110KV线路继电保护及其二次回路设计

三 原始资料三 原始资料 主接线 主接线 下图为某电力系统主接线 该系统由某发电厂的三台发电机经三台 升压变压器由 A 母线与单侧电源环形网络相连 其电能通过电网送至 B C D 三个降压变电所给用户供电 2 相关数据相关数据 电网中的四条 110kV 线路的单位正序电抗均为 0 4 kM 所有变压器均为 YN d11 接线 发电厂的升压变压器变比为 10 5 121 变电所的降压变压器变比为 110 6 6 发电厂的最大发电容量为 3 50 MW 最小发电容量为 2 50 MW 发电机 变压器的其余参数如图示 系统的正常运行方式为发电厂发电容量最大 输电网络闭环运行 系统允许的最大故障切除时间为 0 85s 线路 AB BC AD CD 的最大负荷电流分别为 230 150 230 和 140 负荷自启动系数 5 1 55 K 各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示 t 0 5s 系统中各 110kV 母线和变压器均设有纵差动保护作为主保护 目录目录 供配电技术课程设计任务书 1 摘要 2 1 系统条件 4 2 110KV 线路继电保护整定计算 5 3 110KV 继电保护和自动装置的配置 18 4 110 系统电流互 电压互感器选型 22 5 110KV 电流环网继电保护装配的配置 26 毕业设计总结 30 附录 34 参考文献 35 摘要摘要 随着我国电力工业的迅速发展 各大电力系统的容量和电网区域不 断扩大 继电保护装置广泛应用于电力系统 农网和小型发电系统 是 电网及电气设备安全可靠运行的保证 为给 110KV 单电源环形电网进行继电保护设计 首先选择过电流 保护 对电网进行短路电流计算 包括适中电流的正序 负序 零序电 流的短路计算 整定电流保护的整定值 在过电流保护不满足的情况下 相间故障选择距离保护 接地故障选择零序电流保护 同时对距离保护 零序电流保护进行整定计算 同时详细介绍了主设备差动保护的整定算法 电气主接线的设计 做出短路点的等效电路图 对设备保护进行了相应的选择与校验 通过 比较各个接线方式的优缺点 确定变电站的主接线方式 继电保护的基本任务 1 当被保护的电力系统元件发生故障时 应该由该元件的继电保 护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令 使故障 元件及时从电力系统中断开 以最大限度地减少对电力系统元件本身的 损坏 降低对电力系统安全供电的影响 并满足电力系统的某些特定要 求 如保持电力系统的暂态稳定性等 2 反应电气设备的不正常工作情况 并根据不正常工作情况和设 备运行维护条件的不同 例如有无经常值班人员 发出信号 以便值班人 员进行处理 或由装置自动地进行调整 或将那些继续运行会引起事故 的电气设备予以切除 反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定 的延时动作 1 系统条件 系统条件 一 主接线 下图为某电力系统主接线 该系统由某发电厂的三台发电机经三 台升压变压器由 A 母线与单侧电源环形网络相连 其电能通过电网送至 B C D 三个降压变电所给用户供电 G1 G2 G3 G1G1G1G1G1G1G1 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T2 T7 T8 二 相关数据 电网中的四条 110kV 线路的单位正序电抗均为 0 4 km 所有变压器均为 YN d11 接线 发电厂的升压变压器变比为 10 5 121 变电所的降压变压器变比为 110 6 6 发电厂的最大发电容量为 3 50 MW 最小发电容量为 2 50 MW 发电机 变压器的其余参数如图示 系统的正常运行方式为发电厂发电容量最大 输电网络闭环运 行 系统允许的最大故障切除时间为 0 85s 线路 AB BC AD CD 的最大负荷电流分别为 230 150 230 和 140 负荷自启动系数 