0241-某精细化工厂高配所及全厂配电系统设计【全套8张CAD图】
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毕业设计 (论文)开题报告课题名称: 某精细化工厂高配所 及全厂配电系统设计1本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述1本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述2003年我国电力行业取得良好的发展,电力生产大幅增长,电力需求快速增加,电力投资速度逐步加大,国资、民资、外资竞相进入电力市场,电力行业的效益得到明显的提高。同时,全国供电结构性紧缺现象严重,大部分地区进入电了紧张阶段。2004年全国电力供需仍然比较紧张,拉闸限电时间和电量增加。2005年按计划开工规模和投产规模,电力供需有所缓解,电力供需平衡总体偏紧。2006年电力供需总体上能够达到略微平衡。本课题主要涉及到工厂企业的供配电方面的问题,对于其中所涉及的基本设计理论都是相同的,对于变配电技术也是成熟的。从大的方面来讲我们可以涉及到整个电力系统的建设,新技术的发展主要有三方面:输电技术方面、继电保护方面和变压器方面。输电技术方面:发展迅速的柔性交流输电及其控制器技术己被国内外普遍认为是新型有效的输电技术。除了它的技术概念和技术规范取得新进展外,它的控制器技术也在快速发展着它们己被TFFF/PFS的FACTS工作组归类为“足可预见的未来中可期待应用”的控制器。对于中国输电线路建设,近50年来中国输电线路建设成绩是巨大的。目前全国已有东北、华北、华东、华中、西北、南方、川渝7个跨省电网和山东、福建、海南、西藏5个独立省(区)网。网内共有220kV线路120000km,330kV线路7500km,500kV线路20000km。华中与华东两大电网之间,通过1500kV葛洲坝至上海直流线路实行互联。中国输电线路的建设规模和增长速度在世界上是少有的。并且已经建立输电线路有关的研究和试验的机构和设施,取得了大量科研试验成果,为今后发展超高压、大容量输电线路创造了有利条件。电网是电力市场的载体,加强电网建设是拓展电力市场,提高电力工业整体效益的重要举措。用超高压输送电能,能有效减小输电线路上的电能损耗,提高供电效率和减少故障发生率。而且最近几年我们的电力能源更是供不应求,所以在电网建设的同时,研究采用新技术、新材料,节约电能在各类电气设备上的损耗。特别是在变频技术上有很大的突破和应用,一般电气设备都是以铜代铝,或采用损耗更小的合金材料。二、继点电保护方面:近10多年来,随着超高压电网的建设和微机型继电保护的使用,现场继电保护用成套试验装置经历了3个发展阶段。组合式、物理模拟式、数字控制式和微机可编程4种类型装置,在电力系统中己得到广泛应用,正在开发实时数字仿真类型的试验装置,向微机化、智能化、专用化方向发展。 三、变压器方面:在发电机中,不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈,均能在线圈中感应电势,此两种情况,磁通的值均不变,但与线圈相交链的磁通数量却有变动,这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应,变换电压,电流和阻抗的器件。国外在世界范围内形成了几大集团:乌克兰扎布洛斯变压器厂,年生产能力100GVA;俄罗斯陶里亚第变压器厂,年生产能力40GVA, ABB公司29个电力变压器厂年生产能力80一100GVA,英法GEC一Alshtom年生产能力40GVA,日本各厂总和(三菱、东芝、日立、富士)年生产能力65GVA,德国Tt1集团年生产能力40GVA 这些公司生产的已在系统运行的代表性产品:1150kV, 1200MVA, 735一765kV ,800MVA, 400一500kV , 3 750MVA或1声550MVA, 220kV, 3笋1300MVA电力变压器;直流输电1 500kV , 400MVA换流变压器。 电力变压器主要为油浸式,产品结构有两类:心式和壳式。心式生产量占95 %,壳式只占5%。心式与壳式互无压倒性的优点,只是心式工艺简单一些,因而为大多数厂家采用,而壳式结构与工艺都要复杂一些,只有传统性工厂采用。壳式特别适用于高电压、大容量,其绝缘、机械及散热都有优点且适宜于山区水电站的运输,因而仍有其生命力。 国内我国沈阳变压器厂、西安变压器厂、保定变压器厂均已成批生产500kV级电力变压器,在500kV系统内运行,最长的已超过17年,经过十几年的不断改进,其运行指标与进口变压器完全相当,总产量达150GVA。2设计(论文)要解决的问题和拟采用的研究方法本次毕业设计的主要是对某化纤厂高压配电系统进行研究和设计,有两方面的设计,即工厂厂区6千伏配电系统设计和高压配电所设计。厂区高压配电系统是指从总降压变电所或总配电所至各车间变电所的接线系统。它与工厂的重要性、规模的大小、电力系统的情况以及工厂的总体布置和工厂的发展规划等因素有关。因此,在设计厂区高压配电系统时,必须全面分析有关因素,予以合理解决。设计过程中主要有以下几个步骤:1)全厂负荷的分析和计算按需要系数法计算, 为确定变压器容量、各种线路的截面、各装置等提供依据;2)无功负荷的分析和补偿计算采用并联电容器补偿法,为提高功率因数,降低系统的电压、电能等损耗,降低电费开支等。3)变压器台数、容量、型号的选择确定变压器选择为全密封式的,再结合当前变压器国内现状,选择S11-M系列变压器。4)变电所所址、类型确定以尽量靠近负荷中心为选择原则;依据负荷计算及变电所结构形式的使用范围,确定用独立式变配所。变配电所内部的总体布置及高压配电所用电的来源等。5)变电所主接线方案确定采用单母线分段接线形式。6)短路电流的计算采用欧姆法计算,为了校验一次设备的短路动、热稳定度;校验开关电器的断路能力;校验过电流保护装置的灵敏度。