电气工程及其自动化专业毕业论文

1 第第 1 1 章章 绪绪 论论 第 第 节 节 电力系统继电保护的作用电力系统继电保护的作用 我企业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 的是各种型式的短路 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 这样才能更进一步地 确保电力系统的安全运行 继电保护装置 就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态 并 动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置 它的基本任务是 1 当电力系统中发生短路故障时 继电保护能自动地 迅速地和有选择性地动作 使断路器跳闸 将故障元件从电力系统中切除 以系统无故障的部分迅速恢复正常运行 并使故障的设备或线路免于继续遭受破坏 2 当电气设备出现不正常运行情况时 根据不正常运行情况的种类和设备运行维 护条件 继电保护装置则发出信号 以便由值班人员及时处理 或由装置自动进行调整 由此可见 继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提 高系统运行的可靠性 最大限度地保证向用户安全供电 因此 继电保护是电力系统重 要的组成部分 是保证电力系统安全可靠运行的不可缺少的技术措施 在现代的电力系 统中 如果没有专门的继电保护装置 要想维持系统的正常运行是根本不可能的 第 第 节 节 继电保护的基本特性继电保护的基本特性 动作于跳闸的继电保护 在技术上一般应满足四个基本要求 即选择性 速动性 灵敏性和可靠性 1 2 1 选择性选择性 所谓继电保护装置动作的选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时 其 继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除 当故障设备或线路的保护或断路器 拒绝动作时 应由相邻设备或线路的保护秒年个鼓掌切除 2 总之 要求继电保护装置有选择地动作 是提高电力系统供电可靠性的基本条件 保护装置无选择性的动作 又没有采取措施 如线路的自动重合闸 予以纠正 是不允 许的 1 2 2 速动性速动性 所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障 对于反应短路故障的继电保 护 要求快速动作的主要理由和必要性在于 1 快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性 因此 快速切除故障是提 高系统并列运行稳定性 防止系统事故的一项重要措施 4 快速切除故障可以防止故障的扩大 提高自动重合闸和备用电源或设备自动投 入成功率 从上述理由可知 快速切除鼓掌 对提高电力系统运行的可靠性具有重大的 意义 切除故障的时间是指从发生短路故障的时刻起到断路器跳闸电弧熄灭为止的时间 它等于继电保护装置的动作时间与断路器跳闸时间之和 所以 为了保证快速切除故障 除了加快保护装置的动作时间之外 还必须采用快速跳闸 断路器 1 2 3 灵敏性灵敏性 所谓继电保护装置的灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不 正常运行情况时 保护装置的反映能力 1 2 4 可靠性可靠性 所谓保护装置的可靠性是指在拨户范围内发生的故障该保护应该动作时 不应该由 于它本身的缺陷而拒绝动作 而在不属于它动作的任何情况下 则应该可靠不动作 要求继电保护装置有很高的可靠性是非常重要的 因为 博爱户装置的拒绝动作或 误动作 都将给电力系统和用户带来严重的损失 所以 在设计 安装和维护继电保护 装置时 必须满足可靠性的要求 以上四个基本要求是设计 培植和维护继电保护的依据 又是分析评价继电保护的 