35KV变电所继电保护的设计.docx

1.1变电站缰电爱护的发展变电站是电力系统的重要组成部分，它干脆影响整个电力系统的平安与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和安排电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定干脆关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装苴的布巴，继电爱护和自动装置.的确定，是变电站电气部分投资大小的确定性因素。继电爱护发呈现状，电力系统的E速发展对维电爱护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发屣又为继电爱护技术的发展不断注入新的活力，因此，继电爱护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电爱护技术面临着进一步发展的趋势，国内外继电受护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，爱护、限制、测量、数据通信一体化和人工智能化。2.1 设计依据：(1)继电爱护设计任务书。(2)国标GB50062-92电力装置的维电爱护和自动装置设计规范讥(3)电力系统继电爱护B(山东工业高校)。2.2 设计椁本设计为35KV降压变电所。主变容量为6300KVA,电压等级为35/10KV。2.3 设计原始资料：2.4 3.135KV供电系统图,如图1所示.2.5 3.2系统参数：电源I短路容量：S1.a=200MVA:电源I1.短路容量：Stfc,.=250MVA;供电线路：1.i=1.=I5km,1.=1.=IOkm,线路阻抗:X1=O.4Qkn,SnSi|待设计变电所|图135KV系统原理接线图35KV变电所主接线图，如图2所示Sn2.3.4IoKV母线负荷状况，见下表:负荷名称最大负荷(Kw)功率因数回路数供电方式线路长度(km)织布厂12000.851架空线8胶木厂11000.851架空线印染厂14000.852架空线13配电所15000.852架空线15炼铁厂13000.852架空线103主接线方案的选择3.1 主接线设计要求电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满意预定的功率传送和运行等要求而设计的，表明高压电气设备之间相瓦连接关系的传送电能的电路。电路中的高乐电气设备包括发电机、变电器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电牢靠性、运行敏然性及经济合理性等起若确定性作用。对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就依据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等，从供电的牢兆性、运行的敏槌性和便利性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故状况下的供送电状况。电气主接线又称电气一次接线图。电气主接线应满意一下几点要求：(1)运行的军旅性：牢靠性是指一个元件，一个系统，在规定的时间内及肯定的条件下完成预定功能的实力，供电牢靠性是电力生产和安排的首要要求，对发电厂、变电所主接线车兼性的要求程度，与其在电力系统中的地位作用则是由其容量，电压等级，负荷大小以及类别等因素确定。详细要求有：断路器检修时，不宜影响对系统的供电：断路器或母线故障时以及母线或隔离开关检修时，尽量削减停运出线的回路数和停运时间，并保证对一二类负荷的供电尽量避开发电厂或变电所全部停运的可能性：对装有大型机组的发电厂或超高压变电所应满意牢靠性的特殊要求。(2)运行的敏捷性：主接线系统应能敏捷地适应各种工作状况，特殊是当一部分设备检修或工作状况发生改变时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度敏捷，不中断向用户的供电。在扩建时应能很便利的从初期建设到最终接线。(3)运行的经济性：主接线系统还应保证运行操作的便利以及在保证满意技术条件的要求卜.