【正文】 2 2 運行方式分析 運行方式分析 本次設(shè)計 — 星元 變電所繼電保護設(shè)計，只有一個電源（ 房山 電廠），兩臺變壓器（ SFPS— 9000/220），主接線是雙母線接線。所以在畢業(yè)設(shè)計中，繼電保護裝置的選擇是一個重要環(huán)節(jié)。星元變電所繼電保護設(shè)計 1 第一篇 說明書 1 引 言 本設(shè)計書是根據(jù) 2021 年畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求所編寫的，是為了讓畢業(yè)生適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展需要，使畢業(yè)生能更深刻、實際的接觸電力系統(tǒng)的各類相關(guān)知識。 本設(shè)計共分兩篇。 考慮其運行方式，原則上應(yīng)盡可能使其供電系統(tǒng)發(fā)生事故式負(fù)荷波動時，能起應(yīng)急電源作用，能繼續(xù)維持部分生產(chǎn)。應(yīng)盡量設(shè)法維持發(fā)電機正常運行，提高發(fā)電機組運行的可靠性。對某些保護，在整定計算時，還要按正常運行方式 來決定動作值或計算靈敏度。對繼電保護來說，是短路時通過保護的短路電流最小的運行方式。對于某些特殊運行方式，運行時間很短，對保證保護的選擇性或靈敏性有困難時，且在保護拒動或誤動不會引起大面積停電的情況下，可不予考慮。每回線路都經(jīng)一組斷路器和兩組隔離開關(guān)分別與兩組母線連接，母線之間通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器 CQF 連接，稱為雙母線接線。例如，檢修工作母線，可將全部電源和線路倒換到備用母線上。例如：當(dāng)母聯(lián)斷路器閉合，兩組母線同時運行，進出線分別接在兩組母線上，即相當(dāng)單母線分段運行；當(dāng)母聯(lián)斷路器斷開，一組母線運行，另一組母線備用，全部進出線接于運行母線上，即相當(dāng)于單母線運行。 為了消除上述某些缺點可以采取如下措施： （ 1） 正常運行時，采用單母線分段的運行方式，以減少母線故障短時停電的范圍。 為了不停電檢 修出線斷路器，可以采用雙母線帶旁路母線的接線。 （ 1） 短路電流產(chǎn)生的電弧將短路點的電氣設(shè) 備燒壞； （ 2） 短路電流通過非故障設(shè)備，由于發(fā)熱和電動力的作用，很可能使非故障元件損壞或縮短其使用壽命； （ 3） 電力系統(tǒng)電壓水平下降，影響用電單位的生產(chǎn)，出現(xiàn)次品及廢品，甚至燒毀電動機； （ 4） 電力系統(tǒng)電壓下降，可能破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，使系統(tǒng)振蕩而導(dǎo)致崩潰。為了保證對用電單位的連續(xù)供電，故障切除以后，應(yīng)盡快地使電氣設(shè)備再次投入運行或由其他電源和設(shè)備替代工作。由三大部分組成，分別為：測量部分：用來測量被保護設(shè)備輸入的有關(guān)信號，并和已給定的整定值進行比較判斷是否應(yīng)該啟動；邏輯部分：根據(jù)測量部分輸出量的大小或性質(zhì)及其組合或輸出性質(zhì)，使保護按照一 定的邏輯程序工作，并將信號傳輸給執(zhí)行部分：執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分傳輸?shù)男盘枺詈笕ネ瓿杀Ｗo裝置所負(fù)擔(dān)的任務(wù)，給出跳閘或信號脈沖。這種性能稱為繼電保護裝置的選擇性。 即： t= QFoper tt ? 式中 t故障切除時間； opert 保護動作時間； QFt 斷路器跳閘時間； 一般 的 快速保護裝置的動作時間 約 —— ， 最快的可達(dá) ——。所以切除故障的最小時間可達(dá) —— ，對不同電壓等級和不同結(jié)構(gòu)的電力網(wǎng)絡(luò)，切除故障的最小時間有不同要求。 (3)靈敏性 即在 規(guī)定的 保護范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正常運行狀態(tài)時，繼電保護裝置的反應(yīng)能 力 。 對不同作用的保護裝置和被保護設(shè)備，所要求的靈敏系數(shù)是不同的，在《繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)程》中都有規(guī)定。 保護裝置不能可靠工作的主要原因是安裝調(diào)試質(zhì)量不高、運行維護不當(dāng)、繼電器質(zhì)量差及設(shè)計不合理等。一般來說，在 可靠性的前提下，首先要滿足選擇性，非選擇性動作是絕對不允許的。然而有時為了保證選擇性，往往需要適當(dāng)?shù)亟档鸵恍╈`敏度。 繼電器一般由三個主要部分組成：感受元件，比較元件和執(zhí)行元件。還有反應(yīng)非電器量參數(shù)而動作的一類繼電器，如瓦斯繼電器，溫度繼電器等。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 4 全所（廠）保護配置說明 電力變壓器保護配置的方案 電力變壓器在電力系統(tǒng)中的地位非常重要，它的故障對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴(yán)重后果。內(nèi)故障指的是變壓器油箱內(nèi)繞組之間發(fā)生相間短路、一相繞組中發(fā)生的匝間短路、繞 組與鐵芯或引出線與外殼發(fā)生的單項接地短路。變壓器油箱外部故障包括引線及套管處會產(chǎn)生各種相間短路和接地故障。 為了保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，并將故障或不正常運行狀態(tài)的影響限制到最小范圍，按照 GB 14258— 1993《繼電保護和安裝自動裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，變壓器應(yīng)裝設(shè)以下保護裝置。 星元變電所繼電保護設(shè)計 11 帶負(fù)荷調(diào)壓的油侵式變壓器的調(diào)壓裝置，亦應(yīng)裝設(shè)氣體保護。 對 以上廠用工作變壓器和并列運行的變壓器， 10MVA 及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，以及 2MVA 及以上用電流速斷保護靈敏性不負(fù)荷要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。 （ 1） 過電流保護宜用于降壓變壓器，保護的整定值，應(yīng)考慮事故時可能出現(xiàn)的過負(fù)荷。 查《繼電保護和安裝自動裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，第 條。對雙繞組升壓變壓器應(yīng)裝設(shè) 在 發(fā)電機電壓側(cè)；對雙繞組降壓變壓器應(yīng)設(shè)在高壓側(cè)，當(dāng)三側(cè)都有電源時，則三側(cè)都應(yīng)裝過負(fù)荷保護，對于單側(cè)電源的三繞組降壓變壓器，若三側(cè)繞組容量相同，則過負(fù)荷保護只裝在電源側(cè)；若三繞組容量不同，則在電源側(cè)和容量較小的一側(cè)分別裝設(shè)過負(fù)荷保護；對于雙側(cè)電源的三繞組降壓變壓器或聯(lián)絡(luò)變壓器，三側(cè)均應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護。保護直接動作于跳閘。 查《繼電保護和安裝自動裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定。 在 66KV 及以下電壓等級的電力系統(tǒng)中，采用中性點不接地、經(jīng)高電阻或經(jīng)消弧線圈接地的工作方式。 (2) 非故障線路保護安裝處 ,流過本線路的零序電容電流 .容性無功功率是由母線指向非故障線路。 