某35KV变电所的继电保护设计【报告】.docx

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1、某35KV变电所的继电保护设计目录引三11设计原始资料21设计依据21.2 设计规模21.3 设计原始资料22变电所继电保护及配置42.1 系统分析及继电保护要求42.2 变电所10kV中性点接地方式的确定42.3 本设计继电保护装置原理概述535KV线路电流速断保护52.3.1 35KV线路过电流保护5平行双回线路横联方向差动保护52.3.2 变压器瓦斯保护5变压器纵联差动保护52.4 主变压器继电保护装置设置635kV进线主变保护保护配置62.4.1 35kV线路保护735kV电容器保护82.4.2 35kV接地变保护835kV母分保护82.4.3 异常运行保护和必要的辅助保护893元件参

2、数计算9发电机参数计算103.1.1 变压器参数计算10线路参数计算10要求至少记录故障前5个周波到故障后5个周波的相关故障模拟量。3.1.2 35kV电容器保护功能配置：(1)三相两段式电流保护(2)过电压保护(3)失压保护以“有电流”和“断路器跳位”构成或门作为闭锁条件(4)零序电压保护。(5)控制回路断线告警(6)故障录波要求至少记录故障前5个周波到故障后5个周波的相关故障模拟量。2.4.4 35kV接地变保护功能配置：(1)三相两段式电流保护(2)高压侧过负荷保护(3)低压侧零序电流保护(4)超温保护。(5)控制回路断线告警(6)故障录波要求至少记录故障前5个周波到故障后5个周波的相关

3、故障模拟量。2.4.5 35kV母分保护35kV母分断路器设计考虑不设置保护，而只设置备自投装置，该装置(1)至少具有三相两段式电流保护。(2)主变过电流保护第I时限出口跳35kVkV母分。(3)控制回路断线告警。(4)故障录波。要求至少记录故障前5个周波到故障后5个周波的相关故障模拟量。2.4.6 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短路计算3.1元件参数计算为了简便计算，计算方法采用标幺值法。(1)实测的参数主要包括：发电机，变压器，架空线路,电缆线路等。在计 算

4、高压电路中的短路电流时，只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗、而忽略 其电阻;对于架空线和电缆，只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只 计电抗而忽略电阻。(2)可选取系统基准参数基准频率：50HZ基)隹容量：100MVA基准电压：37KV则:Ij=Sj/(l.732*37)= 1.56KAXj=Up2 /Sj=13.69。35KV变电站系统图发电机参数计算原始资料中系统1和系统2两台发电机均为无穷大的容量。即:SCl=SC2=oo1#2#发电机的短路阻抗标幺值：X*fl=O X*f2=0.24-2变压器参数计算原始资料中两台35KV变压器参数：Sti=St2=6300KVA=6.3

5、MVA短路电压百分比查电力变压器参数表可知:Udi%=7.5 Ud2%=7.5根据公式计算出1#2#35KV变压器短路阻抗标幺值:= 1.19v V 5% Si 7.5 100X*3 = X *4 =X =X100 Se 100 6.3线路参数计算LGJ-12011Km 线路的阻抗为:Xl=Xi xLl=0.4x 11=4.40,线路的阻抗为：Xl=XixL2=0.4x 7.1=2.84Q o贝U：Xr = X x 包=0.4 x 11 x 譬=0.32“2372Xq = XxL2 = 0.4x7.lxW = 0.21UP2372(3-1)LGJ-120 7.1 Km(3-2)(3-3)至此，

6、可得出该35KV系统的等值阻抗图:图3-2 35KV系统的等值阻抗3.1 最大川 运行方式下等值阻抗分析最大运行方式为两台发电机组和两台35KV变压器全部投入运行，进行系统 简化，等效电路如下：37KV10.5KV0.32024QP119图3-3最大运行方式下等值阻抗此时阻抗值如下：X*l=X*liX*l2=0.12X*t=X*3X*4=0.60X*6=X*L1(X*L2+X*f2)=0.19系统最小运行方式下，只有一台变压器投入运行，等效电路图如下:10. 5KV0.240.2137KV1. 19图3-4最小运行方式下等值阻抗此时线路阻抗值如下：X*L= X*L2=0.21变压器阻抗值如下：