各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示 t 0 5s 系统中各 110kV 母线和变压器均设有纵差动保护作为主保护 2 110KV 线路继电保护整定计算线路继电保护整定计算 一 三段式电流保护整定计算一 三段式电流保护整定计算 1 计算网络参数 2 选取基准功率 B 100MVA 和基准电压为 VB Vav 258 0 50 100 129 0 S S X X X X N B G N G3 B G2 B G1 B 263 0 40 100 100 5 10 S S X X X N B T1 N T2 B 1 B T 175 0 60 100 100 5 10 S S X X N B T3 N 3 B T 121 0 115 100 404 0 V S XL X 22 N B 1 B L1 151 0 115 100 504 0 V S XL X 22 N B 2 B L2 181 0 115 100 604 0 V S XL X 22 N B 3 B L3 151 0 115 100 504 0 V S XL X 22 N B 4 B L4 N B T4 N T7 B 6 B T T5 B 4 B T S S XX X X X 525 0 20 100 100 5 10 最大运行方式下的最大电源阻抗 163 0 433 0 261 0 175 0 258 0 2 263 0 2 258 0 X1 最小运行方式下的最大电源阻抗 261 0 2 263 0 2 258 0 X1 3 最大短路电流计算和整定计算 为计算动作电流 应该计算最大运行方式下的三相短 路电流 为校验灵敏度要计算最小运行运行方式下两 相短路电流 为计算 1OF 3OF 5QF 7QF 的整定值 根据如上系统图可知 最大运行方式要求 8QF 断开 等值阻抗图如下 K1 K2 K3 X1 0 163 X2 0 261 0 1210 181 0 263 0 263 0 1510 151 0 525 相当于空载线路 1 当 K1 点发生三相短路时 正序网络图如下 X1 0 1630 121 0 181 0 263 0 263 0 1510 525 E1 V1 正序阻抗 100 0 525 0151 0 263 0 181 0 263 0 121 0 163 0 X1 基准电流 502 0 1153 100 U3 S I B B B KA 基准阻抗 25 132 100 115 X 22 B B B S V 三相短路的正序电流 10 1 0 1 XXj E I 3 X1 3 a1 短路电流 KA02 5 502 0 101IImI B 3 a1 33 K1 瞬时电流速断保护 即躲过本线路末端最大短路电流 1OF 电流一段整定值 s0t KA024 602 5 2 1IKI 3 K1rel 3 act1 检验灵敏度系数 0L1 024 6 L14 025 132261 0 3 115 2 3 I L1ZZ E 2 3 min min act1 minmaxs 即 由此可知灵敏度不够 同理可知 同理可知 2 当 K2 点发生三相短路时 正序网络图如下 X1 0 1630 1210 181 0 263 0 263 0 151 0 525 E1 V1 正序阻抗 119 0X1 基准电流 502 0 IB 基准阻抗 25 132 100 115 X 22 B B B S V 三相短路的正序电流 403 8 119 0 1 XXj E I 3 X1 3 a1 短路电流 KA218 4 502 0 403 8 1IImI B 3 a1 33 K2 瞬时电流速断保护 即躲过本线路末端最大短路电流 3OF 电流一段整定值 s0t KA062 5218 42 1IKI 3 K2rel 3 act3 二 检验灵敏度系数 二 检验灵敏度系数 由此可知 灵敏度不够 0L3 I L3ZZ E 2 3 min act1 minmaxs 即 3 当 K3 点发生三相短路时 正序网络图如下 X1 0 1630 1210 181 0 263 0 151 0 525 E1 V1 0 263 正序阻抗 189 