220kv北关一次降压变电所继电保护电气部分初步设计(编辑修改稿)

220kv北关一次降压变电所继电保护电气部分初步设计(编辑修改稿)内容摘要：

质量的设备和现代化的自动装置，从而导致投资的增加。 因此，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。 一般从以下方面考虑： （ 1）投资省。 主接线应简单清晰，节省断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等一次设备； ② 使继电保护和二次回路不过于复杂，节省二次设备和控制电缆； ③ 限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器； ④ 如能满足系统安全运行及继电保护要求， 110kv 及以下终端或分支变电 所可采用简易电器。 （ 2）占地面积小。 主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。 （ 3）电能损失少。 在变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压器而增加电能损耗。 此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，变电所接入系统的电压等级一般不超过两回。 220KV 北关一次降压变电所继电保护电气部分初步设计 11 电气主接线的设计程序 电气主接线的设计伴随着变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。 在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和骤相同。 其具体设计步骤和内容如下。 （ 1）对原始资料进行分析，具体内容如下： 1）本工程情况。 主要包括：变电所类型；设计规划容量；变压器容量及台数；运行方式等。 2）电力系统情况。 电力系统近期及远期发展规划（ 5～ 10 年）；变电所在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用；本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点地方式等。 3）负荷情况。 负荷的性质及地理位置、电压等级、出线回路数及输送容量等。 电力负荷在原始资料中虽已提 供，但设计时尚应予以辨证地分析。 因为负荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。 如果设计时，只依据负荷计划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金；否则电量供应不足，就会影响其他工业的发展。 4）环境条件。 当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等因素对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。 特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差甚大，应予以重视。 对重型设备的运输条件也应充分考虑。 5）设备制造情况。 为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能 力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性，经济性和可靠。 （ 2）拟定主接线方案。 根据设计书任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定若干个主接线方案。 因为对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑的不同，会出现多种接线方案（近期和远期）。 应依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优点，淘汰一些明显不合理的方案，最终保留两个或三个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得最优秀的技术合理、经济可行的主接线方案。 （ 3）主接线经济比 较。 （ 4）短路电流计算。 对拟定的电气主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。 （ 5）电器设备的选择。 主接线的拟定方案及选择 本变电所的电压等级为 220kV/60kV， 220kV 侧有进线 2回， 60kV 侧有出线 12 回。 根据主接线设计必须满足供电可靠性，保证电能质量，满足灵活性和方便性，保证经济性的原则，初步在两侧各拟定两个主接线方案，进行选择： 220kV 侧主接线采用单母线分段和双母线接线 2 种接线方案。 沈阳工程学院毕业设计 12 60kV 侧主接线采用单母线分段带旁路接线和双母线带旁路接线 2种接线方案。 下面列表比较 各种方案的特点，根据设计要求从中选出最佳方案 . 表 220kV侧母线接线比较方式 方案 项目 单母线分段接线 双母线接线 可靠性 ①对重要用户可以从不同段引出两个回路。 ②当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电。 ①可以轮流检修母线而不致使供电中断。 ②检修任一母线的隔离开关时，只停该路。 ③母线故障后，能迅速恢复供电。 灵活性 ①当出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越。 ②扩建时需向两个方向均匀扩建。 ①调度灵活。 ②扩建方便。 ③便于试验。 经济性 ①接线简 单清晰，设备较少。 ① 增加了母线的长度、隔离开关的数量和配电装置架构，占地面积增大，投资增多。 ② 隔离开关容易误操作，需在隔离开关和短路器之间装设联锁装置。 表 60kV侧母线接线比较方式 方案 项目 双母线带旁路接线 单母线分段带旁路接线 可靠性 电中断。 ，只停该回路，旁路提高供靠性。 ，能迅速恢复供电。 ，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电，带 旁路保证供电可靠性。 灵活性。 ，常使架空线路出现交叉跨越。 经济性。 ，设备较少 根据以上几种方案的比较以及本次设计变电所的实际情况，一次侧为 2 回进线，而且根据负荷的不同变化需要经常改变主接线的运行方式，二次侧出线，有 12 回出线，并且用户基本都是有重要负荷的，因此决定主接线的一次侧采用双母线接线；二次侧采用双母线带旁路母线接线。 220KV 北关一次降压变电所继电保护电气部分初步设计 13 3 短路电流计算 产生短路的主要原因是 电气设备载流部分的绝缘损坏。 