根據(jù)以上規(guī)程的要求 ,我為線路配置了距離保護、中性點不接地系統(tǒng)的接地保護 (零序電流保護 )以及絕緣監(jiān)視裝置。當(dāng)單相接地電流較大，足以 克服零序電流過濾器中的不平衡電流影響時，保護裝置可接于由三只電流互感器構(gòu)成的零序電流過濾器回路中。 無時限電流速斷保護的保護范圍可以用解析法求得，忽略系統(tǒng)各元件阻抗的電阻分量，按下式可計算出保護的動作電流： m in1m a 3LMMope r XX EI ?? 解得最小的保護范圍為 )23(1 ma n Mo p erM XIEXL ?? （ 2）限時電流速斷保護 由于無 時限電流速斷保護一般不能保護線路全長，無法切除本線路無時限電流速斷保護范圍以外的短路故障，為此增設(shè)第二套電流速斷保護，即限時電流速斷保護。其動作電流應(yīng)為： p er1. ⅠⅡ IKI reloper ? （ relK 為可 靠電流，保護動作帶有一定延時，短路電流的非周期分量已經(jīng)衰減，故可靠系數(shù)relK 可選比 — 小一些）。而定時限過電流保護僅能保護線路全長，還能保護相鄰線路的全長，可以起到后備保護的作用。 （ 2）在外部短路故障切除后，已動作的電流繼電器能可靠返回。因裝置給出的信號沒有選擇性，運行人員只能根據(jù)信號和三個電壓表的指示情況判別故障相，而選不出故障線路。因此，為了避免事故的擴大，應(yīng)裝設(shè)母線保護 裝置，使可以有選擇地和快速得切除故障的母線段。因此，必須采取措施來消除母線故障所造成的后果。 對于 110 千伏及以上的中性點直接接地系統(tǒng)，母線保 護裝置應(yīng)反映各種相間和接地短路故障，保護裝置由三相式組成。這樣，在一次側(cè)電流總和為零時，在理想的情況下，二次側(cè)電流 的總和也為零。正常運行時，差動繼電器中流過的是各饋電線路負(fù)荷電流之和；饋電線路上發(fā)生短路故障時，差動繼電器流過的是短路電流。這種母線成為固定連接母線。故障愈嚴(yán)重，產(chǎn)生氣體越多，流向油枕的氣流和油流速度也越快，利用這種氣體來實現(xiàn)的保護稱氣體保護。為保證氣體順利經(jīng)氣體繼電器進入油枕，變壓器頂蓋與水平面之間應(yīng)有 1%%的坡度，聯(lián)接管道應(yīng)有 2%4%的坡度。它是由擋板和開口杯復(fù)合而成的，上下方各有一個帶干簧觸點的開口杯。此時，開口杯及附件在空氣中的重力加上杯中油的重量，所產(chǎn)生的力矩大于在油中平衡錘所產(chǎn)生的力矩，因此，開口杯順時針方向轉(zhuǎn)動，帶動磁鐵靠近，使上方的干簧觸點閉合，發(fā)出輕瓦斯動作信號。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，有輕瓦斯產(chǎn)生，瓦斯繼電器的上觸點閉合，作用于至延時信號；發(fā)生嚴(yán)重故障時，重瓦斯沖出，瓦斯繼電器的下觸點閉合，經(jīng)信沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 號繼電器，發(fā)出報警信號，同時通過聯(lián)片使出口繼電器動作使斷路器跳閘。當(dāng)斷路器跳閘后，斷路器的輔助觸點斷開自保持回路，使 CKJ恢復(fù)起始位置。 瓦斯保護評價 瓦斯保護的優(yōu)點是不僅能反映變壓器油箱內(nèi)部的各種故障，而且還能反映差動保護所不能反映的不嚴(yán)重的匝間短路和鐵心故障。瓦斯保護抵抗外界干擾的性能較差，例如劇烈的震動就容易誤動作。當(dāng) D2點短路時此時流過差動回路的電流為 I1+I2。此外，在實現(xiàn)差動保護時 ,還應(yīng)考慮兩個特點 ,一個是變壓器勵磁涌流 ,另一個是變壓器差動保護的不平衡保護。本設(shè)計的變壓器容量為90MVA，因此采用的是 BCH— 2型差動繼電器。由于預(yù)先選擇好兩側(cè)電流互感器的變比和 接線方式，故該不平衡電流值很小，注入電流繼電器內(nèi)的電流 (為兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流之差 )，保護不動作。 