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35KV变电站继电保护设计1


35kV 变电站继电保护毕业设计

广西大学本科毕业设计论文

中文摘要
继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量 (电流、电压、功率、频率等)的变化,构成继电保护动作的原理,也有 其他的物理量,如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度 的增大或油压强度的增高。大多数情况下,不管反应哪种物理量,继电 保护

装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。 继电保护及自动化是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工 况,以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用 有触点的继电器来保护电力系统及其元件(发电机、变压器、输电线 路等) ,使之免遭损害,所以沿称继电保护。基本任务是:当电力系 统发生故障或异常工况时, 在可能实现的最短时间和最小区域内,自 动将故障设备从系统中切除, 或发出信号由值班人员消除异常工况根 源,以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。

关键词:短路电流

继续保护

整定

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目录
中文摘要 第一章 绪论...............................................1 第二章 课程设计任务书....................................10 第三章 课程设计内容及其过程..............................11 3.1 变电所继电保护和自动装置规划.........................11 3.1.1.1 系统分析及继电保护要求..........................11 3.1.2 本系统故障分析....................................11 3.1.3 10KV 线路继电保护装置.............................16 3.1.4 主变压器继电保护装置设置..........................20 3.1.5 变电所的自动装置................................. 20 3.1.6 本设计继电保护装置原理概述........................20 3.2 短路电流计算........................................ 20 3.2.1 系统等效电路图....................................20 3.2.2 基准参数选定......................................20 3.2.3 阻抗计算(均为标幺值)........................... 20 3.2.4 短路电流计算.................................... 20 3.3 主变继电保护整定计算及继电器选择.................... 24 3.3.1 瓦斯保护........................................ .24 3.3.2 纵联差动保护.................................... .24 3.3.3 过电流保护...................................... 26 3.3.4 过负荷保护........................................26 3.3.5 冷却风扇自起动....................................26 第四章 照明及通风 .......................................31 第五章 监控系统..........................................32 第六章 监控系统厂家资料..................................33 第七章 课程设计总结......................................34 结束语...................................................35 致谢.....................................................36 参考文献.................................................37

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第一章 绪论
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。建国后,我国继电保护学科、继电保护设计、继电 器制造工业和继电保护技术队伍从无到有,在大约 10 年的时间里走过了 先进国家半个世纪走过的道路。50 年代,我国工程技术人员创造性地吸 收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术,建成了一 支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍,对 全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进 消化了当时国外先进的继电器制造技术,建立了我国自己的继电器制造 业。因而在 60 年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和 教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代,为我国继电保护技 术的发展奠定了坚实基础。自 50 年代末,晶体管继电保护已在开始研究。 60 年代中到 80 年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其 中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的 500kv 晶体管方向高频 保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护,运行于 葛洲坝 500 kv 线路上,结束了 500kv 线路保护完全依靠从国外进口的时 代。在此期间,从 70 年代中,基于集成运算放大器的集成电路保护已开 始研究。到 80 年代末集成电路保护已形成完整系列,逐渐取代晶体管保 护。到 90 年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位,这

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是集成电路保护时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路 工频变化量方向高频保护起了重要作用,天津大学与南京电力自动化设 备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条 220kv 和 500kv 线路上运行。我国从 70 年代末即已开始了计算机继电保护的研究, 高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北 电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京 电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。 1984 年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定,揭 开了我国继电保护发展史上新的一页,为微机保护的推广开辟了道路。 在主设备保护方面,东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、 发电机保护和发电机?变压器组保护也相继于 1989、1994 年通过鉴定, 投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于 1991 年 通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补 偿式方向高频保护,西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障 分量方向高频保护也相继于 1993、1996 年通过鉴定。至此,不同原理、 不同机型的微机线路和主设备保护各具特色,为电力系统提供了一批新 一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装 置的研究,在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以 说从 90 年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。 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。

