35KV變電站繼電保護設計：設計為35kV降壓變電所甄選

1、. .35KV變電站繼電保護設計：設計為 35kV 降壓變電所（優(yōu)選 .)1 緒 論1.1 變電站繼電保護的發(fā)展變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用 戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。電氣主接線是發(fā)電廠變電所的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線的擬定 直接關系著全廠（所）電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，是變電站電氣部 分投資大小的決定性因素。繼電保護發(fā)展現(xiàn)狀，電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發(fā)展又為繼電保護技術的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護技術得天獨厚，在 40余

2、年的時間里完成了發(fā)展的 4 個歷史階段。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機技術、通信技術的進步，繼電保護技術面臨著進一步發(fā)展的趨勢。國內(nèi)外繼電保護技術發(fā)展的趨勢為：計算機化，網(wǎng)絡化，保護、控 制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化。繼電保護的未來發(fā)展，繼電保護技術未來趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡化，智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。微機保護技術的發(fā)展趨勢：高速數(shù)據(jù)處理芯片的應用微機保護的網(wǎng)絡化保護、控制、測量、信號、數(shù)據(jù)通信一體化繼電保護的智能化。1.2 繼電保護裝置的基本要求繼電保護及自動裝置屬于二次部分，它對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起著至關重要的作用。 對繼電保護裝置的基本要求有四點：即選擇

3、性、靈敏性、速動性和可靠性。1.3 繼電保護整定繼電保護整定的基本任務就是要對各種繼電保護給出整定值，而對電力系統(tǒng)中的全部繼電保護來說，則需要編出一個整定方案。整定方案通常可按電力系統(tǒng)的電壓等級或者設備來編制，并且還可按繼電保護 1 / 41doc 格式 可編輯. .的功能劃分小方案分別進行。例如： 35kV 變電站繼電保護可分為：相間短路的電壓、電流保護，單相接地零序電流保護，短線路縱聯(lián)差動保護等。整定計算一般包括動作值的整定、靈敏度的校驗和動作時限的整定三部分。并且分為：無時限電流速斷保護的整定。動作時限的整定。帶時限電流速斷保護的整定。1.4 本文的主要工作在本次畢業(yè)設計中 ,我主要做了

4、關于 35kV 變電站的繼電保護 , 充分利用自己所學的知識，嚴格按照任務書的要求，圍繞所要設計的主接線圖的可靠性，靈活性，經(jīng)濟性進行研究，包括：負荷計算、主接線的選 擇、短路電流計算、主變壓器繼電保護的配置以及線路繼電保護的計算與校驗的研究等等。2 設計概述2.1 設計依據(jù)1) 繼電保護設計任務書。2) 國標 GB50062-92 電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范 。3) 電力系統(tǒng)繼電保護 （山東工業(yè)大學） 。2 / 41doc 格式 可編輯導 線 型 號. .2.2 設計規(guī)模本設計為 35kV 降壓變電所。主變?nèi)萘繛?6300kVA，電壓等級為 35/10kV。2.3 設計原始資料1)

5、 35kV 供電系統(tǒng)圖 ,如圖 2.1 所示。2) 系統(tǒng)參數(shù)： 電源 I 短路容量： SIDmax=200MVA； 電源短路容量： S Dmax=250MVA； 供電線路： L1=15km，L2=10km，線路阻抗： XL=0.4/km。圖 2.135kV 系統(tǒng)原理接線圖3) 變電站 10kV 側(cè)母線負荷情況表 2.1 10kV 母線側(cè)負荷情況負 荷名 稱織布廠膠木廠最大負荷（kW）12001200功率因數(shù)0.850.85LGJ-35LGJ-35線路電抗標幺值0.3450.345回路數(shù)11供線路長電度方（km）式架空8線架空8線3 / 41doc 格式 可編輯555. .印染廠配電所煉鐵廠12

6、0016001700LGJ-30.85LGJ-30.85LGJ-30.850.3450.3450.345架空1 8線架空1 10線架空1 10線4) B1、 B2 主變?nèi)萘俊⑿吞枮?6300kVA 之 SF1-63005 型雙卷變壓器， Y-/11 之常規(guī)接線方式，具有帶負荷調(diào)壓分接頭，可進行有載調(diào)壓。其中 Uk %=7.5。5) 運行方式：以 SI、 S 全投入運行，線路 L1L2 全投。 QF1合閘運行為最大運行方式；以 S停運，線路 L2 停運， QF1斷開運行為最小運行方式。6) 已知變電所 10kV 出線保護最長動作時間為 1.5s。3 主接線方案的選擇與負荷計算3.1 主接線設計要

7、求電氣主接線主要是指在發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)中，為滿足預定的功率傳送和運行等要求而設計的、表明高壓電氣設備之間相互連接關系的傳送電能的電路。電路中的高壓電氣設備包括發(fā)電機、變壓器、母4 / 41doc 格式 可編輯. .線、斷路器、隔離刀閘、線路等。它們的連接方式對供電可靠性、運行靈活性及經(jīng)濟合理性等起著決定性 作用。對一個電廠而言，電氣主接線在電廠設計時就根據(jù)機組容量、電廠規(guī)模及電廠在電力系統(tǒng)中的地位 等，從供電的可靠性、運行的靈活性和方便性、經(jīng)濟性、發(fā)展和擴建的可能性等方面，經(jīng)綜合比較后確定。它的接線方式能反映正常和事故情況下的供送電情況。電氣主接線又稱電氣一次接線圖。電氣主接線應滿足以

