某kv變電所繼電保護課程設(shè)計方案

中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 電力系統(tǒng)繼電保護 課程設(shè)計說明書前言:1.1 變電站繼電保護的發(fā)展變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，是聯(lián)系發(fā)電廠有用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配作用。電氣主接線是發(fā)電廠變電所的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線的擬定直接關(guān)系著全廠（所）電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，是變電站電氣部分投資大小的決定性因素。繼電保護發(fā)展現(xiàn)狀，電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護技術(shù)得天獨厚，在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個歷史階段。隨著系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機技術(shù)、通信技術(shù)的進步，繼電保護技術(shù)面臨著進一步發(fā)展的趨勢。國內(nèi)外繼電保護技術(shù)發(fā)展的趨勢為：計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化。繼電保護的未來發(fā)展，繼電保護技術(shù)未來趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。微機保護技術(shù)的發(fā)展趨勢：1）高速數(shù)據(jù)處理芯片的應(yīng)用2）微機保護的網(wǎng)絡(luò)化3）保護、控制、測量、信號、數(shù)據(jù)通信一體化4）繼電保護的智能化。1.2 繼電保護裝置的基本要求繼電保護及自動裝置屬于二次部分了，它對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起闐至關(guān)重要的作用。對繼電保護裝置的基本要求有四點：（1）選擇性：在可能的最小區(qū)間切除故障，保證最大限度地向無故障部分繼續(xù)供電。（2）靈敏性：反映故障的能力，通常以靈敏系數(shù)表示。（3）快速性：能以最短時限將故障或異常消除。④選擇性。在可能的最小區(qū)第1頁 共14頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計說明書間切除故障，保證最大限度地向無故障部分繼續(xù)供電。（4）可靠性：在該動作時，不發(fā)生拒動作。選擇繼電保護方案時，除設(shè)置需滿足以上4項基本性能外，還應(yīng)注意其經(jīng)濟性。即不僅考慮保護裝置的投資和運行維護費，還必須考慮因裝置不完善而發(fā)生拒動或誤動對國民經(jīng)濟和社會生活造成的損失。1.3 繼電保護基本原理和保護裝置的組成繼電保護裝置要求能反應(yīng)電氣設(shè)備的故障和不正常工作狀態(tài)并自動迅速地，有選擇性地動作于斷路器將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，保證無故障設(shè)備繼續(xù)正常運行，將事故限制在最小范圍，提高系統(tǒng)運行的可*性，最大限度地保證向用戶安全連接供電。繼電保護裝置的作用是起到反事故的自動裝置的作用，必須正確地區(qū)分“正?！迸c“不正?！边\行狀態(tài)、被保護元件的“外部故障”與“內(nèi)部故障”，以實現(xiàn)繼電保護的功能。因此，通過檢測各種狀態(tài)下被保護元件所反映的各種物理量的變化并予以鑒別。依據(jù)反映的物理量的不同，保護裝置可以構(gòu)成下述各種原理的保護：反映電氣量的保護電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，通常伴有電流增大、電壓降低以及電流與電壓的比值 (阻抗)和它們之間的相位角改變等現(xiàn)象。因此，在被保護元件的一端裝沒的種種變換器可以檢測、比較并鑒別出發(fā)生故障時這些基本參數(shù)與正常運行時的差別．就可以構(gòu)成各種不同原理的繼電保護裝置。例如:反映電流增大構(gòu)成過電流保護；反映電壓降低(或升高)構(gòu)成低電壓(或過電壓)保護；反映電流與電壓間的相位角變化構(gòu)成方向保護；反映電壓與電流的比值的變化構(gòu)成距離保護。除此以外．還可根據(jù)在被保護元件內(nèi)部和外部短路時，被保護元件兩端電流相位或功率方向的差別，分別構(gòu)成差動保護、高頻保護等。同理，由于序分量保護靈敏度高，也得到廣泛應(yīng)用。新出現(xiàn)的反映故障分量、突變量以及自適應(yīng)原理的保護也在應(yīng)用中。反映非電氣量的保護如反應(yīng)溫度、壓力、流量等非電氣量變化的可以構(gòu)成電力變壓器的瓦斯保護、第2頁 共14頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 電力系統(tǒng)繼電保護 課程設(shè)計說明書溫度保護等。繼電保護相當(dāng)于一種在線的開環(huán)的自動控制裝置， 根據(jù)控制過程信號性質(zhì)的不同，可以分模擬型(它又分為機電型和靜態(tài)型 )和數(shù)字型兩大類。對于常規(guī)的模擬繼電保護裝置，一般包括測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分。