忻州市垃圾焚燒發(fā)電工程35KV降壓變電站繼電保護課件

1、賀州學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）電氣工程及其自動化物理與電子信息工程系162011某35KV降壓變電站變壓器繼電保護的配置及整定計算、2010電氣工程及其自動化化150774743220810617145物理與電子信息工程系（三號黑體）2752011教師余長庚唐麗秋2008級某35KV降壓變電站變壓器繼電保護的配置及整定計算 忻州市垃圾焚燒發(fā)電工程35KV降壓變電站變壓器繼電保護的配置及整定計算摘 要忻州市垃圾焚燒發(fā)電35kV降壓變電站的主變保護設(shè)計。根據(jù)設(shè)計的要求，在設(shè)計的過程中，用到了35kV降壓變電站的絕大多數(shù)的基礎(chǔ)理論和設(shè)計方案，因此在設(shè)計過程中側(cè)重了知識系統(tǒng)化能力的培養(yǎng)。設(shè)計可分為幾部

2、分：設(shè)計方案的確定；系統(tǒng)負荷計算，短路電流的計算；主變壓器繼電保護的配置、整定及校驗的確定。 通過本次設(shè)計，學(xué)習(xí)了設(shè)計的基本方法，鞏固三年以來學(xué)過的知識，培養(yǎng)獨立分析問題的能力，而且加深對變電站的全面了解。關(guān)鍵詞：負荷計算，無功功率， 短路電流，繼電保護 ABSTRACTThis graduation project topic is: "A 35kV step-down transformer substation of main transformer protection design ".According to the design request, the de

3、sign process using a lot of knowledge, therefore how knowledge systematic became the key. If this design using the factory of the overwhelming majority of power supply of basic theory and design scheme, so in the design process emphasis on knowledge systematic ability. Design can be divided into sev

4、eral parts: load calculation and reactive power calculation and compensation, Substation position and form the choice, Main transformer substation sets and capacity and main wiring schemes choice; The calculation of short-circuit current, Once substation equipment choice and calibration, Substation

5、high and low voltage circuit choice; The secondary circuit substation plan selection and relay protection setting, Lightning protection and grounding device is identified.Through this design, has studied the design essential method, since the consolidated four years have studied the knowledge, raise

6、s the independent analysis question ability, moreover deepens to the transformer substation comprehensive understanding.Key words: Load calculation Reactive power Short-circuit current Relay protection III目 錄摘 要1Abstract2第一章 緒論 1 1.1繼電保護的概述1 1.2繼電保護裝置具備的基本性能1 1.3 繼電保護基本原理和保護裝置的組成1 1.4繼電保護設(shè)計的目的和要求2第二

7、章 變電站繼電保護和自動裝置規(guī)劃 3 2.1系統(tǒng)分析及繼電保護要求3 2.2本系統(tǒng)故障分析3 2.3 6.6kV線路繼電保護裝置 4 2.4主變壓器繼電保護裝置設(shè)置4 2.5 變電所的自動裝置5 2.6 本設(shè)計繼電保護裝置原理概述5 2.6.1 6.6kV線路電流速斷保護5 2.6.2 6.6kV線路過電流保護5 2.6.3 平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護5 2.6.4 變壓器瓦斯保護 6 2.6.5變壓器縱聯(lián)差動保護6第三章 短路電流計算7 3.1基準參數(shù)選定7 3.2 短路電流計算7第四章 主變繼電保護整定計算及繼電器選擇9 4.1瓦斯保護9 4.2縱聯(lián)差動保護：選用BCH-2型差動繼電器1

8、04. 2. 1縱聯(lián)差動保護原理圖及其展開圖10 4.2.2 計算Ie及電流互感器變比11 4.2.3 確定基本側(cè)動作電流 11 4.2.4確定基本側(cè)差動線圈的匝數(shù)和繼電器的動作電流12 4.2.5確定非基本側(cè)平衡線圈和工作線圈的匝數(shù)13 4.2.6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fza14 4.2.7初步確定短路線圈的抽頭14 4.2.8保護裝置靈敏度校驗14 4.3過電流保護14 4.4 過負荷保護16 4.5冷卻風(fēng)扇自起動16總結(jié)17參考文獻18附錄1917賀州學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）第一章 緒論1.1 繼電保護的概述研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策

9、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的繼電器來保護電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害，所以沿稱繼電保護。1.2繼電保護裝置具備的基本性能繼電保護裝置必須具備以下5項基本性能：安全性。在不該動作時，不發(fā)生誤動作。可靠性。在該動作時，不發(fā)生拒動作?？焖傩?。能以最短時限將故障或異常消除。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。靈敏性。反映故障的能力，通常以靈敏系數(shù)表示。選擇繼電保護方案時，除設(shè)置需滿足以上5 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

