第1章 绪论 1.1 继电保护的概述
研究电力系统故障和危及安全运行的异常情况,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,所以称其继电保护。
1.1.1 继电保护的任务
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。
1.1.2 继电保护的作用
由于电气设备内部绝缘的老化、损坏或工作人员的误操作、雷击、外力破坏等原因,可能使运行中的电力系统发生故障和不正常运行情况。常见的故障是各种形式的短路,如三相短路、两相短路、两相对地短路、中性点直接接地系统中的一相对地短路、电气设备绕组层间和匝间短路等。各种短路均会产生很大的短路电流,同时使电力系统的电压水平下降,从而引发如下严重后果。
(1)短路电流产生的电弧将短路点的电气设备烧坏;
(2)短路电流通过非故障设备,由于发热和电动力的作用,很可能使非故障元件损坏或缩短其使用寿命;
(3)电力系统电压水平下降,影响用电单位的生产,出现次品及废品,甚至烧毁电动机;
(4)电力系统电压下降,可能破坏电力系统的稳定,使系统振荡而导致崩溃。
故障和不正常运行状态,都可能在电力系统中引起事故。事故,就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏,并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步,甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。
系统事故的发生,除了由于自然条件的因素(如遭受雷击等)以外,一般都是由于设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。因此,只要充分发挥人的主观能动性,正确地掌握客观规律,加强设备的维护和检修,就可以大大减少事故发生的几率,把事故消灭在发生之前。
在电力系统中,除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性之外,故障一旦发生,必须迅速而有选择性地切除故障元件,这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十几分之几 甚至百分之几秒,实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。这种保护装置以前,大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的,故称为继电保护装置 。在电子式静态保护装置和数字式保护装置出现以后,虽然继电器已被电子元件或计算机所代替,但仍沿用此名
称。在电业部门常用继电保护一次泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置一次则指各种具体的装置。
电力系统中各种设备之间都有电或磁的现象,当某一设备发生故障,在很短的时间内就会影响到其他统的其他部分.因此,一旦电力系统出现故障,必须尽快将其切除,恢复正常运行,减少对用电单的影响;而当出现不正常运行情况时要及时处理,以免引起故障。
继电保护装置是一种能反应电力系统电气设备发生故障或不正常工作状
态而作用于开关跳闸或发出信号的自动装置。 1.1.3继电保护装置具备的基本要求
继电保护装置必须具备以下五项基本要求:(1)安全性;在不该动作时,不发生误动作。(2)可靠性;在该动作时,不发生拒动作。(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。(5)灵敏性;反映故障的能力,通
常以灵敏系数表示。选择继电保护方案时,除设置需满足以上五项基本性能外,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。
1.1.4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快速地,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,提高系统运行的可靠性,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物理量的变化并对其鉴别。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子以执行:跳闸或发信号。
继电保护原理结构框图:
跳闸或信号脉冲故障容量测量部分逻辑部分执行部分整定值
(1)测量部分
测量部分是测量通过被保护的电气元件的物理参量,并与给定的值进行比较,根据比较的结果,给出“是”“非”性质的一组逻辑信号,从而判断保护装置是否应该启动。 (2)逻辑部分
逻辑部分使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围,最后确定是应该使断路器跳闸、发出信号或是不动作及是否延时等,并将对应的指令传给执行输出部分。 (3)执行部分
执行输出部分根据逻辑传过来的指令,最后完成保护装置所承担的任务。如在故障时动作于跳闸,不正常运行时发出信号,而在正常运行时不动作等。
1.2继电保护的发展
随着电力系统容量日益增大,范围越来越广,仅设置系统各元件的继电保护装置,远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发,研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后,系统将呈现何种工况,系统失去稳定时将出现何种特征,如何尽快恢复其正常运行等。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时,尽可能将其影响范围限制到最小,负荷停电时间减到最短。此外,机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产,特别是大机组和大电力系统的相互影响和
协调正成为电能安全生产的重大课题。因此,系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力,机、炉设备的设计制造也 应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全,不仅应有完善的继电保护,还应研究、推广故障预测技术。 1.3变电所基本情况介绍
某县有金河和青岭两座电站,装机容量分别为12MW和8MW,各以单回35Kv输电线路向城关变电所供电。金河电站还以一回35KV联络线经110KV中心变电所与省电网连接。
35KV电网接线示意图如下
40KM10KM30KM系统35KV110KV35KV10000KVA2*20000KVA2*7500KVA2*40000KVA6.3KV6.3KV10.5KV4*3000KW金河电站中心变电所城关变电所2*4000KW青岭电站
图1 主要参数见下表:
1. 发电机: 额定容量 Se(KW) 3000 4000
2. 主变压器:
额定容量 接线组别 短路电压标么电抗X*B 额定电压 功率因数 Ue(KV) 6.3 6.3 0.8 0.8 0.2 0.2 0.333 4 暂态电抗X\"d 标么电抗X*F
Se(kVA) 7500 10000 10000 Y,dll Y,dll Y,dll Yn, yno, 20000 dll Ud% 7.5 7.5 7.5 1 0.75 0.75 X*1=0.55 X*2=0 X*3=0.35 3. 输电线路:
电抗 名称 城中线 金河线 青岭线 导线型号 LGJ-120 LGJ-120 LGJ-120 长度(km) 标么值 40 10 30 1.168 0.292 0.876 有名值(Ω) 16 4 12 最大运行方式:两电站的六台机组全部投入运行,中心变电所在地110kV母线上的系统等值标么电抗为0.225。城关变电所总负荷为240A(35kV侧),由金河电站供给110A、青岭电站供给130A。剩余的110A经中心变电所送入系统。
最小运行方式:两电站都只有一台机组投入运行,中心变电所110kV母线上的系统等值标么电抗为0.35,城关变电所总负荷为150A(35kV侧),由金河电站供给40A、青岭电站供给65A。剩余的15A经中心变电所送入系统。
第2章 短路电流计算
2.1在最大运行方式下三相短路电流的计算
将图1电网进行电抗转换,转换的各电抗标幺值如下图2所示。
青岭发电站系统20=416=0.8761=0.2259=0.29217=0.7519=0.721=42=0.553=05=0.556=08=1.1687=0.3518=0.751210=113城关变电站4=0.35城市中心变电站11=11415金河发电站12=13=14=15=0.333 图2
