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摘要
隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，繼電保護器在35kV變電站中的應(yīng)用也越來越廣泛，它不僅保護著設(shè)備本身的安全，而且還保障了生產(chǎn)的正常進行，因此，做好繼電保護的設(shè)計對于保障設(shè)備安全和生產(chǎn)的正常進行是十分重要的。繼電保護裝置廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、農(nóng)網(wǎng)和小型發(fā)電系統(tǒng)，是電網(wǎng)及電氣設(shè)備安全可靠運行的保證。加強繼電保護管理，健全溝通渠道，加強繼電保護定值整定檔案管理是提高繼電保護定值整定的必要措施。
本論文圍繞35kV變電站的繼電保護算展開分析和討論，重點設(shè)計了電力系統(tǒng)基本常識以及需要系數(shù)法計算負荷、電力網(wǎng)接線方案的選擇原則、短路電流的計算、變壓器和線路的繼電保護配置以及無功功率補償?shù)取Ｍ瑫r介紹了主設(shè)備差動保護的整定算法，做出短路點的等效電路圖，對設(shè)備保護進行了相應(yīng)的選擇與校驗。通過進行繼電保護的整定和計算，進而達到保護設(shè)備和安全生產(chǎn)的目的。
關(guān)鍵詞：變電所；負荷計算；短路電流
I
Abstract
With the rapid development of science and technology, application of 35kV substation protection equipment is more and more widely, not only can safety equipment to protect themselves, but also to protect the normal production. Therefore, in normal production equipment safety and protection of the whole set of protection is very important. The protection device is widely used in power system, power system and rural small network are the safe and reliable operation of power network and electrical equipment.. Strengthen protection management, improve communication channels, strengthen the protection of fixed value management is a necessary protective measures to improve the setting value.
The protection of the 35kV substation setting calculation and analysis and discussion, pay attention to calculate the basic knowledge of power system load coefficient method and need to select the grid connection scheme of the principle of calculation of short circuit current, relay protection of transformer and line, no power compensation design. The master of the setting algorithm of differential protection is introduced, and the short-circuit point is chosen and the equivalent circuit diagram of the protection device is chosen and the main wiring design is presented.. By comparing the advantages and disadvantages of the respective connection types, the main connection substations are determined.
Keywords: substation, ；oad calculation； short-circuit current
II
目錄
前言 1
1.電力系統(tǒng)簡介 2
1.1煤礦供電系統(tǒng)簡介 2
1.2煤礦企業(yè)對供電系統(tǒng)的基本要求 2
1.3電力負荷的分級 3
2.負荷計算及無功率補償 4
2.1全礦基本負荷統(tǒng)計 4
2.2全礦總計算負荷 5
2.3無功功率補償 5
2.4主變壓器與所用變壓器的選擇 7
2.5主接線方案的選擇 8
3.短路電流的計算 12
3.1短路的類型 12
3.2計算短路電流的目的 13
3.3 供電系統(tǒng)各原件的電抗標幺值 13
3.4短路電流的計算 15
4.高壓電氣設(shè)備的選擇 18
4.1斷路器的選擇 18
4.2高壓隔離開關(guān)的選擇 19
4.3電流互感器的選擇 21
4.4電壓互感器的選擇 22
4.5高壓熔斷器的選擇 23
?5.供電系統(tǒng)的繼電保護 24
5.1繼電保護的原理和基本要求 24
5.1.1繼電保護的基本原理 24
5.1.2保護分類 24
5.1.3供電系統(tǒng)對保護性能的要求 25
5.2電力線路的保護 26
5.2.1定時限過電流保護 26
5.2.2電流速斷保護 28
5.2.3單相接地保護 29
6.自動重合閘 31
7.電力變壓器的繼電保護 33
7.1過電流保護與電流速斷保護 33
7.2變壓器低壓側(cè)的單相接地保護 34
7.3變壓器的過負荷保護 35
7.4差動保護 35
7.5變壓器的瓦斯保護 37
致謝 39
參考文獻 40
附錄A 41
附錄B 43
前言
