變電所整定繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方案

1、1 引言本設(shè)計(jì)根據(jù)所給的基本資料，作出了該區(qū)地面35kV變電所的初步設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以實(shí)際負(fù)荷為依據(jù)，以變電所的最佳運(yùn)行為基礎(chǔ)，按照有關(guān)規(guī)定和規(guī)范，完成了滿足該區(qū)供電要求的35kV變電所初步設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)中先對(duì)負(fù)荷進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，選出了所需的主變型號(hào)，然后根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)及對(duì)供電可靠性要求擬定主接線設(shè)計(jì)，考慮到短路對(duì)系統(tǒng)的嚴(yán)重影響，設(shè)計(jì)中進(jìn)行了短路計(jì)算。設(shè)計(jì)中還對(duì)主要高壓電器設(shè)備進(jìn)行了選擇與計(jì)算，如斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器等。此外還進(jìn)行了防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，提高了整個(gè)變電所的安全性。1.1 變電站站址的選擇原則變電所的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程 年發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行，做到遠(yuǎn)、近期結(jié)合，以近期為主，正確

2、處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能；變電所的設(shè)計(jì)，必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件，結(jié)合國(guó)情合理地確定設(shè)計(jì)方案；變電所的設(shè)計(jì)，必須堅(jiān)持節(jié)約用地的原則。變電所應(yīng)建在靠近負(fù)荷中心位置，這樣可以節(jié)省線材，降低電能損耗，提高電壓質(zhì)量，這是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一條重要原則。變電所的總平面布置應(yīng)緊湊合理，依據(jù) 變電站設(shè)計(jì)規(guī)范第 條，變電站站址的選擇，根據(jù)下列要求綜合考慮確定： （1）靠近負(fù)荷中心。 （2）節(jié)約用地，不占或少占耕地及經(jīng)濟(jì)效益高的土地。 （3）與鄉(xiāng)或工礦企業(yè)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，便于架空線和電纜線路的引入和引出。 交通運(yùn)輸方便。 （4）具有適應(yīng)地形，地貌

3、，地址條件。2電氣主接線的設(shè)計(jì)及變壓器選擇分析任務(wù)書給定的原始資料，根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位和建設(shè)規(guī)模，考慮變電所運(yùn)行的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性，全面論證，確定主接線的最佳方案。 2.1 原始資料分析 1.C1 系統(tǒng)： X1= 0.05/0.1； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標(biāo)幺值。2.C2系統(tǒng)： X1= 0.06/0.12； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標(biāo)幺值。3.A 站：有兩臺(tái)雙卷變壓器 容量為2×31.5MVA 35±4

4、5;2.5%/11kv ；Uk%=8% 4.35KV線路X1=0.4/km ；10KV電纜線路R=0.45/km ，X=0.08/km5.XL-1 最大負(fù)荷15MVA ；XL-2最大負(fù)荷10MVA；XL-3最大負(fù)荷8MVA ； XL-4最大負(fù)荷10MVA ；XL-5最大負(fù)荷10MVA ；XL-6最大負(fù)荷15MVA 。其中一類負(fù)荷45%；二類負(fù)荷25%；三類負(fù)荷30%。 XL-1與XL-6為雙回線。注：圖中35kV和10kV母線斷路器是閉合的。可以判斷本站為重要變電站，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該側(cè)重于供電的可靠性和靈活性。 2.2電氣主接線方案運(yùn)行方式：以C1、C2全投入運(yùn)行，線路全投。DL1合閘運(yùn)行為

5、最大運(yùn)行方式；以C2停運(yùn)，右邊線路停運(yùn)，DL1斷開運(yùn)行為最小運(yùn)行方式。已知變電所10KV出線保護(hù)最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間為1.5s。 電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種型式的短路，發(fā)生短路后通過(guò)故障點(diǎn)的很大的短路電流，可能會(huì)造成故障元件損壞，壽命縮短，電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性嚴(yán)重時(shí)可能造成整個(gè)系統(tǒng)瓦解。繼電保護(hù)裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置，它能夠自動(dòng)迅速有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，能夠反映電器元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件而動(dòng)作于發(fā)出信

