二次回路設計

1、第一章二次回路的基本概念二次回路的概述二次回路是指用來控制、指示、監(jiān)測和保護一次電路運行的電路。二次回路 又稱二次系統(tǒng)。按功能二次回路可分為斷路器控制回路、信號回路、保護回路、 監(jiān)測回路和自動化回路，為保證二次回路的用電，還有相應的操作電源回路等。 供電系統(tǒng)的二次回路功能示意圖如下圖所示。圖 1-1 二次回路功能示意圖二次回路是一個具有多種功能的復雜網(wǎng)絡，其內(nèi)容包括高壓電氣設備和輸電 線路的控制、調(diào)節(jié)、信號、測量與監(jiān)察、繼電保護與自動裝置、操作電源等系統(tǒng)。 分析如下：（1）控制系統(tǒng)由各種控制器具、控制對象和控制網(wǎng)絡構成。其主要作用是 對變配 電所的開關設備進行遠方跳、合閘操作，以滿足改變電力系

2、統(tǒng)運行方式 及處理故障的要求。控制系統(tǒng)按自動化程度的不同分為手動控制、半自動控制和 自動控制；按控制方式的不同分為分散控制和集中控制；按控制距離的不同分為 就地控制和遠方控制；按操作電源的不同分為直流控制、交流控制、強電控制和 弱電控制等。強電控制采用直流110V或220V,交流額定值100V、5A；弱電控制 采用直流60V及以下，交流50V、1A及以下。（2）信號系統(tǒng)由信號發(fā)送機構、接收顯示原件及其網(wǎng)絡構成。其作用是準 確、及 時地顯示出相應一次設備的工作狀態(tài)，為運行人員提供操作、調(diào)節(jié)和處 理故障的可靠依據(jù)。信號系統(tǒng)按信號性質(zhì)的不同分為事故信號、預告信號、指揮 信號、位置信號、繼電保護及自動

3、裝置動作信號等；按信號的顯示方式不同分為 燈光信號、音響信號和其他顯示信號；按信號的相應時間不同分為瞬時動作信號 和延時動作信號；按信號的復歸方式不同分為手動復歸和自動復歸信號（3）測量與監(jiān)察系統(tǒng)由各種電氣測量儀表、監(jiān)測裝置、切換開關及其網(wǎng)絡 構成。 其作用是指示或記錄主要電氣設備和輸電線路的運行參數(shù)，作為生產(chǎn)調(diào) 度和值班人員掌握電氣一次系統(tǒng)的運行情況，進行經(jīng)濟核算和故障處理的主要依 據(jù)。（4）繼電保護與自動裝置系統(tǒng)由互感器、變換器、各種繼電保護及自動裝 置、選 擇開關及其網(wǎng)絡構成。其作用是監(jiān)視電氣一次系統(tǒng)的運行狀況，一旦出 現(xiàn)故障或不正常狀態(tài)便自動進行處理，并發(fā)出信號。（5）調(diào)節(jié)系統(tǒng)由測量機

4、構、傳送設備、執(zhí)行元件及其網(wǎng)絡構成。其作用是 調(diào)節(jié)某 些一次設備的參數(shù)，以保證一次設備和電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運 行。調(diào)節(jié)方式分手動、半自動和自動三種。（6）操作電源系統(tǒng)由直流電源設備和供電電網(wǎng)構成。其作用是供給上述各 二次系 統(tǒng)的工作電源，高壓斷路器的跳、合閘電源及其他重要設備的事故電源。 大型變電所主要采用蓄電池組操作電源；中小型變配電所廣泛采用整流型操作電 源。第二章 線路相間保護的整定計算、靈敏度校驗2.1主接線圖下圖為某電力系統(tǒng)主接線。該系統(tǒng)由某發(fā)電廠的三臺發(fā)電機經(jīng)三臺升壓變壓器由A母線與單側電源環(huán)形網(wǎng)絡相連，其電能通過電網(wǎng)送至B、C、D三個降壓變相關數(shù)據(jù)電網(wǎng)中的四條llOkV線

5、路的單位正序電抗均為0.4 Q/kM；所有變壓器均為YN,d11接線，發(fā)電廠的升壓變壓器變比為10.5/121，變電所的降壓變壓器變比為110/6.6；發(fā)電廠的最大發(fā)電容量為3 X 50 MW,最小發(fā)電容量為2 X 50 MW,發(fā)電機、變壓器的其余參數(shù)如圖示；系統(tǒng)的正常運行方式為發(fā)電廠發(fā)電容量最大，輸電網(wǎng)絡閉環(huán)運行；系統(tǒng)允許的最大故障切除時間為 0.85s；(6)線路AB、BC、AD、CD的最大負荷電流分別為230A、150A、230A和140 A,負荷自啟動系數(shù) 心i；各變電所引出線上的后備保護的動作時間如圖示， t = 0.5s。( 8)系統(tǒng)中各 110kV 母線和變壓器均設有縱差動保護作

