毕业设计（论文）-电力系统自动保护.doc

山西职业技术学院毕业设计（论文）毕业（设计）论文题目：电力系统自动保护系部：电气工程与自动化专业：电气自动化 班级：电气A1001班 姓名： 指导老师： 山 西 职 业 技 术 学 院目录摘 要.2第一章 绪 论.3第二章 线路的故障类型及常用保护配置.4第三章 110kv线路继电保护设计及整定计算.5一、110KV及以上线路继电保护原理介绍.5（一）线路的距离保护. .5（二）线路的零序电流保护. .6（三）线路相电流速断保护. .6（四）母线保护.6（五）断路器失灵保护.6二、110KV线路继电保护整定计算.6（一）系统的参数.6（二）各元件的主要参数.7（三）线路继电保护方式的选择与计算. 10结论.18参考文献.19摘 要电网继电保护是保证电力系统安全运行和电能质量的重要自动装置之一，因此在规划设计时，必须考虑可靠工作和快速切除故障的继电保护实现的可能性。对继电保护的基本要求，可概括的分为可靠性、速动性、选择性和灵敏性等方面，它们之间联系紧密，既矛盾统一。为了保证可靠的切除故障，除了配备起主要作用的“主保护”外，还要配备起后备作用的“后备保护”。当线路或电力设备发生故障时，主保护应该最快地把最靠近故障元件的断路器跳开，一方面尽可能减少对故障元件的损坏，另一方面把故障对电力系统的影响压缩到最小可能的范围和程度。后备保护的作用是当主保护不能完成预定任务时，在靠近故障元件的最小可能范围内将故障点断开。本文从所给的系统电网图着手，着重从继电保护保护设计的要求、整定计算、方式的选择3个方面分析了目前电网线路继电保护的设计方法，并从距离、零序两种保护中不同的接地故障及整定计算，来介绍线路继电保护设计中常用的主要保护配置，从而得出合理的、可行的保护方案，达到网络规划和保护配置的基本要求。关键词： 110kv线路 继电保护 设计第一章 绪 论 线路继电保护是保证电力系统安全运行和电能质量的重要自动装置之一，因此在编制网络规划时，必须考虑可靠工作和快速切除故障的继电保护实现的可能性。为了提高线路系统静态和稳态的稳定性，规划所提出的提高系统稳定的措施有一些亦必须落实在自动装置可靠工作的基础上的。 保护设备和自动装置的投资，在整个电网建设中只占极小的部分，一般说来继电保护应力求满足网络规划的要求，两者是主从的关系。由于网络接线的不够合理将导致保护性能显著恶化，厂、所电气主接线繁杂将造成保护接线过分复杂，以至给生产运行带来很多二次线操作，引起保护设备误动、拒动，严重危害电气主设备和导致大面积停电，这些将给国民经济造成直接经济损失。为此，必须合理地进行网络规划和合理地配置保护设备及自动装置。 对继电保护的基本要求，可概括的分为可靠性、速动性、选择性和灵敏性等方面，它们之间联系紧密，既矛盾统一。第二章 线路的故障类型及常用保护配置（一）在中性点直接接地的系统中，线路可能出现接地故障和不接地的相间故障等情况。对实现单相重合闸的线路，在故障相跳开后还能出现故障类型转移或是健全相再发生故障等情况。在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，电网可能出现相间故障或是不同地点的多点接地故障。上述各种情况均已构成短路，因此，保护装置必须尽可能迅速而有选择性地切除短路故障。 目前国内定型生产的保护设备，就其功能来说分为三种：1反应各种短路类型的保护装置；2只反应不接地的相间短路的保护装置；3只反应接地短路的保护装置。根据保护装置的构成原理，某些保护只能反应被保护元件的内部短路，而对相邻元件的故障不起保护作用，因此保护装置可无延时地瞬时动作，通常作为被保护元件的主保护。其他所有保护装置都能按时间阶段实现，即瞬动段只反应被保护元件临近保护设备安装处的一定区段内的短路故障，带时限动作段不但能反应被保护元件的内部短路，同时对相邻连接元件的部分区段内短路故障亦能反应，通常用来作为后备保护。（二）当前电网保护设备的类型很多，下面仅就常用的线路保护设备作简单介绍。