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计算机化
随着计算机硬件的迅猛发展,微机保护硬件也在不断发展。原华北 电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了 3 个发展阶段:从 8 位单 cpu 结构的微机保护问世,不到 5 年时间就发展到多 cpu 结构,后又发展到 总线不出模块的大模块结构,性能大大提高,得到了广泛应用。华中理 工大学研制的微机保护也是从 8 位 cpu,发展到以工控机核心部分为基础 的 32 位微机保护。南京电力自动化研究院一开始就研制了 16 位 cpu 为 基础的微机线路保护,已得到大面积推广,目前也在研究 32 位保护硬件 系统。东南大学研制的微机主设备保护的硬件也经过了多次改进和提 高。天津大学一开始即研制以 16 位多 cpu 为基础的微机线路保护,1988 年即开始研究以 32 位数字信号处理器(dsp)为基础的保护、控制、测量 一体化微机装置,目前已与珠海晋电自动化设备公司合作研制成一种功 能齐全的 32 位大模块,一个模块就是一个小型计算机。采用 32 位微机 芯片并非只着眼于精度,因为精度受 a/d 转换器分辨率的限制,超过 16 位时在转换速度和成本方面都是难以接受的;更重要的是 32 位微机芯片 具有很高的集成度,很高的工作频率和计算速度,很大的寻址空间,丰 富的指令系统和较多的输入输出口。cpu 的寄存器、数据总线、地址总线 都是 32 位的,具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能, 并将高速缓存(cache)和浮点数部件都集成在 cpu 内。电力系统对微机保 护的要求不断提高,除了保护的基本功能外,还应具有大容量故障信息 和数据的长期存放空间,快速的数据处理功能,强大的通信能力,与其

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它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能 力,高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台 pc 机的功 能。在计算机保护发展初期,曾设想过用一台小型计算机作成继电保护 装置。由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差,这个设想是不现实 的。现在,同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量 大大超过了当年的小型机,因此,用成套工控机作成继电保护的时机已 经成熟,这将是微机保护的发展方向之一。天津大学已研制成用同微机 保护装置结构完全相同的一种工控机加以改造作成的继电保护装置。这 种装置的优点有:(1)具有 486pc 机的全部功能,能满足对当前和未来微 机保护的各种功能要求。(2)尺寸和结构与目前的微机保护装置相似,工 艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强,可运行于非常恶劣的工作 环境,成本可接受。(3)采用 std 总线或 pc 总线,硬件模块化,对于不 同的保护可任意选用不同模块,配置灵活、容易扩展。继电保护装置的 微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系 统要求,如何进一步提高继电保护的可靠性,如何取得更大的经济效益 和社会效益,尚须进行具体深入的研究。

网络化
计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱, 使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业 领域,也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止,除了 差动保护和纵联保护外,所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电

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气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件,缩小事故影响范围。这 主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概 念,这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故 障元件和限制事故影响范围(这是首要任务),还要保证全系统的安全稳 定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数 据,各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动 作,确保系统的安全稳定运行。显然,实现这种系统保护的基本条件是 将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来,亦即实现微机 保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。对于一般的 非系统保护,实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装 置能够得到的系统故障信息愈多,则对故障性质、故障位置的判断和故 障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间,也 取得了一定的成果,但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自 适应,必须获得更多的系统运行和故障信息,只有实现保护的计算机网 络化,才能做到这一点。对于某些保护装置实现计算机联网,也能提高 保护的可靠性。天津大学 1993 年针对未来三峡水电站 500kv 超高压多回 路母线提出了一种分布式母线保护的原理,初步研制成功了这种装置。 其原理是将传统的集中式母线保护分散成若干个(与被保护母线的回路 数相同)母线保护单元,分散装设在各回路保护屏上,各保护单元用计算 机网络联接起来,每个保护单元只输入本回路的电流量,将其转换成数 字量后,通过计算机网络传送给其它所有回路的保护单元,各保护单元

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根据本回路的电流量和从计算机网络上获得的其它所有回路的电流 量,进行母线差动保护的计算,如果计算结果证明是母线内部故障则只 跳开本回路断路器,将故障的母线隔离。在母线区外故障时,各保护单 元都计算为外部故障均不动作。这种用计算机网络实现的分布式母线保 护原理,比传统的集中式母线保护原理有较高的可靠性。因为如果一个 保护单元受到干扰或计算错误而误动时,只能错误地跳开本回路,不会 造成使母线整个被切除的恶性事故,这对于象三峡电站具有超高压母线 的系统枢纽非常重要。由上述可知,微机保护装置网络化可大大提高保 护性能和可靠性,这是微机保护发展的必然趋势。

保护、控制、测量、数据通信一体化
在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下,保护装置实际上就 是一台高性能、多功能的计算机,是整个电力系统计算机网络上的一个 智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据,也 可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任 一终端。因此,每个微机保护装置不但可完成继电保护功能,而且在无 故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能,亦即实现保 护、控制、测量、数据通信一体化。目前,为了测量、保护和控制的需 要,室外变电站的所有设备,如变压器、线路等的二次电压、电流都必 须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资,而 且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通 信一体化的计算机装置,就地安装在室外变电站的被保护设备旁,将被