8、下幾點要求：1）運行的可靠性：可靠性是指一個元件，一個系統(tǒng)，在規(guī)定的時間內(nèi)及一定的條件下完成預定功能的能力，供電可靠性 是電力生產(chǎn)和分配的首要要求，對發(fā)電廠，變電所主接線可靠性的要求程度，與其在電力系統(tǒng)中的地位， 作用有關，而地位作用則是由其容量，電壓等級，負荷大小以及類別等因素決定。具體要求有：斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電；斷路器或母線故障時以及母線或隔離開關檢修 時，盡量減少停運出線的回路數(shù)和停運時間，并保證對一二類負荷的供電；盡量避免發(fā)電廠或變電所全部 停運的可能性；對裝有大型機組的發(fā)電廠或超高壓變電所應滿足可靠性的特殊要求。2）運行的靈活性：主接線系統(tǒng)應能靈活地適應各種工作情況，

9、特別是當一部分設備檢修或工作情況發(fā) 生變化時，能夠通過倒換開關的運行方式，做到調(diào)度靈活，不中斷向用戶的供電。在擴建時應能很方便的 從初期建設到最終接線。3）運行的經(jīng)濟性：主接線系統(tǒng)還應保證運行操作的方便以及在保證滿足技術條件的要求下，做到經(jīng)濟 合理，盡量減少占地面積，節(jié)省投資。盡量做到年運行費小，包括電能損耗。折舊費及大修費，日常小修 費等維護費。其中電能損耗主要由變壓器引起，因此，要合理的選擇主變壓器的形式，容量，臺數(shù)和避免 變壓而增加電能損耗。并在可能的情況下，采取一次設計，分期投資，投產(chǎn)，盡快發(fā)揮經(jīng)濟效益。3.2 變電站主接線的選擇原則1) 當滿足運行要求時，應盡量少用或不用斷路器，以節(jié)

10、省投資。2) 當變電所有兩臺變壓器同時運行時，二次側(cè)應采用斷路器分段的單母線接線。3) 當供電電源只有一回線路，變電所裝設單臺變壓器時，宜采用線路變壓器組接線。4) 為了限制配出線短路電流，具有多臺主變壓器同時運行的變電所，應采用變壓器分列運行。5 / 41doc 格式 可編輯. .5) 接在線路上的避雷器，不宜裝設隔離開關；但接在母線上的避雷器，可與電壓互感器合用一組隔離 開關。6) 6 10kV 固定式配電裝置的出線側(cè)， 在架空線路或有反饋可能的電纜出線回路中， 應裝設線路隔離開關。采用 6 10 kV 熔斷器負荷開關固定式配電裝置時，應在電源側(cè)裝設隔離開關。7) 由地區(qū)電網(wǎng)供電的變配電所

11、電源出線處，宜裝設供計費用的專用電壓、電流互感器（一般都安裝計 量柜）。8) 當?shù)蛪耗妇€為雙電源，變壓器低壓側(cè)總開關和母線分段開關采用低壓斷路器時，在總開關的出線側(cè) 及母線分段開關的兩側(cè)，宜裝設刀開關或隔離觸頭。3.3 接線方案選擇對于電源進線電壓為 35kV 及以上的變電站，通常是經(jīng)變電站總降壓變電所降為 10kV 的高壓配電電壓，然后經(jīng)下一級變電所，降為一般低壓設備所需的電壓?？偨祲鹤冸娝鹘泳€圖表示變電站接受和分配電能的路徑，由各種電力設備（變壓器、避雷器、斷路 器、互感器、隔離開關等）及其連接線組成，通常用單線表示。主接線對變電所設備選擇和布置，運行的可靠性和經(jīng)濟性，繼電保護和控制方式

12、都有密切關系，是供 電設計中的重要環(huán)節(jié)。3.3.1 一、二次側(cè)均采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖單母分段接線：即用分段斷路器或分段隔離開關將母線分成若干段。這種主接線圖兼有內(nèi)外橋式接線的運行靈活性的優(yōu)點，但所用高壓開關設備較多，可供一、二級負荷， 適用于一、二次側(cè)進出線較多的總降壓變電所分段的單母線與不分段的相比較，提高了接線的可靠性和靈活性。兩母線可分裂運行（分段斷路器斷 開）也可并列運行（分段斷路器接通） ；重要用戶可以用雙回路接于不同母線段，保證不間斷供電；任一母線或母線隔離開關檢修，只停運該段，其他段可繼續(xù)供電，減小了停電范圍。適用范圍 ：6 10kV 配電裝置，出線回路數(shù)為 6

