kV企業(yè)變電站短路電流計算及繼電保護整定計算25頁

1、目錄1前言22任務(wù)變電站原始資料42.1電力系統(tǒng)與本所的連接方式42.2主變壓器型號及參數(shù)42.3負荷及出線情況53短路電流計算63.1基本假定63.2基準值的選擇63.3各元件參數(shù)標么值的計算73.4短路電流的計算11.5短路電流計算結(jié)果144繼電保護的配置154.1繼電保護的基本知識154.2變壓器保護配置及整定計算184.3 10kV線路保護配置及整定計算205結(jié)論216總結(jié)與體會227謝辭238參考文獻241前言由于電力系統(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)展不斷注入新的活力。未來繼電保護的發(fā)展趨勢是向計算化，網(wǎng)絡(luò)化及保護

2、，控制，測量，數(shù)據(jù)通信一體化智能化發(fā)展。電能是一種特殊的商品,為了遠距離傳送,需要提高電壓,實施高壓輸電,為了分配和使用,需要降低電壓,實施低壓配電,供電和用電。發(fā)電-輸電-配電-用電構(gòu)成了一個有機系統(tǒng)。通常把由各種類型的發(fā)電廠,輸電設(shè)施以及用電設(shè)備組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在運行中,各種電氣設(shè)備可能出現(xiàn)故障和不正常運行狀態(tài)。不正常運行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞,但是沒有發(fā)生故障的運行狀態(tài),如:過負荷,過電壓,頻率降低,系統(tǒng)振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線,如:三相短路,兩相短路,兩相接地短路,單相接地短路,單相斷線和兩相斷線等。本次畢業(yè)設(shè)計的主要

3、內(nèi)容是對110kV企業(yè)(水泥廠)變電站進行短路電流的計算、保護的配置及整定值的計算。參照電力系統(tǒng)繼電保護配置及整定計算，并依據(jù)繼電保護配置原理，對所選擇的保護進行整定和靈敏性校驗從而來確定方案中的保護是否適用來編寫的。設(shè)計分五大章節(jié)，其中第三章是計算系統(tǒng)的短路電流，確定各點短路電流值；第四章是對各種設(shè)備保護的配置，首先是對保護的原理進行分析,保護的整定計算及靈敏性校驗，其后是對變壓器保護配置及整定計算以及10kV線路保護配置及整定計算。由于編者水平有限，設(shè)計之中難免有些缺陷或錯誤，望批評指正。2任務(wù)變電站原始資料2.1電力系統(tǒng)與本所的連接方式本110kV企業(yè)(水泥廠)變電站，采用110kV電壓

4、等級供電，其110kV電源來自220kV樞紐變電站，采用架空導線，系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖1：2.2主變壓器型號及參數(shù)型號：SZ10-25000/110，額定電壓：11081.25%/10.5容量比：100/100短路電壓：Uk%=10.5接線方式：YN，d112.3負荷及出線情況2.3.1 110kV進線1回，采用LGJ-150架空導線，Pmax=16MW,Pmin=1MW,=0.86,L=11km。2.3.2 10kV出線2回，全部為三芯電力電纜出線。2.3.3原料磨配電站采用4根三芯YJV-120電纜，Pmax=9MW, =0.8,L=0.2km。2.3.4窯頭配電站采用4根三芯YJV-

5、120電纜，Pmax=6MW, =0.85,L=0.8km。2.3.5 電容補償回路采用YJV-70電纜，Q=8400kvar，L=0.02km。3短路電流計算3.1基本假定3.1.1系統(tǒng)運行方式為最大運行方式。3.1.2磁路飽和、磁滯忽略不計。即系統(tǒng)中各元件呈線性，參數(shù)恒定，可以運用疊加原理。3.1.3在系統(tǒng)中三相除不對稱故障處以外，都認為是三相對稱的。3.1.4忽略對計算結(jié)果影響較小的參數(shù)，如元件的電阻、線路的電容以及網(wǎng)內(nèi)的電容器、感性調(diào)和及高壓電機向主電網(wǎng)的電能反饋等。3.1.5短路性質(zhì)為金屬性短路，過渡電阻忽略不計。3.1.6系統(tǒng)中的同步和異步電機均為理想電機。3.2基準值的選擇為了計