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保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后,通过计算机网络 送到主控室,则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介 质,还可免除电磁干扰。现在光电流互感器(ota)和光电压互感器(otv) 已在研究试验阶段,将来必然在电力系统中得到应用。在采用 ota 和 otv 的情况下,保护装置应放在距 ota 和 otv 最近的地方,亦即应放在被保 护设备附近。ota 和 otv 的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号 后,一方面用作保护的计算判断;另一方面作为测量量,通过网络送到 主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一 体化装置,由此一体化装置执行断路器的操作。1992 年天津大学提出了 保护、控制、测量、通信一体化问题,并研制了以 tms320c25 数字信号 处理器(dsp)为基础的一个保护、控制、测量、数据通信一体化装置。

智能化
近年来,人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻 辑等在电力系统各个领域都得到了应用,在继电保护领域应用的研究也 已开始。神经网络是一种非线性映射的方法,很多难以列出方程式或难 以求解的复杂的非线性问题,应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在 输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线 性问题,距离保护很难正确作出故障位置的判别,从而造成误动或拒动; 如果用神经网络方法,经过大量故障样本的训练,只要样本集中充分考 虑了各种情况,则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、 进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法

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适当结合可使求解速度更快。天津大学从 1996 年起进行神经网络式继 电保护的研究,已取得初步成果。可以预见,人工智能技术在继电保护 领域必会得到应用,以解决用常规方法难以解决的问题。 课程设计的主要任务: 1.系统运行方式制定; 2.短路电流计算; 选基值、计算各元件标幺值、作序网络图、计算继电保护自动装置 的整定计算所需要的电气参数、作短路电流计算结果表。 3.继电保护自动装置配置及整定计算: 1)根据继电保护及自动装置设计技术规程组合本站一次设备配置 相应的继电保护及自动装置。作出继电保护及自动装置配置图。 2)选一台降压变压器进行整定计算(微机型)。 3)35kV 各线路相间短路保护的配置及整定计算; 4. 完成设计报告。

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第二章 课程设计任务书
第一节 设计基本资料
某一水电站网络如图 1 所示,已知:

主变 无穷大系统

主变

1.发电机为立式机组,功率因数 cos∮=0.8、∪N=6.3kV 次暂态电抗 X″=0.2,负序阻抗 X2=0.24; 2.水电站的最大发电容量为 2X5000kW,最小发电容量为 5000kW,正 常运行方式发电容量为 2X5000kW; 3.平行线路同时运行为正常运行方式; 4.变压器的短路电压均为 Uk=10%,接线方式为 Y,d11,变比 38.5/6.3kV; 5.线路正序电抗每公里均为 0.4Ω ;

第二节 设计内容
1. 系统运行方式制定; 2. 短路电流计算; 选基值、计算各元件标幺值、作序网络图、计算继电保护自动装置 的整定、计算所需要的电气参数、作短路电流计算结果表。 3.继电保护自动装置配置及整定计算: (一)根据继电保护及自动装置设计技术规程组合本站一次设备配 置相应的继电保护及自动装置。作出继电保护及自动装置配置图。 (二)选一台降压变压器进行整定计算(微机型)。 (三)35kV 各线路相间短路保护的配置及整定计算;
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4.编写设计说明书

第三节 设计依据:
1.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范》。

第四节 设计成果
课程设计说明书。

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第三章 课程设计内容及过程
第一节 变电所继电保护和自动装置规划 1.1 系统分析及继电保护要求:

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,所接负荷多为化工型,属一二类负荷居多。 1.1.1 继电保护的四项基本条件: 为保证安全供电和电能质量,继电保护应满足四项基本要求,即选择 性、速动性、灵敏性和可靠性。

1.2 本系统故障分析
1.2.1 系统线路主要的故障: 本设计中的电力系统具有非直接接地的架空线路及中性点不接地的 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。 1.2.2 电力变压器的故障: 分为外部故障和内部故障两类。 变压器的外部故障常见的是高低压套管及引线故障,它可能引起变 压器出线端的相间短路或引出线碰接外壳。 变压器的内部故障有相间短路、绕组的匝间短路和绝缘损坏。 1.2.3 变压器的不正常情况: 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 升及不允许的油面下降。 1.计算各侧额定电流

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38.5kV 侧:IN2= SN1/(√3*UB2) =20000/(√3*38.5) =299.92A 2.电流互感器接线方式 根据电流互感器二次回路接线的一般原则,接入保护装置时,110kV 侧采用△接线,38.5kV 侧采用△接线,11kV 侧采用 Y 接线。 3.电流互感器变比计算 38.5kV 侧:NLH2= kj* IN2/5 =√3*299.92/5 =519.48/5 4.选择电流互感器变比 38.5kV 侧: NLH2=600/5=120 5.二次额定电流计算 38.5kV 侧:In2=√3*299.92/120=4.329A

1.3 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: 1.3.1 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。 1.3.2 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。

1.4 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、灵敏及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: 1.4.1 主保护:

