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35kV变电所二次系统的初步设计


湖南工业大学本科毕业设计(论文)





本次设计根据原始资料,论述了供配电二次系统中的一些问题,并以变电所的最 佳运行为基础,依照有关规定和规范,作出了满足该地区供电要求的 35kV 变电所二次 系统的初步设计。毕业设计共分为八章,设计的思路是依据国家标准规范要求,确定全 厂计算负荷和无功补偿,拟定供配电方案,确

定变压器台数及容量,选择其规格型号, 规划变电所的二次接线及继电保护,选择主变压器及线路的保护方式,完成主变继电保 护整定计算和继电保护配置,并附上主线路接线图一张。本设计对主接线方式和二次 接线方式的选择,变压器的选择,还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感 器等的选择校验作了详细的说明。在该设计中,依据给定的系统情况,确定二次接线 及继电保护方案,变电所防雷过压保护与接地保护方案,此外,还引入 10KV 备用电源, 从而提高了整个变电所的安全性。 关键词: 供配电;二次系统;接线图

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ABSTRACT

According to the original data, the article stated some problems about secondary distribution system, and this article has designed the 35kV secondary substation system, based on the prime running condition and the related rules, which could meet the local supply. The diploma project could be divided into eight chapters. The project has set the load calculation and Var Compensator, designed the distribution plan, determined the number and volume of transformers, selected the type of transformer, planned the small wiring and the protective relay of the voltage transformer substation, ascertained the major transformer and the protected way of circuit, finished the main transformer ‘s setting calculation of relay protection and configuration , and attached the wiring diagram of the circuit. This project has made a minute explanation about the selection of the major and secondary mode of connection and transformers, and has exemplified the selection check of electric apparatus such as open circuit diagram, current transformer and voltage transformer. In this project, the plan of secondary wiring and relaying protection has been determined, also the method of lightening and overvoltage protection, along with the ground protection plan, has been ascertained on the basis of the given condition. What is more, 10kV back up power has been added into the system, which could raise the security of the transformer substation. Keywords: Power supply and distribution,second order system,wiring diagram

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第1章
1.1 概论

概论

随着我国国民经济的快速增长,用电也成为制约经济发展的重要因素,各地都在兴 建一系列供配电装置。变电所的规划、设计与运行的根本任务,是在发展计划的统筹规 划下,合理开发利用资源,用最少的支出为国民经济各部门与人民生活提供充足、可靠 和质量合格的电能。变电所由发、送、配等不同环节以及相应的通信、安全自动、继电 保护和调度自动化等系统组成,它的形成和发展,又经历规划、设计、建设和生产运行 等不同阶段。 众所周知,我国电力发展的起点很低,可是近年来随着社会的迅速发展,电力工业 也得到了很大的提高。截至 2009 年年底,我国电网规模超过美国,跃居世界第一位。 220V 千伏及以上输电线路回路长度 39.97 万千米、公用变电容量规模 16.5 亿千伏安, 最高输电电压等级不断提升,先后建成了 750 千伏、1000 千伏特高压、+800 千伏直流 输电线路。全国发电总装机容量达到 8.74 亿千瓦,装机容量和发电量已经连续 14 年居 世界第二位。水电装机容量 1.97 亿千瓦,稳居世界第一。水电开发水平、发电设备技 术和坝工技术均进入国际先进行列。国家电网、南方电网、华能集团跨入世界 500 强行 列,大唐集团接近 500 强的门槛。电力工业的快速发展还带动了我国装备制造业自主设 计、自主创新能力的大幅提升。我国大型空冷发电机组的开发应用居国际领先地位,并 成为世界上大型循环流化床锅炉应用最多的国家。 我国的城市电力网和农村电力网正在进行大规模的改造,与此相应,城乡变电所也 须进行更新换代,我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在,小型变电所、微机监 测变电所、综合自动化变电所相继出现,并取得了迅猛的发展。 供配电技术,就是研究电力的供应及分配的问题。电力,是现代工业生产、民用住 宅、及企事业单位的主要能源和动力,是现代文明的物质技术基础。没有电力,就没有 国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化,都是建立在电气化的基础之上的。因 此,电力供应如果突然中断,则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。故,作好 供配电工作,对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。 二次接线作为电气工程施工的一个部分、 分项工程, 在整个工程中虽不算核心作用, 但它的施工质量、进度等对整个工程有很大的影响,十分重要。

1.2 变电站二次系统设计的重要意义
变电站是电力系统组成的一个重要环节,它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。变电站能否安全运行关系到电力系统的稳定和安全。因此对变 电站进行监控和保护具有十分重要的意义。
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变压器是变电站重要的电气设备,由于变压器本身结构复杂、造价昂贵,一旦因故 障而遭到损坏,其检修难度大,检修时间长,将造成巨大的经济损失。近年来,随着电 力系统规模的扩大,电压等级的升高,大容量变压器应用日趋增多,对变压器保护有更 高的要求。 母线的安全可靠运行也会影响变电站的正常运转。当母线上发生故障时,如果不能 迅速切除故障, 将会破坏变电站的稳定运行, 严重时将造成电力系统的重大事故。 因此, 在重要的 35kV 及其以上的发电厂或变电所的母线上, 都需要装设专用的母线保护装置。 保护的合理配置以及整定计算是变电站继电保护设计的一个重要环节,保护的合理 设计与选型是保证电网安全稳定运行的基础,而保护定值的正确与否决定着保护装置能 否有效发挥作用。无论保护装置采用的原理多么先进,算法多么精确,硬件设计多么严 密可靠,如果给定的整定值是错误的,则保护装置就不可能正常工作,所以正确的继电 保护整定值是继电保护装置有效发挥作用的一个重要条件。因此掌握相关保护原理和正 确的整定计算是确定合理的保护配置方案设计的必要条件。

1.3 国内外有关变电站二次系统研究现状与发展
在变压器保护的配置上, 国内外采用的是基于微机成套的综合自动化装置对变压器 进行过电流保护、电流速断保护、纵联差动保护、单相接地保护和过负荷保护。例如, 许继、南瑞继保、北京四方等公司生产的相关产品。支持变电站需要的保护、测量、监 视、控制功能。在 35 千伏电压等级的变电所应用广泛。 母线保护配置方面, 微机型母线保护现在主要向着集中式布置和分散式布置两个方 向发展。 目前研制成功并投入运行的微机型母线保护装置国内产品主要有: 许继 WMZ-800 型微机保护装置,国电南自 WMZ-41A、WMZ-41B 型微机母线保护装置,深圳南瑞 BP-2A、 BP-2B 型微机母线保护装置,南瑞继保 RCS-915 型微机母线保护装置等;国外产品有: 国外西门子(Siemens)公司研制的 SIPROTEC 7SS60 型集中式微机母线保护和 7SS52 型 分布式微机母线北京和断路器失灵保护,通用(GE)电气公司的 B30 和 B90 型微机母线 差动保护,ABB 公司 REB500 型分布式微机母线和断路器失灵保护等。 近年来非常规互感器、 IEC61850 标准、 网络通信技术和智能断路器技术的发展对变 电站综合自动化系统的应用有巨大的突破。这些新技术在常规变电站系统应用技术上突 破了“瓶颈” ,引领未来变电站综合自动化系统的发展趋势,变电站综合自动化系统所 涉及的监控、远动、继电保护、自动安全装置设备的可靠性、实时性、经济性将得以迅 速提高。