，做到经济合理，尽量削减占地面积，节约投机。尽量做到年运行费小,包括电能损耗。折旧费及大修费，日常小修费等修理费。其中电能损耗主要由变压泯引起，因此,要合理的选择主变压器的形式、容量、台数和避开变压器而增加电能损耗。并在可能的状况卜.，实行一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。3.2 变电站主接线的选择原则(1)当满意运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节约投资。(2)当变电全部两台变压器同时运行时，二次侧应采纳断路器分段的单母线接线。(3)为了限制配出线短路电流，具有多台主变压枝同时运行的变电所，应采纳变压器分列运行。(4)接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关，但接在母线上的避需器，可与电压互感器合用一组隔离开关.(5)6'IOkV固定式配电装置的出现场在架空线路或有反馈可能的电缆出现回路中，应装设线路隔离开关。采纳6'10kV熔断器负荷开关固定式配电装设时，应在电源测装设隔离开关。(6)由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设计费用的专用电压、电流互感器(一般都安装计量柜)。当低压母线为双电源，变压罂低压侧开关和母线分段开关采纳低压断路器时，在总开关的出现fW及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。3.3 接线方案选择对于哮元进线电压为35kV以上的变电站，通常是经变电站总降压变电所降为IOkV的面压配电电压，然后经下一级变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降用变电所主接线图表示变电站接受和安排电能的路径，由各种电力设%(变压器,避宙器、断路器、互感淞、隔离开关等)及其连接线组成，通常用单线表示。主接线对变电所设备选择和布置，运行的牢旅性和经济性，继电爱护和限制方式都有亲密关系，是供电设计中的重要环节。3.4 35kV变电所主接线筒图S11S14短路电流计算4.1系痴锹电路图：如图4所示SnOI1.2d1.0.5S13640.21.70.2920.438d1.OI1.7一II 3II h0.438/78÷11.19ID1.6Z/zId27I1.7Xi=3.628/D37图4系统等效电路图（各阻抗计克见3.3）4.2 苔准今做选定：Sa=100MVA.U=UavEP:35kV侧U=37KY,IOkVMU=10.5KV.I11=St1.3Uw=1.56kAI1.ti=Sf/3U=5.5kA4.3 阻抗计算（均为标幺值）：（1）系统：X1=100/200-0.5Xz=100/250-0.4(2)35kV线路：1.b1.2：XfX.=1iXiSh=0.4×15×100372=0.4381.3,1.4：Xi.Xt,1jSVs2=O.4×1O×10037i=0.292(3)变压器：BbB2：XT=XK=(Uk%100)SS=O.075X100/6.3=1.19(4)15kV线路:线路阻抗(X1.)分为两类：织布厂、胶木场、印染厂：Xu=炼铁厂、配电厂:Xt1.=5变电所继电爱护和自动装置规划:5.1 系统分析及罐电爱护要求I本设计35/10KV系统为双电源35KV雌母线分段接线，10KV侧雎母线分段接线，所接负荷多为化工型，属一二类负荷居多。5.2 本系统故障分析I(D本设计中的电力系统具有非干脆接地的架空线路及中性点不接地的电力变压器等主要设备。就线路来讲，其生要故障为单相接地、两相接地和三相接地.(2)电力变压器的故障，分为外部故障和内部故障两类。变压器的外部故障常见的是凹凸压套管及引线故障，它可能引起变压器出级端的相间短路或引出线碰接外壳。变压器的内部故障有相间短路、绕组的匝间短路和绝缘:损坏。(3)变用器的不正常运行过负荷、由于外部短路引起的过电流、油温上升及不允许的油面下降。5.3 IoKV线路缰电爱护装置：依据线路的故障类型，按不同的出线回路数，设置相应的继电爱护装置如下：(1)单回出畿爱护：适用于织布厂和胶木厂出线。采纳两段式电流爱护，即电流速断爱护和过电流爱护。