35KV变电所继电保护的设计说明

1、 . . . 1 绪论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，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。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注入新的活力，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。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信

2、技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国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。2 设计概述：2.1设计依据:（1）继电保护设计任务书。（2）国标GB50062-92电力装置的继电保护和自动装置设计规。（3）电力系统继电保护（工业大学）。2.2设计规模：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：2.3.1 35KV供电系统图,如图1所示。2.3.2系统参数：电源I短路容量：SIDmax=200MVA；电源短路容量：SDmax=250MVA；供电线路：L1=L2=15km，L3

3、=L4=10km，线路阻抗：XL=0.4/km。图1 35KV系统原理接线图2.3.3 35KV变电所主接线图，如图2所示S SI L3 L4 DL1 L1 L2 B1 B 2 DL6 DL7DL8 织 胶 印 配 炼 备 布 木 染 电 铁 用 厂 厂 厂 所 厂 图2 35KV变电所主接线图2.3.4 10KV母线负荷情况，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7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

4、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，为满足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互相连接关系的传送电能的电路。电路中的高压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可靠性、运行灵活性与经济合理性等起着决定性作用。对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模与电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、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情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。 电气主接线应满足一下几点要求：(1)运行的可靠性：

5、可靠性是指一个元件，一个系统，在规定的时间与一定的条件下完成预定功能的能力，供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，对发电厂、变电所主接线可靠性的要求程度，与其在电力系统中 的地位作用则是由其容量，电压等级，负荷大小以与类别等因素决定。 具体要求有：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与母线或隔离开关检修时，尽量减少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免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足可靠性的特殊要求。(2)运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒

6、换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便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方便以与在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投机。尽量做到年运行费小，包括电能损耗。折旧费与大修费，日常小修费等维修费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理的选择主变压器的形式、容量、台数和避免变压器而增加电能损耗。并在可能的情况下，采取一次设计，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)当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。(2)当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断

7、路器分段的单母线接线。 (3)为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。(4)接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关，但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。(5)610kV固定式配电装置的出现侧，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。采用610kV熔断器负荷开关固定式配电装置时，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）。(7)当低压母线为双电源，变压器低压侧开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出现侧与母线分段开关的两侧，宜装设刀开关

8、或隔离触头。3.3 接线方案选择对于嗲元进线电压为35kV以上的变电站，通常是经变电站总降压变电所降为10kV的高压配电电压，然后经下一级变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降压变电所主接线图表示变电站接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）与其连接线组成，通常用单线表示。主接线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。3.4 35kV变电所主接线简图S SI L3 L4 DL1 L1 L2 B1 B 2 DL6 DL7DL8 织 胶 印 配 炼 备 布 木 染 电 铁 用 厂 厂 厂 所

9、厂 图3 35KV变电所主接线图。4 短路电流计算4.1 系统等效电路图：如图4所示 S S 1 2 0.4 0.5 5 6 3 4 0.292 0.292 0.438 0.438 DL1 d17 8 1.19 1.19 DL6 d2 XL=3.628 D3 图4 系统等效电路图 （各阻抗计算见3.3）4.2基准参数选定： SB=100MVA，UB=Uav即：35kV侧UB=37KV，10kV侧UB=10.5KV。IB1=SB/3UB1=1.56kAIB2=SB/3UB2=5.5kA4.3阻抗计算（均为标幺值）：(1) 系统：X1=100/200=0.5 X2=100/250=0.4(2) 3

10、5kV线路：L1，L2：X3=X4=l1X1SB/VB2=0.4×15×100/372=0.438 L3，L4： X5=X6=l3SB/VB2=0.4×10×100/372=0.292(3) 变压器：B1，B2：X7=X8=（Uk%/100）SB/S=0.075×100/6.3=1.19 (4)15kV线路：线路阻抗（XL）分为两类：织布厂、胶木场、印染厂：XL1=炼铁厂、配电厂：XL1=5 变电所继电保护和自动装置规划：5.1系统分析与继电保护要求：本设计35/10KV系统为双电源35KV单母线分段接线，10KV侧单母线分段接线，所接负荷多为

11、化工型，属一二类负荷居多。5.2本系统故障分析：(1)本设计中的电力系统具有非直接接地的架空线路与中性点不接地的电力变压器等主要设备。就线路来讲，其主要故障为单相接地、两相接地和三相接地。(2)电力变压器的故障，分为外部故障和部故障两类。·变压器的外部故障常见的是高低压套管与引线故障，它可能引起变压器出线端的相间短路或引出线碰接外壳。·变压器的部故障有相间短路、绕组的匝间短路和绝缘损坏。(3)变压器的不正常运行过负荷、由于外部短路引起的过电流、油温上升与不允许的油面下降。5.3 10KV线路继电保护装置：根据线路的故障类型，按不同的出线回路数，设置相应的继电保护装置如下：(

