220kV变电站电气二次设计.docx
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1、220kV变电站电气二次设计目录摘要IAbstractll 前言1第一章绪论21. 1选题的背景及意义2国内外研究现状21.2 变电站的站址情况及规模2. 1建所目的2拟建变电所概况3/恒、中*阻抗元件的最灵敏角和负荷阻抗角。 第HI段保护的灵敏系数:签4作远后备时% = 4+ KfaZ过1.2式(3. 14) 式中Sx.max相邻线路末端发生短路时,实际可能的最大分支系数。保护的动作时限ds = dKxhnaz + t 式(3. 15)3. 4高频相差保护高频相位差保护的一个基本原理:通过对被保护电路两端短路的电流相位差进行比拟。在这里,采用了以母线流 向线路,并且作为输出电流的方向。因此,
2、位于电流互感器线路两端的电流传感器极性结构如图3-2 (a)所示。这 样,当一个故障保护区域发生在内部(八点)时,两端的电流和相位在一个理想的情况下都是相同的,如图3-2(b),两端的保护设备和装置都应该发生动作,使得断路器两端立即跳闸,而当一个故障保护区域发生在一个保护 区域范围外部(日2点)时,两端的电流和相位就会变成了相差180保护设备和装置也就应该处于非活动状态。如图32相差高频保护基本原理图相差高频保护的整定:由被保护电缆线路两侧各一个半套高频相差保护设备所组成。要求电流互感器线路两侧尽量与区内的电流互感 器采用同一种型号和相应的比例,用来确保区内电流互感器故障可以正确地运行,区外电
3、流互感器故障可以保护无 误动。同时还要求两侧高、低稳定值的起动元件分别在其动作值、回位值、运行时间、回位运行时间等方面都必须 保证与配合及操作的灵敏性相等。(1)不对称元件起动的整定:101)灵敏要求在温度较低值的外部起动保护元件上的灵敏度要求应该很高以便于准确保证外部元件发生起动故障 时能够保护起动设备正确地正常进行保护动作。高值起动继电器的工作电流和低值起动继电器的工作电流之间的协 调关系为“ZR 二 KAzd 式(3. 16) 式中【DZR、+ K|3%|起动元件的高值、低值起动继电器的动作电流;Kr可靠系数,一般取2. 53。2)起动值的整定根据防止最大负载的不平衡电流整定:“QZg
4、二 KK12bp = Kk (0.010.02) * 式(3. 17)式中之可靠系数,一般取1.52.5; 5P最大负荷下的不平衡电流;区最大负荷电流。3)在发生接地短路的特殊条件下,起动元件的灵敏度应大于线路末端的最小负序电流来进 行校验N 2 mill0m - r82g 2 2 式(3. 18)式中屈恒稳定灵敏度;与皿加线路末端接地短路时,流过保护装置的最小负序电流。(2)对称起动元件1乙和24的整定对称电流起动控制元件是一种三相电流起动控制元件,其中的起动功能主要是用于起动发信机组并进行发 信,2&用于起动开放式的比相控制回路。1) 1,的动作电流计算_ 瑜就maxDZ W % 式(3.
5、19) 式中/可靠系数,一般取L 151.25;%继电器返回系数,取0.85;仆皿3K线路可能的最大负荷电流。2) 24的动作电流计算Iqz (2Lx)二 KrIdz g及)式(3. 20) 式中K在可靠系数,一般取1.62;K.dz (iix) 的动作电流计算。(3)阻抗继电器动作的整定当受保护电路的末端发生三相短路时,阻抗元件应能可靠地工作,且工作阻抗应 为11Zdz 二 %4 式(3.21)式中一一元件灵敏系数,长线路一般取L4;4线路的阻抗值。(4)闭锁角的整定应该考虑能够同时满足外部器件短路时的闭锁短路保护的启动可靠性和内部器件短路时的启动 灵敏度两个要求,这一来以便进行对闭锁保护角
6、度的正确选定。其中的具体操作要求说明如下。保护设备的闭锁角有三个基本的 设定值,即45。、52。、60。,一般情况下,闭锁的角度要大于设定值,如下:45线路长度为50km以内时,取一;+ 52。线路长度为50250km以内时; 取一 ;+ 60线路长度为250km以上时,取一 。3.5综合自动重合闸装置由于具有三相和单相重合闸功能,综合自动重合闸在220kV及以上超高压输电线路中得到广泛采用。即可在线路 中发生相间故障的条件下能够做到三相重合闸,在线路中发生了单相故障的条件下,也能够做到单相重合闸。假设三 相重合闸失败或者是单相重合闸失败且系统不能够允许非完全相的电动机运行,那么三相对应断开,