測量部分從被保護對象輸入有關(guān)信號，再與給定的整定值比較，以判斷是否發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)；邏輯部分依據(jù)測量部分輸出量的性質(zhì)、出現(xiàn)的順序或其組合，進行邏輯判斷，以確定保護是否應(yīng)該動作；執(zhí)行部分依據(jù)前面環(huán)節(jié)判斷得出的結(jié)果以執(zhí)行跳閘或發(fā)信號。設(shè)計原始資料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Ⅱ短路容量：SⅡDmax=250MVA；供電線路：L1=L2=15km，L3=L4=10km，線路阻抗：XL=0.4/km。圖135KV系統(tǒng)原理接線圖10KV母線負(fù)荷情況，見下表：最大負(fù)荷負(fù)荷名稱 功率因數(shù) 回路數(shù) 供電方式 線路長度（km）（Kw）織布廠9000.851架空線8印染廠6000.852架空線13配電所11000.852架空線11煉鐵廠13000.852架空線1035KV變電所主接線圖，如圖 2所示第3頁 共14頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 電力系統(tǒng)繼電保護 課程設(shè)計說明書SⅡ SI~ ~L3 L4 DL1 L1 L2B1 B2DL6DL7DL8織印配煉備布染電鐵用廠廠所廠圖235KV變電所主接線圖B1、B2主變?nèi)萘俊⑿吞枮?300kVA之SF1-6300/35型雙卷變壓器，Y- /11之常規(guī)接線方式，具有帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭，可進行有載調(diào)壓。其中 Uk%=7.5。運行方式：以SI、SⅡ全投入運行，線路L1~L4全投。DL1合閘運行為最大運行方式；以SⅡ停運，線路L3、L4停運，DL1斷開運行為最小運行方式。已知變電所10KV出線保護最長動作時間為 1.5s。短路電流計算2.1 系統(tǒng)等效電路圖：第4頁 共14頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 電力系統(tǒng)繼電保護 課程設(shè)計說明書圖1系統(tǒng)等效電路圖（各阻抗計算見2.3）2.2 基準(zhǔn)參數(shù)選定：S=1000MVA,U=U 即：35kv側(cè)U =37kv,10kv側(cè)U =10.5kv。B B av B1 B22.3 阻抗計算（均為標(biāo)幺值）：SB1000.5X2SB1000.41）系統(tǒng)：X1200Smax250S1max2）線路：L1，L2：X3X4L1XLSB0.4151000.438UB21372L3，L4：X5X6L3XLSB0.4121000.351UB237213)變壓器：B1，B2：X7X81UK%SB0.0751001.19100S6.32.4短路電流計算：1）最大運行方式：系統(tǒng)化簡如圖2所示。其中：X9=X2+X3∥X4＝0.719X10=X1+X5∥X6＝0.5755X11=X10∥X9＝0.32X12=X11+X7＝1.51據(jù)此，系統(tǒng)化簡如圖3所示。第5頁 共14頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 電力系統(tǒng)繼電保護 課程設(shè)計說明書SB1001.56IB2SB100IB133UB235.53UB13710.5故知35KV母線上短路電流：Id1maxIB11.564.875(KA)X0.3210KV母線上短路電流:Id2maxIB25.53.642(KA)X121.51折算到35KV側(cè):Id21maxIB11.561.03(KA)X121.51對于d3點以配電所計算:XL0.410SB41003.628UB2210.52圖2第6頁 共14頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 電力系統(tǒng)繼電保護 課程設(shè)計說明書圖3最小運行方式下:系統(tǒng)化簡如圖4所示。因SⅡ停運,所以僅考慮SⅠ單獨運行的結(jié)果；X13X9X70.7191.191.909所以35KV母線上短路電流：Id1minIB11.562.17X90.719所以10KV母線上短路電流：IB2minIB25.52.88(KA)X131.909折算到35KV側(cè):Id21minIB11.560.817(KA)X131.909對于d3以配電所進行計算:Id3minIB25.50.282(KA)XLX131.9093.628折算到35KV側(cè)：Id31minIB11.56/(1.9093.628)0.282(KA)X13XL第7頁 共14頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 電力系統(tǒng)繼電保護 課程設(shè)計說明書圖42.6 短路電流計算結(jié)果由節(jié)通過化簡，再通過公式計算所得出的短路電流計算結(jié)果，可以列出表 2-1所示的短路電流計算結(jié)果。表2-1 短路電流計算結(jié)果運行方式 最大運行方式 最小運行方式短路點編 d1max d2max d3max d1min d2min d3min號基準(zhǔn)電壓（KV） 37 10.5 10.5 37 10.5 10.5基準(zhǔn)電流（KA）1.565.55.51.565.55.5短路電流有名值4.8753.6421.072.170.8170.282(KA)第8頁 共14頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 電力系統(tǒng)繼電保護 課程設(shè)計說明書主變繼電保護整定計算及繼電器選擇3.1瓦斯保護：輕瓦斯保護的動作值按氣體容積為250～300cm3整定，本設(shè)計采用280cm3。