35kv线路继电保护与自动装置设计.doc

35kv线路继电保护与自动装置设计1. 概述 1.1继电保护的基本概念对被保护对象实现继电保护，包括软件和硬件两部分内容：(1)确定被保护对象在正常运行状态拟进行保护的异常或故障状态下，有哪些物理量发生了可供进行状态判别的量、质或量与质的重要变化，这些用来状态判别的物理量，称为故障量或起动量；(2)将反应故障量的一个或多个元件按规定的逻辑结构进行编排，实现状态判别，发出警告信号或断路器跳闸命令的硬件设备。1.2继电保护的意义和作用电力是当今世界使用最广泛、地位最重要的能源。电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行给情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种形式的短路。为此，还应设置以各级计算机为中心，用分层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制。这样才能更进一步的确保电力系统的安全运行。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一，所以说，继电保护对于电力系统的运行与维护有着重大的意义和重要的作用。2.保护整定值计算某35kV终端变电站具有多路进出线的双母线(见图1所示)，己知第I路出线A BI和第ll路出线A B ll的有关网络参数如下: 系统容量:最大运行方式195.571MIVA ,最小运行方式为152.111MVA 线路ABI上最大输送功率为9MW，功率因数0.85,自起动系数1 .28;线路阻抗0.4/km变压器B1所装差动保护的动作时限为0.1s，并假设它换算至平均额定电压37kV母线侧的电抗XB1=29变电站C所装过流保护的动作时限为1s 变压器B2容量与B1相同。 图1 35kV系统图 2.1方案讨论根据图示的系统，每段线路最多只有一个断路器，或者是没有。考虑到纵联保护是安装于线路两侧的保护装置对两侧电气量同时比较、联合工作，最后一起切断的一种保护，必须在线路的两端同时安装保护装置及信号的收发装置，如图所示纵连保护结构框图。因此，在题给的系统中，无法采用继电保护方式。所以考虑电流保护和距离保护。 纵连保护结构框图 2.1.1 电流保护 根据题目已知条件，先计算 电源的最大运行方式下的阻抗和最小运行方式下的阻抗。根据公式 ： (式41） （式42）取系统平均电压U=37kv，可得最大运行方式阻抗： 最小运行方式阻抗： 接着算线路I的最大短路电流和最小短路电流最大短路电流： 最小短路电流： 1、电流速断保护： 灵敏度校验： 所以满足要求2、限时电流速断保护按与相邻线路速断保护配合 灵敏度校验： 所以不满足按躲过变压器低压侧母线短路整定 灵敏度校验： 所以灵敏度满足要求即动作时限因为所以ABI线路的限时速断保护的范围超过了BIC线路电流速段保护的范围。 3、 定时限过电流保护 系数0.95是考虑传输最大功率时电压下降5% 灵敏度校验作本线路近后备 满足要求坐下以及线路远后备 作相邻变压器的远后备 也满足要求动作时限 对于线路II的电流整定计算，其速断电流保护的整定与线路I的一样;其限时电流速段保护只有按躲过变压器低压侧母线短路整定，值为669.3A,动作时限为0.5s;其定时限电流保护为332.23A，动作时限为1.1s2.1.2距离保护的整定计算根据题目已知条件，计算距离保护的整定。1、 距离I整定阻抗 2、 距离II整定阻抗按与下级线路相配合进行整定 分支系数 按躲过相邻变压测低压侧出口短路进行整定 分支系数 取其中的较小着，则 灵敏度校验 动作延时 3、 距离III段整定阻抗 灵敏度校验 作本线路近后备 满足要求相邻线路末端短路 满足要求相邻变压器电压侧出口短路 满足要求动作时限 对于线路II的距离整定阻抗，I段整定阻抗与线路I相同，II段整定阻抗为12.169，III段整定阻抗为54.465，作为远后备的灵敏度校验时是按相邻变压器电压侧出口短路，动作时限为1.1s。方案讨论经过以上的分析计算，我们可以发现，虽然过电流保护简单、可靠，而且其整定值也都满足要求。但是其保护范围比较小，适用于35kv及以下的电网中。距离保护经过计算，整定值也都满足要求，且能满足度电源复杂电网对保护动作选择性的要求，再加上阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护由较高的灵敏度。