7、X*t= X*4=1.19短路电流计算37KV侧：山点短路电流计算三相短路电流计算取Up=37KV,则基准电流为：T Sj 100Ij=1.56KAV3Up 3x37dx点短路总阻抗为：X*diz=X*6=0.19则三相短路次暂态电流有效值（等于稳态短路电流）为:1%尸I上=变二8.2KAMl 0.19短路全电流最大有效值为：Ich 尸 L52I”d 尸 1.52 X 8.2=12.5KA三相短路冲击电流为：ichi=1.8V2 Idi=2.55x8.2=20.9KA三相短路容量为：Sdi=V3UP Idi=6x37x8.2=525.5MVA332两相短路电流计算Id尸虫I di=0.866x

8、8.2=7.1KA 210.5KV侧：d2点短路电流计算(1)三相短路电流计算取Up=10.5KV,则基准电流为：方-Sj _10011 - 1=. - -13Up V3X10.5d2点短路总阻抗为：X*d2Z=X*6 +X*7 =0.79则三相短路次暂态电流有效值(等于稳态短路电流)为:I d2=I d28=-=7.0KA | X*6 +X*71 0.79(2)两相短路电流计算：I d2= I 1.25 满足要求。Uk.max 24.1kv(2)继电器的动作值及保护的灵敏性校验电流继电器的动作值计算：5 7 KA =570A10(4-3)(4-3)(4-4)电压继电器的动作值计算:_ Uop

9、.lUop. I nvUminKrel X Hv所以：TT 37 1.25 . .UoP.r=x=24.7KV1.2 100保护的灵敏性校验同电压元件的灵敏校验已满足过电流保护，过电流保护作为本线路的后备保护。 过电流的动作电流计算公式:Iop.1 Kiel X Ksl X Il.niaxKr(4-5)所以:Uop.r-3.2 最大/小运行方式下等值阻抗分析113.3 短路电流计算12331三相短路电流计算12两相短路电流计算134 35KV线路主保护选择与整定134电流、电压保护整定计算考虑原则13电流、电压保护的构成原理及使用范围134.1.1 对电流、电压保护装置的的基本要求及整定计算考

10、虑原则144.2电流闭锁电压保护15瞬时电流闭锁电压速断保护154.2.1 保护装置电流元件、电压元件动作值的整定计算15限时电流闭锁电压速断保护164.2.2 继电器动作值及保护的灵敏性校验16过电流保护的接线方式和灵敏性校验185设计总结19参考文献216300x20.8xl0x V3 x37A=38.3A(4)灵敏度校验:1.5满足要求。425过电流保护的接线方式和灵敏性校验接线方式有3种：(1)三相星形接线方式这种接线方式应用在非直接接地系统，主要有以下缺点：需要三个电流互感器和三个继电器，元件多，接线复杂，费用较贵。用在平行线路时，如保护的动作时间相同，发生不同线路的两点接地故障 时

11、，动作切除两线路的机会为100%,降低了供电的可靠性。由于以上原因，三相星形接线方式在非直接接地系统过电流保护中用的较 少。(2)两相不完全星形接线方式图4-2仅示出定时限特性的两相两继电器瞬时电流速断及过电流保护的接线 图。图中速断保护和过电流保护部分各有两只电流继电器分别接在A、C两相电流互感器的二次回路中。过流部分两个电流继电器的触点并联，因此，任一个电流继电器启动后都可以接通时间继电器KT的线圈，启动时间继电器去跳闸。图4-2两相两继电器式瞬时电流速断及过电流保护接线图通常时间继电器KT的触点容量较大，能够直接跳闸，而不需另外装设触点 容量较大的中间继电器。在有电的直接联系的网络中，所

