2011学士学位毕业设计(论文)

20112011 届届 分类号 T TM M7 77 71 1 单位代码 1045210452 学士学位毕业设计 论文 零零序序电电流流的的保保护护与与整整定定 姓 名 刘刘 现现 强强 学 号 200712410264200712410264 年 级 20072007 级级 专 业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 系 院 信信 息息 学学 院院 指导教师 周周 海海 玲玲 2011 年 4 月 题目 应简洁 明确 有概括性 字数不宜超过 20 个字 题目名尽量与设计内容一致 注意 体现实用性 应用性和科学性 另外注意 1 设计是否有足够的工作量 2 能否体现项目来源于实际或可以 应用于实际 3 此处题目不带书名号 此处题目不带书名号 注意格式美观 专升本的要在年 级项中注明 如 2006 级 专升本 英文扉页调整 英文扉页格式英文扉页调整 英文扉页格式 如下页 为防止调用模版时整乱如下页 为防止调用模版时整乱 格式 特加表格框定 请按照要格式 特加表格框定 请按照要 求替换相关内容 要保证原来字求替换相关内容 要保证原来字 体样式不变 更不要修改表格属体样式不变 更不要修改表格属 性性 Zero sequence current protection and setting by Liuxianqiang Supervisor Zhouhailing March 2011 诚诚 信信 声声 明明 本人呈交给临沂师范学院的这篇毕业论文 除了所注参考文献和世所公 认的文献外 全部是本人在指导老师指导下的设计成果 学生签名 日 期 经检查该毕业设计 论文 为独立完成 不存在抄袭现象 指导老师签名 日 期 进行文本替换时注意不要将格式改变 摘摘 要要 电力系统继电保护是保证电力系统安全稳定运行 限制电力系统大面积停电事故最 基本和最有效的技术手段 零序电流保护广泛地作为电力系统接地短路的保护 根据接 地短路时零序电流的出现和大小作为故障特征量 变压器接地方式 非全相运行 单相 自动重合闸等因素对零序电流保护的运行产生重要的影响 必要时需要采取相应闭锁装 置 本设计根据继电保护装置在电力系统中的应用 介绍了 220kV 电网继电保护的零序 电流保护的整定设计 设计过程如下 首先对电力系统网络的参数进行计算 绘制出各序序网图 然后选 择合理的运行方式 计算各母线发生各种金属性短路故障时通过线路保护装置的短路电 流 根据所得数据及所选的运行方式选择最佳的配合保护 并对各保护进行分析和整定 计算 确定零序电流保护的整定值以及三相重合闸装置选型 关键词关键词 闭锁装置 零序电流保护 三相重合闸 Abstract Power system protection is to ensure the security and stability of the power system operation restrictions on a large scale power blackouts most basic and most effective technological means Zero sequence current protection as a broad grounding power system short circuit protection According to a short ground zero sequence current size of the emergence and features as fault transformer earthing phase operation Single phase automatic reclosing of factors such as zero sequence current protection of the operation have a major impact need to take the necessary corresponding device According to the design of protective relaying equipment in the power system the application Details on the 220 kV high voltage power grid relay the zero sequence current protection of the entire set design Design process are as follows first on the power system network parameters to map out the sequence sequence network map then choose a reasonable mode of operation Calculation of the bus occurred metallic short circuit fault circuit protection device by the short circuit current According to the data collected and choice of the mode of