电气__工厂供电课程设计[1]

广东石油化工学院课程设计说明书

设计题目：变压器继电保护设计

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供电课程设计任务书（三）

一、设计题目

变压器继电保护设计

二、基础资料同课程设计任务书

1，全厂用电设备情况

（1）负载大小

用电设备总安装容量：6630KW

计算负荷（10kv侧）有功：4522kw 无功：1405Kvar

各车间负荷统计见表1-1

图1-1 电力系统与本厂连接示意图

（2）负荷类型

本厂绝大部分用电设备均属长期连续负荷，要求不间断供电。停电时间超过两分钟将选成产品报废；停电时间超过半小时，主要设备池，炉将会损坏；全厂停电将造成严重经济损失，故主要车间及辅助设施均为I类负荷。

（3）本厂为三班工作制，全年工作时数8760小时，最大负荷利用小时数5600小时。

2，电源情况

（1）工作电源

本厂拟由距其5公里处的A度电站接一回架空线路供电，A变电站110KV 母线短路容量为1918MVA，基准容量为1000MVA，A变电站安装两台

SFSLZ

1-31500KVA/110KV三卷变压器，其短路电压U

高-中

=10.5%，U

高-低

=17%，

U

低-中

=6%。详见电力系统与本厂联接图1-2.

供电电压等级，由用户选用35KV或10KV的一种电压供电。

最大运行方式：按A变电站两台变压器并列运行考虑。

最小运行方式：按A变电站两台变压器分列运行考虑。

（2）备用电源

拟由B变电站接一回架空线作为备用电源。系统要求，只有在工作电源停电时，才允许备用电源供电。

（3）功率因数

供电部门对本厂功率因数要求值为:

当以35KV供电时，cosψ=0.9，当以10KV供电时，cosψ=0.95 （4）电价

供电局实行两部电价。

基本电价：按变压器安装容量每1千伏安每月4元计费。

电度电价：35KV β=0.05元/kwh，10KV β=0.06元/kwh (5) 线路的功率损失在发电厂引起的附加投资每千瓦1000元

三、设计任务

(1)、短路电流的计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，35KV侧电气设备选择，计算结果列出汇总表。

(2)、变压器保护方式选择和整定计算。

四、设计成果

设计说明书

包括设计方案分析比较的扼要叙述，并附有必要的计算及表格。主变压器保护原理接线图。（CAD作图）

摘要：

电能与国民经济各部门和人民生活关系密切。现代工业、农业、交通运输业以及居民生活等都广泛的利用电作为动力、热量、照明等能源。供电的中断或不足，不仅将直接影响生产，造成人民生活紊乱，在某些情况下，甚至会造成极其严重的社会性灾难。改革开放以来，我国经济的快速发展刺激电网的快速发展，尤其是近几年我国各个地区出现的缺电现象直接促进了大规模机组的投产和电网建设进程的急剧加快。同时随着现代社会对电网供电可靠性的要求的不断提高，就需要我们继电保护装置发挥更重要的作用，针对系统出现的故障能及时切除，确保电网的安全、稳定、经济的运行。

变压器是配电系统的核心，对它的继电保护也就成为重中之重。电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件,为了供电的可靠性和系统正常运行,就必须视其容量的大小、电压的高低和重要程度,设置相应的继电保护装置。变压器的内部故障可以分油箱内部和油箱外部故障两种。油箱内部的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的绕损等。外部故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。变压器发生故障，必将对电网和变压器带来危害，特别是发生内部故障时，短路电流产生的高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且使绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，导致变压器外壳局部变形、甚至引起爆炸。因此变压器发生故障时，必须将其从电力系统中切除。

变压器不正常的运行状态包括：外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过励磁等。

根据变压器型号及运行条件选用合适的继电保护措施，并对保护装置进行合理的整定，变压器就能安全的运行。

关键字：继电保护变压器电力系统故障

目录

供电技术课程设计任务书 (1)

摘要 (4)

课程设计的目的 (6)

设计思路 (6)

基本资料 (7)

短路电流的计算 (7)

电气设备的选择 (10)

继电保护的选择与整定 (12)

原理接线图 (14)

总结 (14)

参考文献 (15)

一、课程设计的目的

通过课程设计可以巩固工厂供电的理论知识，了解变电所设计的基本方法，了解变电所电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后的学习工作奠定基础。