1.多段式（一般是24段）带或不带方向的零序电流保护，作为被保护元件和相邻连接元件的后备保护或主保护，用于反应接地短路故障。除瞬动第一段外，其他各段都带时限动作跳闸，动作时限一般是055S。2.多段式（一般是23段）具有方向性的相间距离保护，用于反应相间短路故障。除瞬动第一段外，其他段的动作时限一般为057S。这种保护也作为后备保护或主保护使用。3.多段式（一般是23段）具有方向性的接地距离保护，用于反应接地短路故障，起使用情况和上述零序电流保护相同。4.多段式（一般是3段）带或不带方向的电流电压保护，用于反应相间短路故障。由于这些保护受系统运行方式的变化影响很大，一般只考虑用在单电源放射状线路或是单电源环状的个别场合。第三章 110kv线路继电保护设计及整定计算一、110KV及以上线路继电保护原理介绍 电力设备如发电机、变压器等的继电保护，除了发电机组的频率保护、失步保护、失磁保护外，其动作的正确与否和整定值如何，基本上只涉及电力设备本身的安全运行问题，这里不做研究。而110KV及以上的线路和母线的保护，它们的选型、配置和整定等往往涉及到全网的安全运行，而且花样繁多。现择其主要的保护原理论述如下：（一）线路的距离保护距离保护是高压线路的一种最基本的继电保护。由于它的动作原理是反应保护安装地点到故障点的阻抗值，因而等价于反应到故障点的距离。这种保护又叫阻抗保护。距离保护一般都做成多段式的，各段有不同的整定值和动作时间。第一段保护可以保护线路的百分之八十左右，不带人为的延时。距离保护又分为相间距离保护和接地距离保护，分别用于保护相间故障和接地故障。作为线路的基本保护的是相间距离保护。（二）线路的零序电流保护 零序电流保护一般也作成阶段式的，第一段无人为延时，保护本线路的接地故障，其他段则按选择性配合整定。实践证明，这是一种最简单的、最可靠的、动作频率最高的线路保护，也是规定110220KV线路必备的一种基本保护。它的特殊优点有：1结构与工作原理简单，试验维护方便，容易保证调试质量，因而其动作正确率也高于其他的复杂保护。2整套保护没有其他的中间环节，特别对于近故障区，可以实现高速动作。3在电网零序网络基本稳定的前提下（长期运行实践证明，这一点在110220KV电网运行中基本得到保证），第一段保护范围基本稳定。由于线路发生接地故障是，通过线路的零序电流随故障点的远离而显著减小，当按躲开两端母线故障整定时，其瞬时段，对于较长线路，往往可保护全线的百分之7080，其保护性能与距离保护相近。4如果线路采用三相重合闸，当近故障点一侧的断路器先跳开后，通过另一侧的零序电流因零序网络的变化而突然增大，从而使远故障点侧也能随之立即跳闸，形成了无时限的全线纵续动作。这一天然优点是任何其他保护所不具备的。（三）线路相电流速断保护相电流速断，其实就是瞬时过电流保护，主要用于保护出口故障。由于他特别快速，是种极好的辅助保护，对大电源侧以及长线路，其保护效果尤佳，故已得到普遍采用。（四）母线保护 母线的基本保护是母线差动电流保护。由于母线保护动作于断开整条母线，因而对于双母线变电所的母线保护，应以防止误动作为首要要求；对一个半断路器接线的变电所，因为母线断开对变电所的安全运行一般不会带来直接影响，因而要求它的母线保护以可依赖性为第一要求，而且最好实现保护的双重化。从系统稳定的观点看，要求母线保护动作快速。（五）断路器失灵保护 当线路故障而断路器拒绝动作时，断路器失灵保护的主要作用是跳开与拒动断路器相邻的所有断路器。其误动作的后果极其严重。特别是最常用的双母线变电所，对这种保护的首要要求就是防止误动作。二、110KV线路继电保护整定计算（一）系统的参数1由所给系统图得知，本系统由1#、2#、3#发电机组和四个系统1、2、3、4、构成，通过六条110KV线路构成一个整体，各发电机、变压器容量和连接方式见下表：表一代号开机情况说明第一种运行情况1#、2#、3#发电机、变压器均投入，系统按最大容量发电，变压器均投入最大运行开机情况第二种运行情况1#发电机停机，2#与3#有一台投入运行，系统 按最小容量发电最小运行开机情况所给线路系统图如附录一。