operation with the best choice of protection and the protection of analysis and tuning identify zero sequence current protection of the setting value and three phase reclosing devices Selection Key words Locking devices Zero sequence protection Three phasematic reclosing 目录 1 绪 论 1 1 1 本课题研究背景及意义 1 1 2 继电保护的发展概况 1 1 3 论文的主要工作 2 2 原始资料分析 3 2 2 元件参数标么值计算 4 2 1 1 发电机的参数 4 2 1 2 线路的参数 4 2 1 3 变压器的参数 5 2 3 正 负 零序网络图的绘制 6 2 3 1 正序 负序 零序等值阻抗 6 3 线路短路电流计算 8 3 1 运行方式的确定原则 8 3 2 短路计算方式的制定 8 3 3 短路电流计算举例 9 4 中性点直接接地系统的零序保护整定计算 19 4 1 零序保护的概念与构成特点 19 4 1 1 零序电流保护概念 19 4 1 2 接地短路时零序分量的特点 19 4 2 零序电流保护的整定原则 19 4 3 对零序电流保护的评价 23 4 4 220KV 电网零序保护的整定计算 24 4 4 1 系统接线示意图与各线路的零序电流 24 4 4 2 各保护装置的零序电流保护整定计算 25 5 结 论 38 参考文献 39 致谢 40 附录 41 零序电流的保护与整定 1 1 1 绪绪 论论 1 1 本课题研究背景及意义本课题研究背景及意义 在中性点直接接地的电网中 接地故障占故障总次数的绝大多数 一般在 90 以上 线路的电压等级愈高 所占的百分比愈大 母线故障 变压器差动保护范围内高压配电 装置故障的情况也类似 一般也约占 70 80 明显可见 接地保护是高压电网中最重要 的一种保护 4 该电网为中性点直接接地电网 对于系统中发生的接地故障 必须配置相应的保护 装置 一般装设多段式零序电流方向保护 根据重合闸方式的不同 零序电流方向保护 可采用三段式或四段式 根据非全相运行时 线路零序电流大小的不同 零序电流保护 可能有两个一段或两个二段 对重要线路 零序电流保护的第二段在动作时限和灵敏系 数上均应满足一定要求 当电网结构比较复杂时 运行方式变化又很大时 零序保护的 灵敏度可能变坏 应考虑选择接地保护 以改善接地保护性能 但是为了保护经高阻抗 接地故障时相邻线路有较多的后备保护作用 同时也为选择性的配合 在装设接地保护 的线路仍设有多段式零序电流方向保护 因此合理配置与正确使用零序保护装置 是保障电网安全运行地重要条件 从电网 安全运行地角度出发 电网对継电保护装置提出了严格地 四性 要求 即选择性 速 动性 灵敏性 可靠性 因此 电网中継电保护定值的整定计算工作 一直是継电保护 人员地一项重要工作 它直接关系到电网运行的安全 做好这项工作是电网安全运行地 必要条件 本设计中 我通过零序电流保护和自动装置的设计配置原则 综合运用所学专业知 识 对电网的零序电流保护科学地进行整定 1 2 继电保护的发展概况继电保护的发展概况 机电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的 电力系统中的短路是不可避免 的 短路必然伴随着电流的增大 因而为了保护发电机免受短路电流的破坏 首先出现 了反应电流超过一预定值的过电流保护 19 世纪 90 年代出现了装于断路器上并直接作用与断路器的一次式 直接反应于一次 短路电流 的电磁型过电流继电器 1901 年出现了感应型过电流继电器 1908 年提出了 比较被保护元件两端电流的电流差动保护原理 导致了距离保护装置的出现 并在 20 世 纪 50 年代完善了行波保护装置和发展了半导体晶体管式继电保护装置 在 80 年代后期 标志着静态继电保护从第一代 晶体管式 向第二代 集成电路式 的过渡 90 年代向 微机保护过渡 目前 微机保护装置已取代集成电路式继电保护装置 成为静态继电保 护装置的主要形式 随着新的零序电流互感器系列的灵敏性不断地完善 用于电力系统产生零序接地电 零序电流的保护与整定 2 流时 与继电保护装置或信号装置配合使用 使装置元件动作 实现保护或监控的实用 性更强 一些新研究成果如 LZH LJK LXK 系列零序电流互感器适用于电缆线路 采用 ABS 工程塑料外壳 树脂浇注成全密封 绝缘性能好 外型美观 具有灵敏度高 线性 度好 运行可靠 安装方便 可根据系统的运行方式 中性点不接地 电阻接地 消弧 线圈接地 选用相适应的零序电流互感器已不断诞生 6 继电保护是电力学科中最活跃的分支 在 20 世纪 50 至 90 年代的 40 年时间走过了 机电式 整流式 晶体管式 集成电路式和微机式五个发展阶段 电力系统的快速发展 为继电保护技术提出艰巨的任务 电子技术 计算机技术 通信技术又为继电保护技术 的发展不断注入新的活力 因此可以预计 继电保护学科必将不断发展 达到更高的理 论和技术高度 1 3 论文的主要工作论文的主要工作 在本论文的设计初期 通过阅读大量的文献 提高对继电保护理论的理解 由于仿 真的需要 