7、不再进行重合。 假设单相的重合闸操作不成功,需要切换至非全相电机正常运行时,应再次排除故障,不再对其进行单相的重合闸操 作。选相器是集成自动重合闸的主耍部件之一,它的作用是在线路接地时正确地选择故障相。选相元件的构成可以 是距离选相元件或相电流差突变量选相元件的一种。(1)在统一设计布线时,建议使用方向阻抗继电器作为距离选相元件。该距离选相元件的主要特点如下:1)故 障选相器运行可靠,单相接地过渡电阻大。由于具有记忆功能,器件的静态和动态特性优于无定向阻抗相 位选择器。2)当电路出口被过渡电阻短路时,与其他方向阻抗元件或非方向阻抗相选择器相比,无论过渡电阻的大小,具 有领先相位辅助极化电压的相
8、选择器不太容易误操作。3)当非故障选相器接地时,不管过渡电阻如何,具有领先相位辅助极化电压的选相器比其他方向的阻抗元件更 不容易发生误操作。距离选相元件按同时满足以下条件整定:1)当计及接地电阻影 响时,选相元件应能相继动作。2)在短输电线路的末端出现金属接地故障时,长输电线路的最小故障电流应该是远远超出距离传感器的元件精 度电流的2倍,应使传感器的灵敏度不低于1.5。3)可靠地防止了最大正常最大负载,并且在从重合闸到局部锁相 的单相跳闸开始时不会误操作系统部件。4)在最大负载情况下,当出口单相接地时,非故障选相器不能误动。(2)相电流差突变量选相元件。1)此元件不能对稳态的运行进行反响,因此
9、无论是在全相还是非全相正常运行的 电压和负载状态下均不可能发生错误的动作。2)在单相接地时,反映非故障相电流差异的弹射式选相器不动作,其余各相继设备均动作,因此 该选相器具有准确选择故障相的能力。3)由于它只反映故障电流,不需要逃避负载电流,所以在选择该元件时不存在电压损耗 和电流电压相位关系的问题。相电流差突变量选相元件按同时满足以下条件整定*1)当线路末端出现各种故障时,动作灵敏度应保证高于2。应该采取最严重的故障动作情况卜的值,因为其灵 敏性在不同的故障动作类型下可能会有所不同,相电流差突变元件仅反映故障分量。2)我们应该如何充分考虑目前采用的全相电流差分和突变法测量元件选择全相元件,在
10、未来将其作为非全相电 机运行故障电机诊断性能判别专用元件,便于在非全相电机运行中建立健全相又便于有利在可能实际发生全相故障12的实际情况下,即可直接进行全相加速振动切除全相故障,其振动灵敏度值的大小,一般可按非全相电机运行两侧 的电势大小摆开实际可能发生全相故障的最高判断角度,振荡器在中心判断点位置处对实际发生全相故障的具体情 况和工作条件也可进行分析检验,值应不低于1. 5。继电保护和重合闸相互配合时,一般可以考虑使用重合闸后的加速保护或者使用重合闸前的加速保护两种,尽 量能够实现地利用重合闸所提供的条件来实现加速或者切除故障。一般使用重合闸后的加速保护作为HOkV及以上 的网络。重合闸后的
11、加速保护主要是在线路先发生了故障的情况下,保护可以选择性地做出动作,然后再次进行重 合。假设在永久性故障上进行了重合,断路器在第一次合闸后保护动作即可加速,不管第一次合闸是否存在时间限制 ,故障都会立即解除。3.6线路保护的装置选型根据输电线路保护整定计算结果,选择合适的微机保护装置,线路保护 装置的选择如下表所示。表32线路保护的装置选型表线路保护侧llOkV线路线路保护装置选型南瑞RCS-931成套装置、RCS-902成套装置 南瑞RCS-941成套装置变电站的线路保护装置主要采用南瑞继保电力公司的RCS-931、RCS-902、RCS-941保护装置。 第四章电气二次设备 4. 1继电保
12、护变电站如果没有进行继电保护,将会严重影响到变电站系统的正常工作,所以继电保护是综合自动化变电站的 一项重要功能。在系统软件和硬件发生故障,甚至退出正常运行的条件下,继电保护单元本身应能够继续稳定地运 行,而在实施220kV综合自动化变电站的电气二次设计时,继电保护单元本身也应该是独立地与其他监控系统相连 接。目前各种综合自动化系统为变电站设备,如变压器、线路(包括进线、进线)、母线、电容器、接地等,都配 有相应的保护测控装置,通过保护测控装置来采集各局部间隔层的电压、电流等数据,由内部逻辑和CPU执行每个间 隔层的保护。4.2防误闭锁电气防误锁和微机防误锁是防误锁的两种主要方式。实现各种微机
