35kV变电站继电保护毕业设计.docx
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35kV变电站继电保护毕业设计
35kV变电站继电保护毕业设计
35kV变电站继电保护设计说明书
前言
毕业设计是教学中必不可少的重要环节,通过毕业设计这一过程,能把所学的相关专业知识系统地串接起来,并且对于函授专业学生来说,也是一次理论与实践相结合的最好测试机会,为将来在实际工作中对专业知识的运用打下坚实的基础;设计的过程是一个独立思考,遇到问题或困难时通过请教老师,同学或查阅相关书籍把问题解决的过程。
在这一过程中能培养起我们系统分析问题,解决问题及动手的能力。
这次毕业设计的题目是:
35kV总降压站继电保护设计,其设计内容如下:
1、总降压站主接线一次设计;
2、三相短路电流计算;
3、主变压器继电保护及整定计算;
4、10kV系统单相接地保护装置;
5、10kV各出线继电保护及整定计算;
6、中央信号装置的设计;
7、各种图纸的绘制。
由于自己知识的局限性及经验不够丰富,所以在设计过程中缺点、错误之处在所难免,希望在老师的指教下,自己能更好的总结和学习。
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35kV变电站继电保护设计说明书
中文摘要
本文是对35kV总降压站继电保护进行设计。
通过对设计条件和提供数据进行认真的研究分析,并在可靠性、经济性的基础上对各种可能方案进行对比论证,从而确定一个可行的最佳方案。
其主要内容包括主接线一次设计、短路电流的计算、设备的选择和继电保护设计。
关键字:
电气主接线、短路计算、变压器、断路器、电流互感器、电压互感器、变压器继电保护、线路保护、单相接地、事故信号、预告信号、CAD绘图、变压器微机保护。
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35kV变电站继电保护设计说明书
第一章35kV总降压站电气主接线设计电气主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构,是电力系统网络结构的重要组成部分,直接影响运行的可靠性、灵活性,而且对电器设备的选择、继电保护和自动装置的配置、配电装置的布置、以及控制方式的制定等都有决定性的关系,因此电气主接线设计是发电厂、变电站设计的首要部分。
本章从设计任务要求出发,以电气主接线的设计为中心,分析了电气主接线的基本要求,综合各方面的因素,通过技术和经济论证比较后按要求设计了35kV总降压站电气主接线。
第一节电气主接线设计的原则和步骤一(对电气主接线的基本要求:
对电气主接线的基本要求,概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性。
1.可靠性安全可靠是电力生产的首要任务,保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。
电气主接线的可靠性不是绝对的。
同样形式的主接线对某些发电厂和变电站来说是可靠的,而对另一些发电厂和变电站来说则不一定满足可靠性要求。
所以,在分析电气主接线的可靠性时,要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。
2.灵活性电气主接线应能适应各种运行状态,并能灵活地进行运行方式的转换。
灵活性包括以下几方面:
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35kV变电站继电保护设计说明书a.操作的方便性;b.调度的方便;c.扩建的方便性。
3.经济性在设计主接线时,主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。
通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。
经济性主要从以下几方面考虑:
a.节省一次投资;b.占地面积少;c.电能损耗少
二、电气主接线的设计原则:
电气主接线的设计的基本原则是以设计任务书为依据,以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳,结合工程实际情况,在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下、兼顾运行、维护方便,尽可能地节省投资,力争设备元件和设备的先进性与可靠性,坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
三、电气主接线的设计步骤:
1(对原始资料分析
2(主接线方案的拟定与选择
3(短路电流计算和主要电器选择
4.绘制电气主接线图
5.编制工程概算
第二节电气主接线图设计
电气主接线图指用规定的电气设备图形符号和文字符号按工作
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35kV变电站继电保护设计说明书顺序排列,详细表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图。
图中电气设备按断开位置画出。
一、对设计任务书中所给原始资料分析:
设计任务书给定系统为:
系统电源距总降压站25kM,系统电源35kV,采用35kV,LGJ—70架空线对总降压站输电,总降压站采用SFL1—10000/35主变压器一台,由6路10kV架空线对数个工厂供电。