也要学习电力系统综合分析软件 PSASP 的操作 然后对原始材料进行分析 计算系统中各元件的参数 绘制出各序的网络图 并在仿真软件里建系统进行仿真验算 再对系统的运行进行暂态分析和潮流 在设计中期 主要是对零序电流保护的整定 首 先 整理继电保护中的大短路电流接地系统中的零序电流保护的整定原则 然后再去提 取所要用到的零序电流的数据 其次 根据接地短路时变压器接地方式 非全相运行 三相自动重合闸的影响 整定出一套动作快 灵敏度高 选择性强的零序电流保护 在 设计的后期 有两个任务 一是按照格式写论文 二是按照要求修改论文 零序电流的保护与整定 3 2 原始资料分析 2 1 系统接线图及参数 D kV220 R kVUe MVA 8 13 84 0cos 5 774 12 11 220 904 k u kV MVA 6 5 10 17 35 115 220 1202 IIIII IIII III U U U kV MVA 5 10 35 220 20 KV MVA 12 15 220 240 KV MVA 12 11 220 60 KV MVA 6 5 10 17 35 115 220 1203 IIIII IIII III U U U kV MVA kV35 kV35F kV115 kV220 kV115 kV35 kV220 S A kV220 km60 km230 km250 km170 km30 km185 W kVUe MVA 11 83 0cos 252 kVUe MVA 15 85 0cos 200 59135j 25120j 3 108200j 0 E B C 附图 1 220KV 系统图 零序电流的保护与整定 4 2 2 元件参数标么值计算元件参数标么值计算 取基准容量 基准电压为平均额定电压 根据附图 1 附表 1 和60 B SMWA Bav VV 附表 2 的数据计算各元件的各序电抗标幺值 2 1 1 发电机的参数发电机的参数 1 W 厂水轮发电机 1 MVA 机组302 5 0 30 60 25 0 1 X725 0 30 60 362 0 2 X 2 295 29MVA 机组 089 0 9 235 60 35 0 1 X129 0 9 235 60 508 0 2 X 2 R 厂水轮发电机 365 0 11 60 5 77 8 13 3 0 2 22 1 X529 0 11 60 5 77 8 13 435 0 2 2 2 X 3 S 系统 063 0 475 60 5 0 1 X077 0 476 60 61 0 2 X 1 0 300 60 5 0 1 X122 0 300 60 61 0 2 X 4 N 系统 07 0 428 60 5 0 1 X085 0 428 60 61 0 2 X 125 0 240 60 5 0 1 X153 0 240 60 61 0 2 X 2 1 2 线路的参数线路的参数 1 60km 线路 03 0 220 60 6041 0 2 21 XX09 0 220 60 6041 0 3 2 0 X 2 230 线路 117 0 220 230 23041 0 2 21 XX352 0 220 230 23041 0 3 2 0 X 零序电流的保护与整定 5 3 250 线路 127 0 220 250 25041 0 2 21 XX09 0 220 60 6041 0 3 2 0 X 4 185km 线路 12 2 180 0 41 1800 094 220 XX 282 0 220 185 18541 0 3 2 0 X 5 30km 线路 015 0 220 30 3041 0 2 21 XX046 0 220 30 3041 0 3 2 0 X 6 170km 线路 086 0 220 170 17041 0 2 21 XX259 0 220 170 17041 0 3 2 0 X 2 1 3 变压器的参数变压器的参数 1 W 厂 1 60MVA 变压器 12 0 60 60 12 0 T X 2 240MVA 变压器 03 0 240 60 12 0 T X 3 20MVA 变压器 315 0 20 60 105 0 T X 2 R 厂 08 0 90 60 12 0 T X 3 系统 S N 1 各侧短路电压百分比 1 高压侧 2 中压侧 3 低压侧 1 1 17 10 56 10 75 2 u 2 1 176 10 5 6 25 2 u 3 1 6 10 5 17 0 25 2 u 零序电流的保护与整定 6 则各侧电抗 054 0 120 60 1075 0 1 X 031 0 120 60 0625 0 2 X 0 120 60 0025 0 0 X 2 3 正 负 零序网络图的绘制正 负 零序网络图的绘制 2 3 1 正序 负序 零序等值阻抗正序 负序 零序等值阻抗 根据 2 1 系统各元件参数归算结果和变压器中性点接地情况 我们可以画出该系统 的正序 负序和零序等值阻抗图 分别如图 2 1 a 图 2 2 a 和图 2 3 所示 各元 件参数结果 标幺值 一并标示在图中 同时对等值阻抗分别进行简化 简化过程略 简化结果如图 2 1 b 图 2 2 b 和图 2 3 所示 0 080 365 0 080 365 0 080 365 0 08 0 365 R S 0 030 089 0 127 0 117 0 03 0 315 F A B0 