0X1 基准电流 502 0 IB 基准阻抗 25 132 100 115 X 22 B B B S V 三相短路的正序电流 291 5 189 0 1 XXj E I 3 X1 3 a1 短路电流 KA656 2 502 0 291 51IImI B 3 a1 33 K3 瞬时电流速断保护 即躲过本线路末端最大短路电流 5OF 电流一段整定值 st0 KA187 3 656 2 2 1IKI 3 K3rel 3 act5 检验灵敏度系数 0L4 I L4ZZ E 2 3 min act1 minmaxs 即 由此可知灵敏度不够 4 7QF 的整定 仅需要加一个功率方向继电器就可以了 由上诉可知电流保护 灵敏度不够 在经济条件允许的情况 下 为了保证电力系统能更好的运行 且考虑电压等级为 110KV 所以可以采用距离保护 短路电流列表 短路电流列表 KA02 5 502 0 101IImI B 3 a1 33 K1 KA218 4 502 0 403 8 1IImI B 3 a1 33 K2 KA656 2 502 0 291 51IImI B 3 a1 33 K3 三 距离保护整定计算距离保护整定计算 G1 G2 G3 G1G1G1G1G1G1G1 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T2 T7 T8 1 计算网络参数 16404 0XLZ 11 L 24604 0XLZ 33 L 20504 0XLZ 44 L 431 69 20 115 100 5 10 S XX Z N T4 N T54T 2 距离保护整定值计算 1 1QF 距离保护整定值计算 一段整定阻抗 8 131685 0ZKZ L1rel1set 二段段整定阻抗 1 与相邻下级 L3 段的一段配合 4 202485 0ZKZ L3rel3set 539 0 431 69 216 1 2X X 1 K T4 L1 bmin 569 21 4 20539 0 1680 0ZKXKZ 3set bminL1rel1set 2 按躲过相邻变压器出口短路整定 167 0 6 4 1 2 1 X X 1 2 1 K L2 L1 bmin 316 19 431 69167 0 1670 0ZKXKZ 4TbminL1rel1set 灵敏度校验 要求 1 25 L1 1set Z Z Ksen 所以 21 569 1set Z t 0s 1 3QF 距离保护整定值计算 同理 4 202485 0ZKZ L3rel3set 262 70Z 1set 2 5OF 距离保护整定值计算 0st 172085 0 ZKZ L4rel5set 考虑到 7QF 仅需要加装一个功率方向继电器或者方向阻 抗继电器 5QF 不需要和 7QF 的距离保护装置配合 所以 5QF 仅需要和 T6 的保护配合 203 111Z 5set 注意注意 根据设计要求 系统允许的最大故障切除时间为 0 85s 系统最低等级的后备保护延时时间都已经超过了了 1 5S 如果按照阶梯原则配合 不满足设计要求不满足设计要求 所以不需 要加装三段保护 3 110KV 继电保护和自动装置的配置继电保护和自动装置的配置 一 保护装置的配置一 保护装置的配置 1 主保护的配置主保护的配置 由系统可知 110KV 线路配置有众联保护 全线路上任意点故障都 能快速切除 保证系统稳定安全运行 2 后备保护的配置后备保护的配置 考虑保护性能优越性 110 线路应该配距离保护 距离保护 但是距离保护复 杂而且价格昂贵 维护困难 考虑经济的优越性 可以尝试配三段式电流保护三段式电流保护 同时由于系统是 环网运行 相当于双电源运行一定要加方向元件 在 110KV 等级电力 网络中 三三段式电流保护可能在系统最小运行方式下没有保护范围 如 果系统在最小运行方式下运行的几率不大的情况下 而且资金不够的情 况下可以尝试三段式电流保护 基本可以保证系统正常运行 考虑系统的运行方式 110KV 高压输电网络应该属于大接地电力系 统 需要配置零序保护 零序保护 如上考虑到环网运行 也要加方向元件 保证 保护不误动作 