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1.4 本次二次系统设计的要求及内容
1.4.1 简述
本电力系统应包括变电、配电以及相应安全自动、继电保护、调度自动化等设施。 在国家发展计划的统筹规划下, 合理的开发资源, 用最少的资金为工厂提供充足、 可靠、 合格的电能。本次设计主要是对某地区供配电系统的二次部分进行设计。

1.4.2 原始资料
搜集设计需要的基础资料,作全厂负荷计算,并向电业部门提出用电申请,就有关 供用电细节问题与电业部门签订协议,以此协议作设计依据。 1.电源:工厂东北方向 2 公里有一降压变电所 110/35/10/kV,1×2150KVA 变压器 作为工厂主电源, 允许用 35KV 或 10KV 中一种电压,以单回架空线向工厂供电。此外, 由正北方向其他工厂引入 10KV 电缆作为备用电源,平时不准投入,只在该厂的主电源 发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电,输送容量不得超过全厂计算负荷的 20%。 2.负荷类型:本厂除三车间和五车间有部分二级负荷外,其余均为三级负荷。 3.工厂为两班制,全年工作时数为 4500h,最大负荷利用时数为 4000.(参考值) S II Dmax=220MVA:供电线路:L1=L2=15km,L3=L4=18km,线路阻抗:XL=0.4Ω /km 10KV 母线负荷情况,见表 1.1。 表 1.1 10KV 母线负荷情况
负荷名称 化肥厂 染料厂 配电所 化纤厂 电器厂 最大负荷(Kw) 1440 1100 1200 2000 1200 功率因数 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85

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第2章

负荷的计算及无功功率的补偿

2.1 电力负荷的分级
工厂的电力负荷,按 GB 50052/95《供配电系统设计规范》规定,根据对供 电可靠性及中断供电在政治、 经济上造成的损失或影响的程度进行分级,负荷可 以分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。 1) 符合下列情况之一时,应为一级负荷: a) 中断供电将造成人身伤亡时。 b) 中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。 c) 中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。 2) 符合下列情况之一时,应为二级负荷: a) 中断供电将在政治上、经济上造成较大损失时。 b) 中断供电将影响重要用电单位的正常工作。 3) 符合以下情况时,应为三级负荷: 不属于一、二级负荷者为三级负荷。

2.2 负荷计算的目的和意义
计算负荷是一个假想的持续负荷, 其热效应与同时间内实际变动负荷所产生 的热效应相等。 在供配电系统中, 30min 的最大计算负荷作为选择电气设备的 以 依据, 并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用,即可在正常情况下长期运 行。一般将这个最大计算负荷简称计算负荷 Pc。 负荷计算的目的是: 1)计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率,作为选择变压器容量的 依据。 2)计算流过各主要电气设备(断路器、隔离开关、母线、熔断器等)的负荷 电流,作为选择这些设备的依据。 3)计算流过各条线路(电源进线、高低压配电线路等)的负荷电流,作为选 择这些线路电缆或导线截面的依据。 4)计算尖峰负荷,用于保护电器的整定计算和校验电动机的启动条件。 5)为电气设计提供技术依据。计算负荷是工程设计中按照发热条件选择导
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线和电气设备的依据。 计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量 程。依据,也是整定继电保护的重要依据。计算负荷确定的是否正确,直接影响 到电器和导线的选择是否经济合理。正确进行负荷计算是供电设计的前提,也是 实现供电系统安全、经济运行的必要手段。如果计算负荷确定的过大,将使电器 导线电缆选得过大, 造成投资和有色 金属的浪费,而变压器负荷率较低运行时, 也将造成长期低效率运行。如果计算 负荷确定的过小,又将使电器和导线处于 过负荷运行,增加电能损耗,产生过热,导致绝缘过早老化甚至产生火灾,造成 更大的经济损失。因此,正确确定计算负荷具有很大的意义。

2.3 工厂负荷的计算
根据已知数据表 1.1 可知工厂有功功率为: Pc=????????????????????????????? Kw 已知 cos ? ?????,可算出 tan ? ????? 故无功计算负荷为:

Qc ?? Pc tan ? ????? ? ???????????KVAR
故视在功率为:

Sc = Pc / cos ? =6900/0.85=8117.6KVA
其中

Pc -----有功计算负荷,单位为 kW
Qc -----无功计算负荷,单位为 kvar

Sc -----视在计算负荷,单位为 kVA
cos ? ---用电设备组的平均功率因数

tan ? ----用电设备组平均功率因数的正切值

2.4 无功功率补偿
工业与民用用电设备中, 有大量设备的工作需要通过向系统吸收感性的无功 功率来建立交变的磁场, 这使系统输送的电能容量中无功功率的成分增加,在系 统变配电设备及输送线路规格一定的情况下,直接影响到有功功率的输送。

2.4.1 无功补偿的选择
要使供配电系统的功率因数提高,一般可从两个方面采取措施。一是提高用 电设备的自然功率因数, 自然功率因数是指不用任何补偿装置时的功率因数;一
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是采取人工补偿的方法使使总功率因数得以提高, 总功率因数是指采用了补偿装 置后得到的功率因数。

2.4.2 无功补偿的计算
本设计采用提高自然功率因数的方法提高功率因数。 要将功率因数提高到 0.9,暂取 0.92 来计算所需无功功率补偿容量: 将 cos ? 由????提高到????所需的无功补偿容量为:?

?qc =tan? -tan??? tan arccos0.85- tan arccos0.92=0.191 QC = ??qc Pc =0.85*0.191*6900=1120.215
补偿后总的视在计算负荷为:

SC = Pc ? ?Qc ? QC ? =6808.46KVA
2 2

项目 补偿前负荷 无功补偿容量 补偿后负荷

cos ?
0.85

计算负荷

Pc /kW
6900

QC /kvar
4278 -1120.215

SC /kV·A
8117.6

0.92

6900

3157.785

6808.46

由上表可得, 本次设计工厂内变电站变压器容量应选用 8000kVA 节能油浸式 变压器

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第 3 章 主接线选择及短路计算

3.1 电气主接线的概述
电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、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、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作 用。一般在研究主接线方案和运行方式时,为了清晰和方便,通常将三相电路图 描绘成单线图。在绘制主接线全图时,将互感器、避雷器、电容器、中性点设备 以及载波通信用的通道加工元件(也称高频阻波器)等也表示出来。