5 0 5 0 12 0 086 0 094 D W 0 0310 054 E 0 031 0 031 0 054 0 054 C 0 015 0 1 0 063 0 125 0 07 0 031 0 031 0 054 0 054 N a R 0 0940 015 0 127 0 117 B C E D 0 086 0 09 0 119 0 0420 07 0 125 0 0280 063 0 1 0 111 0 148 N W S b 图 2 1 正序等值网络图 a 等值标么阻抗图 b 简化图 0 080 365 0 080 365 0 080 365 0 08 0 365 R S 0 030 129 0 127 0 117 0 03 0 315 F A B0 725 0 725 0 12 0 086 0 094 D W 0 0310 054 E 0 031 0 031 0 054 0 054 C 0 015 0 122 0 077 0 153 0 085 0 031 0 031 0 054 0 054 N a 零序电流的保护与整定 7 R 0 0940 015 0 127 0 117 B C E D 0 086 0 12 0 159 0 0420 085 0 153 0 0280 077 0 122 0 152 0 203 N W S b 图 2 2 负序等值网络图 a 等值标么阻抗图 b 简化图 R 0 2820 046 0 382 0 352 BC E D 0 259 0 03 0 054 0 054 0 08 N S 0 054 0 092 A 0 08 图 2 3 零序等值网络图 3 3 线路短路电流计算线路短路电流计算 3 1 运行方式的确定原则运行方式的确定原则 各线路保护的运行方式按下列原则确定 1 对单侧电源的辐射形线路 AB 保护的最大运行方式由以下两条件决定 1 电源在以下运行情况下运行 W R 水电厂所有机组 变压器均投入 S N 等值 系统按最大容量发电 变压器均投入 2 系统所有线路和选定的接地中性点均投入 零序电流的保护与整定 8 2 对单侧电源的辐射形线路 AB 保护的最小运行方式是 1 电源在以下运行方式情况下运行 W 厂停 2 30MVA 机组 R 厂停 77 5 机组一台 S 系统发电容量为 300MVA N 系统发电容量为 240MVA 2 双回线路 BC 单回线运行 3 对双侧电源和多侧电源的环形网路中的线路 保护的最大运行方式是 1 电源在以下运行情况下运行 W R 水电厂所有机组 变压器均投入 S N 等值 系统按最大容量发电 变压器均投入 环网开环 开环点在线路相邻的下一级线路上 4 对双侧电源和多侧电源的环形网路中的线路 保护的最小运行方式是 1 电源在以下运行情况下运行 W 厂停 2 30MVA 机组 R 厂停 77 5MVA 机组一台 S 系统发电容量为 300MVA N 系统发电容量为 240MVA 2 线路闭环运行 停运该线路背后可能的机组和线路 3 2 短路计算方式的制定短路计算方式的制定 1 各级电压可采用计算电压值或平均电压值 而不考虑变压器电压分接头实际位 置的变动 2 发电机及调相机的正序阻抗课采用 t 0 时的瞬态值 3 不计线路电容和负荷电流的影响 4 发电机电动势标么值可以假定等于 1 且两侧发电机电动势相位一致 只有在计 算线路非全相运行电流和全相震荡电流时 才考虑相线路两侧发电机综合电动势间有一 定的相角差 5 不考虑短路电流的衰减 不计短路暂态电流中的非周期分量 但具体整定时应考 虑其影响 6 不计故障点的相间电阻和接地电阻 3 7 忽略发电机 变压器 架空线路 电缆线路等阻抗参数的电阻部分 并假设旋转 电机的负序电抗等于正序电抗 3 3 短路电流计算举例短路电流计算举例 根据上述运行方式的确定原则 我们可以计算各线路 各工况下的短路电流 在计 算短路电流时 由于工作量非常大 且各条线路的计算方法相同 因此 我仅选取了其 中一条线路进行短路电流计算并列出计算过程 求取 250km 线路的短路电流计算结果列 于表 3 2 中 最小运行方式下 W 厂停 2 30MVA 机组 R 厂停 77 5MVA 机组一台 S 系统发电容量 零序电流的保护与整定 9 为 300MVA N 系统发电容量为 240MVA 表 3 1 发电机及等值系统的参数 名称每台机额定 容量 MVA 额定电压 Ue KV 额定功率因 素 cos 正序电抗 负序电抗 W 厂 235 29235 29 230 15 11 0 85 0 83 0 35 0 25 0 508 0 362 R 厂 232 5477 5 13 80 840 30 435 S 系统 3001150 50 61 N 系统 2401150 50 61 B 母线故障时 计算经 250km 线路流过 C 端的短路电流 系统正 负 零序网及零序 网络的制定如下 1 系统正序等值图变换如下 0 00720 127 0 117 B C 0 09 0 119 0 128 S 0 055 0 061 BC 0 119 0 0587 B R 0 0940 015 0 127 0 117 B C E D 0 086 0 119 0 042 0 125 0 0280 1 0 148 N W S R 0 0072 0 127 0 117 B C E D 0 0414 0 119 0 0066 0 128 0 148 N