河北工程大学110kv变电站继电保护设计

河北工程大学110kv变电站继电保护设计内容摘要：

，一般需要装设两台主变压器，防止其中一台出现故障或检修时中断对用户的供电。 对 110kv及以下的终端或分支变电站，如果只有一个电源，或变电所的重要负荷有中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器，对大型超高压枢纽变电站，可根据具体情况装设 2— 4 台主变压器，以便减小单台容量。 因此，在本次设计中装设两台主变压器。 变压器容量的选择 (1) 主变容量一般按变电所建成后 5～ 10 年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期 10～ 20 年的负荷发展。 对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。 (2) 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。 对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足 60%（ 220kV及以上电压等级的变电所应满足 70%）的全部最大综合计算负荷，以及满足全部 I 类负荷 S 和大部分 II 类负 荷 S (220kV 及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部 I 类负荷 S 和 II 类负荷 S )，即   SSSSS NN ）和（）（ 1n)(1n m a x （ 41） 最大综合计算负荷的计算： %)1(c o s1 m a xtm a x   mi iiPKS （ 42） 式中， imaxP — 各出线的远景最大负荷； m — 出线回路数； icos — 各出线的自然功率因数； tK — 同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小，一般在 ～ 之间； % — 线损率，取 5%。 因此，由原始材料可得： 35kv侧： Sjs=*（ 8000/+5000/） *(1+5%)=(MVA) 10kv侧： Sjs=(*3500/+2*5000/+2*1500/+2020/+1500/)*(1+5%) =21(MVA) 由上述计算结果可知： 河北工程大学毕业设计说明书 6 10KV 侧 PLMAX=21(MVA) 35KV 侧 PLMAX=(MVA) 高压侧 PLMIN=*(21+)= (MVA) 变电站用电负荷 Pz为： Pz=(MVA) 所以变电站最大负荷 Smax 为： Smax=+=(MVA) 主变压器型号的选择 (1) 相数选择 变压器有单相变压器组和三相变压器组。 在 330kv及以下的发电厂和变电站中，一般选择三相变压器。 单相变压器组由三个单相的变压器组成，造价高、占地多、运行费用高。 只有受变压器的制造和运输条件的限制时，才考虑采用单相变压器组，因此在本次设计中采用三相变压器组。 (2) 绕组数选择：在具有三种电压等级的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该。 变压器容量的 15%以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所内需要装无功补偿设备 时，主变压器宜选用三绕组变压器。 (3) 绕组连接方式的选择：变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。 电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种。 高压绕组为星形联结时，用符号 Y 表示，如果将中性点引出则用ＹＮ表示，对于中＼低压绕组则用ｙ及ｙｎ表示；高压绕组为三角形联结时，用符号Ｄ表示，低压绕组用ｄ表示。 三角形联结的绕组可以消除三次谐波的影响，而采用全星形的变压器用于中性点不直接接地系统时，三次谐波没有通路，将引起正弦波电压畸变，使电压的峰值增大，危害变压器的绝缘，还会对通信设备 产生干扰，并对继电保护整定的准确性和灵敏度有影响。 河北工程大学毕业设计说明书 7 变压器选择结果 表 12 主变压器型号及参数 型号及容量(KVA) 额定电压 (KV) 连接组 别 损耗(KW) 阻抗电压 (%) 空载电流(%) 空 载 负 载 高 中 高 低 中 低 高 中 低 SFSL731500/110 101 2 % 121 2 %  2 % 35 2 % YN,yn0,d11 38 25 表 13 自用变压器型号及参数 型号 额定容量 (KVA) 额定电压(KV) 连接组 别 损耗 (W) 阻抗 电压 (%) 空载 电流 (%) 空载 短路 SC980/10 80 Y,yn0 340 1140 4 2 河北工程大学毕业设计说明书 8 2 短路电流计算 短路计算的目的、规定与步骤 短路电流计算的目的 在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。 其计算的目的主要有以下几方面： (1) 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 (2) 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约 资金，这就需要进行全面的短路电流计算。 例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。 (3) 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。 短路计算的一般规定 计算的基本情况 (1) 电力系统中所有电源均在额定负载下运行。 (2) 所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。 (3) 短路发生在短路电流为 最大值时的瞬间。 (4) 所有电源的电动势相位角相等。 (5) 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。 