3.2 供电方案的论证
由于本地区仅能提供 35kV 或 10kV 中的一种电压, 所以将两种电压的优缺点 扼要分析如下: 35KV 与 10KV 供电特点: 方案一:采用 35kV 电压供电的特点 1. 供电电压较高,线路的功率损耗及电能损耗小,年运行费用低; 2. 电压损失小,调压问题容易解决; 3. 对 cos ? 的要求较低,可以减少提高功率因数补偿设备的投资; 4. 需建设总降压变电所,工厂供电设备便于集中控制管理,易于实现自动 化,但要多占一定的土地面积; 5. 根据运行统计数据,35kV 架空线路的故障比 10kV 架空线路的故障低一 半,因而供电的可靠性高; 6. 有利于工厂的进一步扩展 方案二:采用 10kV 电压供电的特点 1. 不需要投资建设工厂总降压变电所,并少占土地面积; 2. 工厂内不装设主变压器,可简化接线,便于运行操作; 3. 减轻维护工作量,减少管理人员; 4. 供电电压较 35kV 低,会增加线路的功率损耗和电能损耗,线路的电压 损失也会增大 5. 要求 cos ? 的值高,要增加补偿设备的投资 6. 线路的故障比 35kV 的高,即供电可靠性不如 35kV。

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由上述分析计算可知,方案二以 10kV 电压供电,电压损失达到了极为严重 的程度,无法满足二级负荷长期正常运行的要求。因此,选用方案一,即采用 35kV 电压供电,建设厂内总降压变电所,从技术上来看,是合理的。

3.3 变电所一次部分设计基本参数
3.3.1 变电站的主接线形式
35kV 变电站的电气主接线:35kV 侧为线路变压器组接线,10kV 侧为单母分 段接线。 主供变压器出线接在 10kV I 段母线上,10kV 备供进线接在 10kV II 段母线 上(该工厂三级负荷位于 10kV I 段母线上,二级负荷位于 10kV II 段母线上)。 平时 I、II 段母线上负荷均由主供变压器供电;备供进线刀开关与母线间联络刀 开关可靠闭锁,不准投入, 只在该厂的主电源发生故障或检修时提供照明及部分 重要负荷用电,输送容量不得超过全厂计算负荷的 20%。 (电气一次接线图详见 附录 1)

3.3.2 变电站的主变压器
变电站变压器选用 1 台 S11 系列变压器 表 4.1 变压器参数
变压器型号 SZ7-8000/35 联结组标号 YNd11 额定电压(kV) 38.5±2×2.5% 阻抗电压(%) 7.5 损耗(kW) 空载 12.3 负载 47.5

3.4 三相短路电流
3.4.1 三相短路冲击电流
三相短路冲击电流:短路电流峰值或短路全电流瞬时最大值,用 ish 表示。 公式: ish K sh i p 式中, i p 为短路电流周期分量的有效值; K sh 为短路电流冲击系数。 在工程计算中,当高压电网短路时,取 K sh =1.8;在发电机端部发生短路时, 取 K sh =1.9;在低压电网中短路时,取 K sh =1.3。 当 K sh =1.9 时, ish =2.69 i p 当 K sh =1.8 时, ish =2.55 i p 当 K sh =1.7 时, ish =1.84 i p
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三相短路全电流: 是指稳态短路电流, 包括两部分: 周期分量和非周期分量。 短路电流非周期分量衰减完后的短路全电流,其有效值用 I∝表示。在无限大容 量系统中, 由于系统母线电压维持不变,所以短路后如何时刻的短路电流周期分 量的有效值(习惯用表示)始终不变,所以有 I″= I∝= Ip =Ik 式中,I″为暂态短路电流或是超瞬变短路电流,它是短路瞬时三相短路电 流周期分量的有效值。

3.4.2 短路计算

图 3.3 系统等效电路图

确定基准值: S d ? 100MVA,U C1 ? 35KV ,U C 2 ? 10.5KV ,
而I d 1 ? S d / 3U c1 ? 100MVA /( 3 ? 35KV ) ? 1.56KA I d 2 ? S d / 3U c 2 ? 100MVA /( 3 ? 10.5KV ) ? 5.25KA

计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值: 系统取基准容量 SB=100MVA,基准电压:UBH=38.5KV、UBL=10.5KV 由已知得:单位长度电抗平均值 XL=0.4,SIDmax=300MVA,SIIDmax=220MVA
? 2 线路电抗标幺值 X L ? X L ? L1 ? Sd / UC1 ? 0.4×2×100/35?=0.065

1. 当 K1 点短路: 因为短路容量 SIDmax=300MVA,则有 300=
S d 100 ? ,得 X 1? ? 0.33 X 1? X 1?

? ? 所以系统总电抗为 X ? ? X1? ? X L ? 0.33+0.065=0.395

又因为短路电流周期分量的有名值为: I p ?

Id , ? X?

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得 Ip ?

1 100 ? ? 14.6KA 0.395 3 ?10

冲击电流 ish ? K sh 2 I p ? 1.8× 2 ×14.6=37.16KA 短路稳态电流为 I∝=
所以 I K ? I∝=5.736KA

Ip 2 ? K sh

?

14.6 ? 5.736KA 2 ?1.8

2. 当 K2 点短路: 因为短路容量 SIIDmax=220MVA,则有 220=
S d 100 ,得 X 1? ? 0.45 ? X 1? X 1?

? ? 所以系统总电抗为 X ? ? X1? ? X L ? 0.45+0.065=0.395

又因为短路电流周期分量的有名值为: I p ?
1 100 ? ? 6.74KA 1.05 3 ? 10

Id , ? X?

得Ip ?

冲击电流 ish ? K sh 2 I p ? 1.8× 2 ×6.74=17.14KA 短路稳态电流为 I∝=
所以 I K ? I∝=2.65KA

Ip 2 ? K sh

?

6.74 2 ? 1.8

? 2.65 KA

表 3.1 短路电流结果汇总表
系统 运行方式 最大运行 K1 K2 短路点 三相短路电流/KA

IK
5.736 2.65

ish
37.16 17.14

I?
5.736 2.65

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第4章

高低压电气设备选择

4.1 高低压熔断器的选择与校验
一、 熔体电流的选择 通常电力线路的末端多为单台电动机或电动机组负荷。国际 GB50055— 93《通用用电设备配电设计规范》规定:保护交流电动机的熔断器熔体额定 电流“应大于电动机的额定电流,且其安秒特性曲线计及偏差后略高于电动 机起动电流和起动时间。当电动机频繁起动和制动时,熔体的额定电流还应 加大 1-2 级” 据此, 。 保护电力线路的熔断器熔体电流可按下列条件进行选择。 ①熔体额定电流(IN.FE)应大于线路的计算电流,即 IN.FE ? I30 ②熔体额定电流应躲过线路的尖峰电流。由于尖峰电流是短时最大工作电 流,考虑熔体的熔断需要一定的时间,因此满足躲过尖峰电流的条件为