6、號(hào)減負(fù)荷或跳閘。因此變電所繼電保護(hù)和自動(dòng)化裝置規(guī)劃意義十分重大。 3 短路電流計(jì)算3.1 系統(tǒng)等效電路圖 C1 C2 1 2 3 4 0.292 0.38 DL1 d15 6 0.254 0.254 DL6 d2 XL=3.628 D3圖3.1 系統(tǒng)等效電路圖 （各阻抗計(jì)算見3.2）3.2 阻抗計(jì)算（均為標(biāo)幺值）基準(zhǔn)參數(shù)選定：SB=100MVA，UB=Uav即：35kV側(cè)UB=37KV，10kV側(cè)UB=10.5KV。C1 系統(tǒng)： X1= 0.05/0.1； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標(biāo)幺值。C2系統(tǒng)： X1= 0.06/0

7、.12； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值，分子為最大方式，分母為最小方式的阻抗標(biāo)幺值。 線路：已知35KV線路X1=0.4/km L1：X3 =l1 X1SB/UB2=0.4×10×100/372=0.292 L2：X4=l2 X1SB/UB2=0.4×13×100/372=0.38變壓器：B1，B2：X5=X6=（Uk%/100）SB/S=0.08×100/31.5=0.2543.3 短路電流計(jì)算 最大運(yùn)行方式系統(tǒng)化簡(jiǎn)如圖3.2(a)所示。 X7=X1+X3 =0.05+0.292=0.342 X8=X1+X4=

8、0.1+0.38=0.48X9=X7X80.199X10=X9+X50.199+0.254=0.453據(jù)此，系統(tǒng)化簡(jiǎn)如圖3.2(b)所示故知35KV母線上短路電流：Id1max=IB1/X9=1.56/0.199=7.839(KA)10KV母線上短路電流:Id2max=IB2/X10=5.5/0.453=12.141(KA)折算到35KV側(cè):Id21max=IB1/X10=1.56/0.453=3.444(KA)對(duì)于d3點(diǎn)以XL-6計(jì)算 Id3max=5.5/(0.453+1.224)=3.28(KA) 圖3.2 系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖3.3.2最小運(yùn)行方式下系統(tǒng)化簡(jiǎn)如圖3.3所示。因C1停運(yùn),所以僅考慮

9、C2單獨(dú)運(yùn)行的結(jié)果X11=X8+X5=0.51+0.254=0.764所以35KV母線上短路電流：Id1min=IB1/X8=1.56/0.51=3.059(kA) 所以10KV母線上短路電流：Id2min=IB2/X11=5.5/0.764=7.2(kA)折算到35KV側(cè)： Id2lmin = IB1/X11=1.56/0.764=2.042(kA) 對(duì)于d3以XL6進(jìn)行計(jì)算Id3min=5.5/ (0.764+1.224)=2.767(kA)折算到35KV側(cè)：Id3lmin = 1.56/(0.764+1.224)=0.785（kA)圖3.2 系統(tǒng)簡(jiǎn)化4 主變繼電保護(hù)整定計(jì)算及繼電器選擇4

10、.1 瓦斯保護(hù) 輕瓦斯保護(hù)的動(dòng)作值按氣體容積為250300cm2整定，本設(shè)計(jì)采用280 cm2。重瓦斯保護(hù)的動(dòng)作值按導(dǎo)油管的油流速度為0.61.5 cm2整定本，本設(shè)計(jì)采用0.9 cm2。瓦斯繼電器選用FJ3-80型。4.2縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)選用BCH-2型差動(dòng)繼電器。表4.1 Ie及電流互感器變比名 稱各側(cè)數(shù)據(jù)Y（35KV）（10KV）額定電流I1e=S/ U1e=519.6AI2E=S/ U2e=1732A變壓器接線方式Y(jié)CT接線方式Y(jié)CT計(jì)算變比I1e/25=900/5I2e/25=1732/5實(shí)選CT變比nl1000/252000/25實(shí)際額定電流I1e/n1=22.5AI2e/n1=21.

