变电所整定继电保护设计专业方案.doc

1 引言本设计依据所给基础资料，作出了该区地面35kV变电所初步设计。本设计以实际负荷为依据，以变电所最好运行为基础，根据相关要求和规范，完成了满足该区供电要求35kV变电所初步设计。 设计中先对负荷进行了统计和计算，选出了所需主变型号，然后依据负荷性质及对供电可靠性要求确定主接线设计，考虑到短路对系统严重影响，设计中进行了短路计算。设计中还对关键高压电器设备进行了选择和计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。另外还进行了防雷保护设计和计算，提升了整个变电所安全性。1.1 变电站站址选择标准变电所设计应依据工程 年发展计划进行，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设和远期发展关系，合适考虑扩建可能；变电所设计，必需从全局出发，统筹兼顾，根据负荷性质、用电容量、工程特点和地域供电条件，结合国情合理地确定设计方案；变电所设计，必需坚持节省用地标准。变电所应建在靠近负荷中心位置，这么能够节省线材，降低电能损耗，提升电压质量，这是供配电系统设计一条关键标准。变电所总平面部署应紧凑合理，依据 变电站设计规范第 条，变电站站址选择，依据下列要求综合考虑确定： （1）靠近负荷中心。 （2）节省用地，不占或少占耕地及经济效益高土地。 （3）和乡或工矿企业计划相协调，便于架空线和电缆线路引入和引出。 交通运输方便。 （4）含有适应地形，地貌，地址条件。2电气主接线设计及变压器选择分析任务书给定原始资料，依据变电所在电力系统中地位和建设规模，考虑变电所运行可靠性、灵活性、经济性，全方面论证，确定主接线最好方案。 2.1 原始资料分析 1.C1 系统： X1= 0.05/0.1； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV为基准标幺值，分子为最大方法，分母为最小方法阻抗标幺值。2.C2系统： X1= 0.06/0.12； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV为基准标幺值，分子为最大方法，分母为最小方法阻抗标幺值。3.A 站：有两台双卷变压器 容量为231.5MVA 3542.5%/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和XL-6为双回线。注：图中35kV和10kV母线断路器是闭合。能够判定本站为关键变电站，在进行设计时，应该侧重于供电可靠性和灵活性。 2.2电气主接线方案运行方法：以C1、C2全投入运行，线路全投。DL1合闸运行为最大运行方法；以C2停运，右边线路停运，DL1断开运行为最小运行方法。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，可能发生多种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险故障是发生多种型式短路，发生短路后经过故障点很大短路电流，可能会造成故障元件损坏，寿命缩短，电力系统中部分地域电压大大降低，破坏用户工作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一个自动装置，它能够自动快速有选择性将故障元件从电力系统中切除，能够反应电器元件不正常运行状态，并依据运行维护条件而动作于发出信号减负荷或跳闸。所以变电所继电保护和自动化装置计划意义十分重大。 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为基准标幺值，分子为最大方法，分母为最小方法阻抗标幺值。C2系统： X1= 0.06/0.12； X2=X1 ； X1 以100MVA，37KV为基准标幺值，分子为最大方法，分母为最小方法阻抗标幺值。 线路：已知35KV线路X1=0.4/km L1：X3 =l1 X1SB/UB2=0.410100/372=0.292 L2：X4=l2 X1SB/UB2=0.413100/372=0.38变压器：B1，B2：X5=X6=（Uk%/100）SB/S=0.08100/31.5=0.2543.3 短路电流计算 3.3.1最大运行方法系统化简图3.2(a)所表示。 X7=X1+X3 =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，系统化简图3.2(b)所表示故知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最小运行方法下系统化简图3.3所表示。