精品某35kV降压变电站主变保护设计毕业课程设计.docx

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精品某35kV降压变电站主变保护设计毕业课程设计

南昌工程学院

课程设计（论文）

机械与电气工程学院系（院）电气工程及其自动化专业

课程设计（论文）题目某35kV降压变电站主变保护设计

学生姓名曾强

班级07电气工程及其自动化

（1）班

指导教师范莉

完成日期2010年12月31日

成绩：

评语：

评阅教师：

年月日

南昌工程学院

综合课程设计（论文）任务书

一、毕业设计（论文）题目：

某35kV降压变电站电气部分初步设计—主变压器继电保护初步设计

二、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：

某35kV降压变电站系统图如图所示，要求对其主变压器继电保护进行初步设计：

1.根据系统图，进行短路计算。

2.主变压器继电保护初步设计：

（1）主变压器的类型：

3510kV，Y-△接线，容量6300kVA,CT变比：

一次侧2005，二次侧4005；

（2）主变压器继电保护的配置；

（3）主变压器继电保护的整定及校验；

三、课程设计（论文）工作内容及完成时间：

1、查找资料，确定设计方案：

12.20~12.21

2、短路计算：

12.22~12.23

3、主变压器继电保护的配置、整定及校验：

12.24~12.27

4、撰写设计说明书：

12.28~12.31

四、主要参考资料：

1、《电力工程设计手册》西北电力设计院、东北电力设计院主编上海科学技术出版社

2、《电力系统继电保护原理》贺家李、宋从矩中国电力出版社

3、《电力工程电气设计手册（二次部分）》卓乐友主编水利水电出版社

4、Yu Yixin 1 ,Yan Xuefei 1andZhang Yongwu：

“Optimalplanningofsubstations”《FrontiersofElectricalandElectronic

5、Lin Yong-jun 1 ,Liu Yu-tao 2andZhang Dan-anddesignofacommunicationsystemofanagent-basedautomatedsubstation”《FrontiersofElectricalandElectronicEngineer-EngineeringinChinaingIn

机械与电气工程学院07电气工程及其自动化专业1班

学生：

曾强

日期：

自2010年12月20日至2010年12月31日

指导教师：

范莉

助理指导教师（并指出所负责的部分）：

教研室：

电气工程教研室主任：

摘要

摘要：

随着科学技术的飞速发展，继电保护在35kV变电站中的应用也越来越广泛，它不仅保护着设备本身的安全，而且还保障了生产的正常进行，因此，做好继电保护的整定对于保障设备安全和生产的正常进行是十分重要的。

本设计以35kV降压变电所为主要设计，主变容量为6300KVA，电压等级为3510kV。

分析变电站的原始资料完成对主变继电保护整定计算，以及过电流保护，过负荷保护，冷却风扇自启动的计算与设计。

同时实际工作中还存在继电保护误整定的情况。

关键词：

变电所；继电保护；整定计算

Abstract

Abstract:

Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,relayprotection35kVsubstationandmoreextensiveapplication,itnotonlyprotectthesafetyofequipmentitself,butalsoguaranteetheproductionofnormal,therefore,completestherelayprotectionsetting,toensurethenormaloperationoftheequipmentsafetyandproductionisveryimportant.Thisdesignto35kVsubstationasthemaindesign,antihypertensivemaintransformercapacityfor6300KVA,voltagegradefor35consumers10kV.Analysisoftheoriginalmaterialcompletedsubstationsmaintransformerrelayprotectionsettingcalculation,andovercurrentprotection,overloadprotection,coolingfansincethelaunchofthecalculationanddesign.Atthesametimeinrealworkstillexistintherelayprotectionsettingerror.