12、有元件的保护装置为两相两继电器接线时, 两个电流互感器均装设在同名相上，且一般装在A、C相上。(3)两相差电流的接线方式两相差继电器的过电流保护如图4-3所示。这种接线方式由两个电流互感器 和一个电流继电器组成，电流互感器也应与两相不完全星形接线方式一样，装在 同名相上，发生不同相两点接地时，保护装置的动作情况分析同两相不完全星形 接线方式。图4-3过电流保护装置的两相差继电器式接线图5设计总结本次设计在根据负荷情况确定了系统总容量以及变压器型号,然后在此基础 上通过短路计算继而再确定继电保护装置整定值，在进行备自投装置的整定计 算，对此35kV系统继电保护和综合自动化系统(备自投装置)进行了

13、详细的设 计计算。该设计主要有以下几方面的内容：首先，对该35kV系统的负荷进行计算; 其次，对该35kV系统主变压器进行设计、选型计算；再者，通过参阅国内外 35kV系统的设计规范和指导手册，对该35kV系统进行等值短路计算，该方法 通过计算对继电保护和自动控制系统的继电保护设计和应用做了铺垫；并且也给 35kV自动化系统的设计和继电保护自动控制系统的设计和应用提供了指导；最 后;通过对35kV自动化系统的设计和继电保护系统设计后，还分别进行了 35kV 继电保护系统的设计以及综合和自动化系统的继电保护设计。通过对该35kV系统的设计，更加熟练地掌握了计算过程，目完成了综合自 动化系统配置，

14、为35kV系统的整体规划建设提供依据。参考文献1杨宝华.浅谈35kV变电站的自动化继电保护J.科技风，2018, 06(No.338):169-170.路永睿，王芳.35KV变电站的自动化继电保护策略探讨J.明日， 2019(32):0050-0050.3毛鹏，刘玉春.供电系统35kV变电站自动化继电保护装置的运用J.科技创 新导报,2018(23).4李伟.35kV变电站的自动化继电保护策略分析J.城市周刊，2018, 000(025):P.65-65.5李金红.试论35kV变电站继电保护中的问题与对策J.百科论坛电子杂志, 2019, 000(016):298.6黄建录.35kV变电所继电

15、保护改造调试技术研究J.信息周刊，2019, 000(008):1-1.7杨帆.35kv变电所继电保护改造调试技术探析小城市建设理论研究(电子版), 2018, 000(002):P.178-178.8毛振军，王晓苏，王鑫，等.探讨35kV变电站继电保护技术问题探讨与对策J. 名城绘,2018(9):327-327.9李本金.浅析35kV变电站继电保护相关问题J.百科论坛电子杂志，2018, 000(010):377.10李伟.35kV变电站继电保护的运行与维护技术探讨J.电气技术与经济, 2020, No,16(04):29-31.11张晓丹.浅述35kv变电站继电保护装置对策J.华东科技(

16、综合)，2019, 000(008):1-1.12马骏.35kV变电站继电保护系统应用研究J.南方农机,2018, 049(022): 112.13张军.35kV变电站自动化继电保护J.数字化用户,2018, 024(007):107.引言继电保护装置是电力系统中必不可少的组成成分,它确保了电力系统能够安 全稳定的运行，确保了供电的质量，任何装置都不得在继电保护没有投入的情况 下运行，足以见得继电保护装置在电力系统里的地位。在变电站的继电保护和自 动控制系统设计过程中，其主要完成以下功能：(1)当系统出现故障情况下，有选择性的切除故障或者动作与信号报警。(2)排除或展现电力系统的一切非正常运行

17、情况。根据继电保护的相关要求，一般情况下应该遵循主保护和后备保护相配合的 原则，联动配合完成系统的保护过程。继电保护装置必须要做的是能够正确区分被继电保护元件的电压是否已经 处于正常电力系统运行的状态还是已经导致电力系统发生了故障,或是电力系统 处于异常的状态,最简单的继电保护方式之一就是首先判断此时电流或电压的变 化大小;然后判断系统是否具有保护发生的继电元件是属于区内异常故障还是区 外异常故障的功能，对于这种异常状况我们可以考虑通过采用闭锁等继电保护装 置的方法来判断是否躲过此时的电压或者电流的变化大小，从而引起的继电保护 正确跳闸。继电保护装置系统想要更好的实现这一继电保护功能，需要根据