因C1停运,所以仅考虑C2单独运行结果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)图3.2 系统简化4 主变继电保护整定计算及继电器选择4.1 瓦斯保护 轻瓦斯保护动作值按气体容积为250300cm2整定，本设计采取280 cm2。重瓦斯保护动作值按导油管油流速度为0.61.5 cm2整定本，本设计采取0.9 cm2。瓦斯继电器选择FJ3-80型。4.2纵联差动保护选择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变压器接线方法YCT接线方法YCT计算变比I1e/25=900/5I2e/25=1732/5实选CT变比nl1000/25/25实际额定电流I1e/n1=22.5AI2e/n1=21.65A不平衡电流Ibp22.5-21.65=0.85A确定基础侧基础侧非基础侧4.2.1 确定基础侧动作电流1） 躲过外部故障时最大不平衡电流 Idz1KKIbp (1)利用实用计算式： Idz1=KK（KfzqKtxfi+U+fza）Id2lmax式中：KK可靠系数，采取1.3； Kfzq非同期分量引发误差，采取1； Ktx 同型系数，CT型号相同且处于同一情况时取0.5，型号不一样时取1，本设计取1。 U变压器调压时所产生相对误差，采取调压百分数二分之一，本设计取0.05。fza继电器整定匝书数和计算匝数不等而产生相对误差，暂无法求出，先采取中间值0.05。代入数据得 Idz1=1.3(110.1+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励磁涌流 Idz1= KK Ie （2）式中：KK可靠系数，采取1.3； Ie变压器额定电流：代入数据得 Idz1= 1.3519.6=675.48(A)3) 躲过电流互改器二次回路短线时最大负荷电流 Idz1= KKTfhmax （3）式中： KK可靠系数，采取1.3； Idz1正常运行时变压器最大负荷电流；采取变压器额定电流。 代入数据得 Idz1=1.3519.6=675.48(A)比较上述（1），（2），（3）式动作电流，取最大值为计算值， 即： Idz1=895.4（A）确定基础侧差动线圈匝数和继电器动作电流将两侧电流互感器分别结于继电器两组平衡线圈，再接入差动线圈，使继电器实用匝数和动作电流更靠近于计算值；以二次回路额定电流最大侧作为基础侧，基础侧继电器动作电流及线圈匝数计算以下：基础侧（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 基础侧继电器差动线圈匝数 WcdjsI=Awo/ IdzjsI式中：Awo为继电器动作安匝，应采取实际值，本设计中采取额定值，取得60安匝。代入数据得 WcdjsI=60/38.77=1.55(匝)选择差动线圈和一组平衡线圈匝数之和较WcdjsI小而相近数值，作为差动线圈整定匝数WcdZ。即：实际整定匝数WcdZ=1（匝）继电器实际动作电流 IdzjI=Awo/ WcdZ=60/1=60（A）保护装置实际动作电流 IdzI= IdzjINl/Kjx=6040/=1385.64A确定非基础侧平衡线圈和工作线圈匝数平衡线圈计算匝数 Wphjs=Wcdz/Ie2JI-Wcdz =1(4.5/4.33-1)=0.04(匝)故，取平衡线圈实际匝数Wphz=0工作线圈计算匝数Wgz= Wphz+Wcdz=1(匝)计算因为整定匝数和计算匝数不等而产生相对误差fza fza= (Wphjs- Wphz)/( Wphjs+ Wcdz) =(0.04-0)/(0.04+1)=0.038此值小于原定值0.05，取法适宜，不需重新计算。初步确定短路线圈抽头，依据前面对BCH-2差动继电器分析，考虑到本系统主变压器容量较小，励磁涌流较大，故选择较大匝数“C-C”抽头，实际应用中，还应考虑继电器所接电流互感器型号、性能等，抽头是否适宜，应经过变压器空载投入试验最终确定。4.2.3 保护装置灵敏度校验差动保护灵敏度要求值Klm2本系统在最小运行方法下，10KV侧出口发生两相短路时，保护装置灵敏度最低。本装置灵敏度 Klm=0.866KjxIdlmin/Idzl =0.86613.25/0.895=3.142满足要求。