基础 这四个基本要求之间 是相互联系的 但往往由存在着矛盾 因此 在实际工作 中 要根据电网的结构和用户的性质 辩证地进行统一 参数计算需要用到标幺值或有名值 在实际的电力系统中 各元件的电抗表示方法 不统一 基值也不一样 如发电机电抗 厂家给出的是以发电机额定容量 Sn 和额定电压 Un 为基值的标幺电抗 Xd 而输电线路电抗 通常是用有名值 在标幺制中 单个物理量均用标幺值来表示 标幺值的定义如下 标幺值 实际有名值 任意单位 基准值 与有名值同单位 3 可见 一个物理量的标幺值 就是其有名值与选定的同单位的基准值比值 也就是 对基准值的倍数值 显然 同一个实际值 当所选的基准值不同是 其标幺值也不同 所以当诉说一个物理量的标幺值是 必须同时说明起基准值多大 否则仅有一个标幺值 是没意义的 使用标幺值 首先必须选定基准值 电力系统的各电气量基准值的选择 在符合电路基 本关系的前提下 原则上可以任意选取 系统各元件参数的计算是进行以后各种计算的基础 例如各种网络化简和短路零序 电流的计算等等 第第 2 22 2 节节系统元件参数的计算系统元件参数的计算 2 2 1 元件参数计算原则元件参数计算原则 参数计算需要用到标幺值或有名值 因此做下述简介 在实际的电力系统中 各元件的电抗表示方法不统一 基值也不一样 如发电机电 抗 厂家给出的是以发电机额定容量 Sn 和额定电压 Un 为基值的标幺电抗 Xd 而输 电线路电抗 通常是用有名值 在标幺制中 单个物理量均用标幺值来表示 标幺值的定义如下 标幺值 实际有名值 任意单位 基准值 与有名值同单位 显然 同一个实际值 当所选的基准值不同是 其标幺值也不同 所以当诉说一个 物理量的标幺值是 必须同时说明起基准值多大 否则仅有一个标幺值是没意义的 当选定电压 电流 阻抗 和功率的基准值分别为 UB IB ZB和 SB时 相应的标幺 值为 U U UB 2 1 I I IB 2 2 Z Z ZB 2 3 S S SB 2 4 使用标幺值 首先必须选定基准值 电力系统的各电气量基准值的选择 在符合电路基 本关系的前提下 原则上可以任意选取 4 四个物理量的基准值都要分别满足以上的公式 因此 四个基准值只能任选两个 其余 两个则由上述关系式决定 至于先选定哪两个基准值 原则上没有限制 但习惯上多先 选定UB B 这样电力系统主要涉及三相短路的IB ZB 可得 U 2 5 U U B 2 6 U 和 原则上选任何值都可以 但应根据计算的内容及计算方便来选择 通常 UB 多选为额定电压或平均额定电压 B可选系统的或某发电机的总功率 有时也可取一整 数 如 100 1000MVA 等 3 标幺值的归算 精确的计算法 再标幺值归算中 不仅将各电压级参数归算到基本级 而且 还需选取同样的基准值来计算标幺值 1 将各电压级参数的有名值按有名制的精确计算法归算到基本级 再基本 级选取统一的电压基值和功率基值 2 各电压级参数的有名值不归算到基本值而是再基本级选取电压基值和功 率基值后将电压基值向各被归算级归算 然后救灾各电压级用归算得到的基准电压 和基准功率计算各元件的标幺值 近似计算 标幺值计算的近似归算也是用平均额定电行计算 标幺值的近似 计算可以就在各电压级用选定的功率基准值和各平均额定电压作为电压基准来计算 标幺值即可 本网络采用近似计算法 选取基准值 SB 100MVA UB1 115 KV UB2 10 5 KV UB3 6 3 KV 计算结果为 计算结果详细过程见 计算书 第 1 页 2 2 2 元件参数一览表元件参数一览表 电源 电源 参数计算表参数计算表 2 1 2 1 名称名称 额定容量额定容量 功率因功率因 数数 Xd 正序电抗正序电抗 GSBCOS 标幺值 有名值 发电机 A43 MVA0 80 280 65186 116 发电机 B75MVA0 80 150 226 45 发电机 C31 25MV A 0 80 1650 152669 828 变压器变压器 参数计算表参数计算表 2 2 2 2 