35KV变电站继电保护设计与整定.doc
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35KV变电站继电保护设计与整定.doc
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远程与继续教育学院
本科毕业论文(设计)
题目:
35KV变电站继电保护设计与整定
学习中心:
内蒙古学习中心
学号:
090F31143003
姓名:
杨永龙
专业:
电气工程及其自动化
指导教师:
郝秋涛
2016年9月9日
中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院毕业设计(论文)
中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院
本科毕业论文(设计)指导教师指导意见表
学生姓名:
杨永龙学号:
090F31143003专业:
电气工程及其自动化
毕业设计(论文)题目:
35KV变电站继电保护设计与整定
指导教师意见:
(请对论文的学术水平做出简要评述。
包括选题意义;文献资料的掌握;所用资料、实验结果和计算数据的可靠性;写作规范和逻辑性;文献引用的规范性等。
还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。
)
选题合理,写作规范,有一定参考意义
指导教师结论:
合格(合格、不合格)
指导教师
姓名
郝秋涛
所在单位
指导时间
中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院
本科毕业设计(论文)评阅教师评阅意见表
学生姓名:
杨永龙学号:
090F31143003专业:
电气工程及其自动化
毕业设计(论文)题目:
35KV变电站继电保护设计与整定
评阅意见:
(请对论文的学术水平做出简要评述。
包括选题意义;文献资料的掌握;所用资料、实验结果和计算数据的可靠性;写作规范和逻辑性;文献引用的规范性等。
还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。
)
杨永龙同学的《35KV变电站继电保护设计与整定》一文,观点明确;内容充实;选题及内容有一定的理论性;论证较为严谨,逻辑性较强;文章结构完整,层次清楚,语言流畅,格式较规范。
继电保护是保证电力系统安全稳定运行的重要组成部分,而整定值是保证保护装置正确动作的关键。
本文结合给定35kV电网的接线及参数,根据电网继电保护配置与整定原则,制定了全网继电保护及自动装置配置方案,对线路保护、终端变压器保护进行整定计算,通过校验,符合灵敏度要求。
不足之处在于缺少原创性的工作,望完善。
修改意见:
(针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。
评阅成绩合格,并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。
)
毕业设计(论文)评阅成绩(百分制):
85
评阅结论:
同意答辩(同意答辩、不同意答辩、修改后答辩)
评阅人姓名
马钊
所在单位
中国地质大学(武汉)
评阅时间
2016.10.20
论文原创性声明
本人郑重声明:
本人所呈交的本科毕业论文《35KV变电站继电保护设计与整定》是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。
论文中引用他人的文献、资料均已明确注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及使用过的材料。
对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。
本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范,没有侵权行为,并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。
论文作者(签字):
杨永龙
日期:
2016年9月 9 日
2
中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院毕业设计(论文)
摘要
变电站是电力系统的重要组成部分,它直接影响整个电力系统的安全与经济运行,是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。
电气主接线是发电厂变电所的主要环节,电气主接线的拟定直接关系着全厂(所)电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定,是变电站电气设计的主要内容。
继电保护是保证电力系统安全稳定运行的重要组成部分,而整定值是保证保护装置正确动作的关键。