變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，是聯(lián)系發(fā)電廠有用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配作用。電氣主接線是發(fā)電廠變電所的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線的擬定直接關(guān)系著全廠（所）電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，是變電站電氣部分投資大小的決定性因素。 繼電保護發(fā)展現(xiàn)狀，電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護技術(shù)得天獨厚，在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個歷史階段。隨著系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機技術(shù)、通信技術(shù)的進步，繼電保護技術(shù)面臨著進一步發(fā)展的趨勢。國內(nèi)外繼電保護技術(shù)發(fā)展的趨勢為：計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化。
繼電保護的未來發(fā)展，繼電保護技術(shù)未來趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。微機保護技術(shù)的發(fā)展趨勢：
(1)高速數(shù)據(jù)處理芯片的應(yīng)用
(2)微機保護的網(wǎng)絡(luò)化
(3)保護、控制、測量、信號、數(shù)據(jù)通信一體化
(4)繼電保護的智能化
1.電力系統(tǒng)簡介
1.1煤礦供電系統(tǒng)簡介
供電系統(tǒng)就是由電源系統(tǒng)和輸配電系統(tǒng)組成的產(chǎn)生電能并供應(yīng)和輸送給用電設(shè)備的系統(tǒng)。
確定供電系統(tǒng)的一般原則是：供電可靠，操作方便、運行安全靈活，經(jīng)濟合理，具有發(fā)展的可能性。
（1）供電可靠性
供電可靠性是指供電系統(tǒng)不間斷供電的可靠程度。應(yīng)根據(jù)負荷等級來保證其不同的可靠性。在設(shè)計時，不考慮雙重事故。
（2）操作方便，運行安全靈活
供電系統(tǒng)的接線應(yīng)保證在正常運行和發(fā)生事故時操作和檢修方便、運行維護安全可靠。為此，應(yīng)簡化接線，減少供電層次和操作程序。
（3）經(jīng)濟合理
接線方式在滿足生產(chǎn)要求和保證供電質(zhì)量的前提下應(yīng)力求簡單，以減少投資和運行費用，并應(yīng)提高供電安全性。
（4）具有發(fā)展的可能性
接線方式應(yīng)保證便于將來發(fā)展，同時能適應(yīng)分期建設(shè)的需要。
1.2煤礦企業(yè)對供電系統(tǒng)的基本要求
（1）保證供電安全可靠
供電系統(tǒng)的可靠性是指電力系統(tǒng)連續(xù)不斷供電的可能程度，一旦出現(xiàn)斷電的情況，不僅僅影響生產(chǎn)，而且由于設(shè)備突然停止運行，可能會對設(shè)備造成一定的損害甚至會對工作人員造成人身危險，是十分可怕的，也是應(yīng)該極力避免的突然斷電情況的發(fā)生。所以保證供電的安全是十分重要的。
為保證礦山企業(yè)供電的可靠性，供電電源應(yīng)該采用雙回路供電方案，它是來自不同變電所的不同母線，并且電源線路上不得分接任何負荷。
安全指的是不發(fā)生人員觸電事故和因電氣系統(tǒng)故障而引起的火災(zāi)、爆炸等事故。因為礦山企業(yè)工作環(huán)境復雜，自然條件惡劣，供電設(shè)備和其他設(shè)備極易受到損壞和老化，有造成重大事故的隱患，所以必須采取必要的措施和制定相應(yīng)的安全操作規(guī)程以確保供電系統(tǒng)的安全。
保證供電質(zhì)量
在滿足供電需求和安全的前提下，還應(yīng)該保證供電的質(zhì)量。所謂質(zhì)量，就是供電的電能的電壓偏移不超過額定值，頻率不超過60Hz。此外由于大功率整流和其他技術(shù)手段的應(yīng)用使配電網(wǎng)中的諧波分量增加，可能會造成電力電容器過負荷，嚴重的時候可能會造成重大事故。所以一定要采取措施保證電能的供電質(zhì)量。
供電系統(tǒng)的經(jīng)濟性
在滿足安全、生產(chǎn)的條件下，還應(yīng)該考慮供電系統(tǒng)的經(jīng)濟性問題，投資少、易操作、運行方便才會是運行費用降低，減少支出的同時帶來更大的經(jīng)濟效益。
1.3電力負荷的分級
按照對供電系統(tǒng)可靠性的要求不同，一般電力負荷可分為三級
一級負荷
（1）中斷供電將造成人身傷亡時。
（2）中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失時。例如：重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢、國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復等。
（3）中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負荷。在一級負荷中，當中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應(yīng)視為特別重要的負荷。
二級負荷
（1）中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失時。例如：主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。
（2）中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。
三級負荷
不屬于一級和二級負荷者應(yīng)為三級負荷。
2.負荷計算及無功率補償
2.1全礦基本負荷統(tǒng)計
表2-1全礦負荷統(tǒng)計表
Table 2-1 shows the load statistics
設(shè)備
名稱
電壓
KV
單機
容量
安裝臺數(shù)/工作臺數(shù)
工作
容量
需用
系數(shù)
功率
因數(shù)
主井
