110KV线路继电保护设计.doc

课 程 设 计（ 2009级本科） 题 目：110KV线路继电保护及其二次回路设计 系（部） 院： 广西工学院鹿山学院 专 业： 电控系楼宇091 作 者 姓 名： 高闽玥 学 号： 20090306 指 导 教 师： 李梦和 完 成 日 期： 2012年1 月3日 二一二 年 一 月目录1、摘要及关键词1.1摘要：1.2关键词2、 引 言3、电网距离保护整定计算的准备工作3.1、概述3.2 、整定计算的工作步骤3.3 、电网的原始数据4、 短路电流计算4.1 短路计算的假设条件4.2运行方式的确定原则4.3系统的运行方式4.4发生短路时流过断路器 5、距离保护的原理6、距离保护的整定计算6.1、距离保护段的整定计算6.2、距离保护段的整定计算和校验6.3、距离保护段的整定计算和校验7、 设计总结8、参考文献9、CAD原理图110KV线路继电保护及其二次回路设计1、摘要及关键词1.1摘要：电力系统的快速发展对继电保护不断提出新的要求，特别是在高压且复杂的电网中，各种保护都具有其重要性。距离保护作为一种性能较完善的保护装置，它可以应用在任何结构复杂、运行方式多变的电力系统中，能有选择行的、较快的切除相间故障。根据继电保护装置在电力系统中的应用，本设计详细介绍了220kv高压电网中距离保护的整定配置。首先，本文将概述本课题将要研究的电网，并利用PSASP电力系统综合分析程序绘制电网图和计算出参数，以及作整定计算的准备工作。其次，本文将简要叙述潮流分布计算的结果以及短路电流的举例计算，为距离保护的整定计算作好准备。本文将详细阐述距离保护的原理、配置的基本原则以及计算原则，并对本课题研究的电网中各线路进行整定计算分析。最后，本文将详细阐述距离保护的原理、配置的基本原则以及计算原则，并对本课题研究的电网中各线路进行整定计算分析1.2关键词: 潮流分布，短路电流计算，距离保护，整定计算2、 引 言电力系统继电保护作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的电力系统继电保护这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力3、电网距离保护整定计算的准备工作3.1、概述本次整定计算的电网电压等级为220kv，电网结构较复杂，属于多电源网络，包括多电源的环网以及由零序互感的双回线，每一变电站母线上都有较大的系统，运行方式变化复杂。110kv的高压电网，由于中间变电所对故障电流的分流作用大，线路距离较长，符合较重要等原因，往往不可能由相邻元件的保护装置实行安全的远后备作用。为了保证区内故障保护装置不拒动，采用两套原理不同的高频保护装置作为全线速动的保护。常规高频保护的配置中，采用高频闭锁距离、高频闭锁零序电流方向保护作为一套原理的主保护，另一套高频保护选择的是高频负序方向保护。另外在220kv电网中，一般装设断路器失灵保护，当控制故障设备的断路器拒绝动作时，它能用最短的延时跳开同一母线上的其它断路器，对于中间变电站的主变压器装设差动保护装置。110kv电网为中性点直接接地电网，对于系统中发生的接地故障，必须配置相应的保护装置。一般装设多段式零序电流方向保护，根据重合闸方式的不同，零序电流方向保护可采用三段式或四段式，根据非全相运行时，线路零序电流大小的不同，零序电流保护可能有两个一段或两个二段。对重要线路，零序电流保护的第二段在动作时限和灵敏系数上均应满足一定要求。当电网结构比较复杂时，运行方式变化又很大时，零序保护的灵敏度可能变坏，应考虑选择接地保护，以改善接地保护性能，但是为了保护经高阻抗接地故障时相邻线路有较多的后备保护作用，同时也为选择性的配合，在装设接地保护的线路仍设有多段式零序电流方向保护。110kv电网中，采用多段式的相间距离保护作为相间主保护的后备保护。在本次设计的电网中，双回线按单回线处理，不宜采用横差保护和平衡保护。110kv电网，由于输送功率大，稳定问题突出，一般采用综合重合装置，用综合重合闸的不同保护接入端子实现与保护装置的合理配合。110kv电网保护配置如下：1、主保护：高频闭锁距离保护和高频闭锁零序电流方向保护、高频相差保护。2、后备保护：相间距离保护用来保护相间故障，零序电流方向保护用来保护接地故障。3、采用综合重合闸装置。3.2 、整定计算的工作步骤进行整定计算的步骤大致如下：（1）按继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式，选择短路类型，选择分支系数的计算条件。