5 短路电压百分比短路电压百分比绕组电抗标幺值绕组电抗标幺值有名值 有名值 变变 压压 器器 名名 称称 变压器额定变压器额定 容量容量 MVA 变比变比 UkXT XT T140 MVA10 5 0 262534 716 T215 MVA10 50 792 575 T331 5 MVA 10 50 33344 083 T410 MVA10 51 05138 863 T520 MVA10 50 52569 431 线路线路 参数计算表参数计算表 2 3 2 3 第第 3 3 章章 电流电流 电压互感器及变压器中性点的选择电压互感器及变压器中性点的选择 第第 3 1 节节 输电线路电流输电线路电流 电压互感器的选择电压互感器的选择 3 1 13 1 1 输电线路输电线路 CTCT 的选择的选择 1 CT 的作用 电流互感器将高压回路中的电流变换为低压回路中的小电流 并将高压回路与低 压回路隔离 使他们之间不存在电的直接关系 额定的情况下 电流互感器的二次侧电流取为 5A 这样可使继电保护装置和其 它二次回路的设计制造标准化 电保护装置和其它二次回路设备工作于低电压和小电流 不仅使造价降低 维 正 负 序电阻正 负 序电阻正 负 序电抗正 负 序电抗零序电阻零序电阻零序电抗零序电抗线路名线路名 称称 长度长度 KM 有名值 标幺值有名值 标幺 值 有名值 标幺 值 有名值 标幺 值 L1305 10 0386120 090715 30 1157420 318 L2305 10 0386120 090715 30 1157420 318 L3305 10 038612 0 090715 30 115742 0 318 L46010 20 0771240 181530 60 23141320 9981 6 护 方便 而且也保证了运行人员的安全 1 电流互感器二次回路必须有一点接地 否则当一 二次击穿时 造成威胁人 身和设备的安全 2 CT 的选择和配置 型号 电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择 1 PT 的作用 电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例的变换为较低的电压 实现了二 次系统与一次系统的隔离 保证了工作人员的安全 电压互感器二次侧电压通常为 100V 这样可以做到测量仪表及继电器的小型化 和标准化 2 PT 的配置原则 型式 电压互感器的型式应根据使用条件选择 在需要检查与监视一次回路单 相接地时 应选用三相五柱式电压互感器或具有三绕组的单相互感器组 一次电压的波动范围 1 1Un U1 0 9Un 二次电压 100V 准确等级 电压互感器应在哪一准确度等级下工作 需根据接入的测量仪表 继 电器与自动装置及设备对准确等级的要求来确定 二次负荷 S2 Sn 3 输电线路上 PT 变比的选择 线路电均为 110KV 故选用三相屋外的 PT 由 发电厂电气部分课设参考资料 查 得变比为 可用三个单相的 PT 组合而成 100 3 100 3 220000 第第 3 23 2 节节 变压器中性点的选择变压器中性点的选择 3 2 13 2 1 变压器中性点的选择原则变压器中性点的选择原则 1 电力系统的中性点是指 三相电力系统中星形连接的变压器或发电机中性 点 目前我国的电力系统采用中性点运行方式主要有三种 中性点不接地 经过消弧线圈 和直接接地 前两种称不接地电流系统 后一种又称为大接地电流系统 2 如何选择发电机或变压器中性点的运行方式 是一种比较复杂的综合性的 技 7 术经济问题 不论采用哪一种运行方式 都涉及到供电可靠性 过电压绝缘配合 继 电保护和自动装置的正确动作 系统的布置 电讯及无线电干扰 接地故障时对生命 的危险以及系统稳定等一系列问题 3 本课题所设计网络是110110 电力网中性点的接地方式 决定了变压器中性点的接地方式 主变压器的 侧采用中性点直接接地方式 