變電所整定繼電保護設計方案

1、1 引言本設計根據(jù)所給的基本資料，作出了該區(qū)地面35kV變電所的初步設計。本設計以實際負荷為依據(jù)，以變電所的最佳運行為基礎(chǔ)，按照有關(guān)規(guī)定和規(guī)范，完成了滿足該區(qū)供電要求的35kV變電所初步設計。 設計中先對負荷進行了統(tǒng)計與計算，選出了所需的主變型號，然后根據(jù)負荷性質(zhì)及對供電可靠性要求擬定主接線設計，考慮到短路對系統(tǒng)的嚴重影響，設計中進行了短路計算。設計中還對主要高壓電器設備進行了選擇與計算，如斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器等。此外還進行了防雷保護的設計和計算，提高了整個變電所的安全性。1.1 變電站站址的選擇原則變電所的設計應根據(jù)工程 年發(fā)展規(guī)劃進行，做到遠、近期結(jié)合，以近期為主，正確

2、處理近期建設與遠期發(fā)展的關(guān)系，適當考慮擴建的可能；變電所的設計，必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件，結(jié)合國情合理地確定設計方案；變電所的設計，必須堅持節(jié)約用地的原則。變電所應建在靠近負荷中心位置，這樣可以節(jié)省線材，降低電能損耗，提高電壓質(zhì)量，這是供配電系統(tǒng)設計的一條重要原則。變電所的總平面布置應緊湊合理，依據(jù) 變電站設計規(guī)范第 條，變電站站址的選擇，根據(jù)下列要求綜合考慮確定： （1）靠近負荷中心。 （2）節(jié)約用地，不占或少占耕地及經(jīng)濟效益高的土地。 （3）與鄉(xiāng)或工礦企業(yè)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，便于架空線和電纜線路的引入和引出。 交通運輸方便。 （4）具有適應地形，地貌

3、，地址條件。2電氣主接線的設計及變壓器選擇分析任務書給定的原始資料，根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位和建設規(guī)模，考慮變電所運行的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性，全面論證，確定主接線的最佳方案。 2.1 原始資料分析 1.C1 系統(tǒng)： X1= 0.05/0.1； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV為基準的標幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標幺值。2.C2系統(tǒng)： X1= 0.06/0.12； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV為基準的標幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標幺值。3.A 站：有兩臺雙卷變壓器 容量為231.5MVA 3542.5%/11kv ；Uk%=8

4、% 4.35KV線路X1=0.4/km ；10KV電纜線路R=0.45/km ，X=0.08/km5.XL-1 最大負荷15MVA ；XL-2最大負荷10MVA；XL-3最大負荷8MVA ； XL-4最大負荷10MVA ；XL-5最大負荷10MVA ；XL-6最大負荷15MVA 。其中一類負荷45%；二類負荷25%；三類負荷30%。 XL-1與XL-6為雙回線。注：圖中35kV和10kV母線斷路器是閉合的?？梢耘袛啾菊緸橹匾冸娬荆谶M行設計時，應該側(cè)重于供電的可靠性和靈活性。 2.2電氣主接線方案運行方式：以C1、C2全投入運行，線路全投。DL1合閘運行為最大運行方式；以C2停運，右邊線路停

5、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。 電力系統(tǒng)在運行中，可能發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)，最常見同時也是最危險的故障是發(fā)生各種型式的短路，發(fā)生短路后通過故障點的很大的短路電流，可能會造成故障元件損壞，壽命縮短，電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性嚴重時可能造成整個系統(tǒng)瓦解。繼電保護裝置是能反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置，它能夠自動迅速有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，能夠反映電器元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護條件而動作于發(fā)出信號減負荷或跳閘。因此變電所繼電保護和

6、自動化裝置規(guī)劃意義十分重大。 3 短路電流計算3.1 系統(tǒng)等效電路圖 C1 C2 1 2 3 4 0.292 0.38 DL1 d15 6 0.254 0.254 DL6 d2 XL=3.628 D3圖3.1 系統(tǒng)等效電路圖 （各阻抗計算見3.2）3.2 阻抗計算（均為標幺值）基準參數(shù)選定：SB=100MVA，UB=Uav即：35kV側(cè)UB=37KV，10kV側(cè)UB=10.5KV。C1 系統(tǒng)： X1= 0.05/0.1； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV為基準的標幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標幺值。C2系統(tǒng)： X1= 0.06/0.12； X2=X1 ； X1 以1

