某110kv电力系统继电保护设计(1).doc

0 第 页 某 110kV 电力系统继电保护设计 摘摘 要要 本次毕业设计的主要内容是 110kV 电力系统继电保护的配置 并依据继 电保护配置原理 对所选择的保护进行整定和灵敏性校验 确定方案中的保护 设计分为八个章节 第三 四章是计算系统的短路电流 确定运行方式 第五章是 各种设备的保护配置 其中变压器保护包括保护原理分析 保护整定计算和灵敏性校 验 主保护采用的是纵联差动保护和瓦斯保护 两者结合做到优势互补 后备保护是 复合电压启动过电流保护 母线保护包括保护原理分析 采用了完全电流差动保护 简单可靠 110kV 侧的输电线路采用了距离 保护 由于它的电压等级较高 还考 虑了零序电流 保护 对于发电机主保护采用了纵差动保护 后备保护采用了发 电机定子绕组接地保护 关键词 关键词 短路电流 整定计算 灵敏度 继电保护 微机保护 Abstract Abstract This time graduation design of the main contents be the 110 kV electric power system after relay protection of scheme and according as relay protection scheme principle To choice of protection carry on complete calculate with the delicate extent checkout to assurance project in of protection The design is divided into eight chapter chapter 3 and 4 is calculation system of short circuit electric current assurance circulate a way Chapter 5 is protection scheme which is various equipments Among them transformer protection include protection principle analysis protection complete calculate and delicate extent checkout central protection is lengthways associated differential protection and gas protection both combine to attain advantage to with each other repair spare protection is compound electric voltage start conduct electricity to flow protection generatrix line protection include protection principle analysis adoption complete differential electric current protection simple credibility The power line of the 110 kV adopte distance protection because of it of the electric voltage grade be higher also consideration zero preface electric current protection For generator central protection adopte lengthways associated differential protection spare protection adopte 1 第 页 generator stator connect ground protection Keywords Keywords Short circuit electric current complete calculation delicate extent relay protection microcomputer protection 0 第 页 目 录 1 1 前言前言1 1 2 2 方案比较方案比较2 2 3 3 确定运行方式确定运行方式4 4 3 1 标幺值计算4 3 2 短路电流的计算5 3 3 确定运行方式19 4 4 短路计算短路计算2121 4 1 各种运行方式下各线路电流计算21 4 2 各输电线路两相短路和三相短路电流计算22 5 5 继电保护的配置继电保护的配置2424 5 1 继电保护的基本知识24 5 2 变压器的保护配置26 5 2 1 变压器配置26 5 2 2 保护配置的整定28 5 3 母线的保护配置31 5 3 1 保护配置的原理31 5 3 2 电流差动保护配置的整定34 5 4 输电线路保护配置35 5 4 1 保护配置的原理35 5 4 2 保护配置的整定38 5 5 发电机保护配置43 5 5 1 保护配置的原理43 5 5 2 保护配置的整定45 6 6 微机成套自动保护装置微机成套自动保护装置4747 6 1 发电机 变压器组成套自动保护装置47 6 2 变压器成套自动保护装置49 6 3 母线成套自动保护装置49 6 4 输电线路成套自动保护装置50 1 第 页 7 7 结论结论5252 8 8 总结与体会总结与体会5353 9 9 谢辞谢辞5555 1010 参考文献参考文献5656 附录附录 1 1 外文翻译 外文翻译5 57 7 