Keywords:

Substation;Relay;Settingcalculation

目录

摘要5

Abstract6

第一章绪论9

1.1变电站继电保护的发展9

1.2继电保护装置的基本要求9

1.3继电保护整定10

1.4继电保护基本原理和保护装置的组成10

第二章设计概述12

2.1设计依据12

2.3设计规模12

2.3设计原始资料12

第三章短路电流计算13

3.1引言13

3.2短路电流计算14

3.3短路电流计算结果16

第四章变电所继电保护及故障分析17

4.1本系统故障分析17

4.2主变压器继电保护装置17

4.3本设计继电保护原理概述18

第五章主变继电保护整定计算及继电器选择19

5.1概述19

5.1.1主保护和后备保护20

5.1.2近后备和远后备20

5.1.3辅助保护20

5.2瓦斯保护20

5.3纵联差动保护（主保护）21

5.3.1计算及电流互感器变比21

5.3.2确定基本侧动作电流22

5.3.3确定基本侧差动线圈的匝数和继电器的动作电流23

5.3.4确定非基本侧平衡线圈和工作线圈的匝数24

5.3.5计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差25

5.3.6初步确定短路线圈的抽头25

5.3.7保护装置灵敏度校验25

5.4过电流保护（后备保护）25

5.5过负荷保护（后备保护）26

5.6冷却风扇自启动（辅助保护）26

结论27

参考文献28

第一章绪论

1.1变电站继电保护的发展

变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂有用户的中间环节，起着变换和分配作用。

电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

继电保护发展现状，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。

随着系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。

国内外继电保护技术发展的趋势为：

计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化。

继电保护的未来发展，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。

微机保护技术的发展趋势：

（1）高速数据处理芯片的应用

（2）微机保护的网络化

（3）保护、控制、测量、信号、数据通信一体化

（4）继电保护的智能化。

1.2继电保护装置的基本要求

继电保护及自动装置属于二次部分了，它对系统的安全稳定运行起阗至关重要的作用。

对继电保护装置的基本要求有四点：

（1）选择性：

在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。

（2）灵敏性：

反映故障的能力，通常以灵敏系数表示。

（3）快速性：

能以最短时限将故障或异常消除。

④选择性。

在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。

（4）可靠性：

在该动作时，不发生拒动作。

选择继电保护方案时，除设置需满足以上4项基本性能外，还应注意其经济性。

即不仅考虑保护装置的投资和运行维护费，还必须考虑因装置不完善而发生拒动或误动对国民经济和社会生活造成的损失。

1.3继电保护整定

继电保护整定的基本任务就是要对各种继电保护给出整定值，而对系统中的全部继电保护来说，则需要编出一个整定方案。

整定方案通常可按系统的电压等级或者设备来编制，并且还可按继电保护的功能划分小方案分别进行。

例如：

35kV变电站继电保护可分为：

相间短路的电压、电流保护，单相接地零序电流保护，短线路纵联差动保护等。

整定计算一般包括动作值的整定、灵敏度的校验和动作时限的整定三部分。

并且分为：

（1）无时限电流速断保护的整定。

（2）动作时限的整定。

（3）带时限电流速断保护的整定。

1.4继电保护基本原理和保护装置的组成

继电保护装置要求能反应电气设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地，有选择性地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证无故障设备继续正常运行，将事故限制在最小范围，提高系统运行的可*性，最大限度地保证向用户安全连接供电。

继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。

因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。

依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护：

（1）反映电气量的保护

电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值（阻抗）和它们之间的相位角改变等现象。

因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别．就可以构成各种不同原理的继电保护装置。

例如:

反映电流增大构成过电流保护；

反映电压降低（或升高）构成低电压（或过电压）保护；

反映电流与电压间的相位角变化构成方向保护；

反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。

除此以外．还可根据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差别，分别构成差动保护、高频保护等。

同理，由于序分量保护灵敏度高，也得到广泛应用。

新出现的反映故障分量、突变量以及自适应原理的保护也在应用中。

（2）反映非电气量的保护

如反应温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的瓦斯保护、温度保护等。

继电保护相当于一种在线的开环的自动控制装置，根据控制过程信号性质的不同，可以分模拟型（它又分为机电型和静态型）和数字型两大类。

对于常规的模拟继电保护装置，一般包括测量部分、逻辑部分和执行部分。

测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值比较，以判断是否发生故障或不正常运行状态；逻辑部分依据测量部分输出量的性质、出现的顺序或其组合，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作；执行部分依据前面环节判断得出的结果以执行跳闸或发信号。

