變電所整定繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方案

1、1引言本設(shè)計(jì)根據(jù)所給的基本資料，作出了該區(qū)地面 35kV變電所的初步設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以 實(shí)際負(fù)荷為依據(jù)，以變電所的最佳運(yùn)行為基礎(chǔ)，按照有關(guān)規(guī)定和規(guī)，完成了滿足該區(qū)供 電要求的35kV變電所初步設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中先對(duì)負(fù)荷進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，選出了所需的主變型號(hào)，然后根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)及 對(duì)供電可靠性要求擬定主接線設(shè)計(jì)，考慮到短路對(duì)系統(tǒng)的嚴(yán)重影響，設(shè)計(jì)中進(jìn)行了短路 計(jì)算。設(shè)計(jì)中還對(duì)主要高壓電器設(shè)備進(jìn)行了選擇與計(jì)算，如斷路器、隔離開關(guān)、電壓互 感器、電流互感器等。此外還進(jìn)行了防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，提高了整個(gè)變電所的安全 性。1.1變電站站址的選擇原則變電所的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程 年發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行，做到遠(yuǎn)、近期結(jié)合，以近期為主

2、，正 確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能；變電所的設(shè)計(jì)，必須從全局 出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件，結(jié)合國(guó)情合理 地確定設(shè)計(jì)方案；變電所的設(shè)計(jì)，必須堅(jiān)持節(jié)約用地的原則。變電所應(yīng)建在靠近負(fù)荷中 心位置，這樣可以節(jié)省線材，降低電能損耗，提高電壓質(zhì)量，這是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一 條重要原則。變電所的總平面布置應(yīng)緊湊合理，依據(jù)變電站設(shè)計(jì)規(guī)第 條，變電站站址的選擇，根據(jù)下列要求綜合考慮確定：（1）靠近負(fù)荷中心。（2）節(jié)約用地，不占或少占耕地及經(jīng)濟(jì)效益高的土地。（3）與鄉(xiāng)或工礦企業(yè)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，便于架空線和電纜線路的引入和引出。 交通運(yùn)輸方便。（4）具有適應(yīng)地形，

3、地貌，地址條件。2電氣主接線的設(shè)計(jì)及變壓器選擇分析任務(wù)書給定的原始資料，根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位和建設(shè)規(guī)模，考慮變 電所運(yùn)行的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性，全面論證，確定主接線的最佳方案。2.1原始資料分析1. C1 系統(tǒng)：X仁 0.05/0.1； X2=X1 ； X1 以 100MVA 37KV 為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標(biāo)幺值。2. C2 系統(tǒng)： X仁 0.06/0.12；X2=X1 ； X1 以 100MVA 37KV為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標(biāo)幺值。3. A站：有兩臺(tái)雙卷變壓器 容量為2X 31.5MVA 35 ±4X 2.5

4、%/11kv ; Uk%=8%4.35KV 線路 X1=0.4Q /km ; 10KV電纜線路 R=0.45Q /km，X=0.08Q /km5.XL-1最大負(fù)荷15MVA; XL-2最大負(fù)荷10MVA XL-3最大負(fù)荷8MVA; XL-4最 大負(fù)荷10MVA; XL-5最大負(fù)荷10MVA; XL-6最大負(fù)荷15MVA。其中一類負(fù)荷45% 二 類負(fù)荷25%三類負(fù)荷30% XL-1與XL-6為雙回線。XLm i21ir«1悶*XL -2注：圖中35kV和10kV母線斷路器是閉合的叫證応淌-1胎記:,VJx1" > X，" XL”冬XL-a可以判斷本站為重要變電

5、站，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該側(cè)重于供電的可靠性和靈活性。2.2電氣主接線方案運(yùn)行方式：以C1、C2全投入運(yùn)行，線路全投。DL1合閘運(yùn)行為最大運(yùn)行方式；以 C2停 運(yùn)，右邊線路停運(yùn)，DL1斷開運(yùn)行為最小運(yùn)行方式。已知變電所 10K V出線保護(hù)最長(zhǎng)動(dòng)作 時(shí)間為1.5s 。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn) 的故障是發(fā)生各種型式的短路，發(fā)生短路后通過故障點(diǎn)的很大的短路電流，可能會(huì)造成 故障元件損壞，壽命縮短，電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定 性嚴(yán)重時(shí)可能造成整個(gè)系統(tǒng)瓦解。繼電保護(hù)裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障 或不正常運(yùn)行狀態(tài)并動(dòng)作于斷路器