（2）进行短路故障计算，录取结果。（3）按同一功能的保护进行整定计算，本课题主要按距离保护进行整定计算。选取出整定值并做出定值图。（4）对整定结果分析比较，重复修改，以选出最佳方案。最后应归纳出存在的问题，并提出运行要求。（5）方案的评价及改进方向。3.3 、电网的原始数据11kv的电网图如下图所示为本次设计利用PSASP电力系统综合分析程序，绘制出研究所要用110kv电网图4、短路电流计算4.1 短路计算的假设条件1、忽略发电机、变压器、架空线路、电缆线路等阻抗参数的电阻部分，并假设旋转电机的负序电抗等于正序电抗。2、发电机及调相机的正序阻抗课采用t=0时的瞬态值。3、发电机电动势标么值可以假定等于1，且两侧发电机电动势相位一致，只有在计算线路非全相运行电流和全相震荡电流时，才考虑相线路两侧发电机综合电动势间有一定的相角差。4、不考虑短路电流的衰减，不计短路暂态电流中的非周期分量，但具体整定时应考虑其影响。5、各级电压可采用计算电压值或平均电压值，而不考虑变压器电压分接头实际位置的变动。 6、不计线路电容和负荷电流的影响。 7、不计故障点的相间电阻和接地电阻。4.2运行方式的确定原则 继电保护整定计算用的运行方式，是在电力系统确定好运行方式的基础上，在不影响继电保护的保护效果的前提下，为提高继电保护对运行方式变化的适应能力而进一步选择的，特别是有些问题主要是由继电保护方面考虑决定的。例如，确定变压器中性点是否接地运行，当变压器绝缘性能没有特殊规定时，则应以考虑改善零序电流保护性能来决定。整定计算用的运行方式选择合理与否，不仅影响继电保护的保护效果，也会影响继电保护配置和选择的正确性。确定运行方式变化的限度，就是确定最大和最小运行方式，它应以满足常见运行方式为基础，在不影响保护效果的前提下，适当加大变化范围。其一般原则如下：第一，必须考虑检修与故障两种状态的重迭出现，但不考虑多种重迭。 第二，不考虑极少见的特殊方式。因为出现特殊方式的机率较小，不能因此恶化了绝大部分时间的保护效果。必要时，可采取临时的特殊措施加以解决。4.3系统的运行方式在本设计的电网中，最大、最小运行方式的选择，目的在于计算通过保护装置的最大最小运行短路电流。在线路末端发生短路时，流过保护的最大最小短路电流与系统的运行方式和算路类型电流分配系数这些因数有关。系统中对于单侧电源的辐射线路AB ，最大运行方式是在电源在第一种开机运行以及系统中所有线路和选定的接地中性点均投入的条件下决定的。而最小运行方式则是在第二种开机情况和双回线路BC单回线运行条件下考虑。对双侧电源和多侧电源的环形网络中的线路中，电源在第一种开机运行情况和环网开环，且开环点在该线路相邻的下一级线路上运行决定最大运行方式的。电源在第二种开机情况和线路闭环运行，停运该线路背后可能的机组和线路运行时决定最小运行情况。对于双回线路BC，除考虑上述情况外，还要考虑双回线保护的接线方式。当双回线路分别装设保护时，单回线运行为保护的最大运行方式；双回线路同时运行为保护的最小运行方式。当双回线路接一套电流保护时，情况刚好相反。保护的运行方式确定后，还要很具选择保护方式的需要选择短路点，然后再进行短路电流的计算。4.4发生短路时流过断路器1 (1)最大运行方式正序短路电流其中：Xff6=XdT+XL1+XL2=0.18255+0.1512+0.121=0.45475Id6max*=E/Xff6=1.05/0.454752.309Id6max=Id6max*IB=2.3090.5021.159KA(2)最小运行方式短路正序短路电流X2 =(XL1+XL2)XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2=0.1361Xff6=Xd1+X2=0.18255+0.1361=0.31865If(3)*= E/2Xff1=1.05/20.31865=1.648流过断路器1、2、3、4、5和6的三相短路电流为：If(3)=If(3)*IB=1.6480.502=0.827KAIf(2)*=1.732E/4Xff1=1.7321.05/40.31865=1.429流过断路器1、2、3、4、5和6的二相短路电流为：If(2)=If(2)*IB=1.4290.502=0.7163KA (3)最大运行方式两相短路零序短路电流图3.2.6短路等值电路X2(0) =(XL4(0)+XT8)XTC/(XL4(0)+XT8+XTC)=0.2061X1(0) =(XL1(0)+XT)XTB/(XL1(0)+XT+XTB) =0.1654Xff5(0) =(XL2(0)+X1(0)X2(0)/(XL2(0)+X1(0)+X2(0)=0.1483Iff6(0)*=E(0)/Xff5(0)=1.05/0.1483=7.082Iff6(0)=Iff5(0)*IB=7.0820.502=3.555KA 5、距离保护的原理 电流保护的主要优点是简单、经济及工作可靠。