110kv终端变电所继电保护课程设计.doc

教师批阅课 程 设 计 用 纸目 录第1章 课程设计任务书2 1 继电保护课程设计的目的和要求2 2 总体设计内容2 3 电气一次部分设计的基本情况2 4 设计成果3 5 参考文献 3 6 一次接线示意图7第2章 保护及设备的配置、出口方案8 1 线路保护的基本要求8 2 线路保护的配置方案10 3 10kv线路保护的设计原则10 4 接地保护的设计原则11 5 线路保护的出口保护方案11第三章 110KV进线2保护整定计算12 1 整定计算原则 12 2 保护整定计算 13第4章 10KV侧遥测、遥信、遥控点选择18第5章 10KV分段开关柜端子排图 20第6章 10KV线路电流、电压回路图22第七章 心得体会23附图24第一章 课程设计任务书一 继电保护课程设计的目的和要求继电保护课程设计是学生学完继电保护基本原理的理论课程后的一个重要的综合性教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计的综合性训练。通过课程设计，可以培养学生运用知识解决实际问题的能力，增加工程观念，以便更好的适应工作的需要。通过课程设计应达到下列要求1、 熟悉有关技术规程；2、 巩固并充实所学基本理论和专业知识，做到能够灵活应用，解决实际问题。3、 初步掌握电气工程专业（二次部分）工程设计的流程和方法，独立完成设计任务，并能通过答辩。4、端正态度，树立严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风。二 总体设计内容110kV无人值班终端变电所二次部分设计1、110KV进线、35KV出线、10KV出线保护的配置、出口方案；2、110KV进线2保护的整定计算； 3、10KV侧遥控、遥信、遥测测量点选择表；4、10KV分段开关柜端子排图；5、10KV线路电流、电压回路图。 三 电气一次部分设计的基本情况1、 工程规模：该变电所为110/38.5/10.5KV三级电压，所内装设31.5MVA及 40MVA主变各一台，2回110KV架空进线，4回35KV出线及8回10KV出线。变电所配有10KV无功补偿装置。2、 主接线考虑110KV侧采用内桥接线方式，35KV单母分段带旁母，10KV单母分段。 3、 所用电配置：一台由10KV母线接出，另一台由35KV外来所用电取得。4、 防雷与接地：110KV进线侵入雷电波的保护是在架空线首端装一组避雷器，并配合进线上的相应保护。主变中性点装设一组避雷器及设间隙保护。35KV和10KV母线分别装设避雷器作为出线侵入的雷电波保护。直击雷由避雷针保护。5、 主要参数： 1）、系统参数：Xs.min=0.0581, Xs.max=0.0832 (SB=100MVA,UB=UAV=115kv为基准)；2）、110KV进线：LGJ-150型，线路长度为一条60km，一条50km；3）、35KV出线：LGJ-200，每条线路按长度25KM,负荷5000KW,cos=0.9，负荷的自启动系数为2.0考虑;4）、10KV出线：LGJ-300，每条线路长度按10KM，负荷2000KW,cos=0.85，负荷的自启动系数为1.3考虑5）、主变铭牌参数： 1#主变：型号 SFSZ8-31500/110 接线 YN/YN/-11 挡位 11042.5%/38.522.5%/10.5 短路电压（%） 高-中10.47 高-低18 中-低6.33 短路损耗（Kw）高-中169.7 高-低181 中-低136.4 空载电流（%） 0.46 空载损耗(Kw） 40.6 2#主变：型号 SFSZ10-40000/110 接线 YN/YN/-11 挡位 11081.25%/38.522.5%/10.5 短路电压（%） 高-中11.79 高-低21.30 中-低7.08 短路损耗（Kw）高-中74.31 高-低74.79 中-低68.30 空载电流（%） 0.11 空载损耗(Kw） 26.71四 设计成果1、设计说明书（包括保护配置说明,整定计算和校验过程及结果）2、短路电流计算结果3、设计图纸五 参考文献1、电力系统继电保护原理 天津大学 贺家李编2、中小型变电所实用设计手册 丁毓山 雷振山编 中国水利水电出版社3、35110KV无人值班变电所典型方案施工图集（江苏省电力设计院 编）中国电力出版社4、国家电网公司输变电工程典型设计 110KV变电站分册 （2005年版） 刘振亚编 中国电力出版社5、电力系统继电保护与安全自动装置整定计算（崔家佩，孟庆炎 编） 六 一次接线示意图110KV进线1#1主变压器#2主变压器110KV进线2内桥2M35KV35KV1M分段2回出线2回出线2M10KV10KV1M4回出线分段4回出线图1、110KV终端变电站一次接线图第二章 保护及设备的配置、出口方案一 线路保护的基本要求1、 选择性：选择性就是故障点在区内就动作，区外不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善（对保护装置DL、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。