13、回及以上時；35 63kV 配電裝置，出線回路為 4 8 回時；6 / 41doc 格式 可編輯. .110-220kV 配電裝置，出線回路為 3 4 回時。多數(shù)情形中，分段數(shù)和電源數(shù)相同。本次設計的 35kV 變電站出線回路側(cè)為 48 回，而且多為一、二級負荷，是連續(xù)運行，負荷變動較小，電源進線較短，主變壓器不需要經(jīng)常切換，另外再考慮到今后的長遠發(fā)展。采用一、二次側(cè)單母線分段的 總降壓變電所主接線（即全橋式接線）3.3.2 一次側(cè)采用外橋式結(jié)線、二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖這種主接線，其一次側(cè)的高壓斷路器跨接在兩路電源進線之間，但處在線路斷路器的外側(cè)，靠近電源 方向，因此稱為外

14、橋式結(jié)線。這種主接線的運行靈活性也較好，供電可靠性同樣較高，適用于一、二級負 荷的工廠。但與內(nèi)橋式結(jié)線適用的場合有所不同。這種外橋式適用于電源線路較短而變電所負荷變動較大、 適用經(jīng)濟運行需經(jīng)常切換的總降壓變電所。當一次電源電網(wǎng)采用環(huán)行結(jié)線時，也宜于采用這種結(jié)線，使環(huán) 行電網(wǎng)的穿越功率不通過進線斷路器，這對改善線路斷路器的工作及其繼電保護的整定都極為有利。3.3.3 一次側(cè)采用內(nèi)橋式接線，二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖這種主接線，其一次側(cè)的高壓斷路器跨接在兩路電源線之間，猶如一座橋梁，而處在線路斷路器的內(nèi) 側(cè)，靠近變壓器，因此稱為內(nèi)橋式結(jié)線。這種接結(jié)線的運行靈活性較好，供電可靠性較高

15、，適用于一、二 級負荷工廠。這種內(nèi)橋式結(jié)線多用于電源線路較長因而發(fā)生故障和停電檢修的機會較多、并且變電所的變 壓器不需要經(jīng)常切換的總降壓變電所。3.3.4 一、二次側(cè)均采用雙母線的總降壓變電所主電路圖采用雙母線接線較之采用單母線接線，供電可靠性和運行靈活性大大提高，但開關設備也大大增加， 從而大大增加了初投資，所以雙母線接線在工廠電力系統(tǒng)在工廠變電所中很少運用主要用與電力系統(tǒng)的樞紐變電所。 并且對于 35kV 的配電裝置， 此接線方式的回路數(shù)多在 8 回以上或者連接電源較多， 負荷較大時。3.4 35kV 變電所主接線簡圖綜上所述：本次設計采用一、二次側(cè)均為單母分段總降壓變電所這種接線7 /

16、41doc 格式 可編輯. .圖 3.1 35kV 變電所主接線圖3.5負荷計算3.5.1 負荷計算的內(nèi)容和目的1) 計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的負荷，其熱效應與同一時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應相等。在配電設計中，通常采用 30分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。2) 尖峰電流指單臺或多臺用電設備持續(xù) 1秒左右的最大負荷電流。 一般取啟動電流上午周期分量作為計算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護元件等的依據(jù)。在校驗瞬動元件時，還應考慮啟動電流的非周期分量。3) 平均負荷為一段時間內(nèi)用電設備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最

17、大負荷班（即有代表性的一晝夜內(nèi)電能消耗量最多的一個班）的平均負荷，有時也計算年平均負荷。平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。3.5.2 負荷計算的方法負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項式法等幾種。需要系數(shù)法公式簡單，計算方便，適用于各類變、配電所和供配電干線以及長期運行而且負載平穩(wěn)的用點設備和生產(chǎn)車間（如鍋爐引風機、水源泵站、集中空壓站）的負荷計算。但不適合用電設備臺數(shù)少，8 / 41doc 格式 可編輯. .各臺間容量懸殊且工作制度不同時的電力負荷計算。二項式法將負荷分為基本部分和附加部分，后者系考慮一定數(shù)量大容量設備的影響。適用于機修類用電設備的計算，其他各類車間和車間變電所設

18、計亦常采用。二項式法所得計算結(jié)果一般偏大。利用系數(shù)法以概率論為基礎，根據(jù)設備利用率并考慮設備臺數(shù)以及各臺間功率差異的影響確定計算負荷與平均負荷間的偏差量（這反映在最大系數(shù)中大于 1的部分） ，從而求得最大負荷。這種計算方法更具客觀性和普遍性，適用于各種類型負荷的計算，所求得的結(jié)果更接近實際。但由于國內(nèi)對利用系數(shù)缺乏切實的工作和數(shù)據(jù)的積累，計算方法本身也較上述兩種方法復雜，故尚未得到廣泛采用。在本次設計中采用需要系數(shù)法確定3.5.3 本次設計的負荷計算?。?K p = 0.95 K q = 0.97根據(jù)原始數(shù)據(jù)表可算出：P30i 6900kW；則 Q30i = P30i tan acr cos0