将城关变电所排除,由其它电抗标幺值合并整理得到图3。
系统19161922青岭变电站2356847102311城中心变电站24金河变电站
图3
将青岭发电站发电机电抗标幺值合并:
44X22=X20//X21==2
44金河发电站发电机的电抗标幺值合并:
0.3330.333X23=X24==0.1665
0.3330.333将青岭电站和金河电站线路上各电抗标幺值合并整理,如下图4所示。
系统123568262574青岭发电站金河发电站城中心发电站
图4
将金河电站和青岭电站线路电抗标幺值合并得: X25=X9+X16+X19+X22=0.292+0.876+0.75+2=3.918 金河电站线路电抗标幺值合并得:
X26=(X10+X23)//(X11+X24)=(1.1665)//(1.1665)=0.583
因为X3=X6=0,所以20MVA变压器处电抗标幺值等值电路如图5所示。
系统1252582647青岭发电站金河发电站城市中心发电站
图5
将20MVA变压器电抗标幺值X2和X5合并得:
0.550.55X27=X2//X5==0.275
0.550.55将20MVA变压器电抗标幺值X4和X7合并得:
0.350.35X28=X4//X7= =0.175
0.350.35系统电抗合并整理后如图6所示。
系统125青岭发电站2782628金河发电站城中发电站
图6
以中心变电短路点K1为基准合并系统电抗值: X29=X1+X27=0.225+0.275=0.5
X8X251.1683.918X30=X8+X25+=1.168+3.918+=12.935
X260.583X8X261.1680.583X31=X8+X26+=1.168+0.583+=1.925
X253.918将系统进行星型---三角形等值转换如图7所示。
系统29303132青岭33金河3428城电市所中心变
图7
X28X29最后化简的电抗: X32X28X29
X30//X310.1750.5 =0.1750.50.72712.935//1.925 X28X30X33X28X30X29//X31
0.17512.9350.17512.93518.8210.5//1.925 X28X31 X34X28X31X29//X30 0.1750.9250.1751.9252.8
0.5//12.935 (一)三相短路电流的计算
取基准功率SB=1000MVA,基准电压VB=Vav。由此可算出基准电流:
IBSB1000M5.02KA 3VB3115
对于系统:基准条件下的电流标幺值 IB11.376 X323系统三相短路电流 Ix.maxIBIB1.3675.026.862KA
青岭电站:发电机的额定容量Se8MW,选取发电机基准容量SB80MW
计算电抗标幺值X*jsX*jSe818.8121.881 SB80由水轮机运算曲线数字表查得额定电流标幺值Ie0.56 电站三相短路电流:
Se83IqI0.560.309KA .maxe1.73UP1.738.376(式中Up为电网线电压平均值)
金河电站:发电机的额定容量Se12MW
计算电抗标幺值XjsXjSe122.80.42 SB80由水轮机运算曲线数字表查得额定电流标幺值Ie2.627
电站三相短路电流I3j.maxIeSe122.6272.175KA
1.73UP1.738.3762.2在最小运行方式下短路电流的计算
最小运行方式:两电站都只有一台机组投入运行,中心变电所110KV母
线上的系统等值标么电抗为0.35城关变电所总负荷为105A(35KV侧),由金河电站供给40A、青岭电站供给65A。剩余的15A经中心变电所送入系统。 (一)系统
系统28青岭发电站29Xf城电市站中心变系统31青岭32城电市站中心变金河发电站30金河33
X31XfX28 X32XfX29 X32XfX30(二)两相短路电流的计算
取基准功率SB=1000MVA,基准电压VB=Vav。由此可算出基准电流:
IBSB10005.02KA 3VB3115(XfX28)(X29//X30)1.694
Xfx29X28//X3035.072 7.496
(XfX30)(X28//X29)对于系统:基准条件下的电流标幺值I*B10.590 X31 IXIBI*B5.020.592.962 系统短路电流I3xmin1.73IX1.732.9625.124KA
青岭电站:发电机的额定容量Se4MW,选取发电机基准容量SB80MW
计算电抗标幺值X*jsXjSe435.0721.754 SB80由水轮机运算曲线数字表查得额定电流标幺值Ie0.598 电站三相短路电流I\"I*eSe40.5980.165KA
1.73UP1.738.376 I3qmin1.73I\"0.285KA
金河电站:发电机的额定容量Se3MW 计算电抗标幺值X*jsX*jSe37.4960.281 SB80由水轮机运算曲线数字表查得额定电流标幺值I*e3.993 电站三相短路电流I\"I*eSe33.9930.827KA
1.73UP1.738.376 I3jmin1.73I\"1.431KA
第3 章 变电所继电保护和自动装置规划
3.1 系统分析
本设计为35KV变电所的继电保护设计。继电保护部分是本次设计的重点。
每个电气设备的保护都由主继电保护和后备继电保护(包括近后备保护和远后备保护)。
3.2 本系统故障分析
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。
电力变压器的故障,分为外部故障和内部故障两类。
(1)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。
(2)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。
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。
3.3 电气设备的选择
3.3.1概述
正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行设备选择时,应根据工程的实际情况,在保证安全、可靠的前提下,积极而准确的采用新技术,并注意节约投资,选择合适的电气设备。应满足正常运行、维修。短路和过电压情况下的要求,并考虑长期的发展。按当地环境条件检验核对。应力求技术先进和经济合理,与整个工程的建设标准应协调一致;同类设备应尽量减少品种。选用的新产品均应具有可靠的实验数据,并经正式鉴定合格,在特殊情况下,用未经正式鉴定的心产
品时,应经上级批准。选择的高电压电器,应能在长期工作条件下和发生过电压和过电流的情况下保持正常运行。
电气设备选择的一般要求:
(1)应满足正常运行、检修以及短路和过电压情况下的工作要求。即满足工作要求。
(2)应按当地环境进行校核。即适应环境条件。 (3)应力求技术先进和经济合理。即先进合理。 (4)应与整个工程的建设标准协调一致。即整体协调。 (5)应适当考虑发展,留有一定裕量。即适应发展。
3.3.2高压断路器的选择 一.短路器选择的具体技术条件 (1)电压:Umax≥Ug; (2)电流:IN≥Imax;
(3)开断电流:I\"≤Ikd,其中Ikd为断路器额定开断电流; (4)关合电流:ish≤Igh; (5)动稳定:ish≤ies;
(6)热稳定:Qk≤It2t,其中Qk=I∞2t 。
二.35KV侧断路器的选择及校验
型号 额定额定额定开额定关动稳定短路电固有4s热电压电流断电流 合电流电流ies流出口分闸稳定UN(KV) IN(A) Ikd(KA) Igh(KA) (KA) 值时间电流I\"(KA) t(s) It (KA) LW8—35A 35 1600 20 50 50 10.68 0.06 20 表3-1 35KV侧断路器的技术参数 检验过程如下:
(1)额定电压:UN≥Ug;
UN=35KV , Ug=35KV 所以UN≥Ug ,满足要求。 (2)额定电流:IN≥Imax ; Imax=
1.05P1.05300064.95A
3UNcos3350.8其中P——线路最大有功负荷,KW;
UN——线路额定电压,KV;
cos——线路最大负荷时的功率因数。 IN=1600A ,IMAX=64.95A 所以, IN≥Imax 满足要求。 (3)额定开断电流:I\"≤Ikd ;
I\"=10.68KA ,Ikd=20KA