4.3过电流保护4.3.1 过电流继电器整定及继电器选择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，采取1.2； Kh返回系数，采取0.85； 代入数据得 Idz=1.2519.6/0.85=733.55(A) 继电器动作电流 Idzj=Idz/nl=733.55/(40/ )=18.34(A) 电流继电器选择：灵敏度按保护范围末端短路进行校验，灵敏系数大于灵敏系数：Klm=0.866KjxId3lmin/Idz =0.86610.785/0.733=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=1.05900/0.85=1111.76(A)IdzJ= Idz/nl=1111.76/40=48.14(A)延时时限取10s，以躲过电动机自起动。当过负荷保护起动后，在达成时限后仍未返回，则动作ZDJH装置。4.5 冷却风扇自起动Idz=0.7Iel=0.7900=630(A) IdzJ=Idz/nl=630/(40/ )=27.28(A)即，当继电器电流达成27.28A时，冷却风扇自起动。5 容量计算及主变压器选择5.1 按年负荷增加率6计算，考虑8年。 5.2 双变压器并联运行，按每台变压器负担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负荷估计 35kv负荷：10000KVA（16）8 15036.30KVA； 10kv负荷： 3600 KVA（16）8 5413.07 KVA，累计20449.77KVA。 5.4.2变压器有功和无功损耗计算 因为所占比重较小，而本站考虑容量裕度比较大，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 负担负荷 容量选择 确定型号 1#B 20449.770.50.77157.42KVA 8000KVA SZL7-8000/110 2#B 同1B 3#B 5413.070.50.71894.57KVA KVA SL7/35 4#B 同3B站用变 160KVA 160KVA SL7160/35 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-/35 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、依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（后备保护） 序号 保护配置 保护功效及动作原理 出口方法 继电器型号 6.1.1 纵差保护 变压器内部故障保护，比如断线，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，猛烈发烧产生气体起动保护。 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 保护功效 出口方法 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依据变配电站运行过程中发生故障时出现电流增加、电压升高或降低、频率降低、出现瓦斯、温度升高等现象超出继电保护整定值（给定值）或超限值后，在整定时间内，有选择发出跳闸命令或报警信号。 依据电流值来进行选择性跳闸为反时限，电流值越大，跳闸越快。依据时间来进行选择性跳闸称为定时限保护，定时限在故障电流超出整定值后，经过时间定值给定时间后才出现跳闸命令。瓦斯和温度等为非电量保护。 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，以确保继电保护动作正确和可靠，其范围为1.31.5。 发生故障时最小值和保护动作值之比为继电保护灵敏系数，通常为1.22，应依据设计规范要进行选择。8 总结 依据任务书基础要求，查阅教科书及大量规程、规范和相关资料，经过2星期艰苦努力，最终完成了设计任务，并形成了设计结果。 现在回过头看看，其间有酸甜苦辣，也有喜怒哀乐，尤其是理论基础不过硬，更是困难重重。在这次变电所继电保护课程设计中，我收益颇丰，不仅复习了以前学过知识并有所提升，而且对电力系统设计有了初步了解，对我们所学专业有了具体认识。尽管设计并不是十分完善，和实际相差还是比较大，比如在设计过程中没有考虑到经济效益问题，选址和环境等原因，不过我们掌握了其基础思绪，基础方法，设计步骤，最少能够加强我们分析和处理问题能力。以前在上课时候，老师常常强调在分析短路计算短路电流时应该画出系统简化图，不过我开始总认为这么做没必需，很浪费时间。不过，这次课程设计完全改变了我以前那种错误认识，以前我接触那些计算全部是很基础，不过在课程设计中碰到那些分析计算比较复杂，画出系统等效图是很有必需。因为经过系统等效图，在做设计过程中，我们每一步要做什么，每一步要完成什么计算全部有一个很清楚思绪，而且也有利于查错。参考文件1. 贺家李 宋从矩电力系统继电保护原理第三版北京：中国电力出版社2. 刘介才工厂供电设计指导北京：机械工业出版社3. 刘笙电气工程基础北京：科学出版社