19、.85=6900 0.62=4726.2 k varQSP30 K3030I 30cosqP P 30iK( P302S30 3U NP30 S3020.95 6300 5985kWq30i 0.97 4726.2 4584.4 k varQ30 ) 7539kVA7539435.3A3 1059850.797539（3.1）（3.2）（3.3）（3.4）（3.5）（3.6）由于規(guī)程要求 cos 0.9，而由上面計算可知 cos =0.790.9，因此需要進行無功補償。電容器具有投資省，有功功率損耗小，運行維護方便，故障范圍小等特點，因此采用并聯(lián)電容器進行無功補償。公式依據(jù)為： Qc = P3

20、0 qc （3.7）式中： Qc需要補償?shù)臒o功容量， kvar；P30全企業(yè)的有功計算負荷， kW；平均負荷系數(shù)，取 0.7 0.8；9 / 41doc 格式 可編輯. .qc補償率， kvar / kW ，查閱相關工程手冊，可以得出 qc=0.396將相關數(shù)據(jù)代入公式 3.6中得：Qc P30 qc 0.7 0.396 5985 1659.042k var(3.8)故需要補償容量為 1700kvar，選擇兩臺容量 850 kvar 的電容器并列補償運行。4 短路電流計算4.1 引言在發(fā)電廠和變電所電氣設計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。其計算的目的的主要有以下幾 個方面：1)在選擇電氣

21、主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采用限制短路電流的措施， 均需進行必要的短路電流計算。2)在選擇電氣設備時，為了保證設備在正常運行和故障狀況下都能安全、可靠的工作。同時又力求節(jié)約 資金，這就需要按短路情況進行全面校驗。3)在設計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導線相間和相對地安全距離。 4)在選擇繼電保護方式和進行整定計算，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。 5)接地裝置的設計，也需用短路電流。10 / 41doc 格式 可編輯S 250U B 37X lL2 SB 0.4 10 1002 2U B 37ISB 100S 200X. .短路電流計算的目的是為了正確選擇

22、和校驗電氣設備，以及進行繼電保護裝置的整定計算。進行短路電流計算，首先要繪制計算電路圖。在計算電路圖上，將短路計算所考慮的各元件的額定參 數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計算點。短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的 電氣元件有最大可能的短路電流通過。接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算電路中各主要元件的阻抗。在等效電路圖上， 只需將被計算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，并標明其序號和阻抗值，然后將等效電路化簡。 一般只需采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗。最后計算短路電流和短路容量。短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和

23、標幺制法（又稱相對單位制法） 本設計采用標幺制法進行短路計算4.2 基準參數(shù)選定SB=100MVA， UB=Uav即： 35kV 側(cè) UB1=37kV， 10kV 側(cè) UB2=10.5kV。I B 1 SB 1.56kA （4.1）3U B 1B 2 SB 5.5kA （4.2）3U B 24.3 阻抗計算（均為標幺值）1) 系統(tǒng)：X 1 0.5 （4.3）2 SB 100 0.4 （4.4）2) 35kV 線路：L1： X 3 X lL1SB 0.4 15 100 0.438 （4.5）L2： X 4 2 2 0.292 （4.6）3)變壓器： B1， B2： X 5 X6U k%SBS0.

24、075 1006.31.19 （4.7）4) 15kV 線路：線路阻抗（ XL）分為兩類：織布廠、膠木廠、印染廠： X L1 =0.345 8=2.76 （4.8）煉鐵廠、配電所： X L2 =0.345 10=3.45 （4.9）系統(tǒng)等效電路圖如圖 4.1 所示11 / 41doc 格式 可編輯B1I. .圖 4.1 系統(tǒng)等效電路圖 （各阻抗計算見 4.3）4.4 短路電流計算1) 最大運行方式系統(tǒng)化簡如圖 4.2a 所示其中：X 7X8X 9X 10X1X 2X 7X 9X 3X4X8X5據(jù)此，系統(tǒng)化簡如圖 4.2b0.938 （4.10）0.692 （4.11）0.398 （4.12）1

25、.588 （4.13）所示a) b)圖 4.2 最大運行方式下，系統(tǒng)的等效電路圖故知 35kV 母線上短路電流（ d1 點）三相短路電流周期分量有效值I d1max X HYPERLINK l _bookmark1 91.560.3983.92kA （4.14）12 / 41doc 格式 可編輯3maxX3maxI (3)(3)IIIX (k 1) 0.398X10 1.588IX 10 1.588Idd. .其他三相短路電流I (3) I (3) Ik 1(3) 3.92kA （4.15）ish(3) 2.55 3.92 9.996kA （4.16）Ish(3) 1.51 3.92 5.92

26、 kA （4.17）三相短路容量Sk 1(3) Sd 100 251.3MVA （5.18）10kV 母線上短路電流（ d2 點）I d2 max B 2 5.5 3.46 kA （4.19）折算到 35kV 側(cè)三相短路電流周期分量有效值I d21max B1 1.56 0.98kA （4.20）其他三相短路電流I (3) I (3) I k 1(3) 0.98kA （4.21）ish(3) 2.55 0.98 2.499kA （4.22）I sh(3) 1.51 0.98 1.48kA （4.23）三相短路容量Sk 1(3)Sd X (k 1)1001.58862.97 MVA （4.24）

27、對于 d3 點以煉鐵廠、配電所計算此時 10kV 負荷側(cè)的線路 X L2 =0.345 10=3.45三相短路電流周期分量有效值IB2X10 L 2折算到 35kV 側(cè)三相短路電流周期分量有效值IB 2X 10 X L其他三相短路電流I k 1(3)ish(3)I sh(3)2.55 0.3101.51 0.3105.51.588 3.451.092kA （4.25）1.561.588 3.450.310kA （4.26）0.310kA （4.27）0.790kA （4.28）0.468kA （4.29）13 / 41doc 格式 可編輯SdX 10 L 1.588 2.76X10 L 2I.