WS 0 042 图 3 1 系统正序等值网络图化简 2 系统负序等值图变换如下 0 00720 127 0 117 B C 0 11 0 159 0 115 S 0 066 0 061 BC 0 159 0 07 B R 0 0072 0 127 0 117 B C E D 0 0414 0 159 0 2016 0 15 0 203 N WS 图 3 2 系统负序等值网络图化简 3 系统零序等值图变换如下 0 0220 382 0 352 B C 0 051 0 0226 0 027 S 0 02 0 183 BC 0 0226 0 02 B 0 382 0 352 BC E 0 022 0 0226 0 027 0 164 S 0 074 零序电流的保护与整定 10 图 3 3 系统零序等值网络图化简 4 B 母线故障时 计算线路 BC 的短路电流结果如下 注 各化简过程用图示来 表示 1 三相短路 1 17 036 0 0587 E I 1 正序短路电流 17 036 0 119 8 627 0 1190 116 E I 流过 250kmBC 线路 通过 C 侧的短路电流 4 137 4 137 0 1170 127 BC I 化成有名值 1 4 137 60 0 670 3220 d IKA 2 两相短路 1 7 77 0 05870 07 E I 1 正序短路电流 7 77 0 119 3 97 0 1190 116 E I 1 3 93 0 117 1 88 0 1170 127 BC I 化成有名值 1 1 88 60 0 306 3220 d IKA 2 负序短路电流 7 77 0 159 7 483 0 1590 127 E I 2 7 483 0 117 3 588 0 1270 117 BC I 化成有名值 2 3 588 60 0 502 3220 d IKA 零序电流的保护与整定 11 3 单相短路 1 6 725 0 05870 070 02 E I 1 正序短路电流 6 725 0 119 3 405 0 1190 116 E I 1 3 405 0 117 1 633 0 1270 117 BC I 化成有名值 1 1 633 60 0 253 3220 d IKA 2 负序短路电流 6 725 0 159 3 739 0 1590 127 E I 2 3 739 0 117 1 793 0 1270 117 BC I 化成有名值 2 1 793 60 0 279 3220 d IKA 3 零序短路电流 6 725 0 0226 0 674 0 02260 203 E I 零序电流的保护与整定 12 0 0 674 0 352 0 323 0 3520 382 BC I 化成有名值 0 0 323 60 0 064 3220 d IKA 4 两相短路接地 1 13 46 0 05870 07 0 02 E I 1 正序短路电流 13 46 0 119 6 816 0 1190 116 E I 1 6 816 0 117 3 268 0 1270 117 BC I 化成有名值 1 3 268 60 0 505 3220 d IKA 2 负序短路电流 13 46 0 159 7 483 0 1590 127 E I 2 7 483 0 117 3 588 0 1270 117 BC I 化成有名值 2 3 588 60 0 153 3220 d IKA 3 零序短路电流 13 46 0 0226 1 348 0 02260 203 E I 0 1 348 0 352 0 646 0 3520 382 BC I 化成有名值 0 0 646 60 0 092 3220 d IKA 在 C 母线故障时 计算经 250KM 线路流过 B 端的短路电流 5 系统正序等值图变换如下 零序电流的保护与整定 13 0 00720 127 0 117 B C 0 09 0 119 0 128 S 0 055 0 061 BC 0 119 0 042 C R 0 0072 0 127 0 117 B C E D 0 0414 0 119 0 0066 0 128 0 148 N WS 0 167 图 3 4 系统正序等值网络图化简 6 系统负序等值图变换如下 0 00720 127 0 117 B C 0 11 0 159 0 15 S 0 066 0 061 B C 0 159 0 051 C R 0 0072 0 127 0 117 B C E D 0 0414 0 159 0 2016 0 15 0 203 N WS 图 3 5 系统负序等值网络图化简 7 系统零序等值图变换如下 0 0220 382 0 352 B C 0 051 0 0226 0 027 S 0 02 0 183 BC 0 0226 0 018 C 0 382 0 352 BC E 0 022 0 0226 0 027 0 164 S 0 074 图 3 6 系统零序等值网络图化简 8 C 母线故障时 计算线路 BC 的短路电流结果如下 注 各化简过程用图示来表 示 1 三相短路 1 正序短路电流 零序电流的保护与整定 14 1 23 81 0 042 E I 23 81 0 055 5 573 0 0550 18 E I 流过 250kmBC 线路 通过 C 侧的短路电流 5 573 0 117 2 672 0 1170 