7、00MVA，37KV為基準的標幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標幺值。 線路：已知35KV線路X1=0.4/km L1：X3 =l1 X1SB/UB2=0.410100/372=0.292 L2：X4=l2 X1SB/UB2=0.413100/372=0.38變壓器：B1，B2：X5=X6=（Uk%/100）SB/S=0.08100/31.5=0.2543.3 短路電流計算 3.3.1最大運行方式系統(tǒng)化簡如圖3.2(a)所示。 X7=X1+X3 =0.05+0.292=0.342 X8=X1+X4=0.1+0.38=0.48X9=X7X80.199X10=X9+X50.199+0.2

8、54=0.453據(jù)此，系統(tǒng)化簡如圖3.2(b)所示故知35KV母線上短路電流：Id1max=IB1/X9=1.56/0.199=7.839(KA)10KV母線上短路電流:Id2max=IB2/X10=5.5/0.453=12.141(KA)折算到35KV側(cè):Id21max=IB1/X10=1.56/0.453=3.444(KA)對于d3點以XL-6計算 Id3max=5.5/(0.453+1.224)=3.28(KA) 圖3.2 系統(tǒng)簡化圖3.3.2最小運行方式下系統(tǒng)化簡如圖3.3所示。因C1停運,所以僅考慮C2單獨運行的結(jié)果X11=X8+X5=0.51+0.254=0.764所以35KV母線

9、上短路電流：Id1min=IB1/X8=1.56/0.51=3.059(kA) 所以10KV母線上短路電流：Id2min=IB2/X11=5.5/0.764=7.2(kA)折算到35KV側(cè)： Id2lmin = IB1/X11=1.56/0.764=2.042(kA) 對于d3以XL6進行計算Id3min=5.5/ (0.764+1.224)=2.767(kA)折算到35KV側(cè)：Id3lmin = 1.56/(0.764+1.224)=0.785（kA)圖3.2 系統(tǒng)簡化4 主變繼電保護整定計算及繼電器選擇4.1 瓦斯保護 輕瓦斯保護的動作值按氣體容積為250300cm2整定，本設計采用280

10、 cm2。重瓦斯保護的動作值按導油管的油流速度為0.61.5 cm2整定本，本設計采用0.9 cm2。瓦斯繼電器選用FJ3-80型。4.2縱聯(lián)差動保護選用BCH-2型差動繼電器。表4.1 Ie及電流互感器變比名 稱各側(cè)數(shù)據(jù)Y（35KV）（10KV）額定電流I1e=S/ U1e=519.6AI2E=S/ U2e=1732A變壓器接線方式Y(jié)CT接線方式Y(jié)CT計算變比I1e/25=900/5I2e/25=1732/5實選CT變比nl1000/252000/25實際額定電流I1e/n1=22.5AI2e/n1=21.65A不平衡電流Ibp22.5-21.65=0.85A確定基本側(cè)基本側(cè)非基本側(cè)4.2.

11、1 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)壓百分數(shù)的一半，本設計取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 Idz1=1.3(110.1+0.05+0.05) 3.444=895.4（A）2） 躲過變壓器空載投

12、入或外部故障后電壓恢復時的勵磁涌流 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= 1.3519.6=675.48(A)3) 躲過電流互改器二次回路短線時的最大負荷電流 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荷電流；采用變壓器的額定電流。 代入數(shù)據(jù)得 Idz1=1.3519.6=675.48(A)比較上述（1），（2），（3）式的動作電流，取最大值為計算值， 即： Idz1=895.4（A）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

13、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= 895.4/40=38.77（A）4.2.2 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，應采用實際值，本設計中采用額定值，取得60安匝。代入數(shù)據(jù)得 WcdjsI=60/38.77=1.55(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)Wcd

14、Z=1（匝）繼電器的實際動作電流 IdzjI=Awo/ WcdZ=60/1=60（A）保護裝置的實際動作電流 IdzI= IdzjINl/Kjx=6040/=1385.64A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 =1(4.5/4.33-1)=0.04(匝)故，取平衡線圈實際匝數(shù)Wphz=0工作線圈計算匝數(shù)Wgz= Wphz+Wcdz=1(匝)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) =(0.04-0)/(0.04+1)=0.038此值小于原定值0.05，取

15、法合適，不需重新計算。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，實際應用中，還應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，應經(jīng)過變壓器空載投入試驗最后確定。4.2.3 保護裝置靈敏度校驗差動保護靈敏度要求值Klm2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 Klm=0.866KjxIdlmin/Idzl =0.86613.25/0.895=3.142滿足要求。4.3過電流保護4.3.1 過電流繼電器的整定及繼電器選擇1） 保護動作電流按躲過