28、 .三相短路容量Sk 1(3)Sd X (k 1)1005.03819.85MVA （4.30）對于 d3 點以織布廠、膠木廠、印染廠計算此時 10kV 負荷側(cè)的線路： X L1 =0.345 8=2.76三相短路電流周期分量有效值I d3maxB2X X5.5 1.265kA1.588 2.76（4.31）折算到 35kV 側(cè)三相短路電流周期分量有效值I d3max I B 2 1.56 0.359kA （4.32）其他三相短路電流I (3) I (3) I k 1(3) 0.359kA （4.33）ish(3) 2.55 0.359 0.915kA （4.34）I sh(3) 1.51 0

29、.359 0.542kA （4.35）三相短路容量Sk 1(3) X ( k HYPERLINK l _bookmark2 1)2) 最小運行方式下系統(tǒng)化簡如圖 4.3 所示100 4.34823.0MVA （4.36）圖 4.3 最小運行方式下，系統(tǒng)的等效電路圖因 S停運 ,所以僅考慮 S 單獨運行的結(jié)果X11 X 7 X 5 0.938 1.19 2.128 （4.37）所以 35kV 母線上短路電流（ d1 點）三相短路電流周期分量有效值IB1I d1min X HYPERLINK l _bookmark3 71.56 0.9381.66kA （4.38）14 / 41doc 格式 可編

30、輯SdB2B1112.1281.56X 11 X L 2.128 3.45IX 11 X L 2.128 3.45II sh(3)1.51 1.66. .其他三相短路電流I (3) I (3) I k 1(3) 1.66kA （4.39）ish(3) 2.55 1.66 4.233kA （4.40）2.507kA （4.41）三相短路容量Sk 1(3) X ( k HYPERLINK l _bookmark4 1)II d 2 min X HYPERLINK l _bookmark5 111000.9385.52.128106.6MVA （4.42）所以 10kV 母線上短路電流（ d2 點）

31、2.58kA （4.43）折算到 35kV 側(cè)：三相短路電流周期分量有效值II d 21min X其他三相短路電流0.733kA （4.44）I sh(3)1.51 0.733三相短路容量I (3) I (3) I k 1(3) 0.733kA （4.45）ish(3) 2.55 0.733 1.869kA （4.46）1.107kA （4.47）Sk 1(3)SdX ( k 1)2.12810046.99MVA （4.48）對于 d3 點以煉鐵廠、配電所計算此時 10kV 負荷側(cè)的線路 X L2 =0.345 10=3.45 Id3min B2 5.5折算到 35kV 側(cè)三相短路電流周期分量

32、有效值I d31min B1 1.56 0.280kA （4.50）其他三相短路電流I (3) I (3) I k 1(3) 0.280kA （4.51）ish(3) 2.55 0.280 0.714kA （4.52）I sh(3) 1.51 0.280 0.423kA （4.53）三相短路容量15 / 41doc 格式 可編輯0.986kA （4.49）X 11 X LSd4.888100（ 3） I3.92（ 3） Sk5.92X (k 1) 5.578. .Sk 1(3) Sd 100 17.93MVA （4.54）對于 d3 點以織布廠、膠木廠、印染廠計算此時 10kV 負荷側(cè)的線路：

33、 X L1 =0.345 8=2.76 Id 3min I B 2折算到 35kV 側(cè)三相短路電流周期分量有效值I d31min11 LIB1X X1.562.128 2.760.319kA （4.56）其他三相短路電流0.319kA （4.57）(3)I k 1(3)I (3)Iish(3) 2.55 0.319 0.813kA（4.58）5.52.128 2.761.125kA （4.55）I sh(3) 1.51 0.319 0.482kA （4.59）三相短路容量Sk 1(3) X (k HYPERLINK l _bookmark4 1)20.46MVA （4.60）4.5 短路電流計

34、算結(jié)果d-1 點d-2 點d-3 點d-1 點（3）IK1.660.7330.2800.319（3）IK3.92三相短路電流（ 3）I1.660.7330.2800.319（3）I 1.660.7330.2800.319三相短路電流I（3）3.92kA）ish（3）4.2331.8690.7140.813(kA)ish（3）9.996表 4.5.1（ 3） Ish2.5071.1070.4230.482最小運行方式三相短路容量（ MVA）（ 3）Sk106.646.9917.9320.46表 4.5.2 最大運行方式三相短路容量(MVA)（ 3）Ish251.316 / 41doc 格式 可編

35、輯. .d-2 點d-3 點0.98 0.980.310 0.3100.359 0.3590.980.3100.3592.4990.7140.9151.480.4230.54262.9717.9323.05 變電所繼電保護及故障分析5.1 本系統(tǒng)故障分析本設計 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，所接負荷屬一二類負荷居多。1) 本設計中的電力系統(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) 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

