110kV输电线路继电保护设计.doc

31 目录目录1摘要：2Abstract3引 言4第一章 继电保护的概述51.1 两种电网保护原理51.2继电保护的基本要求5第二章 110KV输电线路的保护类型6（4） 零序电流保护6第三章 设计数据分析及参数计算7第四章 系统各元件参数的计算84.1 各基准值的计算84.2 计算各元件等值电抗84.3 变压器各端等值电抗计算94.4 发电机电抗的计算 94.5 最大负荷电流计算95.1短路电流计算的目的115.2 各短路点电流计算11第六章 距离保护整定计算及配置186.1 距离保护基本原理186.2 I段阻抗的整定186.3 II段阻抗的整定196.4 III段阻抗的整定196.5系统各断路器参数值的整定20第七章 三段式电流保护的整定计算227.1 线路I各电流的整定计算23第八章 零序电流保护的整定计算258.1 零序电流保护的工作原理258.2 零序电流整定计算268.3 零序电流保护优点26第九章 自动重合闸279.1 自动重合闸的原理与要求279.2 线路单侧有电源的自动重合闸279.3 线路两侧都有电源的自动重合闸27第十章 结论28参考文献291110kV输电线路继电保护设计专业：电气工程及其自动化 学号：7022815010学生姓名：陈良 指导教师：杜蒙祥摘要：在电力系统正常运行和维护中继电保护装置起着很重要的作用，其技术的发展对电力系统也起着深远的影响；可以说继电保护是电力系统运行的重要基础。本次设计是围绕110kv输电线路继电保护设计而进行的，重点介绍线路的电流速断保护和定时限过流保护的作用原理、范围，动作时限的特性，整定原则等，同时又对输电线路进行了短路计算及其保护的整定计算，灵敏度校验和动作时间整定，通过计算和比较从而确定了输电线路保护的选型。相辅也介绍了输电线路的其他几种保护，如接地保护，距离保护，纵差保护和高频保护，简单介绍了这几种保护的工作原理组成部件，整定计算，影响因素等方面。通过对输电线路继电保护的设计使得输电线路在电网中能更加安全的运行。所以为保障电力系统的正常使用与安全运行，就必需要对继电保护有相当深刻的认识与了解。所以如何确保继电保护的有效性和可靠性，是电力系统继电保护设计者应该重点学习和了解的。关键词：继电保护，整定计算，短路电流 Design of relay protection for 110 kV transmission lineAbstract: Relay protection can ensure the normal operation of the power system. When short-circuit fault occurs in the electrical equipment in the system, it can automatically, quickly and selectively remove the fault elements from the system, so as to prevent the failure elements from continuing to be destroyed and ensure the normal operation of other fault-free parts. the main raw data.This focuses on the relay protection of 110KV transmission line. It mainly introduces the function principle, protection scope, characteristics of action time limit and setting principle of unlimited current and fixed time overcurrent protection of transmission line, and short circuit of transmission