对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。 接线方式 计算短路电流时所用的接线方式，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），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 计算步骤 (1) 选择计算短路点。 河北工程大学毕业设计说明书 9 (2) 画等值网络图。 ① 首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。 ② 选取基准容量 Sb和基准电压 Ub（一般取各级的平均电压）。 ③ 将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。 ④ 绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。 (3) 化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别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 Xnd。 (4) 求计算电抗 Xjs。 (5) 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到Xjs=）。 ① 计算无限大容量（或 Xjs≥ 3）的电源供给的短路电流周期分量。 ② 计算短路电流周期分量有 名值和短路容量。 变压器的参数计算及短路点的确定 变压器参数的计算 基准值的选取： MVASb 100 ， bU 取各侧平均额定电压 (1) 主变压器参数计算 由表 查明可知： U12%= U13%= U23%= U1%=(U12%+U13%U23%)=(+)= U2%=(U12%+U23%U13%)=(+)=0 所以 U2%=0 U3%=(U13%+U23%U12%)=(+)= 电抗标幺值为： XTH=U1%/100*SB/SN=*100/= XTL=U2%/100*SB/SN=0/100*100/=0 XTZ=U3%/100*SB/SN=*100/= (2) 站用变压器参数计算 由表 查明： 4%dU X4=Ud%/100*SB/SN=4/100*100/=50 (3) 系统等值电抗 4 5  bUSlrX BS 河北工程大学毕业设计说明书 10 短路点的确定 此变电站设计中，电压等级有四个，在选择的短路点中，其中 110KV 进线处短路与变压器高压侧短路，短路电流相同，所以在此电压等级下只需选择一个短路点；在另外三个电压等级下，同理也只需各选一个短路点。 依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择，网络等值图如下： 图 21 短路等值图 河北工程大学毕业设计说明书 11 各 短路点的短路计算 短路点 d1的短路计算 (110KV母线 ) 网络化简如图 所示： 图 22 d1 点短路等值图 Xf1=Xs＝ x0l （ Sj/U j2）＝ 150（ 100/1152）＝ Xjs1=Xf1 Sn/Sb= 1000/100= 因为 Xjs1=3 所以 I*=I∞ *=*= 1/Xjs1=1/= Ib=Sb/(√ 3 Ub)=100/(√ 3 115)=(KA) In=Ib Sn/Sb = 1000/100=(KA) I= I∞ ==I*In=I∞ *In=*In= =(KA) ich= I= =(KA) ich= I= =(KA) S=√ 3 I Un=√ 3 110=(MVA) 短路点 d2的短路计算 (35KV母线 ) 网络化简为： 图 23 d2 点短路等值图 Xf2=Xs+(X1+X2)//(X1+X2)=+(+0)//(+0)= Xjs2=Xf2 Sn/Sb= 1000/100= 河北工程大学毕业设计说明书 12 I*=I∞ *=*= 1/Xjs2= Ib=Sb/(√ 3 Ub)=100/(√ 3 37)=(KA) In=Ib Sn/Sb = 1000/100=(KA) I= I∞ ==I*In=I∞ *In=*In= =(KA) ich= I= =(KA) ich= I= =(KA) S=√ 3 I Un=√ 3 35=(MVA) 短路点 d3的短路计算 (10KV母线 ) 网络化简为： 图 24 d3 点短路等值图 Xf3=Xs+(X1+X3)//(X1+X3)=+(+)//(+)= Xjs3=Xf3 Sn/Sb= 1000/100= I*=I∞ *=*= 1/Xjs3= Ib=Sb/(√ 3 Ub)=100/(√ 3 )=(KA) In=Ib Sn/Sb = 1000/100=55(KA) I= I∞ ==I*In=I∞ *In=*In= 55=(KA) ich= I= =(KA) ich= I= =(KA) S=√ 3 I Un=√ 3 10=(MVA)河北工程大学毕业设计说明书 13 3 继电保护基本知识 继电保护概述 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，使之免遭损害，所以沿称继电保护。 3,2 继电保护的任务 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。 基本原理和保护装置的组成 继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。 因此，通过检测各种状态下 被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。 依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护： (1) 反映电气量的保护 电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值 (阻抗 )和它们之间的相位角改变等现象。 因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别．就可以构成各种不同原理的继电保护装置。