其中I段距离保护基本不受运行方式的影响。而II、III受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。综上可知，对于给定的地电路系统，采用距离阶段式保护是比较可行的。I段和II段作为线路的主保护，能够满足选择性，快速性，III段作为线路的后备保护，也可以满足灵敏性、可靠性。保护装置和自动装置规划3.电流互感器与电压互感器的配置与选择3.1 电流互感器保护用电流互感器主要与几点装置配合，在线路发生短路过载故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同，保护用互感器只是在比正常电流大几倍、几十倍的电流时才开始有效的工作。保护用互感器的只要要求：1、绝缘可靠，2、足够大的朱雀现值系数，3、足够的而稳定性和动稳定性。线路发生故障时的冲击电流产生的热和电磁力，保护用电流互感器必须承受。二次绕组短路情况下，电流互感器在一秒内承受而无损伤的一次电流有效值称额定短时热电流。二次绕组短路情况下电流互感器在承受而无损的一次电流峰值，称额定动稳定电流。保护用电流互感器分为：1、过负荷保护电流互感器，2、差动保护电流互感器，3、接地保护电流互感器。电流互感器的一次电压等于或大于回路的额定一次电压，绝缘水平应满足有关规定标准。电流互感器的额定一次电流应根据其所属一次设备的额定电流或最大工作电流选择，并应能承受回路的额定连续热电流，额定短时热电流及动稳定电流。同时，额定一次电流的选择，应使得在额定电流变比条件下的二次电流在正常运行和短路的情况下，满足该回路保护装置的整定值选择和准确性要求。额定一次电流的标准值为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75以及它们的十进位倍数或小数。电流互感器额定二次电流有1A和5A两类。对于新建发电厂和变电所，各级电压的电流互感器宜统一使用1A，以减轻电流互感器二次负荷，二次电缆截面可减小，节约投资。如扩建工程原有电流互感器采用5A，额定二次电流也可选用5A。一个场站内的电流互感器二次电流被允许同时采用1A和5A.但同一电压等级的电流互感器的额定二次电流一般采用相同电流值。所以对电流互感器选择如下：由于流过每个断路器的都一样，所以它们的型号也一样，标准电流互感器的二次电流为5A。 再根据前面计算可得，线路流过的最大短路电流为,计算精确变比.因此查电流互感器表型号规格可知，在精确度允许的范围内，这里可以选择变比K为1500/5的。 3.2继电器型号 查资料可知，继电器型号的选择原则有： 1、为保证继电器在正常运行、检修、短路和过电压情况下的安全，继电器应按下列条件选择： 按正常工作条件包括电压、电流、频率、机械荷载等选择； 按短路条件包括短时耐受电流、峰值耐受电流、关合和开断电流等选择； 按环境条件包括温度、湿度、海拔、地震等选择； 按承受过电压能力包括绝缘水平等选择； 按各类继电器的不同特点包括开关的操作性能、熔断器的保护特性配合、互感器的负荷及准确等级的选择。 2、在按正常工作条件选择 按工作电压选择选用的继电器，其额定电压应符合所在回路的系统标称电压，其允许最高工作电压不应小于所在回路的最高运行电压，即 按工作电流选择继电器的额定电流不应小于该回路在各种可能运行方式下的持续工作电流即 3、按短路稳定条件选择继电器 短路稳定性娇艳的一般要求 电路电流的热效应 短路稳定性校验 4、按环境条件选择高压继电器 选择电器的环境温度 选择电器的环境湿度 高海拔对继电器的影响 地震对继电器的影响 5、继电器的绝缘水平 6、各类继电器不同特点选择 额定短路开断电流的选择 额定短路开合电流的选择 额定操作顺序的选择 额定失步开断电流的选择 额定异相接地故障电流、发展性故障电流即关于开断电流的选择 额定近区故障开断电流的选择 额定线路充电开断电流、额定电缆充电开断电流、额定电容器组开断电流、额定电容器组关合涌流、额定感应电动机开断电流、额定空载变压器开断电流、额定电抗器开断电流等的选择。根据这些原则，选用型号为LW2-Z-、a4.6a.0.20.20.4、F8的断路器控制开关。