1. 保护电力线路的熔断器熔体电流的选择

IN.FE ? KIpk
式中 K——小于 1 的计算系数。 对单台电动机的线路:当电动机起动时间 tst<3s 时,取 K=0.25~0.35 当 tst=3s~8s 时,取 K=0.35~0.5 当 tst >8s 或电动机为频繁起动、反接制动时,取 K=0.5~0.6 对多台电动机的线路:取 K=0.5~1。 ③熔体额定电流与被保护线路的配合。当线路过负荷或短路时,为保证绝缘 导线或电缆不致因过热烧毁而熔断器不熔断的事故发生,要求

IN.FE ? KOL Ial
式中 Ial——绝缘导线和电缆的允许载流量; Kol ——绝缘导线和电缆的允许短时过负荷系数。 若熔断器公作短路保护,对电缆和穿管绝缘导线取 2.5,对明敷绝缘导线取 1.5;若熔断器除作短路保护外,还兼作过负荷保护时可取 1;对有爆炸性气体 区域内的线路,则应取 0.8。 如果按所选择的熔体电流不满足上式的配合要求, 可依据具体情况改选熔断 器的型号规格,或适当加大绝缘导线和电缆的截面。
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2. 保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择 对于 6~10KV 的电力变压器,容量在 1000KV·A 用以下者,均可在高压 侧装设熔断器作短路及过负荷保护,可按下式选择熔体的额定电流。

IN.FE=(1.5~2.0)I1N.T
式中 IIN,T—— 电力变压器的额定一次电流。 综合考虑了以下三个方面的因素: ① 熔体额定电流应躲过变压器允许的正常过负荷电流; ② 熔体额定电流应躲过来自变压器低压侧电动机自起动引起的尖 峰电流; ③ 熔体额定电流应躲过变压器空载投入时的励磁涌流。 3. 保护电压互感器的熔断体电流的选择 由于电压互感器正常运行时二次侧接近于空载, 因此保护电压互感器的熔断 熔体额定电流一般选 0。5A。 二、 熔断器的选择及校验 (1) 熔断器的额定电压大于或等于安装处的额定电压。 (2) 熔断器的额定电流应大于或等于它所安装熔体的额定电流。 (3) 熔断器的类型应与实际安装地点的工作条件及环境条件(户内、 户外)相适应。 (4) 熔断器应满足安装处对断流能力的要求,为此熔断器需进行断流 能力的校验。 ①对“限流式”熔断器可按下式进行校验:
' IOC ? I K' ( 3 )

式中 IOC 熔断器的最大分断电流;
' ) I K' ( 3 熔断器安装处三相次暂态短路电流有效值,在无限大容量系统中 ''(3) (3) I K ? I?

②对“非限流式”熔断器可按下式进行校验:
3 ) IO C ? I ( S H (3) 式中 I SH

熔断器安装处三相短路冲击电流有效值。

③对具有断流能力上下限断器可按下式进行校验:

Io c m a ? I ( s3 h) . m a x . x

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Io c m i ? I . n

sh . mi n

式中 Ioc.max ——熔断器最大分断电流有效值;

I oc. m i——熔断器最小分断电流有效值; n
( ) I sh.3 m a ——熔断器安装处最大三相短路冲击电流有效值; x
( ) I sh3 m i n—— 熔断器安装处最小三相短路冲击电流有效值。对 IT 系统 .

(中性点不接地系统)取最小两相短路电流;对 IT 或 TN 系统(中性点接地系 统)取单相短路电流或单相接地短路电流。 (5)熔断路应满足保护灵敏度的要求,以保证在保护区内发生短路故障时 能可靠地熔断。保护灵敏度可按下式进行校验:

SP ?

Ik. m i n IN. F E

式中 I k .min 被保护线路末端在系统最小运行方式下的最小短路电流。 TT、 对 TN 系统取单相短路电流或单相接地故障电流; IT 系统取两相短路电流; 对 对安 装在变压器高压侧的熔断器, I k .min 取低压侧母线的两相短路电流折算到高压侧 之值。 此外,前后级熔断器之间还应满足选择性配合的要求,即线路发生故障时, 靠近故障点的熔断器先熔断, 切除故障, 从而使系统其他部分迅速恢复正常运行。

4.2 低压开关设备的选择与校验
低压开关设备的选择与校验,主要指低压断路器、低压刀开关、低压刀熔开 关以及低压负荷开关的选择与校验。下面重点介绍低压断路器的选择、整定与校 验。 (1) 低压断路器过电流脱扣器的选择 过电流脱扣器的额定电流 I N .OR 应大于等于线路的计算电流,即 I N .OR ? I30 (2) 低压断路器过电流脱扣器的整定 ①瞬间过电流脱扣器支作电流的整定,瞬时过电流脱扣器的动作电流 应躲过线路的尖峰电流 I pk ,即

Io p 0 )? K c oI (

pk

式中 K co 可靠系数。对动作时间在 0.02s 以上的 DW 系列断路器可取 1.35; 对动作时间在 0.02s 及以下的 DZ 系列断路顺宜取 2~2.5。 ②短延时过电流脱扣器动作电流和时间的整定, 短延时过电流脱扣器的动作
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电流 I op ( s ) 应躲过线路的尖峰电流 I pk 即

Iop ( s ) ? Kco I pk
式中 K co ——可靠系数,取 1.2。 短延时过电流脱扣器的动作时间分 0.2s、0.4s 及 0.6s 三级,通常要求前一 级保护的动作时间比后一级保护的动作时间长一个时间级差(0.2s) 。 ③长延时过电流脱扣器动作电流和时间的整定, 长延时过电流脱扣器一般用 于作过负荷保护,动作电流 仅需躲过线路的计算电流,即

Io p 1 )? K c oI 3 0 (
式中 K co ——可靠系数,取 1.1。 动作时间应躲过线路允许过负荷的持续时间,其动特性通常为反时限,即过 负荷电流越大,动作时间越短。 ④ 过电流脱扣器与被保护线路的配合,当线路过负荷或短路时,为 保证绝缘导线或电缆不致因过热烧毁而低压断路器的过电流脱扣器拒动 的事故发生,要求

Io p ? K O LI

al

式中 I al 为绝缘导线或电缆的允许载流量; 对瞬时和短延时过电 KOL 为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷系数。 流脱扣器取 4.5;对长延时过电流脱扣器取 1;对保护有爆炸性气体区域内的线 路,取 0 .8。 如果按式所选择的过电流脱扣器不满足上式的配合要求, 可依据具体情况改 选过电流脱扣器的动作电流,或适当加大绝缘导线或电缆的截面。 (3) 低压断路器热保护脱扣器的选择 热脱扣器的额定电流 I N .HR 应大于等于线路的计算电流,即

I N . H R? I 3 0
(4) 低压断路器热保护脱扣器的整定期 热保护脱扣器用于作过负荷保护, 其动作电流 I op.HR 需躲过线路的计 算电流,即

Io p .