6、為主保護。三段式電流保護整定計算1. 計算網(wǎng)絡各參數(shù)：假設選取基準功率S B=100MVA和基準電壓為VB=VavG1(B) *G2(B) *G3(B) *G(N) *SG1(B) *G2(B) *G3(B) *G(N) *SNX 二 X 二 X 二 X X -B = 0.129100X 50= 0.258XT 1(B) *T2(B) *S=XX BT1(N) * SN10 .5 100X 100 400.263X=XX=XX=T 3(B) *T3(N)*SNX= X=X=X=T 4(B) *T5(B) *T 6(B) *T7(B) *S10 .5100X -=0.17510060S10.51

7、00XX B=X0.525T4(N)*S10020XL1 (B) *XL1 (B) *100 x= 0.121115 2XL x = 0.4 x 401 V 2NXLX2BV2 N= 0 . 4 X 50 X115 2S100VTXXL0 4 X 60 X3V2115 2NS100XLXB0.4 x 50 xXL2 (B) *XL3 (B) *XL4 (B) *S1004 V 2 115 2 N0 . 1510 . 1810 . 151最大運行方式下的最小電源阻抗：X =( 0.258+ 0.263 )( 0.258 + 0.175 ) = 0.261 110.433 = 0.1631 2 2

8、最小運行方式下的最大電源阻抗：0 .258 0 .263X =+= 0.2611 2 2最大短路電流計算和整定計算:為計算動作電流，應該計算最大運行方式下的三相短路電流，為校驗靈敏度要計算最小運行運行方式下兩相短路電流。為計算1OF、 3OF、5QF、7QF 的整定值根據(jù)如上系 統(tǒng)圖可知，最大運行方式要求 8QF斷開，等值阻抗圖如下：相當于空載線路2.4 相當于空載線路2.4 短路電流列表：（3）二 m3 X（3）X I = 1 X 10 X 0.502 = 5.02（ KA）K1a1 B（3）二 m3 x（3）x I = 1 x 8.403 x 0.502 = 4.218（ KA）K2a1B

9、（3）二 m 3 x I（3）x I 二 1 x 5.291 x 0.502 二 2.656（ KA）K3a1B2.5 電力系統(tǒng)阻抗圖2.5.1 保護 5QF 電流三段的整定計算及校驗當 K3 點發(fā)生三相短路時，由題意計算得:KA正序阻抗：X 1 = 0.189 Q基準電流：IB = 0.502KA1 eB基準阻抗：V2基準阻抗：V2BSB115 2=132100.25 0可靠系數(shù)： K rIe l =1.25 K r可靠系數(shù)： K rIe l =1.25 K rIIe l =1.15K rIeIIl =1.15返回系數(shù)： K = 0.85re三相短路的正序電流：E1I I =e=a1j （

10、X + X（ 3）0.1891 eX =5.291 KA短路電流：11 二 m3 x 11 x I 二 1 x 5.291 x 0.502 二 2.656 KAK3a1 B瞬時電流速斷保護，即躲過本線路末端最大短路電流，所以保護5QF電流速斷的整定及校驗為:11= Ki x 11 = 1.25 x 2.656 = 3.320 KAset.5rel K3t = 0 s檢驗靈敏度系數(shù)：3 . 320即：Lm inL4宀一 =34.12% 15%檢驗靈敏度系數(shù)：3 . 320即：Lm inL4宀一 =34.12% 15%50靈敏度系數(shù)符合要求2）保護 5QF 限時電流速斷的整定及校驗：11511=

11、K i x Iset.5rel k.A.max=1.25 x2 . 066 KA0.163 + 20 + 20Iii = Kii x 11= 1.15 x 0.865 = 2.376 KAset.5rel set.5t ii = 0.5 s1IK = kD.minIK = kD.minsenI IIset.52 . 376= 1 . 194 1.3作相鄰線路遠后備時的靈敏系數(shù)：I= k.A.minsenI IIIset.51431.666284.118= 5 .039 1 . 2第三章 電流互感器選擇原則3.1 保護用電流互感器的類型選擇保護用電流互感器分為P類和TP兩大類。P類(P意為保護)

