kV企业变电站短路电流计算及继电保护整定计算

1、目 录1前言22任务变电站原始资料41电力系统与本所的连接方式42主变压器型号及参数43负荷及出线情况53短路电流计算61基本假定62基准值的选择63各元件参数标么值的计算74短路电流的计算95短路电流计算结果144继电保护的配置151继电保护的基本知识152变压器保护配置及整定计算183 1 0 k V 线路保 护配置及整定计算 2 0 5结论216总结与体会227谢辞238参考文献241 前 言1/26由于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。未来继电保护的发展趋势是向计算化，网络化及保护，控制，测量，

2、数据通信一体化智能化发展。电能是一种特殊的商品, 为了远距离传送, 需要提高电压, 实施高压输电, 为了分配和使用, 需要降低电压, 实施低压配电, 供电和用电。发电-输电- 配电- 用电构成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂, 输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。电力系统在运行中, 各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏, 但是没有发生故障的运行状态, 如: 过负荷,过电压, 频率降低, 系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线, 如: 三相短路, 两相短路, 两相接地短路, 单相接地短路, 单相断线和

3、两相断线等。本次毕 业设 计的主 要 内容 是对 1 1 0 k V 企 业 ( 水泥厂 变电站进行短路电流的计算、保护的配置及整定值的计算。参照电力系统继电保护配置及整定计算，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验从而来确定方案中的保护是否适用来编写的。设计分五大章节，其中第三章是计算系统的短路电2/26流，确定各点短路电流值；第四章是对各种设备保护的配置，首先是对保护的原理进行分析, 保护的整定计算及灵敏性校验，其后是对变压器保护配置及整定计算以及 1 0 k V 线路保护 配置 及整定计算 。由于编者水平有限，设计之中难免有些缺陷或错误，望批评指正。2任务变电站原始资

4、料1电力系统与本所的连接方式本 1 1 0k V 企业 ( 水泥厂 变电站，采用 1 1 0k V 电压 等级供 电，其 11 0 k V 电源来自 22 0 k V 枢纽变电站，采用架空导线，系统示意图如图 1 所示。图 1：3/262主变压器型号及参数型号： SZ10- 25000/ 110，额定电压：11081. 25%/ 10. 5容量比：100/ 100短路电压： Uk %= 10. 5接线方式： YN， d 1 13负荷及出线情况2. 3. 11 10 k V进 线1回 ， 采 用L GJ - 1 50架 空 导 线 ，Pma x = 16 MW, Pmi n = 1MW,= 0.

5、 8 6, L =1 1k m。2. 3. 21 0 k V 出线 2 回，全部 为三芯电力电缆出 线 。4/262.3. 3原料磨配电站采用 4 根三芯 YJV-120电 缆 ，Pma x = 9MW,= 0. 8 , L= 0. 2 k m。2.3. 4窑头配电站采用 4 根三芯 YJV-120电 缆 ，Pma x = 6MW,= 0. 8 5 , L = 0. 8 k m。2.3. 5电容补偿回路 采用 YJ V- 7 0 电 缆， Q= 8 40 0 k v a r ，L =0. 02 k m。3短路电流计算1基本假定1.1系统运行方式为最大运行方式。1.2磁路饱和、磁滞忽略不计。即系

6、统中各元件呈线性，参数恒定，可以运用叠加原理。1.3在系统中三相除不对称故障处以外，都认为是三相对称的。1.4忽略对计算结果影响较小的参数，如元件的电阻、线路的电容以及网内的电容器、感性调和及高压电机向主电网的电能反馈等。1.5短路性质为金属性短路，过渡电阻忽略不计。1.6系统中的同步和异步电机均为理想电机。2基准值的选择5/26为了计算方便，通 常取基准容量 Sj 100MVA；基 准 电 压Uj 取 各 级 电 压 的 平 均 电 压 ， 即Uj Up 1. 05Ue ；基准电流；基准电抗常用基准值如表 1 所示。表 1常用基准值表 Sj 10 0 M VA ）基准电压 U j k V ）

7、3. 156. 310. 53711 523 0基准电流 I j k A ） 1 8. 3 39. 165. 501. 560. 502 0. 251基准电 抗 X j 变 电站 各 元件 参 数标 么值计算如下：3.1主变压器：3.2原料磨配电站线路：3.3窑头配电站线路：4短路电流的计算4.1网络变换计算公式串联阻抗合成：并联阻抗合成：，当只有两支时4.2短路电流计算公式短路电流周期分量有效值：短路冲击电流峰值：8/26短路全电流最大有效值：式中为冲击系统，可按表3选用。表 3不同短路点的冲击系数短路 点推荐值发电机端1. 902. 69发电厂高压侧母线及发电机电抗器后1.852. 62远

8、离发电厂的地点1. 802. 55注：表中推荐的数值已考虑了周期分量的衰减。4.3最大运行方式下短路电流的计算最大运行方式下等值电路标么阻抗图见图2。图 29/26d 1 ：d 2 ：d 3 ：d 4 ：10/264.4最小运行方式下短路电流的计算最小运行方式下等值电路标么阻抗图见图3。图 3d 1 ：11/26d 2 ：d 3 ：d 4 ：5短路电流计算结果1 10 k V企 业 (水泥厂变 电 站相关短路电流计算结果见下表4。表 4短路电流计算结果表12/26短路电流周期分 短路冲击电流 短路全电流最大短 路点量(有效值(峰值有 效值I d( k A i ch ( k A I ch ( k