通過對縱差保護以上問題的分析，根據(jù)現(xiàn)場實際連接中關(guān)于縱差繞組 TA二次側(cè) △ 形接線的具體接法，也依照 縱差 TA二次側(cè) Y型接線的不同，有兩種不同的接法。 由此也實際形成了圖 圖 2 兩種正確接法。 變壓器過負(fù)荷保護 由于本次設(shè)計的變壓器容量 90MVA 屬于中、小型變壓器。 變壓器過電流保護 變壓器的過電流保護主要是裝設(shè)在降壓變壓器的高壓側(cè)。所以三繞組變壓器的過電流保護應(yīng)按如下原則配置。 零序電流保護 電力系統(tǒng)中，接地故障常常是故障的主要方式，因此，大電流接地系統(tǒng)中的變壓器 ，一般要求在變壓器上裝設(shè)接地（零序）保護，作為相鄰元件及變壓器本身主保護的后備保護。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地短路時，中性點接地運行變壓器由其零序電流保護動作于切除；若高壓母線上一面，沒有中性點接地運行的變壓器時，中性點將發(fā)生過電壓，可導(dǎo)致發(fā)電間隙擊穿，此時中性點不接地運行變壓器將由反間隙放電電流的零序電流保護瞬時動作于切除；如果中性點過電壓不足以使放電間隙擊穿，則可由零序電壓保護經(jīng)延時 t切除。負(fù)序電壓消失后，雖然低電壓繼電器重新接于線電壓上，但由于三相短路電壓較低，不能返回而處于動作狀態(tài)。后備保護的方案有過電流保護、復(fù)合電壓啟動過電流保護、負(fù)序過電流保護和低壓阻抗保護等。 D1 點 三相短路： 星元變電所繼電保護設(shè)計 29 D1 點 :由于 L L L3 和 L4 四條出線與負(fù)荷相連，所以短路故障時不會向短路點提供電流，所以將（圖１）簡化如（圖２）所示： 注：以下計算中，沒有標(biāo)名的都為標(biāo)幺值，因為于電勢 E都為 1，所以不進行化簡 １） 在豐收電廠最大， 陵東 雙回線時： 化簡： ? ?? ? ? ???348 3 434XX 0 . 1 3 5 0 . 1 3 5X X / / X 0 . 0 6 8X X 0 . 1 3 5 0 . 1 3 5 ? ? ? ? ?9 5 6 7X X / / X X 0 . 1 0 9 / / 0 . 1 0 9 0 . 2 1 0 . 2 6 5 ? ? ? ? ?10 8 9X X X 0 . 0 6 8 0 . 2 6 5 0 . 3 3 3 ? ? ?DD 1 2 10X X // X // X 0. 03 3 // 0. 02 7 // 0. 33 3 0. 01 4 ? ? ?dDD11I 7 1 . 4 3X 0 . 0 1 4 有效值為： ? ? ? ? ???( 3 ) Bdd BS 100I I 7 1 . 4 3 1 7 . 9 33 U 3 2 3 0KA ２） 在豐收電廠最小， 陵 元 單回線時： 化簡 : ? ?? ? ? ???347 3 434XX 0 . 1 3 5 0 . 1 3 5X X / / X 0 . 0 6 8X X 0 . 1 3 5 0 . 1 3 5 8 7 5 6X X X X 0 . 0 6 8 0 . 1 0 9 0 . 3 5 3 0 . 5 3 0? ? ? ? ? ? ? ? ? ???DD 1 2 81X X // X // X 161 1 1 33 32 3 ? ? ?dDD11I 6 4 . 4 6 1X 0 . 0 1 6 有效值為： ? ? ? ? ???( 3 ) Bdd BS 100I I 6 4 . 4 6 1 1 6 . 1 8 23 U 3 2 3 0KA 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 D2點三相短路： １） 豐收電廠最大時， 陵東 雙回線： 化簡： 1 2 3 48 1 2 3 41 2 3 4X X X X 33 27 35 35X X // X X // XX X X X 33 27 35 35 15 68 83?? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ?9