绝缘损坏的原因多因设备过电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。 此外，如输电线路断线、线路杆塔也能造成短路事故。 所谓短路是指相与相之间通过电弧或其他较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。 短路电流计算的目的、规定和步骤 : 1). 电气主接线的比较与选择。 2). 选择断路器等电器设备，或对这些设备提出技术要求。 3). 为继电保护的设计以及调试提供依据。 4). 评价并确 定网络方案，研究限制短路电流的措施。 5). 分析计算送电线路对通讯设施的影响 1).接线方式 计算短路电流所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 2).计算容量 应按工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，一般取工程建成后的 5～ 10年。 3).一般按三相短路计算 4).短路计算点 在正常接线方式时，通过设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。 5).短路计算方法 在工程设计中，短路 电流计算均应采用实用计算法。 即在一定的假设条件下计算出短路电流的各个分量。 实用计算法 1). 选择计算短路点。 2). 绘出等值网络（次暂态网络图）。 3). 化简等值网络：将等值网络化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗 39。 X。 4). 求计算电抗 jsX。 5). 由运算曲线查出各电源提供给的短路电流周期分量的标幺值。 6). 计算无限大容量的电源提供给的短路电流周期 分量的标幺值。 7). 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 沈阳工程学院毕业设计 14 8). 计算短路电流冲击值。 9). 绘制短路电流计算结果表。 三相短路电流的计算 1).网络模型的确定 计算短路电流所用的网络模型为简化模型，即忽略负荷电流；发电机用次暂态电抗表示；认为各发电机电势模值为 1，相角为 0。 2).网络参数的计算 短路电流的计算通常采用标幺值进行近似计算。 常取基准容量 BS 为一整数 100MW 或1000MW 而将各电压级的平均额定电压取为基准电压即 BU = avU = NU ，从而是计算大为简化。 采用网络简化法将等值电路逐步化简，求出各电源与短路点之间的转移电抗。 在工程计算时，为进一步简化网络，减少工作量，长将短路电流变化规律相同或相近的同类型发电机可以合并；直接接于短路点的发电机一般予以单独考虑，无限大容量的电源应该单独计算。 进行网络简化时，求出各个等值电源与短路点之间的 转移电抗 39。 iX ，再将其换算成以等值电源容量为基准的标幺值，即为该电源的计算电抗 jsiX。 jsiX =BNii SSX39。 39。  （ ） 式中 NiS 第 i个等值电源的额定容量， MVA； i=1， 2， „ ， n。 1).无限大容量电源 当供电电源为无限大容量或计算电抗 jsX ≥ 时，则可以认为其周期分量不衰减，此时   jsXXII 11 39。 39。 39。 39。 或 （ ） 2).有限容量电源 当供电电源为有限容量时，其周期性分量是随时间衰减的。 这时工程上常采用运算曲线法来求得任意时刻短路电流的周期分量。 3).总的短路电流周期分量的有名值 最后将得到的各电源在某同一时刻供出的短路电流的标幺值换算成有名值，然后相加，便得到短 路点某一时刻的三相短路电流周期分量，即 220KV 北关一次降压变电所继电保护电气部分初步设计 15 （ ） 式中 tiI 有限容量供给的短路电流周期分量标幺值； I 无限大容量电源供给的短路电流的标幺值； tI 短路点 t 秒短路电流周期性分量的有效值， kA。 三相短路电流的最大峰值出现在短路后半个周期，当 f=50Hz 时，发生在短路后，此峰值被称为冲击电流 shi。 其计算式为 39。 39。 2 IKi ssh  式中 sK 冲击系数。 （发电机出口 ；其他地点 ） 本次设计所选的短路点取为变电所两台主变高压侧的 1d 点和低压侧并列运行时的2d。 计算结果如下： 表 短路电流周期分量有效值 短路点 0/S 2/S 4/S 1d 2d 1d 点 冲击电流： 1 . 8 2 2 . 5 5 6 . 3 8 1 6 . 2 7kshi I A     2d 点 冲击电流： 1 . 8 2 2 . 5 5 7 . 9 9 2 0 . 4 kshi I A     BBBNini tit USIUSII 331  沈阳工程学院毕业设计 16 4 继电保护及其自动装置的规划 继电保护及其设计 220kV 及中性点直接接地电网线路保护配置 在 220kV 中性点直接接地电网 ,线路得相间短路及单相接地短路保护均应动作于短路器跳闸 . 在下列的情况下 ,应装设一套全线速动保护 : (1) 根据系统稳定要求有必要时 . (2) 线路发生三相短路时 ,如使发电厂厂用母线电压低于允许值 (一般约为 70%额定电压 ),且其他保护不能无时限和有选择地切除短路时 . (3) 如电力网的某些主要线路采用全线速动保护后 ,不仅改善本线路保护性能 ,而且能够改善整个电网保护的性能时 . 对 220kV 线路 ,符合下面条件之一时 ,可装设二套全线速动保护 : (1) 根据系统稳定要求 . (2) 复杂网络中 ,后备保护整定配合有困难时 . 对于需要装设全线速动保护的电缆短线路及架空短线路 ,可采用倒引线保护或光纤通道的纵联保护作为主保护 ,另装设多段式电流电压保护或距离保护作为后备保护 . 220kV 线路宜采用近后备方式 .但某些线路 ,如能实现远后备 ,则宜采用远后备 ,或同时采用远近结合的后备方式 . 220kV 线路保护可按下列原则配置 : (1) 反映接地短路的保护配置 对 220kV 线路 ,当接地电阻不大于 100 时 ,保护应能可靠地 ,有选择地 切除故障 .如已满足装设一套或二套全线速动保护的条件 ,则除装设全线速动保护外 ,还应装设接地后备保护 ,宜装设阶段式反时限零序电流保护。 也可采用接地距离保护 ,并辅以阶段式或反时限零序电流保护 . (2) 反映相间短路的保护装置 对于 220kV 线路 ,首先考虑是否装设全线速动保护 .如装设全线速动保护 .则除此 ,还要装设相间短路后备保护 (如相间距离后备保护 )和辅助保护 (如电流速短保护 ). 对单侧电源单回 220kV 线路 ,如不装设全线速动保护 ,可装设三相多段式电流电压保护作为本线路的主保护及后备保护 ,如不能满足灵敏性及速动性的 要求时 ,则应装设相间距离保护作为本线路的主保护及后备保护 . 对双侧电源单源单回 ,如不装设全线速动保护 ,应装设相间距离保护作为本线路的主保护及后备保护 . 正常运行方式下 ,保护安装对短路 ,电。