110kv高压输电线路的继电保护设计

110kv高压输电线路的继电保护设计刖 言随着电力系统迅速发展，我们不断对它提出新的要求，电力系统对继电保护的要 求也不断提高。继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量 为信号量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。 对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性，速动性，灵敏性，可靠性。这次课程设计以最常见的110KV电网线路保护设计为例进行分析设计，要求对整 个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、电力系统、 电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了电路的化简，短路电流的求法， 继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。目录第1章绪论11.1设计基础条件11.2 设计内容11.3设计要求2第2章短路电流计算32.1短路电流计算原则 32.2电力网络元件参数计算32.3 最大运行方式42.4最小运行方式5第3章110kv高压输电线路继电保护整定计算73.1三段式方向性电流保护整定计算73.11 QF6的三段式电流保护整定计算73.12 QF4的三段式电流保护整定计算83.13 QF2的三段式电流保护整定计算93.2三段式距离保护正定计算103.21 QF6的距离保护103.22 QF4的距离保护103.23 QF2的距离保护113.3 线路差动保护123.31 AC段线路差动保护123.32 BC段线路纵差保护123.33 AB段线路纵差保护12第4章自动重合闸装置13第5章电力系统各元件继电保护装置的选择145.1保护配置145.2各插件原理说明145.3主要技术指标14收获和体会16参考文献17附录18第1章绪论1.1设计基础条件单侧电源环形网络如图1.1所示，已知:(1)网络中各线路采用带方向或不带方向的电流电压保护，所有变压器均采用 纵联差动保护作为主保护，变压器均为Y, d11接线;(2)发电厂的最大发电容量为3X50MW，最小发电容量为2X50MW；网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行;(4)允许的最大故障切除时间为0.85s；(5)线路AB、BC、AD、CD的最大负荷电流分别为230、150、230和140A，负荷自起动系数、顷(6)各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示,t = 0.5s；(7)线路正序电抗每公里均为0.4Q；图1.1单侧电源环形网络图UkZ-lOLcos (0,85尸2 IM1.2设计内容(1)短路电流计算1) 确定电力系统最大运行方式和最小运行方式，计算最大短路电流值和最小短 路电流值。2) 确定短路计算点，画出计算电路图。3）选取基准值，用标幺值计算各元件参数，画出等效电路。化简等效电路，求 各短路点的等效电抗。4）求各短路点的计算电抗。用运算曲线计算各短路点的短路电流。（2）确定电力系统中发电机、变压器和输电线路的保护方案。1）根据GB50062-1992 （规范名称：电力装置的继电保护和自动装置设计规范） 选择继电保护的方式。应优先选择最简单的保护，不满足基本要求时再采用较复杂的 保护。2）选择保护方式时，先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验 能否满足灵敏性和速动性的要求。如不满足，允许采用自动重合闸补救。1.3设计要求1）确定保护2、4、6的保护方式，对它们进行整定计算（I、U、K se t ）；2）绘制保护原理接线图（或展开接线图）及网络单线图；第2章短路电流计算2.1短路电流计算原则根据原始资料计算出基准电抗标幺值，再由基准电抗标幺值转换得到计算电抗标 幺值，然后根据计算电抗标幺值查短路电流运算曲线得到短路电流标幺值，经转换得 出短路电流，最后作为继电保护的整定数据。根据整定计算的要求，需要进行最大运 行方和最小运行方式下的参数计算，最大运行方时下的计算数据作为电流保护整定使 用，最小运行方式下的计算数据作为最小灵敏度检验使用。2.2电力网络元件参数计算计算各元件基准电抗标幺值。选取：SB = 100MVA,Ub = 115kV, UB2 = 6.3kV,UB3 = 10.5kV。