本文结合给定35kV电网的接线及参数,根据电网继电保护配置与整定原则,制定了全网继电保护及自动装置配置方案,对线路保护、终端变压器保护进行整定计算,通过校验,符合灵敏度要求。
关键词:
1、继电保护2、变电站3、短路电流4、电力系统
目录
一、绪论 1
(一)变电站继电保护的发展 1
(二)继电保护装置的基本要求 1
(三)继电保护整定 1
(四)本文的主要工作 1
二、设计概述 2
(一)设计依据 2
(二)设计规模 2
(三)设计原始资料 2
三、主接线方案的选择与负荷计算 3
(一)主接线设计要求 3
(二)变电站主接线的选择原则 3
(三)接线方案选择 4
(四)35kV变电所主接线简图 5
(五)负荷计算 6
四、短路电流计算 8
(一)引言 8
(二)基准参数选定 8
(三)阻抗计算(均为标幺值) 9
(四)短路电流计算 10
(五)短路电流计算结果 16
五、变电所继电保护及故障分析 17
(一)本系统故障分析 17
(二)线路继电保护装置 18
(三)主变压器继电保护装置 18
(四)本设计继电保护原理概述 18
六、主变继电保护整定计算及继电器选择 19
(一)概述 19
(二)瓦斯保护 19
(三)差动保护原理 20
(四)过电流保护 26
(五)过负荷保护 27
(六)冷却风扇自起动:
27
七、线路保护整定计算 27
(一)概述 27
(二)线路保护的原理:
28
(三)35kV线路三段式电流保护整定计算 29
(四)10kV线路保护整定计算 32
八、结论 35
致谢 35
参考文献 38
5
一、绪论
(一)变电站继电保护的发展
继电保护的未来发展,继电保护技术未来趋势是向计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
微机保护技术的发展趋势:
①高速数据处理芯片的应用
②微机保护的网络化
③保护、控制、测量、信号、数据通信一体化
④继电保护的智能化。
(二)继电保护装置的基本要求
继电保护及自动装置属于二次部分,它对电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。
对继电保护装置的基本要求有四点:
即选择性、灵敏性、速动性和可靠性。
(三)继电保护整定
继电保护整定的基本任务就是要对各种继电保护给出整定值,整定计算一般包括动作值的整定、灵敏度的校验和动作时限的整定三部分。
并且分为:
①无时限电流速断保护的整定。
②动作时限的整定。
③带时限电流速断保护的整定。
(四)本设计的主要工作
在本次毕业设计中,我主要做了关于35kV变电站的继电保护,充分利用自己所学的知识,严格按照任务书的要求,围绕所要设计的主接线图的可靠性,灵活性,经济性进行研究。
二、设计概述
(一)设计依据
1)继电保护设计任务书。
2)国标GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》。
3)《电力系统继电保护》。
(二)设计规模
本设计为35kV降压变电所。
主变容量为6300kVA,电压等级为35/10kV。
(三)设计原始资料
1)35kV供电系统图,如图2.1所示。
2)系统参数:
电源I短路容量:
SIDmax=200MVA;电源Ⅱ短路容量:
SⅡDmax=250MVA;供电线路:
L1=15km,L2=10km,线路阻抗:
XL=0.4Ω/km。
图2.135kV系统原理接线图
3)变电站10kV侧母线负荷情况
表2.110kV母线侧负荷情况
负荷
名称
最大负荷(kW)
功率因数
导线
型号
线路电抗
标幺值
回路数
供电
方式
线路长度(km)
织布厂
1200
0.85
LGJ-35
0.345
1
架空线
8
胶木厂
1200
0.85
LGJ-35
0.345
1
架空线
8
印染厂
1200
0.85
LGJ-35
0.345
1
架空线
8
配电所
1600
0.85
LGJ-35
0.345
1
架空线
10
炼铁厂
1700
0.85
LGJ-35
0.345
1
架空线
10
4)B1、B2主变容量、型号为6300kVA之SF1-6300/35型双卷变压器。
5)运行方式:
以SI、SⅡ全投入运行,线路L1~L2全投。
6)已知变电所10kV出线保护最长动作时间为1.5s。
三、主接线方案的选择与负荷计算
(一)主接线设计要求
电气主接线应满足以下几点要求:
1)运行的可靠性:
断路器检修时,不宜影响对系统的供电。
2)运行的灵活性:
主接线系统应能灵活地适应各种工作情况。
3)运行的经济性:
主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下。
(二)变电站主接线的选择原则
1)当满足运行要求时,应尽量少用或不用断路器,以节省投资。
2)当变电所有两台变压器同时运行时,二次侧应采用断路器分段的单母线接线。
3)当供电电源只有一回线路,变电所装设单台变压器时,宜采用线路变压器组接线。
