某35kV变电站继电保护设计

中北大学信息商务学院课程设计说明书第1页共20页1前言在如今随着科学的发展，电力系统的能否安全稳定运行，会直接影响国民经济和社会发展。电力系统一旦发生自然或人为故障，如果不能及时有效控制，就会失去稳定运行，使电网瓦解，并造成大面积停电，给社会带来灾难性的后果。继电保护（包括安全自动装置）是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。许多实例表明，继电保护装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿成严重后果。因此，加强继电保护的设计和整定计算，是保证电网安全稳定运行的重要工作。为满足电网对继电保护提出的可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求，充分发挥继电保护装置的效能，必须合理的选择保护的定值，以保持各保护之间的相互配合关系。做好电网继电保护定值的整定计算工作是保证电力系统安全运行的必要条件。继电保护装置的基本任务是：自动，迅速，有选择性将系统中故障部分切除，使故障元件损坏程度尽量可能降低，并保证该系统无故障部分迅速恢复正常运行。反映电器元件的不正常运行状态，并根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出信号，减负荷或者延时跳闸。中北大学信息商务学院课程设计说明书第2页共20页2继电保护的介绍2.1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：故障容量测量部分逻辑部分执行部分整定值跳闸或信号脉冲图2.1继电保护原理结构方框图QSQFI.LT+-+KT+-KAI.信号图2.2跳闸或信号原理示意图2.2继电保护的基本组成中北大学信息商务学院课程设计说明书第3页共20页测量比较部分：测量所要保护的电气元件上的电气参数并与标准值比较。逻辑判断部分：由以上比较结果判断系统是在正常运行状态，还是发生故障或是在不正常运行状态。执行部分：根据判断出的运行状态去动作或不动作。2.3继电保护的基本要求在技术上必须满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性四个基本要求。对于作用于断路器跳闸的继电保护，应同时满足这四个基本要求，对于作用于信号以及只反应不正常运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求如速动性可以降低。选择性所谓继电保护装置的动作选择性就是指当系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备和线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的设备或断路器拒绝动作时，应由相邻的设备或线路的保护将故障切除。虽然扩大了停电范围，但控制了故障的扩大，它起着对下一段线路的后备保护作用。速动性快速切除故障，可以提高电力系统运行的稳定性，减轻故障设备的损坏程度，防止故障的扩展，提高自动重合闸的成功率，减少对用电单位的影响，迅速恢复系统的正常运行。故障切除的时间等于继电保护装置动作时间与断路器跳闸时间之和，对于反应故障的继电保护，要求快速动作的主要理由和必要性在于：（1）快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性；（2）快速切除故障可以防止故障的扩大，提高自动重合闸和备用电源或设备自动投入成功率，因为快速切除故障，对提高故障点饿灭弧速度，缩小短路持续时间，防止出现接地故障发展为相间故障；两相短路发展为三相短路；暂时性故障发展为永久性故障等。（3）快速切除故障可以减少发电厂厂用电及用户电压降低的时间，加速恢复正常运行的过程，保证厂用电及用户工作的稳定性。中北大学信息商务学院课程设计说明书第4页共20页（4）快速切除故障可以减轻电气设备和线路的损坏程度，短路电流通过的时间愈长，则设备损坏的程度就愈严重，甚至烧毁，特别在发电机变压器的内部短路时，是不允许带时限切除故障的。从上述理由可知，快速切除故障，对提高电力系统运行的可靠性具有重大意义。一般快速保护的动作时间为0.08—0.12s，一般断路器的跳闸时间为0.1—0.27s，因此，一般快速保护切除故障的时间为0.18—0.27s；最快速保护的动作时间为0.02—0.03s，最小的断路器跳闸时间为0.04—0.05s，所以最快速保护切除故障的时间为0.06—0.08s。灵敏性所谓灵敏性，即在保护范围内发生故障和不正常工作情况下，继电保护装置的反应能力，也就是在保护范围内故障时，不论短路点的位置以及短路的类型如何，都能敏锐且正确的反应。继电保护的灵敏性以灵敏系数senK来衡量。（1）对于反应故障时参数量增加的保护装置。灵敏系数=保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值∕保护装置动作参数的整定值如：过电流保护的灵敏系数为actKKsenIIK.min.式中min.KI——保护区末端金属性最小短路电流二次值actKI.——保护装置的二次动作电流（2）对于反应故障时参数量降低的保护装置灵敏系数=保护装置动作参数的整定值∕保护区末端金属性短路时故障参数的最大计算值。中北大学信息商务学院课程设计说明书第5页共20页可靠性继电保护装置对它所保护的范围内发生各种故障和不正常运行状态时，不应该拒绝动作。而在保护范围内之外发生的各种故障和不正常运行状态时，不应该误动作。