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1、黄敏：35kV变电站继电保护设计1 绪 论1.1 变电站继电保护的发展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，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。继电保护发展现状，电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。随着电力系统的
2、高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化。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： 高速数据处理芯片的应用 微机保护的网络化 保护、控制、测量、信号、数据通信一体化 继电保护的智能化。1.2 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。1.3 继电保护整定继
3、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，而对电力系统中的全部继电保护来说，则需要编出一个整定方案。整定方案通常可按电力系统的电压等级或者设备来编制，并且还可按继电保护的功能划分小方案分别进行。例如：35kV变电站继电保护可分为：相间短路的电压、电流保护，单相接地零序电流保护，短线路纵联差动保护等。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： 无时限电流速断保护的整定。 动作时限的整定。 带时限电流速断保护的整定。1.4 本文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
4、的主接线图的可靠性，灵活性，经济性进行研究，包括：负荷计算、主接线的选择、短路电流计算、主变压器继电保护的配置以及线路继电保护的计算与校验的研究等等。2 设计概述2.1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（山东工业大学）。2.2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。2.3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；电源短路容量：SDmax=250MVA；供电线路：L1=15km，L2=10
5、km，线路阻抗：XL=0.4/km。图2.1 35kV系统原理接线图3) 变电站10kV侧母线负荷情况表2.1 10kV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12000.85LGJ-350.3451架空线8胶木厂12000.85LGJ-350.3451架空线8印染厂12000.85LGJ-350.3451架空线8配电所16000.85LGJ-350.3451架空线10炼铁厂17000.85LGJ-350.3451架空线104) B1、B2主变容量、型号为6300kVA之SF1-6300/35型双卷变压器，Y-/1
6、1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。5) 运行方式：以SI、S 全投入运行，线路L1L2全投。QF1合闸运行为最大运行方式；以S停运，线路L2停运，QF1断开运行为最小运行方式。6) 已知变电所10kV出线保护最长动作时间为1.5s。3 主接线方案的选择与负荷计算3.1主接线设计要求电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性
7、作用。对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。 电气主接线应满足以下几点要求： 1）运行的可靠性：可靠性是指一个元件，一个系统，在规定的时间内及一定的条件下完成预定功能的能力，供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，对发电厂，变电所主接线可靠性的要求程度，与其在电力系统中的地位，作用有关，而地位作用则是由其容量，电压等级，负荷大小以及类别等因素决定。具体要求有：断路器检修时，不宜影
8、响对系统的供电；断路器或母线故障时以及母线或隔离开关检修时，尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并保证对一二类负荷的供电；尽量避免发电厂或变电所全部停运的可能性；对装有大型机组的发电厂或超高压变电所应满足可靠性的特殊要求。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，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。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，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。尽量做到年运行费小，包括电能损耗。折旧费及大修费，
9、日常小修费等维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理的选择主变压器的形式，容量，台数和避免变压而增加电能损耗。并在可能的情况下，采取一次设计，分期投资，投产，尽快发挥经济效益。 3.2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
10、组隔离开关。6) 610kV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。采用610 kV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。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，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。3.3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。总降压变电所主接
11、线图表示变电站接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。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。3.3.1一、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，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所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。两母线可分裂运行（分段断路器断开）也可并列运行（分段断路器
12、接通）；重要用户可以用双回路接于不同母线段，保证不间断供电；任一母线或母线隔离开关检修，只停运该段，其他段可继续供电，减小了停电范围。适用范围 ：610kV配电装置，出线回路数为6回及以上时；3563kV配电装置，出线回路为48回时；110-220kV配电装置，出线回路为34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48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）3.3.2 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
13、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进线之间，但处在线路断路器的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。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。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。3.3.3一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
14、梁，而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。这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。3.3.4 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。并且对于35kV的配电装置，此接线方式的回路数多在8回以上或者连接电源较多，负荷较大时。3.4 35kV变电所主
15、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3.1 35kV变电所主接线图3.5 负荷计算3.5.1 负荷计算的内容和目的1) 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。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。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。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。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。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。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多
