35kV變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

--1概述繼電保護(hù)主要利用電力系統(tǒng)中元件發(fā)生短路或異常情況時(shí)的電氣(流、電壓、功率、頻率等的變化，構(gòu)成繼電保護(hù)動(dòng)作的原理，也有其他的物理量，如變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)伴隨產(chǎn)生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強(qiáng)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(hù)裝置都包括測量部(定值調(diào)整部分)、邏輯部分、執(zhí)行部分。繼電保護(hù)及自動(dòng)化是研究電力系統(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(dòng)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)。基本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號(hào)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。--

--22.1

變電站繼電護(hù)配置系統(tǒng)分及繼電保護(hù)求：本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為雙電源35KV母線分段接線，10KV單母線分段接線。2.1.1繼電保護(hù)的四項(xiàng)基本條件：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(dòng)性、靈敏性和可靠性。2.2

本系統(tǒng)障分析2.2.1系統(tǒng)線路主要的故障：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。2.2.2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?！ぷ儔浩鞯膬?nèi)部故障有相間短路、繞組的匝間短路和絕緣損壞。2.2.3變壓器的不正常情況：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。2.335KV線路繼電保護(hù)設(shè)置：根據(jù)線路故障類型，使用3段式電流保護(hù)2.4線路繼保護(hù)裝根據(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。2.5

主變壓繼電保護(hù)裝設(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：2.5.1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(dòng)保護(hù)（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(hù)：過電流保護(hù)（以反應(yīng)變壓器外部相間故障負(fù)荷保護(hù)（反應(yīng)由于過負(fù)荷而引起的過電流。2.6

本設(shè)計(jì)電保護(hù)裝置理概述2.6.110KV線路電流速斷保護(hù)：根據(jù)短路時(shí)通過保護(hù)裝置的電流來選擇動(dòng)作電流的動(dòng)作電流的大小來控制保護(hù)裝置的保護(hù)范圍有無時(shí)限電流速斷和延時(shí)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(shí)限電流速斷保護(hù)。2.6.210KV線路過電流保護(hù):是利用短路時(shí)的電流比正常運(yùn)行時(shí)大的特征來鑒別線路發(fā)生了短路故障動(dòng)作的選擇性由過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作具有適當(dāng)?shù)难訒r(shí)來保證定時(shí)限過電流保護(hù)和反時(shí)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時(shí)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。2.6.3變壓器瓦斯保護(hù)：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(shí)，電弧使油及絕緣物分解產(chǎn)生氣體。故障輕微時(shí)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(dòng)作，接點(diǎn)閉合，這時(shí)讓其作用于信號(hào)，稱為輕瓦斯保護(hù)；故障嚴(yán)重時(shí)，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(dòng)作，接點(diǎn)閉合，這時(shí)作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護(hù)。2.6.4變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)：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(dòng)繼電器并接在回路壁中正常運(yùn)行和外部短路時(shí)二次電流在臂中環(huán)流使差動(dòng)保護(hù)在正常運(yùn)行和外部短路時(shí)不動(dòng)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(shí)，從電流互感器流入繼電器的電流大小不等，相位相同繼電器內(nèi)有電流流過但實(shí)際上由于變壓器的勵(lì)磁涌流接線方式及電流互感器誤差等因素的影響電器中存在不平衡電流器差動(dòng)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(dòng)差動(dòng)保護(hù)?！げ捎枚沃C波制動(dòng)?！げ捎瞄g歇角原理。·采用速飽和變流器。--

L6--L63短路電流計(jì)3.1系統(tǒng)等電路圖：如圖3.1所示C10.38

d1d2X=0.371圖系統(tǒng)等效電路圖（阻抗計(jì)算見3.3）3.2準(zhǔn)參數(shù)定：S=1000KVA，U=Uav：35kV側(cè)U=37KV，10kV側(cè)U=10.5KV。BBBB3.3抗計(jì)算均為幺值：1）C1系統(tǒng)：最大方式X=0.061C2系統(tǒng)：最大方式X=0.12

最小方式X=0.121最小方式X=0.1522)線路：L1：XlXS/V3=11B

B

2

=0.4×12×100/37

2

=0.351L2：XlXS/V4=31B

B

2

=0.4×15×100/37

2

=0.4383)變壓器：X=X=（U%/100）S/S=0.08/100×100/31.5=0.00356kB3.4路電流算：1）最大運(yùn)行方式：其中：

X=X+X∥X＝0.297XX+X＝0.487134824X=X＝0.183X=X+X＝0.1869781095據(jù)此，系統(tǒng)化簡如圖4.4.1和4.4.2所示--

d1maxB19L--d1maxB19L故知35KV母線上短路電流：I=I/X=1.56/0.183=8.525(KA)10KV母線上短路電流I=I=5.5/0.186=29.6(KA)折算到:I=I/X=1.56/1.86=8.39(KA)B110對于點(diǎn)以X計(jì)算I=5.5/(0.186+1.371)=3.532(KA)最大運(yùn)行方式圖：X=0.371C1C2

0.1835XL6=0.371

圖3.2最大運(yùn)行方式圖

圖3.3最大運(yùn)行方式圖2)最小運(yùn)行方式下:系統(tǒng)化簡如圖3.4所示。因C1停運(yùn),以僅考慮獨(dú)運(yùn)行的結(jié)果；X=X+X=0.483115所以35KV母線上短路電流：I=I/X=1.56/0.48=3.25(kA)d1minB18所以10KV母線上短路電流：I=I/X=5.5/0.483=11.387(kA)d2minB211折算到35KV側(cè)：