6、跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置，它能夠自動(dòng)迅速有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，能夠反映電器元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù) 運(yùn)行維護(hù)條件而動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)減負(fù)荷或跳閘。因此變電所繼電保護(hù)和自動(dòng)化裝置規(guī)劃意義十分重大。3短路電流計(jì)算3.1系統(tǒng)等效電路圖D3圖3.1系統(tǒng)等效電路圖(各阻抗計(jì)算見3.2 )3.2阻抗計(jì)算(均為標(biāo)幺值)基準(zhǔn)參數(shù)選定：Sb=100MVA LB=Uav即：35kV側(cè) UB=37KV 10kV側(cè) U=10.5KV。C1系統(tǒng)：X仁0.05/0.1； X2=X1 ； X1以100MVA 37KV為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標(biāo)幺值。C2系統(tǒng)：X1= 0.06/

7、0.12 ；X2=X1 ； X1以100MVA 37KV為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標(biāo)幺值。線路：已知35KV線路X1=0.4Q /km2 2L1： Xa =l 1 X1Sb/Ub=0.4 X 10X 100/37 =0.2922 2L2 : X4=l 2 X1Sb/Ub=0.4 X 13X 100/37 =0.38變壓器：B1, B2： X5=X6= (U%/100) Sb/S=0.08 X 100/31.5=0.2543.3 短路電流計(jì)算最大運(yùn)行方式系統(tǒng)化簡(jiǎn)如圖3.2(a)所示。X7=Xi+% =0.05+0.292=0.342XfXi+%=0.1+0.38=0.4

8、8X9=X7 II X8= 0.199Xi0=X9+X5= 0.199+0.254=0.453據(jù)此，系統(tǒng)化簡(jiǎn)如圖3.2(b)所示故知35KV母線上短路電流 : I d1ma>= I bi/X9=1.56/0.199=7.839(KA)10KV母線上短路電流：| d2ma)=I B2/X 10=5.5/0.453=12.141(KA)折算到 35KV側(cè):I d21max=I B1/X 10=1.56/0.453=3.444(KA)對(duì)于 d3 點(diǎn)以 XL-6 計(jì)算 I d3maX=5.5/(0.453+1.224)=3.28(KA)1O0.3424a0/835KV50,254WKVWKV0,

9、254圖3.2系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖最小運(yùn)行方式下系統(tǒng)化簡(jiǎn)如圖3.3所示。因C1停運(yùn),所以僅考慮C2單獨(dú)運(yùn)行的結(jié)果X1=X8+%=0.51+0.254=0.764所以35KV母線上短路電流：I dimin=l bi/X8=1.56/0.5 1=3.(kA)所以10KV母線上短路電流：I d2min=l B2/Xii=5.5/0.764=7.2(kA)折算到35KVW：I d2lmin = I B 1/Xh=1.56/0.764=2.(kA)對(duì)于d3以XL6進(jìn)行計(jì)算I d3min=5.5/ (0.764+1.224)=2.767(kA)折算到35KVW：I d3lmin = 1.56/(0.764+1.22

10、4)=0.785(kA)XL曲圖3.2系統(tǒng)簡(jiǎn)化4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(dòng)作值按氣體容積為 250300cm整定，本設(shè)計(jì)采用280 cm躲過外部故障時(shí)的最大不平衡電流Idz1> Kdbp利用實(shí)用計(jì)算式：I dz1=K< ( Kfzq Kx fi + u+fza ) Id 2lmax 式中：氐一可靠系數(shù)，采用1.3 ;Kfzq 非同期分量引起的誤差，采用1；Ktx 同型系數(shù)，CT型號(hào)相同且處于同一情況時(shí)取0.5，型號(hào)不同時(shí)取1,本設(shè)計(jì)取1。 U-變壓器調(diào)壓時(shí)所產(chǎn)生的相對(duì)誤差，采用調(diào)壓百分?jǐn)?shù)的一半，本設(shè)計(jì)取0.05。 fza 繼電器整定匝書數(shù)與計(jì)算匝

11、數(shù)不等而產(chǎn)生的相對(duì)誤差，暫無法求出，先采用中間值0.05。代入數(shù)據(jù)得 I dz1=1.3 X (1 X 1X 0.1+0.05+0.05) X 3.444=895.4 (A) 躲過變壓器空載投入或外部故障后電壓恢復(fù)時(shí)的勵(lì)磁涌流。重瓦斯保護(hù)的動(dòng)作值按導(dǎo)油管的油流速度為0.61.5 cm 2整定本，本設(shè)計(jì)采用0.92cm。瓦斯繼電器選用FJ3-80型。4.2縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)選用BCH-2型差動(dòng)繼電器。表4.1 Ie及電流互感器變比名稱各側(cè)數(shù)據(jù)Y (35KV(10KV額定電流I 1e=S/ 寸3 U1e=519.6AI 2E=S/ 擊 U2e=1732A變壓器接線方式Y(jié)CT接線方式Y(jié)CT計(jì)算變比羽 I

