变电所整定继电保护设计方案

1、中北大学课程设计说明书1 引言本设计根据所给的基本资料，作出了该区地面35kV变电所的初步设计。本设计以实际负荷为依据，以变电所的最佳运行为基础，按照有关规定和规范，完成了满足该区供电要求的35kV变电所初步设计。 设计中先对负荷进行了统计与计算，选出了所需的主变型号，然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计，考虑到短路对系统的严重影响，设计中进行了短路计算。设计中还对主要高压电器设备进行了选择与计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。此外还进行了防雷保护的设计和计算，提高了整个变电所的安全性。1.1 变电站站址的选择原则变电所的设计应根据工程 年发展规划进行，做到远、近期

2、结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能；变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案；变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。变电所应建在靠近负荷中心位置，这样可以节省线材，降低电能损耗，提高电压质量，这是供配电系统设计的一条重要原则。变电所的总平面布置应紧凑合理，依据 变电站设计规范第 条，变电站站址的选择，根据下列要求综合考虑确定： （1）靠近负荷中心。 （2）节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地。 （3）与乡或工矿企业规划相协调，便于架空线和电缆线路的引入和引出。 交通运输方便。 （

3、4）具有适应地形，地貌，地址条件。2电气主接线的设计及变压器选择分析任务书给定的原始资料，根据变电所在电力系统中的地位和建设规模，考虑变电所运行的可靠性、灵活性、经济性，全面论证，确定主接线的最佳方案。 2.1 原始资料分析 1.C1 系统： X1= 0.05/0.1； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV为基准的标幺值，分子为最大方式，分母为最小方式的阻抗标幺值。2.C2系统： X1= 0.06/0.12； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV为基准的标幺值，分子为最大方式，分母为最小方式的阻抗标幺值。3.A 站：有两台双卷变压器 容量为2×31.5MVA 35

4、±4×2.5%/11kv ；Uk%=8% 4.35KV线路X1=0.4/km ；10KV电缆线路R=0.45/km ，X=0.08/km5.XL-1 最大负荷15MVA ；XL-2最大负荷10MVA；XL-3最大负荷8MVA ； XL-4最大负荷10MVA ；XL-5最大负荷10MVA ；XL-6最大负荷15MVA 。其中一类负荷45%；二类负荷25%；三类负荷30%。 XL-1与XL-6为双回线。注：图中35kV和10kV母线断路器是闭合的。可以判断本站为重要变电站，在进行设计时，应该侧重于供电的可靠性和灵活性。 2.2电气主接线方案运行方式：以C1、C2全投入运行，线路

5、全投。DL1合闸运行为最大运行方式；以C2停运，右边线路停运，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。 电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，发生短路后通过故障点的很大的短路电流，可能会造成故障元件损坏，寿命缩短，电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性严重时可能造成整个系统瓦解。继电保护装置是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置，它能够自动迅速有选择性的将故障元件从电力系统中切除，能够反映电器元件的不正常运行状态，并根据运行

6、维护条件而动作于发出信号减负荷或跳闸。因此变电所继电保护和自动化装置规划意义十分重大。 3 短路电流计算3.1 系统等效电路图 C1 C2 1 2 3 4 0.292 0.38 DL1 d15 6 0.254 0.254 DL6 d2 XL=3.628 D3图3.1 系统等效电路图 （各阻抗计算见3.2）3.2 阻抗计算（均为标幺值）基准参数选定：SB=100MVA，UB=Uav即：35kV侧UB=37KV，10kV侧UB=10.5KV。C1 系统： X1= 0.05/0.1； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV为基准的标幺值，分子为最大方式，分母为最小方式的阻抗标幺值。C2系统：

7、 X1= 0.06/0.12； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV为基准的标幺值，分子为最大方式，分母为最小方式的阻抗标幺值。 线路：已知35KV线路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变压器：B1，B2：X5=X6=（Uk%/100）SB/S=0.08×100/31.5=0.2543.3 短路电流计算 3.3.1最大运行方式系统化简如图3.2(a)所示。 第 6 页 共 15 页X7=X1+X3