其中电流速断爱护为生爱护，不带时限,OS跳闸。(2)双回路出线爱护：适用丁印染厂、配电所和炼铁厂出线“采纳平行双回线路横联方向差动爱护加电流爱护。其中横联方向差动爱护为主爱护。电流爱护作为横联方向差动爱护的后备爱护。5.4 主变压继电爱护装设量:变压器为变电所的核心设备，依据其故障和不正常运行的状况，从反应各种不同故障的牢靠、快速、灵敏及提高系统的平安性动身，设置相应的主爱护、异样运行爱护和必要的协助爱护如下：(1)主爱护：瓦斯爱护(以防卫变压器内部故障和油面降低)、纵联差动爱护(以防卫变压冷绕组、套管和引出线的相间短路)。(2)后备速护：过电流爱护(以反应变压器外部相间故障)、过负荷速护(反应由于过负荷而引起的过电流(3)异样运行爱护和必要的协助爱护：温度爱护(以检测变压器的油温,防止变压器油劣化加速和冷却风机自启动(用变压器一相电流的70%来启动冷却风机，防止变压器油温过高)。5.5 变电所的自动装量:(1)针对架空线路的故障多系雷击、鸟击、树枝或其它飞行物等引起的瞬时性短路，其特点是当线路断路器跳网而电压消逝后，随着电弧的熄灭，短路即自行消退。若运行人员试行强送,随可以更原供电，但速度较慢，用户的大多设备(电动机)已停运，这样就干扰破坏了设备的正常工作，因此本设计在IOKV各出线上设置三相自动重合仲1装置(CHZ),即当线路断路器因事故跳闸后，马上使线路断路器自动再次重合闸，以削减因线路瞬时性短路故障停电所造成的损失。(2)针对变电所负荷性质，缩短备用电源的切换时间，提高供电的不间断性,保证人身设备的平安等，本设计在35KY母联断路器(D1.)及K)KV母联断路器(D1.)处装设备用电源自动投入装翼(BZT),(3) 频率是电能质量的基本指标之一,正常状况卜.，系统的频率应保持在50Hz.运行频率和它的额定值见允许差值限制在05Hz内，频率降低会导致用电企业的机械生长率下降，产品质量降低，更为严峻的是给电力系统工作带来危害，而有功功率的缺额会导致频率的降低，因此，为保证系统频率恒定和全要用户的生产稔定，本设计IoKV出线设置自动频率减负荷装置(ZPJH)，按用户负荷的重要性依次切除.5.6 本设计缰电爱护装原理述2(1) IOKV线路电潦速断爱护：是依据短路时通过爱护装置的电流来选择动作电流的，以动作电流的大小来限制爱护装置的爱护范围：有无时限电流速断和延时电流速断，采纳二相二电潦继电器的不完全星形接线方式，本设计选用无时限电流速断爱护。(2) IOKV线路过电流受护:是利用短路时的电潦比正常运行时大的特征来鉴别线路发生了短路故障，其动作的选择性由过电潦爱护装置的动作具有适当的延时来保证，有定时限过电流爱护和反时限过电流爱护：木设计与电流速断爱护装置共用两组电流互感器，采纳二相二维电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流爱护，作为电流速断爱护的后备爱护，来切除电潦速断爱护范困以外的故障，其爱护范围为本线路全部和卜段线路的一部分。(3)平行双回线路横联方向差动爱护：是通过比较两线路的电流相位和数值相同与否鉴别发生的故障；由电流起动元件、功率方向元件和出口执行元件组成，电潦起动元件用以推断线路是否发生故障，功率方向元件用以推断哪回线路发生故障，双回他路运行时能保证有选择的动作。该爱护动作时间OS,由于横联爱护在相继动作区内短路时，切除故障的时间将延长一倍，故加装一套三段式电流爱护，作为后备爱护.(4)变压器瓦斯爱护：是利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继电器来判别变压器内部故障；当变乐器内部发生.故障时，电邮使油及绝缘物分解产生气体。故障稍微时，油箱内气体缓慢的产生，气体上升聚集在继电器里，使油面下降，维电器动作，接点闭合，这时让其作用于信号，称为轻瓦斯爱护：故障严峻时，油箱内产生大量的气体，在该气体作用卜.形成剧烈的油流，冲击继电潺，使维电器动作，接点闭合，这时作用于跳闸并发信，称为重瓦斯爱护，(5)变压器纵联差动爱护：是依据循环电潦的原理构成。在变压器两侧都装设电流瓦感器，其二次绕组按环流原则串联，差动继电器并接在回路壁中，在正常运行和外部短路时，二次电流在河中环流，使差动爱护在正常运行和外部短路时不动作，由电流互感器流入继电器的电流应大小相等，相位相反，使得流过维电器的电流为零：在变压器内部发生相间短路时，从电流互感器流入维电罂的电流大小不等，相位相同，使继电器内有电流潦过。