1 1 前言前言 由于电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求 电子技术 计算机技术与 通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入新的活力 未来继电保护的发展 趋势是向计算化 网络化及保护 控制 测量 数据通信一体化智能化发展 电能是一种特殊的商品 为了远距离传送 需要提高电压 实施高压输电 为了分配和 使用 需要降低电压 实施低压配电 供电和用电 发电 输电 配电 用电构成 了一个有机系统 通常把由各种类型的发电厂 输电设施以及用电设备组成的电能生产 与消费系统称为电力系统 电力系统在运行中 各种电气设备可能出现故障和不正常运 行状态 不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏 但是没有发生 故障的运行状态 如 过负荷 过电压 频率降低 系统振荡等 故障主要包括各种类型的 短路和断线 如 三相短路 两相短路 两相接地短路 单相接地短路 单相断线和两相断线 等 本次毕业设计的主要内容是对 110kV 电力系统继电保护的配置 参照 电力系统继 电保护配置及整定计算 并依据继电保护配置原理 对所选择的保护进行整定和灵敏 性校验从而来确定方案中的保护是否适用来编写的 设计分八大章节 其中第三 四章是计算系统的短路电流 确定运行方式 第五章 是对各种设备保护的配置 首先是对保护的原理进行分析 保护的整定计算及灵敏性校 验 其中对变压器保护包括保护原理分析以及保护整定计算和灵敏性校验 其中主保 护采用的是纵联差动保护和瓦斯保护 用两者的结合来做到优势互补 后备保护有复 合电压启动过电流保护 母线保护包括保护原理分析 采用了完全电流差动保护 简 单可靠 2 第 页 110kV 输电线路采用了距离 保护 同时由于它的电压等级较高 我还考虑了 零序电流 保护 对于发电机主保护采用了纵差动保护 后备保护采用了发电机 定子绕组接地保护 由于编者水平有限 设计之中难免有些缺陷或错误 望批评指正 2 2 方案比较方案比较 本次毕业设计的主要内容是对 110kV 电力系统继电保护的配置 可以依据继电保 护配置原理 根据经验习惯 先选择两套初始的保护方案 通过论证比较后认可其中 的一套方案 再对这套方案中的保护进行确定性的整定计算和灵敏性校验 看看它们 是否能满足要求 如果能满足便可以采用 如果不能满足则需要重新选择 重新整定 和校验 确定两个初始方案如下 方案 1 保护对象主保护后备保护 变压器纵联差动保护 瓦斯保护复合电压启动过电流保护 过负荷保护 母线电流相位比较式母线差动保护 输电线路距离 保护零序电流 保护 发电机纵联差动保护定子绕组接地保护 方案 2 保护对象主保护后备保护 变压器电流速断保护 瓦斯保护 复合电压启动过电流保护 零序电流保护 母线电流相位比较式 3 第 页 母线差动保护 输电线路距离 保护零序电流 保护 发电机纵联差动保护定子绕组接地保护 对于变压器而言 它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护 用两者 的结合来做到优势互补 因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动 其中高电压侧 电流引自高压熔断器处的电流互感器 中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感 器和低压侧电流互感器 这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域 从而可以更好地反映这些区域内相间短路 高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短 路故障 考虑到与发电机的保护配合 所以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护 不考虑用电流速断保护 瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障 它由于一方面简 单 灵敏 经济 另一方面动作速度慢 且仅能反映变压器油箱内部故障 就注定了 它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补 效果更佳 后备保护首先可以采用复 合低电压启动过电流保护 这主要是考虑到低电压启动的过电流保护中的低电压继电 器灵敏系数不够高 由于发电机 变压器组中发电机才用了定子绕组接地保护 所以 变压器不采用零序电流保护 110kV 侧的母线接线可以采用完全电流差动保护 简单 可靠也经济 对于 110kV 侧的输电线路 可以直接考虑用距离保护 因为在电压等级 高的复杂网络中 电流保护很难满足选择性 灵敏性以及快速切除故障的要求 因此 这个距离保护也选择得合理 同时由于它的电压等级较高 我们还应该考虑给它一个 接地故障保护 先选择零序电流保护 因为当中性点直接接地的电网 又称大接地电流 系统 中发生短路时 将出现很大的零序电流 而在正常运行情况下它们是不存在的 因 此 利用零序电流来构成接地短路的保护 就有显著的优点 发电机则采用纵联差动保 护作为主保护 定子绕组接地保护作为后备保护 综上所述 方案 1 比较合理 方案 1 保护作为设计的初始保护 在后续章节对这些 保护进行整定与校验 是否符合设计要求 4 第 页 3 3 确定运行方式确定运行方式 3 1 标幺值计算标幺值计算 本次设计中取 100MVA 系统用一个无限大功率电流代表 它到 B S Bav uu 母线的电抗标幺值 100 0 125 800 B s d S X