继电保护保护装置的配置不是一层不变的 要考虑系统运行情况 经济状况 人员技能 环境影响等等情况 但是电力系统继电保护的基 本任务不变 1 自动 迅速 有选择的将故障元件冲系统中切除 2 反 应电力设备的不正常运行状态 并根据运行维护条件 动作于发出信号 或跳闸 二 自动装置配置二 自动装置配置 1 简述简述 电力系统自动装置是指在电力网中发生故障或异常时起控制作用 的设备 主要包括自动重合闸 备用电源自动投入装置 低频减 载和失压解列装置等设备 电网中自动装置的型号多 逻辑千变 万化 在实际运行中会暴露一些问题 电网中自动装置的配置 需要我们进行全面的考虑 2 系统安全自动装置的配置系统安全自动装置的配置 配置重合闸 在电力系统故障中 打多数故障是输电线路故障 运 行经验表明大多数线路故障是 瞬时性 故障 此时 如果把断开的线 路在合上 就能恢复正常供电 如图所示 该系统为 110KV 输电线路系统 按照要求 每一个断 路器都应该装有 ARD 装置 并与继电保护后加速配合形成重合闸后加 速保护 保证电力系统最大限度的正常供电 配置备用电源自动投入装置 当线路或用电设备发生故障时 能 够自动迅速 准确的把备用电源投入用电设备中或把设备切换到备用 电源上 不至于让用户断电的一种装置 如图所示 该系统为 110KV 输电线路系统 根据系统要求 如果 B 变电站或 C 变电站中的两台变压器 为了保证负荷可以长时间的正常 运行 应该加入 AAT 装置 配置低频 低压减载装置 它在电力系统发生事故出现功率缺额使 电网频率 电压急剧下降时 自动切除部分负荷 防止系统频率 电压崩 溃 使系统恢复正常 保证电网的安全稳定运行和对重要用户的连续供电 如图所示 该系统为 110KV 输电线路系统 根据当地系统运行状 况和系统要求 为了保证系统能够稳定运行 防止系统频率 电压崩溃 应该在变电站 B C D 中配置低频 低压减载装置 4 110 电流互 电压互感器选型 电流互 电压互感器选型 一 电流互感器的选择一 电流互感器的选择 1 电流互感器的额定电压不小于安装地点的电网电压 2 电流互感器的额定电流不小于流过电流互感器的长期最大负荷电 流 3 户内或户内式 4 作出电流互感器所接负载的三相电路图 根据骨仔的要求确定所 需电流互感器的准确级 例如有功功率的测量需要 0 5 级 过流 保护需要 3 级 差动保护需 级 5 根据电路图确定每相线圈所串联的总阻抗欧姆数 包括负载电流 线圈的阻抗 连接导线的电阻和接触电阻 要求其中总欧姆数 最大的一相 不大于选定准确级下的允许欧姆数 6 校验电动稳定性 流过电流互感器最大三相短路冲击电流与电流 互感器原边额定电流振幅比值 应该不大于动稳定倍数 7 校验热稳定 产品目录给出一秒钟热稳定倍数 要求最大三 相或者两相短路电流发热 不允许的发热 根据系统电压等级和系统运行要求 由于缺乏一定的条件 只能根 据最简单的条件选取 110 型电流互感器 在条件允许的情况下 应该根据系统运行的情况具体选择 以下仅作为参考 以下仅作为参考 110KV 电流互感器选择 1 U1e U1g 110kV 2 Igmax 110 I1e A I I g e 1000 1 1 1102 110 max 3 预选 LB7 110 技术参数如下表 技术参数 型号 电流比级次组合KdKt LB7 1101200 50 2 10P15 10P2 0 13575 1s 4 校验 热稳定校验 I 4 2tep 26 4 kA2S I1e 1200A Kt 75 t 1s I1eKt 2t 1 2 75 2 1 8100 kA2S I 4 2tep I1eKt 2t 符合要求 动稳定校验 K 135 I1e 1200A ich 7 83 kA kA 2291352 122 1 deK I dech KIi 1 2 符合要求 二 电压互感器的选择二 电压互感器的选择 1 电压互感器的额定电压不小于安装地点电网额定电压 2 户外或者户内式 3 结构形式 一般 110 及以上电压 采用三个单相电压互感器结成 0 0 12 每个单相电压互感器变比是 12 100 3 100 3 