110KV电网继电保护设计

0黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）题目 110KV 电网继电保护设计专业班级: 姓 名:学 号:2017 年 月 日摘要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。中国的电力工业作为国家最重要的能源工业，一直 处于优先发展的地位，电力企业的发展也是令人瞩目的。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，也使得继电保护得以飞速的发展。电力系统继电保护是电力系统的重要组成部分，没有 继电保护的电力系统是不能运行的。电力系统继电保护的设计电网直接影响到电力系统的安全稳定运行。如果设计与配置不当，继电保护将不能正确动作，从而会扩大事故的停电范围。因此，要求 继电保护有可靠性、选择性、快速性和灵敏性四项基本性能,需要整定人员针对不同的使用条件,分别进行协调。本次设计以对 110kV 单电源环形网络的继电保护配置，整定计算。设计内容包括：系统主要元件的参数，短路 电流的计算，中性点接地的选择，距离保 护方式选择和整定计算，零序电流保护方式配置与整定计算，及主 变压器保 护的设计。关键词：110kV 继电保护;短路电流计算;变压器保护目 录第 1 章 绪论 .11.1 什么是继电保护 .11.2 继电保护整定计算的目的及基本任务 .11.2.1 整定计算的目的 .11.2.2 整定计算的基本任务 .1第 2 章 电力系统继电保护概论 .32.1 电力系统继电保护的作用 .32.2 电力系统继电保护的基本要求 .32.3 继电保护的发展现状 .4第 3 章 线路保护的整定计算 .63.1 110kV 线路保护的配置 .63.1.1 110220kV 线路保护的配置原则 .63.2 相间距离保护 .63.2.1 距离保护的基本概念和特点 .63.2.2 相间距离保护整定计算 .73.2.3 相间距离保护 II 段整定计算 .83.2.4 相间距离保护 III 段整定计算 .93.2.3 线路 A-BD2,B-BD2 相间距离保护整定计算结果： .103.2.4 相间距离保护装置定值配合的原则 .113.3 零序电流保护方式配置 .123.3.1 110 中性点直接接地电网中线路零序电流保护的配置原则 .123.4 零序电流保护整定计算的运行方式分析 .123.4.1 接地短路电流、电压的特点 .123.4.2 接地短路计算的运行方式选择 .123.4.3 流过保护最大零序电流的运行方式选择 .133.4.4 最大分支系数的运行方式和短路点位置的选择 .133.4.5 零序电流保护的整定计算 .133.4.6 零序电流保护整定计算结果表 .16第 4 章 线路保护整定 .174.1 电力系统短路计算的目的及步骤 .174.1.1 短路计算的目的 .174.1.2 计算短路电流的基本步骤 .174.2 运行方式的确定 .184.2.1 最大运行方式 .184.2.2 最小运行方式 .18第 5 章 主变压器保护的设计 .195.1 主变压器保护的配置原则 .195.2 本设计的主变保护的配置及说明 .195.3 纵差保护的整定计算 .205.4 过电流保护的整定计算 .23第 6 章 保护评价 .24第 7 章 总结 .25致谢 .26参考文献 .271第 1 章 绪论1.1 什么是继电保护继电保护是指研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路、母线等）使之免遭损害，所以沿称继电保护。1.2 继电保护整定计算的目的及基本任务1.2.1 整定计算的目的继电保护装置与安全自动装置（以下简称继电保护）属于二次系统，但是，它是电力系统中的一个重要组成部分。它对电力系统安全稳定地运行起着极为重要的作用。特别是在现代的超高压，大容量的电力系统中，对继电保护提出了更高的要求，重点是提高其速动性。总之，电力系统一时一刻地也不能离开继电保护，没有继电保护的电力系统是不能运行的。继电保护工作类别多种多样，诸如设计、制造、调试、安装、运行等等。继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作。在电力生产运行工作和电力工程设计工作中，继电保护整定计算是一项必不可少的内容。不同的部门其整定计算的目的是不同的。电力生产的运行部门，例如电力系统的各级调度部门，其整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好的各种继电保护，那找具体电力系统的参数和运行要求，通过计算分析给出所需的各项整定值，使全系统中各种继电保护有机协调地布署，正确地发挥作用。