降壓變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)論文

1、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(hù)的配置及整定計(jì)算2010275某35KV降壓變電站變壓器繼電保護(hù)的配置及整定計(jì)算摘 要負(fù)荷計(jì)算，無功功率， 短路電流，繼電保護(hù)ABSTRACTThis graduation project topic is: "A 35kV step-down transformer substation of main transformer protection design ".According to the design request, the design process using a lo

2、t 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 several parts: load calcul

3、ation 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 high and low voltage ci

4、rcuit 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, raises the independent analy

5、sis question ability, moreover deepens to the transformer substation comprehensive understanding.摘 要1Abstract2第一章 緒論 1 1.1繼電保護(hù)的概述1 1.2繼電保護(hù)裝置具備的基本性能1 1.3 繼電保護(hù)基本原理和保護(hù)裝置的組成1 1.4繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的目的和要求2第二章 變電站繼電保護(hù)和自動裝置規(guī)劃 3 2.1系統(tǒng)分析及繼電保護(hù)要求3 2.2本系統(tǒng)故障分析3 2.3 6.6kV線路繼電保護(hù)裝置 4 2.4主變壓器繼電保護(hù)裝置設(shè)置4 2.5 變電所的自動裝置5 2.6 本設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置

6、原理概述5 2.6.1 6.6kV線路電流速斷保護(hù)5 2.6.2 6.6kV線路過電流保護(hù)5 2.6.3 平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護(hù)5 2.6.4 變壓器瓦斯保護(hù) 6變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)6第三章 短路電流計(jì)算7 3.1基準(zhǔn)參數(shù)選定7 3.2 短路電流計(jì)算7第四章 主變繼電保護(hù)整定計(jì)算及繼電器選擇9 4.1瓦斯保護(hù)9 4.2縱聯(lián)差動保護(hù)：選用BCH-2型差動繼電器104. 2. 1縱聯(lián)差動保護(hù)原理圖及其展開圖10 4.2.2 計(jì)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確定基本側(cè)差動線圈的匝數(shù)和繼電器的動作電流12確定非基本側(cè)平衡線圈和工作線圈的匝數(shù)13計(jì)算由于整定匝數(shù)與計(jì)

7、算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差fza14初步確定短路線圈的抽頭14保護(hù)裝置靈敏度校驗(yàn)14 4.3過電流保護(hù)14 4.4 過負(fù)荷保護(hù)16 4.5冷卻風(fēng)扇自起動16總結(jié)17參考文獻(xiàn)1819第一章 緒論1.1 繼電保護(hù)的概述研究電力系統(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，所以沿稱繼電保護(hù)。1.2繼電保護(hù)裝置具備的基本性能繼電保護(hù)裝置必須具備以下5項(xiàng)基本性能：安全性。在不該動作時，不發(fā)生誤動作?？煽啃浴Ｔ谠搫幼鲿r，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

8、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(hù)方案時，除設(shè)置需滿足以上5 項(xiàng)基本性能外，還應(yīng)注意其經(jīng)濟(jì)性。即不僅考慮保護(hù)裝置的投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)，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(jì)和社會生活造成的損失。1.3繼電保護(hù)基本原理和保護(hù)裝置的組成 1.4繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的目的和要求電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能會發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，除應(yīng)采取各項(xiàng)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(yùn)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

9、幾秒。實(shí)踐證明，只有在每個電氣元件上裝設(shè)繼電保護(hù)裝置，才有可能滿足上述要求。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)與配置是否合理直接影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。若設(shè)計(jì)與配置不當(dāng)，保護(hù)將不能正確工作，從而會擴(kuò)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(hù)方式和正確的整定計(jì)算，才能保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。進(jìn)行電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的目的要求：（1）能把所學(xué)過的理論知識進(jìn)行綜合運(yùn)用，從而達(dá)到鞏固、加深及擴(kuò)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(jì)政策，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想，并掌握設(shè)計(jì)的基本方法。（3）培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)的理論知識，提高獨(dú)立分析和解決問題的能力，掌握實(shí)

