35kv降壓變電所繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1.概述</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)依據(jù):</b></p><p>　　1繼電保護(hù)設(shè)計(jì)任務(wù)書。</p><p>　　1.1.2國標(biāo)GB50062-92《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》。</p><p>　　1.1.3《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》

2、中國電力出版社</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)規(guī)模：</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為35kV降壓變電所繼電保護(hù)。主變?nèi)萘繛?300 KVA，電壓等級為35/10kV。</p><p>　　2.變電所繼電保護(hù)和自動裝置規(guī)劃：</p><p>　　2.1系統(tǒng)分析及繼電保護(hù)要求：</p><p

3、>　　本設(shè)計(jì)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(fù)荷多為化工型，屬一二類負(fù)荷居多。</p><p>　　2.1.1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、速動性、靈敏性和可靠性。</p><p>　　2.2本系統(tǒng)故障分析：</p><p>　　2.2.1本設(shè)計(jì)中的電力系統(tǒng)具有非直接接地的架空線

4、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。</p><p>　　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。</p><p>　　1）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。</p><p>　　2）變壓器的內(nèi)部故障有相間短路、繞組的匝間短路和絕緣

5、損壞。</p><p>　　2.2.3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。</p><p>　　2.3 10kV線路繼電保護(hù)裝置：</p><p>　　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)裝置如下：</p><p>　　2.3.1 單回出線保護(hù)：適用于織布廠和膠木廠出線。采用兩

6、段式電流保護(hù)，即電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)。其中電流速斷保護(hù)為主保護(hù)，不帶時限，0S跳閘。</p><p>　　2.3.2雙回路出線保護(hù)：適用于印染廠、配電所和煉鐵廠出線。采用平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護(hù)加電流保護(hù)。其中橫聯(lián)方向差動保護(hù)為主保護(hù)。電流保護(hù)作為橫聯(lián)方向差動保護(hù)的后備保護(hù)。</p><p>　　2.4 主變壓器繼電保護(hù)裝置設(shè)置：</p><p>　　變壓器

7、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：</p><p>　　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)差動保護(hù)（以防御變壓器繞組、套管和引出線的相間短路）。</p><p>　　后備保護(hù)：過電流保護(hù)（以反應(yīng)變壓器外部相間故障）、過負(fù)荷保護(hù)（反應(yīng)由于過負(fù)荷

8、而引起的過電流）。</p><p>　　異常運(yùn)行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)：溫度保護(hù)（以檢測變壓器的油溫，防止變壓器油劣化加速）和冷卻風(fēng)機(jī)自啟動（用變壓器一相電流的70%來啟動冷卻風(fēng)機(jī)，防止變壓器油溫過高）。</p><p>　　2.5 變電所的自動裝置: </p><p>　　2.5.1 針對架空線路的故障多系雷擊、鳥害、樹枝或其它飛行物等引起的瞬時性短路，其特點(diǎn)是當(dāng)線

9、路斷路器跳閘而電壓消失后，隨著電弧的熄滅，短路即自行消除。若運(yùn)行人員試行強(qiáng)送，隨可以恢復(fù)供電，但速度較慢，用戶的大多設(shè)備（電動機(jī)）已停運(yùn)，這樣就干擾破壞了設(shè)備的正常工作，因此本設(shè)計(jì)在10kV各出線上設(shè)置三相自動重合閘裝置（CHZ），即當(dāng)線路斷路器因事故跳閘后，立即使線路斷路器自動再次重合閘，以減少因線路瞬時性短路故障停電所造成的損失。</p><p>　　針對變電所負(fù)荷性質(zhì)，縮短備用電源的切換時間，提高供電的不間

10、斷性，保證人身設(shè)備的安全等，本設(shè)計(jì)在35kV母聯(lián)斷路器（DL1）及10kV母聯(lián)斷路器（DL8）處裝設(shè)備用電源自動投入裝置（BZT）。</p><p>　　2.5.3 頻率是電能質(zhì)量的基本指標(biāo)之一,正常情況下,系統(tǒng)的頻率應(yīng)保持在50Hz，運(yùn)行頻率和它的額定值見允許差值限制在0.5Hz內(nèi)，頻率降低會導(dǎo)致用電企業(yè)的機(jī)械零部件壽命下降，產(chǎn)品質(zhì)量降低，更為嚴(yán)重的是給電力系統(tǒng)工作帶來危害，而有功功率的缺額會導(dǎo)致頻率的降低，

11、因此，為保證系統(tǒng)頻率恒定和重要用戶的生產(chǎn)穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)10kV出線設(shè)置自動頻率減負(fù)荷裝置（ZPJH），按用戶負(fù)荷的重要性順序切除。</p><p>　　2.6 本設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置原理概述：</p><p>　　2.6.1 10kV線路電流速斷保護(hù)：是根據(jù)短路時通過保護(hù)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(hù)裝置的保護(hù)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

