完整word版继电保护35KV变电站.docx
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完整word版继电保护35KV变电站
1引言
现如今，随着科学技术的飞速发展，继电保护器在35kV变电站中的应用也越来越广泛，他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。
继电保护装置广泛应用与电力系统，农网和小型发电系统，是电网及电气设备安全可靠运行的保证。
加强继电保护管理，健全沟通桥梁，加强继电保护定值正定档案管理是提高继电保护定值整定的必要措施。
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，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。
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。
随着电力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。
2设计概述
2.1设计目的
通过本课程设计，巩固和加深在《电力系统基础》和《电力系统继电保护与自动化装置》课程中所学的理论知识，基本掌握电力系统继电保护设计的一般方法，提高电气设计的设计能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。
2.2设计内容
35KV供电系统图,如图2.1所示。
要求根据所给条件确定变电所整定继电保护设计方案，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。
设计依据：
设计基本资料
35KV供电系统图,如图1所示。
系统参数：
电源I短路容量：
SIDmax=100MVA；电源Ⅱ短路容量：
SⅡDmax=250MVA；供电线路：
L1=L2=12km，L3=L4=10km，线路阻抗：
XL=0.4Ω/km。
图135KV系统原理接线图
10KV母线负荷情况，见下表：
负荷名称
最大负荷（Kw）
功率因数
回路数
供电方式
线路长度（km）
织布厂
900
0.85
1
架空线
8
印染厂
600
0.85
2
架空线
13
配电所
1100
0.85
2
架空线
10
炼铁厂
1300
0.85
2
架空线
10
35KV变电所主接线图，如图2所示
SⅡSI
L3L4DL1L1L2
B1B2
DL6DL7
DL8
织印配炼备
布染电铁用
厂厂所厂
图235KV变电所主接线图
B1、B2主变容量、型号为6300kVA之SF1-6300/35型双卷变压器，Y-Δ/11之常规接线方式，具有带负荷调压分接头，可进行有载调压。
其中Uk%=7.5。
运行方式：
以SI、SⅡ全投入运行，线路L1~L4全投。
DL1合闸运行为最大运行方式；以SⅡ停运，线路L3、L4停运，DL1断开运行为最小运行方式。
已知变电所10KV出线保护最长动作时间为1.5s。
3主接线方案的选择与负荷计算
3.1主接线设计要求
电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的，表明高压电气设备之间互相连接关系的传送电能的电路。
电路中的高压电气设备包括发电机、变电器、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。
对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。
它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。
电气主接线又称电气一次接线图。
电气主接线应满足一下几点要求：
运行的可靠性
运行的灵活性
运行的经济性
3.2变电站主接线的选择原则
1）当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。
2）当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。
3）当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组接线。
4）为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。
5）接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关，但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。
6）6~10kV固定式配电装置的出现侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出现回路中，应装设线路隔离开关。
采用6~10kV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源测装设隔离开关。
7）由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。
8）当低压母线为双电源，变压器低压侧开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出现侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。
3.335kV变电所主接线图
SⅡSI
L3L4DL1L1L2
B1B2
DL6DL7
DL8
织印配炼备
布染电铁用
厂厂所厂
图235KV变电所主接线图
3.4负荷计算
本次设计的负荷计算
取：
K∑p=0.95K∑q=0.97
根据原始数据表可算出：
∑P30i=6500kW;
则∑Q30i=∑P30i*tanacrcos0.85=6500*0.62=4028.3kVar
P30=K*∑p∑p30=0.95*6300=5985kV