S 各元件的电抗标幺值计算如下 12 FF发电机和 12 100 0 130 52 25 B FF d N S xxx S 5 第 页 变压器 1 B 1 10 5100 0 33 10010031 5 sB B N VS x S 变压器的各绕组短路电压分别为 2 B 1 1 2 3 1 2 3 1710 56 021 5 ssss VVVV 2 1 2 2 3 3 1 176 0 10 512 5 ssss VVVV 3 2 3 3 1 1 2 6 0 10 5 170 5 ssss VVVV 所以 变压器的电抗值为 2 B 21 21 5100 0 67 10010031 5 sB B N VS x S 22 12 5100 0 40 10010031 5 sB B N VS x S 23 0 5100 0 0160 10010031 5 sB B N VS x S 变压器 3 B 3 10 5100 0 525 10010020 sB B N VS x S 变压器 4 B 4 10 5100 0 525 10010020 sB B N VS x S 线路 1 L 1 22 100 0 4 1000 4 1000 33 110 B L B S x V 线路 2 L 2 2 100 0 4500 17 110 L x 线路 3 L 3 2 100 0 4300 099 110 L x 线路 4 L 4 2 100 0 4600 2 110 L x 所以 110kV 电力系统继电保护的等值网络如图 3 1 所示 6 第 页 图 3 1 110kV 电力系统等值网络 3 2 短路电流的计算短路电流的计算 110kV 电力系统正常运行时 发电机存在三种运行情况 即 两台发电机同时运行 一台发电机退出运行另一台单独运行和两台同时运行 变压器有两种运行方式 即 一台变压器退出另一台变压器单独运行和两台变压器同时运行 下面分别分析各种情 况下系统运行时的转移电抗 计算电抗和短路电流 一 两台发电机同时运行 变压器同时投入运行 1234 BBBB 进行网络化简 36 143655 36 0 52 0 40 0 670 90 0 520 40 x x xxxxx xx 15245 0 520 33 0 9 0 44 0 520 330 9 xxxx 161115 0 17 0 44 0 12 0 170 44 xxx 1789 1 0 5250 26 2 xxx 将组成的三角形电路化简为由组成的星形电路 计算 10 x 1213 xx 和 181920 xxx 和 如下 1012 18 101213 0 33 0 099 0 052 0 330 0990 20 x x x xxx 7 第 页 1013 19 101213 0 33 0 20 0 10 0 330 0990 20 x x x xxx 1213 20 101213 0 099 0 20 0 031 0 330 0990 20 x x x xxx 系统的等值化简网络如图 3 2 所示 图 3 2 系统的等值化简网络 1 转移电抗和计算电抗计算 当发生短路时 1 f 211720161918 xxxxxx 0 260 031 0 120 10 0 052 0 260 0310 120 10 0 18 8 第 页 所以 点发生短路时的等值网络如图 3 3 所示 1 f 图 3 3 点发生短路时的等值网络 1 f 系统 S 对短路点的计算电抗为 1 f 800 0 1251 100 N jsfi B S xx S 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 1 f 2 25 0 180 09 100 js x 当发生短路时 2 f 22118172019 xxxxxx 0 1250 052 0 260 031 0 1 0 1250 0520 260 031 0 21 所以 点发生短路时的等值网络如图 3 4 所示 2 f 图 3 4 点发生短路时的等值网络 2 f 系统 S 对短路点的计算电抗为 2 f 800 0 211 68 100 N jsfi B S xx S 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 2 f 225 0 120 06 100 js x 当发生短路时 3 f 23118 0 1250 0520 177xxx 9 第 页 241619 0 120 100 22xxx 所以 点发生短路时的等值网络如图 3 5 所示 3 f 图 3 5 点发生短路时的等值网络 3 f S 点对的转移电抗为 3 f 2320 252320 24 0 1770 031 0 1770 0310 23 0 22 xx xxx x F 点对的转移电抗为为 3 f 2420 262420 23 0 22 0 031 0 220 0310 29 0 177 xx xxx x 化简的等值网络如图 3 6 所示 图 3 6 化简的等值网络 系统 S 对短路点的计算电抗为 3 f 10 第 页 800 0 231 84 100 N jsfi B S xx S 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 3 f 225 0 290 145 100 js x 2 由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值如 3 计算短路电流有名值 各点发生短路时 各电源的基准电流分别为 系统 S 100 0 502 3 115 B I 发电机 12 FF 100 5 50 3 10 5 B I 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3 