毕业设计地区变电站继电保护设计.docx

1、毕业设计地区变电站继电保护设计1 前言 . 错误!未定义书签。2 方案比较 . 33 确定运行方式 . 43.1标幺值计算 . 4 3.2短路电流的计算 . 5 3.3确定运行方式 . 104 短路计算 . 105 继电保护的配置 . 135.1继电保护的基本知识 . 错误!未定义书签。 5.2发电机的保护配置 . 16 5.2.1发电机纵联差动保护 . 错误!未定义书签。 5.2.2发电机过电流保护 . 错误!未定义书签。 5.3变压器的保护配置 . . 错误!未定义书签。 5.3.1 变压器过负荷保护整定计算 .错误!未定义书签。 5.3.2 变压器过电流保护整定计算 . 18 5.3.3

2、 瓦斯保护 19 5.4母线的保护配置 . 错误!未定义书签。5.4.1母线完全差动保护 . 错误!未定义书签。6结论 . 21 7参考文献 . 23前 言一、原始资料1. 发电厂情况(1类型:水电厂(2发电厂容量与台数:MW 503,发电机电压:KV 5. 10, 85. 0cos =(3发电厂年利用小时数 h T 4200max =(4发电厂所在地最高温度 40,年平均温度 20,气象条件一般,所 在地海拔高度低于 1000m2. 电力负荷情况(1 发电机电压负荷:最大 12MW , 最小 4MW , 85. 0cos =,h T 4000max = (2 35KV 电压负荷:最大 90M

3、W , 最小 10MW , 85. 0cos =,h T 4500max = (3其余功率送入 110KV 系统,系统容量 5000MVA 。归算到 110KV 母线阻抗为 0.02,其中 MVA S j 100=。(4自用电 4%。(5供电线路数目 发电机电压 10.5KV , 架空线路 4回, 每回输送容量 4MW , 85. 0cos =。 35KV 架空输电线路 4回,每回输送容量 40MW , 85. 0cos =。 110KV 架空线路 2回,与系统连接。二、电气主接线图 2 方案比较本次毕业设计的主要内容是对水电厂变压器和母线继电保护的配置。可 以依据继电保护配置原理,根据经验习

4、惯,先选择出保护方案,通过论证比较 后认可其中的一套方案,再对这套方案中的保护进行确定性的整定计算和灵敏 性校验,看看它们是否能满足要求,如果能满足便可以采用,如果不能满足则 需要重新选择,重新整定和校验。 对于变压器而言,它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护, 用两者的结合来做到优势互补。 因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动, 其 中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器, 中低压侧电流分别引自变压器 中压侧电流互感器和低压侧电流互感器, 这样使差动保护的保护范围为三组电流 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

5、路故障。 考虑到与发电机的保护配合, 所以我们使用 纵差动保护作为变压器的主保护, 不考虑用电流速断保护。 瓦斯保护主要用来保 护变压器的内部故障,它由于一方面简单,灵敏,经济;另一方面动作速度慢, 且仅能反映变压器油箱内部故障, 就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到 优势互补, 效果更佳。 考虑到有 110kV 高压等级, 变压器也采用零序电流差动保 护。 而过电流保护和过负荷保护作为差动保护。 对于 400kV 以上的变压器, 当数 台并列运行或单独运行时, 应装设过负荷保护。 为了防止变压器外部短路, 并作 为内部故障的后备保护, 一般在变压器上应装设过电流保护。 对单侧电源的变压

6、器, 保护装置的电流互感器应安装在电源侧, 以便发生变压器内部故障而瓦斯保 护或差动保护拒动时, 由过电流保护整定时限动作后, 作用于变压器各侧的断路器跳闸。而对于母线保护的配置,一般地不采用专门的母线保护,而利用供电元件的 保护装置就可以切除故障, 但利用供电元件的保护装置切除母线故障时, 故障切 除时间长,所以有时需装设专门的母线保护。比如:110kV 及以上的双母线或分 段单母线。 110kV 、 35kV 母线或重要变电所母线,为满足全线速动要求时。本设 计双母线采用电磁型比相式电流差动保护,而 35kV 、 10kV 母线均采用了单母线 电流差动保护。对于出线部分首先考虑的是电流速断