发电机基准电抗标幺值:=占虹=拦=58.82MVANG cos (Q0.85X g1=Xg2=X=XG3翼=0.129 X-0 = 0.2193Sng58.82变压器基准电抗标幺值:=E100SB _ 10.5 100 _ 嘉=100 X 和=0,2625X = _乂化=105 X 票=0.175n 100 S10060Uk NTSB _ 10.5 100 _100 X 嘉=100 X 20 = 0.525线路基准电抗标幺值：sAB= 40x0.4x-= 0.1212ss=80 X 0.4 X 里=0.242此2ss=50 X 0.4 X-= 0.1512&C/2B0.2193 X 0.2193 + 0.2625 X 0.2625 X r0 2193. 0 125lv(0.2193 + 0.2193 + 0.2625 + 0.2625) X (0.2193 + 0.125)a= 0.1496smm0.2409 + 0.3943 ._ (0.2193 + 0.2625) X (0.2193 + 0.2625) _X smax Z 0.2193 + 0.2625 + 0.2193 + 0.2625 = 0.22.3最大运行方式最大运行方式的等效电路如图2.1所示:图2.1最大运行方式等效电路图因为是单侧环形电网，为解题方便，将环形网络按短路点解开，分两个方向计算 短路电流和设计继电保护装置。将环形网络在A点打开变换为开式网络则等效电路图 如2.2所示：图2.2开式网络等效电路图在最大运行方式下各点的基准电抗为：X A=XAB+XBC+ xAfC + Xsmin = 0.121 + 0.242 + 0.1512 + 0.1496 = 0.6638X B = 乂此 + 况 + Xsmin = 0.242 + 0.1512 + 0.1496 = 0.5428X c =叫,。+ Xsm.n = 0.1512 + 0.1496 = 0.3008计算电抗值为：X _sa=XaS = 0.6638 X 1.765 = 1.172s!XjsB = X= 0.5428 X 1.765 = 0.958SB sX 加=X。岌=0.3008 X 1.765 = 0.5309SBX.sAf = ，头=0.2409 X 1.765 = 0.4405SB2.4最小运行方式最小运行方式的等效电路如图2.3所示：XGixnri,心心2.3最小运行方式等效电路图将环形网络在A点打开变换为开式网络则等效电路图如2.4所示:图2.4开式网络等效电路图在最小运行方式下各点的基准电抗为：X A=XAB+XBC+ XCA, + Xsmax = 0.121 + 0.242 + 0.1512 + 0.2409 = 0.7557X b=Xbc+ XcAf + Xsg = 0242 + 0.1512 + 0.2409 = 0.3921X c = Xca，+ Xsmax = 0-1512 + 0.2409 = 0.3921计算电抗值为：X，A=XA- =0.7557x 1.765 = 1.334XjsB= 4 * =0.6341x 1.765 = 1.116X.sc= X。 =0.3921x 1.765 = 0.692XjsAf = Xsm.n = 0.1496 x 1.765 = 0.264B根据计算电抗查询汽轮机的短路电流运算曲线可得各点的短路电流标幺值。最大运行方式下各点计算电抗和短路电流标幺值如表2.1所示：表2.1最大运行方式下电网各点短路电流数据ABCA，计算电抗1.7320.9580.53090.264/*O0.951.081.924.150.8360.951.693.652最小运行方式下各点计算电抗和短路电流标幺值如表2.2所示:表2.2最小运行方式下电网各点短路电流数据ABCA，计算电抗1.3341.1160.6920.4251I*O0.750.91.482.550.660.7921.32.244第3章110kv高压输电线路继电保护整定计算110kv高压输电线路根据可靠性、灵敏性要求需要设置三段式电流保护，根据线 路保护装置简单性原则，若三段式电流保护各段满足要求，则可以作为线路主保护， 如果三段式电流保护不满足要求则需要设置距离保护，根据高压输电线路的全线速动 无死区要求，还应设置线路的纵联差动保护，让距离保护和差动保护作为线路的主保 护，三段式电流保护作为后备保护。3.1三段式方向性电流保护整定计算三段式方向性电流保护整定计算，按开环正向和反方向分别整定计算。正向对1、 3、5QF断路器保护装置整定计算，反方向按6、4、2QF断路器保护装置整定计算。 这里以反方向按6、4、2QF断路器保护装置为例整定计算如下。保护线路示意图如图 3.1所示：AiC| AT、/x/x /x/ /x/ 40 KM| 80KM| 50KM|图3. 1保护线路示意图3.11 QF6的三段式电流保护整定计算由第2 章得知：IKCmax = 169KA, IKCmin = !3KA,IKBmax = 0.95KA, IKBmin = 0.792KA, Xsmax = 31.8,XSm.n = 19.8O（1）第I段保护装置一次侧动作电流为：I I = K I / =1.3 X 1.69 = 2.197KA op6 rel kcmax保护时限：t=0s115v最小灵敏变校验：m = = Q-66X43x.2.197X smax X 100%Q不合格CA0.4X50第II段保护装置一次侧动作电流为：I 1 =KI /（3） = 1.3 X 0.95 = 1.235KA op4 rel kbmaxIII =K【I I1 = 1.1 X 1.235 = 1.359KAop6 rel opx保护时限：t=0.5s最小灵敏度校验：k【2 = 0.866归蓊=。