1 表 3 1 短路电流表 短路 点 时 间 系统 S 发电机 12 FF 短路点总电流 kA 标么值 1 13 标么值 2 49 处 1 f 短路 4 S有名值 kA 0 57 有名值 kA 13 7 0 14 27 标么值 0 63 标么值 2 47 处 2 f 短路 4 S有名值 kA 0 32 有名值 kA 13 5 8 13 90 标么值 0 57 标么值 2 52 处 3 f 短路 4 S有名值 kA 0 29 有名值 kA 13 8 4 14 13 二 发电机停运运行时 系统的等值网络如图 3 7 所示 1 F 2 F 11 第 页 图 3 7 系统的等值网络 进行网络化简 27365411 xxxxxx 0 52 0 40 0 67 0 33 0 17 0 520 40 0 0997 系统的等值化简网络如图 3 8 所示 图 3 8 系统的等值化简网络 1 转移电抗和计算电抗计算 当发生短路时 1 f 281927172028 xxxxxx 12 第 页 0 100 0997 0 260 031 0 052 0 100 09970 260 031 178 所以 点发生短路时的等值网络如图 3 9 所示 1 f 图 3 9 点发生短路时的等值网络 1 f 系统 S 对短路点的计算电抗为 1 f 800 0 1251 100 N jsfi B S xx S 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 1 f 25 0 780 445 100 js x 当发生短路时 2 f 29118172019 xxxxxx 0 1250 052 0 260 031 0 1 0 1250 0520 260 031 0 21 所以 点发生短路时的等值网络如图 3 10 所示 2 f 图 3 10 点发生短路时的等值网络 2 f 系统 S 对短路点的计算电抗为 2 f 800 0 211 68 100 N jsfi B S xx S 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 2 f 13 第 页 25 0 09970 025 100 js x 当发生短路时 3 f 30118 0 1250 0520 177xxx 311927 0 100 0 09970 1997xxx S 点对的转移电抗为 3 f 3020 323020 31 0 1770 031 0 1770 0310 24 0 1997 xx xxx x 点对的转移电抗为 2 F 3 f 33 0 031 0 1997 0 0310 19970 27 0 177 x 化简的等值网络如图 3 11 所示 14 第 页 图 3 11 化简的等值网络 系统 S 对短路点的计算电抗为 3 f 800 0 241 92 100 N jsfi B S xx S 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 3 f 25 0 270 067 100 js x 2 由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值 3 计算短路电流有名值 同上 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3 2 表 3 2 短路电流表 短路 点 时 间 系统 S 发电机 12 FF 短路点总电流 kA 标么值 1 13 标么值 2 11 处 1 f 短路 4 S有名值 kA 0 57 有名值 kA 11 612 17 标么值 0 63 标么值 2 45 处 2 f 短路 4 S有名值 kA 0 32 有名值 kA 13 4 7 13 79 标么值 0 54 标么值 4 83 处 3 f 短路 4 S有名值 kA 0 27 有名值 kA 26 5 3 26 80 15 第 页 三 线路处开环运行时 系统的等值网络如图 3 12 所示 1 L 图 3 12 系统的等值网络 1 转移电抗和计算电抗计算 当发生短路时 F 点对的转移电抗为 1 f 1 f 121316 34121316 17 xxx xxxx x 0 099 0 200 12 0 099 0 200 12 0 26 0 54 所以 点发生短路时的等值网络如图 3 13 所示 1 f 图 3 13 点发生短路时的等值网络 1 f 系统 S 对短路点的计算电抗为 1 f 800 0 1351 08 100 N jsfi B S xx S 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 1 f 25 2 0 540 27 100 N jsfi B S xx S 16 第 页 当发生短路时 S 点对的转移电抗为 2 f 2 f 35 x 0 1350 099 0 20 0 1350 099 0 20 0 26 0 614 所以 点发生短路时的等值网络如图 3 14 所示 2 f 图 3 14 点发生短路时的等值网络 2 f 系统 S 对短路点的计算电抗为 2 f 800 0 6145 526 100 N jsfi B S xx S 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 2 f 25 2 0 120 06 100 js x 当发生短路时 S 点对的转移电抗为 3 f 3 f 36 0 1350 0990 234x 点对的转移电抗为 2 F 3 f 37 0 200 120 32x 系统 S 对短路点的计算电抗为 3 f1 872 js x 