二、设计思路

短路电流的计算：根据电气设备的选择和继电保护的需要，计算最大运行方式和最小运行方式下三相短路电流并列出汇总表。采用标幺制计算方法。

主要电气设备选择：包括断路器，隔离开关，互感器，导线截面和型号，绝缘子等设备的选择和校验。

主要设备继电保护设计：主变压器的保护方式选择及整定计算。

三、基础资料

1.全厂用电设备情况

⑴负荷大小及类型

用电设备总安装容量：6630kw

计算负荷（10kv侧）有功：4522kw；无功：1405kvar

5600小时。

2、工作电源

（1）本厂拟由距其5公里处的A度电站接一回架空线路供电，A变电站110KV 母线短路容量为1918MVA，基准容量为1000MVA，A变电站安装两台

SFSLZ

1-31500KVA/110KV三卷变压器，其短路电压U

高-中

=10.5%，U

高-低

=17%，

U

低-中

=6%。详见电力系统与本厂联接图1-2.

供电电压等级，由用户选用35KV或10KV的一种电压供电。

最大运行方式：按A变电站两台变压器并列运行考虑。

最小运行方式：按A变电站两台变压器分列运行考虑。

（5）备用电源

拟由B变电站接一回架空线作为备用电源。系统要求，只有在工作电源停电时，才允许备用电源供电。

（6）功率因数

供电部门对本厂功率因数要求值为:

当以35KV供电时，cosψ=0.9，当以10KV供电时，cosψ=0.95 （7）电价

供电局实行两部电价。

基本电价：按变压器安装容量每1千伏安每月4元计费。

电度电价：35KV β=0.05元/kwh，10KV β=0.06元/kwh

(5) 线路的功率损失在发电厂引起的附加投资每千瓦1000元

四、短路电流的计算

短路电流按正常运行方式计算如图1所示

图1 短路电流的计算电路

根据计算电路做出的计算短路电流的等值电路的如图所示

图1基本等值电路

为了选择高压电气设备，整定继电保护，需要计算总降压变电所的35KV 侧、10KV 母线以及厂区高压配电线路末端(即车间变电所高压侧)的短路电流，但因工厂厂区不大，总降压变电所到总降压最远车间的距离不过数百米，因此10KV 母线与10KV 电线末端处的短路电流差别极小，故先计算主变压器高低电压侧短路电流。

1. 求各元件电抗,用标幺值计算

设基准容量1000MVA =d S

基准电压37KV U d1= 10.5K V U d2= 系统电抗t X *

已知地区变电所110KV 母线的短路容量1918MVA =k S 因此系统电抗标幺值的公式可得：k d S S =*t X

标幺值=实际值/基准值=d k S S =*

k S 又因为*

*=k t S X 1 得

0.521000/1918X t ===*k d S S

地区变电所三绕组变压器的高压—中压绕组之间的电抗标幺值

3.35.31/1000100/5.10/100/%X II -I II)-T(I =?==*NT d S S U

35KV 供电线路的电抗标幺值：

3.110005359.012

210=??=??=*d d T U S X X

LGJ-35型钢芯铝绞线几何距离1时的电抗为]

2[359.0m K Ω

总降压变电所的主变压器电抗标幺值：

1410001007100%=?=?=*NT d k T S S U X

2. k1点三相短路电流计算：

(1) 系统最大运行方式,等值电路如图3

图2系统最大运行方式的等值电路

短路回路总阻抗：

47.33.123.352.021)(max =++=++=*-***X X X X II I T t K

按无限大系统计算,计算点三相短路电流标幺值为：

29.047.311max 1)3()3()3()3(1======∞****k P K X I I I I

可求的基准电流

KA U S I d d d 6.153********=?==

从而求的d1点三相短路电流的有名值：

KA I I I K d K 5.429.06.15)

3(11)3(1=?=?=*

冲击电流为： KA I i shk 48.115.455.255.2)