line. The selection of transmission line protection is determined by calculating and comparing the setting calculation of quick-break protection and fixed-time over-current protection, sensitivity checking and operation time setting. In addition, several other protections of transmission lines are introduced, such as grounding protection, distance protection, longitudinal differential protection and high frequency protection. The working principle, components, setting calculation and influencing factors of these protections are briefly introduced. Through the design of transmission line relay protection, the transmission line can operate safely in the power grid.Key words: Relay protection, setting calculation, short 引 言电力系统的规模随着时代的发展越来越大，结构越来越复杂。运行就得要求具有可靠电能质量。由于各种因素的影响，可能会导致电力系统故障或不正常运行状态的发生。事故是指大面积停电或者用户侧电能质量下降，威胁人身安全或造成电力设备损坏。为了在最短时间内切除故障，最大限度减小危害，就需要安装继电保护装置，它是一种应对事故的措施。只有满足以上要求才能最大限度地保证对用户连续安全的供电，特别是对于I、II类负荷，将损失降到最低。  第一章 继电保护的概述1.1 两种电网保护原理 1.1.1单侧电源的保护参数：电压、电流、阻抗、阻抗角1.2.1 双侧电源的保护以A-B为例：正方向：母线流向线路不同故障采用的保护类型是不同的例如：过流保护是应对保护电流增大而发生的故障；低压保护是应用于保护电压降低的故障；电压电流之间相位角发生变化则使用方向保护；差动保护一般用于变压器以及超高电压等级线路的保护。1.2继电保护的基本要求 （1）选择性：有选择的将故障切除，缩小停电范围，使正常部分继续运行。（2）速动性：根据要求能够快速的将故障切除，提高并列运行稳定。（3）灵敏性：保护范围内对各种故障的反应能力，校验时过量保护选取最小运行方式，欠量保护选取最大运行方式。（4）可靠性：指的是保护该动作时不拒动，不该动作时保护不误动。第二章 110KV输电线路的保护类型（1） 三段式电流保护电流I段：其动作电流是按照躲过最大运行方式下下条线路首端的最大短路电流来整定的，其动作能满足选择性但无法保护全线路。电流II 段：其保护首先应与下一线路的I段进行动作值的配合整定，其保护范围不可超过下一段电流I段的保护范围，所以其动作要比下一线路动作大一个时限。电流III段：其动作的选择性主要通过动作时限配合来完成，动作电流值一般较小，一般通过最大负荷电流来整定的，与其他两段相比其灵敏度最高但是动作时限较长，且短路点越靠近电源时限越长，一般只能作为后备保护。 对于反应电流增大的保护通常采用较为简单的三段式电流保护，其各阶段的动作是由电流的整定和时限的配合完成的。其结构比较简单，运行维护方便，容易受运行方式的影响，对于35kv以上线路只能作为后备保护。 （2）低压保护当线路故障时，各变电所母线电压有不同程度的减小，离短路点越近，电压越小，短路点电压最低。当电压降低时低压元件就会启动保护使得保护动作，因此构成低压保护。