某35kV變電所主變壓器繼電保護設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上成都電子機械高等?？茖W(xué)校課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：某35kV變電所主變壓器繼電保護設(shè)計專 業(yè)： 供用電技術(shù) 班級學(xué)號： 10261 04 學(xué)生姓名： 尹榮超 指導(dǎo)教師： 張祥軍 2012 年 12 月 專心-專注-專業(yè) 電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計任務(wù)書適用專業(yè)：供用電技術(shù) 指導(dǎo)教師：張祥軍一、設(shè)計題目：某35kV變電所主變壓器繼電保護設(shè)計二、原始數(shù)據(jù)（1）電壓等級35/6kV（2）系統(tǒng)參數(shù)：本礦35KV變電所是留莊鎮(zhèn)變電所提供供電，兩回路是直接從留新線線路引入，長度都是4.605km，中間有母線相連。上級的35kV母線的最大及最小短路容量分別為1200MVA和800MVA

2、，線路選的型號為LGJ-240型。變電所提供電源的定時限過電流保護動作時限均為2.0s。（3）變電所主接線形式35kV全橋式接線，6kV單母線分段接線。主變壓器兩臺S11-25000/35kV，Y，d11接線變壓器。（4）運行方式：以兩個主變壓器全投入運行，負(fù)荷全投，母線分段斷路器合閘運行為最大運行方式；以乙主變壓器停運，電纜停運，分段斷路器斷開運行為最小運行方式。某35kV變電所主變壓器繼電保護設(shè)計第一章 繼電保護的概述1.1繼電保護的概述繼電保護主要利用電力系統(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)成繼電保護動作的原理，也有其他的物理量，如變壓器油箱內(nèi)故障

3、時伴隨產(chǎn)生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強度的增高。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。繼電保護及自動化是研究電力系統(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?；救蝿?wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，在可能實現(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。1.2保護裝置的作用在企業(yè)供配電系統(tǒng)中，

4、無論是系統(tǒng)還是設(shè)備有時都會出現(xiàn)不正常的工作狀態(tài)。因此，在供配電系統(tǒng)中一旦發(fā)生短路故障，必須盡快的將故障元器件切離電源。還應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)和消除對系統(tǒng)或用電設(shè)備有危害的不正常工作狀態(tài)，從而保證電氣設(shè)備的可靠運行。 保護裝置是能及時發(fā)現(xiàn)各種故障和不正常工作狀態(tài)，并能根據(jù)工作性質(zhì)準(zhǔn)確切除故障和將不正常工作狀態(tài)通過信號裝置報警的一種自動裝置。1） 當(dāng)故障發(fā)生時，保護裝置動作，并借助斷路器自動的，快速的，有選擇性的將故障元件迅速的從供電系統(tǒng)中切除，避免事故的擴大，保證其他電氣設(shè)備繼續(xù)正常運行。2） 當(dāng)出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時，保護裝置動作，及時發(fā)出報警信號，以便引起運行人員的注意并及時處理。3） 保護裝置還可以和

5、供電系統(tǒng)的其他自動裝置，如備用電源自動投入裝置，自動重合閘裝置等配合，大大的縮短了短路故障停電時間，及時恢復(fù)正常供電，從而提高了供電系統(tǒng)的運行的可靠性。1.3繼電保護的基本原理繼電保護的原理是利用被保護線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量為信息量，當(dāng)突變量達到一定值時，起動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。故障后，工頻電氣量變化的主要特征及可以構(gòu)成的保護 （1）電流增大，構(gòu)成電流保護。（2）電壓降低，構(gòu)成低電壓保護。（3）電流與電壓之間的相位角改變 ，構(gòu)成功率方向保護。（4）測量阻抗發(fā)生變化，構(gòu)成距離保護。（5）故障時被保護元件兩端電流相位和大小的變化 ，構(gòu)成差動保護 。（6）不對稱短路時