提升
6
1200
1/1
1200
0.90
0.85
副井
提升
6
800
1/1
800
0.85
0.82
主扇
風機
6
1000
2/1
1000
0.85
-0.90
壓風
機
6
250
4/2
500
0.80
-0.90
礦綜
合廠
0.38
320
0.65
0.75
機修
廠
0.38
580
0.55
0.78
洗煤
廠
0.38
650
0.72
0.77
地面
低壓
0.38
750
0.72
0.76
主排
水泵
6
500
5/3
1500
0.88
0.85
一采
區(qū)
6
850
0.65
0.70
二采
區(qū)
6
950
0.70
0.76
井底
低壓
0.66
2400
0.70
0.756
工人
村
0.38
550
0.85
0.81
支農(nóng)
0.38
350
0.82
0.85
由給定的數(shù)據(jù)，根據(jù)需用系數(shù)法計算出、、、
計算公式如下：
（1）有功計算負荷
（2）視在計算負荷=
（3）無功計算負荷=
（4）功率因數(shù)
（5）計算電流
式中：
—為需要系數(shù)；
—某最大負荷工作班組用電設(shè)備的半小時最大負荷；
—某最大負荷工作班組用電設(shè)備的設(shè)備功率；
—用電設(shè)備所在電網(wǎng)的標稱電壓。
2.2全礦總計算負荷
查表可知：需用系數(shù)=0.85、=0.62
=0.85×12400=10540KW
==10540×0.62=6534.8Kvar
===12400KVA
==0.85
由于自然因數(shù)低于0.9，所以采取人工補償方案。補償后=0.92
2.3無功功率補償
由于＞0.9，由上面計算得出=0.85＜0.9，所以需要進行無功率補償。綜合考慮各種情況采用高壓集中補償。
Kvar
取=2044.8Kvar
式中：
—無功補償容量。
考慮到無功自動補償控制器可控制電容器投切的回路數(shù)為6、12、18、24、30等。故選擇成套的并聯(lián)電容器，可安裝電容器組數(shù)為90組，平均每相30組
則需要安裝的電容器單組容量為：
Kvar
式中：
—電容器單組容量。
查表，選擇BSMJ0.4-25-3型電容器。
每組容量=25Kvar。
總?cè)萘繛椋?0×25=2250Kvar。實際最大負荷時補償容量為90×25=2250Kvar。補償后視在功率因數(shù)為：
===11377.7KVA
功率因數(shù)為：
==0.926＞0.92
故符合要求。
圖2-1并聯(lián)電容器的裝設(shè)方式
Figure 2-1 the installation of parallel capacitors
2.4主變壓器與所用變壓器的選擇
根據(jù)《礦山電力設(shè)計規(guī)范》，礦山一級負荷的兩個電源均需經(jīng)主變壓器時，就應(yīng)當采用兩臺。當其中一臺停止運轉(zhuǎn)時，另一臺變壓器應(yīng)當能承受對方80%的負荷并保證穩(wěn)定運行。當一臺變壓器發(fā)生故障時，能保證安全生產(chǎn)及用電的可靠。
選擇兩臺變壓器時，每臺變壓器的容量為
=0.8×=9106KVA
式中：
—每臺變壓器容量
—事故時負荷保證系數(shù)，取=0.8
根據(jù)計算選擇S9-10000/35型變壓器
根據(jù)一般選型原則，變壓器一般負荷功率為75%～85%。
表2-2S9-10000/35型變壓器基本參數(shù)
Table 2-2S9-10000/35 basic parameters of transformer
型號
額定高壓/低壓
額定容量
空載電流
阻抗電壓
空載損耗
負載損耗
S9-10000/35
35KV/6.3KV
10000Kvar
0.55%
7.5%
11.8KW
53KW
變壓器的負荷率：
變壓器的有功功率損耗：
KW
變壓器的無功功率損耗
595.6Kvar
滿足經(jīng)濟運行條件的變壓器綜合功率經(jīng)濟負荷系數(shù)為：
0.76
2.5主接線方案的選擇
（1）主變一次側(cè)的接線方案
電力系統(tǒng)的主接線是由各種電氣設(shè)備以及它們的連接線組成的，在煤礦變電站中大量采用雙回路供電，通過采用兩臺變壓器的橋線方式來保證煤礦企業(yè)的安全用電。
采用兩個斷路器，因此該方案的適應(yīng)性比較強，對線路的及變壓器等電氣設(shè)備的操控也比較方便。
由于電壓為35KV，容量在10000Kvar以上，所以采用多個斷路器組成的內(nèi)橋式接線方案。
（2）主變二次側(cè)的接線方案
橋式接線變電站主變壓器二次側(cè)的配電母線計劃采用單母線分段式接線方案。
一旦某一個回路發(fā)生故障而需要檢修時，可通過母線上的分段斷路器之間的聯(lián)系，保證對兩端母線上的重要設(shè)備的供電。母線分段使用斷路器的優(yōu)點是，開關(guān)操作方便，斷開靈活，易于實現(xiàn)自動化，并能保證可靠性和連續(xù)性。缺點是當母線上的某一段出現(xiàn)故障時，鏈接在該段母線上的全部進出線都得停止運行，接受檢修。所以要采用雙回路供電方案以實現(xiàn)供電的可靠。
圖2-2內(nèi)橋式接線方案
Figure 2-2 internal bridge connection scheme
圖2-3外橋式接線方案
Figure 2-3 outer bridge wiring scheme
圖2-3兩路電源進線接線方案
Figure 2-3 two way power cable connection scheme
圖2-4分段母線接線接線方案
Figure 2-4 section bus terminal connection scheme
方案一種采用單母線不分段接線，雖然簡單，但其可靠性不高。當母線需要檢修或者發(fā)生故障時，會導致所有用電設(shè)備停電。且變電所的負荷大部分均為Ⅰ類、Ⅱ類負荷，因此方案一中的單母線不分段接線不能滿足Ⅰ類、Ⅱ類負荷供電可靠性的要求。方案二中采用單母線分段接線的兩段母線可看成是兩個獨立的電源，提高了供電的可靠性?？梢员ＷC當任一母線發(fā)生故障或檢修時，都不會中斷對Ⅰ類負荷的供電。綜合比較本礦的35KV側(cè)采取全橋形式的主接線，全橋型接線靈活可靠。6KV側(cè)則選用單母線分段接線。
3.短路電流的計算
短路產(chǎn)生的原因及其后果
短路是指兩個或多個導電不得你之間形成的導電通路，該通路迫使這些導電部分之間的電位差接近或等于0。
