变压器继电保护设计方案

变压器继电保护设计方案1.总降压变电站主结线的确定1.1主结线定义总降压变电站的电气主结线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线及电缆等电气设备，按一定顺序连接组成的电路。1.2主结线基本要求对电气主结线的基本要：①根据用电负荷的要求，保证供电的可靠性。②电气主结线应具有一定的运用灵活性。③结线简单，运行方便。④在保证安全可靠供电的基础上，力求投资少，年运行费用低。1.3主结线方案确定根据系统电源情况，供电电压有两个方案[2]。方案1：工作电源与备用电源均用35KV电压，在这个方案中，工厂总降压变电站采用桥式接线。方案2：工作电源采用35KV电压，工厂总降压变电站选用一台主变压器，构成线路-变压器单元结线，备用电源采用10KV电压。1.4主结线特点为了保证一级负荷的正常供电，决定总降压变电站采用单母线分段主结线方式。该主结线的主要特点如下：1.总降压变电站设一台5000kV·A、35/10kV的降压变压器，变压器与35kV架空线路结成线路—变压器组单元结线。在变压器高压侧安装少油式断路器，以便于变电站的控制、运行和维修。2.总降压变电站的10kV侧采用单母线分段接线，用10kV少油式断路器将母线分成两段。3.主变压器低压侧用少油式断路器接到10kV母线的一个分段上；10kV的备用线路也经少油式断路器接到10kV母线的另一分段上。4.各车间的一级负荷都由两段母线供电，以保证供电的可靠性。5.根据规定，备用电源只有在主电源停止运行及主变压器故障或检修时才能投入。因此备用电源进线开关在正常时是断开的，而10KV母线的分段断路器在正常时是闭合的。6.在10kV母线侧，工作电源与备用电源之间设有备用电源自动投入装置(APD），当工作电源因故障而断开时，备用电源会立即投入。当主电源发生故障时，变电站的操作电源来自备用电源断路器前的所用电变压器。2.短路电流的计算为了选择高压电气设备，整定继电保护，需要计算总降压变电站的35KV侧、10KV侧母线以及厂区高压配电线路末端(即车间变电站高压侧)的短路电流，但因工厂厂区不大，总降压变电站到总降压最远车间的距离不过数百米，因此10KV母线与10KV线路末端处的短路电流差别极小，故只计算主变压器高、低电压侧母线两点短路电流。短路电流按正常运行方式计算，计算电路如图3所示。图3短路电流的计算电路根据计算电路作出的计算短路电流的等值电路如图4所示。图4基本等值电路2.1求各元件电抗,用标幺值计算设基准容量Sd=1000MVA基准电压Ud1=37KVUd2=10.5KV系统电抗X*t已知地区变电站110KV母线的短路容量：Sk=1918MVA可得:X*t=kdSS标幺值=实际值/基准值：X*t=kdSS=Sk*又因为X*t=kS1*，得：*tX=dkSS=19181000=0.52地区变电站三绕组变压器的高压—中压绕组之间的电抗标幺值：*TXⅠ-Ⅱ=100dNTUSSⅠ-Ⅱ%=10.510003.310031.535KV供电线路的电抗标幺值：1*02210000.35951.337dldSXXULLGJ-35型钢芯铝绞线几何距离1时的电抗为0.359/Km[2]总降压变电站的主变压器电抗标幺值：*TX=%100kudNTSS=710010001452.2K1点三相短路电流计算:系统最大运行方式,等值电路如图5。图5系统最大运行方式的等值电路短路回路阻抗:*1maxkX=*tX+*2TXⅠ–Ⅱ+*lX=0.52+3.32+1.3=3.47按无限大系统计算,计算K1点三相短路电流标幺值为:1(3)*kI=(3)*pI=(3)*I=(3)*I=*1max1kX=13.47=0.29可求的基准电流：1dI=13ddSU=1000337=15.6KA从而求的K1点三相短路电流的有名值:I(3)K1=Id1×I(3)*k1=15.6×0.29=4.5KA冲击电流为:i(3)shk1=2.55I=2.55×4.5=11.48KAK1点短路容量为:=*1maxdkSX=10003.74=288.18MVA系统最小运行方式等值电路图6图6系统最小运行方式等值电路短路回路总阻抗:X*kmin=0.52+3.3+1.3=5.12三相短路电流标幺值:I*k1=12.51=0.195其他计算结果见表2。表2K1点三相短路电流计算结果项目)3(KI)3(I)3(shi)3(kS计算公式)3(11KdII)3()3(IIK)3(55.2I1kdXS系统最大运行方式4.54.511.48288.18系统最小运行方式3.053.057.78195.312.3K2点三相短路电流计算(1)系统最大运行方式下短路回路总阻抗：X*k2max=X*b+2Π)*T(ΙX+*lX+*TX=0.52+3.3/2+1.3+14=17.74(2)系统最小运行方式下短路回路总阻：X*k2min=0.52+3.3+1.3+14=19.12基准电流:Id2=23ddUS=5.10*31000=55KAK2点三相短路电流计算结果见下表3。表3K2点三相短路电流计算结果项目)3(KI)3(I)3(shi)3(kS计算公式22KdXI)3()3(IIK)3(55.2I2kdXS系统最大运行方式3.23.28.1657.24系统最小运行方式2.872.877.3152.303.电气设备的选择工厂总降压变电站的各种高压电气设备，主要指6~10千伏以上的断路器，隔离开关，负荷开关，熔断器，互感器，电抗器，母线，电缆支持绝缘子及穿墙套管等。这些电气各自的功能和特点不同，要求的运行条件和装设环境也各不同，但也具有共同遵守的原则[3]。电气设备要能可靠的工作，必须按正常条件进行选择，并且按断路情况进行稳定检验。对于供电系统高压电气设备的选择，除了根据正常运行条件下的额度电压、额度电流等选择条件外，还应该按短路电流所产生的电动力效应及热效应进行校验。“按正常运行条件选择，按短路条件进行校验”，这是高压电气设备选择的一般原则。