6、算方便，通常取基準容量Sj100MVA；基準電壓Uj取各級電壓的平均電壓，即UjUp1.05Ue；基準電流；基準電抗常用基準值如表1所示。表1 常用基準值表（Sj100MVA）基準電壓Uj（kV）3.156.310.537115230基準電流Ij（kA）18.339.165.501.560.5020.251基準電抗Xj（）0.09920.3971.1013.71325303.3各元件參數(shù)標么值的計算電路元件的標么值為有名值與基準值之比，計算公式如下：采用標么值后，相電壓和線電壓的標么值是相同的，單相功率和三相功率的標么值也是相同的，某些物理量還可以用標么值相等的另一些物理量來代替，如I*=S*

7、。電抗標么值和有名值的變換公式如表2所示。表2中各元件的標么值可由表1中查得。表2 各電氣元件電抗標么值計算公式元件名稱標 么 值備 注發(fā)電機調(diào)相機電動機為發(fā)電機次暫態(tài)電抗的百分值變壓器為變壓器短路電壓百分值，為最大容量線圈額定容量電抗器為電抗器的百分電抗值線路線路長度系統(tǒng)阻抗Skd為與系統(tǒng)連接的斷路器的開斷容量；S為已知系統(tǒng)短路容量其中線路電抗值的計算中，為：6220kV架空線 取0.4 /kM35kV三芯電纜 取0.12 /kM610kV三芯電纜 取0.08 /kM表2中SN、Sb單位為MVA，UN、Ub單位為kV，IN、Ib單位為kA。本110kV企業(yè)(水泥廠)變電站各元件參數(shù)標么值計算

8、如下：3.3.1主變壓器：3.3.2原料磨配電站線路：3.3.3窯頭配電站線路：3.4短路電流的計算3.4.1網(wǎng)絡(luò)變換計算公式串聯(lián)阻抗合成：并聯(lián)阻抗合成：，當只有兩支時3.4.2短路電流計算公式短路電流周期分量有效值： 短路沖擊電流峰值：短路全電流最大有效值：式中為沖擊系統(tǒng)，可按表3選用。表3 不同短路點的沖擊系數(shù)短路點推薦值發(fā)電機端1.902.69發(fā)電廠高壓側(cè)母線及發(fā)電機電抗器后1.852.62遠離發(fā)電廠的地點1.802.55注：表中推薦的數(shù)值已考慮了周期分量的衰減。3.4.3最大運行方式下短路電流的計算最大運行方式下等值電路標么阻抗圖見圖2。圖2d1：d2：d3：d4：3.4.4最小運行方

9、式下短路電流的計算最小運行方式下等值電路標么阻抗圖見圖3。圖3d1：d2：d3：d4：1.5短路電流計算結(jié)果110kV企業(yè)(水泥廠)變電站相關(guān)短路電流計算結(jié)果見下表4。表4 短路電流計算結(jié)果表短路點短路電流周期分量(有效值)Id(kA)短路沖擊電流(峰值)ich(kA)短路全電流最大有效值Ich(kA)最大運行方式下d15.18713.2277.832d210.64327.1416.071d310.35226.39815.632d49.56824.39814.448最小運行方式下d13.639.2575.481d29.85125.1214.875d39.60224.48514.499d48.9

10、2422.75613.4754繼電保護的配置4.1繼電保護的基本知識電能是一種特殊的商品,為了遠距離傳送,需要提高電壓,實施高壓輸電,為了分配和使用,需要降低電壓,實施低壓配電,供電和用電。發(fā)電-輸電-配電-用電構(gòu)成了一個有機系統(tǒng)。通常把由各種類型的發(fā)電廠,輸電設(shè)施以及用電設(shè)備組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在運行中,各種電氣設(shè)備可能出現(xiàn)故障和不正常運行狀態(tài)。不正常運行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞,但是沒有發(fā)生故障的運行狀態(tài),如:過負荷,過電壓,頻率降低,系統(tǒng)振蕩等。故障主要包括各種類型的短路和斷線,如:三相短路,兩相短路,兩相接地短路,單相接地短路,單相斷線和兩