11、65A不平衡電流Ibp=0.85A確定基本側(cè)基本側(cè)非基本側(cè)4.2.1 確定基本側(cè)動(dòng)作電流1） 躲過(guò)外部故障時(shí)的最大不平衡電流 Idz1KKIbp (1)利用實(shí)用計(jì)算式： Idz1=KK（KfzqKtxfi+U+fza）Id2lmax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1； Ktx 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)計(jì)取1。 U變壓器調(diào)壓時(shí)所產(chǎn)生的相對(duì)誤差，采用調(diào)壓百分?jǐn)?shù)的一半，本設(shè)計(jì)取0.05。fza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(duì)誤差，暫無(wú)法求出，先采用中間值0.05。代入數(shù)據(jù)得 Idz1=1.3×(1&#

12、215;1×0.1+0.05+0.05) ×3.444=895.4（A）2） 躲過(guò)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 Idz1= KK Ie （2）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= 1.3×519.6=675.48(A)3) 躲過(guò)電流互改器二次回路短線時(shí)的最大負(fù)荷電流 Idz1= KKTfhmax （3）式中： KK可靠系數(shù)，采用1.3； Idz1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。 代入數(shù)據(jù)得 Idz1=1.3×519.6=675.48(A)比較上述（1），（2），（3）式的動(dòng)作

13、電流，取最大值為計(jì)算值， 即： Idz1=895.4（A）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 IdzjsI=KJXIdzI/nl代入數(shù)據(jù)得 IdzjsI= ×895.4/40=38.77（A）4.2.2 基本側(cè)繼電器差動(dòng)線圈匝數(shù) WcdjsI=Awo/ IdzjsI式中：Awo為繼電器動(dòng)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。代入數(shù)據(jù)得 WcdjsI

14、=60/38.77=1.55(匝)選用差動(dòng)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(dòng)線圈整定匝數(shù)WcdZ。即：實(shí)際整定匝數(shù)WcdZ=1（匝）繼電器的實(shí)際動(dòng)作電流 IdzjI=Awo/ WcdZ=60/1=60（A）保護(hù)裝置的實(shí)際動(dòng)作電流 IdzI= IdzjINl/Kjx=60×40/=1385.64A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) Wphjs=Wcdz/Ie2JI-Wcdz =1×(4.5/4.33-1)=0.04(匝)故，取平衡線圈實(shí)際匝數(shù)Wphz=0工作線圈計(jì)算匝數(shù)Wgz= Wphz+Wcdz=1(匝)計(jì)算由于整定匝數(shù)與計(jì)算

15、匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對(duì)誤差fza fza= (Wphjs- Wphz)/( Wphjs+ Wcdz) =(0.04-0)/(0.04+1)=0.038此值小于原定值0.05，取法合適，不需重新計(jì)算。初步確定短路線圈的抽頭，根據(jù)前面對(duì)BCH-2差動(dòng)繼電器的分析，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(guò)變壓器空載投入試驗(yàn)最后確定。4.2.3 保護(hù)裝置靈敏度校驗(yàn)差動(dòng)保護(hù)靈敏度要求值Klm2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(shí)，保護(hù)裝置的靈敏度最低。本裝置靈敏度 Klm=0.

16、866KjxIdlmin/Idzl =0.866×1×3.25/0.895=3.14>2滿足要求。4.3過(guò)電流保護(hù)4.3.1 過(guò)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(guò)變壓器額定電流來(lái)整定 Idz=KkIe1/Kh 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=1.2×519.6/0.85=733.55(A) 繼電器的動(dòng)作電流 Idzj=Idz/nl=733.55/(40/ )=18.34(A) 電流繼電器的選擇：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)：Klm=0.866KjxId3lmin

17、/Idz =0.866×1×0.785/0.733=0.535滿足要求。 4.4 過(guò)負(fù)荷保護(hù)其動(dòng)作電流按躲過(guò)變壓器額定電流來(lái)整定。動(dòng)作帶延時(shí)作用于信號(hào)。Idz=KkIe1/Kf=1.05×900/0.85=1111.76(A)IdzJ= Idz/nl=1111.76×/40=48.14(A)延時(shí)時(shí)限取10s，以躲過(guò)電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)。當(dāng)過(guò)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ZDJH裝置。4.5 冷卻風(fēng)扇自起動(dòng)Idz=0.7Iel=0.7×900=630(A) IdzJ=Idz/nl=630/(40/ )=27.28(A)即，當(dāng)繼電器電流達(dá)到