所以 I\" Qk=I∞2t=10.682 4.12=469.94(KA)2. s It2t=2024=1600(KA)2. S 所以 Qk 3.3.2 10KV侧断路器的选择及校验 型号 额定额定电额定开额定关动稳定4s热稳定固有分闸电压流UN(KV) IN断电流合电流电流ies电流It时间t(s) Ikd(KA) Igh(KA) (KA) (KA) (A) XGN28A—10.5 1600 10 20 50 50 20 ≤0.06 表3-3 10KV侧断路器技术数据 检验过程如下: (1)额定电压: UN≥Ug; UN=10.5KV ,Ug=10KV 所以UN>Ug ,满足要求。 (2)额定电流:IN≥Imax; Imax1.05P1.053000216A 3UNCOS310.50.8其中P——线路最大有功负荷,KW; UN——线路额定电压,KV; cos——线路最大负荷时的功率因数。 IN= 1250A , Imax = 216A 所以 IN >Imax ,满足要求。 (3)额定开断电流:I\"≤Ikd ; I\"=5.07KA ,Ikd=20KA 所以I\"< Ikd ,满足要求。 (4)关合电流:ish≤Igh ; ish=1.92I\"1.925.0713.62KA,Igh=50KA 所以ish 短路计算时间:tk=4+0.06+0.06=4.12s Q=I2t=10.6824.12=469.94(KA)2.s k ∞ k It2t=2024=1600(KA)2.s 所以 Qk 隔离开关配置在主线上,保证了线路及设备检修时形成的明显端口与带电部分隔离,由于隔离开关没有灭弧装置,所以操作隔离开关时必须按照正确的倒闸顺序操作,首先合母线侧隔离开关,再合线路侧隔离开关,最后合断路器,停电时与其相反操作。 一.隔离开关选择的具体技术条件 (1)电压:UN≥Ug; (2)电流:IN≥Imax; (3)动稳定:ish≤ies; (4)热稳定:Qk≤It2t; 二.35KV侧隔离开关选择 型号 额定电压UN额定电流IN动稳定电流4s热稳定电(KV) GW4—35/600 35 (A) 600 ies(KA) 50 流It(KA) 16 表3-5 35KV侧隔离开关技术数据 校验过程如下: (1)额定电压:UN≥Ug ; UN=35KV ,Ug=35KV 所以 UN≥Ug ,满足要求。 (2)额定电流:IN≥Imax; 1.05P1.0530000103 Imax0.561KA 3UNcos340.50.8 其中P——线路最大有功负荷,KW; UN——线路额定电压,KV; cos——线路最大负荷时的功率因数。 IN=600A , Imax=561A 所以 IN>Imax,满足要求。 (3)动稳定:ish≤ies; ish=1.92I\"=1.9210.68=28.70KA ,ies=50KA 所以 ish≤ies,满足要求。 (4)热稳定:Qk≤It2t; 短路计算时间tk=4+0.06+0.06=4.12s QkItk10.6824.12469.94(KA)2sItt1641024(KA)s2222 所以 Qk (1)额定电压:UN≥Ug ; UN=10KV ,Ug=10KV 所以UN≥Ug,满足要求。 (2)额定电流:IN≥Imax ; Imax1.05P1.053000227.33A 3UNcos3100.8其中P——线路最大有功负荷,KW; UN——线路额定电压,KV; cos——线路最大负荷时的功率因数。 IN=1600A ,Imax=227.33A 所以 IN>Imax ,满足要求。 (3)动稳定:ish≤ies ; ish=1.92I\"1.9210.6828.70KA ,ies=50KA 所以 ish≤ies ,满足要求。 (4)热稳定:Qk≤It2t ; 短路计算时间:tk=4+0.06+0.06=4.12s QkItk5.0724.12105.90(KA)2sItt2041600(KA)s2222 所以 Qk 3.3.4 电流互感器的选择 一.选择电流互感器的条件 选择电流互感器时,首先要根据装设地点、用途等具体条件确定互感器的结构类型、准确级、额定电流比;其次要根据互感器的额定容量和二次负荷,计算二次回路连接导线的截面积;最后校验其动稳态和热稳态。 (1)结构类型和准确级的确定 根据配电装置的类型,选择户内式或户外式电流互感器。35KV以下为户内式,35KV以上为户外式或装入式。 电流互感器准确级的确定,取决于二次负荷的性质。0.2级用于实验室的精密测量、重要的发电机和变压器回路及500KV重要回路;二次负荷如果属于一般电能计量,则电流互感器采用0.5级;功率表和电流表可配用1.0级的电流互感器;一般测量则可用3.0级。一般用于继电保护装置的电流互感器,可选用5P或10P级。 (2)额定电压的选择 电流互感器的额定电压满足: Ug≤UN Ug——电流互感器安装处的工作电压; UN——电流互感器额定电压。 (3)额定电流的选择及额定电流比的确定 电流互感器一次绕组的额定电流I1N已标准化,应选择比一次回路最大长期电流Imax略大一点的标准值。当IN确定之后,电流互感器的额定电流比也随之确定,即为(4)热稳定校验 I1N。 5 电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流I1n进行校验 I∞2tk≤(I1nKt)2 (5)动稳定校验 电流互感器以允许通过一次额定电流最大值2I1n的倍数Kd(动稳定系数),表示其内部动稳定能力,内部动稳定可用下式实验: ish≤2I1nKdw I1n——电流互感器的一次绕组额定电流,A; ish——短路冲击电流的瞬时值,KA。 短路电流不仅在电流互感器内部产生内部作用力而且由于其相邻之间相 互作用使绝缘子帽上受到外界作用力,因此,对于瓷绝缘型电流互感器应校验套管的机械强度,故外部动稳定满足: Fy≥0.51.73107L2ish aFy——作用于电流互感器端部的允许力,N; L——电流互感器出现端至最近一个母线支柱绝缘子之间的跨距,m; a——相间距离,m。 一.35KV侧电流互感器的选择及校验 Ug=66KV Imax1.05P1.05400086.60A 3UNcos3350.8所以选择的电流互感器技术数据见表3-9: 型号 LCW-35 额定电流比(A) 400/5 级次组合 0.5/10P35 1s热稳定倍数 26 动稳定倍数 60 表3-9 35KV侧电流互感器技术数据 校验如下: (1)热稳定: I2t(IK)2k1nt I2tk1.48824.129.122(KA)2s所以Itk2I1nKdw满足要求。 (2)动稳定:ish2I1nKdw ish5.12KA,2I1nKdw20.46033.94KA 所以ish2I1nKdw,满足要求。 综上所述,此电流互感器满足各项校验要求。 二.10KV侧电流互感器的选择及校验 Ug=10KV Imax1.05P1.053000203.77A 3UNcos310.50.852选择的电流互感器技术数据见表3-10: 型号 额定电流比级次组合 (A) 50/5 LZZBJ9-12 100/5 0.2S/0.5/10P15 0.2S/0.5/10P15 1s热稳定动稳定倍倍数 18 20 数 36 40 400/5 500/5 2000/5 校验过程如下: (1)热稳定:Itk(I1nKt)2 20.5/P/P 0.2S/0.5/10P15 0.5/P/P 31.5 31.5 80 60 60 160 Itk1.2724.126.65(KA)2s (I1nKt)2(280)225600(KA)2s 所以Itk(I1nKt)2 满足要求。 (2)动稳定:ish2I1nKdw ish1.92I\"1.925.0713.62KA 2I1nKdw22160452.48KA 所以ish2I1nKdw 满足要求。 根据以上数据,此电流互感器各项校验满足要求。 23.3.5电压互感器的选择 一.选择电压互感器的条件 (1)2~20KV屋内配电装置,宜采用油浸结构,也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。 (2)35KV配电装置,宜采用电磁式电压互感器。 (3)110KV及以上配电装置,当容量和准确度等级满足要求时,宜采用电容式电压互感器。 (4)SF6全封闭组合电器的电压互感器应采用电磁式。 (5)接在110KV及以上线路侧的电压互感器,当线路上装有载波通信时,应尽量与耦合电容器结合,统一选用电容式电压互感器。 (6)电磁式电压互感器可以兼作并联电容器组的泄能设备,但此电压互感器 与电容互感器之间,不应有开断点。 二.35KV侧电压互感器的选择 一次回路电压 U1g=66KV 根据1.1UNU1g0.9UN选择电压互感器技术数据见表3-11: 型号 额定电压额定输出(VA) 极限输出额定绝缘水(V) (VA) 平 JDZ9-35 35 0.2 0.5 6P 1000 40.5/95/200 75 150 — 表3-11 35KV侧电压互感器技术数据 三.10KV侧电压互感器的选择 一次回路电压U1g=10KV 根据1.1UNU1g0.9UN选择电压互感器技术数据见表3-12: 型号 额定电压(V) 额定输出(VA) 0.5 1 1000 极限输出(VA) 一次线圈 二次线圈 0.2 JSZF-10G 10000 100 75 150 300 表3-12 10KV侧电压互感器技术数据 3.3.6母线的选择及校验 一.