（3）距离保护 对于110KV的输电线路通常采用三段式相间距离保护作为主保护。 距离保护是对于保护安装处与故障处间阻抗而动作的保护。是属于单端的测量保护，为低量保护，也采用三段式，可分为相见距离保护以及接地距离保护。（4） 零序电流保护 阶段式零序电流保护其保护与三段式电流保护过程相似，对于110KV输电线路其作为后备保护，只是零序电流保护只是对于对于电流的其中一个分量而言的。对于本设计要求对其所选择的保护方式进行整定计算并保证其灵敏度也满足要求。（5） 光纤差动保护 对于110KV输电线路保护其通常作为主保护，目前一般采用分相差动，它能够正确的区分出输电线路保护范围内部和外部的故障，其容量大，不易受到干扰且还有自选相功能。第三章 设计数据分析及参数计算设定基准容量基准电压(各恻 分别为115，37，10.5)，系统元件的主要技术参数. (1)线路阻抗： 忽略线路电阻，取, X 0=1.2/km， (2)发电机各参数： G1、G2 : G3 ： (3)变压器： 接线形式 发电机组 1、2 ： 发电机组 3 ： 变电站 B、C ： 变电站 D ： 31第四章 系统各元件参数的计算4.1 各基准值的计算 如图3.1所示设定线路长度AB=50KM AC=90KM BC=40KM CD=25KM 线路单位电抗为0.4假设，。则; 电压标幺值:。4.2 计算各元件等值电抗(1) 线路AB等值电抗计算：零序电抗：(2) BC等值电抗正序以及负序电抗: 零序电抗：(3) 线路AC等值电抗正序以及负序电抗：零序电抗：(4)线路CD等值电抗计算正序以及负序电抗：其零序阻抗为：4.3 变压器各端等值电抗计算 (1) 变压器T1、T2电抗值 (2)变压器T3等值电抗计算 (3)变压器T4、T5、T6、T7等值电抗计算： (4)变压器T8等值电抗计算： 4.4 发电机电抗的计算 G1、G2电抗计算： G3电抗计算：4.5 最大负荷电流计算(1) B、C母线最大负荷电流(2) D母线最大负荷电流第五章 短路电流的计算5.1短路电流计算的目的（1）短路电流计算结果是作为设备选择的重要依据。（2）能够更合理的配置各种保护以及参数的正确整定。（3）进一步确定是否需要采取措施来限制短路电流。（4）确认电气接线的方案。图5.2 电网等效电路图5.2 各短路点电流计算最大运行方式的短路：最小运行方式下的两相短路：最大运行方式的短路电流值为最小运行方式短路电流值的两倍。保护处的短路电流计算：图5.1 短路等效网络图最大工作模式短路：最小的电路运行方式下的两相短路：由501同理可得： 图5.2 两相短路的零序等值网络图 D3短路流经保护503的短路计算：图5.3 d2短路的等值网络图最大工作模式短路：最小工作模式下的两相短路：同上 图5.5 最大运行方式下短路的网络图最小运行方式下的两相短路： 图5.6 最小运行方式下短路的等值网络图D5短路流经保护504的短路计算：图5.7 短路等效网络图最大工作模式短路：最小工作模式下的两相短路：同样的道理由可得：两相短路电流的零序电流：图5.8 两相短路零序等值网络图 短路流经保护的短路计算：图5.9短路的等值网络图最大运行方式的短路：最小运行方式下的两相短路：两相短路电流的零序电流：图5.10 双相短路零序等效网络 短路保护短路计算：图5.11 短路等效网络最大工作模式短路：最小工作模式下的两相短路：第六章 距离保护整定计算及配置6.1 距离保护基本原理是对于保护安装处与故障点间阻抗而动作的保护。且越靠近保护安装处其测量阻抗越小，是属于单端的测量保护，为低量保护，也采用三段式，可分为相见距离保护以及接地距离保护。 （a） （b） 图6.1 距离保护接线图（a） 原理图 （b）展开图 KA-电流继电器 KW-功率继电器 KR1、KR2-阻抗继电器 KT1、KT2-时间继电器 KS1、KS2、KS3-信号继电器 6.2 I段阻抗的整定()由图6.1接线图可得线路AB的I段动作阻抗为躲过AB线路末端短路的测量阻抗 图6.2 电力系统接线图 S6.3 II段阻抗的整定由接线图可得线路AB的II段的阻抗整定值为躲过BC线路I段末端短路的测量阻抗 （2） 系统变压器的整定阻抗值（3）根据以上公式及数据分别算出线路以及变压器的整定值并取两者中整定值较小的最为距离II段最终整定值。