18、27.28A時(shí)，冷卻風(fēng)扇自起動(dòng)。5 容量計(jì)算及主變壓器選擇5.1 按年負(fù)荷增長(zhǎng)率6計(jì)算，考慮8年。 5.2 雙變壓器并聯(lián)運(yùn)行，按每臺(tái)變壓器承擔(dān)70負(fù)荷計(jì)算。 5.3 35kv負(fù)荷是 KVA，10kv負(fù)荷是 KVA，總負(fù)荷是 KVA。 5.4 變壓器容量5.4.1負(fù)荷預(yù)測(cè) 35kv負(fù)荷：10000KVA×（16）8 15036.30KVA； 10kv負(fù)荷： 3600 KVA×（16）8 5413.07 KVA，共計(jì)20449.77KVA。 5.4.2變壓器有功和無(wú)功損耗計(jì)算 因?yàn)樗急戎剌^小，而本站考慮的容量裕度比較大，所以不計(jì)算。5.4.3站用變選型 因?yàn)樵O(shè)計(jì)任務(wù)書已經(jīng)給出

19、用電容量為160KVA，所以直接選擇即可，從主接線方案分析，站用變接于35KV母線更可靠，所以選型為SL7160/35。 5.5變壓器選擇確定： 主變壓器 承擔(dān)負(fù)荷 容量選擇 確定型號(hào) 1#B 20449.77×0.5×0.77157.42KVA 8000KVA SZL7-8000/110 2#B 同1B 3#B 5413.07×0.5×0.71894.57KVA 2000KVA SL72000/35 4#B 同3B站用變 160KVA 160KVA SL7160/35 5. 變壓器技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 額定容量（KVA） 額定電壓(kv) 損耗（KW） 阻抗

20、電壓（） 空載電流（） 連接組別 高壓 低壓 空載 負(fù)載 SZL78000/110 8000 110 38.5 15 50 10.5 1.4 Yn,d11 SL7-2000/35 2000 35 10 3.4 19.8 6.5 1.4 Y,d11 SL7-160/35 160 35 0.4 0.47 3.15 6.5 2.5 Y,yno 6 繼電保護(hù)配置及整定計(jì)算一、根據(jù)繼電保護(hù)配置和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程進(jìn)行保護(hù)配置。 6.1 變壓器繼電保護(hù) 縱差保護(hù)，瓦斯保護(hù)，電流速斷保護(hù)，復(fù)合過(guò)流保護(hù)（后備保護(hù)） 序號(hào) 保護(hù)配置 保護(hù)功能及動(dòng)作原理 出口方式 繼電器型號(hào) 6.1.1 縱差保護(hù) 變壓器內(nèi)部故

21、障保護(hù)，例如斷線，層間、匝間短路等變壓器兩側(cè)電流不平衡起動(dòng)保護(hù)。 斷開變壓器兩側(cè)開關(guān)。 BCH2 6.2.2 瓦斯保護(hù) 變壓器內(nèi)部短路，劇烈發(fā)熱產(chǎn)生氣體起動(dòng)保護(hù)。 輕瓦斯發(fā)信號(hào)，重瓦斯斷開變壓器兩側(cè)開關(guān)。 6.1.3 過(guò)電流保護(hù) 事故狀態(tài)下可能出線的過(guò)負(fù)荷電流 動(dòng)作于信號(hào) 6.1.4 電流速斷保護(hù) 相間短路 斷開線路斷路器 6.2 35KV線路，10KV線路繼電保護(hù)：電流速斷保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)，單相接地保護(hù) 序號(hào) 保護(hù)配置 保護(hù)功能 出口方式 繼電器型號(hào) 6.2.1 電流速斷保護(hù) 相間短路 斷開線路斷路器 6.2.2 過(guò)電流保護(hù) 相間短路，過(guò)負(fù)荷 延時(shí)斷開線路斷路器 6.2.3 母線單相接地保護(hù) 絕緣監(jiān)察 信號(hào) 7 保護(hù)原理說(shuō)明 變配電站繼電保護(hù)是根據(jù)變配電站運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)的電流增加、電壓升高或降低、頻率降低、出現(xiàn)瓦斯、溫度升高等現(xiàn)象超過(guò)繼電保護(hù)的整定值（給定值）或超限值后，在整定時(shí)間內(nèi)，有選擇的發(fā)出跳閘命令或報(bào)警信號(hào)。 根據(jù)電流值來(lái)進(jìn)行選擇性跳閘的為反時(shí)限，電流值越大，跳閘越快。根據(jù)時(shí)間來(lái)進(jìn)行選擇性跳閘的稱為定時(shí)限保護(hù)，定時(shí)限在