造成短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣部分損壞，再就是人員的誤操作及其他損失等。電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞可能是由于設(shè)備的長期運行絕緣自然老化或由于設(shè)備本身絕緣缺陷而被工頻電壓擊穿，或設(shè)備絕緣正常而被過壓擊穿，或者設(shè)備受到外力的干擾而使絕緣處受到損壞而造成短路。
在供電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障后，短路電流往往要比正常負荷電流大十幾倍乃至幾十倍。當它通過電氣設(shè)備時，設(shè)備溫度急劇上升，會使絕緣老化或者損壞，同時產(chǎn)生強大的點動力，會使設(shè)備的載流部分變形或者損壞。短路會使系統(tǒng)電壓驟降，影響系統(tǒng)內(nèi)的其他設(shè)備正常運行，嚴重的可能會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時短路故障還會造成停電等事故。不對稱短路電流會產(chǎn)生較強的不平衡交變磁場，對通信和電子設(shè)備造成一定的干擾和損壞。
3.1短路的類型
在三相供電系統(tǒng)中，短路的主要類型有：
（1） 相（線）對地短路
在中性點直接接地或者中性點經(jīng)阻抗接地系統(tǒng)中發(fā)生的相導體和大地之間的短路。相對地短路時可能發(fā)生的。
（2） 相（線）間短路
兩根或者多跟相導體之間的短路，在同一處它可伴隨或者不伴隨相對地短路。相間短路包括三相短路、兩相短路、兩相短路并對地短路。
此外還會發(fā)生在低壓配電系統(tǒng)中發(fā)生相導體對中性導體短路的現(xiàn)象，簡稱單項短路。
其中三相短路屬于對稱性短路，而其他兩種短路屬于非對稱短路。
通常，三相短路電流最大，當短路點在發(fā)電機附近時，兩相短路電流可能大于三相短路電流。當短路點靠近中性點接地的變壓器時，單項短路電流也有可能大于三相短路電流，應(yīng)該采取措施，避免這種情況的發(fā)生。
3.2計算短路電流的目的
計算短路電流的目的主要是正確的選擇和檢驗電器、電纜及短路保護裝置。三相對稱短路時用戶供電系統(tǒng)中危害最嚴重的短路形式，所以，三相對稱短路電流初始值是選擇和檢驗電器、電纜的基本依據(jù)。在繼電保護裝置的整定及靈敏度校驗時，還需計算不對稱短路的最小短路電流值。在校驗電器及載流導體的點動力穩(wěn)定時，還要用到三相短路電流峰值、三相穩(wěn)態(tài)短路電流。此外，在計算大中型電動機啟動壓降時，還要用到三相短路容量等等。
3.3 高壓電網(wǎng)短路電流的計算
圖3-1供電系統(tǒng)一次接線圖
Figure 3-1 power supply system a wiring diagram
3.3.1標幺制計算
標幺制，是一種相對單位制，因為短路計算中的有關(guān)物理量是采用標幺值而得名。任一物理量的標幺值,為該物理量的實際值A(chǔ)與所選定的基準值的比值。即;
按照標幺制進行短路計算時，一般是先選定基準容量與基準電壓。
基準容量，工程設(shè)計中常選取基準值=100MV·A
基準電壓,通常取元件所在處的短路計算電壓為基準電壓，取=。選定了基準容量和基準電壓之后，可求出基準電流。即：
基準電抗為;
3.3.2供電系統(tǒng)中各元件的電抗標幺值
1.電力系統(tǒng)電抗的標幺值
電力系統(tǒng)的電抗可由電力系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃的三相對稱短路容量初始值來計算，即：
所以，電力系統(tǒng)的電抗標幺值為：
式中:
—電力系統(tǒng)變電所高壓饋電線出口處設(shè)計計劃的三相對稱短路容量的初始值。此值與電力系統(tǒng)運行方式有關(guān)。當電力系統(tǒng)處于最大運行方式時，整個系統(tǒng)的短路阻抗最小，短路容量最大；當電力系統(tǒng)處于最小運行方式時，整個系統(tǒng)的短路阻抗最大，短路容量最小。
2. 電力線路的電抗標幺值
電力線路的標幺值為：
式中：
l—線路長度；
—電力線路所在處的系統(tǒng)的標稱電壓；
x—線路單位長度的電抗。
3. 電力變壓器的電抗標幺值
電力變壓器電抗可由變壓器的阻抗電壓百分值近似的計算。
因為
所以
因此，電力變壓器的電抗標幺值為：
式中：
—變壓器的阻抗電壓百分值；
—變壓器的額定容量。
4. 限流電抗器的電抗標幺值
限流電抗器用來串在變壓器回路中限制短路電流，可根據(jù)其額定電抗的百分值計算。
因為
所以，限流電抗器的電抗標幺值為：
式中：
、、—限流電抗器的電抗百分值、額定電壓、額定電流；
—電抗器安裝處系統(tǒng)標稱電壓。
短路電路中各主要元件的電抗標幺值的電抗標幺值求出后，即可利用其等效電路圖進行電路化的簡求總電抗標幺值。這里由于各元件電抗均采取相對值，與短路計算點的電壓無關(guān)，因此無需進行電壓換算。這也是在高壓電網(wǎng)短路計算中廣泛應(yīng)用標幺制的原因。
5.各點電抗的計算。
（1）計算K1點，選取=37KV
=1.56KA
（2）計算K2點時，選取=6.3KV
=9.16KA
（3）主變壓器電抗
（4）地面低壓變壓器電抗
（5）35KV架空線路電抗
（6）工人村饋電線路電抗
（7）機修廠饋電線路電抗
（8）提升機饋電線路電抗
（9）井下低壓電纜線路電抗
（10）抽風機饋電線路電抗
（11）洗煤廠饋電線路電抗
（12）地面低壓饋電線路電抗
（13）壓風機饋電線路電抗
（14）排水泵饋電線路電抗
3.4短路電流的計算
圖3-2供電系統(tǒng)短路計算電路圖
Figure 3-2 power supply system short-circuit calculation circuit diagram
(1) K1短路電流的計算
最大運行方式下的三相短路電流
KA
KA
KA
MVA
（2）最小運行方式的兩相短路電流
KA
KA
（3）K2點短路電流計算
最大運行方式下的三相短路電流
KA
KA
（4）最小運行方式下的短路電流
其余個點計算結(jié)果見下表：
表3-1全礦其余各點短路電流值計算表
Table 3-1 shows the remaining points of short-circuit current calculation table
短
路
點
最大運行方式下短路參數(shù)
最小運行方式下短路參數(shù)
KA
KA
KA
MVA
KA
KA,.