18、正常 电力系统中在发生了区外故障前后某些需要测量的电压电流变化特征为其基础 来设计构成。当一个电路发生两相之间的短路或接地故障，即不对称的短路故障 时，一定会在短路时出现相应的负序分量；但只有在短路发生接地短路故障时才 可能会在短路出现相应的零序分量，利用这些功能特点我们分别设计了相应的零 序分量保护、复合启动过电压保护以及过电流保护等。他们都是依据了这些电气 量的出现与消失，增大与减小来实现的。在当前电力系统发展迅速的情境下，自动装置显得越来越重要。众所周知， 电能是无法大量存储的，发电、变电、输电、配电、用电这几者紧密结合，是同 时进行的，当前电力系统发展迅速，同时也越来越庞大，越来越复杂

19、，若在运行 中出现问题，若不能及时处理，或处理不当，则可能会对电力系统的安全稳定运 行产生重大影响。在这种背景下，想要依靠人力来进行大规模的控制变成越来越 不可能完成的任务，自动装置也就在这种环境下应运而生。自动装置能够更快、 更准确的对故障进行修复，更进一步的缩小了故障的影响范围，所带负荷停电的 时间也就越短。随着对容量、安全性、稳定性的要求越来越高，自动化的程度也 越来越高，智能化，微机化已经变为电力系统控制里的常态，同时也需要更多的 自动化方面的人才对自动装置进行安装、巡视、维护方面的工作。1设计原始资料1.1 设计依据继电保护设计任务书。国标GB50062-92电力装置的继电保护和自动

20、装置设计规范。电力系统继电保护设计规模变电站为末端负荷变电站，无穿越功率。35kV线路：2回，内桥接线。10kV线路：出线8回；单母线分段接线。主变：2X10MVA, 353x2.5%/10.5kVo无功补偿：2 x 1800kVaro接地补偿所用变及消弧线圈：2 x 315kVA （接地变：50kVA;消弧线圈 280kVA） o变电站采用全户内无人值班式，电缆进出线。35kV、10kV配电装置和主变 压器均布置在配电房内。1.2 设计原始资料35KV供电系统图，如图1-1所示。系统参数：电源I短路容量：SlDmax=200MVA ;电源II短路容量：SDmax=250MVA;供电线路：Li

21、=L2=15km, L3=L4=10km,线路阻抗：Xl=0.4 Q/kmoIIIIL3_2L1待设计变电所图1-135KV系统原理接线图35KV变电所主接线图，如图1-2所示。水理污处厂配电所染料厂化肥厂图1-2 35KV变电所主接线图10KV母线负荷情况，见下表：表1-1 35KV母线负荷表负荷名称最大负荷功率因数回路数供电方式线路长度(Kw)(km)化肥厂12000.851架空线8染料厂11000.851架空线7化工厂14000.852架空线13配电所15000.852电缆10污水处理厂17000.852架空线10Bl、B2主变容量、型号为6300kVA之SF1-6300/35型双卷变压

22、器，Y-A/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L1L4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。2变电所继电保护及配置2.1 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。2.2 变电所10kV中性点接地方式的确定根据

23、课件任务上提供的有关数据，本变电所系小接地电流系统。本变电所为 两台主变，需装设两台站用变压器，站用变压器的高压侧从主变压器低压侧、 35kV线路侧或站外电源引接，正常时由一台供电，另一台备用。在2台所用变 的低压侧（即所用电屏进线侧）设置备用电源自动投入装置，以增加所用电的可 靠性。所电屏采用单母接线。故决定采用两台10kV所用接地变+消弧线圈模式,分布于两段10kV母线上, 由于主变10kV侧为A接线，故需用接地变引出人为中性点，同时，接地变的二 次容量考虑满足所用电的要求。接地变型号为DKSC-315/10.5-50/0.4,二次容量 50kVA,电压105%/0.4kV,接线方式ZN,