127 BC I 化成有名值 1 2 672 60 0 419 KA 3220 d I 2 两相短路 1 10 753 0 0420 051 E I 1 正序短路电流 10 753 0 055 2 517 0 0550 18 E I 零序电流的保护与整定 15 1 2 517 0 117 1 207 0 1170 127 BC I 化成有名值 1 1 207 60 0 191 3220 d IKA 2 负序短路电流 10 753 0 066 2 481 0 0660 22 E I 2 2 481 0 117 1 19 0 1270 117 BC I 化成有名值 2 1 19 60 0 186 3220 d IKA 3 单相短路 1 9 01 0 0420 051 0 018 E I 1 正序短路电流 9 01 0 055 2 109 0 235 E I 1 2 109 0 117 1 011 0 1270 117 BC I 化成有名值 1 1 011 60 0 159 3220 d IKA 2 负序短路电流 9 01 0 066 2 079 0 286 E I 2 2 079 0 117 0 997 0 1270 117 BC I 化成有名值 2 0 997 60 0 155 3220 d IKA 3 零序短路电流 9 01 0 02 0 799 0 2256 E I 零序电流的保护与整定 16 0 0 799 0 117 0 383 0 244 BC I 化成有名值 0 0 383 60 0 059 3220 d IKA 4 两相短路接地 1 14 082 0 0420 051 0 018 E I 1 正序短路电流 18 082 0 055 4 232 0 235 E I 1 4 232 0 117 2 029 0 1270 117 BC I 化成有名值 1 2 029 60 0 317 3220 d IKA 2 负序短路电流 18 082 0 066 4 173 0 286 E I 2 4 173 0 117 2 0 0 1270 117 BC I 化成有名值 2 2 0 60 0 083 3220 d IKA 3 零序短路电流 18 082 0 02 1 603 0 2256 E I 0 1 603 0 117 0 769 0 244 BC I 化成有名值 0 0 769 60 0 086 3220 d IKA 表 3 2 在系统最小运行方式下 BC 线路的短路计算结果 零序电流的保护与整定 17 线路 BC 250km 的短路电流计算结果 C 母线故障 流过 B 侧B 母线故障 流过 C 侧 保护的电流 KA 保护的电流 KA 运行方式短路类型 Id 1Id 23Id 0Id 1Id 23Id 0 3 d0 419 0 670 2 d0 1910 186 0 3060 337 1 d0 1590 1550 4770 2530 2790 192 最小运行 方式 1 1 d0 3170 0830 2580 5050 1530 276 基于时间紧迫 我只验算了 BC 这段线路的短路电流数据 其他线路由本小组的其他 同学验算 4 4 中性点直接接地系统的零序保护整定计算中性点直接接地系统的零序保护整定计算 零序电流的保护与整定 18 4 1 零序保护的概念与构成特点零序保护的概念与构成特点 4 1 1 零序电流保护概念零序电流保护概念 接地短路时必有零序电流 而在正常负荷状态下 零序电流没有或很小 因此利用 零序电流来构成接地短路的保护就具有显著的优点 电流增大是电网发生短路故障所呈 现出的最主要特点 因此可以通过检测流过保护安装处的零序电流幅值 来判定故障状 态 这种反应零序电流增大而动作的保护称为零序电流保护 7 4 1 2 接地短路时零序分量的特点接地短路时零序分量的特点 在电力系统中发生接地短路时 可利用对称分量的方法将电流和电压分解为正序 负序和零序分量 并利用复合序网来表示它们之间的关系 零序电流可以看成是在故障 点出现一个零序电压而产生的 它必须经过变压器接地的中性点构成回路 对零序电流 的方向 仍然采用母线流向故障点为正 而对零序电压的方向 是线路高于大地的电压 为正 零序电流分量的参数具有如下特点 由于零序电流是由零序电压产生的 由故障点 经由线路流向大地 当忽略回路的电阻时 按照规定的正方向画出的零序电流 零序电流的分布 主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗 而与电源的数目和位置无关 当变压器的中性点不接地时 则 用零序电流和零序 0 0I 电压的幅值以及它们的相位关系即可实现接地短路的零序电流和方向保护 1 4 2 零序电流保护的整定原则零序电流保护的整定原则 零序电流保护和相间电流保护一样 广泛采用阶段式 一般是三段 零序 段为瞬 时动作的零序电流速断 只保护线路的一部分 零序 段为零序电流限时速断 可保护 线路全长 并与相邻线路保护相配合 动作一般带 0 5 秒延时 零序 段为零序过电流 保护 作为本线路及相邻线路的后备保护 1 零序电流 段保护 在发生单相或两相接地短路时 也可以求出零序电流随线路长度 变化的关系曲03I l 线 然后相似于相间短路电流保护的原则 进行保护的整定计算 零序电流速断保护的 整定原则如下 1 躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流 