12、1)单回出线保护：适用于织布厂和胶木厂出线。采用两段式电流保护，即电流速断保护和过电流保护。其中电流速断保护为主保护，不带时限，0S跳闸。(2)双回路出线保护：适用于印染厂、配电所和炼铁厂出线。采用平行双回线路横联方向差动保护加电流保护。其中横联方向差动保护为主保护。电流保护作为横联方向差动保护的后备保护。5.4 主变压器继电保护装置设置：变压器为变电所的核心设备，根据其故障和不正常运行的情况，从反应各种不同故障的可靠、快速、灵敏与提高系统的安全性出发，设置相应的主保护、异常运行保护和必要的辅助保护如下：（1）主保护：瓦斯保护（以防御变压器部故障和油面降低）、纵联差动保护（以防御变压器绕组、套

13、管和引出线的相间短路）。（2）后备保护：过电流保护（以反应变压器外部相间故障）、过负荷保护（反应由于过负荷而引起的过电流）。（3）异常运行保护和必要的辅助保护：温度保护（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 变电所的自动装置:（1） 针对架空线路的故障多系雷击、鸟害、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闸而电压消失后，随着电弧的熄灭，短路即自行消除。若运行人员试行强送，随可以恢复供电，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10KV各

14、出线上设置三相自动重合闸装置（CHZ），即当线路断路器因事故跳闸后，立即使线路断路器自动再次重合闸，以减少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，保证人身设备的安全等，本设计在35KV母联断路器（DL1）与10KV母联断路器（DL8）处装设备用电源自动投入装置（BZT）。（3） 频率是电能质量的基本指标之一,正常情况下,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0.5Hz，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，更为严重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

15、证系统频率恒定和重要用户的生产稳定，本设计10KV出线设置自动频率减负荷装置（ZPJH），按用户负荷的重要性顺序切除。5.6 本设计继电保护装置原理概述：（1） 10KV线路电流速断保护：是根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流的，以动作电流的大小来控制保护装置的保护围；有无时限电流速断和延时电流速断，采用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保护。（2） 10KV线路过电流保护: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，其动作的选择性由过电流保护装置的动作具有适当的延时来保证，有定时限过电流保护和反时限过电流保护；本设计与电流速断保护装置共用

16、两组电流互感器，采用二相二继电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流保护，作为电流速断保护的后备保护，来切除电流速断保护围以外的故障，其保护围为本线路全部和下段线路的一部分。（3） 平行双回线路横联方向差动保护：是通过比较两线路的电流相位和数值一样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，电流起动元件用以判断线路是否发生故障，功率方向元件用以判断哪回线路发生故障，双回线路运行时能保证有选择的动作。该保护动作时间0S，由于横联保护在相继动作区短路时，切除故障的时间将延长一倍，故加装一套三段式电流保护，作为后备保护。（4） 变压器瓦斯保护：是利用安装在变压器油箱与油枕间

17、的瓦斯继电器来判别变压器部故障；当变压器部发生故障时，电弧使油与绝缘物分解产生气体。故障轻微时，油箱气体缓慢的产生，气体上升聚集在继电器里，使油面下降，继电器动作，接点闭合，这时让其作用于信号，称为轻瓦斯保护；故障严重时，油箱产生大量的气体，在该气体作用下形成强烈的油流，冲击继电器，使继电器动作，接点闭合，这时作用于跳闸并发信，称为重瓦斯保护。（5）变压器纵联差动保护：是按照循环电流的原理构成。在变压器两侧都装设电流互感器，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，二次电流在臂中环流，使差动保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

18、等，相位相反，使得流过继电器的电流为零；在变压器部发生相间短路时，从电流互感器流入继电器的电流大小不等，相位一样，使继电器有电流流过。但实际上由于变压器的励磁涌流、接线方式与电流互感器误差等因素的影响，继电器中存在不平衡电流，变压器差动保护需解决这些问题，方法有：·靠整定值躲过不平衡电流·采用比例制动差动保护。·采用二次谐波制动。·采用间歇角原理。·采用速饱和变流器。 本设计采用较经济的BCH-2型带有速饱和变流器的继电器，以提高保护装置的励磁涌流的能力。6 主变继电保护整定计算与继电器选择6.1 概述按GB5006292电力装置的继电保护和自

19、动装置设计规规定：对电力变压器的下列故障与异常运行方式，应装设相应的保护装置：绕组与其引出线的相见短路和在中性点直接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；中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流与中性点过电压；过负荷；油面降低；变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对于高压侧为35kV与以上的总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。但是如果单台运行的变压器容量在10000kV·A与以上和并列运行的变压器每台容量在6300kV·A与以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流