6、，出現(xiàn)相序分量，構(gòu)成零序電流保護、負(fù)序電流保護和負(fù)序功率方向保護 。電力系統(tǒng)的繼電保護根據(jù)被保護對象不同，分為發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備的繼電保護和輸電線路的繼電保護。前者是指發(fā)電機、變壓器、母線和電動機等元件的繼電保護，簡稱為元件保護；后者是指電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)中輸電線路的繼電保護，簡稱線路保護。 按作用的不同繼電保護又可分為主保護、后備保護和輔助保護。主保護是指被保護元件內(nèi)部發(fā)生的各種短路故障時，能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及設(shè)備安全要求的、有選擇地切除被保護設(shè)備或線路故障的保護。后備保護是指當(dāng)主保護或斷路器拒絕動作時，用以將故障切除的保護。后備保護可分為遠(yuǎn)后備和近后備保護兩種。遠(yuǎn)后備是指主保護或斷路器拒絕時

7、，由相鄰元件的保護部分實現(xiàn)的后備；近后備是指當(dāng)主保護拒絕動作時，由本元件的另一套保護來實現(xiàn)的后備，當(dāng)斷路器拒絕動作時，由斷路器失靈保護實現(xiàn)后備。 繼電保護裝置需有操作電源供給保護回路，斷路器跳、合閘及信號等二次回路。按操作電源性質(zhì)的不同，可以分為直流操作電源和交流操作電源。通常在發(fā)電廠和變電所中繼電保護的操作電源是由蓄電池直流系統(tǒng)供電，因蓄電池是一種獨立電源，最大的優(yōu)點是工作可靠，但缺點是投資較大、維護麻煩。交流操作電源的優(yōu)點是投資少、維護簡便，但缺點是可靠性差。因此，交流操作電源的繼電保護適合于小型變電所使用。 1.4對保護裝置的要求1） 選擇性：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，只讓離故障點最近的保護

8、裝置動作，切除故障元件，保證其他電氣設(shè)備的正常運行，2） 快速性：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，快速切除故障可以減輕短路電流對電氣設(shè)備的破壞程度，盡快回復(fù)供電系統(tǒng)的正常運行。3） 可靠性：保護裝置必須經(jīng)常處于準(zhǔn)備狀態(tài)，一旦在本保護區(qū)發(fā)生短路故障或不正常工作狀態(tài)時，它都不該拒絕動作或誤動作，而必須可靠動作。4） 靈敏性：保護裝置對其在本保護區(qū)發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)，無論其位置如何，程度輕重，均有足夠的反應(yīng)能力，保證動作。各種保護裝置的靈敏性用“靈敏度”來衡量。第二章 本系統(tǒng)故障分析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不接地的電力變壓器等主要設(shè)備。就線路來講，其主要

9、故障為單相接地、兩相接地和三相接地。2.2電力變壓器的故障分為外部故障和內(nèi)部故障兩類。1)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。2)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。2.3變壓器的不正常情況變壓器的不正常運行過負(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。2.4 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：2.4.1 單回出線保護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，0S跳閘。2.4.2雙回路出線保護采用平行雙回

10、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。2.5 主變壓器繼電保護裝置設(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：2.5.1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）。2.5.2后備保護過電流保護（以反應(yīng)變壓器外部相間故障）、過負(fù)荷保護（反應(yīng)由于過負(fù)荷而引起的過電流）。2.5.3 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

11、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）。2.6 變電所的自動裝置2.6.1瞬時故障的繼電保護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。2.6.2 提高供電可靠性針對變電所負(fù)

12、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）6KV母聯(lián)斷路器（DL8）處裝設(shè)備用電源自動投入裝置（BZT）。2.6.3 保證系統(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(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6KV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。2.7本設(shè)計繼電保護裝置原理

13、概述2.7.1 6KV線路過電流保護 是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。2.7.2 變壓器瓦斯保護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

14、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(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烈的油流，沖擊繼電器，使繼電器動作，接點閉合，這時作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護。2.7.3 變壓器縱聯(lián)差動保護是按照循環(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)

15、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·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 系統(tǒng)電路圖如圖所示 基準(zhǔn)參數(shù)的選定： Sd=100MVA UC1=37KV Uc2=6.3KV Id1=Sd/UC1=100/*37=1.56KA Id2=Sd/UC2 =100/*6.