12、1e/25=900/512e/25=1732/5實(shí)選CT變比nl1000/252000/25實(shí)際額定電流寸3 I 1e/n仁 22.5A12e/n仁21.65A不平衡電流Ibp22.5-21.65=0.85A確定基本側(cè)基本側(cè)非基本側(cè)4.2.1確定基本側(cè)動(dòng)作電流Idzi= Kk Ie(2)式中：可靠系數(shù)，采用1.3 ;Ie變壓器額定電流：代入數(shù)據(jù)得I dzi= 1.3 X 519.6=675.48(A)3) 躲過電流互改器二次回路短線時(shí)的最大負(fù)荷電流I dz1 = KKTf hmax(3)式中：Kk可靠系數(shù)，采用1.3 ；Idzi正常運(yùn)行時(shí)變壓器的最大負(fù)荷電流；采用變壓器的額定電流。代入數(shù)據(jù)得I

13、 dz1=1.3 X 519.6=675.48(A)比較上述(1), (2), (3)式的動(dòng)作電流，取最大值為計(jì)算值，即：I dz1=895.4 (A)確定基本側(cè)差動(dòng)線圈的匝數(shù)和繼電器的動(dòng)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(dòng)線圈，使繼電器的實(shí)用 匝數(shù)和動(dòng)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(dòng)作電流及線圈匝數(shù)計(jì)算如下：基本側(cè)(35KV繼電器動(dòng)作值Idzjsl = Kxl dzI /n l代入數(shù)據(jù)得I dzjsI =3 X 895.4/40=38.77 (A)基本側(cè)繼電器差動(dòng)線圈匝數(shù)WdjsI =Awo/ I dzjsI式中：Awo為

14、繼電器動(dòng)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W cdjsI =60/38.77=1.55(匝)選用差動(dòng)線圈與一組平衡線圈匝數(shù)之和較Wfe小而相近的數(shù)值，作為差動(dòng)線圈整定匝數(shù)Wdz。即：實(shí)際整定匝數(shù)WdZ=1 (匝)繼電器的實(shí)際動(dòng)作電流I dzjI =Awo/ Wk=60/仁60 (A)保護(hù)裝置的實(shí)際動(dòng)作電流I dzI= I dzjI N/Kjx=60X 40/ 3 =1385.64A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) W phjs n =Wdz/l e2JI -WCdz=1X (4.5/4.33-1)=0.04( 匝)故，取平衡線圈實(shí)際匝數(shù) W

15、Ln =0工作線圈計(jì)算匝數(shù) W n = WPhzn +Wdz = 1(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(duì)誤差f f za= (Wphjs n - Wp hzn )/( W phjs n + WCdz)=(0.04-0)/(0.04+1)=0.038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(duì)BCH-2差動(dòng)繼電器的分析，考慮到本系統(tǒng)主變壓器容量較小，勵(lì)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(hào)、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。4.2.3保護(hù)裝置靈敏度校驗(yàn)差動(dòng)保護(hù)靈

16、敏度要求值Klm< 2本系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下，10K V側(cè)出口發(fā)生兩相短路時(shí)，保護(hù)裝置的靈敏度最低。 本裝置靈敏度 K lm=0.866KjxI dlmin/I dzl=0.866 X 1 X 3.25/0.895=3.14>2 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(dòng)作電流按躲過變壓器額定電流來整定I dz我I e1/Kh式中：氐一可靠系數(shù)，采用1.2 ;Kh返回系數(shù)，采用0.85 ;代入數(shù)據(jù)得 Idz=1.2 X 519.6/0.85=733.55(A)繼電器的動(dòng)作電流 ldzj=l dz/n i =733.55/(40/3 )=18.34(A)電流繼

17、電器的選擇：靈敏度按保護(hù)圍末端短路進(jìn)行校驗(yàn)，靈敏系數(shù)不小于靈敏系數(shù)：Km=0.866KjxI d3lmin/I dz=0.866 X 1 X 0.785/0.733=0.535滿足要求。4.4 過負(fù)何保護(hù)其動(dòng)作電流按躲過變壓器額定電流來整定。動(dòng)作帶延時(shí)作用于信號(hào)I dz=K ei/Kf =1.05 X 900/0.85=1111.76(A)I dzj= I dz/n 1=1111.76 X 3 /40=48.14(A)延時(shí)時(shí)限取10s，以躲過電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)。當(dāng)過負(fù)荷保護(hù)起動(dòng)后，在達(dá)到時(shí)限后仍未返回，則動(dòng)作ZDJH裝置4.5 冷卻風(fēng)扇自起動(dòng)2=0.71 el =0.7 X 900=630(A)I