3 引入可 0 max I 靠系数 一般取为 1 2 1 3 即 rel K 0 max 3 actrel IKI 零序电流的保护与整定 19 4 1 2 躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流 3 引入可靠系 0 max I 数 即为 rel K 4 2 0 max 3 actrel IKI 3 按躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流整定 为此可以设置两个零序电流 段保护 一个是按条件 1 和 2 整定 由于其定值较小 保护范围较大 因此 称为灵敏 段 它的主要任务是对全相运行状态下的接地故障起 作用 具有较大的保护范围 而当单相重合闸起动时 则将其自动闭锁 需待恢复全相 运行时才能重新投入 另一个是按条件 3 整定 由于其定值较大 因此称为不灵敏 段 装设它的主要目的是为了在单相重合闸过程中 其它两相又发生接地故障时 用以 弥补失去灵敏 段的缺陷 尽快地将故障切除 当然 不灵敏 段也能反应全相运行状 态下的接地故障 只是其保护范围较灵敏 段小 4 特殊情况的整定 线路末端变压器低压侧有电源的情况 零序保护 段一般可按不伸出变压器范围整 定 我的 如末端的变压器为两台及以上时 是否仍按上述原则整定可视具体情况比较 优缺点后再决定 端变压器中性点不接地运行 只按躲开变压器低压侧母线相间短路的最大不平衡电 流整定 即 4 3 3 maxactrelbpfzqd IKK KI 式中 可靠系数 取 1 3 rel K 不平衡系数 取 0 1 bp K 非周期分量系数 取 2 fzq K 变压器低压侧三相短路最大短路电流 3 maxd I 2 零序电流 段保护 零序电流 段保护整定是按躲过下段线路第 段保护范围末端接地短路时 通过本保 护装置的最大零序电流 同时还带有高出一个 的时限 以保证动作的选择性 t 1 按与相邻下一级线路的零序电流保护 段配合整定 即 4 4 actrelfzact IKK I 式中 可靠系数 取 1 15 1 2 rel K 分支系数 按实际情况选取可能的最大值 fz K 零序电流的保护与整定 20 相邻下一级线路的零序电流保护 段整定值 当按此整定结果达不到规定 act I 灵敏度数时 可改为与按与相邻下一级线路的零序电流保护 段配合整定 2 按躲开本线路末端母线上变压器的另一侧母线接地短路时流过的最大零序电流 整定 即 4 5 0 max 3 actrel IKI 3 当本段保护整定时间等于或低于本线路相间保护某段的时间时 其整定值还必 须躲开该段相间保护范围末端发生相间短路的最大不平衡电流 即 4 6 3 maxactrelbpfzqd IKK KI 引入零序电流的分支系数 则保护 1 的零序 段整定为 0bra K 4 7 1 2 0 actact bra K II K 当变压器切除或中性点改为不接地运行时 则该支路即从零序等效网络中断开 此 2 T 时 0 1 bra K 4 灵敏性的校验 为了能够保护本线路的全长 限时电流速断保护必须在系统最 小运行方式下 线路末端发生两相短路时 具有足够的反应能力 这个能力通常用灵敏 系数来衡量 对反应于数值上升而动作的过量保护装置 灵敏系数的含义是 sen K 保护范围内发生金属性短路时故障参数的计算值 保护装置的动作参数 式中故障参数的计算值 应根据实际情况 合理地采用最不利于保护动作的系统运 行方式和故障类型来选定 但不必考虑可能性很小的特殊情况 设此电流为 代入 mink B I 上式中则灵敏系数为 4 8 min 1 k B sen act I K I 为了保证在线路末端短路时 保护装置一定能够动作 在考虑实际短路时存在的过 渡电阻以及测量误差等的影响 对限时电流速断保护要求 1 3 1 5 sen K 5 零序电流 段保护的灵敏系数 应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流 来检验 并满足 1 5 的要求 当由于线路比较短或运行方式变化比较大 灵敏度不 sen K 满足要求时 可考虑用下列方式解决 1 使零序电流 段保护与下一条线路的零序电流 段保护配合 时限再抬高一级 零序电流的保护与整定 21 可以取为 1s 2 保留 0 5s 的零序电流 段保护 同时再增设一个与下一条线路的零序电流 段 保护配合的动作时限为 1s 的零序 段 这样保护装置中 就具有两个定值和时限均不相 同的零序 段 一个定值较大 能在正常运行方式和最大运行方式下 以较短的延时切 除本线路上所发生的接地故障 另一个具有较长的延时 能保证在各种运行方式下线路 末端接地短路时 保护装置具有足够的灵敏系数 3 从电网接线的全局考虑 改用接地距离保护 3 零序电流 段保护 零序电流 段保护一般情况下是作为本线路和相邻线路的后备保护 在中性点直接 接地系统中的终端线路上 它也可以作为主保护使用 零序电流 段保护按如下原则整定 1 按躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流来整定 maxubI 引入可靠系数 即为 rel K maxact Prelub IKI 4 9 2 与下一条线路零序 段相配合 就是本保护零序 段的保护范围 不能超出相邻 线路上零序 段的保护范围 