24、 ynll,阻抗电压Ud=4%。干式消 弧线圈型号为KD-XH01-280/10.5o本设计继电保护装置原理概述2.2.1 35KV线路电流速断保护是根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流的，以动作电流的大小来 控制保护装置的保护范围；有无时限电流速断和延时电流速断，采用二相二电流 继电器的不完全星形接线方式，本设计选用无时限电流速断保护。2.2.2 35KV线路过电流保护是利用短路时的电流比正常运行时大的特征来鉴别线路发生了短路故障，其 动作的选择性由过电流保护装置的动作具有适当的延时来保证,有定时限过电流 保护和反时限过电流保护；本设计与电流速断保护装置共用两组电流互感器，采 用二相二

25、继电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流保护，作为电流速断 保护的后备保护，来切除电流速断保护范围以外的故障，其保护范围为本线路全 部和下段线路的一部分。2.2.3 平行双回线路横联方向差动保护通过比较两线路的电流相位和数值相同与否鉴别发生的故障;由电流起动元 件、功率方向元件和出口执行元件组成，电流起动元件用以判断线路是否发生故 障，功率方向元件用以判断哪回线路发生故障，双回线路运行时能保证有选择的 动作。该保护动作时间OS,由于横联保护在相继动作区内短路时，切除故障的 时间将延长一倍，故加装一套三段式电流保护，作为后备保护。2.2.4 变压器瓦斯保护利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继

26、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。2.2.5 变压器纵联差动保护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

27、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。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。2.3 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。接入系统方案：根据一次接入系统设计，本变电所采用内桥接线，为终端负 荷变电所，常用运行方式中无穿越功率，根据系统继电保护现状，在本所不再装 设35k

28、V线路保护，当35kV线路发生故障时，由电源点CI和CII对侧线路保护 切断故障线路。2.4.1 35kV进线主变保护保护配: ,rWi(1)主变与进线断路器和35kV内桥断路器组成差动保护，瞬时动作跳主 变二侧断路器和35kV内桥断路器。接线方式：高、低压两侧差动CT均采用星 形接线，高压侧取主变35kV隔离手车柜保护CT,低压侧取主变10kV出线保护 CT,通过软件平衡两侧电流，补偿二次电流相位。CT二次断线告警(差动出口：小电流闭锁/大电流开放，定值可设定)差流显示及越限告警故障录波(要求至少记录故障前5个周波到故障后5个周波的相关故障模拟 量)(2)复合电压启动过电流保护接线方式：电流

29、取主变35kV隔离手车柜保护CT,电压取主变10kV侧，复合低电压和 负序电压。功能组成：过流第I时限跳低压母分，第H时限跳同侧35kV进线断路器和主变10kV 侧断路器及35kVo(3)过负荷告警及联切负荷第一时限(不小于9秒)告警，第二时限(不小于1800秒)出口联切10kV 线路(每台主变过负荷联切线路出口不小于6个)。(4)非电量保护及有关开关量采入1)本体轻、重瓦斯(动作于跳闸/信号，可切换)2)分接开关轻、重瓦斯(动作于跳闸/信号，可切换)3)压力释放(动作于跳闸/信号，可切换)4)主变油温过高告警(5)控制回路断线告警2.4.2 35kV线路保护功能配置：(1)三相两段式电流保护

30、及其后加速(2)接地选线接地选线是作为35kV线路保护单元内部的一个测量功能模块，另外配置一 个通讯式接地选线装置用于采集信号，合成零序电压进行分析判断，具备接地试 跳功能；接地选线的软件功能须适应中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统, 接地选线的原理应为功率方向+小波分析，从原理上满足没有选线死区要求。(3)低频减载频率测量误差不大于 0.05Hz,动作频率、动作延时及滑差df/dt应分别可 调。(4)重合闸重合闸时间整定范围不小于0.59.9s,步长01s;重合闸可投退；采用保 护/不对应启动方式，可投退，全线电缆线路则不配合重合闸；低频减载动作闭 锁重合闸，可投退；弹簧机构储能未绪闭锁重合闸，可投退。(5)控制回路断线告警(6)故障录波