂中環(huán)流，使差動保護(hù)在正常運(yùn)行和外部短路時不動作

13、，由電流互感器流入繼電器的電流應(yīng)大小相等，相位相反，使得流過繼電器的電流為零；在變壓器內(nèi)部發(fā)生相間短路時，從電流互感器流入繼電器的電流大小不等，相位相同，使繼電器內(nèi)有電流流過。但實際上由于變壓器的勵磁涌流、接線方式及電流互感器誤差等因素的影響，繼電器中存在不平衡電流，變壓器差動保護(hù)需解決這些問題，方法有：·靠整定值躲過不平衡電流·采用比例制動差動保護(hù)。·采用二次諧波制動。·采用間歇角原理。·采用速飽和變流器。本設(shè)計采用較經(jīng)濟(jì)的BCH-2型帶有速飽和變流器的繼電器，以提高保護(hù)裝置的勵磁涌流的能力。4 短路電流的計算4.1 系統(tǒng)的等效電路圖（以標(biāo)幺

14、值記） 圖3 系統(tǒng)等效電路圖4.2 系統(tǒng)基準(zhǔn)參數(shù)選定SB=100MVA，UB=Uav即：35kV側(cè)UB=37KV，10kV側(cè)UB=10.5KV。4.3 阻抗計算（均為標(biāo)幺值）1） 系統(tǒng)：X1=100/200=0.5 X2=100/250=0.42) 線路：L1，L2：X3=X4=l1X1SB/VB2=0.4×15×100/372=0.438 L3，L4： X5=X6=l3SB/VB2=0.4×10×100/372=0.2923) 變壓器：B1，B2：X7=X8=（Uk%/100）SB/S=0.075×100/6.3=1.19 4.4 短路電流的

15、計算1）最大運(yùn)行方式：系統(tǒng)化簡如圖4所示。圖4其中： X9=X2+X3X40.719 X10= X1+X5X60.546X11=X10X90.31X12=X11+X71.5據(jù)此，系統(tǒng)化簡如圖5所示故知35KV母線上短路電流：Id1max=IB1/X11=1.56/0.31=5.032(kA) 10KV母線上短路電流:Id2max=IB2/X12=5.5/1.5=3.667(kA)折算到35KV側(cè):Id21max=IB1/X12=1.56/1.5=1.04(kA)對于d3點以煉鐵廠計算 Id3max=5.5/(1.5+3.628/2)=1.660(kA)圖5 最大運(yùn)行方式下的等效電路2) 最小運(yùn)

16、行方式下:系統(tǒng)化簡如圖6所示。因S停運(yùn),所以僅考慮S單獨運(yùn)行的結(jié)果；X13=X9+X7=0.719+1.19=1.909所以35KV母線上短路電流：Id1min=IB1/X9=1.56/0.719=2.17(kA) 所以10KV母線上短路電流：Id2min=IB2/X13=5.5/1.909=2.88(kA)折算到35KV側(cè)： Id2lmin = IB1/X13=1.56/1.909=0.817(kA) 對于d3以煉鐵廠進(jìn)行計算d3min=5.5/ (1.909+3.628)=0.993(kA)折算到35KV側(cè)：Id3lmin = 1.56/(1.909+3.628)=0.282(kA)圖6

17、最小運(yùn)行方式下的等效電路5 主變繼電保護(hù)整定計算及繼電器選擇5.1 瓦斯保護(hù) 輕瓦斯保護(hù)的動作值按氣體容積為250300整定，本設(shè)計采用280 。重瓦斯保護(hù)的動作值按導(dǎo)油管的油流速度為0.61.5整定本，本設(shè)計采用0.9 。瓦斯繼電器選用FJ3-80型。5.2 縱聯(lián)差動保護(hù)裝置的選擇選用BCH-2型差動繼電器。5.2.1 計算Ie及電流互感器變比，列表如下名 稱各側(cè)數(shù)據(jù)Y（35KV）（10KV）額定電流I1e=S/ U1e=103.9AI2E=S/ U2e=346.4A變壓器接線方式Y(jié)CT接線方式Y(jié)CT計算變比I1e/5=180/5I2e/5=346.4/5實選CT變比nl200/5400/5

18、實際額定電流I1e/n1=4.50AI2e/n1=4.33A不平衡電流Ibp4.50-4.33=0.17A確定基本側(cè)基本側(cè)非基本側(cè)5.2.2 確定基本側(cè)動作電流1） 躲過外部故障時的最大不平衡電流 Idz1KKIbp (1)利用實用計算式： Idz1=KK（KfzqKtxfi+U+fza）Id2lmax式中：KK可靠系數(shù)，采用1.3； Kfzq非同期分量引起的誤差，采用1； Ktx 同型系數(shù)，CT型號相同且處于同一情況時取0.5，型號不同時取1，本設(shè)計取1。 U變壓器調(diào)壓時所產(chǎn)生的相對誤差，采用調(diào)壓百分?jǐn)?shù)的一半，本設(shè)計取0.05。fza繼電器整定匝書數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差，暫無法求出

