KV变电所继电保护.doc

目 录 工程概况 .1 第一章35KV 变电所继电保护2 1.1 继电保护的重要性 2 1.2 继电保护的基本原理.2 1.3 继电保护装置的任务.2 1.4 对继电保护的基本要求.3 第二章35KV 变电所继电保护设计3 2.1 三段式电流保护原理 .3 2.2 线路的保护整定计算 .4 第三章 继电保护装置的选择 7 3.1 电流互感器的确定 .7 3.2 电压互感器的选定 .7 3.3 中间继电器 .8 3.4 电流继电器 .8 3.5 时间继电器 .8 3.6 信号继电器 .9 3.7 熔断器.9 参考文献 10 致谢词 11 - 1 - 工程概况 目前国家正致力于打造强力的电网建设力度，以实现资源优化配置，使全国的电力供 应得到更好的发展。我国是产电地区主要是在西部，而西部并不发达，所以要把电力送到 东部地区，使全国经济能更好的发展。为了保证电力的输送更加的可靠，就要求一次系统 的坚强、科学与合理，此外对一次系统的操控需要二次系统提出了更高的要求，这就促使 了二次系统的技术发展与进步。 变电所二次系统主要是由继电保护和微机监控（远动技术）所形成，发电厂与变电所 自动化技术获得了显著的发展与进步。变电所综合自动化技术将继电保护、测量系统、控 制系统、调节系统、信号系统和远动系统等多个独立的功能系统配成的综合系统。对于本 设计中，主要是针对35KV变电所继电保护的结构、运行的设计。 主变压器型号的选定为HKSSPZ-25000-35/10，额定电流为0.412/38.49KA，所用变压 器额定电压为35/0.23KV（50-100KVA）。 本设计采用两台35KV的变压器并联供电方式，总共引出线两组线进入变电室内。通过 电流、电压互感器再次取电源给其相应的电气元件回路。 继电保护的基本要求是可靠性、选择性、快速性、灵敏性，即通常所说的“四性”这 些要求之间，有的相辅相成、有的相互制约，需要对不同的使用条件分别进行协调。 - 2 - 第一章 35KV变电所继电保护 继电器是一种反应与传递信息的自动电气元件，是电力系统保护与生产自动化的自动、 远动、遥控测和遥讯等自动装置的重要组成部分。 变电所继电保护能够在变电站运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地 等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯保护、超温、控制与 测量回路断线等），迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造 成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。 1.1 继电保护的重要性 电力规程规定：任何电力设备（线路、母线、变压器等）都不允许在无继电保护的状 态下运行。所有运行设备都必须有两套交、直流输入和输出回路相互独立，并分别控制不 同断路器的继电保护装置进行保护。当任一套继电保护装置或任一组断路器拒绝动作时， 能有另一套继电保护装置操作另一组断路器切除故障。在所有情况下，要求这两套继电保 护装置和断路器所取的直流电源都有不同的熔断器供电。可见，虽然继电保护不是电力系 统的一次设备，但在保证一次设备安全运行方面担负着不可或缺的重要角色。 1.2 继电保护的基本原理 电力系统发生故障时，会引起电流的增加和电压的降低，以及电流、电压间相位角的 变化。因此，利用故障时参数与正常运行时的差别，就可以构成各种不同原理和类型的继 电保护。 变电所继电保护是根据变配电站运行过程中发生故障时，在整定时间内，有选择的发 出跳闸命令或报警信号。 可靠系数为一个经验数据，计算继电器保护动作值时，要将计算结果再乘以可靠系数， 以保证继电保护动作的准确与可靠，其范围为1.3-1.5。 发生故障时的最小值与保护的动作值之比为继电保护的灵敏系数，一般为1.2-2，应 根据设计规范要进行选择。 