7、保护作为主保护, 而过电流保护作为后 备保护。综上所述,方案 1比较合理,方案 1保护作为设计的初始保护,在后续章节 对这些保护进行整定与校验,是否符合设计要求。3 确定运行方式3.1 标幺值计算本次设计中取 B S =100MVA, B av u u =.系统 S1的电抗标幺值 10.0192X =,系统 S2的电抗标幺值 20.288X =。各元件的电抗标幺值计算如下:变压器 1B 的各绕组短路电压分别为:1(12 (31 (23 11%(%(10.517.56.5 10.7522s s s s V V V V -=+-=+-= 2(12 (23 (31 11%(%(10.56.517.5

8、 0.2522s s s s V V V V -=+-=+-=- 3(23 (31 (12 11%(%(17.56.510.5 6.7522s s s s V V V V -=+-=+-= 所以,变压器 1B 的电抗值为11%10.751000.17110010063s B B N V S x S =第 5 页12%0.251000.00410010063s B B N V S x S -=- 13%6.751000.10710010063s B B N V S x S = 变压器 2B NBS B S S V x =100%2 =167. 0631001005. 10=3.2短路电流的计算1

9、10kV 电力系统正常运行时,系统存在二种运行情况,即:两台发电机同时 运行、 一台发电机退出运行另一台单独运行。 下面分别分析各种情况下系统运行 时的转移电抗,计算电抗和短路电流。(一 两台发电机同时运行,变压器 12B B 、 同时投入运行。 G1S图 3.1 S1、 S2运行时短路情况当 K1发生短路时:23450.2880.0850.0020.371x x x x =+=+-= 1. 所以, K1点发生短路时的等值网络如图 3.2所示。第 6 页 0.34G1G2S图 3.2 K1点发生短路时的等值网络网络中间接点消去法,简称 Y 法81. 550125. 0275. 0102. 01

10、507. 0134. 01=-+=Y (65. 140125. 0275. 081. 5523=-=x Y C 43. 7507. 014=C x 293. 002. 015=C xG1对短路点 K1的计算电抗为:2. 010082. 5811=x x js G2对短路点 K1的计算电抗为:37. 410082. 5822=x x js系统 S 对短路点 K1的计算电抗为:293. 03=js x查表得:标幺值:系统 S :4. 3293. 01 *3=S I G2:23. 037. 41 *2=s I G2和 S 提供的:63. 323. 04. 3 =+=I 当 K2发生短路时所以, K2

11、点发生短路时的等值网络如图 3.3所示。第 7 页 G1G1S G2图 3.3 K2点发生短路时的等值网络同理用 Y 法计算, =12. 12Y=12. 2175. 0Y C 697. 03275. 03=C x657. 031. 04=C x 45. 1676. 75=C xG1对短路点 K2的计算电抗为:41. 010082. 58697. 01=js x G2对短路点 K2的计算电抗为:69. 910082. 5845. 162=js xS 对短路点 K2的计算电抗为:652. 03=js x522. 1657. 01 *=s I 103. 086. 91 *2=G IG2和 S 提供的

12、 : 625. 1103. 0522. 1 =+=I 当 K3发生短路时655767870.10420.0530.0530.2860.10420.2860.1770.286x x x x x x x x +=655767960.10420.0530.0530.2860.10420.2860.4850.1042x x x x x x x x +=第 8 页所以, K3点发生短路时的等值网络如图 3.4所示。0.02 G1S G2图 3.4 3K 点发生短路时的等值网络G1对短路点 K3的计算电抗为:35. 010082. 586025. 01=js x G2对短路点 K3的计算电抗为:3. 01

13、0082. 58507. 02=js xS 对短路点 K3的计算电抗为:02. 03=js x5002. 01 *3=s I 当 K4发生短路时 S所以, K3点发生短路时的等值网络如图 3.4所示G3对短路点 K3的计算电抗:298. 010082. 58 167. 034. 0(3=+=js xS 对短路点 K3的计算电抗 :02. 0=js x (二 S1、 B1运行, S2、 B2停运。第 9 页 图 3.5 S1、 B1运行时短路情况同理算得其短路电流大小表 3.2短路电流表 (三 S2、 B1运行, S2、 B2停运。 图 3.6 S2、 B2运行时短路情况同理算得其短路电流大小

14、3.3 确定运行方式由 3.2节的计算过程,统计系统各短路点短路时的短路电流如表 3.4。 系统 S 侧(1f 处短路时的最大运行方式为:两台发电机同时运行 最小运行方式为:S1、 B1运行, S2、 B2停运。最小运行方式下的两相短路电流: 112.08510.466K I kA = =219.09316.5352K I kA = 314.06312.179K I kA = =4 短路计算110kV 侧线路保护整定 最大运行方式下: 图 4.1 最大运行方式下 110kV 侧出线短路情况10.01920.01920.3710.3710.371AX AXX X X +=20.01920.019