4)为了限制配出线短路电流,具有多台主变压器同时运行的变电所,应采用变压器分列运行。
5)接在线路上的避雷器,不宜装设隔离开关;但接在母线上的避雷器,可与电压互感器合用一组隔离开关。
6)6~10kV固定式配电装置的出线侧,在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中,应装设线路隔离开关。
7)由地区电网供电的变配电所电源出线处,宜装设供计费用的专用电压、电流互感器(一般都安装计量柜)。
8)当低压母线为双电源,变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时,宜装设刀开关或隔离触头。
(三)接线方案选择
对于电源进线电压为35kV及以上的变电站,通常是经变电站总降压变电所降为10kV的高压配电电压,然后经下一级变电所,降为一般低压设备所需的电压。
主接线对变电所设备选择和布置,运行的可靠性和经济性,继电保护和控制方式都有密切关系,是供电设计中的重要环节。
1、一二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主电路图
单母分段接线:
即用分段断路器或分段隔离开关将母线分成若干段。
这种主接线图兼有内外桥式接线的运行灵活性的优点,但所用高压开关设备较多。
分段的单母线与不分段的相比较,提高了接线的可靠性和灵活性。
适用范围:
①6~10kV配电装置,出线回路数为6回及以上时;
②35~63kV配电装置,出线回路为4~8回时;
③110-220kV配电装置,出线回路为3~4回时。
多数情形中,分段数和电源数相同。
本次设计的35kV变电站出线回路侧为4~8回,而且多为一、二级负荷,是连续运行,负荷变动较小,电源进线较短,主变压器不需要经常切换,另外再考虑到今后的长远发展。
采用一、二次侧单母线分段的总降压变电所主接线(即全桥式接线)。
2、一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图
这种主接线的运行灵活性也较好,供电可靠性同样较高,适用于一、二级负荷的工厂。
但与内桥式结线适用的场合有所不同。
这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。
3、一次侧采用内桥式接线,二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图
这种主接线,其一次侧的高压断路器跨接在两路电源线之间,犹如一座桥梁,而桥开关处在线路断路器的内侧,靠近变压器,因此称为内桥式结线。
这种接结线的运行灵活性较好,供电可靠性较高,适用于一、二级负荷工厂。
4、一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图
采用双母线接线较之采用单母线接线,供电可靠性和运行灵活性大大提高,但开关设备也大大增加,从而大大增加了初投资,所以双母线接线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用与电力系统的枢纽变电所。
(四)35kV变电所主接线简图
综上所述:
本次设计采用一、二次侧均为单母分段总降压变电所这种接线
图3.135kV变电所主接线图
(五)负荷计算
1、负荷计算的内容和目的
1)计算负荷是一个假想的持续性的负荷,其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
2)尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。
3)平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。
2、负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式法等几种。
需要系数法公式简单,计算方便,适用于各类变、配电所和供配电干线以及长期运行而且负载平稳的用点设备和生产车间(如锅炉引风机、水源泵站、集中空压站)的负荷计算。
二项式法将负荷分为基本部分和附加部分。
适用于机修类用电设备的计算,其他各类车间和车间变电所设计亦常采用。
利用系数法以概率论为基础,根据设备利用率并考虑设备台数以及各台间功率差异的影响确定计算负荷与平均负荷间的偏差量(这反映在最大系数中大于1的部分),从而求得最大负荷。
在本次设计中采用需要系数法确定。
3、本次设计的负荷计算
取:
根据原始数据表可算出:
;
则(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.4)
(3.5)
(3.6)
由于规程要求≥0.9,而由上面计算可知=0.79<0.9,因此需要进行无功补偿。
电容器具有投资省,有功功率损耗小,运行维护方便,故障范围小等特点,因此采用并联电容器进行无功补偿。