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瓦斯保护 (以防御变压器内部故障和油面降低) 纵联差动保护 、 (以 防御变压器绕组、套管和引出线的相间短路) 。 1.4.2 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) 。 1.4.3 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) 。

4.2.1、35kV 系统等值阻抗图如下:

4.2.2、353 保护整定计算
353 保护配置:瞬时方向过流闭锁电压速断保护,限时方向过流闭锁 电压速断保护和低压方向过流保护。 1. 瞬时方向过流闭锁电压速断保护按正常运行方式下,电压电流元件能 保护线路长度的 75%考虑。 保护在末端短路时,等效短路阻抗为 XD∑=(XL33+XL32+0.25*XL31)//(0.75*XL31)+XXTMAX =(0.92+1.0168+0.25*0.821)//(0.75*0.821)+0.7435 =1.2218 I IDZ =IDL31(0.75)

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=(IB2/ XD∑)*〔 (0.25*XL31+XL32 +XL33)/(XL33+XL32+XL31) 〕 =(1560/1.2218)*〔 (0.25*0.821+1.0168+0.92)/ (0.821+1.0168+0.92) 〕 =992(A) I UdZ =√3* IDZI*XL31*0.75 =√3*992*0.4*28.1*0.75 =14484(V) =14.484(kV) 电压元件用标幺值表示为: UdZ*I= UdZI/UB2 =14.484/37 =0.3915 检验电压元件的最小保护区,设其最小保护区为 ZU UdZ*I=ZU/(XXTMIN+ ZU) 0.3915= ZU/(0.718+ ZU) ZU=(0.3915*0.718)/(1-0.3915) =0.462 保护范围: LU= (ZA/XL31)*100% =(0.462/0.821)*100% =56.3% LU﹥15%,符合要求。 动作时限整定:TI=0S 2.限时方向电流闭锁电压速断保护整定 电流元件与下一线路配合: Idz353II=kkII*Idz355I =1.2*256 =307(A) 电压元件与下一线路配合时, Udz353II= (√3* Idz353II*XL31+ Udz355II)/Kph =(√3*307*0.4*28.1+12254)/1.1 =16573(V) =16.573(kV) 电压元件与 3B1、3B2 低压侧短路配合时, Idz353*II= Idz353II/IB2=307/1560 Udz353*II= Idz353*II*(XL31+X3B1)/KK =(307/1560)*(0.821+1)/1.2 =0.2986 II UDz353 =UDz353*II*UB2

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=0.2986*37 =11.0482(kV) 综合两种情况,取 UDz353II =11.0482(kV) 校验线路末端短路时,保护的灵敏度 KLMI、KLMU。 在最小运行方式下,环网运行,线路末端两相短路故障时, 流过本保护的故障电流最小。 IdMIN(2)= { (√3*/2)*IB2*(XL32+XL33)/(XL31+XL32+ XL33) }/{XXTMAX+XL31//(XL32+XL33) } ={ (√3*/2)*1560*(1.0168+0.92)/(0.821+0.92+ 1.0168) }/{0.7435+0.821//(0.92+1.0168) } =719(A) KLMI= IdMIN(2)/ Idz353II =719/307 =2.34 KLMI﹥1.3 在最大运行方式下,开环运行,线路末端三相短路故障时,母线残 压最高。 UCYMAX=XL31*UB2/(XXTMIN+XL31) =(0.821*0.37)/(0.718+0.821) =19.738(kV) UCYMAX﹥UdZII 校验最大运行方式下,闭环运行时线路末端三相短路故障时,母线残 压为: UCYMAX‘= (XL32+XL33) L31*UB2(XL31+XL32+XL33){XXTMIN+XL31// { *X / } / (XL32+XL33) } = { 1.0168+0.92 ) *0.821*37/ ( 0.821+1.0168+0.92 ) / ( } {0.718+0.821//(1.0168+0.92) } =16.479(kV) UCYMAX‘﹥ UdZII 不满足要求。因此改按正常运行方式下,保证本线路末端故障有足 够灵敏度整定。 (即环网时) Idz353II= IdMIN(2)/ KLMI =719/1.3 =553(A) II Udz353 = KLMU* UCYMAX =1.3*19.738 =25.659(kV) 3.低压方向过流保护整定计算

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计算流过线路 L31 的负荷电流 IFHN=2*7.5*100/(√3*35) =247(A) 考虑两台变压器不全同时满载运行时, (取同时系数为 0.7) ‘ IFHN =0.7*247=172.9(A) Idz353III=KK* IFHN‘/KH =1.1*172.9/0.85 =223.75(A) III Udz353 =0.7*UN =0.7*35 =24.5(kV) 检验线路末端故障时保护的灵敏度。 KLMI= IdMIN(2)/ Idz353III =719/223.75 =3.2 KLMIN﹥1.3 KLMU=24.5/19.738=1.24 KLMU﹥1.2 保护时限整定,与线路 L355III 段,3B1、3B2III 段配合 TIII=TIII355+△T=2.5+0.5=3(S)