11、相斷線等。其中最常見且最危險的是各種類型的短路,電力系統(tǒng)的短路故障會產(chǎn)生如下后果:(1)故障點的電弧使故障設(shè)備損壞；(2)比正常工作電流大許多的短路電流產(chǎn)生熱效應和電動力效應,使故障回路中的設(shè)備遭到破壞；(3)部分電力系統(tǒng)的電壓大幅度下降,使用戶的正常工作遭到破壞,影響企業(yè)的經(jīng)濟效益和人們的正常生活；(4)破壞電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,引起系統(tǒng)振蕩,甚至使電力系統(tǒng)瓦解,造成大面積停電的惡性循環(huán)；故障或不正常運行狀態(tài)若不及時正確處理,都可能引發(fā)事故。為了及時正確處理故障和不正常運行狀態(tài),避免事故發(fā)生,就產(chǎn)生了繼電保護,它是一種重要的反事故措施。繼電保護包括繼電保護技術(shù)和繼電保護裝置,且繼電保護裝置是

12、完成繼電保護功能的核心,它是能反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障和不正常運行狀態(tài),并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。繼電保護的任務(wù)是:(1)當電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生故障時,能自動,迅速,有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除,避免故障元件繼續(xù)遭到破壞,使非故障元件迅速恢復正常運行。(2)當電力系統(tǒng)中某電氣元件出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時,能及時反應并根據(jù)運行維護的條件發(fā)出信號或跳閘。繼電保護裝置的基本原理:我們知道在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時,許多參量比正常時候都了變化，當然有的變化可能明顯，有的不夠明顯，而變化明顯的參量就適合用來作為保護的判據(jù)，構(gòu)成保護。比如：根據(jù)短路電流較正常電流升高的特點，可構(gòu)

13、成過電流保護；利用短路時母線電壓降低的特點可構(gòu)成低電壓保護；利用短路時線路始端測量阻抗降低可構(gòu)成距離保護；利用電壓與電流之間相位差的改變可構(gòu)成方向保護。除此之外，根據(jù)線路內(nèi)部短路時，兩側(cè)電流相位差變化可以構(gòu)成差動原理的保護。當然還可以根據(jù)非電氣量的變化來構(gòu)成某些保護，如反應變壓器油在故障時分解產(chǎn)生的氣體而構(gòu)成的氣體保護。原則上說：只要找出正常運行與故障時系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的變化特征（差別），即可形成某種判據(jù)，從而構(gòu)成某種原理的保護，且差別越明顯，保護性能越好。繼電保護裝置的組成：被測物理量測量邏輯執(zhí)行跳閘或信號 整定值測量元件：其作用是測量從被保護對象輸入的有關(guān)物理量（如電流，電壓，阻抗，

14、功率方向等），并與已給定的整定值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出邏輯信號，從而判斷保護是否該起動。邏輯元件：其作用是根據(jù)測量部分輸出量的大小，性質(zhì)，輸出的邏輯狀態(tài)，出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護裝置按一定邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應跳閘或發(fā)信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。執(zhí)行元件：其作用是根據(jù)邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務(wù)。如：故障時跳閘，不正常運行時發(fā)信號，正常運行時不動作等。對繼電保護的基本要求：選擇性：是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量減小停電范圍。速動性：是指保護快速切除故障的性能，故障切除的時間包括繼電保護動作時間和斷路器

15、的跳閘時間。靈敏性：是指在規(guī)定的保護范圍內(nèi)，保護對故障情況的反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應在區(qū)內(nèi)故障時，不論短路點的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應出來?？煽啃裕菏侵赴l(fā)生了屬于它該動作的故障，它能可靠動作，而在不該動作時，它能可靠不動。即不發(fā)生拒絕動作也不發(fā)生錯誤動作。4.2變壓器保護配置及整定計算4.2.1變壓器保護配置電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響。因此，我們必須研究變壓器有哪些故障和不正常運行狀態(tài)，以便采取相應的保護措施。變壓器的故障可以分為油箱外和油箱內(nèi)兩種故障。油箱外的故障，主要是套管和引出線上發(fā)生相間短

16、路以及中性點直接接地側(cè)的接地短路。這些故障的發(fā)生會危害電力系統(tǒng)的安全連續(xù)供電。油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心的燒損等。油箱內(nèi)故障時產(chǎn)生的電弧，不僅會損壞繞組的絕緣、燒毀鐵芯，而且由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱的爆炸。變壓器外部短路引起的過電流、負荷長時間超過額定容量引起的過負荷、風扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等，這些運行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點不接地運行的星形接線方式變壓器，外部接地短路時有可能造成變壓器中性點過電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運行方式下會發(fā)生變壓器的過勵磁，引