按最大持续工作电流选择母线截面 Imax1.05P1.05400086.60A 3UNcos3350.8当=34°C时,综合修正系数K=二、35KV母线的选择 1.采用软母线 al70360.756 al257025 2.Imax1.05P1.05400086.60A,最热月平均最高温度:35°C 3UNcos3350.83.选用单根LGJ-240型钢芯铝铰线,Ie=420A(70℃) 温度校验系数K= 三.10KV母线的选择 1.Imax1.05P1.053000216.51A,最热月平均最高温度:35°C 3UNcos310.50.870-(355)=0.82 70-252.选用505单条铝母线平放,其中Ip=637A>Imax \"1, tep=2.2S 温度校验系数K= IN70-(355)=0.82 70-25= Imax216.51==264.03(A) 0.82K teq=2.2S,S=505=250(mm2),Ks=1.01 I10690teqKS=2.21.01=183.16(mm2)<S C87 =250mm2 Smin= 1、热稳定校验: 所以热稳定满足要求 2.动稳定校验 已知iimp=27.26KA,b=50mm=0.05m,h=5mm=0.005m,σp=69106帕; 并且取相间距a=0.5m,绝缘子跨距选择L=1.5m 则max=1.038iimp 2 L2210-7 abh 1.52-76 =1.038(27.2610)10=27.7710(帕) 20.50.050.0053 2 即max<p=69106帕 故动稳定满足要求 通过以上的计算及校验可知10kV母线选择单条505铝母线平放是可以的。 3.4 主变压器继电保护装置配置 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)。 3.5 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。 针对变电所负荷性质,缩短备用电源的切换时间,提高供电的不间断性,保证人身设备的安全等,本设计在35KV母联断路器(DL1)及10KV母联断路器(DL8)处装设备用电源自动投入装置(BZT)。 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。 3.6各个保护的配置原则 3.6.1变压器的保护原则 变压器常见故障及其处理方法: 对电力变压器的下列故障及异常运行方式,应按本节的规定装设相应的保护装置。 (1)绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相短路; (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,外部接地点引起的过电流及中性点过电压; (5)过负荷; (6)过励磁; (7)油面降低; (8)变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障。 上述第一,二条的保护装置应瞬时动作于跳闸,第三,四条的保护装置应带时限动作于跳闸,第五,六条的保护装置一般作用于信号。 对变压器温度升高和冷却系统故障,应按现行变压器标准规定,装设信号装置。 一. 变压器常见的保护配置 变压器的主要保护有以下几种 (1) 瓦斯保护 800千伏安及以下的油浸式变压器,应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面降低时应瞬时作用于信号;当产生大量瓦斯时,宜动作于断开变压器各电源侧的断路器,如降压变压器高压侧无断路器且未采用措施时,则可作用于信号。400千伏安及以下的车间内油浸式变压器,也应装瓦斯保护。 对于变压器引出线,套管及内部的故障,应采用下列保护方式。 信号+ + +KS至延时信号3KCOKB4KGRRB 工作原理:1是瓦斯继电器;2是信号继电器;3是出口继电器;4是连 片。当变压器内部发生轻微故障时,有轻瓦斯产生,瓦斯继电器的上触点闭合,作用于延时信号;发生严重故障时,重瓦斯冲出,瓦斯继电器的下触点闭合,经信号继电器,发出报警信号,同时通过连片使出口继电器动作使短路器跳闸,瓦斯继电器的下触点闭合,也可以利用切换片XB切换位置,只给出报警信号。 为了消除复合式瓦斯继电器的下触点在发生重瓦斯时可能有跳动(接触不稳定)现象,出口继电器有自保持触点,只要瓦斯继电器的下触点一闭和,KCO就动作并自保持。当短路器跳闸后,短路器的辅助触点断开自保持回路,使KCO恢复起始位置。 变压器瓦斯保护的优点和缺点 瓦斯保护的优点是不仅能反映变压器油箱内部的各种故障,而且还能反映差动保护所不能反映的不严重的匝间短路和铁心故障。此外,当变压器内部进入空气时也有所反映。因此,是灵敏度高、结构简单、动作迅速的一种保护。 其缺点是不能反映变压器外部故障(套管和引出线),因此瓦斯保护不能作为变压器各种故障的唯一保护。瓦斯保护抵抗外界干扰的性能较差,例如剧烈的震动就容易误动作。如果在安装瓦斯继电器时未能很好地解决防油问题或瓦斯继电器不能很好地防水,就有可能漏油腐蚀电缆绝缘或继电器进水而造成误动作。 变压器瓦斯保护的动作过程 (1)轻瓦斯动作过程,当变压器内部发生匝间短路时,产生少量的瓦斯气体,轻瓦斯继电器WST2动作,接点WST2接通给信号继电器KS3励磁,接通信号回路,进行报警。 (2)重瓦斯动作过程,当变压器内部发生相间短路时,产生大量的瓦斯气体,重瓦斯继电器WST1动作,接点WST1接通给信号继电器KS2励磁,接通信号回路,进行报警;并给中间继电器KM1励磁接通断路器的出口跳闸回路,使断路器跳闸,切除故障变压器。 二. 纵联差动保护 .用于6300千伏安及以上并列运行的变压器; .用于10000千伏安及以上单独运行的变压器; .用于6300千伏安及以上的厂用工作变压器,对厂用备用变压器可装设电流速断保护代替差动保护。 如变压器的纵差保护对单相接地短路灵敏性不符合要求,可增设零序差动保护。纵联差动保护的整定值可小于额定电流。 纵联差动保护应符合以下要求: (1)应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流; (2)应在变压器过励磁时不误动。 差动保护范围一般包括变压器套管以其引出线,但在某种情况下,如母线上进,出线回路较少的发电厂和变电所,差动保护可利用变压器套管内部的电流互感器。 变压器纵联差动保护的原理: QF1I1KDIKDK2I11QF2K1 变压器纵联差动保护通常采用环流法接线,如上图所示,为双绕组变压器纵联差动保护的单相原理接线图。它是将被保护元件两侧的电流互感器一次侧,靠近被保护元件端连在一起。然后,将差动继电器并联到两电流互感器上。 三. 电流速断保护 用于10000千伏安以下的变压器,且其过电流保护时限大于0.5秒时。2000千伏安及以下的变压器,如电流速断保护灵敏性不符合要求,则装设纵差动保护。 以上各种保护装置动作后,应断开变压器各电源侧的断路器。 对由外部相间短路引起的变压器过电流,一般采用下列保护方式: 四. 过电流保护 一般用于降压变压器,保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。 五. 复合电压(包括负序电压及线电压)起动的过电流保护 一般用于升压变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。 六.负序电流和单相式低压起动的过电流保护 一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器。 上述各种保护装置的接线宜考虑保护电流互感器与断路器之间的故障。 七. 过负荷保护 400千伏安及以上变压器,当台数并列运行或单独运行并作为其他复合的备用电源时,应根据可能过负荷的情况下装设过负荷保护。过负荷保护应接于一相电流上,带时限作用于信号。 在经常无值班人员的变电所,必要时,过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。 八. 零序保护 中性点直接接地电力网中,如变压器中性点可能接地运行时,对外部接地引起的过电流,应装设零序保护。 九. 温度保护 当变压器的冷却系统发生故障或发生外部短路和过负荷时,变压器的油温将升高。变压器油的温度越高,油的劣化速度越快,实用年限减少。当油 温达115-120℃时,油开始劣化,而到140-150℃时劣化更明显,以致不能使用。油温高将促使变压器绕组绝缘加速老化影响寿命。因此《变压器运行规程》(DLT572-1995)规定:上层油温要进行监视。