1.5

变电所的自动装置

1.5.1 瞬时故障的继电保护: 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。 1.5.2 提高供电可靠性: 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

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断性, 保证人身设备的安全等, 本设计在 35KV 母联断路器 (DL1) 10KV 及 母联断路器(DL8)处装设备用电源自动投入装置(BZT) 。 1.5.3 保证系统电能质量 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 内,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 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。

1.6 本设计继电保护装置原理概述
1.6.1 10KV 线路电流速断保护:

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范围;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。 1.6.2 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 护范围以外的故障,其保护范围为本线路全部和下段线路的一部分。 1.6.3 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相同与否鉴别发生的故障;由

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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 在相继动作区内短路时,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。 1.6.4 变压器瓦斯保护:

是利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继电器来判别变压器内部 故障;当变压器内部发生故障时,电弧使油及绝缘物分解产生气体。故 障轻微时,油箱内气体缓慢的产生,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,油箱内产生大量的气体,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。 1.6.5 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等,相位相反,使 得流过继电器的电流为零;在变压器内部发生相间短路时,从电流互感 器流入继电器的电流大小不等,相位相同,使继电器内有电流流过。但 实际上由于变压器的励磁涌流、接线方式及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

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·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。

第二节 短路电流计算:
2.1 系统等效电路图:





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3 系统等效电路图 (各阻抗计算见 3.3)

2.2 基准参数选定:
S B =1000MVA,U B = U av 即:35kv 侧 U B =37kv,10kv 侧 U B =10.5kv。

2.3 阻抗计算(均为标幺值):
1) 系统:X1=100/200=0.5 X2=100/250=0.4 2) 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

2.4 短路电流计算:
1)最大运行方式:系统化简如图 4 所示。 其中: X9=X2+X3∥X4=0.719 X10= X1+X5∥X6=0.546 X11=X10∥X9=0.31 X12=X11+X7=1.5 据此,系统化简如图 5 所示。 故知 35KV 母线上短路电流: I d1max ? I B1 / X 11 ? 1.56 / 0.31 ? 5.032( KA) 10KV 母线上短路电流: I d 2 max ? I B 2 / X 12 ? 5.5 / 1.5 ? 3.667( KA) 折算到 35KV 侧: I d 21max ? I B1 / I12 ? 1.56 / 1.5 ? 1.04( KA) 对于 d3 点以炼铁厂计算: I d 3 max ? 5.5 /(1.5 ? 3.628) ? 1.073 KA) (

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图4

图5

2) 最小运行方式下:系统化简如图 6 所示。 因 S Ⅱ 停 运 , 所 以 仅 考 虑 S Ⅰ 单 独 运 行 的 结 果 ; X 13 ? X 9 ? X 7 ? 0.719 ? 1.19 ? 1.909 所以 35KV 母线上短路电流: I d1min ? I b1 / X 9 ? 1.56 / 0.719 ? 2.17( KA) 所以 10KV 母线上短路电流: I B 2 min ? I B 2 / X 13 ? 5.5 / 1.909 ? 2.88( KA) 折算到 35KV 侧: I d 21min ? I B1 / X 13 ? 1.56 / 1.909 ? 0.817( KA) 对于 d3 以炼铁厂进行计算: I d 3 min ? 5.5 /(1.909? 3.628) ? 0.282( KA)

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折 算 到 35KV

侧 :

I d 31min ? 1.56 /(1.909? 3.628) ? 0.282( KA)
图6

第三节 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 250~300 cm3 整定,本设计采用 280 cm3 。 重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为 0.6~1.5 cm3 整定本,本设 计采用 0.9 cm3 。 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。

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3.2.1 计算 Ie 及电流互感器变比,列表如下:
各侧数据 名 称 Y(35KV) 额定电流 变压器接线方式 CT 接线方式 CT 计算变比 实选 CT 变比 nl 实际额定电流 不平衡电流 Ibp 确定基本侧 基本侧 Δ (10KV)

I 1e ? S / 3U 1e ? 103 .9
Y Δ

I 2e ? S / 3U 2e ? 346.4 A
Δ Y

3I1e / 5 ? 180/ 5
200/5

I 2e / 5 ? 346.4 / 5
400/5

3I1e / 5 ? 4.50A
4.50-4.33=0.17A

I 2e / 5 ? 4.33

非基本侧

3.2.2 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 Idz1 ? K K Ibp ?????(1) 利用实用计算式: I dz1 ? K K (K fzq Ktx fi ? U ? fza)Id21max 式中: K K —可靠系数,采用 1.3;