12、不完全星形接線方式，本設(shè)計(jì)選用無時限電流速斷保護(hù)。</p><p>　　2.6.2 10kV線路過電流保護(hù):是利用短路時的電流比正常運(yùn)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(hù)裝置的動作具有適當(dāng)?shù)难訒r來保證，有定時限過電流保護(hù)和反時限過電流保護(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，選用定時限過電流保護(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

13、全部和下段線路的一部分。</p><p>　　2.6.3 平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護(hù)：是通過比較兩線路的電流相位和數(shù)值相同與否鑒別發(fā)生的故障;由電流起動元件、功率方向元件和出口執(zhí)行元件組成，電流起動元件用以判斷線路是否發(fā)生故障，功率方向元件用以判斷哪回線路發(fā)生故障，雙回線路運(yùn)行時能保證有選擇的動作。該保護(hù)動作時間0S，由于橫聯(lián)保護(hù)在相繼動作區(qū)內(nèi)短路時，切除故障的時間將延長一倍，故加裝一套三段式電流保護(hù)，作為后

14、備保護(hù)。</p><p>　　2.6.4 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，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(diǎn)閉合，這時讓其作用于信號，稱為輕瓦斯保護(hù)；故障嚴(yán)重時，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，使繼電器動作，接點(diǎn)閉合，這時作用于

15、跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護(hù)。</p><p>　　2.6.5變壓器縱聯(lián)差動保護(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)，差動繼電器并接在回路中，在正常運(yùn)行和外部短路時，二次電流在回路中產(chǎn)生環(huán)流，使差動保護(hù)在正常運(yùn)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(yīng)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

16、，相位相同，使繼電器內(nèi)有電流流過。但實(shí)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(hù)需解決這些問題，方法有：</p><p>　　1>靠整定值躲過不平衡電流</p><p>　　2>采用比例制動差動保護(hù)。</p><p>　　3>采用二次諧波制動。</p><p>　　

17、4>采用間歇角原理。</p><p>　　5>采用速飽和變流器。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用較經(jīng)濟(jì)的BCH-2型帶有速飽和變流器的繼電器，以提高保護(hù)裝置抵抗勵磁涌流的能力。</p><p><b>　　3 短路電流計(jì)算：</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)等效電路圖：</p><

18、p><b>　　如圖3所示 </b></p><p>　　SⅡ SⅠ </p><p>　　2 1</p><p>　　0.455

19、 0.5</p><p>　　6 5 4 3</p><p>　　0.292 0.292 0.321 0.321</p><p>　　DL1

20、 d1</p><p>　　8 7</p><p>　　1.19 1.19</p><p>　　DL6 d2</p><p><

21、b>　　XL=3.628 </b></p><p><b>　　D3</b></p><p>　　圖3 系統(tǒng)等效電路圖 （各阻抗計(jì)算見3.3）</p><p>　　3.2基準(zhǔn)參數(shù)選定：</p><p>　　SB=100 MVA，UB=Uav即：35kV側(cè)UB=37kV，10kV側(cè)UB=10.5kV。&l

22、t;/p><p>　　3.3阻抗計(jì)算（均為標(biāo)幺值）：</p><p>　　1） 系統(tǒng)：X1=100/200=0.5 X2=100/220=0.455</p><p>　　2) 線路：L1，L2：X3=X4=l1X1SB/VB2=0.4×11×100/372=0.321</p><p>　　L3，L4： X5=X6=l

23、3SB/VB2=0.4×10×100/372=0.292</p><p>　　3) 變壓器：B1，B2：X7=X8=（Uk%/100）SB/S=0.075×100/6.3=1.19</p><p>　　3.4 短路電流計(jì)算： </p><p><b>　　1）最大運(yùn)行方式：</b></p><

24、p>　　系統(tǒng)化簡如圖4所示,其中： </p><p>　　X9=X1+X3∥X4＝0.661 </p><p>　　X10= X2+X5∥X6＝0.601</p><p>　　X11=X10∥X9＝0.315</p><p>　　X12=X11+X7＝1.505</p><p>　　據(jù)此，系統(tǒng)化

25、簡如圖5所示</p><p>　　故知35kV母線上短路電流：</p><p>　　Id1max=IB1/X11=1.56/0.31=5.032(kA) </p><p>　　10kV母線上短路電流:</p><p>　　Id2max=IB2/X12=5.5/1.5=3.667(kA)</p><p><b&g

26、t;　　折算到35kV側(cè):</b></p><p>　　Id21max=IB1/X12=1.56/1.5=1.04(kA)</p><p>　　對于d3點(diǎn)以煉鐵廠計(jì)算 </p><p>　　Id3max=5.5/(1.505+3.628)=1.071(kA)</p><p>　　SII SI<