2、系统在最大、最小运行方式下的运行情况，各个点的短路阻抗及变压器中性点、接线方式的确定原则和实际情况，见附录二与以后内容。（二）各元件的主要参数： 计算系统各元件参数的标么值时，取基准功率SB =100MVA，基准电压UB=230KV，基准电流IB=SB/*UB=100/*230=250A，基准电抗XB=U2B/SB=529 。1、发电机及系统各元件的参数：表二： 项目编号容量（MVA）电压（KV）COSX”d 1# 235 1575 085 01444 2# 235 1575 085 01444 3# 235 1575 085 01444发电机1#、2#、3#的规格、参数均都相同，所以 Sr=SN/COS =235/0.85=276.47MVA所以标么值 X”d*=XdSB/Sr =0.1444100/276.47 =0.0522、系统的标么值已给出，所以可以省略不计，见表三： 项目编号最小运行方式最大运行方式X*1MAXX*0MAXX*1MINX*0MINI 2.17 0.1444 1.648 0.0857II 0.412 0.105 0.223 0.097III 0.752 0.116 0.114 0.102IV 无穷大 0.07 0.0758 0.063、变压器的参数：由所给出的系统图和参数表知：（1）、对于A1、F2、F3双绕组的变压器，额定容量为240MVA，额定变比NB=242/15.75,短路电压UK%=14.12所以用基准值表示的标么值电抗为：表四：项目编号 容量MVA 电压比 KV 接线组别 短路电压UK1-2%UK1-3%UK2-3%A-1240242/15.75Y/ -1114.12F-2240242/15.75Y/ -1114.12F-3240242/15.75Y/ -1114.12E-1120220/121/6.6Y/Y/ -12/1115.12.28.84E-2120220/121/6.6Y/Y/ -12/1115.12.28.84（2）、对于E1、E2的三绕组变压器，额定容量为120MVA，短路电压UK1-2%=15.1，UK1-3%=2.2，UK2-3%=8.84，额定变比为NB=220/121/6.6,则各侧绕组的电抗百分数为： X1%=1/2（15.1+2.2-8.84）=4.23 X2%=1/2（8.84+15.1-2.2）=10.87 X3%=1/2（2.2+8.84-15.1）=-2.03（可以省略不计或者去零）所以用基准值表示的标么值电抗为： X1*=0.0423 * 100/120=0.035 X2*=0.1087 * 100/120=0.09 X3*=-0.0203 * 100/120=-0.0174、输电线路的参数（型号：LGJQ-400） 表五：项目编号长度（KM）X1（欧母/千米）最大负荷ACOSAB 12.8 0.4 580 08BC 40 0.4 580 08BD 31 0.4 580 08CD 33 0.4 580 08DE 23 0.4 580 08 DF 26 0.4 580 08（1）、正（负）序电抗的有名值为： XAB.1=12.8*0.4=5.12 XBC.1=40*0.4=16 XBD.1=31*0.4=12.4 XCD.1=33*0.4=13.2 XDE.1=23*0.4=9.2 XDF.1=26*0.4=10.4则标么值为： X*AB.1=XSB/UB=512/230=0.01 X*BC.1=0.03 X*BD.1=0.023 X*CD.1=0.025 X*DE.1=0.017 X*DF.1=0.0198（2）、因为X0=3X1，所以线路的各零序电抗的标么值为： X*AB.0=0.03 X*BC.0=0.09 X*BD.0=0.069 X*CD.0=0.075 X*DE.0=0.051 X*DF.0=0.0585、变压器中性点接地的数目与分布：大接地电流系统发生接地短路时，零序电流的大小和分布与变压器的中性点接地点的数目和位置有密切的关系，中性点接地的数目越多，越意味着系统零序总阻抗越小，零序电流增大；中性点接地的位置的不同，则意味着零序电流的分布不同。