13、开关故障的二次关闭主要原理是通过设计使 用一个需要软件的开关断路器,接地电路刀闸和开关隔离电路开关之间的二次操作闭锁设计规那么软件来对其进行设 计编写,并将现场大量的二次闭锁设计电路数据包含在一个基于计算机“五防”的二次闭锁设计规那么中的数据库, 从而基本实现了传统电气二次闭锁所有的需要软件无法直接实现的平安防误闭锁功能,具有一种使用操作简单,智 能化技术水平普及程度高和功能齐全的特殊闭锁技术设计优点。220kV的综合式高压自动化交流变电站在二次高压交 流线路控制设计过程中我们应该对所有这些可能直接导致线路误操作的大型高压电气设备全部采取完全防误闭锁的 控制措施,防止在误操作闭锁的技术设计原那
14、么方面我们应该在高压电气二次交流设计中始终严格坚持这一设计原那么图401微机防误闭锁示意图图401微机防误闭锁示意图图2微机防误闭锁示意图13防误锁设计的原那么:在对所有可能导致误操作的高压设备进行控制时,都应采取防误锁措施。五防功能配置依 据与同级计算机图像监视系统要求进行配套一体化的功能配置。变电站的五防电子系统主要可该应由变电站内测控 间隔层的平安防误和测控间隔第一层的平安防误,这样两层系统组成,站内测控间隔层的平安防盗报误主要应该包 括变电站内测控间隔层的平安防误逻辑闭锁以及软件管理系统、计算机防误及其他闭锁,间隔第一层的平安防误主 要应就是由变电站内测控间隔层对于所有测控变电设备的防
15、误软件系统进行防误逻辑闭锁而设计完成。现场布线式 监控单元的自动电气闭锁也完全可以把它作为整个电力变电站“五防”五防的重要环节组成的一局部,实现了本线 路间隔内的电动隔离接地电气隔离闭锁开关(手动接地隔离开关)、断路器之间的自动电气隔离闭锁,以及对于只 能完成其他线路进行倒闸保护操作而不能进行倒闸必需的位于母线电动接地隔离开关和其他线路电动隔离接地开关 之间的电动跨线大间距开关电气闭锁。现场布线式各监控单元的刀闸电气闭锁与现场计算机监视器系统的五个安防 监控子系统分别进行了人机相互配合,共同负责执行监控刀闸电气闭锁,正常工作运行时,二者之间的基本逻辑关 系是与的相互关系。高压微机开关柜具有配置
16、齐全的高压微机五防检测设备来轻松实现五防。高压间隔开关柜和高压间隔式开关配 电装置(或者简称高压间隔)所需要使用的各种网门、柜门、机械闭锁配电装置(其中例如使用电容器和绕组、电 抗器、消弧器和线圈等)时,宜在每个网门上底部安装一个网门具有内置微机自动防盗或误启动装置的小型机械码 锁,宜在每个网门上底部加装一个大型带电显示器。4. 3接地选线目前,220kV综合自动化变电站还并没有具备单个或多个专门用于独立的小电流接地选线装置,而其功能主要是 通过依托在测控设备中的模块或者在后台的监视器软件上进行实现。在单相接地运行的情况下,低电流接地系统会 显著增加两端不接地的对地电压。系统还可以采用其他单一
17、的二次装置作为补偿选线的功能,因为在电极绝缘比拟 弱的部位会有电极短路的现象,过载操作时会烧毁电极器的设备,而且由于单相接地造成的故障比拟复杂,这对于 选线装置的适应性和灵活度都提出了更高的要求。4.4直流系统的设计 直流系统的功能是支持站内自动控制系统所需的能源,从而实现对信息的控制、接收和收集。根据电力工程直流系统设计技术规程DL/T5044-2014,可以综合考虑选择采用110V或220V高压直流电源保护系统,用于电站继电 保护、计算机事故监测控制系统、事故保护照明、通信传输设备等领域供电,蓄电池的大容量直流选取方式按每年 全站专用事故直流式充放电电力持续时间2小时计算,蓄电池的直流组架
18、装置可以直接安装到全站专用直流式高压蓄 电池室内。直流充电系统由两段直流母线互相串联连接,两段直流母线之间分别向上安装了各有一个联络器和一个充电装 置开关,每段直流母线上均可以携带一套电压补偿器充电装置和一组驱动蓄电池。直流屏是一种采用柜式整体结构 ,包括直流功率馈流充电屏2面及高频功率开关式直流充电屏2面。在整个直流系统,通过智能微电脑控制开关的操 作,双足蓄电池供电形式,之间的开关设置总线,总线和开关联锁设计,这样可以实现电池和充电设备的并行操作O4. 5低周减载低周减载主要由低周继电器组成。在系统所需无功功率较大的情况下,系统电压可能会在周期之前崩溃,从而 导致低周期继电器失效。在这种情