凡是中低压有电源的升压站和降压站至少有一台变压器直接接地 终端变电所的变压器中性点一般接地 变压器中性点接地点的数量应使用电网短路点的综合零序电抗 4 所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地 以便于运行调度灵活 选 择 接地点 当变压器中性点可能断开运行时 若该变压器中性点绝缘不按线电压设计 应在中性点装设避雷器的保护 5 选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地系 统 双母线界限有两台及以上变压器时 可考虑两台主变压器中性点接地 根据上述原则本次设计的变压器中性点的接地方式为 表表3 3 1 1 名称发电厂变电站 变压器数4 台2 台 接地数目3 台2 台 8 第第 4 4 章章 系系统统运运行行方方式式的的选选择择 第第 4 14 1 节节 4 1 14 1 1 最大运行方式 计算短路电流时运行方式的确非常重要 因为它关系到所选的保护是否经济合理 简单可靠 以及是否能满足灵敏度要求等一系列问题保护的运行方式是以通过保护 装置的短路电流大小来区分的 根据系统最大负荷的需要 电力系统中的发点设备 都投入运行或大部分投入运行 以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称 为最大运行方式 它是指供电系统中的发电机 变压器 并联线路全投入的运行方 式 系统在最大运行方式工作的时候 等值阻抗最小 短路电流最大 发电机容量 最大 4 1 24 1 2 最小运行方式 根据系统最小负荷投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运 行方式称为最小运行方式 对继电保护来说是短路时通过保护的短路电流最小的运 行方式 对通常都是根据最大运行方式来缺定保护的整定值 以保证选择性 在其 它运行方式下也一定能保证选择性 灵敏度的校验应根据最小运行方式来运行 因 为只要在最小运行方式下灵敏度一定能满足要求 它是指供电系统中的发电机 变 压器 并联线路部分投入的运行方式 系统在最小运行方式工作的时候 应该满足 等值阻抗最大 短路电流最小 发电机容量最小的条件 第第 4 4 2 2 节节 系系统统运运行行方方式式的的选选择择 9 系统最大最小运行方式的结果为 详细过程见 计算书 第 15 25 页 最大运行方式A 厂运行 L4 双回线运行 DL1 最小运行方式A 厂运行 L4 单线运行 最大运行方式A 厂运行 L4 双回线运行 DL2 最小运行方式A 厂运行 L4 单线运行 最大运行方式A 厂停行 L4 单线运行 DL3 DL 4 最小运行方式A 厂运行 L4 双回线运行 最大运行方式A 厂运行 L4 单线运行 DL5 DL6 最小运行方式A 厂停行 L4 双回线运行 第第 5 5 章章 短路计算短路计算 第第 5 15 1 节节 短路的概述短路的概述 短路是电力系统最常见的故障 所谓短路 是指一切不正常的相程与相或中性点接 地系统中相与地之间的短路 5 1 15 1 1 短路的后果短路的后果 短路故障对电力系统的正常运行会带来严重后果 主要表现在如下几方面 1 短路故障使短路点附近的某些支路中流过巨大的短路电流 大容量系统中可达 数万或数十万安培 产生的电动力效应可能使电气设备变形或损坏 2 巨大短路电流的热效应可能烧坏设备 3 短路时短路点的电压比正常运行时低 如果是三相短路 则短路点的电压为零 这必然导致整个电网电压大幅度的下降 可能使部分用户的供电受到破坏 接在网络中 的用电设备不能正常工作 如在用电设备中占有很大比重的异步电动机 其电磁转矩与 电压的平方成正比 当电压下降幅度较大时 电动机将停止转动 在离短路点较远的电 动机 因电压下降幅度较小而能继续运转 但它的转速将降低 导致产生废 次产品 此外 由于电压下降 转速降低 而电动机拖动的机械负载又未变化 电动机绕组将流 过较大的电流 如果短路持续时间较长 电动机必然过热 