2、 速动性：快速切除故障。提高系统稳定性；减少用户在低电压下的动作时间；减少故障元件的损坏程度 ，避免故障进一步扩大。3、 灵敏性：指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。4、 可靠性：指发生了属于它改动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不改动作时，他能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。二 线路保护的配置方案：1、 电流速断保护：根据继电保护速动性要求，保护装置动作切出故障的时间，必须满足系统稳定性和保证重要用户供电可靠性。对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。2、 限时电流速断保护：由于有选择性的电流速断不能保护全长，因此增加一段新的保护，用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时也能作为速断的后备，这就是限时速断保护。3、定时限过电流保护：过电流保护通常是指起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。它在正常运行是不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应与电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，一起到后被保护的作用。4、方向性电流保护：方向性继电保护主要由方向元件、电流元件和时间元件组成，方向元件和电流元件必须都动作以后，才能去起动时间元件，在经过预定的延时后动作于跳闸。方向性继电保护的主要特点就是在原有保护的基础上增加一个功率方向元件，以保证在反向故障时把保护闭锁使其不致误动作。5、 零序电流保护：中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序电流，利用零序电流分量构成保护，可以作为一种主要的接地短路保护。零序过流保护不反应三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。6、距离保护：当短路点距保护安装处近时，其量测阻抗小，动作时间短;当短路点距保护安装处远时，其量测阻抗大,动作时间就增长，这样保证了保护有选择性地切除故障线路。距离保护的动作时间 (t)与保护安装处至短路点距离(l)的关系t=f(l),称为距离保护的时限特性。为了满足继电保护速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛采用具有三段动作范围的时限特性。三段分别称为距离保护的、段，它们分别与电流速断、限时电流速断及过电流保护相对应。7、 差动保护：差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流，差动继电器动作。差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护。三 10kv线路保护的设计原则1、 10kv架空线路和电缆线路应装设相间短路保护，保护装置采用两相式接线，并在所有出线中皆装设在同名两相上，通常装设在A、C两相上，以保证当发生不在同一出线上的两点单相接地时有二分之三的机会切除一个故障点。2、 10kv线路保护，一般以电流速断保护为主，以过流保护作为后备保护。这就是说，保护装置采用的是远后备方式。3、 10kv限流在下述情况下必须装设电流速断保护：a. 对于发电厂母线上的出线发生短路时，母线电压如果低于0.550.65倍额定电压，则应由电流速断保护切除；对变电所而言，当线路上发生短路，变电所母线电压大量下降时，也应装设电流速断保护。b. 导线截面不允许延时切除短路电流时，应该装设电流速断保护。4、 10kv线路在下列情况下可考虑不装设电流速断保护：a. 当过流保护的动作时限不大于0.50.7s，如果没有第3点配合，且没有保护配合上要求时，可不装设电流速断保护装置。b. 对于带电抗的线路，其断路器的切断容量没有按着电抗器前的短路选择，不能在短路电流降低以前切除电抗器前的短路，故仅装设过流保护。c. 对于电缆线路或架空线路阻抗很小时，线路始、末端电流相差很小，此时将无法装设电流速断保护。当下级变电所出线上装有速断保护，而本线路的过流时限在1.2s以上时，在本线路上可装设带时限电流为主保护，过流保护为后备保护。5、 当装设电流速断保护时，为保证母线电压不至于过分下降，必要时允许非选择性的动作，并装设自动重合闸或备用电源自投入装置来全部或部分地校正保护的非选择性的动作。