36、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。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、油溫上升及油位過低。5.2 線路繼電保護裝置根據(jù)線路的故障類型，設置相應的繼電保護裝置如下：1) 10kV 負荷側(cè)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) 35kV 線路的保護，采用三段式電流保護，即電流速斷保護、帶時限電流保護與過電流保護。其中電17 / 41doc 格式 可編輯. .流速斷保護為主保護，不帶時限， 0s 跳閘。5.3 主變壓

37、器繼電保護裝置變壓器為變電所的核心設備，根據(jù)其故障和不正常運行的情況，從反應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)，設置相應的主保護、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（以反應變壓器外部相間故障） 、過負荷保護（反應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 卻風機自啟動（用變壓器一相電流的 70%來啟動冷卻風機，防止變壓器油溫過高） 。5.4 本設計繼電保

38、護原理概述1) 10kV 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不完全星形接線方式，本設計選用無時限電流速斷保護。2) 10kV 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?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

39、障，其保護范圍為本線路 全部和下段線路的一部分。3) 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， 這時作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護。4) 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

40、常運行和外部短路時，二次電流在臂中環(huán)流，使差動 18 / 41doc 格式 可編輯. .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

41、勵磁涌流的能力。6 主變繼電保護整定計算及繼電器選擇6.1 概述按 GB5006292 電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范 規(guī)定： 對電力變壓器的下列故障及異常運行方式，應裝設相應的保護裝置：繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地側(cè)的單相接地短路；繞組的匝間短路；外部相間短路引過的過電流；中性點直接接地電力網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓；過負荷；油面降低；變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障。對于高壓側(cè)為 35kV 及以上的總降壓變電所主變壓器來說，也應裝設過電流保護、電流速斷保護和瓦斯保護； 在有可能過負荷時， 也需裝設過負荷保護。 但是如果單臺運行的變壓器容量在 1

42、0000kV A 及以上和并列運行的變壓器每臺容量在 6300kV A 及以上時，則要求裝設縱聯(lián)差動保護來取代電流速斷保護。在本設計中，根據(jù)要求需裝設過電流保護、電流速斷保護、過負荷保護和瓦斯保護。19 / 41doc 格式 可編輯. .主保護和后備保護：35kV 供電系統(tǒng)中的電氣設備和線路應裝設短路故障保護。短路故障保護應有主保護、后備保護，必要時 可增設輔助保護。當在系統(tǒng)中的同一地點或不同地點裝有兩套保護時，其中有一套動作比較快，而另一套動作比較慢， 動作比較快的就稱為主保護；而動作比較慢的就稱為后備保護。即：為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備的要求，能以 最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護

43、，就稱為主保護；當主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護，就稱為后備保護。后備保護不應理解為次要保護，它同樣是重要的。后備保護不僅可以起到當主保護應該動作而未動作 時的后備，還可以起到當主保護雖已動作但最終未能達到切除故障部分的作用。除此之外，它還有另外的意義。為了使快速動作的主保護實現(xiàn)選擇性，從而就造成了主保護不能保護線路的全長 ,而只能保護線路的一部分。也就是說，出現(xiàn)了保護的死區(qū)。這一死區(qū)就必須利用后備保護來彌補不可。近后備和遠后備：當主保護或斷路器拒動時，由相臨設備或線路的保護來實現(xiàn)的后備稱為遠后備保護；由本級電氣設備或線路的另一套保護實現(xiàn)后備的保護，就叫近后備保護；輔助保護：為補充主

44、保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護，稱為輔助保護。6.2 瓦斯保護作用：用來反映變壓器內(nèi)部故障和油面降低，它反應于油箱內(nèi)部故障所產(chǎn)生的氣體或油箱漏油而動作，其中重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器，輕瓦斯保護動作于信號。輕瓦斯保護的動作于信號的輕瓦斯部分，通常按產(chǎn)生氣體的容積整定：對于容量為 10MVA 以上的變壓器，整定容積為 250300cm2。瓦斯保護動作于跳閘的重瓦斯部分，通常按氣體繼電器的油流速度整定。（油流速度與變壓器的容量、接氣體繼電器導管的直徑、變壓器冷卻方式、氣體繼電器形式有關）。輕瓦斯保護的動作值按氣體容積為 250300cm2 整定，本設

45、計采用 280 cm2。重瓦斯保護的動作值按導油管的油流速度為 0.61.5cm2 整定，本設計采用 0.9 cm2。20 / 41doc 格式 可編輯. .瓦斯繼電器選用 FJ3-80型。瓦斯保護的接線原理圖如下：圖 6.1 瓦斯保護的接線原理圖6.3 差動保護：（主保護）作用：用來反映變壓器繞組和引出線上的相間短路、中性點直接接地系統(tǒng)中系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路以及繞組匝間短路、容量在 10000kVA 及以上的變壓器應裝設縱差動保護。變壓器差動保護動作電流應滿足以下三個條件1) 應躲過變壓器差動保護區(qū)外出現(xiàn)的最大短路不平衡電流2) 應躲過變壓器的勵磁涌流3) 在電流互感器二次回路端