使绝缘迅速老化 缩短电动 机的寿命 4 影响电力系统运行的稳定性 在由多个发电机组成的电力系统中发生短路时 由于电压大幅度下降 发电机输出 的电磁功率急剧减少 如果由原动机供给的机械功率来不及调整 发电机就会加速而失 去同步 使系统瓦解而造成大面积停电 这是短路造成的最严重 最危险的后果 10 5 对通信干扰 第第 5 25 2 节节短路计算的意义短路计算的意义 5 2 15 2 1 短路计算的目的短路计算的目的 短路故障对电力系统正常运行的影响很大 所造成的后果也十分严重 因此在系统 的设计 设备选择以及系统运行中 都应着眼于防止短路故障的发生 以及在短路故 障发生后要尽量限制所影响的范围 短路的问题一直是电力技术的基本问题之一 无 论从设计 制造 安装 运行和维护检修等各方面来说 都必须了解短路电流的产生 和变化规律 掌握分析计算短路电流的方法 针对本次设计 短路电流计算的主要目的是 继电保护的配置和整定 系统中应配置哪些继电保护以及保护装置的参数整定 都必须对电力系统各种短路故 障进行计算和分析 而且不仅要计算短路点的短路电流 还要计算短路电流在网络各 支路中的分 并要作多种运行方式的短路计算 电力工程中 计算短路电流的目的还很多 不可能一一列举 如确定中性点的接 地方式 验算接地装置的接触电压和跨步电压 计算软导线的短路摇摆 计算输电线 路分裂导线间隔棒所承受的向心压力等都需要计算短路电流 综上所述 对电力系统短路故障进行计算和分析是十分重要的 无论是电力系统 的设计 或是运行和管理 各环节都免不了对短路故障的分析和计算 但是 实际的 电力系统是十分复杂的 突然短路的暂态过程更加复杂 要精确计算任意时刻的短路 电流非常困难 然而实际工程中并不需要十分精确的计算结果 但却要求计算方法简 捷 适用 其计算结果只要能满足工程允许误差即可 因此 工程中适用的短路计算 是采用在一定假设条件下的近似计算法 这种近似计算法在电力工程中称为短路电 流实用计算 5 2 25 2 2 计算短路电流的基本程序计算短路电流的基本程序 短路电流计算是电力系统基本计算之一 一般采用标幺制进行计算 对于已知电力 系统结构和参数的网络 短路电流计算的主要步骤如下 1 制定等值网络并计算各元件在统一基准值下的标幺值 2 网络简化 对复杂网络消去电源点与短路点以外的中间节点 把复杂网络简化 为如下两种形式之一 3 一个等值电势和一个等值电抗的串联电路 4 多个有源支路并联的多支星形电路 5 考虑接在短路点附近的大型电动机对短路电流的影响 11 6 计算指定时刻短路点发生某种短路时的短路电流 含冲击电流和短路全电流有 效值 7 计算网络各支路的短路电流和各母线的电压 一般情况下三相短路是最严重的短路 某些情况下单相接地短路或两相接地短路 电流可能大于三相短路电流 因此 绝大多数情况是用三相短路电流来选择或校验电 气设备 另外 三相短路是对称短路 它的分析和计算方法是不对称短路分析和计算 的基础 第第 5 5 3 3 节节 短短路路计计算算 DL6计算结果同 DL5 第第 6 6 章章 相间距离保护整定和灵敏度检验相间距离保护整定和灵敏度检验 第第 6 16 1 节节 概述概述 6 1 16 1 1 距离保护的基本概念距离保护的基本概念 由于电力系统的迅速发展 出现了一些新的情况 系统的运行方式变化增大 长 距离负荷线路增多 网络结构复杂化 在这些情况下 相间的电流 电压保护的灵敏 度 快速性 选择性往往不能满足要求 电流 电压保护是依据保护安装处测量电流 电压的大小及相应的动作时间来判 断故障是否发生以及是否属于内部故障 因不受系统的运行方式及电网的接线影响大 可以联想到 对一个被保护元件 在其一端装设的保护 如能测量出故障点至保护安 装处的距离并于保护范围对应的距离比较 即少判断出故障点位置从而决定其行为 这种方式显然不受运行方式和接线的影响 这样构成的保护就是距离保护 显然 它 是适应新的情况的保护 6 1 26 1 2 阻抗继电器阻抗继电器 阻抗继电器是距离保护装置的主要元件 