系统最大三相短路容量S=1000MVA,最小三相短路容xmax
S=500MVA。
xmin
由原始资料可知:
给定系统为35kV单电源进线,单台主变供电,所供用户为三类负荷的35kV降压变电站。
根据此降压变电站在电力系统中的作用和地位,电气主接线设计在满足一般供电可靠性的基础上,兼顾灵活性、操作方便、安全和经济性来进行设计。
一、35kV进线侧设计
由于变电站为35kV单电源进线,考虑到变电站以后有扩建的可能,而采用单母线接线可方便的扩建为桥式接线、单母线不分段、单母线分段、单元接线等接线形式。
因此35kV侧拟采用单母线接线,35kV电源进线用手车柜接入母线,设备选用户内形。
二、主变压器接线设计
主变压器采用SFL—10000/35型,变压器中性点采用中性点不1
接地运行方式。
主变压器35kV侧采用断路器与35kV母线连接。
三、10kV侧接线设计
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由于10kV的6路出线所供负荷为工厂,属三类负荷,最大负荷为95A,对供电可靠性要求不是太高,从经济上考虑10kV母线采用单母线接线。
10kV选用户内成套设备。
35kV和10kV母线采用单母线接线的原因:
单母线接线的优点是:
接线简单,操作方便、设备少、经济性好,并且,母线便于向两端延伸,扩建方便。
而缺点是:
1.可靠性差。
母线或母线隔离开关检修或故障时,所有回路都
要停止工作,也就是要造成全厂或全站长期停电。
2.调度不方便,电源只能并列运行,不能分列运行,并且线路侧
发生短路时,有较大短路电流。
由于断路器具有开合电路的专用灭弧装置,可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流,故用来作为接通或切断电路的控制电器。
隔离开关没有灭弧装置,其开合电流能力极低,只能用作设备停运后退出工作时断开电路,保证与带电部分隔离,起着隔离电压的作用。
四(站用变压器接线设计
因为站用变主要是提供厂区生活用电和设备检修用电,当主变压器和10kV母线检修或故障时,站用变压器将停电,所以选择站用变为35kV接线。
主接线图见附图编号01。
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第二章三相短路电流计算
第一节35kV总降压站供配电系统干线图
10kVLGJ-50
L-1:
10km
80A
LGJ-50
L-2:
8km
70A
LGJ-70
L-3:
10km系统电源10MVA95A
35kVL=25kmLGJ-70apj=1.5m,ML-4:
15kmLGJ-7090A
LGJ-35S=1000MVAxmaxapj=3.5m
L-5:
5km
S=500MVAxmin50A
LGJ-35
L-6:
9km
60A
第二节短路电流计算概述
短路是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接。
短路对电力系统的正常运行和电气设备都有很大的危害,其危害主要有下面几个方面:
(1)有电弧产生,它不仅能烧坏故障元件
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35kV变电站继电保护设计说明书本身,也可能烧坏周围设备和人员。
(2)巨大的短路电流通过导体时,一方面使导体大量发热,造成导体过热甚至熔化,以及使绝缘损坏;另一方面,巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体,使导体变形或损坏。
(3)短路时系统电压将大幅度下降,特别是靠近短路点处电压降低很多,结果对用户影响很大,可能破坏部分和全部用户的供电。
(4)电力系统发生短路时会导致系统解列。
下面的短路计算是基于下面几个假设基础上的:
(1)正常工作时,三相系统对称运行。
(2)所有电源的电动势相位角相等。
(3)系统中的同步和异步电机均为理想电机。
(4)电力系统中的各元件的磁路不饱和。
(5)电力系统中的所有电源都在额定负荷下运行,其中50%
负荷接在高压母线上,50%负荷接在系统侧。
(6)同步电机都具有自动调整励磁装置。
(7)短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
(8)输电线路的电容忽略不计。
第三节短路计算过程
短路电流计算的步骤:
(1)网络化简,得到各电源对短路点的转移阻抗;
(2)求各电源的计算阻抗(将各转移阻抗按各发电机额定功率
归算);
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35kV变电站继电保护设计说明书(3)查运算曲线,得到各发电机额定功率为基准值的各电源送
到短路点电流的标幺值;
(4)求(3)中各电流的有名值之和,即为短路点的短路电流。
根据后面的需要,短路电流的计算时间为0s,1s,2s.(5)在要求提高计算准确度的情况下,可以进行有关的修正的
计算。
本文没有特别的要求就不进行修正计算。
网络化简
后得到下图:
4K33.39210kV
L-1Id35KI4d32.714
L-2Id3
Id36K53.301系统电源231KK12L-3Id30.10.7620.7535kV7IIId3d3d3,K64.952
L-4Id335kV线路变压器S=1000MVAxmax8Id3K71.746