3.1在选择供电系统的高压电气设备时，应进行的选择及校验项目见表四[1]。表四选择电气设备时应校验的项目校验项目设备名称电压/KV电流/A遮断容量/MVA短路电流校验动稳定热稳定断路器XXXXX负荷开关XXXXX隔离开关XXXX熔断器XXX电流互感器XXXX电压互感器X支柱绝缘子XX套管绝缘子XX母线XXX电缆XXX限流电抗器XXXX注：表中“X”表示选择及校验项目高压电气的热稳定性校验：ittItI22itttII母线及电缆的热稳定性校验：iwkalitCIAAtISmin：200))((alwalwII断路器、负载开关、隔离开关及电抗器的力稳定计算：shIImaxshiimax电流互感器的力稳定计算：shNnoiIK12shiimax母线的力稳定计算：aiKFshf110732.17由于跨距在两个以上，所以选择：WMFM1013.235KV侧设备，设备名称及型号见表5[8]。表535KV侧电气设备设备名称计算数据高压断路器SW2-35/1000隔离开关GW2-35GD/600电压互感器JDJJ-35电流互感器LCW-35避雷器FZ-35U=35KV35KV35KV35KV35KV35KVI=82.48A1000A600A150/5Ik（3）=4.5KVSk=288.18MVA1500MVAi⑶sh=11.48KV63.4KA50KA21.2KAI2∞ti=4.52*0.34It2*t=24.82*4142*4”95.063.310KV侧设备，设备名称及型号见表6[8]。表610KV侧电气设备（变压器低压侧及备用电源进线）设备名数据高压断路器隔离开关电流互感器隔离开关备注SN10-10/600GN8-10T/600LAF10-300/5GN6-10T/600采用GG-10高压开关柜U=10KV10KV10KV10KV10KVI=274.9A600A600A300/5A600Ai⑶sh=8.16KV52KA52KA57KA52KAI2∞ti=3.22*0.34It2*t=20.2*4”202*5”(100*0.3)2*1”202*5”10KV侧设备，设备名称及型号见表7[8]。表710KV馈电线路设备设备名称及型号计算数据高压断路器SN8-10隔离开关GN8-10电流互感器LDC-10/0.5-300/5KVU1010KV10KV10KVAI46600A400A300/5KAish15.833KA50KA3.021352.02.322itI46.1125142MVASK24.57200MVA3.410KV母线选择1)变压器低压侧引出线选择主变压器低压侧引出线按经济电流密度选择工作电流：Ica=Ica=5.10*35000=274.94A母线计算截面：Sec=ecJcaI=9.0274.94=305.49mm2选用标准截面6502mm的铝母线允许电流740A大于工作电流274.94A，满足要求热稳定校验：Smin=CtIi=870.34*1000*11.48=76.946*50mm2,满足要求动稳定校验母线采用平放装设:W=0.167bh2=0.167*0.6*52=2.5cm2f=αi.sh2671=2510*11.48*1.6722=9.28*10-2kg/cm母线最大允许跨度已知：y=700kg/cm2fwLy10cm25.4341028.95.2700102进线的绝缘子间距离取2米即可。绝缘子采用ZNA-10MM破坏负荷375公斤，满足要求。2)10KV母线选择按发热条件选用4402mm铝母线允许电流395A大于计算电流。按上述计算的热稳定最小截面为76.942mm小于4402mm满足要求。动稳定校验母线平放：W=0.167bh2=0.1670.442=1.07cm2根据前面计算：求得：fwLy10cm1.2841028.907.1700102GG-10高压开关柜一般宽距1m,进线柜最宽为1.5m，以此上述检验满足动稳定要求。由于采用标准高压开关柜，故不必选择母线支持绝缘子。4.继电保护的选择与整定4.1总降压变电站需设计以下继电保护装置（1）主变压器保护（2）备用电源进线保护（3）变电站10KV母线保护（4）10KV馈电线路保护此外还需设置以下装置：（1）备用电源自动投入装置（2）绝缘监察装置4.2、主变压器保护4.2.1根据规格5000KVA变压器设下列保护：（1）瓦斯保护：防御变压器铁壳部短路和油面降低。轻瓦斯动作与信号；重瓦斯作用于跳闸。（2）电流速断保护：防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。（3）过电流保护：防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护。保护动作于跳闸。（4）过负荷保护：防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。按具体条件装设。4.2.2整定计算各个保护的具体整定计算如下：①电流速断保护速断保护采用两相不完全星形接法，动作电流应躲过系统最大运行方式时，变压器二次侧三相短路值[5]。即按公式计算：Iop1.qh=Kco*I（3）Kmax=1.3*3.2=4.16KA归算到35KV侧：I＇op1.qh=4160（3510）1190A灵敏度按系统最小运行方式时保护装置安装处的两相短路电流来校验：Ks=I（2）klmin/Iop1.qh=11903050*87.0=2.232，满足要求。②过电流保护采用三个电流互感器接成全星形结线方式，以提高保护动作灵敏度，继电器采用DJ—11型保护动作电流按躲过变压器一次侧可能出现的最大负荷电流来整定[5]Iop1=rccoKKIwl.max=Kco*rcKmgh*I30=1.2*85.03*82.48=549.33A进入继电器的电流：Iop=TAopKI=5/15033.349=11.64A动作时间与10KV母线保护配合，10KV馈电线的保护动