U 35KV 电压互感器 用三个单相接成 0 0 12 每一个 单项电压互感器变比是12 3 100 3 100 3 35000 对于发电机自动电压电压调整器的是三个单相电压互感 器 接成 Y0 12 每个单相变比是 112 100U 供发电机测量 同期及继电保护是用三相五柱式电压互 感器 对发电机电压母线的电压互感器 用三相五柱式电压式 4 作出电压互感器副边所接负荷的三相电路图 根据所接 负荷要 求 确定电压互感器准确级 一般有功功率测量要用 0 5 级 根据上面结构形式的要求 不同地方的电压互感器不同 对于环网线路的运行根据电压等级匹配 WVB110 20H 型电压互 感器 由于条件不够具体的配置要按上面的电压互感器配置 的要求来进行 以下仅作为参考 以下仅作为参考 选取 WVB110 20H 户外 额定变比 100 3 100 3 110000 0 2 级 150VA 0 5 级 150VA 3P 级 100VA 5 110KV 电流继电保护装配的配置电流继电保护装配的配置 一 一 PSL 620C 系列数字式线路保护装置概述系列数字式线路保护装置概述 1 1 适用范围 PSL 620C 系列数字式线路保护装置是以距离保护 零 序保护和三相一次重合闸为基本配置的成套线路保护装置 并集成了电压切换箱和三相操作箱 适用于 110KV 66KV 或 35KV 输配电线路 目前该系列保护装置有 PSL621C PSL622C PSL623C PSL626C PSL627C 五种 型号 1 2 功能配置及型号 本系列保护装置基本配置 PSL621C 设有两个硬件完 全相同的保护 CPU 模件 其中一个保护 CPU 完成距离保护 功能 另一个保护 CPU 完成零序保护和三相一次重合闸功能 各 CPU 插件之间相互独立 各种保护功能均由软件实现 保护的逻辑关系符合 四 统一 设计原则 1 3 性能特点 1 人性化 装置采用大屏幕全汉化液晶显示器 可显示 15 8 个汉 字 显示信息多 事件和定值全部采用汉字显示或打印 摒弃字符表述方 式 录波数据以波形方式输出 包括模拟量和重要开关量 可由突变量或开关变位启动 定值以汉字表格方式输出 控制字可按十六进制和按功 能两种方式整定 全汉化 WINDOWS 界面的调试和分析软件 PSview 不 但能完成人机对话的功能 还能对保护录波数据分析 2 大资源 保护功能模件 CPU 的核心为 32 位微处理器 配以大 容量的 RAM 和 Flash RAM 使得本装置 具有极强的数据处理能力和存储能力 可记录的录波报 告为 8 至 50 个 可记录的事件不少于 1000 条 数据存入 FLASHRAM 中 装置掉电后可保持 A D 模件采用 16 位的 A D 转换和有源低通滤波 使本 装置具有极高的测量精度 采用 CAN 网作为内部通讯网络 数据信息进出流畅 事件可立即上传 可独立整定 32 套定值 供改变运行方式时切换使用 3 高可靠性 装置采用背插式机箱结构和特殊的屏蔽措施 能通过 IEC255 22 4 标准规定的 IV 级 4KV 10 快速瞬变 干扰试验 IEC255 22 2 标准规定的 IV 级 空间放电 15KV 接触放电 8KV 静 电放电试验 装置整体具备高 可靠性 组屏可不加抗干扰模件 4 开放性 通信接口方式选择灵活 与变电站自动化系统配合 可 实现远方定值修改和切换 事件记录及录波数据上传 压板 遥控投退和遥测 遥信 5 透明化 记录保护内部各元件动作行为和录波数据 记录各元件 动作时内部各计算值 记录保护在一次故障中发出的所有事件和当前运行的定 值 可将数据在 PSview 软件上分析保护内部各元件动作过程 6 免调试概念 在采样回路中 选用高精度 高稳定的器件保证正常运 行的高精度 避免因环境改变或长期运行而造成采样误差增 大 细微的软件自动调整 提升装置精度 完善的自检功能 满足状态检修的要求 装置中无可调节元件 无需在现场调整采样精度 同时 可提高装置运行的稳定性 具体保护装置说明请参考具体保护装置说明请参考 PSL620C 数字式线路保护装数字式线路保护装 置技术说明书置技术说明书 课程