电力工程的设计部门其整定计算的目的是按照所设计的电力系统进行计算分析，选择和论证继电保护的装置及选型的正确性，并最后确定其技术规范等等，正确圆满地完成设计任务。继电保护是建立在电力系统基础之上的，它的构成原则和作用必须符合电力系统的内在规律；同时，继电保护自身在电力系统中也构成一个有严密配合关系的整体，从而形成了继电保护的系统性。因此，继电保护的整定计算是一种系统工程。1.2.2 整定计算的基本任务需要整定计算的部门：设计、调试、运行。各部门进行整定计算的目的和要求不同。设计部门其目的是按照电力系统的设计参数和典型的运行方式进行故障计算，制定全系统继电保护的配置方案和装置选型，并进行整定，校验能否满足四性的要求，2满足系统稳定的要求，论证配置方案、装置选型和定值选择的可行性和正确性。一般要制定多个方案，多套定值进行比较，确定一个在经济技术上最佳的方案。调试部门基建部门安装完保护装置后，要进行 72 小时的试运行，以验证保护装置的完好性，接线的正确性和安装的质量。为此要进行故障计算和整定。也可按调度给出定值进行整定和调试。运行部门是直接应用继电保护保证电力系统安全稳定运行，向用户可靠供电的部门，有直接的责任，因此对整定计算的全面性，正确性和精度要求最高。所谓全面性是指不只是考虑每个装置的保护效果是否最佳，还要考虑各个装置之间的协调配合是否正确，全系统的保护效果是否最佳。不仅考虑正常运行状态下发生各种故障时保护的性能，还要考虑故障后状态下保护的性能。根据具体的电力系统，计算出各继电保护装置的整定值，并对各保护的灵敏度进行计算；经过计算分析，确定合理的继电保护方案。具体地：1）绘制电力系统接线图。2）建立电力系统设备参数表。3）根据电力系统各个设备的原始参数，计算归算到基准参数下的各序阻抗并绘制出正、负、零序阻抗图。4）确定继电保护整定需要满足的电力系统规模及运行方式变化限度。5）进行电力系统各点短路电流的计算，并将计算结果列表。短路点一般选在各厂、站的母线上。6）确定初步的保护方案，进行各保护定值的计算，并将整定计算结果列表(微机保护定值单)。7）按继电保护功能分类，分别绘制出继电保护配置图。3第 2 章 电力系统继电保护概论2.1 电力系统继电保护的作用（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。 （3）继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高。2.2 电力系统继电保护的基本要求选择性：选择性是指继电保护装置动作时，应在尽可能小的范围内将故障元件从电力系统中切除，尽量缩小停电范围，最大限度的保护电力系统中非故障部分能继续运行。速动性：快速的切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格也比较昂贵。电力系统在一些情况下，允许保护装置带有一定的延时切除故障的元件。因此，对继电保护速动性的具体要求，应根据电力系统的接线以及被保护元件的具体情况来确定。切除故障的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般的快速保护的动作时间为 0.060.12s，最快的可达 0.010.04s；一般的断路器动作时间为 0.060.15s，最快的可达 0.020.06s。灵敏性：继电保护的灵敏性是指，对于其保护范围内发生的故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的博爱户范围内部发生故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻都能敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，通常记为 Ksen，它主要决定于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。可靠性：保护装置的可靠性是指，对于任何一台保护装置，在为其规定的保护范围内发生了他应该动作的故障，它不应该拒绝动作（简称拒动） ；而在其他任何情况下，包括系统正常运行状态或发生了该保护装置不应该动作的故障时，则不应该错误动作（简称误动） 。可靠性主要是针对保护装置本身的质量和运行维护水平而言的。一般来说，保护装置的原理方案越周全，结构设计越合理，所用元器件质量越好，制造工艺越精良，内外接线越简明，回路中继电器的触点数量越少，保护装置工作的可靠性就越高。同时，正确的安装和接线、严格的调整和试验、精确的整定计算和操作、良好的运行维护以及丰富的运行经验等，对于提高保护运行的可靠性也具有重要的作用。以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础。