K fzq —非同期分量引起的误差,采用 1;
K tx — 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。 Δ 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。 Δ 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

I dz1 ? 1.3 ? (1?1? 0.1 ? 0.05 ? 0.05) ?1.04 ? 270.4( A) 躲过变压 I dz1 ? K K I e ????????????????(2)

器空载投入或外部故障后电压恢复时的励磁涌流

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式中: K K —可靠系数,采用 1.3;

I e —变压器额定电流:
代入数据得

I dz1 ? 1.3 ?103.9 ? 135.1( A)

2)躲过电流互改器二次回路短线时的最大负荷电流

I dz1 ? K K Tf h max ???????? ????????(3)
式中: K K —可靠系数,采用 1.3;

I dz1 —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

I dz1 ? 1.3 ?103.9 ? 135.1( A) I dz1 ? 270.4( A)

比较上述(1)(2)(3)式的动作电流,取最大值为计算值, , , 即:

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: 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: 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

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,

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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

Wphis ? ? Wcdz / I e2 ? ? Wcdz ? 5 ? (4.5 / 4.33 ? 1) ? 0.19(匝)
故,取平衡线圈实际匝数 Wphz ? ? 0 工作线圈计算匝数 Wgz ? ? Wphz ? ? 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 ?f m

?f m ? (Wphis ? ? Wphz ? ) /(Wphis ? ? 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 差动保护灵敏度要求值 K1m ? 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

K1m ? 0.866K jx I d1min / I dz1 ? 0.866?1? 0.817/ 0.2771? 2.55 ? 2
足要求。



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3.3 过电流保护:
3.3.1 保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定

I dz ? K K I e1 / K h
代入数据得

式中: K K —可靠系数,采用 1.2;

K h —返回系数,采用 0.85; I dz ? 1.2 ?103.9 / 0.85 ? 146.7( A)

继电器的动作电流 Idzj ? I d z / n1 ? 146.7 /(40 / 3) ? 6.35( A) 电流继电器的选择:DL-21C/10 3.3.2 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 ? 128.4 ? 3 / 40 ? 5056 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。

3.5 冷却风扇自起动:
I dz ? 0.7I e1 ? 0.7 ?103.9 ? 72.74( A)

I dz1 ? I dz / n1 ? 72.74/(40/ 3) ? 3.15( A)
即,当继电器电流达到 3.15A 时,冷却风扇自起动。

保护整定计算
358 保护配置:瞬时方向过流闭锁电压速断保护,限时方向过流闭锁 速断保护和低压方向过流保护。

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1.瞬时方向过流闭锁电压速断保护按正常运行方式下,电压电流元 件能保护线路长度的 75%考虑。 保护区末端故障时等效短路电阻为 XD∑=(XL31+XL32+0.25*XL33)//(0.75*XL33)+XXTMAX =(0.821+1.0168+0.25*0.92)//(0.75*0.92)+0.7435 =1.2609 I IDZ =IDL33(0.75) =(IB2/ XD∑)*〔 (0.25*XL33+XL31 +XL32)/ (XL33+XL32+XL31) 〕 =(1560/1.2609)*〔 (0.25*0.92+1.0168+0.821)/ (0.821+1.0168+0.92) 〕 =928(A) UdZI=√3* IDZI*XL33*0.75 =√3*992*0.4*31.5*0.75 =15189(V)=15.189(kV) 电压元件用标幺值表示为: UdZ*I= UdZI/UB2 =15.189/37 =0.4105 检验电压元件的最小保护区,设其最小保护区为 ZU。 开环运行时,最大运行方式下电压元件保护区最小。 UdZ*I=ZU/(XXTMIN+ ZU) 0.4105= ZU/(0.718+ ZU) ZU=(0.4105*0.718)/(1-0.4105) =0.5 保护范围: LU= (ZU/XL33)*100% =(0.5/0.92)*100% =54.3% LU﹥15%,符合要求。 动作时限整定:TI=0” 2.限时方向电流闭锁电压速断保护整定 (a)电流元件与相邻的 L356 一线路配合: Idz358II=kkII*Idz356I =1.2*435 =522(A) (b)电压元件与相邻的 L356 一线路配合时, Udz358II= (√3* Idz358II*XL33+ Udz356II)/Kph =(√3*522*0.45*31.5+11246)/1.1