7)厂区配电系统的电力线路的确定厂区采用电缆敷设,并按发热条件选择导电缆截面。8)变电所主要设备的选择及开关柜的结构选择根据正常环境条件选择熔断器、高压开关柜、高压断路器、高压母线、支持绝缘子、互感器、及各类热元件等设备,并按短路故障情况校验动、热稳定性,校验断流能力、灵敏度等;为了检修方便,满足供电可靠性及小容量供电设备较多的实际情况,采用抽出式开关柜。9) 继电保护及二次接线设计电力变压器的保护及高配综合自动化系统介绍,直流系统的设计。3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路本课题重点在于主接线方式的选择和二次继电保护设计及高压设备的选择。(1)主接线方式1)高压部分采用中性点不接地的供电方式。2)鉴于本厂生产产品加工的特殊性考虑,必须加强供电的可靠性,对几个特别重要的生产车间采用高压放射式接线,便于安装自动装置,保护装置也相对可以简单一点。3)在车间配电系统中采用树干和放射两种方式混合配电4)主接线方式的选择。主接线方式主要有三种:1、单母线接线:该方案接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。但是不够灵活可靠,任一元件(母线及母线隔离开关等)故障或检修,均需使整个配电装置停电。2、单母线分段接线:该方案用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路,有两个电源供电。3、双母线接线:双母线的两组母线同时工作,并通过母线联络断路器并列运行,电源与负荷平均分配在两组母线上。设计思路:根据实际工厂对电力供应的需要和对供电可靠性、安全性的要求,进行主接线方案的选择。而且在主接线设计的同时,在保证需要的前提下,应尽量使接线简单方便,使之减少投资运行费用和减少故障发生率。(2)二次继电保护1)采用微机继电保护2)根据生产安全性的要求进行分别设计:断路器控制回路、信号回路、测量监视回路采用镉镍蓄电池组作为操作电源,用电磁型操作机构去执行控制、信号、测量、监测命令。3)变压器平时都是正常工作的,内部的瓦斯保护则采用交流操作电源供电。4)高压配电所的中央信号装置采用镉镍蓄电池组作直流操作电源,对任一断路器跳闸时,都有瞬时音响信号,并在配电屏上有位置指示信号,信号能手动或自动复归。5)由于该系统在车间配电系统中采用非直接接地的系统,须加装绝缘监测装置。6)车间和车间之间有联络线,可以装备备用电源自动投入装置。设计思路:根据实际情况和配电规程,确定各主要电气设备、线路的保护控制类别,且分别进行整定计算。设计中还会涉及到一些自动化保护控制模块,要掌握各模块的保护控制功能,了解它们的内部原理,而且要知道如何将模块中的接口与二次回路相连接,掌握继电保护中的各逻辑关系。(3)高压设备选择1)高压设备选择应按照保护等级、校验结果及经济等方面考虑选择最合适的。4完成本课题所必须的工作条件(如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等)及解决的办法1、工厂供电 第三版、第四版 刘介才编2、工厂供电简明设计手册 刘介才编3、工厂供电设计 吉林科技出版社4、工厂供电设计与实验 王荣盘藩编著5、工厂配电设计手册 水利水电出版社6、工厂常用电气设备手册(第三版)上、下 水利水电出版社7、工业与民用配电设计手册第二版 水利水电出版社8、中华人民共和国国家标准电力设计规范 机械工业部编9、电力工程设计手册 西北、东北电力设计院编10、工厂高配及变电所有关图纸 工程设计院借阅11、发电厂及变电所的二次接线 电力工业出版社12、化工厂电气手册 化学工业出版社13工厂供电系统继电保护及自动装置14、工业企业供电课程设计及实验指导书 王建南编15、工厂配电线路及变电所设计计算 段建元编 机械工业出版社16、实用供配电技术手册 刘介才主编17、预装式变电站手册 廖光余主编18、电力工程电气设备手册电气一、二次 陈学庸主编19、工矿企业电气工程师手册 王士政主编20、民用建筑电气设计手册 戴瑜兴主编21、继电保护自动装置及二次回路第二版 熊为群、陶然编22、变电所设计10220kv 丁毓山主编5设计(论文)完成进度计划6指导教师审阅意见指导教师(签字): 年 月 日7教研室主任意见 教研室主任(签字): 系(签章) 年 月 日说明:1. 本报告必须由承担毕业设计(论文)课题任务的学生在接到“毕业设计(论文)任务书”、正式开始做毕业设计(论文)的第2周或第3周末之前独立撰写完成,并交指导教师审阅。2.每个毕业设计(论文)课题撰写本报告一份,作为指导教师、教研室主任审查学生能否承担该毕业设计(论文)课题任务的依据,并接受学校的抽查。摘 要本设计主要内容是按照给定的原始资料,考虑经济、安全、先进等要求设计一个现代化的供电系统。具体内容为:全厂负荷的分析和计算,无功负荷的分析和补偿计算,变压所所址、型式的确定,变压器台数、容量、型号的选择确定,变电所主接线方案的技术经济比较和确定,变配电所主要的选址及布置,短路电流的计算,全厂配电系统设计,高压电气设备的选择与校验,继电保护及二次接线设计等。通过负荷的统计计算,可以求出按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值,根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆,如以计算负荷连续运行,其发热温度不会超过允许值。工厂计算负荷是选择工厂电源进线一、二次设备的基本依据,也是计算工厂的功率因数和工厂需电容量的基本依据。电力线路的二次回路可以保证一次回路的安全、可靠、经济运行。在继电保护方面我采用微机继电保护,与传统的机电型继电保护具有:可靠性高,功能齐全,调试维护方便,经济性好。