10、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“正常”與“不正常”運行狀態(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： (1)反映電氣量的保護 電力系統(tǒng)發(fā)生故障

11、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

12、以及自適應(yīng)原理的保護也在應(yīng)用中。 (2)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、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)果子以執(zhí)行：跳閘或發(fā)信號。1.4繼電保護設(shè)計的目的

13、和要求電力系統(tǒng)在運行中，可能會發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)，除應(yīng)采取各項積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性外，若故障一旦發(fā)生，必須迅速而有選擇性地將故障元件切除，這是保證電力系統(tǒng)安全運行的最有效的方法之一。切除故障的時間常常要求小到十分之幾秒甚至百分之幾秒。實踐證明，只有在每個電氣元件上裝設(shè)繼電保護裝置，才有可能滿足上述要求。電力系統(tǒng)繼電保護的設(shè)計與配置是否合理直接影響到電力系統(tǒng)的安全運行。若設(shè)計與配置不當(dāng)，保護將不能正確工作，從而會擴大事故及停電范圍，有時還可能造成人身傷亡或設(shè)備損壞事故。故必須合理地選擇保護方式和正確的整定計算，才能保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。進行電力系統(tǒng)繼電保護設(shè)計的目的

14、要求：（1）能把所學(xué)過的理論知識進行綜合運用，從而達到鞏固、加深及擴大專業(yè)知識，并使之系統(tǒng)化。（2）正確領(lǐng)會和貫徹黨和國家的方針、技術(shù)經(jīng)濟政策，培養(yǎng)正確的設(shè)計思想，并掌握設(shè)計的基本方法。（3）培養(yǎng)運用所學(xué)的理論知識，提高獨立分析和解決問題的能力，掌握實際工程設(shè)計中的一些基本技能。（4）培養(yǎng)作為工程技術(shù)人員必須具備的計算、繪圖、使用規(guī)程、手冊、資料及編寫設(shè)計說明書等技能。第二章 變電站繼電保護和自動裝置規(guī)劃2.1系統(tǒng)分析及繼電保護要求本設(shè)計35/6.6kV系統(tǒng)為雙電源35kV單母線分段接線，6.6kV側(cè)單母線分段接線，所接負荷多為化工型，屬一二類負荷居多。2.1.1為保證安全供電和電能質(zhì)量，繼電

15、保護應(yīng)滿足四項基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。2.2本系統(tǒng)故障分析2.2.1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)部故障可以分為油箱內(nèi)和油箱外故障兩種。油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路，接地短路，匝間短路以及鐵芯的燒損等，對變壓器來講，這些故障都是十分危險的，因為油箱內(nèi)出現(xiàn)故障時，所產(chǎn)生的電弧，將會引起絕緣

16、物質(zhì)的劇烈變化，從而有可能引起爆炸，因此，這些故障應(yīng)該盡快加以切除。2.2.3變壓器的不正常運行過負荷、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 6.6kV線路繼電保護裝置根據(jù)線路的故障類型，按不同的出線回路數(shù)，設(shè)置相應(yīng)的繼電保護裝置如下：2.3.1 單回路出線保護：適用于織布廠和膠木廠出線。采用兩段式電流保護，即電流速斷保護和過電流保護。其中電流速斷保護為主保護，不帶時限，0 S跳閘。2.3.2雙回路出線保護：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)方向差動保護加電流保護。其中橫聯(lián)方向差動保護為主保護。電流保護作為橫聯(lián)方向差動保護的后備保護。2.4 主變壓器

17、繼電保護裝置設(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、異常運行保護和必要的輔助保護如下：1.主保護：瓦斯保護（以防御變壓器內(nèi)部故障和油面降低）、縱聯(lián)差動保護（以防御變壓器繞組、套管和引出線的相間短路）。2.后備保護：過電流保護（以反應(yīng)變壓器外部相間故障）、過負荷保護（反應(yīng)由于過負荷而引起的過電流）。3.異常運行保護和必要的輔助保護：溫度保護（以檢測變壓器的油溫，防止變壓器油劣化加速）和冷卻風(fēng)機自啟動（用變壓器一相電流的70%來啟動冷卻風(fēng)機，防止變壓器油溫過高）。2.5 變電所的自動裝置1.針對架空線

18、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。若運行人員試行強送，隨可以恢復(fù)供電，但速度較慢，用戶的大多設(shè)備（電動機）已停運，這樣就干擾破壞了設(shè)備的正常工作，因此本設(shè)計在6.6kV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針對變電所負荷性質(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6.6KV母聯(lián)斷路器（DL8）處裝設(shè)備用電源自動投入裝置（BZT