K1
4.50
6.84
11.46
288.20
3.65
3.16
K2
8.35
12.69
21.30
91.16
7.79
6.75
K3
2.34
3.56
5.97
25.52
2.29
1.98
K4
7.78
11.83
19.84
84.96
7.29
6.31
K5
7.92
12.03
20.20
86.43
7.41
6.41
K6
7.53
11.44
19.20
82.16
7.06
6.12
K7
3.97
6.04
10.12
43.35
3.84
3.32
K8
4.81
7.32
12.27
52.55
4.62
4.00
K9
0.99
1.51
2.53
10.83
0.89
0.77
K10
7.06
10.73
18.00
77.10
6.65
5.76
K11
7.53
11.44
19.20
82.17
7.35
6.36
K12
8.35
12.69
21.30
91.16
7.79
6.75
4高壓電氣設(shè)備的選擇
4.1斷路器的選擇
35KV側(cè)：
初步擬定選用斷路器的型號為戶外式真空斷路器，型號為ZW7-40.5型，額定電壓為35KV，額定電流為1250A。
表4-1 ZW7-40.5斷路器型斷路器技術(shù)參數(shù)
Table 4-1 technology parameters of ZW7-40.5 circuit breaker
型號
額定電壓
額定電流
額定開
斷電流
動穩(wěn)定
電流
額定關(guān)
合電流
4S熱穩(wěn)定電流
ZW7-40.5
35KV
1250A
25KA
63KA
63KA
25KA
校驗:
ZW7-40.5斷路器額定電流為1250A,35KV側(cè)變壓器回路中最大長時負荷電流為:
符合條件。
斷路器開斷電流，＝4.50kA，
符合條件。
＝63kA，＝11.46kA
滿足動穩(wěn)定校驗。
由于變壓器容量為10000KVA，變壓器設(shè)有差動保護，在差動保護范圍內(nèi)短路，其為瞬時動作，繼電器保護動作時限為0，短路持續(xù)時間小于1s，需要考慮非周期分量的假想時間。此時假想時間由斷路器的全開斷時間0.1s和非周期分量假想時間0.05s構(gòu)成，當斷路發(fā)生在6KV母線上時，差動保護不動作，此時過電流保護動作時限為2s，短路持續(xù)時間大于1s，此時假想時間由繼電保護時間和斷路器全開斷時間構(gòu)成，。
熱穩(wěn)定電流KA<25(KA)
故滿足熱穩(wěn)定校驗。
6KV側(cè)：
初步擬定選用斷路器的型號為ZN63A-6/1250。
表4-2 ZN63A-6/1250型斷路器技術(shù)參數(shù)
Table 4-2 technical parameters of ZN63A-6/1250 type circuit breaker
型號
額定
電壓
額定
電流
額定開
斷電流
動穩(wěn)定
電流
額定關(guān)
合電流
4S熱穩(wěn)定電流
ZN63A-6/1250
6KV
1250A
20KA
50KA
50KA
20KA
ZN63A-6/1250斷路器額定電流為1250A,6KV側(cè)變壓器回路中最大長時負荷電流為：
即＞
故符合條件。
斷路器開斷電流＝20kA，＝8.35kA，＞
符合條件。
＝63kA，＝21.30kA，＞
故滿足動穩(wěn)定校驗。
熱穩(wěn)定電流KA<25(KA)
故滿足熱穩(wěn)定校驗。
4.2高壓隔離開關(guān)的選擇
（1）高壓隔離開關(guān)的作用：高壓隔離開關(guān)是在無載情況下斷開或接通高壓線路的輸電設(shè)備，以及對被檢修的高壓母線、斷路器等電器設(shè)備與帶電的高壓線路進行電氣隔離的設(shè)備。
（2）形式結(jié)構(gòu)：高壓隔離開關(guān)一般有底座、支柱絕緣子、導電刀閘、動觸頭、靜觸頭、傳動機構(gòu)等組成。一般配有獨立的電動或手動操動機構(gòu)，單相或三相操動。高壓隔離開關(guān)主刀閘與接地刀閘間一般都設(shè)有機械連鎖裝置，確保兩者之間操作順序正確。各類高壓隔離開關(guān)、接地開關(guān)根據(jù)不同的安裝場所有各種不同的安裝方式
（3）選擇條件：海拔高度不大于1000米為普通型，海拔高度大于1000米為高原型；地震烈度不超過8度；環(huán)境溫度不高于+400C，戶內(nèi)產(chǎn)品環(huán)境溫度不低于-100C，戶外產(chǎn)品環(huán)境溫度不低于-300C；戶內(nèi)產(chǎn)品空氣相對濕度在+250C時其日平均值不大于95%，月平均值不大于90%（有些產(chǎn)品要求空氣相對濕度不大于85%）；戶外產(chǎn)品的覆冰厚度分為5毫米和10毫米；戶內(nèi)產(chǎn)品周圍空氣不受腐蝕性或可燃氣體、水蒸氣的顯著污穢的污染，無經(jīng)常性的劇烈震動。戶外產(chǎn)品的使用環(huán)境為普通型，用于Ⅰ級污穢區(qū)，防污型用于Ⅱ級（中污型）、Ⅲ級（重污型）污穢區(qū)。
最大長時負荷電流：
= /=9282/(×35)=153A
根據(jù)設(shè)計條件，選擇戶外式隔離開關(guān)，GW5-35G/600型隔離開關(guān)。
表4-3 GW5-35G/600型隔離開關(guān)技術(shù)參數(shù)