关键词 :计算负荷;变压器;变压器保护;主接线;二次回路;微机保护;AbstractThe lesson of the this time design main contents is according to the primitive data that give and settle, and consider the economy, safety, advanced etc. request design a modernization of power supply system.Concrete contents is:Whole factory analysis that carry is with the calculation, have no the power the analysis that carry with compensate the calculation, and address for change to press , pattern really settling,transformer set counting, capacity, model number certain, change to give or get an electric shock a calculation for technique economy for lord connecting the line project comparing with make suring, and change to give or get an electric shock a choice for main equipments and arrange, short-circuit electric current,whole factory electricity give system design, defend the thunder to connect the ground design.the choice of the high pressure electric appliances equipments checks with school, protecting and connecting the line the design the iso - two times after the electricity.The covariance that pass the burden computes, can beg to press to have fever term choice power supply system inside each an electricity for of burden value, according to calculation carrying choice equipments with lacing cable, if to compute burden continue circulate, its have fever the temperature cant exceed the admission the value.Factory calculation burden is basic basis that basic basis to choose factory power supply enter the line a, two times equipments, is also a power to compute the factory factor to need with the factory the electric capacity measures.Electric power circuit two times back track can guarantee the safety of back track once, dependable, the economy circulates.In the aspects of protecting after the electricity I adopt the tiny machine to protect after the electricity, giving or get an electric shock with traditional machine the type to protect to have after the electricity:The dependable is high, the function is well-found, adjusting to try the maintenance convenience, the economic is good.Key phrase: Calculation burden; transformer; transformer transformerlord adjoin line; back track two times;Tiny machine protection;现今,我国电力供应状况紧缺,从2003年开始,全国不同地区都出现不同程度的拉闸限电,工商业及人民生活用电都出现不同程度的不便。国家信息中心在第七届北京国际博览会上推出的中国行业年度报告(2004年版)指出:今年将是近一段时间中国电力供需形势最严峻的时期。其中的2004年中国电力行业年度报告预测,2004年全国总体电力供需形势将比2003年更为严峻,持续拉限电的地区将有所增加,2005年形式将由紧张开始走向缓和,拉闸限电的负荷和电量都将有所减少。到2006年,全国电力供需基本持平。据国家电网公司预测,2004年全国用电量将达到20910亿千瓦时,增加速度预计为11%左右,净增用电量约2070亿千瓦时。电力需求继续高速增长,而同期电源投产容量相对不足。“十五”将新增发电用煤约1.5亿吨,要做好煤炭供需平衡。建设布局要按市场经济规则办,合理安排坑口、路口、港口电站建设。