27、;/p><p>　　10 9 </p><p>　　0.601 0.661</p><p>　　35kVd1</p><p><b>　　7（8）</b></p><p><b>　　1.19</b></p&

28、gt;<p>　　10kV d2</p><p><b>　　XL=3.628</b></p><p><b>　　d3</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　11</b></

29、p><p>　　35kV 0.315 d1 </p><p><b>　　7(8)</b></p><p><b>　　1.19</b></p><p><b>　　10kV</b></p>

30、<p><b>　　d 2</b></p><p><b>　　XL=3.628</b></p><p><b>　　d3</b></p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　2) 最小運(yùn)行方式下:系統(tǒng)化簡如圖6所示。&l

31、t;/p><p>　　因SⅡ停運(yùn),所以僅考慮SⅠ單獨(dú)運(yùn)行的結(jié)果；</p><p>　　X13=X9+X7=0.661+1.19=1.851</p><p>　　所以35kV母線上短路電流：</p><p>　　Id1min=IB1/X9=1.56/0.661=2.36(kA) 所以10k

32、V母線上短路電流：</p><p>　　Id2min=IB2/X13=5.5/1.851=2.971(kA)</p><p>　　折算到35kV側(cè)： </p><p>　　Id2lmin = IB1/X13=1.56/1.851=0.843(kA) </p><p>　

33、　對于d3以煉鐵廠進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　Id3min=5.5/ (1.851+3.628)=1.00(kA)</p><p>　　折算到35kV側(cè)：</p><p>　　Id3lmin = 1.56/(1.851+3.628)=0.285(kA)</p><p><

34、b>　　SⅠ</b></p><p><b>　　9</b></p><p><b>　　0.66</b></p><p>　　35kV d1 </p><p><b>　　7(8)</b></p><p>

35、　　10kV 1.19 d2 </p><p><b>　　XL=3.628</b></p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　4. 主變繼電保護(hù)整定計(jì)算及繼電器選擇</p><p>　　4.1瓦斯保護(hù)

36、 </p><p>　　輕瓦斯保護(hù)的動作值按氣體容積為250~300cm2整定，本設(shè)計(jì)采用280 cm2。</p><p>　　重瓦斯保護(hù)的動作值按導(dǎo)油管的油流速度為0.6~1.5 cm2整定本，本設(shè)計(jì)采用0.9 cm2。</p><p>　　瓦斯繼電器選用FJ3-80型。</p><p>　　4.2 縱聯(lián)差動保護(hù)：&l

37、t;/p><p>　　選用BCH-2型差動繼電器。</p><p>　　4.2.1 計(jì)算Ie及電流互感器變比，列表如下：</p><p>　　4.2.2 確定基本側(cè)動作電流：</p><p>　　躲過外部故障時的最大不平衡電流</p><p>　　Idz1≥KKIbp (1)</p><

38、p>　　利用實(shí)用計(jì)算式： Idz1=KK（KfzqKtxfi+U+fza）Id2lmax</p><p>　　式中：KK—可靠系數(shù)，采用1.3；</p><p>　　Kfzq—非同期分量引起的誤差，采用1；</p><p>　　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1，本設(shè)計(jì)取1。</p><p>　　

39、ΔU—變壓器調(diào)壓時所產(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0.05。</p><p>　　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。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得 Idz1=1.3×(1×1×0.1+0.05+0.05) ×1.04=270.4（A）</p><p>

40、;　　躲過變壓器空載投入或外部故障后電壓恢復(fù)時的勵磁涌流</p><p>　　Idz1= KK Ie （2）</p><p>　　式中：KK—可靠系數(shù)，采用1.3；</p><p>　　Ie—變壓器額定電流：</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得 Idz1= 1.3×103.9=135.1(

41、A)</p><p>　　3) 躲過電流互感器二次回路斷線時的最大負(fù)荷電流</p><p>　　Idz1= KKTfhmax （3）</p><p>　　式中： KK—可靠系數(shù)，采用1.3；</p><p>　　Idz1—正常運(yùn)行時變壓器的最大負(fù)荷電流；采用變壓器的額定電流。</p><p>　　代

42、入數(shù)據(jù)得 Idz1=1.3×103.9=135.1(A)</p><p>　　比較上述（1），（2），（3）式的動作電流，取最大值為計(jì)算值，</p><p>　　即： Idz1=270.4（A）</p><p>　　4.2.2確定基本側(cè)差動線圈的匝數(shù)和繼電器的動作電流</p><p>　　將兩側(cè)電流互感器分

43、別結(jié)于繼電器的兩組平衡線圈，再接入差動線圈，使繼電器的實(shí)用匝數(shù)和動作電流更接近于計(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)的繼電器動作電流及線圈匝數(shù)計(jì)算如下：</p><p>　　基本側(cè)（35kV）繼電器動作值</p><p>　　IdzjsI=KJXIdzI/nl</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得 IdzjsI= ×270.4/40=11.7