HR

? K

C3 0 O

I

式中 KCO 可靠系数,通常取 1.1,但一般应通过实际测度进行调整。 (5) 低压断路器型号规格的选择与校验 A. 断路器的额定电压应大于或等于安装的额定电压。 B. 数路器的额定电流应大于或等于它所安装过电流脱扣器与热脱
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扣器的额定电流。 C. 断路器应满足安装处对断流能力的要求。 对动作时间在 0.02s 以上的 DW 系列断路器,要求
3 Io c ? I ( K )

式中 I oc ——断路器的最大分断电流;
(3) I K ——断路器安装处三相短路电流稳态值。

对动作时间在 0.02s 及以下的 DZ 系列断路器,要求
(3) Io c ? I ( s3 h) 或 ioc ? ish

(6) 低压断路器还应满足保护对灵敏度的要求 以保证在保护区内发生短路故障时能可靠动作,切除故障。保护灵 敏度可按下式进行校验

SP ?

Ik. m i n ?K I op

式中 I op —— 低压断路器瞬时或短延时电流脱扣器的动作电流; K——保护最小灵敏度,一般取 1.3;

I k . m i n被保护线路末端在单相接地电流;对 IT 系统取下两相短路电流

4.3 电流互感器的选择与校验
1. 电流互感器应按以下条件选择。 (1) 电流互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。 (2) 电流互感器的额定电流应大于或等于所接线路的额定电流。 (3) 电流互感器的类型和结构应与实际安装地点的安装条件、环境条 件相适应。 (4) 电流互感器应满足准确度等级的要求。 为满足电流互感器准确度等级的要求,其二次侧所接负荷容量 S2 不得大于 规定准确度等级所对应的额定二次容量 S2N,即 S2N ? S2 电流互感器的二次负荷 S2 按下式计算
2 2 S2 ? I2 N Z2 ? I2 N (? Zi ? RWL ? RXC )

式中 I 2 N ——电流互感器二次侧额定电流,一般为 5A

Z 2 ——电流互感器二次侧总阴抗;
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?Z

i

——二次回路中所有串联的仪表、继电器电流线圈阻抗之和,

可由相关的产品样本查得;

RWL ——电流互感器二次侧连接导线的电阻; RXC ——电流互感器二次回路中的接触电阻,一般取 0.1 ?
2. 电流互感器应按以下条件校验动、热稳定度 多数电流器给出了相对于额定一次电流的动稳定倍数(Kes)和 1 秒钟热稳 定倍数(Kt),因此其动稳定度可按下式校验

Kes ? 2I1N ? ish
其热稳定度可按下式校验
(3) ( Kt I1N )2 t ? I ? tima
2

如电流互感器不满足式上面式子的要求, 则应改选较大变流比或具有较大的 S2N 或|Z2.al| 的互感器,或者加大二次侧导线的截面。

4.4 电压互感器应按以下条件选择
① 电压互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。 ② 电压互感器的类型应与实际安装地点的工作条件及环境条件(户内、 户外;单相、三相)相适应。 ③ 电压互感器应满足准确度等级的要求。 ④ 为满足电压互感器准确度等级的要求, 其二次侧所接负荷容量 S2 不 得大于规定准确度等级所对应的额定二次容量 S2N ,即 S2N ? S2 其中 式中
S2 ? (? Pu )2 ? (? Qu ) 2

? P ——
u

的接侧量仪表和继电器电压线圈消耗的有功功率之和;

?Q

u

——所接测量仪表和继电器电压线圈消耗的无功功率之和。

由于电压互感器一、二侧均有熔断器保护,因此不需校验动、热稳定度。 根据上述短路电流计算结果,按正常工作条件和按工作条件选择和短路情况 校验确定的总降压变电所高,低压电气设备如下:

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4.5 主变压器保护装置的选择表
主变 35kV 侧设备如表 4.1 所示。 表 4.1 主变 35kV 侧设备如下所示
设备名称及型号 计算数据 高压断路器 SW2-35/1000 隔离开关 GW2-35G 电压 互感 器 JDJJ35 35kV 电流互感器 LCW-35 避雷器 FZ-35

U=35kV I30=

35kV =82.48A 1000A 24.8kA 1500MV·A 63.4kA

35kV 600A

35kV 150/5

35kV

SN 3U N1

3 I k(1) ? 6.05kA 3 S k(1) ? 387.89kA

i (3) ? 15.43 sh

50kA
100 ? 2 ?150 ? 21.2kA

I

(3)2 ? ? ma

t

= 6.05 ? 0.7
2

I t ? 24.8 ? 4
2 t 2

''

14 ? 5
2

''

I t2t ? (65 ? 0.15) 2 ?1''

②主变 10kV 侧设备(主变压器低压侧及备用电源进线)如表所示。该设备 分别组装在高压开关柜 GG-1A (F) 其中 10kV 母线按经济电流密度选为 LMY-3 中。 (50×5)铝母线,其允许电流 740A 大于 10kV 侧计算电流 288.7 A,动稳定均 满足要求。10kV 侧设备的布置,排列顺序及用途如下图所示: 表 4.2 10kV 侧电气设备
设备名称及型号 计算数据

高压断路器 10 kV

隔离开 关 10 kV 600A 30 kA

电流互感器 10 kV

隔离开 关 10kV

备 注 采用 GG-1A (F)高 压开关 柜

U=10kV

I 30 ?

SN 3U N 2

? 288.7 A 600A
16kA 300M ? VA 40kA

400/5, 300/5 600A 30 kA

I k(3) ? 3.80KA 2 Sk(3) ? 69.07M ? VA 2
(3) ish =9.69kA

52 kA

57 kA

52 kA

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(3)2 I? t? ma ? 3.322 ? 0.7

It2t ? 162 ? 2''

202 ? 5''

(100 ? 0.3)2 ?1''

202 ? 5''

③10kV 馈电线路设备选择。以去一车间的馈电线为例,10kV 馈电线路设备 如下 该设备组装在 11 台 GG-1A(F)型高压开关柜中,其编号,排列顺序及用途见图 所示。 表 4.3 10kV 馈电线路设备 设备名称及型号 高压断路器 隔离开 电流互感器 电力电缆 关 计算数据 SN10-10/60 LDC-10/0.5 ZLQ20-10-3 ? 25 0 CN6-10T /600 U=10kV 10 Kv 10 Kv 10 kV 10 kV

I 30 ?