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 3 f0 16 js x 2 由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值 3 计算短路电流有名值 同上 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3 3 表 3 3 短路电流表 17 第 页 短路 点 时 间 系统 S 发电机 12 FF 短路点总电流 kA 标么值 1 03 标么值 2 39 处 1 f 短路 4 S有名值 kA 0 52 有名值 kA 31 4 4 31 96 标么值 0 08 标么值 2 47 处 2 f 短路 4 S有名值 kA 0 04 有名值 kA 13 5 9 13 63 标么值 2 43 标么值 2 32 处 3 f 短路 4 S有名值 kA 1 22 有名值 kA 12 7 4 13 96 四 线路处开环运行时 系统的等值网络如图 3 15 所示 3 L 图 3 15 系统的等值网络如 1 转移电抗和计算电抗计算 当发生短路时 F 点对的转移电抗为 1 f 1 f 36 x 0 330 12 0 330 12 0 200 26 0 45 所以 点发生短路时的等值网络如图 3 16 所示 1 f 图 3 16 点发生短路时的等值网络 1 f 系统 S 对短路点的计算电抗为 1 f 800 0 1351 08 100 N jsfi B S xx S 18 第 页 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 1 f 252 0 450 225 100 N jsfi B S xx S 当发生短路时 等值网络如图 3 17 所示 2 f 图 3 17 等值网络 系统 S 对短路点的计算电抗为 2 f 800 0 3652 92 100 N jsfi B S xx S 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 2 f 25 2 0 120 06 100 js x 当发生短路时 系统 S 对短路点的计算电抗为 3 f 3 f 800 1 2710 16 100 js x 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 3 f 252 0 370 185 100 js x 2 由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值 3 计算短路电流有名值 同上 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3 4 表 3 4 短路电流表 短路 点 时 间 系统 S 发电机 12 FF 短路点总电流 kA 标么值 1 03 标么值 2 44 处 1 f 短路 4 S有名值 kA 0 52 有名值 kA 13 4 2 13 94 处 2 f 4 S 标么值 0 35 标么值 2 47 13 76 19 第 页 短路有名值 kA 0 18 有名值 kA 13 5 9 标么值 0 38 标么值 2 47 处 3 f 短路 4 S有名值 kA 0 19 有名值 kA 13 5 9 13 78 五 线路处开环运行时 系统的等值网络如图 3 18 所示 4 L 图 3 18 系统的等值网络 1 转移电抗和计算电抗计算 当发生短路时 等值网络如图 3 19 所示 1 f 图 3 19 等值网络 系统 S 对短路点的计算电抗为 1 f 800 0 1351 08 100 N jsfi B S xx S 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 1 f 25 2 0 450 225 100 N jsfi B S xx S 当发生短路时 S 点对的转移电抗为 2 f 2 f 41 x 0 1350 33 0 1350 33 0 0990 26 20 第 页 0 787 发生短路时 等值网络如图 3 20 所示 2 f 图 3 20 等值网络如 系统 S 对短路点的计算电抗为 2 f 800 0 7876 296 100 N jsfi B S xx S 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 2 f 25 2 0 120 06 100 js x 当发生短路时 等值网络如图 3 21 所示 3 f 图 3 21 等值网络 系统 S 对短路点的计算电抗为 3 f 800 0 2642 11 100 js x 发电机对短路点的计算电抗为 12 FF 3 f 252 0 8790 439 100 js x 2 由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值 21 第 页 3 计算短路电流有名值 同上 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3 5 表 3 5 短路电流表 短路 点 时 间 系统 S 发电机 12 FF 短路点总电流 kA 标么值 1 03 标么值 2 44 处 1 f 短路 4 S有名值 kA 0 52 有名值 kA 13 4 2 13 94 标么值 0 29 标么值 2 47 处 2 f 短路 4 S有名值 kA 0 15 有名值 kA 13 5 9 13 73 标么值 0 49 标么值 2 01 处 3 f 短路 4 S有名值 kA 0 25 有名值 kA 11 0 6 11 31 3 3 确定运行方式确定运行方式 由 3 2 节的计算过程 统计系统各短路点短路时的短路电流如表 