Table 4-3 GW5-35G/600 type isolation switch technology parameters
型號
額定電壓
額定電流
動穩(wěn)定電流
5s熱穩(wěn)定電流
GW5-35G/600
35
600
50
14
動穩(wěn)定校驗：
按K1點的最大短路電流校驗，即
=50KA>=11.46KA
故符合要求。
熱穩(wěn)定校驗：
短路發(fā)生后，事故切除靠上一級的變電所的過流保護，繼電器的動作時限比35KV進線的繼電保護動作時限2.5s大一個時限級差，故
=2.5+0.5=3s
==+=0.1+3=3.1s
相當于5s的熱穩(wěn)定電流為
=3.54KA<14KA
符合要求。
6KV側(cè)選用GN6-6T/600型隔離開關(guān)其技術(shù)參數(shù)如下
表4-4 GN6-6T/600型隔離開關(guān)技術(shù)參數(shù)
Table 4-4 GN6-6T/600 type isolation switch technology parameters
型號
額定
電壓
額定
電流
極限通過電流峰值
5s熱穩(wěn)定電流
GN6-6T/600
6KV
600A
50A
20KA
經(jīng)過動熱穩(wěn)定校驗符合要求。
4.3電流互感器的選擇
電流互感器是一次電路與二次電路間的連接元件，用以分別向測量儀表和繼電器的電壓線圈與電流線圈供電。電流互感器的結(jié)構(gòu)特點是：一次繞組匝數(shù)少（有的只有一匝，利用一次導體穿過其鐵心），導體相當粗；而二次繞組匝數(shù)很多，導體較細。它接入電路的方式是：將一次繞組串聯(lián)接入一次電路；而將二次繞組與儀表、繼電器等的電流線圈串聯(lián)，形成一個閉合回路，由于二次儀表、繼電器等的電流線圈阻抗很小，所以電流互感器工作時二次回路接近短路狀態(tài)。二次繞組的額定電流一般為5A。
電流互感器的選擇條件：
（1）額定電壓大于或等于電網(wǎng)電壓
（2）額定電流大于或等于長時最大工作電流
（3）二次側(cè)總?cè)萘繎?yīng)不小于該精度等級所規(guī)定的額定容量
根據(jù)條件選擇的電流互感器是LZZBJ4-35。其額定電壓為35KV，額定電流為300A。本型電流互感器為環(huán)氧樹脂澆注全封閉結(jié)構(gòu)，具有高動熱穩(wěn)定，高精度，多級次，并可制作復變比等特點，只要用作計量和繼電保護用。
故符合要求。
動穩(wěn)定性校驗
=42.8KA>=11.46KA
符合要求。
熱穩(wěn)定校驗
=17.12×4=1170>=4.502×3.1=62.8
符合要求。
此外根據(jù)需要6KV側(cè)選擇有LA-10,200/5、LA-10,500/5型電流互感器。
表4-5 LA-10,200/5型電流互感器技術(shù)參數(shù)
Table 4-5 LA-10，200/5 type current transformer technical parameters
變比
準確級
次組合
二次負載值0.5級
1S熱穩(wěn)定倍數(shù)
動穩(wěn)定
倍數(shù)
200/5
0.5/3、1/3
0.8
17.1
14
表4-6 LA-10,500/5型電流互感器技術(shù)參數(shù)
Table 4-6 LA-10，500/5 type current transformer technical parameters
變比
準確級
次組合
二次負載值0.5級
1S熱穩(wěn)定倍數(shù)
動穩(wěn)定
倍數(shù)
500/5
0.5/3、1/3
0.4
60
110
經(jīng)過動熱穩(wěn)定校驗均符合要求。
4.4電壓互感器的選擇
由于不進行絕緣檢測，只需測量線路電壓，可選兩臺JDJ—35型單相雙繞組油浸式戶外電壓互感器，分別接在35KV兩段母線上。6KV母線上選用兩臺JSJW-10三相電壓互感器。
其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表
表4-7 JDJ-35型電壓互感器技術(shù)參數(shù)
Table 4-7 JDJ-35 type voltage transformer technical parameters
型號
額定電壓
工頻試驗電壓
二次電壓
極限容量
JDJ—35
35KV
95KV
0.1KV
1000/V.A
表4-8 JSJW-10型電壓互感器技術(shù)參數(shù)
Table 4-8 JSJW-10 type voltage transformer technical parameters
型號
額定
電壓
額定變
壓比
額定變壓比0.5級
極限容量
JSJW-10
10KV
1000/1000/100/3
120
960/V.A
4.5高壓熔斷器的選擇
本設(shè)計35千伏高壓側(cè)采用RW5-35/200-800型戶外高壓跌落式熔斷器和RN1-6室內(nèi)高壓熔斷器。
表4-9 RW5-35/200-800型熔斷器技術(shù)數(shù)據(jù)
Table 4-9 RW5-35/200-800 type fuse technical data
額定電壓
額定電流
斷流容量上限
斷流容量下限
35
200
800