19、，先采用中間值0.05。代入數(shù)據(jù)得 Idz1=1.3×(1×1×0.1+0.05+0.05) ×1.04=270.4（A）2） 躲過變壓器空載投入或外部故障后電壓恢復(fù)時的勵磁涌流 Idz1= KK Ie （2）式中：KK可靠系數(shù)，采用1.3； Ie變壓器額定電流：代入數(shù)據(jù)得 Idz1= 1.3×103.9=135.1(A)3) 躲過電流互改器二次回路短線時的最大負(fù)荷電流 Idz1= KKTfhmax （3）式中： KK可靠系數(shù)，采用1.3； Idz1正常運(yùn)行時變壓器的最大負(fù)荷電流；采用變壓器的額定電流。 代入數(shù)據(jù)得 Idz1=1.3×

20、103.9=135.1(A)比較上述（1），（2），（3）式的動作電流，取最大值為計算值， 即： Idz1=270.4（A）5.2.3確定基本側(cè)差動線圈的匝數(shù)和繼電器的動作電流將兩側(cè)電流互感器分別結(jié)于繼電器的兩組平衡線圈，再接入差動線圈，使繼電器的實用匝數(shù)和動作電流更接近于計算值；以二次回路額定電流最大側(cè)作為基本側(cè)，基本側(cè)的繼電器動作電流及線圈匝數(shù)計算如下：基本側(cè)（35KV）繼電器動作值 IdzjsI=KJXIdzI/nl代入數(shù)據(jù)得 IdzjsI= ×270.4/40=11.71（A）基本側(cè)繼電器差動線圈匝數(shù) WcdjsI=Awo/ IdzjsI式中：Awo為繼電器動作安匝，應(yīng)采用實

21、際值，本設(shè)計中采用額定值，取得60安匝。代入數(shù)據(jù)得 WcdjsI=60/11.71=5.12(匝)選用差動線圈與一組平衡線圈匝數(shù)之和較WcdjsI小而相近的數(shù)值，作為差動線圈整定匝數(shù)WcdZ。即：實際整定匝數(shù)WcdZ=5（匝）繼電器的實際動作電流 IdzjI=Awo/ WcdZ=60/5=12（A）保護(hù)裝置的實際動作電流 IdzI= IdzjINl/Kjx=12×40/=277.1A5.2.4 確定非基本側(cè)平衡線圈和工作線圈的匝數(shù)平衡線圈計算匝數(shù) Wphjs=Wcdz/Ie2JI-Wcdz =5×(4.5/4.33-1)=0.19(匝)故，取平衡線圈實際匝數(shù)Wphz=0工作

22、線圈計算匝數(shù)Wgz= Wphz+Wcdz=5(匝)5.2.5 計算由于整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差fza fza= (Wphjs- Wphz)/( Wphjs+ Wcdz) =(0.19-0)/(0.19+5)=0.04 此值小于原定值0.05，取法合適，不需重新計算。5.2.6 初步確定短路線圈的抽頭根據(jù)前面對BCH-2差動繼電器的分析，考慮到本系統(tǒng)主變壓器容量較小，勵磁涌流較大，故選用較大匝數(shù)的“C-C”抽頭，實際應(yīng)用中，還應(yīng)考慮繼電器所接的電流互感器的型號、性能等，抽頭是否合適，應(yīng)經(jīng)過變壓器空載投入試驗最后確定。5.2.7 保護(hù)裝置靈敏度校驗差動保護(hù)靈敏度要求值2本系統(tǒng)在最小運(yùn)

23、行方式下，10KV側(cè)出口發(fā)生兩相短路時，保護(hù)裝置的靈敏度最低。本裝置靈敏度 =0.866/ =0.866×1×0.817/0.2771=2.55>2滿足要求。5.3 過電流保護(hù)的整定過電流繼電器的整定及繼電器選擇：保護(hù)動作電流按躲過變壓器額定電流來整定 Idz=KkIe1/Kh 式中：Kk可靠系數(shù)，采用1.2； Kh返回系數(shù)，采用0.85； 代入數(shù)據(jù)得 Idz=1.2×103.9/0.85=146.7(A) 繼電器的動作電流 Idzj=Idz/nl=146.7/(40/ )=6.35(A) 電流繼電器的選擇：DL-21C/10靈敏度按保護(hù)范圍末端短路進(jìn)行校驗，靈敏系數(shù)不小于1.2。靈敏系數(shù)：Klm=0.866KjxId3lmin/Idz =0.866×1×0.282/0.1467=1.66>1.2滿足要求。 5.4 過負(fù)荷保護(hù)的整定其動作電流按躲過變壓器額定電流來整定。動作帶延