3 6 表 3 6 各短路点短路时的电流总结表 运行方式 处短路 1 f 时的短路电流 kA 处短路 2 f 时的短路电流 kA 处短路时 3 f 的短路电流 kA 两台发电机同时运行 14 2713 9014 13 一台变压器停运 另 一台变压器单独工作 12 16713 7926 80 线路处开环运行 1 L 31 9613 6313 96 线路处开环运行 3 L 13 9313 7613 78 线路处开环运行 4 L 13 9213 7311 31 综上所述 22 第 页 系统 S 侧 处短路时 的最大运行方式为 线路处开环运行 1 f 1 L 最小运行方式为 当一台发电机停运 另一台单独工作时 发电机 变压器侧 处短路时 的最大运行方式为 两台变压器同时运行时 2 f 最小运行方式为 线路处开环运行 1 L 变压器侧 处短路时 的最大运行方式为 当一台发电机停运 另一台单独工作 3 f 时 最小运行方式为 线路处开环运行 4 L 23 第 页 4 4 短路计算短路计算 4 1 各种运行方式下各线路电流计算各种运行方式下各线路电流计算 由图 3 17 可知 系统 S 对短路点的转移电抗为 0 125 1 f 1f x 系统折算到 110kV 的最小阻抗为 22 min1 115115 0 12516 53 100100 sf Zx 由图 3 20 可知 系统 S 对短路点的转移电抗为 0 135 1 f 1f x 系统折算到 110kV 的最小阻抗为 22 max1 115115 0 13517 85 100100 sf Zx 输电线路长为 100kM 输电线路电阻率为 0 4 kM 1 L 1 1000 440 L Z 短路电流为 24 第 页 1 1 min max 115 33 1 45 4017 85 N kL Ls U IkA ZZ 1 1 max min 115 33 1 17 4016 53 N kL Ls U IkA ZZ 同理 根据已知条件得 输电线路短路电流为 2 L 2 500 420 L Z 2 2 min max 115 33 1 75 20 17 85 N kL Ls U IkA ZZ 2 2 max min 115 33 1 82 2016 53 N kL Ls U IkA ZZ 输电线路短路电流为 3 L 3 30 0 412 L Z 3 3 min max 115 33 2 23 1217 85 N kL Ls U IkA ZZ 3 3 max min 115 33 2 33 1216 53 N kL Ls U IkA ZZ 输电线路短路电流为 4 L 4 60 0 424 L Z 4 4 min max 115 33 1 59 24 17 85 N kL Ls U IkA ZZ 4 4 max min 115 33 1 64 24 16 53 N kL Ls U IkA ZZ 4 2 各输电线路两相短路和三相短路电流计算各输电线路两相短路和三相短路电流计算 一 各输电线路在最小运行方式下的两相和三相短路电流 25 第 页 系统电抗 0 135 s x 发电机电抗 0 13 F x 各输电线路三相短路电流为 输电线路三相短路电流为 1 L 110 110 3 1 11 1 3 xx sLFL EE I xxxx 1151151 0 135400 13403 3 308 kA 同理可得 输电线路三相短路电流为 2 L 3 2 2 107 IkA 输电线路三相短路电流为 3 L 3 3 1 406 IkA 输电线路三相短路电流为 4 L 3 4 3 505 IkA 各输电线路两相短路电流为 输电线路两相短路电流为 1 L 2 3 11 3 2 865 2 IIkA 输电线路两相短路电流为 2 L 2 3 22 3 1 825 2 IIkA 输电线路两相短路电流为 2 L 2 3 33 3 1 218 2 IIkA 输电线路两相短路电流为 2 L 2 3 44 3 3 035 2 IIkA 二 各输电线路在最大运行方式下的三相短路电流 输电线路三相短路电流为 1 L 110 3 1 1 11151 955 0 1354033 x sL E IA xx 同理可得 输电线路三相短路电流为 2 L 3 2 193 IA 26 第 页 输电线路三相短路电流为 3 L 3 3 129 IA 输电线路三相短路电流为 4 L 3 4 318 IA 5 5 继电保护的配置继电保护的配置 5 1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 电能是一种特殊的商品 为了远距离传送 需要提高电压 实施高压输电 为了分配和 使用 需要降低电压 实施低压配电 供电和用电 发电 输电 配电 用电构成 了一个有机系统 通常把由各种类型的发电厂 输电设施以及用电设备组成的电能生产 与消费系统称为电力系统 电力系统在运行中 各种电气设备可能出现故障和不正常运 27 第 页 行状态 不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏 但是没有发生 故障的运行状态 如 过负荷 过电压 频率降低 系统振荡等 故障主要包括各种类型的 短路和断线 如 三相短路 两相短路 两相接地短路 单相接地短路 单相断线和两相断 线等 其中最常见且最危险的是各种类型的短路 电力系统的短路故障会产生如下后果 1 故障点的电弧使故障设备损坏 2 比正常工作电流大许多的短路电流产生热效应和电动力效应 使故障回路中的设 备遭到破坏 3 部分电力系统的电压大幅度下降 使用户的正常工作遭到破坏 影响企业的经济 效益和人们的正常生活 4 破坏电力系统运行的稳定性 引起系统振荡 甚至使电力系统瓦解 造成大面积停 电的恶性循环 