但是由于这种保护整定值的选择、保护范围以及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响，所以，在35kV及以上电压的复杂网络中，它们很难满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求。为此，就必须采用性能更加完善的保护装置。距离保护就是适应这种要求的一种保护原理。如图1.1所示，假设各保护测量元件的输入不只是电流或电压，而是该处的母线电压和流过该线路上的电流，定义保护安装处的母线电压（称为保护的测量电压）和流经该线路的电流（称为保护的测量电流）之比为保护的测量阻抗，即 （5.1）图1.1 距离保护的作用原理图在正常工作情况下，（母线的工作电压），（线路的负荷电流），此时保护测量元件的测量阻抗为负荷阻抗，即 （5.2）显然正常运行时母线上的工作电压在额定值附近，一般说，线路的负荷电流相对于短路电流要小很多，故线路在负荷状态下的测量阻抗值较大，且其角度为负荷功率因数角。例如，当线路的负荷功率因数为0.9时，负荷功率因数角。当AB线上K1点发生金属性三相短路时，在保护1处所测量的阻抗等于该处母线残余电压与流经该保护的短路电流的比值，即为短路阻抗ZK1，有 （5.3）式中，点短路时，保护安装处A母线的残余电压；流过故障线路AB的短路电流。ZK1故障点至保护安装处的线路阻抗，其阻抗值小而阻抗角（称为短路阻抗角）等于线路阻抗角。 通过适当选择距离保护的接线方式，使得短路时测量阻抗的大小与短路点到保护安装处的距离成正比，即 （5.4）式中，从故障点至保护安装处母线A的距离；线路每千米的正序阻抗。从以上分析可知，电网短路时测量阻抗有以下特征：第一，由保护安装处的测量阻抗能区分线路在正常状态还是故障状态，两种状态下测量阻抗在幅值和角度上均有明显的差别；第二，由保护安装处的测量阻抗Zm能区分故障点的远近，故障点离保护安装处的距离越远，测量阻抗Zm越大，反之，3测量阻抗越小；第三，金属性短路时的测量阻抗只与故障点至保护安装处的距离有关，而与系统运行方式无关。为了区分故障点在保护范围内还是在保护范围外，可根据选择性和灵敏度要求事先给定距离保护的保护范围，与这个保护范围对应的保护安装处至保护范围末端的线路阻抗称为距离保护的整定阻抗，用Zset表示，如图4.1所示。可见，距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的核心元件为阻抗元件（传统上称阻抗继电器），它可根据施加的电压和电流测得保护安装处至短路点间的阻抗值，即为测量阻抗。当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增长，这样就保证了保护有选择性地切除故障线路。6、距离保护的整定计算6.1、距离保护段的整定计算(1)动作阻抗 对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。取KK=0.85Zdz=KKZL1=0.8520=17；(2)动作时限 距离保护段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t=0s。6.2、距离保护段的整定计算和校验(1)动作阻抗：按下列三个条件选择。与相邻线路L2的保护的段配合 Zdz=KK(ZL1+KKfhminZL2)式中，取K=0.85, KK=0 .8，Kfhmin为保护7的段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。