四 接地保护的设计原则：1、 在发电厂和变电所母线上，通常装设单相接地信号装置，并反应零序电压，带时限动作。2、 有条件安装零序电流互感器的线路，诸如电缆线路或经电缆引出的架空线路，且单相接地电流能满足选择性和灵活性要求时，应装设作用于信号的单相接地保护。五 线路保护的出口保护方案1、110 kV进线的主保护方案：（以110KV线路保护为例）：距离保护的优缺点和应用范围：1) 优点有：、段能在任何形状的多电源网络中保证选择性，比电流电压保护的灵敏度高。其中，段的保护范围不受运行方式的影响，、段虽然受影响、但仍优于电流电压保护。2) 缺点是：不能实现全线速动，装置本身元件多可靠性较低、接线复杂维护较难。3) 对不要求全线速动的线路，可作为主保护，否则，可作为相间或接地故障的后备保护。 距离I段动作后瞬时跳开110 kV进线三相断路器；距离II段限时动作使断路器跳开；距离III段延时动作使断路器跳开。110 kV进线出口保护方案保护名称动作时限出口方案距离I段0 S110 kV进线三相断路器距离II段0.5 S110 kV进线三相断路器距离III段3.5 S110 kV进线三相断路器2、35 kV和10kv出线的主保护方案三段式电流保护的优缺点及使用范围：1) 优点是：简单、经济及工作可靠2) 缺点是：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。3) 适用范围：在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求，因此在电网中特别是在35kv及其以下的较低电压的网络中获得了广泛应用。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。35 kV进线出口保护方案保护名称动作时限出口方案电流I段0S35kV出线三相断路器电流II段0.5S35kV出线三相断路器电流III段1S35kV出线三相断路器10 kV进线出口保护方案保护名称动作时限出口方案电流I段0S10kV出线三相断路器电流II段0.5S10kV出线三相断路器电流III段1S10kV出线三相断路器3、 线路接地保护方案： 由于110kV以上系统，其设备费用将随着对地绝缘要求的提高而大幅增加，因此我国规定110kV及以上系统采用中性点直接接地系统（其供电可靠性可通过其他措施来保证，例如采用双回线供电、环网供电等）； 110kV以下系统采用中性点非直接接地系统（不接地系统） 当中性点不接地系统中发生单相接地故障时，若故障点对地电容电流Ic大到一定程度，要求采取措施降低IC，则可在中性点增设消弧线圈（或高阻）来降低Ic 。（1） 、中性点非直接接地电网的接地保护：（35kv及以下电网）a. 绝缘监视装置 此装置可确定故障相别，但无法确定故障线路，无选择性。需由运行人员手动依次短时拉开各线路QF加以判断（或按接地检查按钮，短时跳开QF，再由重合闸重合），若接地信号短时消失，则接地故障点位于本线路上。 适用于要求不高，且出线少的变电所。b. 零序电流保护 利用故障线路零序电流较非故障线路大的特点来实现发出信号或动作于跳闸，有选择性保护。 适用于出线数目较多的电网。出线越多越大越大c. 零序功率方向保护 它是利用故障线路与非故障线路零序功率方向不同的特点来实现有选择性保护，动作于跳闸或信号。 这种方式适用于零序电流保护不能满足灵敏系数的要求时和接线复杂的网络中。（2） 、中性点有效接地电网的接地保护：（110kv）a. 零序电流瞬时速段（零序段）保护b. 零序电流限时速断（零序段）保护c. 零序过电流（零序段）保护d. 方向性零序电流保护 第三章 110KV进线1保护整定计算一 整定计算原则(1) 距离保护装置具有阶梯式特性时，起相邻上、下级保护段之间应该逐级配合，即两配合段之间应在动作时间及保护范围上互相配合。距离保护也应与上、下相邻的其他保护装置在动作时间及保护范围上相配合。例如：当相邻为发电机变压器组时，应与其过电流保护相配合；当相邻为变压器或线路时，若装设电流、电流保护，则应与电流、电压保护之动作时间及保护范围相配合。(2) 在某些特殊情况下，为了提高保护某段的灵敏度，或为了加速某段保护切除故障的时间，采用所谓“非选择性动作，再由重合闸加以纠正”的措施。例如：当某一较长线路的中间接有分支变压器时，线路距离保护装置第I段可允许按伸入至分支变压器内部整定，即可仍按所保护线路总阻抗的80%85%计算，但应躲开分支变压器低压母线故障；当变压器内部发生故障时，线路距离保护第I段可能与变压器差动保护同时动作（因变压器差动保护设有出口跳闸自保护回路），而由线路自动重合闸加以纠正，使供电线路恢复正常供电。(3) 采用重合闸后加速方式，达到保护配合的目的。采用重合闸后加速方式，除了加速故障切除，以减小对电力设备的破坏程度外，还可借以保证保护动作的选择性。这可在下述情况下实现：当线路发生永久性故障时，故障线路由距离保护断开，线路重合闸动作，进行重合。