16、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=1.2519.6/0.85=733.55(A) 繼電器的動作電流 Idzj=Idz/nl=733.55/(40/ )=18.34(A) 電流繼電器的選擇：靈敏度按保護范圍末端短路進行校驗，靈敏系數(shù)不小于靈敏系數(shù)：Klm=0.866KjxId3lmin/Idz =0.86610.785/0.733=0.535滿足要求。 4.4 過負荷保護其動作電流按躲過變壓器額定電流來整定。動作帶延時作用于信號。Idz=KkIe1/Kf=1.05900/0.85=1111.76(A

17、)IdzJ= Idz/nl=1111.76/40=48.14(A)延時時限取10s，以躲過電動機的自起動。當過負荷保護起動后，在達到時限后仍未返回，則動作ZDJH裝置。4.5 冷卻風扇自起動Idz=0.7Iel=0.7900=630(A) IdzJ=Idz/nl=630/(40/ )=27.28(A)即，當繼電器電流達到27.28A時，冷卻風扇自起動。5 容量計算及主變壓器選擇5.1 按年負荷增長率6計算，考慮8年。 5.2 雙變壓器并聯(lián)運行，按每臺變壓器承擔70負荷計算。 5.3 35kv負荷是 KVA，10kv負荷是 KVA，總負荷是 KVA。 5.4 變壓器容量5.4.1負荷預測 35k

18、v負荷：10000KVA（16）8 15036.30KVA； 10kv負荷： 3600 KVA（16）8 5413.07 KVA，共計20449.77KVA。 5.4.2變壓器有功和無功損耗計算 因為所占比重較小，而本站考慮的容量裕度比較大，所以不計算。5.4.3站用變選型 因為設計任務書已經(jīng)給出用電容量為160KVA，所以直接選擇即可，從主接線方案分析，站用變接于35KV母線更可靠，所以選型為SL7160/35。 5.5變壓器選擇確定： 主變壓器 承擔負荷 容量選擇 確定型號 1#B 20449.770.50.77157.42KVA 8000KVA SZL7-8000/110 2#B 同1B

19、 3#B 5413.070.50.71894.57KVA 2000KVA SL72000/35 4#B 同3B站用變 160KVA 160KVA SL7160/35 5. 變壓器技術(shù)數(shù)據(jù) 型號 額定容量（KVA） 額定電壓(kv) 損耗（KW） 阻抗電壓（） 空載電流（） 連接組別 高壓 低壓 空載 負載 SZL78000/110 8000 110 38.5 15 50 10.5 1.4 Yn,d11 SL7-2000/35 2000 35 10 3.4 19.8 6.5 1.4 Y,d11 SL7-160/35 160 35 0.4 0.47 3.15 6.5 2.5 Y,yno 6 繼電保

20、護配置及整定計算一、根據(jù)繼電保護配置和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程進行保護配置。 6.1 變壓器繼電保護 縱差保護，瓦斯保護，電流速斷保護，復合過流保護（后備保護） 序號 保護配置 保護功能及動作原理 出口方式 繼電器型號 6.1.1 縱差保護 變壓器內(nèi)部故障保護，例如斷線，層間、匝間短路等變壓器兩側(cè)電流不平衡起動保護。 斷開變壓器兩側(cè)開關(guān)。 BCH2 6.2.2 瓦斯保護 變壓器內(nèi)部短路，劇烈發(fā)熱產(chǎn)生氣體起動保護。 輕瓦斯發(fā)信號，重瓦斯斷開變壓器兩側(cè)開關(guān)。 6.1.3 過電流保護 事故狀態(tài)下可能出線的過負荷電流 動作于信號 6.1.4 電流速斷保護 相間短路 斷開線路斷路器 6.2 35KV線路，1

21、0KV線路繼電保護：電流速斷保護，過電流保護，單相接地保護 序號 保護配置 保護功能 出口方式 繼電器型號 6.2.1 電流速斷保護 相間短路 斷開線路斷路器 6.2.2 過電流保護 相間短路，過負荷 延時斷開線路斷路器 6.2.3 母線單相接地保護 絕緣監(jiān)察 信號 7 保護原理說明 變配電站繼電保護是根據(jù)變配電站運行過程中發(fā)生故障時出現(xiàn)的電流增加、電壓升高或降低、頻率降低、出現(xiàn)瓦斯、溫度升高等現(xiàn)象超過繼電保護的整定值（給定值）或超限值后，在整定時間內(nèi)，有選擇的發(fā)出跳閘命令或報警信號。 根據(jù)電流值來進行選擇性跳閘的為反時限，電流值越大，跳閘越快。根據(jù)時間來進行選擇性跳閘的稱為定時限保護，定時限在故障電流超過整定值后，經(jīng)