通常，变压器的中性点接地的位置和数目按如下两个原则考虑：一是使零序电流保护装置在系统的各种的运行方式下保护范围基本不变，且有足够的灵敏度和可靠性；二是不使变压器承受危险的过电压。为此应使变压器中性点接地数目和位置尽可能保持不变。变压器的接地系统图见附录三。（三）线路继电保护方式的选择与计算： 保护方式的选择对电力系统的安全运行有直接的影响。选择保护方式时，在满足继电保护“四性”要求的前提下，应力求采用简单的保护装置来达到系统提出的要求，只有当简单的保护不能满足要求时，才采用较复杂的保护。 水利电力部颁发的继电保护和安全自动装置技术规程规定，对110-220KV中性点直接接地电网中的线路，应装设接地短路和相间短路的保护装置。该规程有规定，电力设备和线路的短路保护应有主保护和后备保护，必要时，可再增设辅助保护。根据规程规定和题目所给系统的具体情况，选择110kv线路保护做了以下考虑： 在110-220KV中性点直接接地电网中，线路的相间短路保护及单相接地短路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是均能速动的保护：（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，速动性。110KV线路的后备保护宜采用远后备方式。1、线路继电保护的选择方式：（1）对于单侧电源单回线路，可装设三相多段式电流电压保护作为相间短路的保护。如不能满足灵敏度要求则应装设多段式距离保护。（2）对于接地短路，宜装设带方向或不带方向元件的多段式零序电流保护。对某些线路，如装设带方向性接地距离保护可以明显改善整个电力系统接地保护时，可装设接地距离保护，并辅之以多段式零序电流保护。（3）对于双电源的单回线路，可装设多段式的距离保护。（4）在正常运行的方式下，保护安装处短路无时限电流速断保护能够动作时，可装设此种保护作为辅助保护。（5）对于5-7KM及以下的短线路，当需要装设全线速动保护时，宜采用纵差动保护作为主保护，另装设多段式电流电压保护或距离保护作为后备保护。（6）对于平行线路的相间短路，一般可装设横差动电流方向保护或电流平衡保护作为主保护，当灵敏度和速动性不能满足要求时，应在每一回线路上装设高频保护作为主保护。装设带方向或不带方向元件的多段式电流保护或距离保护作为后备保护，并作为单回线运行时的主保护和后备保护。当采用近后备方式时不我待，后备保护分别接于每一回线路上；当采用远后备方式时，则应接入双回线路的和电流。（7）对于平行线路的接地短路，宜装设零序电流横差动保护作为住保护；装设接户每一回线路的带方向或不带方向元件的多段式零序电流保护作为主保护，当远后备保护时，可接两线路零序电流之和，以提高灵敏度。（8）对于电缆线路或电缆于架空线路混合的线路，应装设过负荷保护。过负荷一般动作于信号，必要时动作于跳闸。2、线路继电保护的整定计算： 由于本系统允许切除故障的时间0.2S，为保证系统稳定运行当110KV线路任何地点发生短路故障时，继电保护切除故障线路的时间都必须小于0.2S。因而，凡是不能在0.2S内切除全线路故障的保护装置都不能做主保护。对于单电源的辐射线路AB，可按线路-变压器组来考虑，从而可以采用较简单的保护。因此，对于线路AB可选用距离保护做为相间短路保护，零序电流保护作为接地短路保护。1、距离保护各段的整定计算：A、第一段的整定计算动作阻抗按下列情况计算。a、对输电线路，按保护范围不伸出线路末端整定，即 b、对线路变压器组，按保护范围不伸出变压器整定，即 （ B、第二段的整定计算动作阻抗按下列条件计算，一般选其中最小者为整定值。a、与相邻线路的距离一段的动作阻抗相配合，即 当有多条相邻线路时，按上式的配合，应取其中最小者为整定值。