17、起鐵芯和其它金屬構(gòu)件的過熱。 主保護：電流差動保護、瓦斯保護后備保護：過電流保護/低壓閉鎖過電流保護/復合電壓閉鎖過流保護/阻抗保護/零序過電流保護/零序過電壓保護/過負荷保護/過激磁保護。兩種配置模式：（1）主保護、后備保護分開設(shè)置（2）成套保護裝置，重要變壓器雙重化配置4.2.2縱聯(lián)差動保護以雙繞組變壓器為例來說明實現(xiàn)縱差動保護的原理，如圖4所示。?2?2?1nBnl 1nl 2?1?2- ?2I- I圖4變壓器縱差動保護的原理接線由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此，為了保證縱差動保護的正確工作，就必須適當選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等，亦

18、即在正常運行和外部故障時，差動回路的電流等于零。例如在圖4中，應使 = 或=式中高壓側(cè)電流互感器的變比；低壓側(cè)電流互感器的變比； 變壓器的變比（即高、低壓側(cè)額定電 壓之比）。由此可知，要實現(xiàn)變壓器的縱差動保護， 就必須適當?shù)剡x擇兩側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比，這是與前述送電線路的縱差動保護不同的。這個區(qū)別是由于線路的縱差動保護可以直接比較兩側(cè)電流的幅值和相位，而變壓器的縱差動保護則必須考慮變壓器變比的影響。本次設(shè)計所采用的變壓器型號為：SZ-25000/110。對于這種大型變壓器而言，它都必需裝設(shè)單獨的變壓器差動保護，這是因為變壓器差動保護通常采用兩側(cè)電流差動，其中高電壓側(cè)電流

19、引自高壓側(cè)電流互感器，低壓側(cè)電流引自變壓器低壓側(cè)電流互感器，這樣使差動保護的保護范圍為二組電流互感器所限定的區(qū)域，從而可以更好地反映這些區(qū)域內(nèi)相間短路，高壓側(cè)接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障。所以我們用縱聯(lián)差動保護作為變壓器的主保護，其接線原理圖如圖5所示。正常情況下,=即：（變壓器變比）所以這時Ir=0，實際上，由于電流繼電器接線方式，變壓器勵磁電流，變比誤差等影響導致不平衡電流的產(chǎn)生，故Ir不等于0 ，針對不平衡電流產(chǎn)生的原因不同可以采取相應的措施來減小。盡管縱聯(lián)差動保護有很多其它保護不具備的優(yōu)點，但當大型變壓器內(nèi)部產(chǎn)生嚴重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路故障以及繞組斷線故障時，縱聯(lián)差動保護不

20、能動作，這時我們還需對變壓器裝設(shè)另外一個主保護瓦斯保護。圖5縱聯(lián)差動保護原理示意圖4.2.3瓦斯保護瓦斯保護主要用來保護變壓器的內(nèi)部故障，它由于一方面簡單，靈敏，經(jīng)濟；另一方面動作速度慢，且僅能反映變壓器油箱內(nèi)部故障，就注定了它只有與差動保護配合使用才能做到優(yōu)勢互補，效果更佳。瓦斯保護的工作原理：當變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，有輕瓦斯產(chǎn)生，瓦斯繼電器KG的上觸點閉合，作用于預告信號；當發(fā)生嚴重故障時，重瓦斯沖出，瓦斯繼電器的下觸點閉合，經(jīng)中間繼電器KC作用于信號繼電器KS，發(fā)出警報信號，同時斷路器跳閘。瓦斯繼電器的下觸點閉合，也可利用切換片XB切換位置，只給出報警信號。瓦斯保護的整定：瓦斯保護有重瓦斯和輕瓦斯之分，它們裝設(shè)于油箱與油枕之間的連接導管上。其中輕瓦斯按氣體容積進行整定，整定范圍為：250300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度進行整定，整定范圍為：0.61.5m/s,一般整定在1m/s 。瓦斯保護原理如圖6所示。圖6瓦斯保護原理示意圖4.2.4保護配置的整定 對于本次設(shè)計來說，變壓器的主保護有縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護，其中瓦斯