，866用3 = 0.82 1.5 合格sen/III0.487op6远：K1 = 0.866kbmin = .866X0.792 = 1.35 1.2 合格sen/III0.487op3.12 QF4的三段式电流保护整定计算由第2 章得知I g =眼5= .792K& max = .836徵 mm%6阻上心=31却，上，疽19皿(1)第I段保护装置一次侧动作电流为：/ = K,op4 rel叫血产1.”。.9 1.235对保护时限：t = 0s最小灵敏度检验:0.866Xp匕V3 X 1.85V be115- 3smax + *c)X 100%0.4 x 80不合格第II段保护装置一次侧动作电流为：=磴 xop2 reZ.冲产1. 0.8360868刷%4 = Krel X %2 = 1.1 X 1.0868 = 1.195刷保护时限：t = 0.5s最小灵敏度检验1.195不合格_ 0.866 x lKBmin_ 0.866 x 0.792 _虬e孔lH.op4第III段保护装置一次侧动作电流为:op4 KmaxreZ1.2 x 1.5 x 380 = 804.740.85保护时限： =2s最小灵敏度检验:近后备：khi = 0.866x,忠* = 0.866x0.792 = 0.85 1.5sen冲0.8047op4远后备:K 虬=箜冬KMmm = 0.866x0.66 = 0.71 1.2 SEN财4庭0473.13 QF2的三段式电流保护整定计算不合格不合格由第2章得知：=0.836K&= 0.66K&匕心19.8Q。（1）第I段保护装置一次侧动作电流：P2=/el./K,max = 1.3 x 0.836 = 1.0KA保护时限：t=0S最小灵敏度校验:j 0.86x 15 m=- = /3x1.09如B16第III段：(31.82032)x100%不合格保护装置一次侧动作电流：Kill rel /K Lmax re1.2 x 1.5x 250 487A0.85保护时限：t=1.8S最小灵敏度校验：近:k/ =8瓯! K4mS senOF 2 0.866x0.66 = 1 17 1.3合格gZg20（3）第III段最小阻抗：Z . = 0.9瞄 =乎115 = 260Q5仞g3X0.23动作阻抗：Z111 =260= 150.7Q?6K禺 KsseCOS0m0 |1-25x1-15x1-5x0-8保护时限：*i = 2.5s最小灵敏度校验：近后备保护：KE =空& = 1507 = 7.5 1.3合格senZCA,20远后备保护：bmax = 1 + %如亦+揣 =2.3150.7S/CminZiii.，Kill =6= 1.6 1.2 合格旺孔Z, +、队心2此20 + 32 x 2.33.22 QF4的距离保护第I段动作阻抗：Z烦4 = kelzBC = 0.85 X 0.4 X 80 = 27.2Q保护时限：t=0s保护范围：85%动作阻抗：Zp4 = KnELZ bc + keZAB =O.8 X 32 + 0.85 x 16 = 36.48Q 保护时限：以i = 0.5s灵敏度校验：=生扳=也竺=1.14 V 1.3 不合格 sen z 32 C第W段最小阻抗:Z,.=玫=磬空=170QLmm 构 Lmax 3XQ38动作阻抗：ZIII = 98.6QP krelksskrelCOS(P c 1-25x1.5x1.15x0.8最小灵敏度校验:保护时限:战H = 2sk = 1 + ZsCmQ* +Z4B = 1 + 31.8+20+32 2.167 bmaxZ9Rw.19.8+20+30o 771171近后备：km =室卷=给 =3 1.3合格 S6TL 7o nlBC远后备：=缎3= 1.47 1.2 合格Sen ZBc+k6maXZAB 32+2.167x1.63. 23 QF2的距离保护(1)第I段动作阻抗：Z扁 2 = Krel X ZAB = 0185 X 0.4 X 40=13. 6 Q保护时限：砂二Os保护范围：85%(2)第III段最小阻抗:动作阻抗:Z 二 =oxi. 15 260 Q min 3七mg V3X0.23ZIII =蛔=150.7 QOF.2 / 1. 3合格Z +Z +Zr+Z31.8 + 16 + 32 + 20K = + smax c BC 扉=+= 2.14bmaxZ A ._19.8 + 16 + 32 + 20 -SAmin远后备保护；Kin =2= 122=1.78 1.2 合格sen +Kbmax xZBC 16+32x2.143.3线路差动保护根据高压输电线路的全线速动性要求，还应设置线路的纵联差动保护。