3(1=?==

k1点短路容量为：MVA X S S k d k 18.28874.31000max 11===* (2) 系统最小运行方式等值电路图4

图3系统最小运行方式等值电路

短路回路总阻抗： 12.53.13.352.0min =++=*k X 三相短路电流标幺值： 195.012.511==*k I 其他计算结果见表2

表2 k1点三相短路电流计算结果

3．k2(1) 系统最大运行方式下短路回路总阻抗

74.17143.123.352.02)(max 2=+++=++=-***λII I T t K X X X

(2) 系统最小运行方式下短路回路总阻

12.19143.13.352.0min 2=+++=*K X

基准电流：

KA U S I d d d 5535.101000322=?==

k2点三相短路电流计算结果见下表3

表3 k2点三相短路电流计算结果

五、 工厂总降压变电所的各种高压电气设备，主要指6~10千伏以上的断路器、

隔离开关、负荷开关、熔断器、互感器、电抗，、母线、电缆支持绝缘子及穿墙套管等。这些电气各自的功能和特点不同，要求的运行条件和装设环境也各不同，但也具有共同遵守的原则。电气设备要能可靠的工作，必须按正常条件进行选择，并且按短路情况进行稳定检验。

对于供电系统高压电气设备的选择，除了根据正常运行条件下的额度电压、额度电流等选择条件外，还应该按短路电流所产生的电动力效应及热效应进行校验。“按正常运行条件选择，按短路条件进行校验”，这是高压电气设备选择的一般原则。

在选择供电系统的高压电气设备时，应进行的选择及校验项目。见表4

高压电气的热稳定性校验： i t t I t I 2

2∞≥ i

t

t t

I I ≤? 母线及电缆的热稳定性校验：i w kal i t C

I A A t I S ∞

∞=

-=min 200))((al w al w I I --+=θθθθ

短路器、负载开关、隔离开关及电抗器的力稳定计算：

sh I I ≥max sh i i ≥max

电流互感器的力稳定计算：sh N no i I K ≥12 sh i i ≥max 母线的力稳定计算： a i K F sh f 110732.17??=-

w

M F M F M ===σ81011

根据上面短路电流计算结果按正常工作条件选择和按短路情况校验确定的总降压变电所高低压电气设备如下：

1 . 35KV 侧设备

表5 35KV 侧电气设备

表6 10KV 侧电气设备（变压器低压侧及备用电源进线）

3 . 表7 10KV馈电线路设备

六、继电保护的选择与整定

总降压变电所需设置以下继电保护装置：

?主变压器保护

?备用电源进线保护

?变电所10KV母线保护

?10KV馈电线路保护

此外还需设置以下装置： ? 备用电源自动投入装置 ? 绝缘监察装置

主变压器保护：

根据规程规定5000KVA 变压器设下列保护：

1) 瓦斯保护：防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作与信号，重瓦

斯作用于跳闸。

2) 电流速断保护：防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。

3) 过电流保护：防御外部相间短路并作为瓦斯保护及短路速断保护的后备保

护。保护动作于跳闸。

4) 过负荷保护：防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。 按具体条件装设。

各个保护的具体整定计算如下： 1) 电流速断保护

速断保护采用两相不完全星形接发，动作电流应躲过系统最大运行方式时，变压器二次侧三相短路值。即按公式计算：

KA KA I K I K co qb op 16.42.33.1)

3(.1max

=?=?= 归算到35KV 侧

A I qb op

1190)35

10

(4160.1≈=' 灵敏度按系统最小运行方式时保护装置安装处的两相短路电流来校验

223.21190

305087.0.1)

2(1min >?==qb

op K s I I K 满足要求。 2) 过电流保护：

采用三个电流互感器接成完全星形接线方式，以提高保护动作灵敏度，继电器采用DJ-11型保护动作电流按躲过变压器一次侧可能出现的最大负荷电流来整定

A I K mgh K I K K I re co w re co op 33.54948.8285

.03

2.130max .11=??=??==

进入继电器的电流：

A K I I TA

op op 64.115

/15033

.349==

=

动作时间510KV 母线保护配合，10KV 馈电线的保护动作时间为0.5秒，母线保护动作时间为1s ，则变压器过流保护时间为：s t 5.15.01=+=

灵敏度按二次侧母线方式两相短路的条件来校验。

5.104.2349

.0)35/1087.2(87.01)2(min .2)2(>=?==op K S

I I K

满足要求。

七、CAD原理接线图

八、总结

通过这次课程设计巩固工厂供电的理论知识，了解了变电所设计的基本方法，变电所电能分配等各种实际问题。短路电流的计算、主要电气设备选择和主要设备继电保护设计等专业知识。

九、参考资料

[1] 许建安电力系统继电保护第二版中国水利水电出版社

[2] 刘学军继电保护原理中国电力出版社

[3] 谷水清电力系统继电保护中国电力出版社

[4] 韦刚电力系统分析基础国电力出版社

[5] 陈曾田电力变压器保护中国水利水电出版社