46、線且變壓器處于最大負荷時，差動保護不應動作結(jié)合設計要求和實際條件只對其做縱差動保護的整定，所選繼電器型號為 BCH 2 型差動繼電器。計算變壓器各側(cè)的一次及二次電流值（在額定容量下）并選擇電流互感器的變比，可按下表計算。由于 35 kV 側(cè)二次電流大，因此以 35kV 側(cè)為基本側(cè)。6.3.1 計算 Ie 及電流互感器變比，列表如下（表 6.1）：S =6300kVA U1e = 35kV U2e=10 kV表 6.1 變壓器縱差動保護用互感器變比選擇各側(cè)數(shù)據(jù)名稱高壓（ H）額定電壓 Y（35kV）低壓（ L）（ 10kV）21 / 41doc 格式 可編輯I 2e = = =4.33AY1e1

47、，本設計取 1。0.05。變壓器各側(cè)額定電流變壓器接線方式CT接線方式選擇 CT 一次電流的計算值CT計算變比實選 CT變比 nlCT二次回路額定電流不平衡電流 Ibp平衡系數(shù)確定基本側(cè). .SS I2e= = 346.4AI 1e= = 103.9A 3U 2e3UY103.9 3=180A 346.4A3I1e 180=I2e 346.4=5 55 5200 4005 5 I 2e I2e103.9 1.732=180A n 2 51基本側(cè)4.50 - 4.33=0.17A4.50 =1.044.33非基本側(cè)由上表可以看出， 35kV 側(cè)電流互感器的二次回路額定電流大于 10kVA側(cè)。因此

48、 35kV 為基本側(cè)。6.3.2 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I dz1 K k I bp （6.1）利用實用計算式：I dz1 K k ( K fzq Ktx f i U式中： Kk可靠系數(shù)，采用 1.3；Kfzq非同期分量引起的誤差，采用fza ) I d 2l max （6.2）1；Ktx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U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，本設計取fza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。f I 電流互感器的最大相對誤差，取代入數(shù)據(jù)得：0.1。22

49、 / 41doc 格式 可編輯. .Idz1 1.3 (1 1 0.1 0.05 0.05 ) 0.98 254.8 A （6.3）2) 躲過變壓器空載投入或外部故障后電壓恢復時的勵磁涌流I dz1 K k I e （6.4）式中： Kk 可靠系數(shù)，采用 1.3；Ie變壓器額定電流：代入數(shù)據(jù)得：Idz1 1.3 103.9 135.1A （6.5）3) 躲過電流互改器二次回路短線時的最大負荷電流Idz1 K K Tfh max （6.6）式中： Kk可靠系數(shù)，采用 1.3；Idz1正常運行時變壓器的最大負荷電流；采用變壓器的額定電流。代入數(shù)據(jù)得：Idz1 1.3 103.9 135.1A （6

50、.7）比較上述（ 6.3）（6.5）（6.7）式的動作電流，取最大值為計算值，即： I dz1 254.8 A6.3.3 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)電流互感器分別接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K JX I dzII dzjsI nl代入數(shù)據(jù)得：I dzjsI（6.8）3 254.84011.03 A （6.9）基本側(cè)繼電器差動線圈匝數(shù)WcdjsIAwo I dzjsI（6.10）23 / 41doc 格式

51、可編輯Wphjs11.03WcdZ 5保護裝置的實際動作電流K jx 3Wcdz 4.5I e2 JI 4.33. .式中： Awo 為繼電器動作安匝，應采用實際值，本設計中采用額定值，取得 60 安匝。代入數(shù)據(jù)得WcdjsI 60 5.44 (匝 ) （6.11）選用差動線圈與一組平衡線圈匝數(shù)之和較 WcdjsI小而相近的數(shù)值，作為差動線圈整定匝數(shù) WcdZ。即：實際整定匝數(shù)（匝） WcdZ 5 （6.12）其中差動線圈實用匝數(shù) Wc.s = 4 匝 , 平衡線圈 I 實用匝數(shù) WI.ph. s= 1 匝。繼電器的實際動作電流I dzjI Awo 60 12 A （6.13）I dzI Id

52、zjI Nl 1240 277.1A （6.14）6.3.4 確定非基本側(cè)平衡線圈和工作線圈的匝數(shù)平衡線圈計算匝數(shù)Wphjs-Wcdz 5 -1 4.2 (匝 )（ 6.15）故，取平衡線圈實際匝數(shù) Wphjs 5 （6.16）工作線圈計算匝數(shù)Wgz Wphjs Wcdz 10 (匝) （6.17）6.3.5 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 fzaWphjs fza由于- WphzWcdz4.2 -54.2 5fza 小于原定值- 0.087 （6.18）0.05，取法合適，不需重新計算。6.3.6 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

53、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，實際應用中，還應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 經(jīng)過變壓器空載投入試驗最后確定。24 / 41doc 格式 可編輯KlmI dz 0.14670.85K hI dz 0.1467. .6.3.7 保護裝置靈敏度校驗差動保護靈敏度要求值 Klm 2本系統(tǒng)在最小運行方式下， 10kV 側(cè)出口發(fā)生兩相短路時，保護裝置的靈敏度最低。本裝置靈敏度0.866 K jx I dlmin 0.866 1 0.733Idzl 0.2771滿足要求。2.29 2 （6.19）6.4 過電流保護： （后備保護）6.4.1