12、電流互感器包括PR和PX類。該類電流互感器的準 確限值是由一次電流為穩(wěn)態(tài)對稱電流時的復合誤差或勵磁特性拐點來確定的。TP類(TP意為暫態(tài)保護)電流互感器。該類電流互感器的準確限值是 考慮一次電流中同時具有周期分量和非周期分量，并按規(guī)定的暫態(tài)工作循環(huán)的峰 值誤差來確定的。該類電流互感器適用于考慮短路電流中非周期分量暫態(tài)影響的 情況。3.2 電流互感器類型選擇原則保護用電流互感器的性能應滿足繼電保護正確動作的要求。首先應保證 在穩(wěn)態(tài)對稱短路電流下的誤差不超過規(guī)定值。對于短路電流的非周期分量和互感 器的剩磁等的暫態(tài)影響，應根據(jù)互感器所在系統(tǒng)暫態(tài)問題的嚴重程度，所接保護 裝置的特性、暫態(tài)飽和可能引起的

13、后果和動作經(jīng)驗等因素，予以合理考慮。如保 護裝置具有減緩電流互感器飽和影響的功能，則可按保護裝置的要求選擇適當?shù)?互感器。330-500KV系統(tǒng)保護，高壓側為330-500KV的變壓器保護和330MW級以 上發(fā)電機變壓器組保護用的電流互感器，由于系統(tǒng)一次時間常數(shù)較大，電流互感 器暫態(tài)飽和嚴重，由此導致保護誤動或拒動的嚴重后果。因此所選去電流互感器 應保證在實際短路工作循環(huán)中不致暫態(tài)飽和，即暫態(tài)誤差不超過規(guī)定值，宜選用 TP 類互感器。220KV系統(tǒng)保護、高壓側為220KV的變壓器差動保護、100-200MW級發(fā) 電機變壓器組及大容量電動機差動保護用電流互感器，暫態(tài)問題及影響后果相對 較輕，可按

14、穩(wěn)態(tài)條件進行選擇，并為減輕可能發(fā)生的暫態(tài)飽和影響給定適當?shù)臅?態(tài)系數(shù)，宜選用P類、PR類或PX類電流互感器。PR類能限制剩磁影響，有條件 時可推廣使用。給定暫態(tài)系數(shù)K=Kal/Kpcf電流互感器，應根據(jù)應用情況和運行經(jīng) 驗確定：100-200MW級機組外部故障給定暫態(tài)系數(shù)不宜低于10。220KV 系統(tǒng)的給定暫態(tài)系數(shù)不宜低于 2。110KV 及以下系統(tǒng)保護用電流互感器一般按穩(wěn)態(tài)條件選擇，選用 P 類電 流互感器。高壓母線差動保護用電流互感器的選擇，由于母線故障短路電流大，而 且外部短路時流過各電流互感器的電流差別也可能很大，即使全部選用特性相同 的電流互感器，其暫態(tài)飽和程度也可能很不一致，為此，

15、母線差動保護宜具有抗 互感器飽和能力。在工程應用中，可按穩(wěn)態(tài)短路電流或保護裝置的要求選取用適 當?shù)幕ジ衅?。?）非直接接地系統(tǒng)的接地保護用電流互感器，可根據(jù)具體情況采用三相電 流互感器組成零序濾過器、專用的電纜式或母線式零序電流互感器。電流互感器額定參數(shù)選擇保護用電流互感器的額定參數(shù)選擇要考慮以下情況：（1）變壓器差動回路電流互感器額定一次電流的選擇，應盡量使互感器的二 次電流進入差動繼電器時基本平衡。當采用微機保護時，可由保護裝置實現(xiàn)兩側 變比差和角差的校正。在選擇額定一次電流及二次繞組接線方式時，應注意使變 壓器兩側互感器和二次負荷盡量平衡，以減少可能出現(xiàn)的差電流。（2）自耦變壓器公共回路過負荷保護用的電流互感器，應該公共繞組的允許 負荷電流選擇。此電流通常發(fā)生在低壓側斷開，而高-中壓側傳輸自耦變壓器的 額定容量的情況。此時，公共繞組上的電流為中壓側與高壓側額定電流之差。（3）大型發(fā)電機變壓器組廠用分支的額定電流遠小于主變壓器額定電流，廠 用分支的電流互感器一般可以用分支額定工作電流為基礎進行選擇，但應注意該 回路的動穩(wěn)定性。例外的是廠用分支側用于發(fā)電機-變壓器組成或主變壓器差動 保護的電流互感器，原則上應與主回路互感器變比一致。如因額定電流過大，裝 設有困難時，可根據(jù)具體情況采取適當措施，如由保護裝置或增設輔助電流互感 器以改變變比。或者采用二次額定電流為 1A 的互感