16、3=9.16KA阻抗計算：系統(tǒng)： X1=100/1200=0.083 X2=100/800=0.125線路： X3=X0LSd/UC12=0.4*4.065*100/372=0.135變壓器T1,T2: X5=X6=Uk%Sd/(SN100)=0.075*100/6.3=1.19短路電流的計算：最大運行方式下：1) 繪制等效電路如圖所示，圖上標(biāo)出各元器件的序號和電抗標(biāo)幺值，并標(biāo)出短路計算點如下所示SK=1200MVALGJ-2404.605KM X0=0.4/KM35KV6KVK-1K-2T1T2S11-25000/35KV UK%=7.5S11-25000/35KV UK%=7.510.08

17、320.13531.1941.19K-1K-2XK-1=X1+X3=0.083+0.135=0.218IK-1(3)=Id1/XK-1=1.56/0.218=7.16KAIsh=2.55IK-1(3)=2.55*7.16=18.25KAXK-2=X1+X3+ X5/X6=0.218+1.19/2=0.813IK-2(3)=Id2/XK-2=5.5/0.813=6.77KA6KV側(cè)短路時，折算到35KV側(cè)的三相短路電流:Ik21max=Id1/XK-2=1.56/0.813=1.92KA最小運行方式下:以乙主變停運，電纜停運，分段斷路器斷開運行為最小運行方式。 繪制等效電路如圖所示，圖上標(biāo)出各元

18、器件的序號和電抗標(biāo)幺值，并標(biāo)出短路計算點如下所示SK=800MVALGJ-2404.065KM X0=0.4/KM35KV6KVK-1K-2T1S11-25000/35KV UK%=7.5 10.08320.13531.19K-1K-2 X7=X1+X3=0.083+0.135=0.218 X11= X7+X5=0.218+1.19=1.40835KV上的短路電流: Ik1min=Id1/X7=1.56/0.218=7.5KA10KV上的短路電流： Ik2min=Id2/X11=5.5/1.408=3.91KA折算到35KV側(cè)： Ik21min=Id1/X11=1.56/1.408=1.11K

19、A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250-300cm2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0.6-1.5 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縱聯(lián)差動保護選用BCH-2型差動繼電器。4.2.1原理圖如圖所示4.2.2計算Ie及電流互感器變比列表如下：名 稱各側(cè)數(shù)據(jù)Y（35KV）（6KV）一次側(cè)額定電流I1e=S/ UN=412.4AI2E=S/ UN=2405.6A變壓器接線方式Y(jié)CT接線方式Y(jié)CT計算變比I1e/5=714.3/5I2e/5=2405.6/5實選CT

20、變比n800/52800/5二次側(cè)額定電流I1e/160=4.46AI2e/540=4.30A不平衡電流Ibp4.46-4.30=0.16A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:IOPKrelIbpIOP=Krel(10%Kst+U+fN)Ik21maxKrel可靠系數(shù)，采用1.3;Kst非同期分量引起的誤差，兩側(cè)電流互感器型號相同時取0.5，不同時取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?jǐn)?shù)的一半，本設(shè)計取0.05；fN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。IOP=1.3*（0.5*0.