故障或不正常运行状态若不及时正确处理 都可能引发事故 为了及时正确处理故 障和不正常运行状态 避免事故发生 就产生了继电保护 它是一种重要的反事故措施 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置 且继电保护装置是完成继电保护功能的核 心 它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态 并动作于断路器跳闸 或发出信号的一种自动装置 继电保护的任务是 1 当电力系统中某电气元件发生故障时 能自动 迅速 有选择地将故障元件从电力 系统中切除 避免故障元件继续遭到破坏 使非故障元件迅速恢复正常运行 2 当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时 能及时反应并根据运行维护的 条件发出信号或跳闸 继电保护装置的基本原理 我们知道在电力系统发生短路故障时 许多参量比正常时候都了变化 当然有的变 化可能明显 有的不够明显 而变化明显的参量就适合用来作为保护的判据 构成保 护 比如 根据短路电流较正常电流升高的特点 可构成过电流保护 利用短路时母 线电压降低的特点可构成低电压保护 利用短路时线路始端测量阻抗降低可构成距离 保护 利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护 除此之外 根据线路内部 短路时 两侧电流相位差变化可以构成差动原理的保护 当然还可以根据非电气量的 变化来构成某些保护 如反应变压器油在故障时分解产生的气体而构成的气体保护 原则上说 只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征 差别 即可形成某种判据 从而构成某种原理的保护 且差别越明显 保护性能越好 继电保护装置的组成 28 第 页 被测物理量 测量 逻辑 执行 跳闸或信号 整定值 测量元件 其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量 如电流 电压 阻抗 功率方向等 并与已给定的整定值进行比较 根据比较结果给出逻辑信号 从而判断 保护是否该起动 逻辑元件 其作用是根据测量部分输出量的大小 性质 输出的逻辑状态 出现的 顺序或它们的组合 使保护装置按一定逻辑关系工作 最后确定是否应跳闸或发信号 并将有关命令传给执行元件 执行元件 其作用是根据逻辑元件传送的信号 最后完成保护装置所担负的任务 如 故障时跳闸 不正常运行时发信号 正常运行时不动作等 对继电保护的基本要求 选择性 是指电力系统发生故障时 保护装置仅将故障元件切除 而使非故障元件 仍能正常运行 以尽量减小停电范围 速动性 是指保护快速切除故障的性能 故障切除的时间包括继电保护动作时间和 断路器的跳闸时间 灵敏性 是指在规定的保护范围内 保护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 可靠性 是指发生了属于它该动作的故障 它能可靠动作 而在不该动作时 它能 可靠不动 即不发生拒绝动作也不发生错误动作 5 2 变压器的保护配置变压器的保护配置 5 2 15 2 1 变压器配置变压器配置 一 纵联差动保护 本次设计所采用的变压器型号均分别为 SDL 31500 110 SFSL 31500 110 SFL 20000 110 SFL 20000 110 对于这种大型变压器而言 它都必需装设单独的变压器 差动保护 这是因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动 其中高电压侧电流引自 高压熔断器处的电流互感器 中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压 29 第 页 侧电流互感器 这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域 从而可 以更好地反映这些区域内相间短路 高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障 所以我们用纵联差动保护作为两台变压器的主保护 其接线原理图如图 5 1 所示 正 常情况下 即 2 I2 I 变压器变比 1112 21 1 1 nIII nT n nn I 所以这时 Ir 0 实际上 由于电流继电器接线方式 变压器励磁电流 变比误差等 影响导致不平衡电流的产生 故 Ir不等于 0 针对不平衡电流产生的原因不同可以采 取相应的措施来减小 尽管纵联差动保护有很多其它保护不具备的优点 但当大型变压器内部产生严 重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时 纵联差动保护不能动作 这时我们还需对变压器装设另外一个主保护 瓦斯保护 图 5 1 纵联差动保护原理示意图 二 瓦斯保护 瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障 它由于一方面简单 灵敏 经济 另一 方面动作速度慢 且仅能反映变压器油箱内部故障 就注定了它只有与差动保护配合 使用才能做到优势互补 效果更佳 1 瓦斯保护的工作原理 30 第 页 当变压器内部发生轻微故障时 有轻瓦斯产生 瓦斯继电器 KG 的上触点闭合 作 用于预告信号 当发生严重故障时 重瓦斯冲出 瓦斯继电器的下触点闭合 经中间 继电器 KC 作用于信号继电器 KS 发出警报信号 同时断路器跳闸 瓦斯继电器的下触 点闭合 也可利用切换片 XB 切换位置 只给出报警信号 2 瓦斯保护的整定 瓦斯保护有重瓦斯和轻瓦斯之分 它们装设于油箱与油枕之间的连接导管上 