第2章设计概述

2.1设计依据

（1）继电保护设计任务书。

（3）《电力系统继电保护》（中国电力出版社）。

2.3设计规模

本设计为35kV降压变电所。

主变容量为6300kVA，电压等级为3510kV。

2.3设计原始资料

某35kV降压变电站系统图如图2-1所示，要求对其主变压器继电保护进行初步设计：

1.根据系统图，进行短路计算。

2.主变压器继电保护初步设计：

（1）主变压器的类型：

3510kV，Y-△接线，容量6300kVA,CT变比:

一次侧2005，二次侧4005。

（2）主变压器继电保护的配置。

（3）主变压器继电保护的整定及校验。

图2-1某35kV降压变电站系统图

第3章短路电流计算

3.1引言

在发电厂和门类电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。

其计算的目的主要有以下几个方面：

（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。

（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。

同时又力求节约资金，这就需要按知路情况进行全面校验。

（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。

（4）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。

（5）接地装置的设计，也需用短路电流。

短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。

在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。

短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。

接着，按所选择的短路计算点给出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。

在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将行将电路化简。

一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。

最后计算短路电流和短路容量。

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（又称有名单位值法）和标幺值法（又称相对单位值法），本设计采用标幺值法进行短路计算。

3.2短路电流计算

基准参数选定：

，即：

35kV侧，10kV侧。

。

（1）最大运行方式

系统化简如图3-1所示，其中：

图3-1系统化简过程图

故知35kV母线上短路电流：

10kV母线上的短路电流：

折算到35kV侧：

线路侧短路电流：

（2）最小运行方式：

系统化简如图3-2所示。

因停运,所以仅考虑单独运行的结果。

故35kV母线上的短路电流：

10kV母线上的短路电流：

折算到35kV侧：

线路上的短路电流：

3.3短路电流计算结果

由3.2节通过化简，再通过公式计算所得出的短路电流计算结果，可以列出表3-1所示的短路电流计算结果。

表3-1短路电流计算结果

运行方式

最大运行方式

最小运行方式

短路点编号

d1max

d2max

d3max

d1min

d2min

d3min

基准电压（kV）

37

10.5

10.5

37

10.5

10.5

基准电流（kA）

1.56

5.5

5.5

1.56

5.5

5.5

短路电流有名值（kA）

4.432

3.567

1.064

1.814

2.683

0.969

第4章变电所继电保护及故障分析

4.1本系统故障分析

本设计3510kV系统为双电源35kV单母线分段接线，10kV侧单母线分段接线。

本次设计主要是对主变进行设计。

1）电力变压器的故障，分为外部故障和内部故障两类。

a变压器的外部故障觉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。

b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。

2）变压器的不正常运行过负荷、由于外部短路引起的过电流、油温上升及油们过低。

4.2主变压器继电保护装置

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）主保护：

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）。

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）。

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）。

4.3本设计继电保护原理概述

1）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。

2）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

·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5章主变继电保护整定计算及继电器选择

5.1概述

按GB50062—92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规范：

对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：

1）绕组及其引出线的相间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路；

2）绕组的匝间短路；

3）外部相间短路引起的过电流；

4）中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；

5）过负荷；

6）油面降低；

7）变压器温度升高或油箱压力升高式冷却系统故障。

对于高压侧为35kV及以上的总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护：

在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。

但是如果单台运行的变压器容量在10000kVA及以上和并列运行的变压器每台容量在6300kVA及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。