例如： 一、反应电流的改变，有电流速断、定时限过电流及零序电流保护； 二、反应电压改变的，有低压或过电压保护； 三、既有反应电流又有反应电流与电压间相角改变的，有方向过电流保护； 四、反应电压与电流的比值，即反应短路点到保护安装处阻抗的有距离保护等； 五、反应输入电流与输出电流之差的，有变压器差动保护等。 1.3 继电保护装置的任务 继电保护装置是按照保护的要求，将各种继电器按一定的方式进行连接合组合而成的 电气装置，其任务是： 一、当发生故障时，自动、迅速，有选择地将故障元件从供电系统中切除，使故障元 件免除继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。 二、当出现不正常工作状态时，继电保护装置动作发出信号，减负荷或跳闸，以便引 起运行人员注意，及时地处理，保证安全供电。 三、变电所继电保护能够在变电所运行过程中发生故障和出现不正常现象时，迅速有 - 3 - 选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造成的停电范围和电气设备的 损坏程度，保证电力系统稳定运行。 1.4 对继电保护的基本要求 为了完成其任务，继电保护装置需要满足一下四个基本要求： 一、选择性 当被保护对象发生故障时，只切除故障元件或线路，而系统的其他健全部分仍然正常 运行。 二、速动性 快速地切除故障可以缩小故障元件的破坏速度，减小因故障带来的损失，减小用户在 故障低电压小的故障时间。 三、灵敏性 在被保护范围内，不论短路的性质和位置如何，保护装置都应迅速、正确地动作，这就是 继电保护的灵敏度，即反应被保护范围发生故障或不正常情况的能力。 四、可靠性 该保护区发生短路或出现不正常状态时，保护装置应该准确灵敏的动作，而在其他 地方发生故障会无故障时，不应该动作。 以上四项要求对于具体的保护装置来说，不一定同等重要，而往往有所侧重。例如对 电力线路的保护装置，其选择性要求比较高，而灵敏系数可以略低一些。 第二章第二章 35KV35KV变电所继电保护设计变电所继电保护设计 在世界经济迅猛发展的时期，科学技术水平不断发展，对变电所的要求也越来越高。 对于每个国家来说，要得到更好的发展就要从科学的角度、国际形势出发，电力的发展将 起到重要作用。如果没有电，工厂就不能生产，电力机车就无法运行等。在2008年的春节 期间，中国的南部地区遇到了严重的大雪灾，造成输电线路中断，导致电力机车无法运行， 致使许多旅客停滞在车站，而无法回家，造成重大事故。可见，保证电力系统正常运行是 非常重要的。 需要的电气元件主要有：电压互感器、电流互感器、时间继电器、过电流继电器、欠 压失压继电器、中间继电器、信号继电器、电压继电器、电流继电器等。 2.1 三段式电流保护原理 对于 35/10 型的变电所，由于其电压等级不是很高，所以不宜进行远距离的电力输送， 应选 15km 左右的供电半径。本设计中，变电所的辐射范围选择 10km。 对此线路的保护可以选用阶段式保护。 三段式电流保护归总式原理图 3-1 所示。 - 4 - 图 2-1 三段归总式电流保护原理图 其构成为： 1. I 段保护测量元件由 1KA、2KA 组成，电流继电器动作后起动 1KA 发 I 段保护动作 信号，并由出口继电器 1KM 接通 QF 跳闸回路。 2. 段保护测量元件由 3KA、4KA 组成，电流继电器动作后起动时间继电器 1KT,1KT 经延时起动 2KS 发段保护动作信号并由出口继电器 1KM 接通 QF 跳闸 回路，1KT 延时整定值为电流段动作时限。I、段保护共同构成主保护，可 共用一个出口继电器。 3. 段保护测量元件由 5KA、6KA 组成，电流继电器动作后起动时间继电器 2KT,2KT 经延时起动 3KS 发段保护动作信号并由出口继电器 2KM 接通 QF 跳闸 回路，2KT 延时整定值为电流段动作时限。段保护为后备保护，提高可靠性。 2.2 线路的保护整定计算 断路器 1QF、2QF 均装设阶段式相间电流保护 P1、P2,等值电源的系统阻抗： ， ；线路没千米正序阻抗。1QF 流过的最大负荷电流 2 . 0 minS Z3 . 0 max Z4 . 0 1 Z ，各段可靠系数取系数，继电器返回系数，AIL150 max 25 . 