SN 3U N 2

? 36.37 A

600A 16kA 300MV ? A 40kV

600A 30 Ka

300/5

80A

I k(3) ? 3.32KA 2 Sk(3) ? 60.32M ? VA 2
(3) ish =8.47kA (3)2 I? t? ma ? 3.322 ? 0.2''

52kV

135 ? 3 ? 0.3

Amin=18.7 mm2
<A=25 mm
2

It2t ? 162 ? 2'' 202 ? 5''

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第 5 章 母线保护的设计

5.1 母线差动保护

图 5.2 母差保护接线示意图 差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路。 母线大差是指除母联开关 和分段开关外所有支路电流所构成的差动回路。 某段母线的小差是指该段母线 上所连接的所有支路(包括母联和分段开关)电流所构成的差动回路。母线大差 比率差动用于判别母线区内和区外故障,小差比率差动用于故障母线的选择。 动作判据为:

?I
J ?1 M J ?1

M

J

? I cdzd
M

?IJ ? K? IJ
J ?1

式中:K 为比率制动系数;I j 为第 j 个链接元件的电流;I cdzd 为差动电流定 值。 当动作电流与制动电流对应的工作点位于双折线上方,继电器动作。内部短 路时,根据基尔霍夫第一定律,动作电流是内部短路电流,继电器能动作。外部 短路时,根据基尔霍夫第一定律,动作电流在理想情况下为零,继电器不动作。

5.2 断路器失灵保护

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图 5.3 断路器失灵保护示意图

1)如果变压器内故障 3 断路器失灵,假如没有断路器失灵保护,2、9 线路保 护Ⅱ段或Ⅲ段跳闸, 变压器后备保护动作跳变压器。加长了故障切除时间并造成 变电站全停。 2)用断路器失灵保护切除 5、8 断路器可保留Ⅰ母继续运行又加快了故障切 除时间。 3)断路器失灵保护判据为:有保护对该断路器发跳闸命令,但该断路器依然 有电流,满足上两条件达到整定延时时先跳母联接着跳该断路器所在母线。 4)断路器失灵保护接入的量只是其它保护的跳闸接点, 判断该断路器是否有 电流(如果分相跳闸接点有输入,判断该相有电流;如果三相跳闸接点有输入, 判断任一相有电流) 、是否有负序或零序电流、该连接元件接在哪条母线及计延 时工作和复合电压闭锁都由本装置完成。 5)元件 2、3、4、5、7、8、9、10、12、13、14、15、17、18、19、20 有跳 A、跳 B、跳 C 和三跳的开入端子,适合用于输电线路。如果用于变压器可只用 三跳的开入端子,元件 1、6、11、16 只有三跳的开入端子,因此只能用于变压 器。

5.3 母线比率差动保护的整定计算
错误!未找到引用源。制动系数的选取,主要考虑的是保护的灵敏度满足要 求和躲最大不平衡电流。 1)KH:比率制动系数高值, 比率制动系数高值,按一般最小运行方式下(母
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联处合位)发生母线故障时,大差比率差动元件具有足够的灵敏度整定,整定为 0.7。 2)KL:比率制动系数低值,按母联开关断开时,弱电源供电母线发生故障 的情况下,大差比率差动元件具有足够的灵敏度整定,整定为 0.6。 错误!未找到引用源。大差启动电流的整定, 1) Idx:TA 断线电流定值,按正常运行时流过母线保护的最大不平衡电流整 定。 应当尽可能躲过母线外部短路时的最大不平衡电流,即

Idx ? KK ? K1h ? K fzq ? Id max ? 1.5 ? 0.1?1? 5000 ? 750 A
式中: K k 为可靠系数, 取 1.5。

K lh 为电流互感器的变比误差,一般取 0.1。

K fzq 为非周期分量系数, 按保护躲非周期分量的能力在 1-2 之间选取,新型的
母线保护一般取 1。

I d max 为母线外部短路时流过某一连接元件的最大短路电流。
2) I hcd :差动起动电流高值,保证母线最小运行方式故障时有足够灵敏度,

并应尽可能躲过母线出线最大负荷电流。

Ihcd ? KK ? I fh max ? 1.5 ? 700.6 ? 1050.9 A
3) I Lcd :差动起动电流低值,该段定值为防止母线故障大电源跳开差动起动

元件返回而设, 按切除小电源能满足足够的灵敏度整定,如无大小电源情况整定 为 0.9I hcd 。

I Lcd ? 0.9I hcd ? 0.9 ?1050.9 ? 945.81A
大差电流的灵敏度校验按最小运行方式下的母线短路进行, 则灵敏系数为 K sen ?

I k .min ? 38.5 / 9.05 ? 4.25 ? 2.0 , 符合要求。 I op

错误!未找到引用源。小差启动电流的整定

小差是故障母线的选择元件, 它用来区分是母线系统的哪一段母线发生了 故障, 它的整定原则和大差一样,它的整定对象是单段母线。

Id ? KK ? K1h ? K fzq ? I d max ? 1.5 ? 0.1?1?1745 ? 261.8 A
则灵敏系数为 K sen ?

I k .min ? 42 /12.285 ? 3.42 ? 2.0 , I op

符合要求。

错误!未找到引用源。 U bs :母差低电压闭锁,按母线对称故障有足够的灵敏 度整定,推荐值为 35~40V。 (注:当“投中性点不接地系统控制字”投入时,此 项定值改为母差线低电压闭锁值,推荐值为 70V) ,本次设计的为中性点不接地 系统,整定为 70V。
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第 6 章 工厂变压器保护

6.1 主变压器保护配置方案与选型
电力变压器是变电站重要的电气设备, 它若故障而不能及时处理将对供电可 靠性和系统的正常运行带来严重的影响,将导致供电范围大面积的停电,危及煤 矿安全生产。为了保证变电站安全稳定运行,对主变压器装设具有灵敏性强、可 靠性强和选择性好的微机保护极为重要。 6.1.1 变压器保护配置方案 根据 DL400--91《继电器保护和安全起动装置技术规程》的规定配置如下: ①主保护 差动速断、比率差动保护:保护动作跳开主变压器各侧断路器。 ②后备保护 1)高、低压侧配置复合电压闭锁过流保护,保护动作延时跳开主变压器各侧 断路器。 2)配置零序电压保护,保护动作延时跳开主变压器各侧断路器。 3)各侧均配置过负荷发信、过载闭锁有载调压、过负荷启动风冷等保护。 6.1.2 主变压器保护配置选型 根据一次部分变压器的选型为 SZ7-8000/35±2×2.5%/10.5kv。二次部分主 变压器保护选型为南瑞继保 RCS-9679 变压器保护装置,其中包括差动保护、后 备保护、以及非电气量保护。满足对主变压器保护的要求。