在本设计中，根据要求需装设过电流保护、纵联差动保护、瓦斯保护、过负荷保护。

5.1.1主保护和后备保护

35kV供电系统中的电气设备和线路应装设短路故障保护。

短路故障保护应有主保护、后备保护，必要时可增设辅助保护。

当在系统中的同一地点或不同地点装有两套保护时，其中有一套动作比较快，而另一套动作比较慢，动作比较快的就称为主保护；而动作比较慢的就称为后备保护。

即：

为满足系统稳定和设备的要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护，就称为主保护；当主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，就称为后备保护。

后备不应理解为次要保护，它同样是重要的。

后备保护不仅可以起到当主保护应该动作而未动作时的后备，还可以起到当主保护虽已动作但最终未能达到切除故障部分的作用。

除此之外，它还有另外的意义。

为了使快速动作的主保护实现选择性，从而就造成了主保护不能保护线路的全长，而只能保护线路的一部分。

也就是说，出现了保护的死区。

这一死区就必须利用后备保护来弥补不可。

5.1.2近后备和远后备

当主保护或断路器拒动时，由相临设备或线路的保护来实现的后备称为远后备保护；由本级电气设备或线路的另一套保护实现后备的保护，就叫近后备保护。

5.1.3辅助保护

为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护，称为辅助保护。

5.2瓦斯保护

作用：

用来反映变压器内部故障和油在降低，它反应于油箱内部故障所产生的气体或油箱漏油而动作，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于信号。

瓦斯保护的动作于信号的轻瓦斯部分，通常按产生气体的容积整定：

对于容量为10MVA以上的变压器，整定容积为。

瓦斯保护动作于跳闸的重瓦斯部分，通常按气体继电器的油流速度整定。

（油流速度与变压器的容量、接气体继电器导管的直径、变压器冷却方式、气体继电器形式有关）。

轻瓦斯保护的动作值按气体容积为整定，本设计采用。

瓦斯继电器选用FJ3-80型。

5.3纵联差动保护（主保护）

作用：

用来反映变压器绕组和引出线上的相间短路、中性点直接接地系统中系统侧绕组和引出线的单相接地短路以及绕组匝间短路、容量在10000kVA及以上的变压器应装设纵联差动保护。

变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件：

1）应躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流；

2）应躲过变压器的励磁涌流；

3）在电流互感器二次回路断线引起的最大负荷电流。

综合设计要求和实际条件只对其做纵差动保护的整定，所选继电器型号为BCH—2型差动继电器。

计算变压器各侧的一次及二次电流值（在额定容量下）并选择电流互感器的变比，可按下表计算。

由于35kV侧二次电流大，因此以35kV侧为基本侧。

5.3.1计算及电流互感器变比

列表如下（表5-1）：

表5-1变压器纵差动保护用互感器变比选择

名称

各侧数据

Y（35KV）

Δ（10KV）

额定电流

I1e=S

U1e=103.9A

I2E=S

U2e=346.4A

变压器接线方式

Y

Δ

CT接线方式

Δ

Y

CT计算变比

I1e5=1805

I2e5=346.45

实选CT变比nl

2005

4005

实际额定电流

I1e5=4.50A

I2e5=4.33A

不平衡电流

4.50-4.33=0.17A

确定基本侧

基本侧

非基本侧

由上表可以看出，35kV侧电流互感器的二次回路额定电流大于10kV侧。

因此35kV侧为基本侧。

5.3.2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

（5.1）

利用实用计算式：

（5.2）

式中：

—可靠系数，采用1.3。

—非同期分量引起的误差，采用1。

—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。

—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。

—继电器整定匝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。

—电流互感器的最大相对误差，取0.1。

代入数据得：

（5.3）

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

（5.4）

式中：

—可靠系数，采用1.3。

—变压器额定电流。

代入数据得：

（5.5）

3）躲过互感器二次回路断线引起的最大负荷电流

（5.6）

式中：

—可靠系数，采用1.3。

—正常运行时变压