10、際工程設(shè)計(jì)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(jì)算、繪圖、使用規(guī)程、手冊、資料及編寫設(shè)計(jì)說明書等技能。第二章 變電站繼電保護(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(jì)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(fù)荷多為化工型，屬一二類負(fù)荷居多。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。2.2本系統(tǒng)故障分析本設(shè)計(jì)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。電力變壓器的故障，分為外部故障和內(nèi)部故障兩類。&#

11、183;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?yàn)橛拖鋬?nèi)出現(xiàn)故障時，所產(chǎn)生的電弧，將會引起絕緣物質(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。變壓器的不正常運(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 6.6kV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： 單回路出線保護(hù)：適用于織布廠和

12、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，0 S跳閘。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：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.后備保護(hù)：

13、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）。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1.針對架空線路的故障多系雷擊、鳥害、樹枝或其它飛行物等引起的瞬時性短路，其特點(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(jì)在6.6kV各出線上設(shè)置三相自動重合閘裝置（CHZ），即當(dāng)線

14、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(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(jì)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）。3. 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(jì)6.6

15、kV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(jì)繼電保護(hù)裝置原理概述 6.6kV線路電流速斷保護(hù)是根據(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，采用二相二電流繼電器的不完全星形接線方式，本設(shè)計(jì)選用無時限電流速斷保護(hù)。 6.6kV線路過電流保護(hù)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(jì)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

16、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。 平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護(hù)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)。 變壓器瓦斯保護(hù)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

17、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)閉合，這時作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護(hù)。變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)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

18、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(jì)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。第三章 短路電流計(jì)算3.1基準(zhǔn)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(jì)算（1）最大運(yùn)行方式下：因已知35kV側(cè)的短路容量=75M

19、VA,且=37kV，此時2臺變壓器并列運(yùn)行，可求短路電流則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(yùn)行方式下：因已知35kV側(cè)的短路容量=70MVA,且=6.9kV，此時只有一臺運(yùn)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(hù)整定計(jì)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(jì)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(jì)采用0.9 cm2。瓦斯繼電器選用F

20、J3-80型。瓦斯保護(hù)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(hù)：選用BCH-2型差動繼電器。4-2-1縱聯(lián)差動保護(hù)原理圖及其展開圖如下所示圖4-2-1圖4-2-2 圖4-2-3 計(jì)算Ie及電流互感器變比表5-1 變壓器縱差動保護(hù)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(jì)算變比I1e/5=214.2/5I2e/5=656.1/5實(shí)選CT變比nl250/5800/5實(shí)際額定電流I1e/5=5.36AI2e/5=5.15A不平

21、衡電流Ibp5.36-5.15=0.21A確定基本側(cè)基本側(cè)非基本側(cè) 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(shí)用計(jì)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，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(jì)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?jǐn)?shù)的一半，本設(shè)計(jì)取0.05；繼電器整定匝書數(shù)與計(jì)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

22、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(fù)荷電流比較上述（1），（2），（3）式的動作電流，取最大值為計(jì)算值，即 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(shí)用匝數(shù)和動作電流更接近于計(jì)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(jì)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(shí)際值，本設(shè)計(jì)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

23、為差動線圈整定匝數(shù)。即實(shí)際整定匝數(shù) 5（匝） 繼電器的實(shí)際動作電流 保護(hù)裝置的實(shí)際動作電流 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(jì)算匝數(shù) （匝）故，取平衡線圈實(shí)際匝數(shù)工作線圈計(jì)算匝數(shù)（匝）計(jì)算由于整定匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差 此值小于原定值0.05，取法合適，不需重新計(jì)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(shí)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(yàn)最后確定。保護(hù)裝置靈敏度校驗(yàn)差動保護(hù)靈敏度要求值 本系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下，6.6KV側(cè)出口發(fā)生兩相短路時，保護(hù)裝置的靈敏度最低。本裝置靈敏度 滿足要求。4.3過電流保護(hù)過電流繼電器的整定及繼電器選擇：（1）保護(hù)動作電