15、20.3710.3710.0192AX AXX X X +=最小运行方式下 图 4.1 最小运行方式下 110kV 侧出线短路情况 35kV 侧出线短路计算同理可以算出 35kV 侧出线短路电流情况。 10kV 侧出线短路计算同理可以算出 10kV 侧出线短路电流情况。 5 继电保护的配置5.1继电保护基础知识5.1.1继电保护的基本要求对动作于跳闸的保护装置应该满足选择性、 速动性、 灵敏性和可靠性四个基 本要求, 四个要求之间相互制约, 对立统一, 在继电保护的各个环节都应根据运 行的需要协调四者之间的关系。1. 选择性继电保护动作的选择性是指电力系统有故障时, 应由距故障点最近的保护装

16、置动作, 仅将故障元件从电力系统中切除, 使停电范围尽量缩小, 以保证系统中 无故障部分仍能继续安全运行。2. 速动性快速的切出故障可以提高电力系统并联运行的稳定性, 减少用户在电压降低 情况下工作的时间, 以及缩小故障元件的损坏程度。 因此, 在发生故障时, 应力 求保护装置能迅速动作并切除故障。3. 灵敏性继电保护的灵敏性, 是指对于其保护范围内发生任何故障或不正常运行状态 的反应能力, 满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先要求的保护范围内部故障 时, 不论短路点的位置、 短路类型如何, 以及短路点是否有过渡电阻, 都能敏锐 感觉、正确反应。4. 可靠性保护装置的可靠性是指在该保护装置的保

17、护范围内发生了它应该动作的故 障时, 它不应该拒绝动作, 而在任何其他该保护装置不应该动作的情况下, 则不 应该误动作。可靠性主要取决于保护装置本身的质量和运行维护水平。 一般来说, 保护的 原理完善, 装置组成元件的质量越高、 接线越简单、 模拟式保护回路中继电器的 接点数量越少, 保护装置的工作就越可靠。 同时, 精细的制作工艺、 正确的调整 实验、 良好是运行维护以及丰富的运行经验, 对于提高保护的可靠性也具有重要 的作用。以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础, 也是贯穿整个课程设计 的基本路线。 在它们之间, 既有矛盾的一面, 又有在一定条件下统一的一面。 继 电保护的设计主要

18、围绕着如何处理好这四个基本要求之间的辩证统一关系而进 行的。选择设计继电保护的方式除了应满足上述的四个基本要求外, 还应考虑经济 条件。 但首先应从国民经济的整体利益出发, 按被保护元件在电力系统中的作用 和地位来确定保护方式, 而不能只从保护装置本身的投资来考虑, 这是因为保护 不完善或不可靠而给国民经济造成的损失, 一般远远高于即使是最复杂的保护装 置的投资。 但是要主意对较为次要的数量很多的电气元件 (如低压配电线路、 小 容量电动机 ,也不应该装设过于复杂的和昂贵的保护装置。5.1.2继电保护的作用电力系统继电保护是电力系统安全运行的重要保证, 继电保护的整定计算是 保证保护装置正确可

19、靠工作的基础。 目前, 继电保护技术发展趋势已经向计算机 化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。继电保护装置,是指能反映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的一种自动装置。它的基本任务是:(1自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除,使故障元件 免于继续遭到破坏,保证其他无故障部分迅速恢复正常运行;(2反应元件的不正常运行状态,并根据运行维护的条件(例如有无经常 值班人员 , 而动作于发出信号、 减负荷或跳闸。 此时一般不要求保护迅速动作, 而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的时延, 以免不必要的动作和 由于干扰而引起

20、的误动作。因继电保护主要反应短路故障,故习惯上对“短路”和“故障”二词不加严 格区分。例如“单相接地” 、 “单相短路” 、 “单相故障”实际上指的是同一件事。 但严格上说,故障的含义较广,不只是指短路,也包括其他故障。5.1.3继电保护结构原理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。继电保护原理结构方框图如下: 图 1

21、继电保护原理结构方框图 图 2跳闸或信号原理示意图5.1.4继电保护装置的组成1. 测量部分测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量。 并与已给定的整定值进行 比较,根据比较的结果,判断保护是否应该启动的部件。2. 逻辑部分逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、 性质、 输出的逻辑状态、 出现的顺 序或它们的组合, 使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑关系工作, 最后确定 是否应该使断路器跳闸或发出信号,并将有关命令传给执行部分的部件。 3. 执行部分执行部分是根据逻辑部分传送的信号, 最后完成保护装置所担负的对外操作 的任务的部件。 如检测到故障是, 发出动作信号驱动断路器跳闸; 在不正常运