1 I rel K1 . 1 relK85 . 0 re K 自起动系数。如图 3-2 所示：5 . 1 Ms K - 5 - 图 2-2 电流保护整定图 1.保护1电流I段整定计算 求动作电流。按躲过最大运行方式下本线路末端（即母线处）三相短路时流过1 act I I 保护的最大短路电流整定，即 = （36）1 act I I I rel K Bk I max I rel K ABS lzZ E 1min =1.251 act I IKAKA8 . 1 104 . 02 . 0 3/ 5 . 10 灵敏性校验，即求出最大、最小保护范围。 在最大运行方式下发生三相短路时的保护范围为 kmkmZ I E z l S I act 92 . 7 )2 . 0 8 . 1 3/ 5 . 10 ( 4 . 0 1 )( 1 min 11 max %50% 2 . 79%100 10 92 . 7 %100% max max AB l l l 在最小运行方式下发生两相短路时的保护范围为 kmZ I E z l manS I act 54 . 6 )3 . 0 2 3 8 . 1 3/ 5 . 10 ( 4 . 0 1 ) 2 3 ( 1 1 . 1 min %15% 4 . 65%100 10 54. 6 %100% min min AB l l l 2. 保护1电流2段整定计算 求动作电流。按与相邻线路保护2的I段动作电流相配合的原则整定，即 2 1 . act I = (37) 2 1 . act I I act relIK 2 . Ck I rel relIKK .max. - 6 - =1.1 1.25kA 254 . 02 . 0 3/ 5 . 10 =0.82kA 灵敏系数校验。利用最小运行方式下本线路末端（即B母线处）发生两相金属想短路 时电流保护的电流校验，即 （38） 2 1 . 1. 2 1 . .min.2 / ) 2 3 ( act ABmanSact BK sen I lzZ E I I K =（）/0.82 2 3 104 . 03 . 0 3/ 5 . 10 =1.491.3 灵敏度满足要求。 变压器过电流保护的单相原理图2-3所示， 图2-3 变压器过电流保护单相原理接线图 保护装置的启动电流 （39） max.L re rel act I K K I 式中 为可靠系数，一般取1.2-1.3； rel K 为返回系数，取0.85。 re K 由公式（39）式，得变压器的动作电流 。AIact 5 . 423150 12 2 85 . 0 2 . 1 采用的电流速断器的整定值为423.5A,动作时间小于0.5S - 7 - 第三章 继电保护装置的选择 3.1 电流互感器的确定 根据 35KV 变 10KV 的变压器的要求，选择的电流继电器的额定电流为 5A。 电流互感器通过一定的变比将大电压变为小电压，以便于用低压仪表进行测量。其二 次绕组是绝对不允许开路的，相当于一个工作在短路状态的变压器。一旦二次绕组出现开 路时，其将会失去作用，有可能造成严重的后果，甚至是变电所所管辖的范围大面积的停 电事故，造成重大经济损失。 当电流互感器用于电路中，可作电流、电能、功率测量和继电保护及自动化设备的辅 助装置，它将高电压大电流变换成低电压、小电流（通常是 5A 或 1A）后，供给二次回路 测量仪表和继电保护等设备使用。 一、选用电流互感器型号 LJWD-35，其额定电流为 (31) 线 额 U S I N cos 即 158.7A （32） 9 . 035 5000 额 I 对电流互感器选用额定电流为 5A，其一、二次变比为 n, （33） 30 15 1 2 2 1 额 I A I I n n n 其中：为功率因素，取 0.9。cos 为变压器额定电流。 1 I 为电流互感器的额定电流。 2 I 为变压器的视在功率，为线电压。 N S 额 U 当一次部分电流过大时，容易造成设备的损坏，因此为了确保供电系统的正常运行， 需要选择适当的动作电流，电流达到电流互感器的动作电流时，使其动作。本设计中，设 定电流互感器的动作电流为 160A。 