I=I/X=1.56/0.483=3.23(kA)d2lminB111--

--對于d3以X進(jìn)行計(jì)算I=5.5/(0.483+1.371)=2.967(kA)L6d3min折算到35KV側(cè)：I=1.56/(0.483+1.371)=0.841(kA)d3lminC25XL6=0.371圖3.4最小運(yùn)行圖--

4

--主變繼電保整定計(jì)算及電器選擇4.1瓦斯保：輕瓦斯保護(hù)的動(dòng)作值按氣體容積為250~300cm

2

整定，本設(shè)計(jì)采用280。重瓦斯保護(hù)的動(dòng)作值按導(dǎo)油管的油流速度為0.6~1.5cm

2

整定本，本設(shè)計(jì)采用cm

2

。瓦斯繼電器選用FJ-80型。34.2

縱聯(lián)差保護(hù)：選用BCH-2型差動(dòng)繼電器。4.2.1計(jì)算Ie及電流互感器變比，列表如下數(shù)據(jù)表所示：表Ie及電流互器變比各側(cè)數(shù)據(jù)名稱額定電流變壓器接線方式CT接方式CT計(jì)變比

Y（35KV）I=S/3U=103.9AYΔ3I/5=180/5=36

Δ（10KV）I=S/3UΔYI/5=363.7/5=72.74實(shí)選CT變n

200/5=40

400/5=80實(shí)際額定電流不平衡電流Ibp確定基本側(cè)

3I/n1=4.50A4.55-4.50=0.05A基本側(cè)

I/n1=4.55A非基本側(cè)4.2.2確定基本側(cè)動(dòng)作電流：1）躲過外部故障時(shí)的最大不平衡電流Idz1≥KIbp(1)K利用實(shí)用計(jì)算式：I=K（KKfi+U+fza）Iddz1Kfzqtx

2lmax式中：K—可靠系數(shù)，采用1.3；KK—非同期分量引起的誤差，采用1；fzqK—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)tx計(jì)取1。ΔU—變壓器調(diào)壓時(shí)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。--

--Δfza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。代入數(shù)據(jù)得I=1.3×(1×1×0.1+0.05+0.05)×8.39=218.1（A）dz12）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I=KIe（2）dz1K式中：K可靠系數(shù)，采用1.3；K—Ie—變壓器額定電流：代入數(shù)據(jù)得I=1.3×103.9=135.1(A)dz13)躲過電流互改器二次回路短線時(shí)的最大負(fù)荷電流I=KTfdz1K

hmax

（3）式中：K—可靠系數(shù)，采用1.3；KI—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。dz1代入數(shù)據(jù)得I=1.3×103.9=135.1(A)dz1比較上述（1的動(dòng)作電流，取最大值為計(jì)算值，即：I=218.1（A）dz14.2.3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I

dzjsI

=KI/nJXdz1

l代入數(shù)據(jù)得I

dzjsI

=3×218.1/40=9.44）基本側(cè)繼電器差動(dòng)線圈匝數(shù)W

cdjsI

=Awo/I

dzjsI式中：Awo為繼電器動(dòng)作安，應(yīng)采用實(shí)際值，本設(shè)計(jì)中采用額定值，取得安匝。代入數(shù)據(jù)得W

cdjsI

=60/9.44=6.35(匝)選用差動(dòng)線圈與一組平衡線圈匝數(shù)之和較

cdjsI

小而相近的數(shù)值作為差動(dòng)圈整定匝數(shù)W。cdZ--

--即：實(shí)際整定匝數(shù)W=6（匝）cdZ繼電器的實(shí)際動(dòng)作電流I

dzjI

=Awo/W=60/5=12（A）cdZ保護(hù)裝置的實(shí)際動(dòng)作電流I=IdzI

dzjI

N/K=12×40/3=277.1Aljx4.2.4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(jì)算匝數(shù)W

phjsⅡ

=W/Icdz

e2JI

-W

cdz=6×(4.55/4.50-1)=0.06()故，取平衡線圈實(shí)際匝數(shù)W

phzⅡ

=0工作線圈計(jì)算匝數(shù)W

gzⅡ

=W

phzⅡ

+W=5(匝)cdz4.2.5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Δ

zaΔf=(Wza

phjsⅡ

-W

phzⅡ

)/(W

phjsⅡ

+W)cdz=(0.06-0)/(0.06+5)=0.01此值小于原定值0.05，取法合適，不需重新計(jì)算。4.2.6初步確定短路線圈的抽頭根據(jù)前面對BCH-2差動(dòng)繼電器分析，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。4.2.7保護(hù)裝置靈敏度校驗(yàn)差動(dòng)保護(hù)靈敏度要求值K﹥2lm本系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下10KV側(cè)口發(fā)生兩相短路時(shí)護(hù)裝置的靈敏度最低。本裝置靈敏度K=0.866KIlmjx

dlmin

/I

dzl=0.866×1×0.817/0.2771=2.55>24.3電流保：4.3.1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

滿足要求。I=KI/Kdzke1

h式中：K—可靠系數(shù)，采用1.2；kK—返回系數(shù)，采用0.85；h代入數(shù)據(jù)得I=1.2×103.9/0.85=146.7(A)dz--

--繼電器的動(dòng)作電流Idzj=I/n=146.7/(40/3)=6.35(A)dzl電流繼電器的選擇：DL-21C/102）靈敏度按保護(hù)范圍末端短路進(jìn)行校驗(yàn)，靈敏系數(shù)不小于。靈敏系數(shù)：K=0.866KIlmjx

d3lmin

/I

dz=0.866×1×0.841/0.1467=4.96>1.2滿足要求。4.4過負(fù)荷護(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=KI/K=1.05×103.9/0.85=128.4(A)dzke1fI=I/n=128.4×3/40=5.56(A)dzJdzl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)作裝置。