54、過電流繼電器的整定及繼電器選擇：1） 保護動作電流按躲過變壓器額定電流來整定I dz K kIe1 （6.20）式中： Kk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 1.2 103.9 146.7 A （6.21）繼電器的動作電流Idzj 6.35A （6.22）3電流繼電器的選擇： DL-21C/10，電流整定值為 7A。2） 靈敏度按保護范圍末端短路進行校驗，靈敏系數(shù)不小于 1.2。靈敏系數(shù)：織布廠、膠木廠、印染廠K lm 0.866 K jx I d3lmin 0.866 1 0.280 1.65 1.2 （6.23）煉鐵廠、配電所：K lm 0.866 K

55、 jx I d3l min 0.866 1 0.319 1.88 1.2（6.23）25 / 41doc 格式 可編輯K kIe1 1.05 103.9nl 40. .故靈敏度滿足要求。6.5 過負荷保護： （后備保護）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 Kf 0.85 128.4 A （6.24）I dzJ I dz 128.4 3 5.56 A （6.25）延時時限取 10s，以躲過電動機的自起動。當過負荷保護起動后，在達到時限后仍未返回，則動作 ZDJH裝置。6.6 冷卻風扇自起動：I dz 0.7 Iel 0.7 103.9 72.74 A （6.26）

56、I dzJ （6.27）3即：當繼電器電流達到 3.15A 時，冷卻風扇自起動。7 線路保護整定計算7.1 概述根據(jù)電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范 GB50062-92可知：3 63kV 中性點非直接接地電力網(wǎng)中線路的保護26 / 41doc 格式 可編輯. .7.1.1 對 3 63kV 線路的下列故障或異常運行，應裝設相應的保護裝置：1) 相間短路；2) 單相接地；3) 過負荷。7.1.2 對 3 10kV 線路裝設相間短路保護裝置，應符合下列要求：1) 由電流繼電器構(gòu)成的保護裝置，應接于兩相電流互感器上，同一網(wǎng)絡的所有線路均應裝在相同的兩 相上；2) 后備保護應采用遠后備方式；3)

57、 當線路短路使發(fā)電廠廠用母線或重要用戶母線電壓低于額定電壓的 60%時，以及線路導線截面過小 ,不允許帶時限切除短路時，應快速切除故障；4) 電流保護的時限不大于 0.5 0.7s 時，且沒有第三款所列的情況，或沒有配合上的要求時，可不裝設瞬動的電流速斷保護。7.1.3 在 3 10kV 線路裝設的相間短路保護裝置，應符合下列規(guī)定：1) 對單側(cè)電源線路可裝設兩段過電流保護：第一段為不帶時限的電流速斷保護；為帶時限的過電流保 護?？刹捎枚〞r限或反時限特性的繼電器。對單側(cè)電源帶電抗器的線路，當其斷路器不能切斷電抗器前的 短路時，不應裝設電流速斷保護，此時，應由母線保護或其它保護切除電抗器前的故障。

58、保護裝置僅在線 路的電源側(cè)裝設。2) 對雙側(cè)電源線路，可裝設帶方向或不帶方向的電流速斷和過電流保護。對 1 2km 雙側(cè)電源的短線路，當采用上述保護不能滿足選擇性、靈敏性或速動性的要求時，可采用帶輔助導線的縱差保護作為主保 護，并裝設帶方向或不帶方向的電流保護作后備保護。對并列運行的平行線路宜裝設橫聯(lián)差動保護作為主 保護，并應以接于兩回線電流之和的電流保護，作為兩回線同時運行的后備保護及一回線斷開后的主保護 及后備保護。7.1.4 對 35 63kV 線路，可按下列要求裝設相間短路保護裝置：27 / 41doc 格式 可編輯. .1)對單側(cè)電源線路可采用一段或兩段電流速斷或電流閉鎖電壓速斷作主

59、保護， 并應以帶時限過電流保護作后備保護。當線路發(fā)生短路，使發(fā)電廠廠用母線電壓或重要用戶母線電壓低于額定電壓的 60%時，應能快速切除故障。2) 對雙側(cè)電源線路可裝設帶方向或不帶方向的電流電壓保護。當采用電流電壓保護不能滿足選擇性、靈敏性和速動性要求時。可采用距離保護裝置。雙側(cè)電源或環(huán)形網(wǎng)絡中，不超過 3 4km 的短線路，當采用電流電壓保護不能滿足要求時，可采用帶輔助導線的縱差保護作主保護，并應以帶方向或不帶方向的電 流電壓保護作后備保護。3) 并列運行的平行線路，可裝設橫聯(lián)差動保護作主保護，并應以接于兩回線電流之和階段式保護或距 離保護作為兩回線同時運行的后備保護及一回線斷開后的主保護及后

60、備保護。7.2 線路保護的原理：1) 10kV 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不完全星形接線方式，本設計選用無時限電流速斷保護。2) 10kV 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?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