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文檔簡介

1、南 昌 工 程 學(xué) 院綜 合 課 程 設(shè) 計 (論 文)機(jī)械與電氣工程 系(院)電氣工程及其自動(1)專業(yè)課程設(shè)計(論文)題目 降壓變電所繼電保護(hù)設(shè)計 學(xué)生姓名 熊毅 班 級 電氣工程及其自動化(1) 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 趙志英 完成日期 2011 年 12 月 19 日 成績: 評語: 指導(dǎo)教師: 2011年12月19日 目 錄第一章 引言 3第二章 變電所繼電保護(hù)和自動裝置規(guī)劃3 一 系統(tǒng)分析及繼電保護(hù)要求3 二 本系統(tǒng)故障分析4 三 10kV線路繼電保護(hù)裝置 4 四 主變壓器繼電保護(hù)裝置設(shè)置4 五 變電所自動裝置5六 設(shè)計繼電保護(hù)裝置原理概述6第三章 主變繼電保護(hù)整定計算及繼電器選擇 7

2、一 瓦斯保護(hù) 7 二 過電流保護(hù)7 三 過負(fù)荷保護(hù)的整定10參考文獻(xiàn)101 引言繼電保護(hù)主要利用電力系統(tǒng)中元件發(fā)生短路或異常情況時的電氣量(電流、電壓、功率、頻率等)的變化,構(gòu)成繼電保護(hù)動作的原理,也有其他的物理量,如變壓器油箱內(nèi)故障時伴隨產(chǎn)生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強(qiáng)度的增高。大多數(shù)情況下,不管反應(yīng)哪種物理量,繼電保護(hù)裝置都包括測量部分(和定值調(diào)整部分)、邏輯部分、執(zhí)行部分。繼電保護(hù)及自動化是研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況,以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼電器來保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件(發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等),使之免遭損害,所以沿稱繼電保

3、護(hù)。基本任務(wù)是:當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時,在可能實(shí)現(xiàn)的最短時間和最小區(qū)域內(nèi),自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除,或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源,以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。2 變電所繼電保護(hù)和自動裝置規(guī)劃2.1 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。2.1.1 繼電保護(hù)的四項(xiàng)基本條件:為保證安全供電和電能質(zhì)量,繼電保護(hù)應(yīng)滿足四項(xiàng)基本要求,即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。2.1.2主設(shè)備繼電保護(hù)設(shè)計原則繼電保護(hù)裝置,就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀

4、態(tài),并動作于短路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置,其基本任務(wù)是:(1)自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除,使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞,保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行;(2)反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài),動作于發(fā)信號、減負(fù)荷或延時跳閘。因此繼電保護(hù)的設(shè)計原則為:滿足四個基本要求,即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。故障發(fā)生在任何一點(diǎn),保護(hù)均應(yīng)有選擇性的可靠動作,無死區(qū)。二、 主變壓器保護(hù)配置現(xiàn)代生產(chǎn)的變壓器,雖然結(jié)構(gòu)可靠,故障機(jī)會較少,但在實(shí)際運(yùn)行中,仍有可能發(fā)生各種類型故障和異常運(yùn)行,為了保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)地運(yùn)行,并將故障和異常運(yùn)行對電力系統(tǒng)的影響限制到最小范圍,必須根據(jù)變壓器

5、容量大小、電壓等級等因素裝設(shè)必要的、動作可靠性高的繼電保護(hù)裝置。根據(jù)規(guī)定,容量5000kVA 的變壓器應(yīng)裝設(shè)以下保護(hù): 瓦斯保護(hù)。 電流速斷保護(hù)。 過電流保護(hù)。 主變絕緣監(jiān)視。2.2 本系統(tǒng)故障分析2.2.1系統(tǒng)線路主要的故障:本設(shè)計中的電力系統(tǒng)具有非直接接地的架空線路及中性點(diǎn)不接地的電力變壓器等主要設(shè)備。就線路來講,其主要故障為單相接地、兩相接地和三相接地。2.2.2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。2.2.3變壓器的不正常情況:變

6、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。2.3 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:2.3.1 單回出線保護(hù):適用于織布廠和膠木廠出線。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。2.3.2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)。2.4 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

7、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:2.4.1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)。2.4.2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)。2.4.3 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)。2.5 變電所的自動裝置2.5.1瞬時故障的繼電保護(hù):針對架空線路的故障多系雷擊、鳥害、樹枝或其它飛行物

8、等引起的瞬時性短路,其特點(diǎn)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)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。2.5.2 提高供電可靠性: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)。2.5.3 保

9、證系統(tǒng)電能質(zhì)量 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,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。2.6 本設(shè)計繼電保護(hù)裝置原理概述2.6.1 10KV線路電流速斷保護(hù):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,采用三相三電流繼電器

10、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)。2.6.2 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。2.6.3 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

11、,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)。2.6.4 變壓器瓦斯保護(hù):是利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(diǎn)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(diǎn)

12、閉合,這時作用于跳閘并發(fā)信,稱為重瓦斯保護(hù)。2.6.5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,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(shí)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

13、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 主變繼電保護(hù)整定計算及繼電器選擇4.1 瓦斯保護(hù): 輕瓦斯保護(hù)的動作值按氣體容積為250300cm2整定,本設(shè)計采用280 cm2。重瓦斯保護(hù)的動作值按導(dǎo)油管的油流速度為0.61.5 cm2整定本,本設(shè)計采用0.9 cm2。瓦斯繼電器選用FJ3-80型。4.2過電流保護(hù): 過電流保護(hù)動作電流的整定。短路計算點(diǎn)三相短路電流/KA(最大運(yùn)行方式)三相短路電流/KA(最小運(yùn)行方式)(KA)(KA)(KA)(KA)(KA)(KA)(KA)(KA)

14、(KA)(KA)k-14.473.874.4711.44.873.0622.653.0627.813.34k-23.2672.833.2638.333.562.982.582.987.63.25k-32.5252.192.5256.442.752.5252.192.5256.442.751:在主變壓器電流速斷電流保護(hù):(1) 速斷電流保護(hù)的整定計算:對于線路WL1裝設(shè)三段式電流保護(hù)a:電流速度按保護(hù)的動作電流計算:取可靠系數(shù) =1.3采用兩相不完全星型接法,動作電流按躲過系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下,變壓器二次側(cè)三相短路值來整定:流經(jīng)繼電器的電流為:靈敏度按系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下變壓器一次側(cè)兩相短路的短路電

15、流來校驗(yàn): 滿足要求線路WL2無時限電流速斷保護(hù)的計算先計算380KV側(cè)的短路電流:由于課程設(shè)計車間配電選了三種變壓器,只需計算其最小短路電流即可: 故其有效值為:故線路WL1的帶時限保護(hù)動作的電流為:繼電器的動作電流為:線路WL1帶時限電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn): 合格取時間級數(shù)為0.5S則WL1的無時限動作時間為 :WL2的無時限動作時間為:=0 sWL1的帶時限應(yīng)與WL2的無時限相配合即:WL2的帶時限動作時間為:備用電源側(cè)變壓器WL5的保護(hù)計算:無時限電流速斷保護(hù): 由上面的計算可知故線路WL5的動作電流為:繼電器的動作電流為:母聯(lián)線路WL4的無時限動作電流為 母聯(lián)線路WL4的帶時限的動作電流:繼電器的動作電流為:過電流保護(hù)計算(三段)對WL1定時限一次側(cè)保護(hù)電流為繼電器的動作電流為:對WL2定時限一次側(cè)保護(hù)電流為繼電器的動作電流為:對WL5定時限一次側(cè)保護(hù)電

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