6.2 变压器主保护
6.2.1 基本配置及规格 ①基本配置 RCS-9679 是用于 66kv 或 35kv 电压等级的变压器保护装置,装置包括差 动速断保护,比率差动保护(采用二次谐波制动原理),高、低侧复压过流保护(各 三段),10 路非电量保护(其中 6 路可直接跳闸),TA 断线判别,TV 断线判别, 过负荷发信,过载闭锁有载调压,过负荷起动风冷和零序过电压报警等功能;同 时装置还有三路不按相操作断路器的独立的跳合闸操作回路。
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②装置的性能特征 差动速断及比率差动保护性能: 1)差动速断保护实质上为反应差动电流的过电流继电器, 用以保证在变压器 内部发生严重故障时快速动作跳闸,典型出口动作时间小于 15ms。 2)比率差动保护的动作特性是能可靠躲过外部故障时的不平衡电流。 6.2.2 变压器差动保护 变压器差动保护是变压器的主保护之一, 差动保护是利用比较变压器各侧电 流的差值构成的一种保护,其单线原理图如图 6.1 所示。 变压器装设有电流互感器 TA1 和 TA2,其二次绕组按环流原则串联,差动 继电器 KD 并接在差回路中。 变压器在正常运行或外部故障时, 电流由电源侧 I 流向负荷侧 II, 在图 6.1(a) 所示的接线中, TA1、 TA2 的二次电流 I1、 会以反方向流过继电器 KD 的线圈, I2 KD 中的电流等于二次电流 I1 和 I2 之差,故该回路称为差回路,整个保护装置 称为差动保护。若电流互感器 TA1 和 TA2 变比选得理想且在忽略励磁电流的情 况下,则 I1=I2,继电器 KD 中电流 IKD=0,亦即在正常运行或外部短路时,两侧 的二次电流大小相等、 方向相反, 在继电器中电流等于零, 因此差动保护不动作。 如果故障发生在 TA1 和 TA2 之间的任一部分(如 K1 点), 且母线 I 和 II 均接 有电源,则流过 TA1 和 TA2 一、二次侧电流方向如图 6.1(b)所示,于是 I1 和 I2 按同一方向流过继电器 KD 线圈,即 IKD= I1+ I2 使 KD 动作,瞬时跳开 QF1 和 QF2。如果只有母线 I 有电源,当保护范围内部有故障(如 K1 点)时,I2=0,故 IKD=I1,如图 6.1(c),此时继电器 KD 仍能可靠动作。
QF1 TA1 QF1 TA1 QF1 TA1

TA2 QF2

TA2 QF2

TA2 QF2

图 6.1 变压器差动保护原理接线图

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6.2.3 装置动作原理说明 硬件配置及逻辑框图见图 6.2。动作说明如下: 错误!未找到引用源。保护起动元件,若三相差动电流最大值大于差动电流 起动定值或各侧电流的最大值大于相应的过电流定值,起动元件动作。 错误!未找到引用源。比率差动元件,装置采用三折线比率差动原理,其动 作方程如下:

图 6.2 比率差动保护动作特性图

I d ? I cdqd
I d ? Icdqd ? Kb1 ? (I r ? 0.5I e ) Id ? Icdqd ? Kb1 ? 2.5Ie ? I r ? 3Ie
其中:

I r ? 0.5Ie 0 . 5e ? I r ? 3 e I I I r ? 3Ie

K b1 为比率制动系数 Icdqd 为差动电流起动定值 I d 为动作电流 I r 为制动电流
错误!未找到引用源。二次谐波制动,比率差动保护利用三相差动电流中的 二次谐波作为励磁涌流闭锁判据。其动作方程如下:

I d 2? ? Kxb ? I d? I 为 A、B、C 三相差动电流中的二次谐波, d? 为对应的三相差动电 流中的基波, K xb 为二次谐波制动系数。保护采用按相闭锁的方式。
式中 错误!未找到引用源。差动速断保护,当任一相差动电流大于差动速断整定 值时瞬时动作于出口继电器。 错误!未找到引用源。差动保护动作跳闸,差动保护动作跳各侧断路器,装 置出口为跳闸出口 2,用于跳开变压器各侧断路器。 错误!未找到引用源。复合电压闭锁过流保护,本装置为变压器高、低压侧
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I d 2?

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各设三段复合电压闭锁过流保护,每段均为一个时限,各段电流及时间定值均可 独立整定,分别设置整定控制字控制各段保护的投退。复压动作判据如下:
1) U 2 ? (U ab ? e? j 60 ?U bc )/ ? U 2 zd
0

2) U?? min ? Ulzd

满足上述两个条件之一,则复合电压动作。 错误!未找到引用源。零序过电压报警 由于变压器低压侧为不接地系统,若发生单相接地故障,则会出现零序过电 压。本装置设有零序过电压报警信号,取低压母线 PT(零序电压由自产得到),动 作后报运行异常信号。 ⑧ PT 断线,PT 断线判据如下(在起动元件不动作的情况下): 1)任一线电压小于 30 伏,而低压侧任一相电流大于 0.06In。 2)负序电压大于 8 伏。 满足上述任一条件后延时 10 秒报母线 PT 断线,发出运行异常告警信号, 待电压恢复正常后保护也自动恢复正常。在断线期间,根据整定控制字选择是退 出经复合电压闭锁的各段过流保护还是暂时取消复合电压闭锁。

6.3 后备保护配置方案设计
此次设计选用 RCS-9679 装置的复合电压启动过电流保护作为后备保护。 后备保护装设于变压器各侧,动作后跳开各侧断路器。 复合电压启动的过电流保护的复合电压启动部分由负序过电压元件与低电 压元件组成。 在微机保护中, 接入微机保护装置的电压为三个相电压或三个线电 压, 负序过电压与低电压功能由算法实现。过电流元件的实现通过接入三相电流 和保护算法实现,两者相与构成复合电压启动的过电流保护。

6.4 变压器比率制动差动保护的整定计算
主保护的整定计算: 错误!未找到引用源。初值计算 选用变压器容量为 8000kVA 高压侧:额定电压为 37kV 额定电流 124.84A 额定电流二次值 1.56A 低压侧:额定电压为 10.5kV 额定电流为 439.9A 额定电流二次值 1.47A
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TA 变比选择:高压侧为 150/5,低压侧为 500/5 ②差动保护启动电流的整定

Icdqd 为差动保护最小动作电流值,应按躲过正常变压器额定负载时的最大
不平衡电流整定,即:

Icdqd ? Krel (Ker ? ?U ? ?m)Ie
? 1 . 5? ( 0 . 1 0 ? 0 .? 0 Ie0 . 0 5 ) 1

? 0.375 ? 4.69 ? 1.758A
式中:I e 变压器二次额定电流; K rel 为可靠系数(一般取 1.3 ~ 1.5 ) K er 为 ; 电流互感器的比误差,取0.10; ?U 为变压器调压引起的误差,取调压范围中偏 离额定值的最大值(百分值) ? m 为由于电流互感器变比为完全匹配产生的误 ; 差,可取0.05。 在工程实用整定计算中可选取 Icdqd ? (0.3 ~ 0.8) Ie ,并应实测最大负载时差 回路中的不平衡电流。 注意装置的差动电流起动值的整定计算是以变压器的二次额定电流为基准。 若在实际的整定计算中差动起动电流整定值是归算到变压器某一侧的电流有名 值, 则将这一有名值除以变压器这一侧的变压器二次额定电流,即为保护装置的 整定值(标幺值) 。 ③区外故障时差动回路中的最大不平衡电流计算 区外短路故障时差动回路中的不平衡电流与通过变压器的故障电流有关, 有 三部分组成。区外故障时差动回路中的最大不平衡电流 I I unb.max ? ( K cc K ap K er ? ?U ? ?m) k .max nta =(0.5*1.5*0.1+0.1+0.05)10200/80 =0.225*127.5 =28.69A K cc 为电流互感器同型系数,型号相同时取0.5; 为非周期分量系数,取1.5; K er 为电流互感器综合误差,取0.1;
? m 为不平衡电流系数,取0.05; ?U 为偏离额定电压最大的调压百分值,取0.1。