凡是容量在1000kVA及以上的油浸式变压器均要装设温度保护,监视上层油温的情况;对于车间内变电所,凡是容量在315kVA及以上的变压器,通常都要装设温度保护;对于少数用户变电所,凡是容量在800kVA左右的变压器,都应装设温度保护,但温度保护只动作于信号。 3.6.1.1 变压器后备保护设计原则 (1)变压器后备保护应作为相邻元件及变压器本身主保护的后备,但满足远后备而使接线大为复杂时,允许缩短对临线路的后备保护范围; (2)变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏系数; (3)变压器后备保护应尽可能独立,而不由发电机的后备保护代替; (4)变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。 3.6.1.2 外部相间短路保护安装位置 (1)双绕组变压器,应装于主电源侧; (2)三绕组变压器及自耦变压器,一般装设于主电源侧及另一侧,主电源侧的保护应带两段时限,以较小的时限断开未装保护侧的断路器。当上述方式不符合灵敏度时则可在所有各侧均装设保护装置。各侧保护装置应根据选择性的要求装设方向元件; (3)供电分开运行母线段的降压变压器,除在电源侧装设保护外,还应在每个供电支路装设保护装置。 (4)双绕组及三绕组变压器的保护装置应接于中性点引出线上的电流互感器。 3.6.1.3 其他原则 变压器高压侧未装设断路器的线路变压器组,为了使变压器的差动或瓦斯保护能切除变压器内部故障,可采用下列措施: (1)在变压器高压侧未装设带副管及操动机构的高压熔断器; (2)利用远方跳闸装置断开线路对侧断路器,或采用包括整个线路变压器的共用纵联差动保护; (3)在变压器高压侧装设接地开关或短路开关,即在中性点直接接地电网中,可装设单相接地开关,在中性点非直接接地电力网中,可装设两相短路开关。 3.6.2 输电线路的保护原则 输电线路是长期暴露在户外的,且它的分布范围也很广泛,所以其故障几率也远比其他设备要高。又因为输电线路的功能各不相同,其电压等级需求也不相同,所以有不同的线路保护方式。在设计时应考虑线路的特性、结构、长度、线路阻抗、系统接地、故障电流、后备电源的情况以及相对的重要因素来决定所需要用到的保护方式。 一. 35kV及以上中性点不直接接地的输电线路继电保护配置要求 下列情况应快速切除故障 (1)如线路短路,使发电厂厂用母线电压低于额定电压的60%时; (2)如切除线路故障时间长,可能导致线路失去热稳定时; (3)城市配电网络的直馈线路,为保证供电质量需要时; (4)与高压电网邻近的线路,如切除故障时间长,可能导致高压电网产生稳定问题时。 35kV及以上中性点非直接接地电网在我国主要是35-66kV电网,其中性点为经消弧线圈接地或不接地。 35kV及以上中性点非直接接地电网中的线路,对相间短路和单相接地短路,均应按《继电保护和安全自动装置技术规程SDJ6-83》的规定,装设相应的保护。 对并列运行的平行双回线,可装设横联差动保护(横联方向差动保护或电流平衡保护)作为主保护。照例,当采用电流平衡保护时,它仅用于平行线路的主电源侧。以接于两回线电流之和的阶段式电流保护或距离保护作为两回线同时运行的后备保护,及一回线断开后的主保护及后备保护。 二. 多段式接地短路保护 对中场线路一般可装设经方向元件控制的多段式另需电流保护,其方向元件可根据运行需要决定接入或不接入。在终端线路,保护段数可适当减少。 对环网或电网中某些短线路,宜采用多段式接地距离保护,有利于提高保护的选择性及缩短切除故障的时间。 三. 多段式相间短路保护 双侧电源线路装设三段式距离保护。对于动稳定储备不大的发电厂(特别是水电厂)的重负荷出现,为了缩短振荡闭锁的开放时间,可在这些线路两侧采用II、III段切换方式的距离保护。 单侧电源或受端为小电源的放射性线路的送电端,一般可装设三相式多段电流保护或电流、电压保护。如不能满足要求,则装设距离保护。 四. 电流保护 (一)电流速断保护:当线路短路使得发电厂母线、主要电源的连接点母线或重要用户母线电压低于额定电压的50%~60%时,线路须装设电流速断保护作为主保护;单回线路带有受电变压器的终端线路可采用无时限电流速断保护作为主保护,有时还应以自动重合闸装置纠正保护可能发生的无选择性动作;无时限电流速断保护可作为线路保护死区内故障的辅助保护。 (二)限时电流速断保护:单侧电源辐射形网络的单回线上,当线路对侧母线保护时,限时电流速断保护兼作该母线的主保护;单回线带有一台或两台受电变压器的终端线路上,限时电流速断保护的定值有您关于受电变压器差动保护配合; (三)过电流保护:在单侧电源的辐射形网络中,当负荷电流明显比短路电流小时,采用过电流保护;在一点供电的简单环形网络中或在两侧电源供电的辐射形线路上,当过电流保护能满足灵敏性系数及动作时限要求时,可装设方向过电流保护。 3.6.3 母线的保护原则 一.发电厂和变电所的35kV~110kV电压的母线 在下列情况下应装设专用的母线保护 (1)110kV双母线; (2)110kV单母线、重要发电厂或110kV以上重要变电所的35kV~66kV母线,需要快速切除母线上的故障时; (3)35kV~66kV电力网中,主要变电所的35kV~66kV双母线或分段单母线需快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障,以保证系统安全稳定运行和可靠供电。 二.发电厂和主要变电所的3kV~10kV分段母线及并列运行的双母线 一般可由发电机和变压器的后备保护实现对母线的保护。在下列情况下,应装设专用母线保护: (1)须快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障,以保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时; (2)当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。 三. 3kV~10kV分段母线 宜采用不完全电流差动保护,保护装置仅接入有电源支路的电流。保护装置由两段组成,第一段采用无时限或带时限的电流速断保护,当灵敏系数不符合要求时,可采用电压闭锁电流速断保护;第二段采用过电流保护,当灵敏系数不符合要求时,可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路,以降低保护的起动电流。 四. 专用母线保护应满足的要求 专用母线保护应满足以下要求: (1)保护应能正确反应母线保护区内的各种类型故障,并动作于跳闸; (2)对各种类型区外故障,母线保护不应由于短路电流中的非周期分量引起电流互感器的暂态饱和而误动作; (3)对构成环路的各类母线(如一个半断路器接线、双母线分段接线等),保护不应因母线故障时流出母线的短路电流影响而拒动; (4)母线保护应能适应被保护母线的各种运行方式: (a) 应能在双母线分组或分段运行时,有选择性地切除故障母线; (b) 应能自动适应双母线连接元件运行位置的切换。切换过程中保护不应 误动作,不应造成电流互感器的开路;切换过程中,母线发生故障,保护应能正确动作切除故障;切换过程中,区外发生故障,保护不应误动作; (c) 母线充电合闸于有故障的母线时,母线保护应能正确动作切除故障母线。 (5)双母线接线的母线保护,应设有电压闭锁元件。 (a)对数字式母线保护装置,可在起动出口继电器的逻辑中设置电压闭锁回路,而不在跳闸出口接点回路上串接电压闭锁触点; (b)对非数字式母线保护装置电压闭锁接点应分别与跳闸出口触点串接。母联或分段断路器的跳闸回路可不经电压闭锁触点控制。 (6)双母线的母线保护,应保证: (a)母联与分段断路器的跳闸出口时间不应大于线路及变压器断路器的跳闸出口时间。 (b)能可靠切除母联或分段断路器与电流互感器之间的故障。 (7)母线保护仅实现三相跳闸出口;且应允许接于本母线的断路器失灵保护共用其跳闸出口回路。 (8)母线保护动作后,除一个半断路器接线外,对不带分支且有纵联保护的线路,应采取措施,使对侧断路器能速动跳闸。 (9)母线保护应允许使用不同变比的电流互感器。 (10)当交流电流回路不正常或断线时应闭锁母线差动保护,并发出告警信号,对一个半断路器接线可以只发告警信号不闭锁母线差动保护。 (11)闭锁元件起动、直流消失、装置异常、保护动作跳闸应发出信号。此外,应具有起动遥信及事件记录触点。 3.6.4 对断路器失灵的保护要求 为提高动作可靠性,断路器失灵保护应在同时下列条件起动: (1)路故障线路或设备的保护装置出口继电器动作后不返回。 (2)在被保护范围内,仍存在故障,当母线连接的回路较多时,一般采用检查母线故障电压的方式。 断路器失灵保护的动作时限应大于故障线路或设备的断路器时间及保护装置返回时间之和。 断路器失灵保护动作后,应仅断开与拒动断路器或故障点相邻的对侧有电源的断路器。 