但事实上由于变压器的励磁涌流、接线方式及电流互感器误差等因素的影响，继电器中存在不平衡电流，变压器差动爱护需解决这些问题，方法有： 靠整定值躲过不平衡电流 采纳比例制动差动爱护。 采纳二次谐波制动。 采纳间歇向原理。 采纳速泡和变流器“本设计采纳较经济的BcH-2型带有速饱和变流器的继电器，以提高爱护装置的励磁涌流的实力。6主变继电爱护整定计Jt及继电器选择按GB50062-92电力装置的维电爱护和自动装置设计规范规定：对电力变压器的下列故障及异样运行方式，应装设相应的爱护装置：绕组及其引出线的相见短路和在中性点干脆接地侧的单相接地短路：绕组的匝间短路；外部相见短路引过的过电流：中性点干脆接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压：过负荷；油面降低：变压器温度上升或油箱压力上升或冷却系统故障。对于高压IW为35kV及以上的总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流爱护、电流速断爱护和瓦斯爱护：在有可能过负荷时，也需装设过负荷爱护。但是假如单台运行的变压器容量在10000kY,A及以上和并列运行的变压器每台容量在6300kVA及以上时，则要求装设纵联差动爱护来取代电流速断爱护。在本设计中,依据要求需装设过电流爱护、电流速断爱护、过电乐爱护和瓦斯爱护.主爱护和后备爱护：35kV供电系统中的电气设备和线路应装设短路故障爱护。短路故障爱护应有主爱护、后备爱护，必要时可增设协助爱护.当在系统中的同一地点或不同地点装设有两食爱护时，其中有一套动作比较快,而另套动作比较慢，动作比较快的就称为主爱护：而动作比价慢的就称为后备爱护。即：为满意系统稳定和设备的耍求，能以最快速度有选择地切除爱护设备和线路故障的爱护就称为主爱护：当主爱护或断路器拒动时，用以切除故障的爱护，就称为后备爱护。后备爱护不仅可以起到当主爱护应当动作而未动作时的后备，还可以起到当主爱护虽已动作但最终未能达到切除故障部分的作用。除此之外，它还有另外的遨义。为了使快速动作的主爱护实现选择性，从而就造成了主爱护不能爱护线路的全厂，而只能爱护线路的一部分1也就是说出现爱护的死区，这一死区就必需由后备爱护来弥补。近后备和远后备：当主爱护或断路器拒动时，由相邻设备或线路的爱护来实现的后备称为远后备：由本级电气设备或线路的另一套爱护实现后备的爱护，就叫近后备爱护：协助受护：为补充主爱护和后备爱护的性能或当主爱护和后备爱护退出运行而增设的简洁爱护，称为协助爱护。 .2瓦斯爱护作用：用来反映变压器内部故障和油面降低，它反应于油箱内部故障所产生的气体或油箱漏油而动作，其中重瓦斯爱护于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯爱护动作于信号.轻瓦斯爱护的动作于信号的轻瓦斯部分，通常按产生气体的容积整定：对于容量为10MV以上的变压器，整定容积为250300CIn2。瓦斯爱护动作于跳闸的重瓦斯部分，通常按气体维电器的油流速度整定。（油流速度与变压器的容量接气体维电器导管的直径、变压器冷却方式、气体继电形式有关）。轻瓦斯爱护的动作值按气体容积为250'300cm2整定，本设计采纳280cm2.重瓦斯受护的动作值按导油管的油流速度为0.6'1.5cm2整定，本设计采纳0.9cm2<,瓦斯继电器选用FJ3-80型。瓦斯爱护的接线原理图差动爱护：(主爱护作用：用来反映变压罂绕组和用出线上的相间短路、中性点干脆接地系统中系统傅绕组和引出线的单相接地短路以及绕组匝间短路、容量在100OokYA及以上的变压涔应装设纵差动爱护。变压器差动爱护动作电流应满意以卜三个条件(1)应躲过变压器差动爱护区外出现的最大短路不平衡电流(2)应躲过变压器的励磁涌流(3)在电流互感潺二次回路端线且变压器处F最大负荷时，差动爱护不应动作结合设计要求和实际条件只对其做纵差动爱护的整定，所选继电器型号为BCH2型差动继电版。计算变压器各他的次及二次电流值(在额定容量下)并选择电流互感器的变比，可按下表计算。由于35kV侧二次电流大，因此以35kV侧为基本侧。