19、况下,可以增加一个时间限制为0.5S的低压元件作为备用保护。UOkV和10kV线路不需要单独配置低周减载装置,通过综合自动化系统的保护装置来实现其低周减载的功能。变 电站的电气二次设计可以不考虑其他硬件设备和接线,整定值由各线路装置来整定。4.6 跳合闸操作 综合自动化系统可以远程操作变电站内所有可以用电操作的断路器、断开开关和接地开关,最后通 过二次回路完成操作。该功能二次电气设计的内容在于如何正确合理地设计操作机构,使综合自动化系统的弱电流信号转换为 跳闸线圈的强电流电路电平。UOkV和10kV的线路不必再需要单独地配置一个低周减载器,通过利用综合自动化系统中的保护器来直接实现其 低周减载
20、的作用。变电站的第二次电气设计时我们可以在没有充分考虑其他的硬件设施和接线,整定的数量值由各 个线路安装来进行整定。4.7 四遥四遥作为一个大型变电站的重要技术基本功能,系统的其他各个功能单元以四遥为主要技术基础,四遥可以通 过与互联网和无线通信的网络上进行共享和传输来实现,使得综合式自动化系统直接完成对数据的采集、归档和处14 理及发送至调度终端或者后台的监控系统等任务。电气二次设计主要是考虑到变电站正常运行、事故分析和维修所 需要哪四个远程工作量,哪些远程工作量是由一种智能设备直接通过互联网发送给用户,而哪些远程工作量那么需要 与用户连接至相应的测控设备并同时完成与用户相应的二次电缆连接的
21、问题。4.8 备自投在变电站综合自动化系统中,备用的自开关装置可以通过采样的电压、电流和断路器位置信号来判定其能否满 足充放电条件。母联分段式供电与双进线给单母线的供电,这是变电站设置备用供电电源的两种根据需要进行供 电 。母联分段供电:分段开关切换器断开,两路工作电源各自供电,两路工作电源相互为备份。这种模型被称为母联 (大桥)备自投模型(又叫暗备用模型)。双进线向单母线提供供电:1#进线正常工作,2#进线当作备用,这种 模 式被统称为线路备自投方式(也可以称明备用模式)。二次设计的主要任务之一就是选择合适的备投方法和备自投 装置,设计该装置必须与PT、CT、断路器等辅助连接点上的电缆相连。
22、4.9 消防及火灾自动报警系统变压器灭火系统可采用水喷雾系统消防方式或泡沫系统消防方式。火灾报警装置配有 远程控制和显示的主机,具有自动和移植的选择,联动控制能够直接操纵所有的联动装置,并且它们还可以实现启动、停止、故障的显示信 号。所有的消防车站都安装了火灾自动报警控制系统,设置一套完整的火灾报警控制器和一套消防联动延伸扩展柜 ,布置于报警室内,火灾报警信号已经接入到计算机监测系统。消防控制与火灾自动报警系统连接到计算机监测系 统上。在电厂电缆井、电缆夹层、电缆桥架和电缆主变压器等地点均敷设了感温电缆,远程控制中心能够实现对 火 灾情况的监测和火灾自动报警。4.10 二次设备的布置 变电站按
23、无人值班设计,共设一个继电器及通信 室、两个蓄电池室。继电器与电源通信室:主要配备用于继电设备管理中的电源放置器及操作员监控工作站、视频及图像环境检测 监控管理系统、微机五防监控工作站、计算机环境监控管理系统监控管理主站、视频及图像环境检测监控管理系统 控制后台、远动监控工作站、测控、保护、时间自动同步系统防护屏、故障录波、计量、直流屏、二次平安故障防 护屏、保信子工作站屏、交流不间断移动电源屏、电能信号收发屏等。系统等的二次信息显示屏柜和网络通讯二次 显示屏。该设备设有中压侧和低压侧测控设备与电能仪表的高压开关柜。同时还要设置了变电站全新式自动化系统的网 络接口柜以及同步式时钟延伸扩展柜,并
24、将其布置到高压配电室内。蓄电池存储房:系统可以同时设置2个专门设 计用于同时存储2组二次利用蓄电池的小型蓄电池存储房。智能控制柜宜按间隔与一次设备就近布置。中继通信室二次屏蔽柜采用前、后开门柜,尺寸为26()nini (高)x 800mm (宽)x 600mm (深),单排布 置。第五章电压无功补偿系统一方面可以参考系统的潮流,另一方面也可以手动控制,以实现电压无功补偿。变压器系统分析了分接头电压位置的自动改变和影响电容器控制机构的电压输入和电流输出,在一定的电流自动控制系统条件下的它是基于 的与潮流、电压及电流无关的功放电负荷等重要指标。在设计进行人工设计220kV的大型综合智能自动化高压变
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- 220 kV 变电站 电气 二次 设计
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