3.3 电压互感器电压互感器的作用是：把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的点此结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小有回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次测之间的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊电压器、简单的说就是“检测元件”。电压互感器一般按以下原则配置。对于主接线为单母线、单母线分段、双母线等，在母线上安装三相式电压互感器；当其出线上有电源，需要重合闸，需要同期并列时，应在线路侧安装单相或两项电压互感器。对于3/2主接线，常常在线路或变压器侧安装三相电压互感器，而在母线上安装单项互感器以供同期并联和重合闸鉴无压、鉴同期使用。内桥接线的电压互感器可以安装在线路侧，也可以安装在母线上，一般不同时安装。对220kV及以下的电压等级，电压互感器一般有两个次级，一组接为星形，一组接为开口三角形。在500kv系统中，为了继电保护的完全双重化，一般选用三个次级的电压互感器，其中两组接为星形，一组接为开口三角形。当计量回路有特殊需要时，可增加专供计量的电压互感器次级或安装计量专用的电压互感器组。在小接地电缆系统，需要检查线路电压或同期时，应在线路侧装设两项式电压互感器或装一台电压互感器接线间电压。在大接地电流系统中，线路有检查线路电压或同期要求时，应首先选用电压抽取装置。通过电流互感器或结合电容器抽取电压，尽量不装设单独的电压互感器。500kv线路一般都装设三只电容式线路电压互感器，作为保护、测量和载波通信公用。根据上述原则对电压互感器进行选择。1、 一次电压：15kv110kv2、 二次电压：100V、100/、100/3V3、 电压范围：5%170%4、 额定电压：、14. 自动重合闸 4.1 自动重合闸概述自动重合闸广泛应用于架空线输电和架空线供电线路上的有效反事故措施。即当线路出现故障，继电保护使断路器跳闸后，自动重合闸装置经短时间间隔后使断路器重新合上。大多数情况下，线路故障时暂时性的，断路器跳闸后线路的绝故障，缘性能能得到恢复，再次重合能成功，这就提高了电力系统供电的可靠性。少数情况属永久性故障，自动重合闸装置动作后靠基点保护动作再跳开，查看原因，予以排除再送电。一般情况下，线路故障跳闸后重合闸越快，效果越好。由于输电线路上发生的故障绝大多数是暂态性故障。因此，在线路被段开以后再进行一次重合闸，就有可能挺高供电的可靠性。当然，重新合上断路器的工作可由运行人员手动操作进行。但因停电时间过长，用户的电动机多数可能停转，效果不显著。为此，在电力系统中广泛采用自动重合闸装置，当断路器跳闸以后，它能够自动地将断路器合闸。在线路上装设自动重合闸装置以后，由于她不能判别是暂时性还是永久性故障，因此，重合闸后就有可能成功，也有可能不成功。根据运行资料显示，重合闸的成功率在60%90%之间，可见其成功率是相当高的。4.2自动重合闸的配置要求一般选择自动重合闸类型可按下述条件进行。1、110kv及一下电压的系统单测电源线路一般采用三相一次重合闸装置；2、220kv、110kv及以下双电源线路用合适方式的三相重合闸能满足系统稳定和运行要求时，可采用三相自动做重合闸装置；3、220kv线路采用各种方式三相自动重合闸不能满足系统稳定性和运行要求时，采用综合重合闸装置；4、330550kv线路，一般情况下应装设综合闸装置；5、 在带有分支的线路上使用单相重合闸时，分支线侧是否采用单相重合闸，应根据有无分支电源以及电源大小和负荷大小确定；6、 双电源220kv及以上电压等级的单回路联络线，适合采用单相重合闸；根据自动重合闸配置原则，本题给的系统电压等级为35kv，所以一般情况采用三相一次重合闸装置。其原理图如下所示。 三相一次重合闸原理框图 4.3自动重合闸的时限整定 现在电力系统广泛使用的重合闸都不区分故障是瞬时性的还是永久性的。对于瞬时性故障，必须等待故障点的故障消除、绝缘强度恢复后才有可能重合成功，而这个时间与湿度、风速的气候条件有关。对于永久性故障，除考虑上述时间外，还要考虑重合到永久故障后，断路器内部的油压、气压的恢复以及绝缘强度的恢复等，保证断路器能够再次切断短路电流。按照以上原则确定的最小时间，称为最小重合闸时间，实际使用的重合闸时间必须大于这个时间，根据重合闸在系统中所起的作用具体计算。对于单侧电源线路的三相重合闸，其主要作用是尽可能缩短电源中断时的时间，重合闸的动作时限原则上越短越好，应按照最小重合闸时间整定。其重合闸的最小时间确定原则：1、 断路器跳闸后，负荷电动机向故障点反馈