公式依据为:
(3.7)
式中:
Qc—需要补偿的无功容量,kvar;
P30——全企业的有功计算负荷,kW;
α—平均负荷系数,取0.7~0.8;
qc——补偿率,kvar/kW,查阅相关工程手册,可以得出qc=0.396
将相关数据代入公式3.6中得:
(3.8)
故需要补偿容量为1700kvar,选择两台容量850kvar的电容器并列补偿运行。
四、短路电流计算
(一)引言
短路电流计算的目的的主要有以下几个方面:
1)在选择电气主接线时,为了比较各种接线方案。
2)在选择电气设备时,为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。
3)在设计屋外高压配电装置时,需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。
4)在选择继电保护方式和进行整定计算,需以各种短路时的短路电流为依据。
5)接地装置的设计,也需用短路电流。
进行短路电流计算,首先要绘制计算电路图。
接着,按所选择的短路计算点绘出等效电路图,并计算电路中各主要元件的阻抗。
短路电流计算的方法,常用的有欧姆法(有称有名单位制法)和标幺制法(又称相对单位制法)。
本设计采用标幺制法进行短路计算
(二)基准参数选定
SB=100MVA,UB=Uav即:
35kV侧UB1=37kV,10kV侧UB2=10.5kV。
(4.1)
(4.2)
(三)阻抗计算(均为标幺值)
1)系统:
(4.3)
(4.4)
2)35kV线路:
L1:
(4.5)
L2:
(4.6)
3)变压器:
B1,B2:
(4.7)
4)15kV线路:
线路阻抗(XL)分为两类:
①织布厂、胶木厂、印染厂:
(4.8)
②炼铁厂、配电所:
(4.9)
系统等效电路图如图4.1所示
图4.1系统等效电路图(各阻抗计算见4.3)
(四)短路电流计算
1)最大运行方式
系统化简如图4.2a所示
其中:
(4.10)
(4.11)
(4.12)
(4.13)
据此,系统化简如图4.2b所示
a)b)
图4.2最大运行方式下,系统的等效电路图
①故知35kV母线上短路电流(d1点)
三相短路电流周期分量有效值
(4.14)
其他三相短路电流
(4.15)
(4.16)
(4.17)
三相短路容量
(5.18)
②10kV母线上短路电流(d2点)
(4.19)
折算到35kV侧
三相短路电流周期分量有效值
(4.20)
其他三相短路电流
(4.21)
(4.22)
(4.23)
三相短路容量
(4.24)
③对于d3点以炼铁厂、配电所计算
此时10kV负荷侧的线路
三相短路电流周期分量有效值
(4.25)
折算到35kV侧
三相短路电流周期分量有效值
(4.26)
其他三相短路电流
(4.27)
(4.28)
(4.29)
三相短路容量
(4.30)
④对于d3点以织布厂、胶木厂、印染厂计算
此时10kV负荷侧的线路:
三相短路电流周期分量有效值
(4.31)
折算到35kV侧
三相短路电流周期分量有效值
(4.32)
其他三相短路电流
(4.33)
(4.34)
(4.35)
三相短路容量
(4.36)
2)最小运行方式下
系统化简如图4.3所示
图4.3最小运行方式下,系统的等效电路图
因SⅡ停运,所以仅考虑SⅠ单独运行的结果
(4.37)
①所以35kV母线上短路电流(d1点)
三相短路电流周期分量有效值
(4.38)
其他三相短路电流
(4.39)
(4.40)
(4.41)
三相短路容量
(4.42)②所以10kV母线上短路电流(d2点)
(4.43)
折算到35kV侧:
三相短路电流周期分量有效值
(4.44)
其他三相短路电流
(4.45)
(4.46)
(4.47)
三相短路容量
(4.48)
③对于d3点以炼铁厂、配电所计算
此时10kV负荷侧的线路 (4.49)
折算到35kV侧
三相短路电流周期分量有效值
(4.50)
其他三相短路电流
(4.51)
(4.52)
(4.53)
三相短路容量
(4.54)
④对于d3点以织布厂、胶木厂、印染厂计算
此时10kV负荷侧的线路:
(4.55)
折算到35kV侧
三相短路电流周期分量有效值
(4.56)
其他三相短路电流
(4.57)
(4.58)
(4.59)
三相短路容量
(4.60)
(五)短路电流计算结果
表4.5最小运行方式
三相短路电流(kA)
三相短路容量(MVA)
IK(3)
I(3)
I(3)∞
ish(3)
Ish(3)
Sk(3)
d-1点
1.66
1.66
1.66
4.233
2.507
106.6
d-2点
0.733
0.733
0.733
1.869
1.107
46.99
d-3点
0.280
0.280
0.280
0.714
0.423
17.93
0.319
0.319
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