b、躲过线路末端变压器低压侧故障，即 c、按保证被保护范围末端短路时有足够的灵敏度整定，即 在整定计算中还有以下情况：a、如果按上述条件计算后，选取的整定阻抗 不能满足灵敏系数的要求时，在允许增加动作时限的条件下，可按躲相邻线路距离保护的第二段动作阻抗整定，即 b、当相邻线路没有装距离保护时，而是装的是电流保护或电流电压联锁保护时，应将它们的最小保护范围求出，以电抗值表示，按下式计算，对电流保护 对电压保护 第二段保护的灵敏系数为： C、第三段的整定计算：动作阻抗通常按躲过最小负荷阻抗整定。对全阻抗继电器 对方向阻抗继电器 第三段保护的灵敏系数为：作近后备时 作远后备时 2、零序电流保护瞬时段的整定计算：A、零序一段的使用原则：a、第一种方式是：在非全相运行的最大零序电流大于区外故障零序电流13倍的情况下，线路宜设置两个不同整定值的瞬时段。b、第二种运行方式是：对某些短线路，如果非全相运行最大零序电流小于区外故障最大零序电流，可只设置一个第一段。A1、动作电流的整定计算：a、按躲过区外接地短路的最大零序电流整定： 计算时，应采用等值正序阻抗最小的运行方式，由于单相接地短路时的零序电流为： 两相接地短路时的零序电流为：因此，当大于零序等值阻抗时，应采用两相接地短路的零序电流，否则，应采用单相接地短路的零序电流。b、躲开非全相运行时的三倍零序电流，即 当开关接通一相时（相当于两相断线）当开关接通两相时（相当于两相运行）保护范围应不小于线路全长的15%-20%，时间通常小于0.06S。B、零序电流二段的使用原则：除对本线路末端接地短路有足够的灵敏度且动作时间满足规定要求外，当本线路进行单相重合闸时不应误动作；当相邻线路接地故障时，在故障和重合闸的整个过程中不会误动作。a、与相邻线路零序保护一段相配合，即当有多条线路时，应按按上式取最大的。b、当与相邻线路零序电流保护一段配合达不到灵敏度要求时，可按与下一线路零序电流保护二段相配合整定，即c、躲开相邻线路非全相运行时流过本线路的零序电流d、按躲开非全相运行。e、按与相邻线路纵联保护配合整定灵敏系数的计算：C、零序电流保护的的三段的整定计算：主要做为本线路的和相邻元件接地短路的后备保护。动作电流的计算：a、与相邻线路零序电流第二段配合整定b、按与相邻线路零序电流第三段配合c、躲开相邻线路始端三相短路时，流过保护装置的最大不平衡电流，即灵敏系数的计算：作近后备时 作远后备时 3、距离保护的整定计算（相间距离保护）A、对AB线路1DL的整定情况：A1、一段保护的整定情况A2、二段的整定要配合环网中的下一段的2DL和3DL的一段，a、如果配合2DL的一段时，则环网开环，即在C点发生三相短路时，由短路电流表知系统三、四和发电机三、四给支路BC提供短路电流，根据距离保护中分支系数的选择原则，单回辐射线路与环网线路配合时，系统二在最小运行方式下，1号发电机在最大运行方式下。所以开环时 b、若与3DL的一段配合，则环网为闭环，即在D点发生三相短路时，由短路电流表知，系统1不向线路BC提供短路电流，根据以上几个方面，则环网为闭环。开环时 闭环时 所以要选3DL的I段和1DL的二段配合所以 所以二段的灵敏系数 大于1.5所以对1DL来说，距离一段、二段均能满足要求。B、4DL的一段的整定计算：根据保护不伸出线路末端变压器内部来整定：所以 4、零序电流保护的整定计算（接地短路保护）A、1DL的整定计算A1、一段的整定，当B点发生故障时，正序阻抗为0.0296，零序阻抗为0.0273，所以选择最大运行方式下发生两相接地短路故障时：A2、二段的整定要配合2DL和3DL的一段来整定a、若要配合2DL的一段，即在C点发生接地故障时，所以选择两相接地短路有最大零序电流，由短路电流表知， 闭环时有开环时有b、若要配合3DL的一段时，即在D点发生接地故障时，所以选择单相接地短路时有最大短路电流，由短路电流表知闭环时有开环时有所以1DL的零序电流保护要配合2DL的一段来整定B、4DL的一段整定在A点发生接地故障时所以