21、1+0.05+0.05）*1.92=0.3744KV=374.4A2) 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IOP=KrelI1e=1.3*412.4=536.1A綜上：IOP=910.5A4.2.4確定基本側(cè)差動線圈的匝數(shù)和繼電器的動作電流1) 差動繼電器基本側(cè)（35KV側(cè)）的二次動作電流IOP。KD=IOPKCON/KTA=374.4*1/(800/5)=2.34A KCON基本側(cè)電流互感器接線系數(shù)，取1。2） 基本側(cè)繼電器差動線圈匝數(shù)Nop.cal=AN0/IOP。KD=60/2.34=25.6匝AN0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。選用實

22、用整定匝數(shù)為Nop.。Set=匝。為平衡得更精確,可將基本側(cè)平衡線圈Nb1作為動作匝數(shù)的一部分，基本側(cè)工作線圈的匝數(shù)Nop.。Set等于差動線圈Nd.set和平衡線圈Nb1。Set之和，選取差動線圈Nd.與平衡線圈Nb1的整定匝數(shù)Nd.set=20匝，Nb1。Set=6匝。即：Nop.。Set=Nd.set+Nb1。Set根據(jù)選取的基本側(cè)工作線圈匝數(shù)，算出繼電器的實際動作電流和一次動作電流分別為IOP。KD=AN0/Nop.。Set=60/26=2.31AIOP=KIOP。KDKTA/KCON=800/5*2.31=369.2A3) 確定非基本側(cè)平衡線圈Nb2的計算匝數(shù)Nb2。Cal=I2N/

23、I1N(Nb1+Nd.set)-Nd.set=4.46/4.30(20+6)-20=6.97匝故，取平衡線圈實際匝數(shù)Nb2。Set=6fN=(Nb2。Cal-Nb2。Set)/(Nb2。Cal+Nd.set)=(6.97-6)/(6.97+20)=0.035因|fN|0.05,取法合適，不需重新計算。4.2.5靈敏度的校驗以最小運行方式下10KV側(cè)兩相短路反映到電源側(cè)35KV側(cè)進行校驗Ikmin.KD(2)=/2( Ik21min/KTA)=1.5*1100/160=10.31A電源側(cè)BCH-2繼電器的動作電流IOP。KD=AN0/(Nb2。Set+Nd.set)=60/26=2.31AKsn

24、=Ikmin.KD(2)/IOP。KD=10.31/2.31=4.46>2所以滿足要求4.2.6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(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最后確定。4.3定時限過流保護計算4.3.1原理圖如圖所示：1)整定原則：線路的最大工作電流應(yīng)該小于保護裝置的返回電流，即：IrelIlmaxIlmax=(1.5-3)I30=2*412.4=824.8A保護裝置一次側(cè)動作電流IOP1=Krel/Kre*Ilmax=

25、1.2*824.8/0.85=1164.4AKrel取1.2，Kre取0.85。繼電器的動作電流IOP。KA=KW/KiIOP1=1*1164.4/160=7.28AKW取1，Ki取800/5。整定為7.5A，選定為DL-21C/10型繼電器。IOP1=Ki/KW*IOP。KA=160*7.5=1200A2） 動作時限的整定時限整定原則：應(yīng)比變壓器二次母線出線定時限過流最大的時限大一個時限階段(t=0.5S)t=0.5St=t1+t由題意可知，甲乙兩個變電所提供電源的定時限過電流保護動作時限均為2S；又考慮到輸電線路需要裝設(shè)保護裝置，故需要為輸電線路預(yù)留0.5S的時間余量，t1=2-0.5-0

26、.5=1S整定為1S，整合為范圍在0.2-1.5S的DS型時間繼電器。3） 靈敏度校驗KP=Ikmax2)/IOP1=(/2*1920)/1200=1.39>1.2所以滿足要求4.4 過負(fù)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=1.05×412.4/0.85=368.1(A)IdzJ= Idz/n=368.1/160=2.30(A)延時時限取10s，以躲過電動機的自起動。當(dāng)過負(fù)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(fēng)扇自起動：Idz=0.7Iel=0.7×412.4=288.68(A) IdzJ=Idz/nl=288.68/160=1.80(A)即，當(dāng)繼電器電流達到1.80A時，冷卻風(fēng)扇自起動第五章 各種繼電器的選擇 選擇原則，變壓器繼電保護裝置一般用220V的直流電源對控制母線進行供電，故5.1電流繼電器的選擇選取動作電流整定范圍為2.5-10A