为实施西电东送战略,在山西、蒙西、陕西、宁夏、贵州、云南建设一批大型坑口火电厂,向京津唐、山东、华东、广东等用电中心地区送电。发展热电联产。为了保护环境,实现可持续发展战略,必须下大力气研究解决燃煤电厂的环保问题,发展洁净煤发电技术。要求采用高效节能的单机容量为3060万千瓦的亚临界、超临界机组,以减少燃料消耗及污染物排放量。新建电厂大部分装脱硫装置、低氧化氮燃烧器及高效电除尘器装置,或装循环流化床锅炉,做到达标排放;对环保不合格的老厂进行改造或停止运行;提高火电厂的调峰能力及热效率。2005年5月17日至20日,第13届国际核工程大会在北京国际会议中心召开。曾培炎强调,中国将加快核电自主化建设,到2020年实现核电装机容量4000万千瓦,这对于改善中国能源结构,缓解资源环境矛盾将具有重要意义。我们将加强核工程领域的中外合作,积极引进国外的先进技术,努力提高核电自主设计、自主建设、自主制造和自主运营的能力和水平。对于变配电技术已是成熟的。从大的方面来讲我们可以涉及到整个电力系统的建设,新技术的发展主要有两方面:输电技术方面和继电保护方面以及电气设备方面。一、输电技术方面。目前,国外输电技术的发展情况为,输电技术朝着高电压、大容量、远距离的目标不断进步,欧、美各国对交流1000kV级特高压(UHV)输电技术进行了大量研究开发,很多国家已经建成很多1000kV线路。此外,多端直流输电线路、高自然功率的紧凑型线路以及灵活交流输电(FACS)等多种多样输电新技术的研究也取得很大进展,有的已进入工程实践。对于中国输电线路建设,近50年来中国输电线路建设成绩是巨大的。目前全国已有东北、华北、华东、华中、西北、南方、川渝7个跨省电网和山东、福建、海南、西藏5个独立省(区)网。网内共有220kV线路120000km,330kV线路7500km,500kV线路20000km。华中与华东两大电网之间,通过1500kV葛洲坝至上海直流线路实行互联。我国第一条750千伏超高压输电线路属于西北750千伏输变电示范工程,是我国第一个750千伏电压等级的输变电工程。750千伏目前是国际上商业在运的最高电压等级。我国西北750千伏输变电示范工程在目前世界上同级工程中海拔最高。中国输电线路的建设规模和增长速度在世界上是少有的。并且已经建立输电线路有关的研究和试验的机构和设施,取得了大量科研试验成果,为今后发展超高压、大容量输电线路创造了有利条件。电网是电力市场的载体,加强电网建设是拓展电力市场,提高电力工业整体效益的重要举措。用超高压输送电能,能有效减小输电线路上的电能损耗,提高供电效率和减少故障发生率。而且最近几年我们的电力能源更是供不应求,所以在电网建设的同时,研究采用新技术、新材料,节约电能在各类电气设备上的损耗。特别是在变频技术上有很大的突破和应用,一般电气设备都是以铜代铝,或采用损耗更小的合金材料。二、继电保护方面。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求,电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究,高等院校和科研院所起着先导的作用。目前,我国已经自行研制了输电线路微机保护装置,发电机失磁保护、发电机保护和发电机、变压器组保护,微机相电压补偿方式向高频保护,正序故障分量向高频保护等等微机保护装置,并在实际工程中得到了广泛的应用。至此,不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色,为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究,在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。对于继电保护技术未来趋势是向计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。随着工业生产的发展和科学技术的进步,工厂供电系统的控制、信号监测和保护,已开始由人工管理,就地监控发展为以工控微机为监控、调度中心向微机继电保护的方向发展,将变电所的控制、保护、信号显示、测量与调度5个方面的功能集于一体,所属的各变配电所或其它主要动力设备的运行情况实时进行监控,实时显示各主要设备的运行状态参数,准确记录事故前一段时间的运行状态及时间地点. 目前企业中的变电所仍沿用电磁继电保护方式运行,用全数字化微机保护与监控系统代替传统继电保护是变电所技术改造与发展的方向.经改造后的变电所其优越性主要是:(1)继电保护准确程度大大提高;(2)动作情况一目了然,便于观察,能随时反应现场电压、电流等主要参数,可实现人机共同操作;(3)能够反映并记录故障前一段时间的运行状态,准确地记录故障时的时间地点,便于分析和处理故障的起因;( 4)危险性不集中,下位微机互不影响。三、国内外变压器行业发展现状。本世纪以来,电力变压器原理未曾改变,随着年代的推进,先进的生产设备日臻完善,因而各项技术参数越来越先进。国外在世界范围内形成了几大集团:乌克兰扎布洛斯变压器厂,年生产能力100GVA;俄罗斯陶里亚第变压器变压器厂,年生产能力40GVA,ABB公司29个电力变压器厂年生产能力80-100GVA,英法GEC-Alshtom年生产能力40GVA,日本各厂总和(三菱、东芝、日立、富士)年生产能力65GVA,德国TU集团年生产能力40GVA。这些公司生产的已在系统运行的代表性产品;1150KV、1200M,735-765KV、800MV,400-500KV、3-750MVA或1-550MVA,200KV、3-1300MVA电力变压器;直流输电500KV、400MVA换流变压器。国内变压器厂均以成批生产500KVA级电力变压器,在500KVA系统中运行的,最长的已超过17年,经过不段的改进,其运行指标和进口变压器完全相当,总产量达150GVA。