2. 时限 3.校验灵敏度 如算出敏感度与系统要求不符合，则可以提高一个动作时间即线路BC的II段相配合，即6.4 III段阻抗的整定1.通过线路AB中的最小负荷阻抗来整定的 2 时限 3灵敏度校验 近后备： 远后备 ： 分支系数按最大值考虑。6.5系统各断路器参数值的整定段：动作时限：段：其中：其中：与下一线路AB整定： 其中：动作时限：取上述计算值最小者作为最终整定值。灵敏度校验： 符合要求。第段：时限：则最终时限为2.5s灵敏度校验：AB线路末端灵敏度：BC线路灵敏度： 第七章 三段式电流保护的整定计算 （a）原理图 （b）展开图已知第线路出现的有关网络参数如下：系统容量：最大运行方式180MVA，最小运行方式120MVA；线路AB上最大输送功率为10MW，功率因数为0.85；长度为30KM；单位阻抗为0.40/KM。根据题目已知条件， 计算各种运行方式下的阻抗。取系统平均电压 U=115KV， 可得 7.1 线路L1各电流的整定计算（1）电流I段整定 B 1点短路时的最大短路电流：电流段整定值计算：由于瞬时电流速断保护只作为辅助保护，故无需校验灵敏度。（2）电流II段与下一段线路的I段进行保护配合（3）灵敏度检验 灵敏度计算值与预期结果不符合所以改选用动作电流0.48kA进行校验。灵敏度检验计算值符合要求，动作时间取2s。（3）电流III段选用线路最大负荷电流，其值为： 灵敏度校验1）作为线路I的近后备其灵敏度为 2）作为线路I下一线路的远后备其灵敏度为 通过以上整定计算数据可得出其满足系统过电流继电保护的要求，动作时限按照阶梯原则。第八章 零序电流保护的整定计算8.1 零序电流保护的工作原理 对于110kV等级属于大电流接地系统，当此系统发生接地故障时就会出现零序分量，零序电流保护就是利用这些分量构成的。所以此保护对于中性点直接接地系统发生的故障具有较好的保护效果。8.2 零序电流整定计算 对图3.1中输电线路L4零序电流保护的整定计算： 零序电流段的整定1、 躲开线路末端短路时的最大零序电流。即 流过保护的最大零序电流；可靠系数：2、 躲开断路器触头不同时合闸时的最大零序电流。 ；不同期重合闸时最大零序电流。 当两相断线，两侧电源相位差为时，流过7的零序电流： 当一相段线，两侧电源相位差为时，流过7的零序电流：.取上述结果大的即.所以最终整定值为：因为L4为图3.1中最后一回线路，故无需对其零序保护进行整定。8.3 零序电流保护优点 1、动作可靠，工作原理及构成比较简单。 2、灵敏度较高 3、具有连续动作的特性且保护范围比较稳定。 4、对于过度电阻的影响较小。 5、在近区故障时可快速动作=第九章 自动重合闸9.1 自动重合闸的原理与要求自动重合闸的原理是在规定设置的时间内将因故障跳开的断路器再次合闸使得对于瞬时性故障能够在短时间内恢复供电，对于断路器跳开后故障消失的情况自动重合闸可以保证供电可靠性可以将因停电造成的损失降到最低，自动重合闸还可以纠正因断路器本身的缺陷误跳闸等。但对于合闸后故障仍然存在的情况，自动重合闸会使得系统再次遭受电流冲击，容易使断路器寿命缩短。自动重合闸的基本要求：当断路器跳闸时，在短时间内重合闸自动合闸。当断路器断开，操作人员通过人工操作或由遥控器断开时，重合闸应闭锁。当故障切除后，在满足重合的条件下，重合闸应尽快重合，减少因停电造成的损失。9.2 线路单侧有电源的自动重合闸当重合闸存在于只有单个电源的线路其动作方式一般采用三相一次重合闸:当线路上某处发现短路时，继保装置跳开三相断路器，在一定时限内重合闸合闸。如果故障消失且系统能继续运行则表明重合闸成功，如果故障仍然存在此时三相断路器会再次跳开且重合闸不再作用。9.3 线路两侧都有电源的自动重合闸应用重合闸装置时，我们需要考虑以下条件，除了基本要求，还需要满足以下的要求：（1）当电路处于故障时，线路两侧的保护很可能在不同的时间限制下断路器两侧的保护。