当两个保护之间具有分支电路时 有中性点接地变压器时 起动电流整定为 1 2 0 rel actact bra K II K 4 10 式中 可靠系数 一般取为 1 1 1 2 rel K bra K0 分支系数 即在相邻的零序 段保护范围末端发生接地短路时 故障线 路中零序电流与流过本保护装置中零序电流之比 保护装置的灵敏系数 当作为本条线路近后备保护时 按本线路末端发生接地故障 时的最小零序电流来校验 要求 当作为相邻元件的远后备保护时 按相邻元件2 sen K 保护范围末端发生接地故障时 流过本保护的最小零序电流 应考虑图 3 2 所示的分支 电路使电流减小的影响 来校验 要求 1 5 sen K 3 当本段保护整定时间等于或低于本线路相间保护某段的时间时 其整定值还必 须躲开该段相间保护范围末端发生相间短路的最大不平衡电流 即 3 maxactrelbpfzqd IKK KI 零序电流的保护与整定 22 4 11 按上述原则整定的零序过电流保护 其起动电流一般都很小 在二次侧约为 2 3A 因此 在本电压级网络中发生接地短路时 它都可能起动 这时 为了保证保护的选择 性 各零序过电流保护的动作时限也应按图 4 2 所示的阶梯原则来选择 PD t l 6 t 5 t 4 t 3 t 2 t 1 t 0 6 t 0 5 t 0 4 t 相间保护 零序保护 1 1 T2 T 2 3456 图4 2 零序过电流保护的时限特性 4 方向性零序电流保护 在双侧或多侧电源的网络中 电源处变压器的中性点一般至少有一台要接地 由于 零序电流的实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器 因此在变压器接地数目 比较多的复杂网络中 就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题 零序功率方向元件接于零序电压和零序电流之上 反应于零序功率的方向而 03U 03I 动作 当保护范围内部故障时 按规定的电流 电压正方向看 超前于为03I 03U 对应于保护安装地点背后的零序阻抗角为的情况 此时零序功率方95 110 85 70 向元件应正确动作 并工作在最灵敏的条件之下 所以零序功率方向元件的最大灵敏角 95 110 sen 由于越靠近故障点的零序电压越高 因此零序方向元件没有电压死区 作为相邻元件 的后备保护 应采用相邻元件末端短路时 在本保护安装处的最小零序电流 电压或功 率的二次侧数值与功率方向元件的最小起动电流 电压或起动功率之比来计算灵敏系数 并要求 9 2 sen K 4 3 对零序电流保护的评价对零序电流保护的评价 在中性点直接接地系统中 采用专门的零序电流保护 与利用三相星形接线的电流 保护来保护单相短路相比较 具有一系列优点 1 相间短路的过电流保护是按躲开最大负荷电流整定 二次起动电流一般为 57A 而零序过电流保护则按躲开不平衡电流整定 其值一般为 23A 由于发生单相 接地短路时 故障相的电流与零序电流相等 零序过电流保护有较高的灵敏度 0 3I 零序电流的保护与整定 23 2 相间短路的电流速断和限时电流速断保护直接受系统运行方式变化的影响很大 而零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小得多 而且 由于线路零序阻抗远较正 序阻抗为大 X0 23 5 X1 故线路始端与末端接地短路时 零序电流变化显著 曲 线较陡 因此零序 段的保护范围较大 也较稳定 零序 段的灵敏系统也易于满足要 求 3 当系统中发生某些不正常运行状态时 如系统振荡 短时过负荷等 三相是对 称的 相间短路的电流保护均受它们的影响而可能误动作 需要采取必要的措施予以防 止 而零序电流保护则不受它们的影响 4 在 110kV 及以上的高压和超高压系统中 单相接地故障约占全部故障的 70 90 而且其它的故障也往往是由单相接地发展起来的 零序电流保护的缺点是 1 对于短线路或运行方式变化很大的情况 零序电流保护往往不能满足系统运行 所提出的要求 2 零序电流保护受中性点接地数目和分布的影响 因此电力系统实际运行时 因 保证零序网路结构的相对稳定 实际上 在中性点直接接地的电网中 由于零序电流保护简单 经济 可靠 因而获 得了广泛的应用 5 4 4 220KV 电网零序保护的整定计算电网零序保护的整定计算 4 4 1 系统接线示意图与各线路的零序电流系统接线示意图与各线路的零序电流 通过对系统的分析 得到系统的零序电网接线图如图 4 3 另各母线在每种短路方式 下分别故障时 通过系统各线路的短路电流计算得出表 4 1 12 3 4 5 678 910 1112 13 14 15 16 17 18 19 E CB D A F35 115 115 115 零序电流的保护与整定 24 图 4 3 系统接线示意简图 表 4 1 各母线故障时流过电网的零序电流 4 4 2 各保护装置的零序电流保护整定计算各保护装置的零序电流保护整定计算 1 保护 1 零序保护的整定 1 段保护 1 躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流 查表得 0 max 3I 1674A 引入可靠系数 取 1 3 根据公式 4 1 即有 rel K 10 max 31 3 16742176 actrel IKIA 起动时间 0tS