本次供配电设计主要以合理布局、科学规范为原则,符合可靠供电、经济技术的要求;符合工厂的总体规划。因此,认真研究工厂供配电设计工程,对于电力事业的发展有着重要的意义。限于本人能力有限,错漏在所难免,敬请原谅! 目 录第一章 概论.11.1 电力负荷的分级.11.2 负荷计算的目的与意义.1第二章 负荷计算及无功补偿.22.1 负荷计算.22.1.1按需要系数法计算负荷.22.1.2 低压侧各车间负荷计算.32.2 低压侧无功补偿62.2.1概述.62.2.2 控制无功功率的方法62.2.3 并联电容器接线方式及选择72.2.4 低压无功补偿装置的选择82.2.5 低压侧各需无功补偿车间补偿容量计算92.3 全厂负荷计算及高压无功补偿102.3.1 变压器功率损耗的计算102.3.2 高压侧无功补偿112.3.3 TBB型高压并联电容器装置简介122.3.4 全厂负荷计算表.132.4 车间变电所变压器的选择132.4.1概述132.4.2 电力变压器的联结组别.142.4.3 变压器容量的计算.142.4.4 变电所主变压器台数和容量的选择.152.4.5 电力变压器的经济运行162.4.6 变压器功率损耗的计算162.4.7 本次设计电力变压器的选择172.4.8本次设计电力变压器的选择举例182.4.9 S11-M系列电力变压器简介.18第三章 主接线及变配电所设计20 3.1工厂变配电所主接线设计.203.1.1 概述203.1.2 高压配电电压等级的选择203.1.3变电所电气主接线20 3.2 变配电所的任务与类型及所址选择.233.2.1变配电所的所址选择.233.2.2负荷中心的确定.23 3.3 变配电所总体布置的一般要求.263.3.1变配电所的总体布置要求.263.3.2控制室273.3.3高压配电室273.3.4变压器室.27 3.4高压配电所用电.28第四章 短路计算.284.1 短路的原因与后果284.1.1短路的原因.284.1.2 短路的后果.294.2 短路电流形式.294.3 短路电流的计算方法.304.3.1 各元件的短路电流的计算304.3.2采用标幺制法进行短路计算.304.4 三相短路电流的计算.324.5 两相短路电流的计算.36.4.6 短路电流的热效应和稳定度校验.384.6.1短路电流的电动效应和动稳定度.384.6.2短路电流的热效应和热稳定度.39第五章 厂区配电系统的电力线路.40 5.1高压线路的接线方式.40 5.2 电力线路的选择415.2.1电缆选择的一般规定425.2.2 电缆线路的结构和敷设42 5.3 电缆截面选择计算的条件.445.3.1按发热条件选择导线和电缆截面455.3.2按经济电流密度选择导线和电缆截面465.3.3 各车间变电所的电缆及高配所进线选择.47第六章 高压一次设备选择及校验.486.1 概述486.1.1电气设备选择的一般方法 .486.1.2 高压电气设备的校验原则496.1.3 高压一次设备的选择.516.2 高压开关柜.516.2.1 高压开关柜类型516.2.2 KYN28A-12(GZS1)金属铠装中置移开式开关柜简介.526.3 高压断路器选择与校验.526.3.1 高压断路器选择536.3.2高压断路器的校验546.4 高压熔断器的选择与校验.556.4.1熔断器熔体电流的选择566.4.2 熔断器的校验566.5 高压母线的选择与校验.576.5.1 母线的材料、结构排列方式的选择.576.5.2母线截面的选择方法.576.5.3 本设计的母线校验.586.6 支持绝缘子的选择与校验596.6.1 绝缘子型号的选择596.6.2绝缘子的校验.596.7 接地开关的校验606.8 互感器选择与校验606.8.1 概述.606.8.2 电流互感器的选择616.8.3 电流互感器的校验626.8.4 电流互感器接线形式的选择.636.9 电压互感器636.9.1 基本结构636.9.2 电压互感器的类型和型号636.9.3 电压互感器的选择64第7章 继电保护及二次接线设计65 7.1概述.65 7.2电力变压器的保护667.2.1 变压器的故障和不正常运行状态.677.2.2 变压器保护装设原则.687.2.3 变压器保护举例.68 7.3 6kV分段母线的保护及备自投装置设计697.3.1概述697.3.2保护配置697.3.3整定计算707.3.4 备用电源自动投入装置(APD)727.4压变的控制保护.737.4.1电压互感器二次回路的设计原则737.4.2电压互感器的接线方式选择747.4.3压变的保护功能757.5高压电机的控制保护.767.6直流系统的设计777.6.1新技术采用和产品特点787.6.2系统结构和特性787.6.3系统配置797.6.4对DCB502型直流屏蓄电池的选择.807.7高配综合自动化系统介绍807.7.1 MDU-02A配变保护测控单元介绍817.7.2 MDU-02D电动机保护测控单元介绍827.7.3 HE-2042 PT智能控制单元介绍827.7.4 HE-2030备用电源自动投入单元介绍.82 翻译文献(英译中)原文:Faultclearing Protective Relays(1) Overcurrent relayingSlowspeed relaysThe most obvious effect of a fault is to change the current in the faulted conductor from a normal value to an abnormally large oneTherefore it is not surprising that the earliest methods of clearing faults were based on the utilization of that effect(overcurrent)Early methods included fuses,circuit breakers