这种性能称为可靠性。在实际的运行中，可靠性用动作正确率来表示。由上述可知，对继电保护装置的四个基本要求筹兼顾，相互联系且又相互制约的。2.4继电保护的任务电力系统动行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如过负荷、过电压、频率降低、系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线，如三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路、发电机和电动机以及变压器绕组间的匝间短路、单相为线、两相断线等。当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求,如保持电力系统的暂态稳定性等。反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同,例如有无经常值班人员,发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。中北大学信息商务学院课程设计说明书第6页共20页335KV电网保护配置概述3.135KV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。选择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。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。3.235KV电网的继电保护配置原则3.2.1相间短路保护保护电流回路的电流互感器采用不完全星形接线，各线路保护均装在相同的A、C两相上。以保证在大多数两点接地的情况下只切除一个故障点。在线路上发生短路时，会引起厂用电或重要用户母线的电压低于50～60％Ue时，应快速切除故障，以保证无故障的电动机能继续运行。在单侧电源的单回线路上，可装设不带方向元件的一段或两段式电流、电压速断保护和定时限过电流保护。中北大学信息商务学院课程设计说明书第7页共20页在多电源的单回线路上，可装设一段或两段式电流、电压速断保护和定时限过电流保护。必要时保护应加装方向元件。如果仍然不能满足选择性和灵敏性或速动性的要求，或保护装置的构成过于复杂时，宜采用距离保护。3～4公里及以下的短线路宜采用纵联导引线保护作主保护，以带方向或不带方向元件的电流保护作后备保护。为简化环形网络的保护，可采用故障时先将网络自动解列，故障切除后再自动复原的办法来提高保护的灵敏度。对平行线路，一般宜装设横差动电流方向保护或电流平衡保护作主保护。以接两回线电流和的两段式电流保护或距离保护作为双回线运行时的后备保护以及单回线运行时的主保护和后备保护。3.2.2单相接地保护对电缆线路或经电缆引出的架空线路，宜装设由零序电流互感器构成的带方向或不带方向元件的零序电流保护。对架空线路，宜装设由零序电流滤过器构成的带方向或不带方向元件的零序电流保护。在线路的回路数不多，或零序电流大小，零序电流保护的灵敏度达不到要求时，可利用在母线上装设的反应于零序电压的绝缘监视装置兼作线路的单相接地保护。3.2.3过负荷保护经常出现过负荷的电缆线路或电缆与架空的混合线路应装设过负荷保护。保护宜带时限动作于信号，必要时也可动作于跳闸。中北大学信息商务学院课程设计说明书第8页共20页4短路计算4.1系统等效图如图4.1所示图4.1系统等效图4.2基准参数选定SB=100MVA，UB=Uav即：35kV侧UB=37KV，10kV侧UB=10.5KV。4.3阻抗计算C1系统：最大方式X1=0.05最小方式X1=0.1C2系统：最大方式X2=0.06最小方式X2=0.13线路：L1：X3=l1X1SB/VB2=0.4×10×100/372=0.292L2：X4=l3X1SB/VB2=0.4×13×100/372=0.38变压器：X5=X6=（Uk%/100）SB/S=0.08/100×100/31.5=0.003中北大学信息商务学院课程设计说明书第9页共20页4.4短路电流计算1）最大运行方式,系统化简如下图其中：X7=X1+X3＝0.342X8=X2+X4＝0.440X9=X7∥X8＝0.150X10=X9+X5＝0.153图4.2最大运行图故知35KV母线上短路电流：Id1max=IB1/X9=1.56/0.150=10.4kA10KV母线上短路电流:Id2max=IB2/X10=5.5/0.153=35.94kA折算到35KV侧:Id21max=IB1/X10=1.56/0.153=10.20kA对于d3点以XL计算:Id3max=5.5/(0.153+0.124)=19.856kA2)最小运行方式下:系统化简如图4.3所示。中北大学信息商务学院课程设计说明书第10页共20页图4.3最小运行图因C1停运,所以仅考虑C2单独运行的结果；X11=X8+X5=0.443所以35KV母线上短路电流：Id1min=IB1/X8=1.56/0.44=3.55kA所以10KV母线上短路电流：Id2min=IB2/X11=5.5/0.443=12.42kA折算到35KV侧：Id2lmin=IB1/X11=1.56/0.443=3.52kA对于d3以XL进行计算：Id3min=5.5/(0.443+1.243)=3.262kA折算到35KV侧：Id3lmin=1.56/(0.443+1.243)=0.825kA中北大学信息商务学院课程设计说明书第11页共20页5主变继电保护整定计算5.1瓦斯保护变压器瓦斯保护是用来反应变