旁路断路器和兼做旁路的母线断路器或分段断路器上,应装设能代替线路保护的保护装置,其方式与大多数线路所装的保护方式基本相同。必要时,可适当增加保护装置的阶段数,但一般不装设高频保护或带辅助导线的纵差保护,根据电力系统运行情况,所带线路必须具有全线速动保护时,可将该线路的全线速动保护切换到旁路或母线断路器上,在不兼作旁路的母联联络断路器或分段断路器上,为事故解列或母线充电合闸,可装设相电流和零序电流保护。 3.6.5 电流互感器及电压互感器 一.保护用电流互感器的要求 保护用电流互感器的准确性能应符合DL/T 866-2004标准的有关规定。 电流互感器带实际二次负荷在稳态短路电流下的准确限值系数或励磁特性(含饱和拐点)应能满足所接保护装置动作可靠性的要求。 电流互感器在短路电流含有非周期分量的暂态过程中和存在剩磁的条件下,可能使其严重饱和而导致很大的暂态误差。在选择保护用电流互感器时, 应根据所用保护装置的特性和暂态饱和可能引起的后果等因素,慎重确定互感器暂态影响的对策。必要时应选择能适应暂态要求的TP类电流互感器,其特性应符合GB 16847标准的要求。如保护装置具有减轻互感器暂态饱和影响的功能,可按保护装置的要求选用适当的电流互感器。 (1)110kV及以下系统保护用电流互感器可采用P类电流互感器。 (2)母线保护用电流互感器可按保护装置的要求或按稳态短路条件选用。 保护用电流互感器的配置及二次绕组的分配应尽量避免主保护出现死区。按近后备原则配置的两套主保护应分别接入互感器的不同二次绕组。 二. 保护用电压互感器的要求 保护用电压互感器应能在电力系统故障时将一次电压准确传变至二次侧,传变误差及暂态响应应符合DL/T 866-2004标准的有关规定。电磁式电压互感器应避免出现铁磁谐振。 电压互感器的二次输出额定容量及实际负荷应在保证互感器准确等级的范围内。 双断路器接线按近后备原则配备的两套主保护,应分别接入电压互感器的不同二次绕组;对双母线接线按近后备原则配置的两套主保护,可以合用电压互感器的同一二次绕组。 电压互感器的一次侧隔离开关断开后,其二次回路应有防止电压反馈的措施。对电压及功率调节装置的交流电压回路,应采取措施,防止电压互感器一次或二次侧断线时,发生误强励或误调节。 在电压互感器二次回路中,除开口三角线圈和另有规定者(例如自动调整励磁装置)外,应装设自动开关或熔断器。接有距离保护时,宜装设自动开关。 三. 互感器的安全接地 电流互感器的二次回路必须有且只能有一点接地,一般在端子箱经端子排接地。但对于有几组电流互感器连接在一起的保护装置,如母差保护、各种双断路器主接线的保护等,则应在保护屏上经端子排接地。 电压互感器的二次回路只允许有一点接地,接地点宜设在控制室内。独立的、与其它互感器无电联系的电压互感器也可在开关场实现一点接地。为保证接地可靠,各电压互感器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器等。 已在控制室一点接地的电压互感器二次线圈,必要时,可在开关场将二次线圈中性点经放电间隙或氧化锌阀片接地,应经常维护检查防止出现两点接地的情况。 来自电压互感器二次的四根开关场引出线中的零线和电压互感器三次的两根开关场引出线中的N线必须分开,不得共用。但是要实现变压器的纵联差动保护,就必须适当地选择两侧电流互感器的变比,使其比值等于变压器 &I&。 的变比。此时变压器两侧电流互感器的二次侧电流I21&I&I&0差动正常运行和外部短路时,流过差动继电器的电流为:IKD21继电器KD不动作。 &改变了方向或等于当变压器内部发生相间短路时,在差动回路中由于I2&I&I&零(无电源侧),这时流过差动继电器的电流为IKD21,该电流为流过短 路点的短路电流,使差动继电器KD可靠动作,并动作于变压器两侧断路器跳闸。 由此可知,变压器纵联差动保护的保护范围是构成变压器差动保护的两侧电流互感器之间的范围。在保护范围之外发生故障时,保护不动作,一侧不需要与保护区外相邻元件的保护在整定和整定时限上相互配合,所以在区内故障时,可瞬时动作。 3.7各种继电器原理 3.7.1 电流继电器 原理:当继电器线圈回路中有电流流过时,产生电磁力矩,它克服弹簧的反作用力矩,使舌片向磁极趋近。舌片所受的电磁力与电流平方成正比。当继电器线圈中的电流所产生的电磁力矩大于弹簧及可动系统重力和摩擦力产生的阻力矩时,继电器动作;当继电器线圈中的电流中断或减小到一定数值时,因弹簧反作用力矩的作用,继电器返回。 用于电极变压器和输电线的过负荷和短路保护电路中作为起动元件。 3.7.2 电压继电器 用于继电保护电路中作为低电压闭琐元件。 3.7.3 负序电压继电器 用于发电机及变压器等保护装置中作为电压闭锁元件它反应不对称时线路电压的负序分量。 3.7.4 时间继电器 原理:当工作线圈加入动作电压后,衔铁被吸下,扇形齿曲臂被释放,扇齿手钟表弹簧拉力而转动,带动传动齿轮经棘轮是同轴的主传动齿轮带动钟表机构转动,因钟表机构钟摆和摆锤的作用使动触点以恒速转动,经一定时限与静触点接触,继电器动作。改变静触电的位置,可调整其时限。当电源断开时,衔铁被返回弹簧顶回原位,同时扇形齿曲臂亦被衔铁顶回原处,并使钟表弹簧重新拉伸,以备下次动作。 作为辅助元件用于各种保护及自动装置中使被控制元件的动作得到可调的延伸。 3.7.5 中间继电器 中间继电器原理:在继电保护装置中,如果需要同时闭合和断开几个回路或要求比较大的触点容量动作与跳闸等情况时,必须使用中间继电器来实现,当线圈加上工作电压后,电磁铁产生电磁力,将衔铁吸合,带动常开触点闭合,常动常开触点闭合,常闭触点断开。当外加电压消失后,衔铁受弹簧的拉力而返回。 DZ—47型中间继电器用于自动装置、继电保护装置和通讯设备中,作为信号指示和启闭电路的元件,并可频繁起动三相380V、1KW以下的电动机。 3.7.6 信号继电器 原理:在正常情况下,继电器线圈中没有电流通过,衔铁被弹簧拉住,衔铁的边缘支持着信号牌。当线圈中通过电流时衔铁被吸向铁心,于是连接在固定轴上的信号牌因其一端失去支持落下。这时在继电器外面观察孔可以看见信号牌。在信号牌落下时它左面的支持轴同时转动90度,使固定在转轴上的可动触点同时转动,当与静触点接触时,导致触点闭合,将信号回路接通,发出信号。继电器信号牌的复归和它两个常开触点的断开,必须用手转动在外壳上的复归把手才能实现。 用于直流操作的控制和保护电路中,作为动作信号指示器。 第4章 继电保护整定计算及继电器选择 4.1继电保护整定计算 总电路转换图(图4-1)及变换成单侧电源简化图(图4-2、4-3) d1系统12d234d356青岭金河d4d5 图4-1 电流方向d12系统d24d36青岭d4d5金河 图4-2 电流方向d11系统d23d35青岭d4d5金河 图4-3 一.对保护2进行整定计算 电流方向d2d12系统金河青岭 图4-4 由题中已知条件得: Xs.max=0.866×( Es/I(2)d3.min ) = 43.28 Xs.min= Es/I(3)d3.max = 19.44 Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 31.36 (1)保护2的Ⅰ段 IⅠop2=KⅠrel I(3)d1.max=0.7728 检验:LⅠmin=1/X1×(0.866Es/ IⅠop2-Xs.max) =-48.27<1.3 所以不满足要求; 采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算: LⅠmain = 0.75L = 30 km 电流元件的动作电流: IⅠop2= Es/( Xs.main+ X1 LⅠmain)=0.493 低电压元件的动作电压: UⅠop2=1.73×IⅠop2 X1 LⅠmain=10.1 最小运行方式时的保护区: LⅠmin = (0.866Es-Xs.max IⅠop2)/ X1 IⅠop5=-15.063km LⅠmin<0.15L 不满足要求,所以不设Ⅰ段保护。 (2) 保护2的Ⅱ段: Ksen= I(2)d1.min/ IⅡop2=1.3 (满足要求) 故:IⅡop2= I(2)d1.min/ Ksen=0.249 tⅡop2=tⅠop2+△t=0.5s (3) 保护2的Ⅲ段: IⅢop2=KrelKss IL.max /Kre=0.298 灵敏度校验: 近后备:(取本线路末端) Ksen = I(2)d1.min/ IⅢop2=1.08< 1.3 不满足要求; 要采用电压闭锁定时限过电流保护的整定计算: IⅢop2=Kk Ifh/ Kh =0.149 再检验近后备:Ksen = I(2)d1.min/ IⅢop2=2.179 > 1.3 满足要求 tⅢop5=tⅡop5+△t=2s 。 二. 