withseries trip coils,and slowspeed overcurrent relays Slowspeed overcurrent relays are mostly of the induction typeTo obtain selectivity without unnecessarily long delay,such relays usually have a delay which varies inversely with the currentBoth time and current settings are adjustableSince the fault current decreases,on account of the increased impedance of the line between the fault and the sourceas the fault is mo,ved farther from the source of power,it follows that the relay operating time increases as the distance to the fault increases. The timedistance curves change with such conditions as connected generating capacity and the connection or disconnection of other transmission lines,and therefore,to ensure selectivity,curves should be checked for several conditions to ascertain thatunder the worst condition,an adequate interval exists between the operating times of relays 1 and 3,and, similarly,between each pair of relays on adjoining line sectionsCoordination may be accomplished by judicious choice of both time settings and current settings If the relay current changes but little with fault location,the curve of relay time versus fault position becomes more like curve a than ike curve bSuch a condition is likely to exist if the impedance of the protected section is small compared with the impedance between the generators and the protected section,as may well be true if the section is short and is fedsolely or principally from one endMoreover curve a may hold even though the relay current does change with fault location,if,as is usually true,the relays are operating on the minimum-time part of their timecurrent characteristicCurve a represents an undesirable condition when several protected line sections are in cascade,because the relay time of the linesnear the source of power becomes increasingly long If a line section is long or has power sources at each end,the relay current will vary considerably with fault locationBut,even if the current varies enough to give a curve like b,the operating time of a relay near the generator is usually somewhat longer than that of a relay farther from the generator,though not so much longer as in curve a By the use of graded time settings,overcurrent relays can always be made to work selectively on a radial transmission or distribution systemWith graded settings,and with the addition of directional relays,overcurrent relays can be made to work selectively on a loop system fed from one pointBut on a loop fed sometimes from one point and sometimes from another,or on a network more complex than a loop,it is difficuh,if not impossible,to choose settings for overcurrent relays so that the relays will work selectively for all fault locations and for all operating conditions译文:故障切除继电保护装置(1) 现在来谈谈过电流继电保护装置,特别是延时过电流继电保护装置。