Q30=K*∑q∑q3Q=0.97*4028.3=3907.5kVar
S30=√（P3Q2+Q3Q2）=7147.6kVA
I30=S30/√3UN=412.7A
Cosφ=P30/S30=0.84
由于规程要求cosφ≥0.9，而由上面计算可知cosφ0.84<0.9，因此需要进行无功补偿。
电容器具有投资省，有功功率损耗小，运行维护方便，故障范围小等特点，因此采用并联电容器进行无功补偿。
公式依据为：
Qc=ɑ*P30*qc
式中：
Qc—需要补偿的无功容量，kvar
P30—全企业的有功计算负荷，kW
ɑ—平均负荷系数，取0.7~0.8
qc—补偿率，kvar/kW，查阅相关工程手册，可以得出qc=0.369
将相关数据代入公式中得：
Qc=ɑ*P30*qc=0.7*0.369*5985=1659.042kvar
4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。
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。
4.110KV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：
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。
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。
4.2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：
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）。
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）。
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变电所的自动装置:
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。
5短路电流计算
5.1系统等效电路图
如图4.1所示
SⅡSⅠ
12
0.40.6
5634
0.2920.2920.3800.380
DL1d1
78
1.191.19
DL8d2
XL=3.628
D3
图4.1系统等效电路图（各阻抗计算见4.3）
5.2基准参数选定
SB=100MVA，UB=Uav即：
35kV侧UB=37KV，10kV侧UB=10.5KV。
5.3阻抗计算（均为标幺值）
1）系统：
X1=100/150=0.6X2=100/250=0.4
2）线路：
L1，L2：
X3=X4=l1X1SB/VB2=0.4×13×100/372=0.380
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
5.4短路电流计算
1）最大运行方式：
系统化简如图5.2所示。
其中：
X9=X2+X3∥X4＝0.790
X10=X1+X5∥X6＝0.546
X11=X10∥X9＝0.32
X12=X11+X7＝1.51
据此，系统化简如图5.3所示
故知35KV母线上短路电流：
Id1max=IB1/X11=1.56/0.32=4.875（KA）
10KV母线上短路电流:
：
Id2max=IB2/X12=5.5/1.51=3.642（KA）
折算到35KV侧:
：
Id21max=IB1/X12=1.56/1.51=1.03（KA）
对于d3点以炼铁厂计算：
Id3max=5.5/（1.51+3.642）=1.068（KA）
SIISI
109
0.5460.790
35KVd1
7（8）
1.19
10KVd2
XL=3.642
d3
图5.2最大运行方式下的系统化简图
11
35KV0.32d1
7（8）
1.19
10KVd2
XL=3.642
d3
图5.3系统进一步的化简图
2）最小运行方式下:
系统化简如图5.4所示。
1.因SⅡ停运,所以仅考虑SⅠ单独运行的结果；
X13=X9+X7=0.790+1.19=1.980
所以35KV母线上短路电流：
Id1min=IB1/X9=1.56/0.790=1.974（kA）
所以10KV母线上短路电流：
Id2min=IB2/X13=5.5/1.980=2.77（kA）
折算到35KV侧：
Id2lmin=IB1/X13=1.56/1.980=0.787（kA）
对于d3以炼铁厂进行计算
Id3min=5.5/（1.980+3.628）=0.980（kA）
折算到35KV侧：
Id3lmin=1.56/（1.980+3.628）=0.278（kA）
SⅠ
9
0.790
35KVd1
7（8）
10KV1.19d2
XL=3.642
图5.4最小运行方式下的系统化简图
6主变继电保护整定计算及继电器选择
6.1瓦斯保护
轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250~300cm2整定，本设计采用280cm2。
重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.6~1.5cm2整定本，本设计采用0.9cm2。
瓦斯继电器选用FJ3-80型。
6.2纵联差动保护
选用BCH-2型差动继电器。
（1）计算Ie及电流互感器变比，列表如表5.1：
表5.1Ie及电流互感器变比
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
I1e/5=180/5
I2e/5=346.4/5
实选CT变比nl
200/5
400/5
实际额定电流
I1e/5=4.50A
I2e/5=4.33A
不平衡电流Ibp
4.50-4.33=0.17A
确定基本侧
基本侧
非基本侧
（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≥KKIbp