在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的绝大部分工作也是围绕着如何处理好这四个基本要求之间的辨证统一关系而进行的。42.3 继电保护的发展现状 继电保护技术的发展现状继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，它与电力系统对运行可靠性要求的不断提高密切相关。熔断器就是最初出现的简单过电流保护，时至今日仍广泛应用于低压线路和用电设备。由于电力系统的发展，用电设备的功率、发电机的容量不断增大，发电厂、变电站和供电网的结线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置的过电流继电器。本世纪初随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。自本世纪初第一代机电型感应式过流继电器（1901年）在电力系统应用以来，继电保护已经经历了一个世纪的发展。在最初的二十多年里，各种新的继电保护原理相继出现，如差动保护（1908年） 、电流方向保护（1910年） 、距离保护（1923年） 、高频保护（1927年） ，这些保护原理都是通过测量故障发生后的稳态工频量来检测故障的。尽管以后的研究工作不断发展和完善了电力系统的保护，但是这些保护的基本原理并没有变，至今仍然在电力系统继电保护领域中起主导作用。继电保护装置是保证电力系统安全运行的重要设备。满足电力系统安全运行的要求是继电保护发展的基本动力。快速性、灵敏性、选择性和可靠性是对继电保护的四项基本要求。为达到这个目标，继电保护专业技术人员借助各种先进科学技术手段作出不懈的努力。经过近百年的发展，在继电保护原理完善的同时，构成继电保护装置的元件、材料等也发生了巨大的变革。继电保护装置经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。因而60年代是我国机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。5国内微机保护的研究开始于70年代末期，起步较晚，但发展很快。1984年我国第一套微机距离保护样机在试运行后通过鉴定并批量生产，以后每年都有新产品问世；1990年第二代微机线路保护装置正式投入运行。目前，高压线路、低压网络、各种主电气设备都有相应的微机保护装置在系统中运行，特别是线路保护已形成系列产品，并得到广泛应用。我国在2000年220kV 及以上系统的微机保护率为43.99，线路微机保护占86，到2003年底，220kV 以上系统的微机保护已占到70.29，线路的微机化率达到97.6。实际运行中，微机保护的正确动作率要明显高于其他保护，一般比平均正常动作率高0.20.3个百分点。国产微机保护经过多年的实际运行，依靠先进的原理和技术及良好的工艺已全面超越进口保护。从80年代220KV 及以上电压等级的电力系统全部采用进口保护，到现在220KV 系统继电保护基本国产化，反映了继电保护技术在我国的长足发展和国产继电保护设备的明显优势。微机继电保护技术的成熟与发展是近三十年来继电保护领域最显著的进展。经过长期的研究和实践，现在人们已普遍认可了微机保护在电网中无可替代的优势。微机保护具有自检功能，有强大的逻辑处理能力、数值计算能力和记忆能力，并且具备很强的数字通信能力，这一切都是电磁继电器、晶体管继电器所难以匹敌的。计算机技术的进步，更高性能、更高精度的数字外围器件的采用，一直是微机继电保护不断发展的强大动力，未来继电保护的发展前景。微机保护经过近20年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了电力系统运行管理水平。近年来，随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，其未来趋势向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。6第 3 章 线路保护的整定计算3.1 110kV 线路保护的配置3.1.1 110220kV 线路保护的配置原则在 110220kv 中性点直接接地电网中，线路的相间短路保护及单相接地保护均应动作于断路器跳闸。在下列情况下，应装设全线任何部分短路时均能速动的保护：（1）根据系统稳定要求有必要时；（2）线路发生三相短路，使厂用电或重要用户母线电压低于 60%额定电压，且其保护不能无时限和有选择地切除短路时；（3）如某些线路采用全线速动保护能显著简化电力系统保护，并提高保护的选择性、灵敏性和速动性。在 110220kV 中性点直接接地电网中，线路的保护以以下原则配置：（1） 对于相间短路，单侧电源单回线路，