18、 dzj=l dz/n l=630/(40/3 )=27.28(A)即，當(dāng)繼電器電流達(dá)到27.28A時(shí)，冷卻風(fēng)扇自起動(dòng)。5容量計(jì)算及主變壓器選擇5.1按年負(fù)荷增長(zhǎng)率6%計(jì)算，考慮8年。5.2雙變壓器并聯(lián)運(yùn)行，按每臺(tái)變壓器承擔(dān)70%負(fù)荷計(jì)算。5.3 35kv負(fù)荷是KVA, 10kv負(fù)荷是KVA,總負(fù)荷是 KVA。5.4變壓器容量負(fù)荷預(yù)測(cè)35kv 負(fù)荷：10000KVA（ 1 + 6%） 8 = 15036.30KVA10kv 負(fù)荷：3600 KVA（ 1+ 6%） 8 = 5413.07 KVA,共計(jì) 20449.77KVA變壓器有功和無功損耗計(jì)算因?yàn)樗急戎剌^小，而本站考慮的容量裕度比較大，

19、所以不計(jì)算。站用變選型因?yàn)樵O(shè)計(jì)任務(wù)書已經(jīng)給出用電容量為160KVA所以直接選擇即可，從主接線方案分析，站用變接于 35KV母線更可靠，所以選型為SL7- 160/35。5.5變壓器選擇確定：主變壓器承擔(dān)負(fù)荷容量選擇確定型號(hào)1#B20449. 77X 0.5 0.7 = 7157.42KVA 8000KVA SZL7-8000/110 2#B 同 1 # B 3#B5413.07 X 0.5 X 0.7 = 1894.57KVA 2000KVA SL7-2000/35 4#B 同 3# B站用變 160KVA160KVA SL7- 160/35 5.變壓器技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 額定容量（KVA 額定電

20、壓（kv）損耗（KW阻抗電壓（）空載電流（）連接組別 高壓 低壓 空載 負(fù)載SZL7 8000/1108000 110 38.5 15 50 10.5 1.4 Yn, d11 SL7-2000/35 2000 35 10 3.4 19.8 6.5 1.4 Y,d11SL7-160/35 160 35 0.4 0.47 3.15 6.5 2.5 Y,y no6繼電保護(hù)配置及整定計(jì)算一、根據(jù)繼電保護(hù)配置和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程進(jìn)行保護(hù)配置。6.1變壓器繼電保護(hù) 縱差保護(hù)，瓦斯保護(hù)，電流速斷保護(hù)，復(fù)合過流保護(hù)（后備保護(hù)） 序號(hào) 保護(hù)配置 保護(hù)功能及動(dòng)作原理 出口方式 繼電器型號(hào)縱差保護(hù) 變壓器部故障保

21、護(hù)，例如斷線，層間、匝間短路等變壓器兩側(cè)電流不平衡起動(dòng)保護(hù)。斷開變壓器兩側(cè)開關(guān)。BCHk 2瓦斯保護(hù) 變壓器部短路，劇烈發(fā)熱產(chǎn)生氣體起動(dòng)保護(hù)。輕瓦斯發(fā)信號(hào)，重瓦斯斷開變壓器兩側(cè)開關(guān)。過電流保護(hù)事故狀態(tài)下可能出線的過負(fù)荷電流動(dòng)作于信號(hào)電流速斷保護(hù) 相間短路 斷開線路斷路器6.2 35KV線路，10KV線路繼電保護(hù)：電流速斷保護(hù)，過電流保護(hù)，單相接地保護(hù)序號(hào) 保護(hù)配置 保護(hù)功能 出口方式 繼電器型號(hào)電流速斷保護(hù) 相間短路 斷開線路斷路器過電流保護(hù) 相間短路，過負(fù)荷 延時(shí)斷開線路斷路器母線單相接地保護(hù)絕緣監(jiān)察信號(hào)7保護(hù)原理說明變配電站繼電保護(hù)是根據(jù)變配電站運(yùn)行過程中發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)的電流增加、電壓升高或降低、頻率降低、出現(xiàn)瓦斯、溫度升高等現(xiàn)象超過繼電保護(hù)的整定值（給定值）或 超限值后，在整定時(shí)間，有選擇的發(fā)出跳閘命令或報(bào)警信號(hào)。根據(jù)電流值來進(jìn)行選擇性跳閘的為反時(shí)限，電流值越大，跳閘越快。根據(jù)時(shí)間來進(jìn) 行選擇性跳閘的稱為定時(shí)限保護(hù)，定時(shí)限在故障