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=22638(V) =22.638(kV) (c)电压元件与 4B1、4B2 低压侧短路配合时, Idz358*II= Idz358II/IB2=522/1560 Udz358*II= Idz358*II*(XL33+X4B1)/KK =(522/1560)*(0.92+1)/1.2 =0.5354 II Udz358 =Udz358*II*UB2 =0.5354*37 =19.809(kV) (d) 综合两种情况,取 UDz353II =19.809(kV) (e)校验线路末端短路时,保护的灵敏度 KLMI、KLMU。 在最小运行方式下,环网运行,线路末端两相短路故障时,流过本保 护的故障电流最小。 IdMIN(2)= { (√3*/2)*IB2*(XL31+XL32)/(XL31+XL32+ XL33) }/{XXTMAX+XL33//(XL31+XL32) } ={ (√3*/2)*1560*(1.0168+0.821)/(0.821+0.92+ 1.0168) }/{0.7435+0.92//(0.821+1.0168) } =664(A) KLMI= IdMIN(2)/ Idz358II =664/522 =1.27 KLMI﹥1.2 在最大运行方式下,开环运行时线路末端三相短路故障时,母线残压 最高。 UCYMAX=XL33*UB2/(XXTMIN+XL33) =(0.92*37)/(0.718+0.92) =20.781(kV) UCYMAX﹥UdZII KLMU= UdZII/ UCYMAX =19.809/20.781 =0.95 KLMU﹤1.3 在最大运行方式下,闭环运行时线路末端三相短路故障时,母线残压 为: UCYMAX‘= (XL31+XL32) L33*UB2(XL31+XL32+XL33){XXTMIN+XL33// { *X / } / (XL31+XL32) } = { 1.0168+0.821 ) *0.92*37/ ( 0.821+1.0168+0.92 ) / ( } { (0.718+0.92)//(1.0168+0.821) }

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=17.04(kV) KLMU= UdZII/ UCYMAX’ =19.809/17.04 =1.16 KLMU﹤1.3 UCYMAX‘﹥ UdZII,不满足要求。因此改按正常运行方式下,保证本 线路末端故障有足够灵敏度整定。 (即环网时) II (2) Idz358 = IdMIN / KLMI =664/1.3 =511(A) Udz358II= KLMU* UCYMAX‘ =1.3*20.784 =27.015(kV) 保护动作时限整定 TII=0.5S 3.低压方向过流保护整定计算 (1)计算流过线路 L33 的负荷电流 IFHN=2*8*1000/(√3*35) =264(A) 考虑两台变压器不全同时满载运行时,取同时系数 0.7。 IFHN‘=0.7*264=184.8(A) 取 IFHN‘=190A Idz358III=KK* IFHN‘/KH =1.1*190/0.8 =245.88(A) Udz358III=0.7*UN=0.7*35=24.5(kV) 检验线路末端故障时保护的灵敏度。 KLMI= IdMIN(2)/ Idz358III =664/245.88 =2.7 KLMI﹥1.3 KLMU= Udz358III/ UCYMAX =24.5/20.781 =1.18 ≈1.2 KLMU≈1.2 保护动作时限整定,与线路 L32,356III 段(T356III=2.0S)配合 TIII358=TIII356+△T=2.0+0.5=2.5(S)

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第四章

照明及通风

站内的照明分电箱电源引接于站用低压配电屏,各照明配电箱分别 装设于中控室、10KV 配电室内。中控室采用成套荧光灯具,10KV 配电室 采用荧光照明,并装设事故照明壁灯。屋外配电装置和主变压器等,采 用高压钠灯照明,所区运输道路采用高压钠灯照明。 通风方面,主要以自然通风为主并考虑中控室夏季降温,装设 3 匹柜式空调,10KV 配电室装设 3 台轴流风机。

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第五章 监控系统
变电站监控系统选用微机型变电站自动化后台监控系。系统要求遵 循国际和国家的标准,才用全新的设计和开发技术,才用先进的计算机 硬件技术和网络技术推出的新型计算机监控系统。系统作为变电站自动 化的重要组成部分。要求后台监控系统基于意义一个分布式、可开展、 可异构的体系架构。 后台拟设置操作员和工程师工作站各一个。通过操作员工作站,运 行值班人员能实现对全站生产设备的运行监测和操作控制。工程师工作 站供维护人员进行系统的维护,完成数据库、系统参数的定义和修改: 报表的制作、修改以及网络的维护、系统诊断等工作。

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第六章

监控系统厂家资料

JDB 是具有先进的现场总线接口,基于微处理器技术开发研制的电机 保护与控制装置。由微处理器来执行电机的保护与控制功能,完成对电 机操作次数的统计、自诊断以及与上位机的通讯等。JDB 为电机提供的完 备保护,避免了因电机过载过热、堵转、欠压、轻载、断相、三相不平 衡、接地等可能故障导致的生产事故,最大限度地保证设备运行的有效 性与安全。JDB 采用 4-20mA 和 RS485 通讯接口设计,保证了与上位机、 PLC、DCS 通讯的快速可靠,同时能快速响应上位主机的实时查询等要求 并执行相应操作。使用简单方便,安全可靠。极大方便了对电机维护计 划的制定,降低了设备维护成本.