故障出现时,最明显的变化是故障导体中的电流由正常的电流值变为非正常的大电流。因此,故障切除所采用的早期方法就是以电流的变化为依据。早期所使用的手段包括熔丝、串联跳闸线圈断路器和延时过电流继电器。 延时过电流继电器大都是感应型,为了满足选择性和速动性,这种继电保护器通常具有反时限特性。时间和电流整定都具有可调性,由于故障电流较小,当故障离电源较远时,考虑到故障与电源之间线路的阻抗较大,继电器的动作时间会随着故障距离的增加而延长。 时间与距离曲线是依据连接的发电容量与以其它线路连接或中断的状态而变化的。因此,为确保选择性应校验曲线,保证在严重的状态下,继电器#1和#3动作时间之间有适当的时间间隔。在相邻的线路上每一对继电器之间也同样要有时间间隔,这种配合通过恰当选择时间与电流的整定值来完成。 假如继电器中的电流由于故障而改变,但变化不大,那么故障点对应的时间的曲线变化与a曲线更相像。假如被保护线路的阻抗与发电机和保护线路之间的阻抗相比较小时,就能呈现与a曲线相似的这样一种状态。如线路较短,又是单电源供电或主要从一端供电,情况也是如此。此外,即使继电器中的电流随故障点变动而改变,a曲线仍可能保持不变。如果继电器进行瞬时动作,通常情况也是如此。当几条被保护线路进行串联时,a曲呈现着不理想的状态,因为靠近电源的线路继电器动作时间相应变长。 如果一条线路较长或每一端都有电源,继电器的电流就会随故障点的不同将作相应的改变。但即使电流的改变足以像b曲线,靠近发电机的继电器动作时间也比距发电机较远的继电器动作时间长,但不如a曲线的时间长。 通过采用阶段时间配置,过电流继电保护装置能在输电系统或配电系统中有选择性地工作,使用阶段配置并利用方向性继电器,过电流继电器从单电源供电系统中有选择性地工作,但在单回线从一端或从另一端供电的线路中,或在一个比一条线路更复杂的网络中,要想使这种继电装置对一切故障和动作状态进行选择性工作,对过电流继电装置的整定值的确定,将不是一件容易的事原文:Faultclearing Protective Relays(2) Highspeed relaysIt has already been noted that the relay current during a fault usual1y decreases as the distance to the fault location increasesWhen this location is exactlv atthe far end of the protected section,the relay current has fl certain value,and,provided thatother conditions are constant,fl relay current exceeding this value is fl certain indication of afault in the protected sectiona condition for which the circuit breaker should be trippedTripping may be accomplished under these conditions by the use of fl highspeed overcurrentrelay having a pick-up current equal to the current produced by fl fault at the distant end ofthe sectionIn practice,the balance point of the relay(that is,the fault location that willjust make the relay pick up)must be somewhat closer than the distant end,for reasons a1一ready discussedThe contacts of the highspeed relay are connected in parallel with the contacts of a slow-speed overcurrent relay so that。either relay can trip the circuit breakerFauItscloser to the relay location than the balance point of the highspeed relay are cleared by thisrelayClearing of faults farther away(that is,in the end zone)and backup protection of thenext section are accomplished by the slowspeed relay The chief weakness of highspeed overcurrent relaying is that the balance point varieswith the type of fault and with conditions outside the protected section,such as the connected generating capacity and the opening or closing of other transmission linesFor example。