22、行 时发出示警信号;在正常运行时,不产生动作信号。5.1.5保护配置的一般设计原则电力系统继电保护设计与配置是否合理直接影响电力系统的安全运行。 若设 计与配置不当, 在出现保护不正确动作的情况时, 会使得事故停电范围扩大, 给 国民经济带来程度不同的损失, 还可能造成设备或人身安全事故。 因此, 合理地 选择继电保护的配置主案正确地进行整定计算, 对保护电力系统安全运行具有十 分重要的意义。选择继电保护配置方案时, 应尽可能全面满足可靠性、 选择性、 灵敏性和速 动性的要求。 当存在困难时允许根据具体情况, 在不影响系统安全运行的前提下 适当地降低某些方面的要求。第 15 页第 16 页选择

23、继电保护装置方案时, 应首先考虑采用最简单的保护装置, 以求可靠性 较高、 调试较方便和费用较省。 只有当最简单的保护装置满足不了四个方面的基 本要求时, 才考虑近期电力系统结构的特点、 可能的发展情况、 经济上的合理性 和国内外已有的成熟经验。所选定的继电保护配置方案还应能满足电力系统和各站、所运行方式变化的要 求。 35千伏及以上的电力系统,所有电力设备和输电线路均应装设反应于短路 故障和异常运行状况的继电保护装置。 一般情况下应包括主保护和后备保护。 主 保护是能满足从稳定及安十要求出发, 有选择性地切除被保护设备或全线路故障 设备或线路的保护。 后备保护可包括近后备和远后备两种作用。

24、主保护和后备保 护都应满足 电力装置的继电保护和自动装置设计规范 所规定的对短路保护的 最小灵敏系数的要求。5.2 发电机保护的配置5.2.1发电机纵联差动保护 1计算发电机二次额定电流 发电机一次额定电流 23. 385. 05. 10503cos =U P I KA二次侧额定电流 234. 3100032342=TA n I I A 2确定最小动作电流969. 023. 33. 03. 0=I I s KA 3确定拐点电流261. 223. 37. 07. 0=I I t KA4确定制动特性曲线 S计算机端保护区外三相短路时流过发电机的最大短路电流(17. 165. 1082. 582.

25、0113max . =U S X I B d k KA 计算差动回路最大不平衡电流(536. 1100017. 1602. 01. 05. 05. 13max. max . =+=+=TA k T st unb unb n I m K K K I A制动特性斜率 S第 17 页15. 0261. 217. 16969. 0536. 12max . max . =-=-t res s unb rel I I I I K S取 S=0.35灵敏度计算计算流入差动回路的电流004. 14100015. 1082. 582. 02. 01n 1U S 13TA B 2=+=+=X X I d k A

26、制动电流 7142121=K res I I A动作电流(39. 2261. 273. 0969. 0=-+=-+=t res s op I I S I I 灵敏系数86. 539. 214=op k sen I I K 差动速断动作电流936. 12234. 3442=I I i 5.2.2发电机过电流保护 基准容量 82. 5885. 050000cos =N B P S MVA 发电机额定电流23. 385. 05. 1050cos 3=N N U P I KA发电机两相短路电流计算(986. 1323. 32. 02. 0322min . =+=+=X X I I k KA74. 82

27、3. 385. 0215. 1=I K K K I re ss rel set KA 74. 810008740. =TA set r set n I I A 灵敏系数(5. 16. 174. 8986. 132min . =set k senI I K第 18 页5.3变压器保护的配置5.3.1变压器过负荷整定计算对于 400kVA 以上的变压器、当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的 备用电源时, 应装设过负荷保护。 过负荷保护通常用只装在一相, 其动作时限较 长, 延时动作于发信号。 仅一侧电源的三绕组降压变压器, 若三侧容量相等, 只 装于电源侧; 若三侧容量不等, 则装于电源侧; 若三侧容量不等, 则装于电源侧 及容量较小侧,所以本设计中装于高压和低压侧。 图 5.7变压器过负荷保护原理图整定计算:110kV 侧:18. 32443. 26285. 005. 1=e f k dz I K K I 式中 k K :可靠系数取 1.05; f K :返回系数:0.85; e I :变压器额定电流。 10kV 侧:18. 339629. 274985. 005. 1=e f k dz I K K I 过负荷信号装置动作时间取 9到 10s 。5.3.2