其中轻瓦斯按气体容积进行整定 整定范围为 250 300cm3 一般整定在 250cm3 重 瓦斯按油流速度进行整定 整定范围为 0 6 1 5m s 一般整定在 1m s 瓦斯保护原 理如图 5 2 所示 图 5 2 瓦斯保护原理示意图 三 复合电压启动的过流保护 由于这种保护可以获得比一般过流保护更高的灵敏性 所以实践中它常用来作厂变 内部及低分支外部相间短路故障的后备保护 这里我也用来作为变压器的后备保护 它是由负序过电压元件 低电压元件 过流元件及时间元件构成 其中负序过电压元 件与低电压元件构成复合电压启动元件 其保护原理接线图如图 5 3 所示 复合电压过流保护的输入电流取高压侧电流 为保证选择性 复合电压启动元件需要 配置两套 输入电压分别取自厂变低压侧两个支上的电压 保护采用两段延时出口 以 A 分支为例 若发生相间不对称短路故障 U2 元件启动 常闭触点断开 使 U 元件短时启动 U 元 件返回后 因 U 元件返回电压较高 只要相间残压不高于返回电压 U 已经动作 先按 I 段延时 U1 5 满足要求 1 45 12 2 0 20 zet sen Z k Z 二 零序保护的整定 要对零序保护进行整定计算必须先求出发生接地短路故障时 故障点的最大零序电 流 而只有发生接地故障时 才会出现零序电流 所以只考虑单相短路和两相接地短路 当点发生短路时 空载不包括在各序网络中 变压器中性点接地应包 2 f 2 L 1234 B B B B 括在零序网络中 正序网络化简过程如下 221181720 0 1250 052 0 260 031 0 61 0 1250 0520 260 031 xxxxx 2336524 0 520 40 0 67 0 52 0 33 0 43 0 520 40 xxxxxx 将支路 19 22 和 23 并联得等值电势和输入电抗 11022 192223 0 83 0 100 61 0 52 0 100 610 43 eq E xx E xxx 231922 1 192223 0 43 0 100 61 0 14 0 100 610 43 ff xxx X xxx 正序网络如图 5 8 所示 44 第 页 45 第 页 图 5 8 正序网络 负序网络化简过程如下 2436524 0 54 0 4 0 67 0 45 0 33 0 4 0 540 4 xxxxxx 负序网络输入电抗 192223 2 192223 0 100 61 0 4 0 25 0 100 610 4 ff xxx X xxx 负序网络如图 5 9 所示 46 第 页 图 5 9 负序网络 零序网络化简过程如下 25171920 0 160 30 0930 58xxxx 26564 0 67 0 4 0 330 58 0 670 4 xxxx 零序网络输入电抗 2526 0 2526 0 553 0 58 0 28 0 5530 58 ff x x X xx 零序网络如图 5 10 所示 47 第 页 图 5 10 零序网络 所以 各序的输入阻抗分别为 1 4 0 25 0 28 1 ff X 2 ff X 0 ff X 单相短路时 因为 电源电势用次暂态电势 取 1 0 2 0 53 ffff xXX 所以 0 秒时的短路正序电流为 0 1 0 f VEj 2 0 1 1 2 1 1 0 0 518 1 40 53 f f f V I j xx 处发生短路时 短路点的零序电流为 2 f 2 22 2 0 1 22 2 0 0 25 0 5180 244 1 250 28 f ff ff x II xx 两相短路时 因为 电源电势用次暂态电势 1 1 0 2 0 280 25 0 13 0 280 25 ffff xXX 取 所以 0 秒时的短路正序电流为 0 1 0 f VEj 2 0 1 1 1 2 1 1 0 0 65 1 40 13 f f f V I j xx 处发生短路时 短路点的零序电流为 2 f 2 22 2 0 1 22 2 0 0 25 0 650 31 1 250 28 f ff ff x II xx 48 第 页 综上所示 当发生短路时的短路点最大零序电流为 2 f 0 max 2 0 31 f IkA 故 110kV 发生短路时各线路的零序电流保护整定如下 零序 段 0 max 2 31 2 3 0 311 12 oprelf IkIkA 零序 段 线路 1 L 1 maxmax 1 1 0 1 1170117 o unbnpstkL Ik kfIkA max 1 15 117134 6 oprelo unb IkIkA 线路 2 L 2 maxmax 1 1 0 1 1820182 o unbnpstkL Ik kfIkA max 1 15 182209 3 oprelo unb IkIkA 线路 3 L 3 maxmax 1 1 0 1 2330233 o unbnpstkL Ik kfIkA max 1 15233267 9 oprelo unb IkIkA 线路 4 L 4 maxmax 1 1 0 1 1640164 o unbnpstkL Ik kfIkA max 1 15 164188 6 oprelo unb IkIkA 其中 是可靠系数 这里取 1 15 rel k 是非周期分量影响系数 采用自动重合闸时加速为 1 5 2 0 其它为 np k 1 是电流互感器的同型系数 相同为 0 5 不同为 1 st k 是电流互感器误差 取 0 1 f 是各输电线路的最大短路电流 和值如 4 1 max kL I 1 max kL I 2 max kL I 3 max kL I 4 max kL I 节中所示 继电器选用 MLP 71 系列多功能微机线路成套保护及自动装置 49 第 页 5