（1）
利用实用计算式：
Idz1=KK（KfzqKtxfi+U+fza）Id2lmax
式中：
KK—可靠系数，采用1.3；
Kfzq—非同期分量引起的误差，采用1；
Ktx—同型系数，CT型号相同且处于同一情况时取0.5，型号不同时取1，本设计取1。
ΔU—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。
Δfza—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Idz1=1.3×（1×1×0.1+0.05+0.05）×1.04=270.4（A）
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
Idz1=KKIe
（2）
式中：
KK—可靠系数，采用1.3；
Ie—变压器额定电流：
代入数据得Idz1=1.3×103.9=135.1（A）
3）躲过电流互改器二次回路短线时的最大负荷电流
Idz1=KKTfhmax（3）
式中：
KK—可靠系数，采用1.3；
Idz1—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Idz1=1.3×103.9=135.1（A）
比较上述
（1），
（2），（3）式的动作电流，取最大值为计算值，
即：
Idz1=270.4（A）
（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
IdzjsI=KJXIdzI/nl
代入数据得IdzjsI=
×270.4/40=11.71（A）
基本侧继电器差动线圈匝数WcdjsI=Awo/IdzjsI
式中：
Awo为继电器动作安匝，应采用实际值，本设计中采用额定值，取得60安匝。
代入数据得WcdjsI=60/11.71=5.12（匝）
选用差动线圈与一组平衡线圈匝数之和较WcdjsI小而相近的数值，作为差动线圈整定匝数WcdZ。
即：
实际整定匝数WcdZ=5（匝）
继电器的实际动作电流IdzjI=Awo/WcdZ=60/5=12（A）
保护装置的实际动作电流IdzI=IdzjINl/Kjx=12×40/
=277.1A
（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WphjsⅡ=Wcdz/Ie2JI-Wcdz=5×（4.5/4.33-1）=0.19（匝）
故，取平衡线圈实际匝数WphzⅡ=0
工作线圈计算匝数WgzⅡ=WphzⅡ+Wcdz=5（匝）
（5）计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差Δfza
Δfza=（WphjsⅡ-WphzⅡ）/（WphjsⅡ+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。
（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。
（7）保护装置灵敏度校验
差动保护灵敏度要求值Klm≮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Klm=0.866KjxIdlmin/Idzl
=0.866×1×0.817/0.2771=2.55>2满足要求。
6.3过电流保护
过电流继电器的整定及继电器选择：
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，采用1.2；
Kh—返回系数，采用0.85；
代入数据得Idz=1.2×103.9/0.85=146.7（A）
继电器的动作电流Idzj=Idz/nl=146.7/（40/
）=6.35（A）
电流继电器的选择：
DL-21C/10
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：
Klm=0.866KjxId3lmin/Idz
=0.866×1×0.282/0.1467=1.66>1.2
满足要求。
6.4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=1.05×103.9/0.85=128.4（A）
IdzJ=Idz/nl=128.4×
/40=5.56（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。
6.5冷却风扇自起动
Idz=0.7Iel=0.7×103.9=72.74（A）
IdzJ=Idz/nl=72.74/（40/
）=3.15（A）
即，当继电器电流达到3.15A时，冷却风扇自起动。
参考文献
[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]孙力华．电力工程基础．北京：
机械工业出版社
[4]陈珩．电力系统稳态分析．北京：
中国电力出版社
[5]李光琦．电力系统暂态分析．北京：
中国电力出版社
致谢
在这次课程设计的整个过程中，虽然设计结果并不是很完美，但是，在过程中，使我学到了很多在这之前没有学到的知识、技能。
也让我学到了怎样才能更好的与人合作，也使我对所学的指示有了进一步的了解和思考，也从另一个方面认识了我所学专业的重要性。
在这里，感谢学院为我们提供了良好的设计环境，为我们提供了很方便的查询各种需要资料的环境，也为学生提供了一个良好的设计平台，更应该感谢的是我们的指导老师，在及其繁忙的工作中还抽出大量的时间来为我们辅导，为我们的设计分配任务，提供思路，解决我门在设计过程中遇到的各种难题，为我们提供了很好的思路和建议，并指引我们朝着完美的设计方向发展，在此，向老师致以最衷心的感谢。
感谢在这次设计中帮助我的所有人，有了他们的知道、帮助和鼓励，才使得我能顺利完成这次设计任务，也使得我在这次设计中成长了许多。
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