8、 =0.05+0.292=0.342 X8=X1+X4=0.1+0.38=0.48X9=X7X80.199X10=X9+X50.199+0.254=0.453据此，系统化简如图3.2(b)所示故知35KV母线上短路电流：Id1max=IB1/X9=1.56/0.199=7.839(KA)10KV母线上短路电流:Id2max=IB2/X10=5.5/0.453=12.141(KA)折算到35KV侧:Id21max=IB1/X10=1.56/0.453=3.444(KA)对于d3点以XL-6计算 Id3max=5.5/(0.453+1.224)=3.28(KA) 图3.2 系统简化图3.3.2最小

9、运行方式下系统化简如图3.3所示。因C1停运,所以仅考虑C2单独运行的结果X11=X8+X5=0.51+0.254=0.764所以35KV母线上短路电流：Id1min=IB1/X8=1.56/0.51=3.059(kA) 所以10KV母线上短路电流：Id2min=IB2/X11=5.5/0.764=7.2(kA)折算到35KV侧： Id2lmin = IB1/X11=1.56/0.764=2.042(kA) 对于d3以XL6进行计算Id3min=5.5/ (0.764+1.224)=2.767(kA)折算到35KV侧：Id3lmin = 1.56/(0.764+1.224)=0.785（kA)

10、图3.2 系统简化中北大学本科课程设计说明书4 主变继电保护整定计算及继电器选择4.1 瓦斯保护 轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250300cm2整定，本设计采用280 cm2。重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.61.5 cm2整定本，本设计采用0.9 cm2。瓦斯继电器选用FJ3-80型。4.2纵联差动保护选用BCH-2型差动继电器。表4.1 Ie及电流互感器变比名 称各侧数据Y（35KV）（10KV）额定电流I1e=S/ U1e=519.6AI2E=S/ U2e=1732A变压器接线方式YCT接线方式YCT计算变比I1e/25=900/5I2e/25=1732/5实选CT变比nl1

11、000/252000/25实际额定电流I1e/n1=22.5AI2e/n1=21.65A不平衡电流Ibp22.5-21.65=0.85A确定基本侧基本侧非基本侧4.2.1 确定基本侧动作电流1） 躲过外部故障时的最大不平衡电流 Idz1KKIbp (1)利用实用计算式： Idz1=KK（KfzqKtxfi+U+fza）Id2lmax式中：KK可靠系数，采用1.3； Kfzq非同期分量引起的误差，采用1； Ktx 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。 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

12、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 Idz1=1.3×(1×1×0.1+0.05+0.05) ×3.444=895.4（A）2） 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 Idz1= KK Ie （2）式中：KK可靠系数，采用1.3； Ie变压器额定电流：代入数据得 Idz1= 1.3×519.6=675.48(A)3) 躲过电流互改器二次回路短线时的最大负荷电流 Idz1= KKTfhmax （3）式中： KK可靠系数，采用1.3； Idz1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

13、据得 Idz1=1.3×519.6=675.48(A)比较上述（1），（2），（3）式的动作电流，取最大值为计算值， 即： Idz1=895.4（A）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：基本侧（35KV）继电器动作值 IdzjsI=KJXIdzI/nl代入数据得 IdzjsI= ×895.4/40=38.77（A）4.2.2 基本侧继电器差动线圈匝数 WcdjsI=Awo/ IdzjsI

14、式中：Awo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 WcdjsI=60/38.77=1.55(匝)选用差动线圈与一组平衡线圈匝数之和较WcdjsI小而相近的数值，作为差动线圈整定匝数WcdZ。即：实际整定匝数WcdZ=1（匝）继电器的实际动作电流 IdzjI=Awo/ WcdZ=60/1=60（A）保护装置的实际动作电流 IdzI= IdzjINl/Kjx=60×40/=1385.64A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 Wphjs=Wcdz/Ie2JI-Wcdz =1×(4.5/4.33-1)=0.04(匝)故，取平

15、衡线圈实际匝数Wphz=0工作线圈计算匝数Wgz= Wphz+Wcdz=1(匝)计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差fza fza= (Wphjs- Wphz)/( Wphjs+ Wcdz) =(0.04-0)/(0.04+1)=0.038此值小于原定值0.05，取法合适，不需重新计算。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。4.2.3 保护装置灵敏度校验差动保护灵敏度要求值Klm2