3.31 AC段线路差动保护（1）AC段：按躲过保护区外短路时的最大不平衡电流整定：K IK K K K I 1.3 X 0.1 X 0.5 X 1 X 1.69300/5/= rel uncmax = reZ err st 血 KCmax 0 0018KAop.rKtaKta300/5（2）按射过保护线路最大负荷电流整定：/=JL = 地迫= 4.984PTKta60所以动作电流：Iop.r = 4.98X最小灵敏度检验：K 土为弟/” = .866x1.3/60 3.77 1.5合格 sen /如0.004983.32 BC段线路纵差保护（1）BC段：按躲过保护区外短路时的最大不平衡电流整定：K /K ,K K K /1.3 X 0.1 X 0.5 X 1 X 0.95300/5/= reZ uBmax = reZ c st np Kbmax = = 0 001K4op.r稣Kta300/5.（2）按射过保护线路最大负荷电流整定：/=JU =些地 = 8.234。如Kta60所以动作电流：/。“ = 8.2348.23不合格最小灵敏度检验：K = /黑湖/K = 0.866x792/60 1.39 1.5 sen /op4.98第4章自动重合闸装置根据110KV高压输电线路的要求，线路应采用后加速的自动重合闸装置。重合闸逻辑方框图：图4.2重合闸逻辑方框图1. 本装置重合闸为三相一次重合闸方式。2. 三相电流全部消失时跳闸固定动作。3. 重合闸退出，则整定值中重合闸投入控制字置“ 0”。4. 重合闸充电在正常运行时进行，重合闸投入、无TWJ、无控制回路断线、无TV断线或虽有TV断线但控制字“TV断线闭锁重合闸”置“ 0”经10s后充电完成。5. 重合闸由独立的重合闸启动元件来启动。当保护跳闸后或开关偷跳均可启动重 合闸。6. 重合闸条件满足后，经整定的重合闸延时，发重合闸脉冲150ms。第5章 电力系统各元件继电保护装置的选择5.1保护配置RCS-953A包括以分相电流差动为主体的快速主保护，有完整的三段相间距离保 护、四段可选相间低电压和方向闭锁的过流保护构成后备保护；装置配有三相一次重 合闸功能、过负荷告警功能；还带有跳合闸操作贿赂以及交流电压切换回路。5.2各插件原理说明组成装置的插件有：电源插件（DC）、交流插件（AC）、低通滤波器（LPF）、 CPU插件（CPU）、通信插件（COM）、24V光耦插件（OPT）、跳闸出口插件（OUT）、 操作回路插件（SWI）、电压切换插件（YQ）、显示面板（LCD）。具体硬件模块图见图5-3图5.1硬件模块5.3主要技术指标1、整组动作时间差动保护全线路跳闸时间：25ms（差流1.5倍差动电流高定值距离保护1段:30ms）2、启动元件电流变化量启动元件，整定范围0.1In0.5In过流IV启动元件，整定范围0.1In0.5In负序过流启动元件，整定范围0.1In0.5In3、距离保护0.05125Q (In=1A)整定范围：0.0125Q (In=5A)距离元件定值误差：5%精确工作电压：0.25V最小精确工作电流：0.1In最小精确工作电流：30In跳闸时间10s3、过流保护整定范围：0.1In20In过流元件定值误差：5%过流跳闸延时时间：010s收获和体会通过本次课程设计，对继电保护的设计有了进一步的了解和掌握。通过对课本和 参考书籍的翻阅，进一步提高了独立自主完成设计的能力。本课程设计是针对与 110kv电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析和整定，因此它可 以保护发生上述各种故障和事故时的系统网络，再设计思路中紧扣继电保护的四要求: 速动性、灵敏性、可靠性、选择性。在本次课程设计中，重新回顾了电力系统分析，电路，电机学，CAD等专业课。 因为这次课程设计涉及的知识面较广，基本上涵盖了所有专业课知识，对短路计算， 电路的化简进一步加深了认识，通过和同学的讨论加强了团队合作意识。参考文献1 刘学军.工厂供电设计指导M.北京：中国电力出版社，2008.2 刘学军.继电保护原理学习指导M.北京：中国电力出版社，2007.3 刘学军.继电保护原理M.北京：中国电力出版社，2004.4 钢铁企业电力设计手册编委会.钢铁企业电力设计手册S.北京：冶金工业出版 社，1996.5 钢铁企业电力设计手册编委会.钢铁企业电力设计手册S.北京：冶金工业出版 社，1996.6 王士政.电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程M.北京：中国水利电力出 版社，2007.7 何仰赞.温增银.电力系统分析上、下册M.武汉:华中科技大学出版社，2002附录高压输电线路继电保护原理图:TAd TAc附图1高压输电线路继电保护原理图距离保护框图如下:对林融开域7T.峙材4M,阻I段点!阵相回M 牌叩投动作 =1 I F n A斤厘心或作M10A相RI即冉出段用作手翊皆向_3|：ti弦用用JP元A附图2距离保护框图