L-5Id3
9Id3K83.143
L-6Id3
Id3
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根据原始资料查教材《电力系统分析》得到各条线路的感抗值:
x0L=25km=0.417Ω/km0
x1L=10km=0.374Ω/km1
L=8km=0.374Ω/kmx22
x3L=10km=0.364Ω/km3
x4L=15km=0.364Ω/km4
x5L=5km=0.385Ω/km5
x6L=9km=0.385Ω/km6
根据总降压站变压器型号:
SFL-10000/35查电力变压器技术数1
据表得电压阻抗百分比Ud,,7.5一、归算
取基准容量S=100MVA,35kV侧基准电压Uj1=37KV;j
10侧基准电压U=10.5kVj2
短路点的基准电流:
S100j,,1.56()kA高压测:
I=j1U3373j1
S100j,,5.5()kA低压测:
I=j2j2U310.53注:
I,高压测基准电流j1
I,低压测基准电流j2
S,基准容量j
U,高压测基准电压j1
U,低压测基准电压j2
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1、电源系统电抗标么值的计算:
(S=1000MVA;S,500MVA)xmaxxmin
S100jX=,,0.11max*xmaxS1000
S100jX=,,0.21mix*S500xmin
注:
X,最大运行方式下的电抗标么值1max*
X,最小运行方式下的电抗标么值1mix*
S,最大运行方式下的短路容量xmax
S,最大运行方式下的短路容量xmin
2、35kV输电线路标么值的计算:
S100jX=0xL0.407250.762,,,,*22j1U37
注:
X,35kV输电线路标么值*
x0,线路感抗
L,线路长度
3、主变压器标么值的计算:
USdj%7.5100X,,,,,0.75b*e10010010S
注:
X,主变压器标么值b*
U%,主变压器电压阻抗百分比d
4、10kV各输电线路标么值的计算:
Sj10011X,xL,,,,0.374103.392L1*22j2U10.5
Sj10022X=xL,,,,0.37482.714L2*22j2U10.5
Sj10033X=xL,,,,0.364103.302L3*22j2U10.5
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Sj100X=44xL,,,,0.364154.952L4*22j2U10.5
Sj100X=55xL,,,,0.38551.746L5*22j2U10.5
Sj100X=66xL,,,,0.38593.143L6*22j2U10.5
注:
X、X、X、X、X、X表示线路一至线路六的标么值L1*L2*L3*L4*L5*L6*
x1x2x3x4x5x6、、、、、表示线路一至线路六的电抗值
第四节系统最大短路容量时各点的三相短路电流1、当K1点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1max**,X+X=0.1+0.762=0.8621
111*,,,短路电流标么值:
I1.160,*X0.8621
短路电流有名值:
II11*j1,,,I=1.1601.56=1.810(kA)
2、当K2点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1max**b*,X+X+X=0.1+0.762+0.75=1.6122
112*,,,短路电流标么值:
I0.620,*X1.6122
II22*j2,,,I=0.6205.5=3.41(kA)短路电流有名值:
3、当K3点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1max**b*L1*,X+X+X+X=0.1+0.762+0.75+3.392=5.0043
113*,,,短路电流标么值:
I0.200,*X5.0043
II33*j2,,,I=0.2005.5=1.1(kA)短路电流有名值:
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4、当K4点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1max**b*L2*,X+X+X+X=0.1+0.762+0.75+2.714=4.3264
11短路电流标么值:
4*,,,I0.231,*X4.3264
短路电流有名值:
II44*j2,,,I=0.2315.5=1.271(kA)
5、当K5点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1max**b*L3*,X+X+X+X=0.1+0.762+0.75+3.302=4.9145
11短路电流标么值:
5*,,,I0.204,*X4.9145
短路电流有名值:
II55*j2,,,I=0.2045.5=1.122(kA)6、当K6点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1max**b*L4*,X+X+X+X=0.1+0.762+0.75+4.952=6.5646
116*,,,短路电流标么值:
I0.152,*X6.5646
短路电流有名值:
