某35kv变电所继电保护课程设计

1、1 前言:1.1 变电站继电保护的发展变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂有用户的中间环节，起着变换和分配作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。继电保护发展现状，电力系统的飞速发展对继电保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展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。随着系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电

2、保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化。继电保护的未来发展，继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。微机保护技术的发展趋势：（1）高速数据处理芯片的应用（2）微机保护的网络化（3）保护、控制、测量、信号、数据通信一体化（4）继电保护的智能化。1.2 继电保护装置的基本要求继电保护及自动装置属于二次部分了，它对系统的安全稳定运行起阗至关重要的作用。对继电保护装置的基本要求有四点：（1）选择性：在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。（2）灵

3、敏性：反映故障的能力，通常以灵敏系数表示。（3）快速性：能以最短时限将故障或异常消除。选择性。在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。（4）可靠性：在该动作时，不发生拒动作。选择继电保护方案时，除设置需满足以上4 项基本性能外，还应注意其经济性。即不仅考虑保护装置的投资和运行维护费，还必须考虑因装置不完善而发生拒动或误动对国民经济和社会生活造成的损失。1.3 继电保护基本原理和保护装置的组成继电保护装置要求能反应电气设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地，有选择性地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证无故障设备继续正常运行，将事故限制在最小范围，提高系统运行的可*性，

4、最大限度地保证向用户安全连接供电。继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护：(1反映电气量的保护电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值(阻抗 和它们之间的相位角改变等现象。因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别就可以构成各种不同原理的继电保护装置。例如: 反映电流增

5、大构成过电流保护；反映电压降低(或升高 构成低电压(或过电压 保护；反映电流与电压间的相位角变化构成方向保护；反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。除此以外还可根据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差别，分别构成差动保护、高频保护等。同理，由于序分量保护灵敏度高，也得到广泛应用。新出现的反映故障分量、突变量以及自适应原理的保护也在应用中。(2反映非电气量的保护如反应温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的瓦斯保护、温度保护等。继电保护相当于一种在线的开环的自动控制装置，根据控制过程信号性质的不同，可以分模拟型(它又分为机电型和静态型 和数字型两大类。

6、对于常规的模拟继电保护装置，一般包括测量部分、逻辑部分和执行部分。测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值比较，以判断是否发生故障或不正常运行状态；逻辑部分依据测量部分输出量的性质、出现的顺序或其组合，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作；执行部分依据前面环节判断得出的结果以执行跳闸或发信号。2设计原始资料35KV 供电系统图, 如图1所示。系统参数：电源I 短路容量：SIDmax=200MVA；电源短路容量：S Dmax=250MVA；供电线路：L1=L2=15km，L3=L4=10km，线路阻抗：XL=0.4/km。 图1 35KV系统原理接线图10KV 母线负荷情况，见下表：

7、35KV 变电所主接线图，如图2所示S S I DL6 DL 7DL 8织印配炼备布染电铁用厂厂所厂图2 35KV 变电所主接线图B1、B2主变容量、型号为6300kVA 之SF1-6300/35型双卷变压器，Y-/11之常规接线方式，具有带负荷调压分接头，可进行有载调压。其中Uk %=7.5。运行方式：以SI 、S 全投入运行，线路L1L4全投。DL1合闸运行为最大运行方式；以S 停运，线路L3、L4停运，DL1断开运行为最小运行方式。已知变电所10KV 出线保护最长动作时间为1.5s 。2 短路电流计算2.1 系统等效电路图： 图1系统等效电路图 （各阻抗计算见2.3）2.2 基准参数选定

8、：S B =1000MVA,UB = Uav 即：35kv 侧U 1B =37kv,10kv侧U 2B =10.5kv。2.3 阻抗计算（均为标幺值）：1） 系统：5. 0200100max 11=S S X B 4. 0250100max 2=IIS S X B 2） 线路：L1，L2：438. 037100154. 0221143=B B L U S X L X XL3，L4： 351. 037100124. 0221365=B B L U S X L X X 3 变压器：B1，B2：19. 13. 6100075. 0%100187=据此，系统化简如图3所示。56. 1373100311

9、=B B B U S I 5. 55. 103100322=B B B U S I故知35KV 母线上短路电流：(875. 432. 056. 11max 1KA X I I B d =II10KV 母线上短路电流: (642. 351. 15. 5122max 2KA X I I B d =折算到35KV 侧: (03. 151. 156. 1121max 21KA X I I B d =对于d3点以配电所计算:628. 35. 101004104. 0222=B B L US X 图2 图32 最小运行方式下:系统化简如图4所示。因S 停运, 所以仅考虑S 单独运行的结果；909. 119

10、. 1719. 07913=+=+=X X X 所以35KV 母线上短路电流：17. 2719. 056. 191min 1=X I I B d所以10KV 母线上短路电流： (88. 2909. 15. 5132min 2KA X I I B B =折算到35KV 侧: (817. 0909. 156. 1131min 21KA X I I B d =对于d3以配电所进行计算:(282. 0628. 3909. 15. 5132min 3KA X X I I LB d =+=+=折算到35KV 侧：(282. 0 628. 3909. 1/(56. 1131min 31KA X X I I