7线路爱护整定计算依据4电力装置的继电爱护和自动装置设计规范GB50062-92可知：363kV中性点非干脆接地电力网中线路的爱护1 .1,1对363kV线路的下列故障或异样运行，应装设相应的爱护装置：(1)相间短路：(2)单相接地：(3)过负荷。7 .1.2对3IOkV线路装设相间短路爱护奘置，应符合下列要求：(1)由电流维电器构成的爱护装置，应接于两相电流互感器上，同一网络的全部线路均应装在相同的两相上：(2)后备爱护应采纳远后备方式：(3)当线路短路使发电厂厂用母线或重要用户母线电压低于额定电压的60%时，以及线路导线搬面过小,不允许带时限切除短路时，应快速切除故障：(4)电流爱护的时限不大于0.50.7S时，且没有第三款所列的状况，或没有协作上的要求时，可不装设瞬动的电流速断爱护。7.1.3在3IOkV线路装设的相间短路爱护装置，应符合下列规定：(1)对单(W电源线路可装设两段过电流爱护：第一段为不带时限的电流速断爱护：为带时限的过电流爱护。可采纳定时限或反时限特性的继电器。对单(W电源带电抗器的线路，当其断路耦不能切断电抗器前的短路时，不应装设电流速断爱护，此时，应由母线爱护或其它爱护切除电抗滞前的故障。爱护装置仅在线路的电源侧装设.(2)对双(W电源线路，可装设带方向或不带方向的电流速断和过电流爱护。对12km双侧电源的短线路，当采纳上述爱护不能满意选择性、灵敏性或速动性的要求时,可采纳带协助导线的纵差爱护作为主爱护，并装设带方向或不带方向的电流爱护作后备爱护。对并列运行的平行线路宜装设横联差动爱护作为主爱护，并应以接于两回线电流之和的电流爱护，作为两回线同时运行的后备爱护及一回畿断开后的主爱护及后备爱护。7.1,4对3563kV线路，可按下列要求笠设相间短路爱护装置：(I)对单(W电源线路可采纳一段或两段电流速断或电流闭锁电压速断作主爱护，并应以带时限过电流爱护作后备爱护。当线路发生.短路，使发电厂厂用母线电用或重要用户母线电压低于额定电压的60%时，应能快速切除故障。(2)对双侧电源线路可装设带方向或不带方向的电流电压爱护。当采纳电流电压爱护不能满意选择性、灵敏性和速动性要求时。可采纳距离爱护装置。双侧电源或环形网络中，不超过3-4kn的短线路，当采纳电潦电压爱护不能满意要求时，可采纳带协助导线的纵差爱护作主爱护,并应以带方向或不带方向的电流电压爱护作后备爱护。(3)并列运行的平行线路.可装设横联差动受护作主爱护，并应以接于两回或电流之和阶段式爱护或距离爱护作为两回线同时运行的后备爱护及一回线断开后的主爱护及后备爱护。7.2线路受护的原理I(DIOkV线路电流速断爱护：是依据短路时通过爱护装置的电流来选择动作电流的，以动作电流的大小来限制爱护装理的,夏护范围：有无时限电潦速断和延时电流速断，采纳二相二电流继电器的不完全星形接线方式，本设计选用无时限电流速断爱护。(2) IOkV线路过电流受护：是利用短路时的电流比正常运行时大的特征来鉴别线路发生了短路故障，其动作的选和性由过电流爱护装置的动作具有适当的延时来保证，有定时限过电流爱护和反时限过电流爱护：本设计与电流速断爱护装W.共用两组电流互感器，采纳二相二维电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流爱护，作为电流速断爱护的后备爱护，来切除电流速断爱护范国以外的故障，其爱护范围为本线路全部和下段线路的一部分。(3) 35kV线路相间短路的电流爱护(35kV线路维电爱护的主体)。电流爱护多采纳三段式,即由电流速断爱护、限时电流速断爱护和过电流爱护组成。电流速断爱护(也称为I段)动作时间短，速动性好，但其动作电流较大，某些状况卜不能爱护线路全长：限时电流速断爱护(也称为H段)有较短的动作时限，而且能爱护线路全长，却不能作为相邻线路的后备爱护：定时限过电流爱护(也称为川段)的动作电潦较前两段小，爱护范围大，既能爱护本线路全长又能作为相邻线路的后备爱护，(4) 6-IOkV线路的电流爱护由电潦速断(I段)与过电流爱护UH段)构成,而35kV线路电流爱护增加了限时电流速断爱护。因为也被称为三段式电流爱护。参考文献1电力工程电气设计手册.电气二部分.北京,中国电力出版社，社982继电爱护整定计算.电力出版社，19963电力系故障分析.北京.高等教化出版社，20064电力系统继电爱护,北京,北京高校出版社,2006