30
6kV側(cè)高壓熔斷器的選擇RN3—6型戶內(nèi)高壓熔斷器。
表4-10 RN3—6型高壓熔斷器技術(shù)數(shù)據(jù)
Table 4-10 RN3- 6 type high voltage fuse technology data
型號
額定電壓
熔斷器額定電流
最大斷流容量三相
RN3-6
6 KV
50-200 A
200 MVA
經(jīng)校驗符合條件。
5.供電系統(tǒng)的繼電保護
5.1繼電保護的原理和基本要求
5.1.1繼電保護的基本原理
由于自然條件、電氣原件、電力電容器、電動機。母線。電纜等的制造質(zhì)量、運行維護等諸多方面因素。電力系統(tǒng)發(fā)生各種故障或者是異常運行狀態(tài)是不可避免的。因此應(yīng)設(shè)置必要的繼電保護裝置。保護就是在電力系統(tǒng)中檢出故障或其他異常情況，從而切除故障，終止異常情況或者發(fā)出信號指示。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸電的繼電器來構(gòu)成保護裝置，所以延稱繼電保護。
電力系統(tǒng)故障的一個顯著的特征是電流激增，從電動力和熱效應(yīng)等方面損壞電氣設(shè)備。反應(yīng)電流激增的繼電保護就是過流保護。故障的另一個特征是電壓銳減，相應(yīng)的就有欠電壓保護。同時反應(yīng)電壓降低和電流增加的一種保護原理就是阻抗保護也稱距離保護。它以阻抗降低多少反應(yīng)故障點的距離的遠近，決定動作與否。
保護裝置是一個或者多個保護繼電器和邏輯元件按照需要結(jié)合在一起，完成某項特定的保護功能的裝置。
.
圖5-1繼電保護裝置的原理框圖
5.1.2保護分類
電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備和線路，應(yīng)該裝設(shè)短路故障和異常運行的保護裝置。電力設(shè)備和線路短路保護應(yīng)有主要保護和后備保護，必要時可增設(shè)輔助保護。
主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全的要求，能以最快的速度有選擇的切除被保護設(shè)備和線路的故障。
后備保護是主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護。后備保護可分為遠后備和近后備兩種形式。遠后備是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護實現(xiàn)后備。近后備保護是當主保護拒動時，由該電力設(shè)備或線路的另一套保護實現(xiàn)后備的保護。
輔助保護是為了補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護設(shè)備退出運行時而增設(shè)的簡單保護。
5.1.3供電系統(tǒng)對保護性能的要求
保護裝置應(yīng)滿足速動性、選擇性、靈敏性、可靠性的要求。
速動性：指的是保護裝置應(yīng)能盡快的切除短路故障，其目的是提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度，縮小故障范圍，提高自動重合閘和備用電源或設(shè)備自動投入的效果等。
選擇性：指的是保護檢測出電力系統(tǒng)的故障區(qū)或故障的相應(yīng)能力。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，首先由故障設(shè)備或線路本身的保護切除故障，當該保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設(shè)備、線路的保護切除故障。
為保證選擇性，對相鄰設(shè)備和線路有配合要求的保護和同一保護內(nèi)有配合要求的兩元件，其動作參數(shù)和時間應(yīng)相互配合。
靈敏性：指的是在設(shè)備或者線路的被保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護裝置具有正確的動作能力的裕度，一般以靈敏度來表示。靈敏度應(yīng)根據(jù)不利的正常運行方式和不利的故障類型計算。
可靠性：指的是在給定的條件下的給定時間間隔內(nèi)，保護能完成所需功能的概率保護所需功能時當需要動作便動作，當不需要動作便不動作。
為保證可靠性，宜選用性能滿足要求、原理盡可能簡單的保護方案，應(yīng)采用可靠的硬件和軟件構(gòu)成的保護裝置，并應(yīng)具有必要的自動檢測、閉鎖、告警等措施，以便于整定、調(diào)試和運行維護。
5.2電力線路的保護
5.2.1定時限過電流保護
圖5-2定時限過電流保護裝置的原理電路圖
定時限過電流保護：定時限就是保護裝置的動作時間是按整定的動作時間固定不變的，與故障電流大小無關(guān)。
反時限過電流保護：反時限就是保護裝置的動作時間與故障電流大小的平方成反比關(guān)系，故障電流越大，動作時間越短。
定時限過電流保護由電磁式繼電器KC、KT、KS構(gòu)成，要求操作電源在動作過程中電壓穩(wěn)定可靠。
動作電流的整定
帶時限的過電流保護（包括定時限和反時限）的動作電流的整定原則是：