当保护7的段末端发生短路时，分支系数为：Kfhmin=IL3/IL4=1于是 Zdz=KK(ZL1+KKfhminZL2)=0.8(20+0.85116)=26.88；按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定 Zdz=KK(ZL1+KfhminZTC)式中，取KK=0 .8，Kfhmin为保护7的段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。当保护7的段末端发生短路时，分支系数为：Kfhmin=IL3/IL4=1于是 Zdz=KK(ZL1+KfhminZL4)=0.7(20+163.5)=58.45；取以上二个计算值中最小者为段整定值，即取Zdz=26.88；(2)动作时间，与相邻保护7的段配合，则 t1=t4+t=0.5 s它能同时满足与相邻线路L2和变压器保护配合的要求。(3) 灵敏性校验：Klm= Zdz/ZL3=26.88/36=1.341.5,满足要求。6.3、距离保护段的整定计算和校验(1)动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定；Kzq=1,Kh=1.15,KK=1.2，Ifmax=0.326KAZfmin=0.9Ue/1.732Ifmax=0.9115/1.7320.326=183.3于是：Zdz= Zfmin/KKKh Kzq=183.3/1.21.151=132.8(2)动作时间：断路器4的动作时间为：t5= tdz+t=2+0.5=2 .5s变压器保护的动作时间为：t= tdz+t=1.5+0.5=2 s取其中较长者，于是断路器2的动作时间为：t1= t5+t=2.5+0.5=3 s(3)灵敏性校验： 本线路末端短路时的灵敏系数为： Klm= Zdz/ZL3=132.8/20=6.641.5 ，满足要求 相邻元件末端短路时的灵敏系数为： 相邻线路L2末端短路时的灵敏系数为； 最大分支系数：Kfhmax=(XL1+XL2+XL3)/XL3=(36+16+20)/36=2 Klm=Zdz/(ZL1+ KfhmaxZL4)= 132.8/(20+216)=2.551.2 ，满足要求相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；最大分支系数：Kfhmax=(XL1+XL2+XL3)/(XL3+XL2)=(36+16+20)/(36+16)=1.38 Klm= Zdz/(ZL1+ KfhmaxZL2)= 132.8/(20+1.3863.5)=1.231.2 ，满足要求7、设计总结通过两周的继电保护课程设计，虽然时间不长，但期间有许多事情让我难忘，我从中学到了很多宝贵的经验和知识。对距离保护设计的过程有了一个很大程度了解，为以后的工作打下了一个坚实的基础。在实际操作中我们应该学会如何和同学一起合作，以提高工作效率。合作之间其实并不是单纯的操作，相互呼应，还可以提高我们的实际解决问题的能力。通过这次设计，我深刻的认识到了，理论知识和实践相结合是教学环节中相当重要的一个环节，只有这样才能提高自己的实际操作能力，并且从中培养自己的独立思考、勇于克服困难、团队协作的精神。从而，为自己以后学习和工作打下基研。只有自己亲手做了，才会明白其实很多事是很简单的，只要你敢做，就没有你做不到的事。谁都有第一次，谁都会认为第一次是最难的。通过这次课程设计，我对距离保护设计整定计算过程有了一个大致的了解，对设计的思路、基本方法、步骤有了深刻的认识。尽管在这次设计中遇到了很多困难，但老师的指导给了我们很大的帮助，在这次的设计过程中，我们组先根据派发的任务收集，调查有关的资料书籍，然后进入起草方案阶段，其间与同组同学进行方案的讨论，修改。有不懂的地方向老师请教，大家都有很大的收获，时间过得真快，为期两周的继电保护课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了问题，最后在蓝会力立老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在蓝会立老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！8、参考文献：1电力系统继电保护设计指导钟松茂、李火元 合编 中国电力出版社。2继电保护整定计算许建安 主编 中国水利水电出版社。3发电厂及变电站二次接线陈景惠 主编。4电力系统继电保护和自动装置设计规范GB50062-1992。5南自PSL 620C 系列数字式线路保护装置产品说明书。6.电力系统继电保护 张保会主编 中国电力出版社。