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成都电子机械高等专科学校课程设计说明书设计题目：某35kV变电所主变压器继电保护设计专业：供用电技术班级学号：1026104学生姓名：尹荣超指导教师：张祥军2012年12月电力系统继电保护课程设计任务书适用专业：供用电技术指导教师：张祥军一、设计题目：某35kV变电所主变压器继电保护设计二、原始数据（1）电压等级35/10kV（2）系统参数：有甲、乙两个变电所提供电源，均采用单回路电源供电，距离待设计变电所分别为15km和10km，采用LGJ-50架空导线供电，短路容量分别为200MVA和250MVA。甲、乙两个变电所提供电源的定时限过电流保护动作时限均为2.0s。（3）负荷情况35kV出线共2回，所接负荷为化工厂。10kV出线共5回，其中3回架空出线，每回输电容量为1200kW，2回电缆线路，每回输电容量为1700kW，以一、二级负荷为主，负荷线路长度为10km。（4）变电所主接线形式35kV单母线分段接线，10kV单母线分段接线。主变压器两台S9-6300/35kV，Y，d11接线变压器。甲系统乙系统35kVT1QF1QF2T2化工厂10kV~~Sk=200MVASk=250MVALGJ-50LGJ-5015km10km（5）运行方式：以两个电源全投入运行，负荷全投，母线分段断路器合闸运行为最大运行方式；以乙电源停运，电缆停运，分段断路器断开运行为最小运行方式。三、设计提纲1.继电保护的概述2.估算计算负荷电流3.短路电流及其计算（包括最大、最小运行方式）4.变压器的故障类型和不正常运行状态5.电力变压器继电保护方案确定6.定时限过流保护（包括：原理接线图、整定计算、灵敏度校验、电流互感器变比选择、继电器选择）7.变压器纵差动保护（包括：原理接线图、整定计算、灵敏度校验、电流互感器变比选择、差动继电器选择）8.以上保护原理接线全图（A3号图纸1张）四、要求（1）必须独立完成设计。（2）在规定时间内完成全部设计内容，并通过验收检查。五、答疑及验收时间为每周的周一、三、五上午10:00~11：30，地点暂定在1107教室；最后一天逐一验收（带上自己设计草稿）。六、设计报告（1）内容设计任务书提纲全部内容；（2）要求文字部分必须机打，原理接线图必须用电气CAD绘制，课程设计说明书采用A4纸，格式参考教材格式，左装订。（3）时间由学习委员在19周周二收齐，上交指导老师。建电及供用电教研室2012年12月20日第一章继电保护的概述01.1继电保护的概述01.2保护装置的作用01.3继电保护的基本原理11.4对保护装置的要求2第二章本系统故障分析22.1系统线路主要的故障22.2电力变压器的故障22.3变压器的不正常情况32.410KV线路继电保护装置32.4.1单回出线保护32.4.2双回路出线保护32.5主变压器继电保护装置设置32.5.1主保护32.5.2后备保护42.5.3异常运行保护和必要的辅助保护42.6变电所的自动装置42.6.1瞬时故障的继电保护42.6.2提高供电可靠性42.6.3保证系统电能质量42.7本设计继电保护装置原理概述52.7.110KV线路过电流保护52.7.2变压器瓦斯保护52.7.3变压器纵联差动保护5第三章短路电流计算63.1系统电路图6第四章主变继电保护整定计算及继电器选择94.2纵联差动保护104.2.1原理图如图所示104.2.2计算Ie及电流互感器变比104.2.3确定基本侧动作电流114.2.4确定基本侧差动线圈的匝数和继电器的动作电流124.2.5灵敏度的校验124.2.6初步确定短路线圈的抽头134.3定时限过流保护计算13第五章各种继电器的选择145.1电流继电器的选择155.2时间继电器的选择155.3中间继电器的选择155.4信号继电器的选择155.5电流互感器的选择15第六章设计总图16第七章总结16参考文献16某35kV变电所主变压器继电保护设计第一章继电保护的概述1.1继电保护的概述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。继电保护及自动化是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，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，所以沿称继电保护。基本任务是：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。1.2保护装置的作用在企业供配电系统中，无论是系统还是设备有时都会出现不正常的工作状态。因此，在供配电系统中一旦发生短路故障，必须尽快的将故障元器件切离电源。还应及时发现和消除对系统或用电设备有危害的不正常工作状态，从而保证电气设备的可靠运行。保护装置是能及时发现各种故障和不正常工作状态，并能根据工作性质准确切除故障和将不正常工作状态通过信号装置报警的一种自动装置。1）当故障发生时，保护装置动作，并借助断路器自动的，快速的，有选择性的将故障元件迅速的从供电系统中切除，避免事故的扩大，保证其他电气设备继续正常运行。2）当出现不正常工作状态时，保护装置动作，及时发出报警信号，以便引起运行人员的注意并及时处理。