20、速断保护。在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、过电压保护和瓦斯保护。主保护和后备保护：35kV供电系统中的电气设备和线路应装设短路故障保护。短路故障保护应有主保护、后备保护，必要时可增设辅助保护。当在系统中的同一地点或不同地点装设有两套保护时，其中有一套动作比较快，而另一套动作比较慢，动作比较快的就称为主保护；而动作比价慢的就称为后备保护。即：为满足系统稳定和设备的要求，能以最快速度有选择地切除保护设备和线路故障的保护就称为主保护；当主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，就称为后备保护。后备保护不仅可以起到当主保护应该动作而未动作时的后备，还可以起到当主保护虽已动作但最终未

21、能达到切除故障部分的作用。除此之外，它还有另外的意义。为了使快速动作的主保护实现选择性，从而就造成了主保护不能保护线路的全厂，而只能保护线路的一部分。也就是说出现了保护的死区，这一死区就必须由后备保护来弥补。近后备和远后备：当主保护或断路器拒动时，由相邻设备或线路的保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保护实现后备的保护，就叫近后备保护；辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护，称为辅助保护。6.2 瓦斯保护作用：用来反映变压器部故障和油面降低，它反应于油箱部故障所产生的气体或油箱漏油而动作，其中重瓦斯保护于跳开变压器各电源侧断路器，

22、轻瓦斯保护动作于信号。轻瓦斯保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10MVA以上的变压器，整定容积为250300cm2。瓦斯保护动作于跳闸的重瓦斯部分，通常按气体继电器的油流速度整定。（油流速度与变压器的容量接气体继电器导管的直径、变压器冷却方式、气体继电器形式有关）。轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250300cm2整定，本设计采用280cm2。重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.61.5cm2整定，本设计采用0.9cm2。瓦斯继电器选用FJ3-80型。瓦斯保护的接线原理图差动保护：（主保护）作用：用来反映变压器绕组和引出线上的相间短路、中性点直接接地系统中系

23、统侧绕组和引出线的单相接地短路以与绕组匝间短路、容量在10000kVA与以上的变压器应装设纵差动保护。变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件 (1)应躲过变压器差动保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)在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大负荷时，差动保护不应动作结合设计要求和实际条件只对其做纵差动保护的整定，所选继电器型号为BCH2型差动继电器。计算变压器各侧的一次与二次电流值（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35 kV侧二次电流大，因此以35kV侧为基本侧。7 线路保护整定计算7.1概述根据电力装置的继电保护和自动装置设计规GB5

24、0062-92可知：363kV 中性点非直接接地电力网中线路的保护7.1.1对363kV线路的下列故障或异常运行，应装设相应的保护装置：(1) 相间短路；(2) 单相接地；(3) 过负荷。7.1.2对310kV线路装设相间短路保护装置，应符合下列要求：(1) 由电流继电器构成的保护装置，应接于两相电流互感器上，同一网络的所有线路均应装在一样的两相上；(2) 后备保护应采用远后备方式；(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，以与线路导线截面过小,不允许带时限切除短路时，应快速切除故障；(4) 电流保护的时限不大于0.50.7s 时，且没有第三款所列的情况，或没

25、有配合上的要求时，可不装设瞬动的电流速断保护。7.1.3在310kV线路装设的相间短路保护装置，应符合下列规定：(1) 对单侧电源线路可装设两段过电流保护：第一段为不带时限的电流速断保护；为带时限的过电流保护。可采用定时限或反时限特性的继电器。对单侧电源带电抗器的线路，当其断路器不能切断电抗器前的短路时，不应装设电流速断保护，此时，应由母线保护或其它保护切除电抗器前的故障。保护装置仅在线路的电源侧装设。(2) 对双侧电源线路，可装设带方向或不带方向的电流速断和过电流保护。对12km 双侧电源的短线路，当采用上述保护不能满足选择性、灵敏性或速动性的要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作为主保护，并

26、装设带方向或不带方向的电流保护作后备保护。对并列运行的平行线路宜装设横联差动保护作为主保护，并应以接于两回线电流之和的电流保护，作为两回线同时运行的后备保护与一回线断开后的主保护与后备保护。7.1.4对3563kV线路，可按下列要求装设相间短路保护装置：(1)对单侧电源线路可采用一段或两段电流速断或电流闭锁电压速断作主保护，并应以带时限过电流保护作后备保护。当线路发生短路，使发电厂厂用母线电压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保护。当采用电流电压保护不能满足选择性、灵敏性和速动性要求时。可采用距离保护装置。双侧电源或环