（1）動作電流應(yīng)躲過線路的最大負荷電流（包括正常過負荷電流和尖峰電流），以免保護裝置在線路正常運行時誤動作。
>
（2）保護裝置的返回電流也應(yīng)躲過，否則，保護裝置還可能發(fā)生誤動作。
>
因保護裝置的返回系數(shù)= /，所以上式又可寫成 >／
繼電保護的整定最終要在繼電器上調(diào)節(jié)出動作值，所以要將一次動作電流換算到繼電器的動作電流。設(shè)電流繼電器所接的電流互感器的變流比為，保護裝置的接線系數(shù)為KW ，則有=/KW。
則有>KW
引入可靠系數(shù)，將上式寫成等式，則得到帶時限過電流保護裝置動作電流的整定計算公式為
=≥1.5
式中：
為可靠系數(shù),取1.2-1.3。
為保護裝置的接線系數(shù)，取1。
為繼電器返回系數(shù)，取0.85-0.95。
為線路上的最大負荷電流。
過電流保護的靈敏度校驗
過電流保護的保護靈敏度=/。對于線路過電流保護，應(yīng)取被保護線路末端在系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流。因此按規(guī)定過電流保護的靈敏度必須滿足的條件為:
定時限過電流保護動作時間比較精確，整定簡便，而且不論短路電流大小，動作時間都是一定的，不會出現(xiàn)因短路電流小動作時間長而延長了故障時間的問題。但缺點是所需繼電器多，接線復雜，對操作電源的可靠性要求高。
而反時限過電流保護的優(yōu)點是：繼電器數(shù)量大為減少，而且可同時實現(xiàn)電流速斷保護，加之可采用交流操作，因此簡單經(jīng)濟，故它在中小型用戶供電系統(tǒng)（6～10kV）中得到廣泛應(yīng)用。缺點是動作時間的整定比較麻煩，而且誤差較大。
5.2.2電流速斷保護
根據(jù)對繼電保護速動性的要求，保護裝置動作切除故障的時間，必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定個保證重要用戶供電的可靠性。在簡單、可靠和保證選擇性的前題下，原則上總是越快越好。因此，在各種電氣原件上，應(yīng)力求裝設(shè)快速動作的繼電保護。對于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時動作的電流保護，稱為電流的速斷保護。
圖5-3電流速斷保護的原理接線圖
由于電流速斷保護是瞬時動作的，無法通過動作時限的配合來實現(xiàn)前后兩級保護的選擇性動作，因此只有依靠動作電流（速斷電流）的特殊整定來實現(xiàn)選擇性配合。
因此，電流速斷保護的動作電流（速斷電流）Iqb應(yīng)躲過它所保護的線路末端的三相短路電流 ，其整定計算公式是：
電流速斷保護的靈敏度
電流速斷保護的靈敏度按其安裝處（即線路首端）在系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流作為最小短路電流Ik.min來檢驗。因此電流速斷保護的靈敏度必須滿足的條件為
對于較短的10kV配電線路，則上級線路速斷保護的靈敏度往往不夠，此時應(yīng)采用帶有一定時限（0.5s）的延時電流速斷保護來代替瞬時電流速斷保護。由于有了0.5s的延時，因此其動作電流不需躲過它所保護的線路末端的三相短路電流，而只需大于下級線路的瞬時電流速斷保護動作電流，即可獲得保護的選擇性。由于動作電流的減小，因而延時電流速斷保護能保護線路全長。延時電流速斷保護的原理電路與定時限過電流保護相同，只是，時間繼電器的整定值為0.5s。
5.2.3單相接地保護
零序電壓保護
這種保護裝置是利用系統(tǒng)接地后出現(xiàn)的零序電壓而動作的。它是在變配電所的母線上安裝絕緣監(jiān)視裝置來監(jiān)視電力線路的對地絕緣，其基本原理已講過。零序電壓保護簡單經(jīng)濟，但沒有選擇性，值班人員想判別出故障發(fā)生在哪一條線路上，就要依次斷開各條線路來尋找。
圖5-4單項接地保護接線原理圖
零序電流保護
零序電流保護是利用單相接地故障線路的零序電流較非故障線路大的特點，實現(xiàn)有選擇性地跳閘或發(fā)出信號。對架空線路采用圖a的零序電流過濾器，它是由三個同型號規(guī)格的電流互感器同極性并聯(lián)所組成的。對電纜線路采用圖b的零序電流互感器。零序電流互感器的結(jié)構(gòu)特點是：在其環(huán)形鐵心上繞二次繞組，采用環(huán)氧澆注絕緣。
零序電流保護的整定
當供電系統(tǒng)某一線路發(fā)生單相接地故障時，其它線路上都會出現(xiàn)不平衡的電容電流，而這些線路因本身是正常的，其接地保護裝置不應(yīng)該動作，因此單相接地保護的動作電流Iop（E）應(yīng)該躲過在其它線路上發(fā)生單相接地時在本線路上引起的電容電流IC，即單相接地保護動作電流的整定計算公式為
式中，Krel為可靠系數(shù)，保護裝置不帶時限時，取為4～5，以躲過被保護線路發(fā)生兩相短路時所出現(xiàn)的不平衡電流；保護裝置帶時限時，取為1.5～2，這時接地保護的動作時間應(yīng)比相間短路的過電流保護動作時間大一個△t，以保證選擇性。
單相接地的零序電流保護的靈敏度，應(yīng)按被保護線路末端發(fā)生單相接地故障時流過接地線的不平衡電