athreephase fault usually results in greater fault current than a lineto:line fauIt at the sameplaceHence,in order to produce equal currents in an overcurrent relay,the three-phasefault must be farther from the relay than the line-toline faultIn other words,the balancepoint for a threephase fault is farther from the relay than is the balance point for a line-toline faultAgain,the additional generating capacity,or the closing of an additional transmission line,may decreasfi the impedance between the sources of power and the fauIt positionthereby increasing the fault current for a given type and location of fault,or,in other words,shifting the balance point farther away from the relayTo assure selective relay action。thebalance point must never be permitted to move OUt of the protected section under the mostsevere fault conditionsIf the highspeed overcurrent relay is set so that this danger is avoided,then the balance point must shift and cover fl considerable distance towards the relav un-der less severe fault conditions,giving a long end zone,in which faults are cleared with delay,and a shortperhaps Vanishingzone in which fauIts are cleared rapidlyIt is apparent that highspeed overcurrent relays can not be depended upon to clear faults consistently over a large portion of the line unless external conditions are fairly constantNevertheless,the addition of a highspeed overcurrent relay to an existing slowspeed overcurrent relay installation will effect more or less improvement in the average speed of clearing faults译文:故障切除继电保护装置(2)瞬时电流速断保护:继电器中的电流随着故障点离保护装置外的距离的增加而减小,当故障恰好发生在速断保护区末端时,继电器的整定值固定。假设其他条件不变,如果流过继电器的电流超过这个整定值,那就表明故障一定在本保护区内,断路器应跳闸。跳闸动作时通过瞬时电流速断实现的,即继电器的整定值与被保护线路末端的故障电流要相等。实际上,继电保护的动作边界(使继电器恰好动作的故障点)必须比末端距离近些。详细的原由已作过论述。瞬时保护装置的触点是与延时保护装置的触点并联的,为的是任何一段保护动作都能使断路器跳闸。当故障在瞬时电流速断保护区内时,该故障由瞬时速断保护切除,而对于远距离故障的切除(即末端线路上)和对下一段线路的后备保护则是由延时保护完成的。 瞬时过电流保护器的主要缺点,在于动作边界随故障类型和被保护线路以外的各种条件的变化而改变。诸如:机组并列增加发电容量和其它输电线路的打开与闭合。例如,三相电故障比在同一地点的相间故障通常导致更大的故障电流。因此,为了使过电流器中的电流相等,三相故障点必须比相间线路故障点距继电器的位置要远。也就是,三相故障的动作边界比相间故障的动作边界离继电器远。另一方面,增加发电容量或关闭附加输电线路会减少电源与故障点间的阻抗,因而在给定故障类型和故障点的情况下,增大故障电流。换句话说,让动作边界离继电器更远。为获得继电器保护的选择性,动作边界在最严重的故障状态中进行整定,决不允许超出被保护线路以外。如果安装瞬时速断保护,这种情况就可以避免(动作边界超出被保护线路之外)。故障不严重,动作边界相应地缩小。在末端很长范围内的故障要由延时保护器切除在短的(或许已有消失的)范围内,故障可被迅速切除。除非外部条件相当稳定,显然不能完全依靠瞬时过电流保护器连续大范围地进行故障切除。然而,在延时过电流继电器上装配瞬时过电流继电器将会相应提高故障切除速度。
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