对保护4进行整定计算 电流方向d2d34d6青岭金河 图4-5 Xs.max=0.866×( Es/I(2)d3.min ) = 79.741 Xs.min= Es/I(3)d3.max = 53.54 Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 66.641 (1) 保护4的Ⅰ段: IⅠop4=KⅠrel I(3)d2.max=0.4512 检验:LⅠmin=1/X1×(0.866Es/ IⅠop4-Xs.max) =-24.893<1.3 不满足要求; 采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算: LⅠmain = 0.75L = 7.5 km 电流元件的动作电流: IⅠop4= Es/( Xs.main+ X1 LⅠmain)=0.307 低电压元件的动作电压: UⅠop4=1.73×IⅠop4X1 LⅠmain=1.595 最大运行方式时的保护区: LⅠmax =( Xs.max UⅠop4)/ X1 (Up-UⅠop4)=8.981 km LⅠmax>50%L 满足要求; 最小运行方式时的保护区: LⅠmin = (0.866Es-Xs.mas IⅠop4)/ X1 IⅠop2=-48.618km 故不满足要求,所以不设Ⅰ段。 (2) 保护4的Ⅱ段: Kfz.min=( Id2.min xt+ Id2.min jh )/ Id2.min xt = 1.913 IⅡop4=Kph IⅠop.xl/ Kfz.min =0.494 检验:Ksen= I(2)d2.min/ IⅡop4=0.792<1.3 不满足要求; tⅡop1=tⅡop3+△t=1s 改与保护2的Ⅱ段配合: IⅡop4=Kph IⅡop2/ Kfz.min =0.144 检验:Ksen= I(2)d2.min/ IⅡop4=1.563>1.3故满足要求; tⅡop4=tⅡop2+△t=0.5s (3) 保护4的Ⅲ段: IⅢop4=KrelKss IL.max /Kre=0.298 灵敏度校验: 近后备:Ksen = I(2)d2.min/ IⅢop4=0.756<1.3 远后备:Ksen = I(2)d1.min/ IⅢop4=0.569<1.3 均不满足要求 采用低电压闭锁定时限过电流保护整定计算: IⅢop4=Kk Ifh /Kh=0.1488 低电压元件的动作电压: UⅢop4=Kk Ug.min /Kh=26.061 电流校验: 近后备:Ksen = I(2)d2.min/ IⅢop4=1.5>1.3 远后备:Ksen = I(2)d1.min/ IⅢop4=1.14≈1.2 满足要求 tⅢop3=tⅢop5+△t=2.5s 三.对保护6进行整定计算 (1) 保护6的Ⅰ段: 电流方向d3d46青岭电站d7 图4-6 IⅠop6=KⅠrel I(3)d3.max=0.4788 Xs.max=0.866×( Es/I(2)d4.min ) = 69.03 Xs.min= Es/I(3)d4.max =43.69 Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 56.36 检验:LⅠmin=1/X1(0.866Es/ IⅠop6-Xs.max) =-3.7625 不满足要求。 采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算: LⅠmain = 0.75L = 22.5 km 电流元件的动作电流: IⅠop6= Es/( Xs.main+ X1 LⅠmain)=0.3125 低电压元件的动作电压: UⅠop6=1.73×IⅠop6X1 LⅠmain=4.871 最大运行方式时的保护区: LⅠmax =( Xs.max UⅠop6)/ X1 (Up-UⅠop6)=16.559 km 最小运行方式时的保护区: LⅠmin = (0.866Es-Xs.mas IⅠop6)/ X1 IⅠop6=-24.576 故不满足要求,所以不设Ⅰ段; (2) 保护6的Ⅱ段: IⅡop6=Kph IⅡop4/ Kfz.min =0.158 检验:Ksen= I(2)d3.min/ IⅡop6=1.468>1.3故满足要求; tⅡop6=tⅡop4+△t=1s (3) 保护6的Ⅲ段: IⅢop6=KrelKss IL.max /Kre=0.352 灵敏度校验: 近后备:Ksen = I(2)d3.min/ IⅢop6=0.655<1.3 不满足要求 采用低电压闭锁定时限过电流保护整定计算: 电流元件的动作电流: IⅢop6=Kk Ifh /Kh=0.176 近后备:Ksen = I(2)d3.min/ IⅢop6=1.318>1.3 远后备:Ksen = I(2)d3.min/ IⅢop6=1.3=1.3 低电压元件的动作电压: UⅢop6=Kk Ug.min /Kh=26.061 均满足要求 tⅢop6=tⅢop4+△t=3s 四.对保护5进行整定计算 电流方向d35系统青岭电站金河电站d4d5 图4-7 (1) 保护5的Ⅰ段: Xs.max=0.866×( Es/I(2)d3.min ) = 23.81 Xs.min= Es/I(3)d3.max = 16.5 Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 20.155 IⅠop5=KⅠrel I(3)d4.max=0.9204 检验:LⅠmin=1/X1(0.866Es/ IⅠop5-Xs.max) =-9.28<0.15L 不满足要求 采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算: LⅠmain = 0.75L = 22.5 km 电流元件的动作电流: IⅠop5= Es/( Xs.main+ X1 LⅠmain)=0.733 低电压元件的动作电压: ⅠⅠⅠ Uop5=1.73×Iop5 X1 Lmain=11.426 最大运行方式时的保护区: LⅠmax =( Xs.max UⅠop5)/ X1 (Up-UⅠop5)=26.59 km 最小运行方式时的保护区: LⅠmin = (0.866Es-Xs.mas IⅠop5)/ X1 IⅠop5=21.85 km LⅠmin>0.15L 故满足要求; (2) 保护5的Ⅱ段: Ksen= I(2)d4.min/ IⅡop5=1.3 IⅡop5= I(2)d4.min/ Ksen=0.395 tⅡop5=tⅠop5+△t=0.5s (3) 保护5的Ⅲ段: IⅢop5=KrelKss IL.max /Kre=0.367 灵敏度校验: 近后备:Ksen = I(2)d4.min/ IⅢop5=1.4 > 1.3 远后备:Ksen = I(2)d8.min/ IⅢop5=6.3 > 1.2 满足要求 tⅢop5=tⅡop5+△t=2s 五.对保护3进行整定计算 电流方向d7d2d3系统3城关变电所金河电站 图4-8 (1) 保护3的Ⅰ段: IⅠop3=KⅠrel I(3)d3.max=1.554 Xs.max=0.866×( Es/I(2)d2.min ) = 19.723 Xs.min= Es/I(3)d2.max = 12.777 Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 16.75 检验:LⅠmin=1/X1(0.866Es/ IⅠop3-Xs.max) =-19.546<0.15L 不满足要求; 采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算: LⅠmain = 0.75L = 7.5 km 电流元件的动作电流: IⅠop3= Es/( Xs.main+ X1 LⅠmain)=0.940 低电压元件的动作电压: UⅠop3=1.73×IⅠop3 X1 LⅠmain=4.884 最小运行方式时的保护区: LⅠmin = (0.866Es-Xs.min IⅠop3)/ X1 IⅠop3=-30.78 故不满足要求,所以不设Ⅰ段。 (2) 保护3的Ⅱ段: IⅡop3=Kph IⅠop5=0.8063 检验:Ksen= I(2)d3.min/ IⅡop3=0.818<1.3 不满足要求; 改与保护5的Ⅱ段配合: IⅡop3=Kph IⅡop5=0.4345 检验:Ksen= I(2)d3.min/ IⅡop3=1.788>1.5 满足要求; tⅡop3=tⅡop5+△t=1s (3) 保护3的Ⅲ段: IⅢop3=KrelKss IL.max /Kre=0.298 灵敏度校验: 近后备:Ksen = I(2)d3.min/ IⅢop3=2.607> 1.5 远后备:Ksen = I(2)d4.min/ IⅢop3=1.725 > 1.5 足要求 tⅢop3=tⅢop5+△t=2.5s 六.