此时，线路上、下相邻各距离保护的I、II段可能均由其振荡闭锁装置所闭锁，而未经振荡闭锁装置闭锁的第III段，在有些情况下往往在时限上不能互相配合（因有时距离保护III段与相邻保护的第II段配合），故重合闸后将会造成越级动作。其解决办法是采用重合闸后加速距离保护III段，一般只要重合闸后加速距离保护III段在1.52s，即可躲开系统振荡周期，故只要线路距离保护III段的动作时间大于22.5s，即可满足在重合闸后仍能互相配合的要求。二 保护整定计算保护装置：1、 配置三段式相间距离保护（，段为方向阻抗特性，段为偏移阻抗特性，偏移度=0.2）2、 配置三段式接地距离保护（，段皆为零序电抗特性）3、 采用三项一次重合闸（采用位置不对应启动，与保护之间用后加速配合，因两侧皆有电源，故一侧检测无压另一侧检测同期）1、 LGJ-150导线各参数的计算 经查表可知：LGJ-150导线的参数如下 r=0.21 x=0.398110kv进线参数计算：进线2长度L为50kmR=r*L=0.21*50=10.5 X=x*L=0.398*50=19.9 2、 1#主变压器电抗的计算： 由1#主变压器铭牌参数可知： 各绕组的短路电压： 各绕组的电抗： 3、 1#主变压器电阻的计算： 由1#主变压器铭牌参数可知： 各绕组的短路损耗 各绕组的电阻4、 1#主变压器各绕组的阻抗5、 TA、TV变比的选择： TA变比选择： 一次负荷电流： 则TA计算变比为： 选择TA实际标准变比不小于并趋近于计算变比（保证实际二次额定电流不超过5A）TV变比选择： 6、 相间距离段整定计算：整定原则：躲过下个元件出口短路时本保护的测量阻抗。阻抗继电器采用接线方式，即加入的电压和电流为和, 取0.85系统等效电路图如下：一次侧（保护）动作阻抗：二次侧（继电器）动作阻抗：动作时限：tI0s 阻抗继电器调整用分接头的计算：阻抗继电器调整值的调整，是由电流回路中的电抗变压器进行粗调（一般继电器分为四档），由电压回路中自耦变压器进行调节（一般继电器可在10%100%范围内调整）。定值整定计算时，先根据要整定的阻抗值，先选取粗调电抗变压器分接头，其原则为选取粗调分接头的阻抗值略小于整定值计算所得，然后按下式选择细调分接头，即7、 相间距离段整定计算：整定原则：躲过下个元件瞬动保护范围末端短路时本保护的测量阻抗。 考虑到误差较大，取0.75分支系数计算： 解得：当短路时：当短路时：取其中阻抗值较小的，即：二次侧整定阻抗：效验灵敏度： 灵敏度满足要求动作时限：阻抗继电器调整用分接头计算：8、 相间距离段整定计算：整定原则：躲过最小负荷阻抗。考虑到外部故障切除后，电动机自启动时，距离III段须可靠返回，则：取 最小负荷阻抗： ， 段采用偏移特性，在整定其动作特性圆时，须考虑自启动阻抗随角度的变化关系以及正常运行时负荷，潮流和功率因数的变化，以确定适当的数值，选择继电器的，则圆的直径，即第段的整定阻抗为：为负荷阻抗角效验灵敏度： 作为线路的近后备时：所以灵敏度满足要求 作为变压器35KV侧的远后备：所以灵敏度满足要求 作为变压器10Kv侧远后备： 所以灵敏度满足要求第四章 10kV侧遥测、遥信、遥控点选择三遥系统是在RTU系统（Remote Terminal Unit，远程测控终端）中实现的重要控制手段。主要用来对如变电站等设施进行无人值守或无人化管理。变电站设置远动终端即RTU，与调度中心计算机通过信道相连接，RTU与调度中心之间通过远距离信息传输完成RTU的远方监控功能。RTU与主站配合以实现三遥功能，即：遥测、遥信、遥控。 遥信：要求采用无源接点方式,即某一路遥信量的输入应是一对继电器的触点,或者是闭合,或者是断开。通过遥信端子板将继电器触点的闭合或断开转换成为低电平或高电平信号送入RTU 的YX 模块。遥信功能通常用于测量下列信号,开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号。自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继电器方式输出的信号;事故总信号及装置主电源停电信号等。遥测：遥测往往又分为重要遥测、次要遥测、一般遥测和总加遥测等。遥测功能常用于变压器的有功和无功采集;线路的有功功率采集;母线电压和线路电流采集;温度、压力、流量(流速) 等采集;周波频率采集和其它模拟信号采集。遥控：采用无源接点方式,要求其正确动作率不小于99. 99 %. 所谓遥控的正确动作率是指其不误动的概率,一般拒动不认为是不正确,遥控功能常用于断路器的合、分和电容器以及其它可以采用继电器控制的场合。表1 10kV遥控量测点选择表序号开关量名称1进线断路器1QF合闸2进线断路器1QF跳闸3进线断路器2QF合闸4进线断路器2QF跳闸5出线断路器3QF合闸6出线断路器3QF跳闸7出线断路器4QF合闸8出线断路器4QF跳闸9出线断路器5QF合闸10出线断路器5QF跳闸11出线断路器6