11、LB d =+=中北大学信息商务学院 电力系统继电保护 课程设计说明书 图42.6 短路电流计算结果由节通过化简，再通过公式计算所得出的短路电流计算结果，可以列出表2-1所示的短路电流计算结果。表2-1 短路电流计算结果 3 主变继电保护整定计算及继电器选择3.1瓦斯保护：轻瓦斯保护的动作值按气体容积为2503003cm 整定，本设计采用2803cm 。 重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.61.53cm 整定本，本设计采用0.93cm 。瓦斯继电器选用FJ3-80型。 3.2 纵联差动保护： 选用BCH-2型差动继电器。3.2.1 计算Ie 及电流互感器变比，列表如下： 3.2.2 确

12、定基本侧动作电流：1） 躲过外部故障时的最大不平衡电流 Ibp K Idz K 1（1） 利用实用计算式：max 211 (d er tx fzq rel dz I fza U K K K K I +=式中：K rel 可靠系数，采用1.3； fzqK非同期分量引起的误差，采用1；tx K 同型系数，CT 型号相同且处于同一情况时取0.5，型号不同时取1，本设计取1。Ker 电流互感器10%的误差系数。U 变压器调压时所产生的相对误差，采用调压百分数的一半，本设计取0.05。fza 继电器整定匝书数与计算匝数不等而产生的相对误差，暂无法求出，先采用中间值0.05。代入数据得 (4. 27004

13、. 1 05. 005. 01. 011(3. 11A I dz =+=躲过变压器空载投入或外部故障后电压恢复时的励磁涌流e K dz I K I =1（2）式中：K K 可靠系数，采用1.3； e I 变压器额定电流：代入数据得 (1. 1359. 1033. 11A I dz = 3）躲过电流互改器二次回路短线时的最大负荷电流max1h K dz Tf K I =（3）式中： K K 可靠系数，采用1.3；1dz I 正常运行时变压器的最大负荷电流；采用变压器的额定电流。代入数据得(1. 1359. 1033. 11A I dz =比较上述（1），（2），（3）式的动作电流，取最大值为计算

14、值， 即： (4. 2701A I dz =3.2.3 确定基本侧差动线圈的匝数和继电器的动作电流将两侧电流互感器分别结于继电器的两组平衡线圈，再接入差动线圈，使继电器的实用匝数和动作电流更接近于计算值；以二次回路额定电流最大侧作为基本侧，基本侧的继电器动作电流及线圈匝数计算如下：中北大学信息商务学院 电力系统继电保护 课程设计说明书 基本侧（35KV）继电器动作值 代入数据得 I dzis1 = K JX I dz1 / n1 I dzis1 = 3 ´ 270.4 / 40 = 11.71( A Wcdjs1 = Awo / I dzis1 基本侧继电器差动线圈匝数 式中： Aw

15、o 为继电器动作安匝，应采用实际值，本设计中采用额定值，取得 60 安匝。 代入数据得 Wcdjs1 = 60/ 11.71 = 5.12 （匝） 选用差动线圈与一组平衡线圈匝数之和较 Wcdjs1 小而相近的数值，作为差动线 圈整定匝数 Wcdzo 。 即：实际整定匝数 Wcdz = 5(匝） 继电器的实际动作电流 I dzi 1 = Awo / Wcdz = 60 / 5 = 12( A 保护装置的实际动作电流 I dz1 = I dzi 1 N1 / K jx = 12 ´ 40 / 3 = 277.1A 3.2.4 确定非基本侧平衡线圈和工作线圈的匝数 平衡线圈计算匝数 Wp

16、hisII = Wcdz / I e2II - Wcdz = 5 ´ (4.5 / 4.33-1 = 0.19(匝） 故，取平衡线圈实际匝数 WphzII =0 工作线圈计算匝数 WgzII = WphzII + Wcdz = 5(匝） 3.2.5 计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差 Df m Df m = (WphisII - WphzII /(WphisII + Wcdz = (0.19 - 0 /(0.19 + 5 = 0.04 此值小于原定值 0.05，取法合适，不需重新计算。 3.2.6 初步确定短路线圈的抽头 根据前面对 BCH-2 差动继电器的分析，考虑到本

17、系统主变压器容量较小，励磁 涌流较大，故选用较大匝数的“C-C”抽头，实际应用中，还应考虑继电器所接的 电流互感器的型号、 性能等， 抽头是否合适， 应经过变压器空载投入试验最后确定。 3.2.7 保护装置灵敏度校验 第 11 页 共 14 页 中北大学信息商务学院 电力系统继电保护 课程设计说明书 差动保护灵敏度要求值 K1m ³ 2 本系统在最小运行方式下，10KV 侧出口发生两相短路时，保护装置的灵敏度 最低。 本装置灵敏度 要求。 3.3 过电流保护： 1） 保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定 K1m = 0.866K jxId 21min / Idz1 = 0.866&

18、#180;1´ 0.817/ 0.2771= 2.55 > 2 满足 I dz = K K I e1 / K h 式中： K K 可靠系数，采用 1.2； K h 返回系数，采用 0.85； 代入数据得 I dz = 1.2 ´103.9 / 0.85 = 146.7( A 继电器的动作电流 I dzj = I d z / n1 = 146.7 /(40 / 3 = 6.35( A 电流继电器的选择：DL-21C/10 2）灵敏度按保护范围末端短路进行校验，灵敏系数不小于 1.2。 灵敏系数： K1m = 0.866K jx I d31min / I dz = 0.866´1´ 0.282/ 0.1467= 1.66 > 1.2 满足要求。 3.4 过负荷保护： 其动作电流按躲过变压器额定电流来整定。动作带延时作用于信号。 I dz = K K I e1 / K f = 1.05´103.9 / 0.85 = 128.4( A I dzJ = I dz / n1 = 128.