对保护1进行整定计算 (1) 保护1的Ⅰ段: 电流方向d1d21系统金河3d3 图4-9 IⅠop1=KⅠrel I(3)d2.max=1.128 Xs.max=0.866×( Es/I(2)d1.min ) = 8.605 Xs.min= Es/I(3)d1.max = 6.845 Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 7.725 检验:LⅠmin=1/X1(0.866Es/ IⅠop1-Xs.max) =19.4>0.15L 满足要求; (2) 保护1的Ⅱ段: Kfz.min=( Id3.min xt+ Id3.min jh )/ Id3.min xt = 1.28 IⅡop1=Kph IⅡop3/ Kfz.min =0.373 检验:Ksen= I(2)d2.min/ IⅡop1=3.84>1.5 满足要求; tⅡop1=tⅡop3+△t=0.5s (3) 保护1的Ⅲ段: IⅢop=KrelKss IL.max /Kre=0.298 灵敏度校验: 近后备:Ksen = I(2)d2.min/ IⅢop1=4.812> 1.5 远后备:Ksen = I(2)d3.min/ IⅢop1=2.033 > 1.5 满足要求 tⅢop1=tⅢop3+△t=3s 4.2 继电器的选择 4.2.1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280 cm2。 重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.6~1.5 cm2整定本,本设计采用0.9 cm2。 瓦斯继电器选用FJ3-80型 。 4.2.2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 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 (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; 基本侧 I1e=S/3U1e=103.9A Y Δ Δ(10KV) I2E=S/3U2e=346.4A Δ Y I2e/5=346.4/5 400/5 I2e/5=4.33A 3I1e/5=180/5 200/5 3I1e/5=4.50A 4.50-4.33=0.17A 非基本侧 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= KK Ie (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= 3×270.4/40=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=12×40/3=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。 4.2.3过电流保护: (1)过电流继电器的整定及继电器选择: 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/(40/3)=6.35(A) 电流继电器的选择:DL-21C/10 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。 4.2.4 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=128.4×3/40=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。 4.2.5 冷却风扇自起动: Idz=0.7Iel=0.7×103.9=72.74(A) IdzJ=Idz/nl=72.74/(40/3)=3.15(A) 即,当继电器电流达到3.15A时,冷却风扇自起动。 说明书 一.短路电流数据表 各个短路点的最大短路电流和最小短路电流数据表: 短路点 Up(kv) 回路名称 系统 D1 37 金河 青岭 系统 D2 37 金河 青岭 系统 D3 10.5 金河 青岭 系统 D4 10.5 金河 青岭 系统 D5 10.5 金河 青岭 系统 D6 6.3 金河 青岭 D7 10.5 系统 I(3)d.max(KA) 3.121 0.433 0.211 0.940 0.732 0.376 0.701 0.594 0.399 0.400 0.367 0.489 7.731 1.115 0.541 2.585 3.799 1.136 1.732 I(3)d.mim(KA) 2.15 0.155 0.169 0.735 0.203 0.225 0.608 0.171 0.232 0.398 0.116 0.268 5.733 0.452 0.433 2.477 1.365 0.788 1.665 金河 青岭 系统 D8 二.方向元件的设置 三.整定原则 6.3 金河 青岭 1.549 1.043 1.719 1.623 3.543 0.483 0.656 1.777 0.534 1.799 根据方向元件安装原则二(对在同一母线上的定时限过电流保护,按动作时限考虑,时限短的安装方向元件,而长的不用装,若相等则均装)判断,保护2和5的时限为2秒,保护3和4的时限为2.5秒,所以,保护2和5均应安装方向元件。 根据方向元件安装原则一(对瞬时过电流速断保护,当反方向电流大于保护的动作值时,该保护需加装方向元件) (1)对于保护1,当d1点短路时: Idj1+Idq1=0.433+0.211=0.644(KA)< IⅠop1=1.128(KA) 所以不需要安装方向元件。 (2)对于保护3,当d2点短路时: Idj2=0.376(KA)< IⅡop3=0.4345(KA) 所以不需要安装方向元件。 (3)对于保护4,当d3点短路时: Idx3+Idj3=0.701+0.594=1.295(KA)> IⅡop4=0.144(KA) 所以需要安装方向元件。 (4)对于保护6,当d4点短路时: Idx4+Idj4=0.4+0.367=0.767(KA)> IⅡop6 =0.158 (KA) 所以需要安装方向元件。 四.继电保护配置 型式 主 保 护 Ⅱ段 限时电流速断保护 IⅡop1=0.373 tⅡop1=0.5s IⅡop2=0.249 tⅡop2=0.5s IⅡop3=0.4345 tⅡop3=1s 后 备 保 护 Ⅲ段 定时限过电流保护 IⅢop1=0.298 tⅢop1=3s IⅢop2=0.149 tⅢop5=2s IⅢop3=0.298 tⅢop3=2.5s 保护 Ⅰ段 瞬时电流联锁 1 IⅠop1=1.128 tⅠop1=0s 2 3 4 IⅡop4=0.144 tⅡop4=0.5s IⅡop5=0.395 tⅡop5=0.5s IⅡop6=0.158 tⅡop6=1s IⅢop4=0.1488 tⅢop3=2.5s IⅢop5=0.367 tⅢop5=2s IⅢop6=0.176 tⅢop6=3s 5 IⅠop5=0.733 tⅠop5=0s 6 总结和体会 在这次35KV电网继电保护课程设计中,我了解了继电保护的基本要求。对35KV线路保护配置原则、35KV母线保护配置原则和35KV断路器保护配置原则有了一定的掌握。在设计过程中通过查阅书籍和资料,我掌握了在最大运行方式和最小运行方式下短路电流的计算的流程及所需条件。通过短路电流的计算和继电保护的整定计算,对方向元件进行选择,对继电保护进行配置。最终让电网符合安全、经济的原则。 毕业设计是对我们理论知识一次梳理,它能让我们把我们所积累的凌乱 的专业知识组织成一个广泛联系的网络体系,同时它也是一种帮助我们查漏补缺不可或缺的途径。通过本次课程设计,巩固和加深以了我的专业知识面,锻炼了我灵活运用所学知识的能力,以及正确使用技术资料的能力。通过大量参数计算,锻炼了我从事工程技术设计的综合运算能力,参数计算尽可能采用先进的计算方法。 致谢 这次毕业设计得到了老师和同学的大力帮助,使我节省了很多时间。尤其是老师对我的及时的指导,让我少走了很多弯路,再加上老师讲的很详细、认真,非常感谢老师!在设计过程中,和同学的互助关系让我感受到了同学之间的友谊,很感谢他们。 本次设计是我对Word有了进一步的了解,从中学到了很多实用性的编辑工具。同时我对CAD有了初步的了解,相信在以后的学习和工作中我会学好CAD,并应用到实践中去。 由于本人知识有限,设计中难免出现一些错误,敬请各位老师批评指正,谢谢! 最后,再次向我的指导教师--郭明良老师和给予我帮助的所有老师同学 表示真诚的感谢! 因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容