16、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 Klm=0.866KjxIdlmin/Idzl =0.866×1×3.25/0.895=3.14>2满足要求。4.3过电流保护4.3.1 过电流继电器的整定及继电器选择1） 保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定 Idz=KkIe1/Kh 式中：Kk可靠系数，采用1.2； Kh返回系数，采用0.85； 代入数据得 Idz=1.2×519.6/0.85=733.55(A) 继电器的动作电流 Idzj=Idz/nl=733.55/(40/ )=18.34(A) 电流继电器的

17、选择：灵敏度按保护范围末端短路进行校验，灵敏系数不小于灵敏系数：Klm=0.866KjxId3lmin/Idz =0.866×1×0.785/0.733=0.535满足要求。 4.4 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。Idz=KkIe1/Kf=1.05×900/0.85=1111.76(A)IdzJ= Idz/nl=1111.76×/40=48.14(A)延时时限取10s，以躲过电动机的自起动。当过负荷保护起动后，在达到时限后仍未返回，则动作ZDJH装置。4.5 冷却风扇自起动Idz=0.7Iel=0.7×9

18、00=630(A) IdzJ=Idz/nl=630/(40/ )=27.28(A)即，当继电器电流达到27.28A时，冷却风扇自起动。5 容量计算及主变压器选择5.1 按年负荷增长率6计算，考虑8年。 5.2 双变压器并联运行，按每台变压器承担70负荷计算。 5.3 35kv负荷是 KVA，10kv负荷是 KVA，总负荷是 KVA。 5.4 变压器容量5.4.1负荷预测 35kv负荷：10000KVA×（16）8 15036.30KVA； 10kv负荷： 3600 KVA×（16）8 5413.07 KVA，共计20449.77KVA。 5.4.2变压器有功和无功损耗计算

19、因为所占比重较小，而本站考虑的容量裕度比较大，所以不计算。5.4.3站用变选型 因为设计任务书已经给出用电容量为160KVA，所以直接选择即可，从主接线方案分析，站用变接于35KV母线更可靠，所以选型为SL7160/35。 5.5变压器选择确定： 主变压器 承担负荷 容量选择 确定型号 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站用变 160KVA 160KVA S

20、L7160/35 5. 变压器技术数据 型号 额定容量（KVA） 额定电压(kv) 损耗（KW） 阻抗电压（） 空载电流（） 连接组别 高压 低压 空载 负载 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 继电保护配置及整定计算一、根据继电保护配置和安全自动装置技术规程进行保护配置。 6.1 变压器继电保护 纵差保护，瓦斯保护，电流速断保护，复合过流保护（后

21、备保护） 序号 保护配置 保护功能及动作原理 出口方式 继电器型号 6.1.1 纵差保护 变压器内部故障保护，例如断线，层间、匝间短路等变压器两侧电流不平衡起动保护。 断开变压器两侧开关。 BCH2 6.2.2 瓦斯保护 变压器内部短路，剧烈发热产生气体起动保护。 轻瓦斯发信号，重瓦斯断开变压器两侧开关。 6.1.3 过电流保护 事故状态下可能出线的过负荷电流 动作于信号 6.1.4 电流速断保护 相间短路 断开线路断路器 6.2 35KV线路，10KV线路继电保护：电流速断保护，过电流保护，单相接地保护 序号 保护配置 保护功能 出口方式 继电器型号 6.2.1 电流速断保护 相间短路 断开线路断路器 6.2.2 过电流保护 相间短路，过负荷 延时断开线路断路器 6.2.3 母线单相接地保护 绝缘监察 信号 7 保护原理说明 变配电站继电保护是根据变配电站运行过程中发生故障时出现的电流增加、电压升高或降低、频率降低、出现瓦斯、温度升高等现象超过继电保护的整定值（给定值）或超限值后，在整定时间内，有选择的发出跳闸命令或报警信号。 根据电流值来进行选择性跳闸的为反时限，电流值越大，跳闸越快。根据时间来进行选择性跳闸的称为定时限保护，定