II66*j2,,,I=0.1525.5=0.836(kA)7、当K7点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1max**b*L5*,X+X+X+X=0.1+0.762+0.75+1.746=3.3857
117*,,,短路电流标么值:
I0.295,*X3.3857
II77*j2,,,I=0.2955.5=1.623(kA)短路电流有名值:
8、当K8点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1max**b*L6*,X+X+X+X=0.1+0.762+0.75+3.143=4.7558
118*,,,短路电流标么值:
I0.210,*X4.7558
II88*j2,,,I=0.2105.5=1.155(kA)短路电流有名值:
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第五节系统最小短路容量时各点电流的三相短路1、当K1点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1mix**,X+X=0.2+0.762=0.9621
11短路电流标么值:
1*,,,I1.040,*X0.9621
短路电流有名值:
II11*j1,,,I=1.0401.56=1.622(kA)2、当K2点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1mix**b*,X+X+X=0.2+0.762+0.75=1.7122
112*,,,短路电流标么值:
I0.584,*X1.7122
短路电流有名值:
II22*j2,,,I=0.5845.5=3.212(kA)
3、当K3点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1mix**b*L1*,X+X+X+X=0.2+0.762+0.75+3.392=5.1043
113*,,,短路电流标么值:
I0.196,*X5.1043
II33*j2,,,I=0.1965.5=1.078(kA)短路电流有名值:
4、当K4点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1mix**b*L2*,X+X+X+X=0.2+0.762+0.75+2.714=4.4264
114*,,,短路电流标么值:
I0.226,*X4.4264
II44*j2,,,I=0.2265.5=1.243(kA)短路电流有名值:
5、当K5点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1mix**b*L3*,X+X+X+X=0.2+0.762+0.75+3.302=5.0145
115*,,,短路电流标么值:
I0.199,*X5.0145
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35kV变电站继电保护设计说明书短路电流有名值:
II55*j2,,,I=0.1995.5=1.095(kA)6、当K6点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1mix**b*L4*,X+X+X+X=0.2+0.762+0.75+4.952=6.6646
11短路电流标么值:
6*,,,I0.150,*X6.6646
短路电流有名值:
II66*j2,,,I=0.1505.5=0.825(kA)7、当K7点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1mix**b*L5*,X+X+X+X=0.2+0.762+0.75+1.746=3.4857
117*,,,短路电流标么值:
I0.287,*X3.4857
短路电流有名值:
II77*j2,,,I=0.2875.5=1.579(kA)
8、当K8点发生短路时,短路计算如下
短路电抗标么值:
X*1mix**b*L6*,X+X+X+X=0.2+0.762+0.75+3.143=4.8558
118*,,,短路电流标么值:
I0.205,*X4.8558
II88*j2,,,I=0.2055.5=1.128(kA)短路电流有名值:
第六节一次设备的选择和校验
由于此次设计内容主要是继电保护,一次设备的设计只考虑35kV及10kV断路器的选择上。
高压断路器的作用是在有负荷的情况下即正常情况下能接通或断开负荷电流,在供电系统故障情况下(发生短路时),能迅速的切断短路电流,高压断路器选择的项目有:
断路器的额定电压、额定电流和额定容量,按短路条件校验有热稳定和动稳定。
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35kV变电站继电保护设计说明书一、35kV总降压站35kV侧电气设备选择和校验
(一)根据已知条件选择35kV侧断路器:
1.选ZN-35/630型户外式少油断路器,其技术数据如下:
U1)额定电压,35kVN
I2)额定电流,630AN
I:
8kA3)额定断流量Nbr
4)热稳定电流:
4s:
8kA
2.将所选断路器参数与计算数据列表比较,判断所选断路器是否
满足要求。
断路器选择结果表
ZN,35/630选装设地点电气条件
择
结论比较比较项
要数据数据项目目
求
UU35kV?