（2）在某些情况下，当线路发生故障时，断路器两侧断开，电源线两侧之间可能不同步。在断路器合闸合方必须保证两路电源之间的同步条件，或是为了验证是否允许非同步重合闸。由此，我们可以知道，双电源线对三相自动开关，应根据电网的连接和运行方式不同，使用不同的方法。第十章 结论对于110kv的输电线路，三段式电流保护不能作为主保护，只能作后备保护。其优点是结构比较简单，易于检修和调试。它的缺点是受系统运行方式变化的影响较大。一般应用于电压等级较低的单侧电源辐射电网。零序电流保护比相短路电流保护更为灵敏。对于零序列的一个段落，作为零序列的阻抗的线是大于的正的序列阻抗，所以前后两端电流大小的变化会比较大。相比于相间保护，零序电流保护的动作时间更短；对于系统的振荡和负荷，零序电流保护可能会使得保护误动；零序功率方向保护不存在动作死区，电压断开，不会产生误操作；接线相对来说也简单可靠。它的缺点就是不能反应相间短路的情况。距离保护的优点：为了使复杂的电网安全可靠的运行，保护动作时能够满足选择性的要求，所以对于110kv线路一般采用距离保护作为主保护，与电流保护相比其具有更高的灵敏度，且能应用于更高的电压等级网络。一般情况下其保护不受系统运行方式等系列因素的影响，通过在操作系统的变化和影响电流保护比相对较小，区域保护是相对比较稳定的。主要缺点：无法实现全方位的瞬态。对于双边电力线路，将有一个全范围30%至40%的一段时间跳闸，这对于超高压长距离输电系统的高稳定性的要求是不可接受的。阻抗继电器本身是比较复杂的，是增加功率摆阻装置，电压有关锁定装置，使距离保护装置的调试过程会比较麻烦，可靠性，相对而言是很低的。 本设计主要是针对不同运行模式下输电线路的分析和各种短路故障的整定计算，使其具有保护作用，不同种类的故障和事故发生时的网络系统，紧紧围绕继电保护的四种性质：选择性、速动性、灵敏性及可靠性。而这一设计不仅仅局限于线路，此外对变压器和机组的保护也阐述了相应的观点。 参考文献1 陈国炎. 广域后备保护原理与通信技术研究D.华中科技大学,2012. 2 邓星. 同杆并架线路继电保护与故障测距新技术研究D.华中科技大学,2012. 3 吴旭. 基于N-k故障的电力系统运行风险及脆弱性评估D.华北电力大学,2013. 4 刘矞. 高压电网继电保护及故障信息系统的研究D.山东大学,2007. 5 梁志雄. 高压输电线弱电强磁建模及距离保护整定优化D.广东工业大学,2008. 6 李保柱. 地区电网继电保护整定计算软件的设计研究D.华北电力大学（河北）,2008. 7 俞淑军. 县级电网继电保护整定及相关问题探讨D.华北电力大学,2014. 8 冯伟明. 考虑冰灾的电网运行风险评估及网络化保护D.哈尔滨工业大学,2014. 9 沈倩. 济南电网各电压等级保护优化配置及整定计算研究D.山东大学,2014. 10 张禄亮. 输电线路继电保护新算法及其在片上系统的实现D.华南理工大学,2014. 11 王慧芳. 电网继电保护整定技术及基于多agent的保护新方法研究D.浙江大学,2006. 12 孟繁丽. 10kV配电线路微型机继电保护的研究D.吉林大学,2007. 13 钱军. 图形化地区电网继电保护整定及仿真智能系统的研究D.湖南大学,2007. 14 陈业宏. 基于广域信息的T接线路保护的研究D.华南理工大学,2012. 15 吴科成. 分层式电网区域保护系统的原理和实现D.华中科技大学,2007. 16 张央. 地区电网继电保护整定计算若干问题研究D.华中科技大学,2007. 17 陈湘波. 图示化短路计算与保护整定一体化软件研究D.湖南大学,2004. 18 李渊,蔡泽祥,曾伟东,李清波,房若季. 地区电网图形化综合故障分析与继电保护测试软件研究J. 电力自动化设备,2007,01:46-49+52. 19 黄雄. 超高压输电线路微机保护与故障测距新技术研究D.华中科技大学,2004. 20 马宝明,田振华,闫乐. 乌海电网35kV及以下线路继电保护整定软件的开发设计J. 内蒙古电力技术,2014,01:39-42.