重瓦斯保護的動作值按導(dǎo)油管的油流速度為0.6～1.5cm3整定本，本設(shè)計采用0.9cm3。瓦斯繼電器選用FJ3-80型。3.2縱聯(lián)差動保護：選用BCH-2型差動繼電器。3.2.1 計算Ie及電流互感器變比，列表如下：各側(cè)數(shù)據(jù)名 稱Y（35KV） （10KV）額定電流I1eS/3U1e103.9I2eS/3U2e346.4A變壓器接線方式Y(jié)CT接線方式Y(jié)CT計算變比3I1e/5180/5I2e/5346.4/5實選CT變比nl200/5400/5實際額定電流3I1e/54.50AI2e/54.33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)3.2.2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IdzKIbp（）1K,,,,,,,1利用實用計算式：Idz1Krel(KfzqKtxKerUfza)Id21max式中：Krel—可靠系數(shù)，采用 1.3；Kfzq—非同期分量引起的誤差，采用 1；第9頁 共14頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 電力系統(tǒng)繼電保護 課程設(shè)計說明書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。Ker—電流互感器10%的誤差系數(shù)。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，先采用中間值0.05。代入數(shù)據(jù)得Idz11.3(110.10.050.05)1.04270.4()躲過變壓器空載投A入或外部故障后電壓恢復(fù)時的勵磁涌流Idz1 KKIe,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, （ 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Idz11.3103.9135.1()A3）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Idz11.3103.9135.1()A比較上述（1），（2），（3）式的動作電流，取最大值為計算值，即：Idz1270.4()A3.2.3 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：第10頁 共14頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 電力系統(tǒng)繼電保護 課程設(shè)計說明書基本側(cè)（35KV）繼電器動作值Idzis1KJXIdz1/n1代入數(shù)據(jù)得Idzis13270.4/4011.71()A基本側(cè)繼電器差動線圈匝數(shù)Wcdjs1Awo/Idzis1式中：Awo為繼電器動作安匝，應(yīng)采用實際值，本設(shè)計中采用額定值，取得安匝。代入數(shù)據(jù)得 Wcdjs1 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 Wcdjs1小而相近的數(shù)值，作為差動線圈整定匝數(shù)Wcdzo。即：實際整定匝數(shù)Wcdz5(匝）繼電器的實際動作電流Idzi1Awo/Wcdz60/512(A)保護裝置的實際動作電流Idz1Idzi1N1/Kjx1240/3277.1A3.2.4 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)WphisWcdz/Ie2Wcdz5(4.5/4.331)0.19(匝）故，取平衡線圈實際匝數(shù)Wphz0工作線圈計算匝數(shù)WgzWphzWcdz5(匝）3.2.5 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 fmfm (Wphis Wphz)/(Wphis 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。3.2.6 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。3.2.7 保護裝置靈敏度校驗第11頁 共14頁中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 電力系統(tǒng)繼電保護 課程設(shè)計說明書差動保護靈敏度要求值 K1m 2本系統(tǒng)在最小運行方式下， 10KV側(cè)出口發(fā)生兩相短路時，保護裝置的靈敏度最低。本裝置靈敏度 K1m 0.866KjxId21min/Idz1 0.86610.817/0.2771 2.55 2滿足要求。3.3 過電流保護：1）保護動作電流按躲過變壓器額定電流來整定IdzKKIe1/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 I /n1 146.7/(40/ 3) 6.35(A)dz電流繼電器的選擇：DL-21C/102）靈敏度按保護范圍末端短路進行校驗，靈敏系數(shù)不小于 1.2。靈敏系數(shù)：K1m 0.866KjxId31min/Idz 0.866