44、1（A）</p><p>　　基本側(cè)繼電器差動線圈匝數(shù) WcdjsI=Awo/ IdzjsI</p><p>　　式中：Awo為繼電器動作安匝，應(yīng)采用實(shí)際值，本設(shè)計(jì)中采用額定值，取得60安匝。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得 WcdjsI=60/11.71=5.12(匝)</p><p>　　選用差動線圈與一組平衡線圈匝數(shù)之和較Wc

45、djsI小而相近的數(shù)值，作為差動線圈整定匝數(shù)WcdZ。</p><p>　　即：實(shí)際整定匝數(shù)WcdZ=5（匝）</p><p>　　繼電器的實(shí)際動作電流 IdzjI=Awo/ WcdZ=60/5=12（A）</p><p>　　保護(hù)裝置的實(shí)際動作電流 IdzI= IdzjINl/Kjx=12×40/=277.1A</p><p&g

46、t;　　確定非基本側(cè)平衡線圈和工作線圈的匝數(shù)</p><p>　　平衡線圈計(jì)算匝數(shù) WphjsⅡ=Wcdz/Ie2JI-Wcdz =5×(4.5/4.33-1)=0.19(匝)</p><p>　　故，取平衡線圈實(shí)際匝數(shù)WphzⅡ=0</p><p>　　工作線圈計(jì)算匝數(shù)WgzⅡ= WphzⅡ+Wcdz=5(匝)

47、</p><p>　　4.2.4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Δfza</p><p>　　Δfza= (WphjsⅡ- WphzⅡ)/( WphjsⅡ+ Wcdz)</p><p>　　=(0.19-0)/(0.19+5)=0.04</p><p>　　此值小于原定值0.05，取法合適，不需重新計(jì)算。</p>

48、<p>　　4.2.5初步確定短路線圈的抽頭</p><p>　　根據(jù)前面對BCH-2差動繼電器的分析，考慮到本系統(tǒng)主變壓器容量較小，勵磁涌流較大，故選用較大匝數(shù)的“C-C”抽頭，實(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、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。</p><p>　　4.2.6保護(hù)裝置靈敏度校驗(yàn)</p><p>　　

49、差動保護(hù)靈敏度要求值Klm≮2</p><p>　　本系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下，10KV側(cè)出口發(fā)生兩相短路時，保護(hù)裝置的靈敏度最低。</p><p>　　本裝置靈敏度 Klm=0.866KjxIdlmin/Idzl</p><p>　　=0.866×1×0.817/0.2771=2.55>2滿足要求。</p><p

50、><b>　　4.3過電流保護(hù)：</b></p><p>　　過電流繼電器的整定及繼電器選擇：</p><p>　　保護(hù)動作電流按躲過變壓器額定電流來整定</p><p>　　Idz=KkIe1/Kh</p><p>　　式中：Kk—可靠系數(shù)，采用1.2；</p><p>　　Kh—返回系數(shù)

51、，采用0.85；</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得 Idz=1.2×103.9/0.85=146.7(A)</p><p>　　繼電器的動作電流 Idzj=Idz/nl=146.7/(40/ )=6.35(A)</p><p>　　電流繼電器的選擇：DL-21C/10</p><p>　　靈敏度按保護(hù)范圍末端短路進(jìn)行校

52、驗(yàn)，靈敏系數(shù)不小于1.2。</p><p>　　靈敏系數(shù)：Klm=0.866KjxId3lmin/Idz</p><p>　　=0.866×1×0.284/0.1467=1.68>1.2</p><p>　　滿足要求。 </p><p>　　4.4 過負(fù)荷保護(hù)：</p><p>　　其

53、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。</p><p>　　Idz=KkIe1/Kf=1.05×103.9/0.85=128.4(A)</p><p>　　IdzJ= Idz/nl=128.4×/40=5.56(A)</p><p>　　延時時限取10s，以躲過電動機(jī)的自起動。</p><p>　　當(dāng)過

54、負(fù)荷保護(hù)起動后，在達(dá)到時限后仍未返回，則動作ZPJH裝置。</p><p>　　4.5 冷卻風(fēng)扇自起動：</p><p>　　Idz=0.7Iel=0.7×103.9=72.74(A)</p><p>　　IdzJ=Idz/nl=72.74/(40/ )=3.15(A)</p><p>　　即，當(dāng)繼電器電流達(dá)到3.15A時，冷卻風(fēng)

55、扇自起動。</p><p><b>　　5.結(jié)論</b></p><p><b>　　自己寫點(diǎn)結(jié)論</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1. 賀家李 宋從矩．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理．第三版．北京：中國電力出版社 </p>