19、）。3. 頻率是電能質(zhì)量的基本指標之一,正常情況下,系統(tǒng)的頻率應(yīng)保持在50Hz，運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)的機械生長率下降，產(chǎn)品質(zhì)量降低，更為嚴重的是給電力系統(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6.6kV出線設(shè)置自動頻率減負荷裝置（ZPJH），按用戶負荷的重要性順序切除。2.6 本設(shè)計繼電保護裝置原理概述2.6.1 6.6kV線路電流速斷保護是根據(jù)短路時通過保護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裝置的保護范圍；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

20、不完全星形接線方式，本設(shè)計選用無時限電流速斷保護。2.6.2 6.6kV線路過電流保護利用短路時的電流比正常運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和反時限過電流保護；本設(shè)計與電流速斷保護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，作為電流速斷保護的后備保護，來切除電流速斷保護范圍以外的故障，其保護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

21、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，雙回線路運行時能保證有選擇的動作。該保護動作時間0S，由于橫聯(lián)保護在相繼動作區(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，作為后備保護。2.6.4 變壓器瓦斯保護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，接點閉合，這時讓其作用于信號，稱為輕瓦斯保護；故障嚴重時，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，在該氣體作用下形成強烈的油流，沖擊繼電器，使繼電器動作，接點閉合，這時作

22、用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護。2.6.5變壓器縱聯(lián)差動保護按照循環(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，在正常運行和外部短路時，二次電流在臂中環(huán)流，使差動保護在正常運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，變壓器差動保護需解決這些問題，方法有：·靠整定值躲過不平衡電流·

23、采用比例制動差動保護。·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)濟的BCH-2型帶有速飽和變流器的繼電器，以提高保護裝置的勵磁涌流的能力。第三章 短路電流計算3.1基準參數(shù)選定，即：35kV側(cè)，6.6kV側(cè)又變壓器的阻抗為，3.2 短路電流計算（1）最大運行方式下：因已知35kV側(cè)的短路容量=75MVA,且=37kV，此時2臺變壓器并列運行，可求短路電流又有則6.6kV側(cè)的短路電流可求得：=1.33+1/1=1.83 系統(tǒng)等效圖如圖3-2-1所示圖3-2-1（2）最小運行方式下：因已知35kV側(cè)的短路容量=70MVA,且=6.9kV

24、，此時只有一臺運行，可求短路電流6.6kV側(cè)短路電流可求得 =1.33+1=2.33系統(tǒng)等效圖如圖3-2-2所示圖3-2-2第四章 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(shè)計采用280 cm2。重瓦斯保護的動作值按導(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。瓦斯保護原理圖及展開圖如4-1-1和4-2-2圖所示圖4-1-1圖4-2-24.2 縱聯(lián)差動保護：選用BCH-2型差動繼電器。4-2-1縱聯(lián)差動保護原理圖及其展開圖如下所示圖4-2-1 圖4-2-2 圖4-2-34.2

25、.2 計算Ie及電流互感器變比表5-1 變壓器縱差動保護用互感器變比選擇名 稱各側(cè)數(shù)據(jù)Y（35kV）（6.6kV）額定電流I1e=S/ U1e=123.7AI2e=S/ U2e=656.1A變壓器接線方式Y(jié)CT接線方式Y(jié)CT計算變比I1e/5=214.2/5I2e/5=656.1/5實選CT變比nl250/5800/5實際額定電流I1e/5=5.36AI2e/5=5.15A不平衡電流Ibp5.36-5.15=0.21A確定基本側(cè)基本側(cè)非基本側(cè)4.2.3 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 (5.1)利用實用計算式 （5.2）式中 可靠系數(shù)，采用1.3； 非同期分量引起的誤差

26、，采用1； 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； 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(shè)計取0.05；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。電流互感器的最大相對誤差，取0.1。代入數(shù)據(jù)得（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 （5.3）式中 可靠系數(shù)，采用1.3。 變壓器額定電流。代入數(shù)據(jù)得 （3) 躲過電流互感器二次回路短路時的最大負荷電流比較上述（1），（2），（3）式的動作電流，取最大值為計算值，即 4.2.4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 （5.5）代入數(shù)據(jù)得 基本側(cè)繼電器差動線圈匝數(shù) （5.6）式中 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60安匝。代入數(shù)據(jù)得 （匝）選用差動線圈與一組平衡線圈匝數(shù)之和較小而相近的數(shù)值，作為差動線圈整定匝數(shù)。即實際整定匝數(shù) 5（匝） 繼電器的實