9、 A 最大运行方式下d 15.18713. 2 277. 832d 210.6 4 327. 1416. 071d 310.3 5 226. 3 9815. 632d 49.56824. 3 9814. 448最小运行方式下d 13.6 39. 2575. 481d 29.85125. 1214. 875d 39.60224. 4 8514. 499d 48.92422. 7 5613. 4754继电保护的配置1继电保护的基本知识电能是一种特殊的商品, 为了远距离传送, 需要提高电压, 实施高压输电, 为了分配和使用, 需要降低电压, 实施低压配电, 供电和用电。发电-输电-配电-用电构成了一

10、个有机系统。通常把由各种类型的发电厂, 输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系13/26统。电力系统在运行中, 各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏, 但是没有发生故障的运行状态, 如:过负荷, 过电压, 频率降低, 系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线, 如: 三相短路, 两相短路, 两相接地短路, 单相接地短路, 单相断线和两相断线等。其中最常见且最危险的是各种类型的短路, 电力系统的短路故障会产生如下后果:( 1故障点的电弧使故障设备损坏；(2比正常工作电流大许多的短路电流产生热效应和电动力效应, 使故障

11、回路中的设备遭到破坏；( 3部分电力系统的电压大幅度下降, 使用户的正常工作遭到破坏, 影响企业的经济效益和人们的正常生活；(4破坏电力系统运行的稳定性, 引起系统振荡, 甚至使电力系统瓦解, 造成大面积停电的恶性循环；故障或不正常运行状态若不及时正确处理, 都可能引发事故。为了及时正确处理故障和不正常运行状态, 避免事故发生, 就产生了继电保护, 它是一种重要的反事故措施。继电保护包括继电保护技术和继电保护装置, 且继电保护装置是完成继电保护功能的核心, 它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态, 并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。14/26继电保护的任务是:(1当电力

12、系统中某电气元件发生故障时, 能自动, 迅速, 有选择地将故障元件从电力系统中切除, 避免故障元件继续遭到破坏, 使非故障元件迅速恢复正常运行。( 2当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时,能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。继电保护装置的基本原理:我们知道在电力系统发生短路故障时, 许多参量比正常时候都了变化，当然有的变化可能明显，有的不够明显，而变化明显的参量就适合用来作为保护的判据，构成保护。比如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用短路时母线电压降低的特点可构成低电压保护；利用短路时线路始端测量阻抗降低可构成距离保护；利用电压与电流之间相位差的改变可构

13、成方向保护。除此之外，根据线路内部短路时，两侧电流相位差变化可以构成差动原理的保护。当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保护，如反应变压器油在故障时分解产生的气体而构成的气体保护。原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征差别），即可形成某种判据，从而构成某种原理的保护，且差别越明显，保护性能越好。继电保护装置的组成：15/26被测物理量测量逻辑执行跳闸或信号整定 值测量元件：其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量如电流，电压，阻抗，功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出逻辑信号，从而判断保护是否该起动。逻辑元件：其作用是根据测量部分输出量的大小

14、，性质，输出的逻辑状态，出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。执行元件：其作用是根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行时不动作等。对继电保护的基本要求：选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量减小停电范围。速动性：是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。灵敏性：是指在规定的保护范围内，保护对故障情况16/26的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位

15、置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。可靠性：是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，而在不该动作时，它能可靠不动。即不发生拒绝动作也不发生错误动作。2变压器保护配置及整定计算2.1变压器保护配置电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。因此，我们必须研究变压器有哪些故障和不正常运行状态，以便采取相应的保护措施。变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路以及中性点直接接地侧的接地短路。这些故障的发生会危害电力系统的安全连续供电。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及

16、铁心的烧损等。油箱内故障时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁芯，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体，有可能引起变压器油箱的爆炸。变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定17/26容量引起的过负荷、风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等，这些运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线方式变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式下会发生变压器的过励磁，引起铁芯和其它金属构件的过热。主保护：电流差动保护、瓦斯保护后备保护：过电流保护/ 低压闭锁过电流保护/ 复合电压闭锁过流保

17、护/ 阻抗保护/ 零序过电流保护/ 零序过电压保护/ 过负荷保护/ 过激磁保护。两种配置模式：1）主保护、后备保护分开设置2）成套保护装置，重要变压器双重化配置2.2 纵联差动保护以双绕组变压器为例来说明实现纵差动保护的原理，如图 4 所示。18/26?1?2 nl 1nBI -In l 2?2 -?2? ?1 图4变压器纵差动保护的原理接线由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，亦即在正常运行和外部故障时，差动回路的电流等于零。例如在图4中，应使=或=式中高压侧电流互感器的变

18、比；低压侧电流互感器的变比；变压器的变比即高、低压侧额定电压之比）。19/26由此可知，要实现变压器的纵差动保护，就必须适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比 ，这是与前述送电线路的纵差动保护不同的。这个区别是由于线路的纵差动保护可以直接比较两侧电流的幅值和相位，而变压器的纵差动保护则必须考虑变压器变比的影响。本次设计所采用的变压器型号为：SZ-25000/ 110。对于这种大型变压器而言，它都必需装设单独的变压器差动保护，这是因为变压器差动保护通常采用两侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压侧电流互感器，低压侧电流引自变压器低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为二组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。所以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护，其接线原理图如图 5 所示。正常情况下, = 即：避越变压器的励磁涌流：其中为可靠系数，取 1. 3，而为变压器的额定电流。( 2避越外部短路时的最大不平衡电流：其 中 Kt x 为 电流互 感器同型 系数， 型号相 同时取 0. 5 ，