K ap

④最小动作电流的整定 I 最小动作电流 op.min 应躲过外部短路故障切除时差动回路的不平衡电流, 负荷电流 0.39A
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则有最小动作电流 0.507A 可靠系数 K rel ,取 1.3 ⑤确定拐点电流 I res.min ? 0.8I n ? 0.8 ? 2.5 ? 2 A ⑥确定比率制动斜率 K。 按躲过区外短路故障时差动回路最大不平衡电流整 定。
I res.max ? Ik .max ? 10200 / 80 ? 127.5 A nTA Krel ? Iunb.max ? Iop.min K? Ires.max ? Ires.min 1 . 3 2 8 .? 9 1 . 5 2 ? 6 ? 1 2 7 .? 2 5
=0.285A

式中: K rel 为可靠系数,取 1.3 ⑦内部故障灵敏度校验 在最小运行方式下计算保护区内两相金属性短路故障时折算到基本侧的最 小短路电流 I k .min 和相对应的制动电流 I res ,根据制动电流的大小在相应制动特性 曲线上求的相应的动作电流

I op

。要求灵敏系数 Ksen ? 2.0 。
I k .min nTA

Iop ? Krel ? Iunb.min
I unb.max ? K rel ( K cc K ap K er ? ?U ? ?m)

=1.3(0.5*1.5*0.1+0.1+0.05)9060/80 =1.3*0.225*113.25 =33.125A K ? I K .min / Iop ? 90.6 / 33.125 ? 2.0 则灵敏系数为 sen ,符合要求。 ⑧谐波制动比整定 差动回路中二次谐波电流于基波电流的比值整定为 0.15~0.2。取 0.16。 ⑨差动电流速断保护整定 差动速断保护可以快速切除内部严重故障, 防止由于电流互感器饱和引起 的纵差保护延时动作。 差动速断保护定值应躲过变压器初始励磁涌流和外部短路 故障时的最大不平衡电流,公式为

Iop ? K? ? I n ? 5 ? 2.5 ? 12.5 A

Iop ? Krel ? Iunb.max ? 1.3? 28.69 ? 37.297 A K rel 为可靠系数,取 1.3 式中:
K ? 为励磁涌流整定倍数,变压器容量在 6.3~31.5MVA 时, K ? =4.5~7,此
次设计主变容量为 8MVA,故取为 5。

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第 7 章 工厂变电所 10kV 备供电源保护设计
7.1 备用电源的高压联络线的选择
采用 YJV22 交联聚乙烯绝缘的铜芯电缆,直接埋地敷设,与附近的其他工厂变配 电所得 10kV 母线相联。 输送容量不得超过全厂计算负荷的 20%,6900/0.85×0.2=1624kVA; 1624kVA 故 I备 ? ? 93.76A 3 ?10kV 根据 10kV 电力电缆载流选型参数,备供电缆型号选择为 YJV22-3×70。

7.2 备用电源的高压联络线的保护装置
a)装置反时限过电流保护。亦采用 GL15 型感应式过电流继电器,两相两继电器式 接线,去分流跳闸的操作方式。 过电流保护动作电流的整定。 K K 1.3 ? 1 动作电流: I op ? rel w I L?max ? 54.4 ? A ? 8.84A ,整定为 10A。 K re K i 0.8 ? 10 其中 I L?max ? 2I 30 ? 2 ? 27.2 A ? 54.4 A , I 30 ? 0.6 ? 45.29 ? 27.2 A K rel ? 1.3 , K w ? 1 ,

K re ? 0.8 , K i ? 50 / 5 ? 10
过电流保护动作时间的整定:按终端保护考虑,动作时间整定为 0.5s。 过电流保护灵敏系数:因无邻近单位变电所 10kV 母线经联络线至本厂变电所低压 母线的短路数据,无法检验灵敏系数,只有从略。 b) 装设电流速断保护。亦利用 GL15 速断装置。但是因为无邻近单位变电所 10kV 母线经联络线至本厂变电所低压母线的短路数据,无法检验灵敏系数,从略。

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第 8 章 变电所的防雷接地
8.1 降压变电所的防雷保护
(1)初步考虑采用直径50mm、长2.5m的镀锌钢管接地体,围绕变电所建筑四周, 距变电所墙角2~3m,垂直打入地下,管间距5m,管顶距离地面0.6m, 管间用40mm×4mm 的镀锌扁钢焊接。 (2)据设计任务书中给定的地质水文资料,经查相关资料得砂质粘土土质的电阻 率为 ? ? 100?? m ,则单根钢管的接地电阻

RE (1) ? ? / l ? 100? ? m / 2.5m ? 40?
式中, l 为钢管接地体的长度,单位为m。 (3)地钢管数和最终接地方案

? ? 根据 RE (1) / RE ? 40? / 10 ? 4 ,考虑到管子之间的电流屏蔽效应,初选6根直径
50mm、长2.5m的钢管作接地体。以 n ? 6 和 a / l ? 5m / 2.5m ? 2 (a为钢管的管间距,单位 为m)查有关资料可得 ?E ? 0.71 (?E 为多根接地体并联时的利用系数)。利用逐步渐进 法求得

n?

RE (1)

? E RE

?

40? ?6 0.71? 10?

因此可选择 6 根直径 50mm、长 2.5m 的镀锌钢管作接地体,用 40mm×4mm 的镀锌扁 钢焊接,环形布置。

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参考文献

[1] 工厂常用电气设备手册 下册补充本(一). 北京:中国电力出版社,2003. [2] 工厂常用电气设备手册 上册补充本(二). 北京:中国电力出版社,2003. [3] 工厂常用电气设备手册 下册. 北京:水利电力出版社,1993. [4] 工厂常用电气设备手册(补充本). 北京:水利电力出版社,1993. [5] 刘介才.工厂供电.北京:机械工业出版社,2003. [6] 刘笙.电气工程基础(上、下侧).北京:科学出版社,2008. [7] 熊信银 张步涵.电气工程基础(第二版).武汉:华中科技大学出版社,2010. [8] 朱雪淩,查丛梅,许强.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社, 2009. [9] 傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算[M].北京:中国电力出版社,2004. [10] 李隆淳.浅析变电所的防雷保护设计[J].金卡工程(经济与法) ,2010 [11] 廖世海.关于变电站所系统设计的研究[J].中国新技术新产品,2010. [12] 傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算[M].北京: 中国电力出版社, 2004. [13] 刘宝贵,杨志辉.发电厂变电所电气部分[M].北京:中国电力出版社,2008. [14] 于永源,杨绮雯编. 电力系统分析 第二版.中国电力出版社,2004

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附录 1

工厂 35/10kV 变电所电气一次接线

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湖南工业大学本科毕业设计(论文)过程管理资料

I


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