保护功能
热过载保护、断相保护、三相不平衡保护、堵转保护、欠电压保护、 过电压保护、接地故障保护、漏电保护、轻载保护、 空载保护。

控制功能
直接起动、星三角起动、自耦变压器降压起动、多方起动控制。

显示监测
运行状态、三相电流、线电压、漏电电流、故障信息、运行时间显示

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第七章 课程设计总结
一、完成了对变电所的自动装置、35kv 线路继电保护装置、主变压 器继电保护装置设置的设计;对短路电流的整定与计算以及主变继电保 护整定计算及继电器选择。 二、 通过本次课程设计对继电保护和电力系统自动化的课程设计有了 进一步的了解和掌握,通过对课本和参考书籍的翻阅,进一步提高了利 用手头资料亲自完成设计的能力,学会了分析原理接线图和展开图的分 析,也学会了画电气工程图,对继电保护有了更深层次的理解和掌握。 三、在设计中必须做到明确设计目的和题目要求;细心,做到严谨、 精确,反复修改,精益求精;使所学的理论知识更加透彻,从而加深对其 的理解;在设计中紧扣继电保护的四要求:速动性、灵敏性、可靠性、 安全性。 四、通过课程设计,本次课程设计以学生亲自动手设计为主,通过积 极查阅相关资料,科学的分析问题。因此培养了学习积极性、独立分析 问题、发现问题和解决问题的能力、合作沟通的能力,也增强了老师、 同学的交流沟通。 五、这次课程设计不仅是我们的理论知识得到了加强和巩固,同时, 也提高了我的综合思维能力,使我明白了学以致用的重要性。

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结束语
经过几个星期的努力,我终于完成了这个题目。在此过程中,我从 对变电站的生疏,到了解,再到深入研究,第一次完成了一件实际应用 的设计,感觉有不少的收获:1.巩固了以前学的专业知识,并在以前的 基础上理解的更加透彻,掌握的更加熟练;2.锻炼了自己的实际应用能 力,将课本上学到的理论知识和实际生产联系了起来; 3.增强了自己独立解决问题的能力。 虽然,在这个过程中我也曾遇到了不少困难,但是,在老师和同学 们的热情帮助和我自己的不懈努力下,所有的难题都被我逐个解决,我 也从中获得了胜利的喜悦。这也让我明白了一个道理:前途是光明的,道 路是曲折的,只有靠自己顽强拼搏的精神和坚持不懈的努力才能够到达 成功的彼岸。正所谓:天下无难事,只要肯攀登。只要有契而不舍的精 神,就没有办不到的事! 总之,我觉得我的毕业设计做的还是比较成功的,因为我有不小的 收获。就快要毕业了,也为我的大学画上一个完美的句号。在此,我还 要感谢在我做毕业设计的过程中,给与我帮助的老师和同学。

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在这次毕业设计中得到了各方面的支持和帮助。首先感谢毕业设计 的指导老师杨柳林,在他的悉心指导下,我出色地完成了毕业设计,他 的认真负责的教学态度使我们收益非浅。 我们在完成全部理论课程及各项实践训练后,进行的一项综合的训 练,目的是巩固、加深、提高所学的理论知识并灵活应用所学到的知识, 使我们能够综合应用本专业所学的专业基础课,专业课等课程的专业知 识,解决一个电气工程技术问题,巩固、深化和熟练所学的专业理论知 识与技能,并在毕业设计中得到灵活应用。 毕业设计是大学的最后一个教学环节,通过毕业设计既可以巩固理 论知识,又可以培养我们运用所学知识分析和解决工程实际问题的综合 能力,为我们走出校门后能够尽快适应工作岗位的要求,起到桥梁和纽 带作用。 在此,谨向杨柳林老师致以崇高的敬意和衷心的感谢,感谢他对我 的倾心指导,并提供了大量文献和资料,再加上本人利用所掌握知识进 行分析、综合整理而完成,但由于时间和水平的局限,设计中难免会有 不妥之处,敬请老师多批评指导。 通过这次毕业设计,我的理论知识得到了很大的提高,也得到了加 深与巩固,也使我的理论知识得以与实际相结合,这是一种升华。在做 这次毕业设计中,他们不仅教会我专业知识,还教会了我做人与处事方 面的道理,他们严谨的治学精神与对工作认真负责的态度都深深感染着 我。

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参考文献
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