选用的电流互感器变比为 1：30，额定电流为 5A，动作电流为 160A。 3.2 电压互感器的选定 电压互感器是一种把高压变为低压，近似一个电压源。它将髙电压变换成标准的低电 压后，供给测量仪表和继电保护的电压线圈，既可以利用低压仪表间接测量髙电压的电压 和计量之用，又可以保证设备及工作人员的安全。正常使用时，二次侧所带的负荷较大， 不允许短路。电压互感器的变比约等于一、二次绕组的匝数比，两侧电压的相位差则接近 于零。选择的电压互感器为 10000/100V。 按结构原理通常可分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器两大类。由于规定电压 互感器二次电压为,100V。其变比为 n。 2 U - 8 - （34）100 100 10000 2 10 U U n 对于供电系统对电压的规定，可知 10KV 侧电压不得低于额定电压的 90%。设定其动 作电压为，由公式： 动 U （35） 动 实 U U n 求得， KV。9 100 9000 100 实 动 U U 一旦 10KV 侧的电压低于 9KV 时，电压互感器就动作，确保供电系统的正常运行。 所以选用的电压互感器变比为 n=100, 动作电压为 9KV。 根据图2-1需要的设备有：6个KA电流继电器、2个KT时间继电器、3个KS信号继电器、 2个KM中间继电器、2个TA电流互感器、1个RY热继电器、1个QF熔断器。图2.32需要的设备 有：1个变压器1个KA电流继电器、1个KT时间继电器、1个KS信号继电器、1个KOM保护出 口中间继电器、2个QF熔断器。 3.3中间继电器 1.DZS-17E型延时中间续电器，该继电器用于继电保护及自动装置的电流回路，作为 增加触点数量和容量的返回延时辅助继电器，还可用于需要延时的其他回路中 中间继电器的确定： 额定电压动作电压返回时间功率消耗 小于 触点容量 220V（30%-70%） UN 2.5-3.25W250V/1A/50W 3.4电流继电器 电流继电器用于发电机、变压器及输电线路的过负荷和短路的继电保护线路中，并且 本继电器在电力系统 CT 饱和后仍能正确动作。选用型号DL-10型电流继电器 电流继电器的确定： 技术 参数 辅助 电源 整定范围整定误 差 返回 系数 动作 时间 功率 消耗 触点 容量 返回 时间 数据220V0.05-0.499A2.5 0 9 25ms5W50W50W27ms 3.5时间继电器 SS-21A型时间继电器(以下简称继电器)适用于各种继电器保护及自动控制线路中，使 被控制的元件得到所需要的高精度延时 选用型号SS-21A额定电压DC220V 额定范围0.01- 0.99s 触点型式1幅瞬动转换 - 9 - 先预置好延时值，再通电使用。在通电时设定，其设定值无效，须重新通电或接通 复位断子，使其清零后，才能生效。预置完成后，应盖上防护罩，避免触动拨码开关，产 生误动作。 时间继电器的确定： 技术参数动作值返回值触点容量介质强度 数据701050W2000V-50Hz 3.6信号继电器 本继电器用于直流操作的保护和自动控制装置中，作为机械保持和手动复位的动作 指示器，选用型号DX-8G型为横向安装。 应用范围DX-8G型信号继电器(以下简称继电器)在直流操作的保护和自动控制装置 中，用作机械保持和手动复归的动作指示器 信号继电器的确定： 技术参数额定电压额定电流动作值功率消耗介质强度 数据220V0.25A902W2KV-1min 3.7 熔断器 户外跌落式高压熔断器35kV及以下的户外式高压熔断器主要是跌落式高压熔断器.主 要用于保护输电线路和配电变压器选用P W10户外跌落式熔断器 RO系列熔断器产品描述：用途本系列熔断器适用于交流50Hz， 额定电压至690V，额 定电流至125A，主要用于在电气装置中作线路过载和短路保护（qg/gl），还可派生为半 导体器件及其成套装置的短路保护（aR）以及电动机短路保护（am）. 熔断器的确定： 技术参数额定电压额定电流频率 数据690V125A50HZ - 10 - 参考文献 1 苏玉林，刘志民，熊森.怎样看电气二次回路图.中国电力出