3）保护装置还可以和供电系统的其他自动装置，如备用电源自动投入装置，自动重合闸装置等配合，大大的缩短了短路故障停电时间，及时恢复正常供电，从而提高了供电系统的运行的可靠性。1.3继电保护的基本原理继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。故障后，工频电气量变化的主要特征及可以构成的保护（1）电流增大，构成电流保护。（2）电压降低，构成低电压保护。（3）电流与电压之间的相位角改变，构成功率方向保护。（4）测量阻抗发生变化，构成距离保护。（5）故障时被保护元件两端电流相位和大小的变化，构成差动保护。（6）不对称短路时，出现相序分量，构成零序电流保护、负序电流保护和负序功率方向保护。电力系统的继电保护根据被保护对象不同，分为发电厂、变电所电气设备的继电保护和输电线路的继电保护。前者是指发电机、变压器、母线和电动机等元件的继电保护，简称为元件保护；后者是指电力网及电力系统中输电线路的继电保护，简称线路保护。按作用的不同继电保护又可分为主保护、后备保护和辅助保护。主保护是指被保护元件内部发生的各种短路故障时，能满足系统稳定及设备安全要求的、有选择地切除被保护设备或线路故障的保护。后备保护是指当主保护或断路器拒绝动作时，用以将故障切除的保护。后备保护可分为远后备和近后备保护两种。远后备是指主保护或断路器拒绝时，由相邻元件的保护部分实现的后备；近后备是指当主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护来实现的后备，当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。继电保护装置需有操作电源供给保护回路，断路器跳、合闸及信号等二次回路。按操作电源性质的不同，可以分为直流操作电源和交流操作电源。通常在发电厂和变电所中继电保护的操作电源是由蓄电池直流系统供电，因蓄电池是一种独立电源，最大的优点是工作可靠，但缺点是投资较大、维护麻烦。交流操作电源的优点是投资少、维护简便，但缺点是可靠性差。因此，交流操作电源的继电保护适合于小型变电所使用。1.4对保护装置的要求1）选择性：当电力系统发生故障时，只让离故障点最近的保护装置动作，切除故障元件，保证其他电气设备的正常运行，2）快速性：当电力系统发生故障时，快速切除故障可以减轻短路电流对电气设备的破坏程度，尽快回复供电系统的正常运行。3）可靠性：保护装置必须经常处于准备状态，一旦在本保护区发生短路故障或不正常工作状态时，它都不该拒绝动作或误动作，而必须可靠动作。4）灵敏性：保护装置对其在本保护区发生故障或不正常工作状态，无论其位置如何，程度轻重，均有足够的反应能力，保证动作。各种保护装置的灵敏性用“灵敏度”来衡量。第二章本系统故障分析2.1系统线路主要的故障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。2.2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。2.3变压器的不正常情况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。2.410KV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：2.4.1单回出线保护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。2.4.2双回路出线保护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。2.5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：2.5.1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）。2.5.2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）。2.5.3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）。2.6变电所的自动装置2.6.1瞬时故障的继电保护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。2.6.2提高供电可靠性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）。2.6.3保证系统电能质量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。2.7本设计继电保护装置原理概述2.7.110KV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。2.7.2变压器瓦斯保护是利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继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