35kV合格NNs
II630A?
173.205A合格Nmax
II8kA?
1.810kA合格Nbr
(3)ii17kA?
4.616kA合格Nclsh
(3)ii17kA?
4.616kA合格essh
2222ItQ6.6,4,174.24(kA).s?
3.931(kA).s合格tk1
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3.结论:
所选断路器满足要求。
二、10kV变压器侧断路器的选择和校验(校验灵敏度)
1.根据已知条件选择10kV变压器侧断路器
选择ZN5-10/1000型户内式真空断路器,其技术数据如下:
U)额定电压,10kV1N
I2)额定电,1000AN
I)额定断流量=25kA3Nbr
4)极限通过电流峰值:
63kA
5)4s热稳定电流:
25kA
6)固有分闸时间:
0.05s
7)合闸时间:
0.1s
2.将所选断路器参数与计算数据列表比较,校验所选断路器是否
满足要求。
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断路器选择结果表
ZN5-10/1000选装设地点电气条件
择
结论比较项比较项
要数据数据目目
求
UU10kV?
10kV合格NNs
II1000A?
606.218A合格Nmax
II25kA?
3.410kA合格Nbr
(3)ii63kA?
8.696kA合格Nclsh
(3)ii63kA?
8.696kA合格essh
2222ItQ(kA).s?
16.279(kA).s合格20,4,1600tk2
3.结论:
所选断路器满足要求。
三.10kV出线线路侧断路器的选择和校验(校验灵敏度)根据已知条件选择10kV出线线路侧断路器1.选择ZN5-10/630型户内式真空断路器,其技术数据如下:
U1)额定电压,10kVN
I2)额定电流,630AN
I3)额定断流量:
20kANbr
4)极限通过电流峰值:
50kA
5)4s热稳定电流:
20kA
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35kV变电站继电保护设计说明书6)固有分闸时间:
0.05s
7)合闸时间:
0.1s
2.将所选断路器参数与计算数据列表比较,校验所选断路器是否满足要求。
断路器选择结果表
ZN5-10/630选装设地点电气条件
择
结论比较项比较项
要数据数据目目
求
UU10kV?
10kV合格NNs
II630A?
606.218A合格Nmax
II25kA?
3.410kA合格Nbr
(3)ii63kA?
8.696kA合格Nclsh
(3)ii63kA?
8.696kA合格essh
2222ItQ(kA).s?
16.279(kA).s合格20,4,1600tk2
3.结论:
所选断路器满足要求。
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第三章主变压器保护及整定计算
第一节变压器继电保护故障类型、不正常运行状态
及其相应的保护方式
电力变压器是一种静止的电气设备,且是电力系统中十分重要的供电元件。
它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。
因此,必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。
一、变压器的故障
1、变压器的油箱内部故障:
包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。
这些故障将产生电弧,烧坏绕组绝缘及铁芯,引起绝
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