它是反映从故障点至保护安装之间阻抗 值大小的的测量元件 通常称为阻抗继电器 阻抗继电器的种类很多 但根据其基本 12 性质可分为两大类 即第 I 类阻抗继电器和第 II 类阻抗继电器 第 I 类阻抗继电器 的主要特点是 它的动作特性可直接表示在阻抗 或导纳 复数平面上 因而可利用 它在复数平面上的特性曲线 对继电器在各种故障方式及系统运行方式下的行为进行 分析 这些特性曲线 都可以表示为通入继电器的电压与电流的某种函数 根据各种 不同的构成方式 可以得到圆 直线 椭圆 平行四边形等各种轨迹曲线 也可以构 成带有方向性的圆特性及带有偏移的圆特性曲线 对于第 II 类阻抗继电器 根据它 的动作原理 其动作特性不能表示成为复数平面上的单一变量 Z 的某个函数曲线 因 而只能根据继电器的原始动作方程式 以及具体的系统运行方式和故障类型 对继电 器的动作行为进行分析 所以其特性分析较为复杂 6 1 36 1 3 距离保护的基本特性距离保护的基本特性 1 距离保护的基本构成 距离保护是以反映从故障点到保护安装处之间阻抗大小 距离大小 的阻抗继电器 为主要元件 测量元件 动作时间具有阶梯性的相间保护装置 当故障点至保护安 装处之间的实际阻抗大雨预定值时 表示故障点在保护范围之外 保护不动作当上述 阻抗小于预定值时 表示故障点在保护范围之内 保护动作 当再配以方向元件 方 向特性 及时间元件 即组成了具有阶梯特性的距离保护装置 2 距离保护的应用 距离保护可以应用在任何结构复杂 运行方式多变的电力系统中 能有选择性 的 较快的切除相间故障 当线路发生单相接地故障时 距离保护在有些情况下也能 动作 当发生两相短路接地故障时 它可与零序电流保护同时动作 切除故障 因此 在电网结构复杂 运行方式多变 采用一般的电流 电压保护不能满足运行要求时 则应考虑采用距离保护装置 3 距离保护各段动作特性 距离保护一般装设三段 必要时也可采用四段 其中第 I 段可以保护全线路的 80 85 其动作时间一般不大于 0 03 0 1s 保护装置的固有动作时间 前者为晶 体管保护的动作时间 后者为机电型保护的动作时间 第 II 段按阶梯性与相邻保护 相配合 动作时间一般为 0 5 1 5s 通常能够灵敏而较快速地切除全线路范围内的 故障 由 I II 段构成线路的主要保护 第 III IV 段 其动作时间一般在 2s 以上 作为后备保护段 4 距离保护装置特点 由于距离保护主要反映阻抗值 一般说其灵敏度较高 受电力系统运行 方式变化的影响较小 运行中躲开负荷电流的能力强 在本线路故障时 装置第 I 段 的性能基本上不受电力系统运行方式变化的影响 只要流过装置的故障电流不小于阻 13 抗元件所允许的精确工作电流 当故障点在相邻线路上时 由于可能有助增作用 对于地 II III 段 保护的实际动作区可能随运行方式的变化而有所变化 但一般情 况下 均能满足系统运行的要求 由于保护性能受电力系统运行方式的影响较小 因而装置运行灵活 动作可靠 性能稳定 特别是在保护定值整定计算和各级保护段相互配合上较为简单灵活 是保护电力 系统相间故障的主要阶段式保护装置 第第 6 26 2 节节 相间距离保护装置各保护段定值配合的原则相间距离保护装置各保护段定值配合的原则 6 2 16 2 1 距离保护定值配合原则距离保护定值配合原则 距离保护定值配合的基本原则如下 1 距离保护装置具有阶梯式特性时 起相邻上 下级保护段之间应该逐级配合 即两配合段之间应在动作时间及保护范围上互相配合 距离保护也应与上 下相邻的其他保护装置在动作时间及保护范围上相配合 例如 当相邻为发电机变压器组时 应与其过电流保护相配合 当相邻为变压器或线 路时 若装设电流 电流保护 则应与电流 电压保护之动作时间及保护范围相配合 2 在某些特殊情况下 为了提高保护某段的灵敏度 或为了加速某段保护切 除故障的时间 采用所谓 非选择性动作 再由重合闸加以纠正 的措施 例如 当 某一较长线路的中间接有分支变压器时 线路距离保护装置第 I 段可允许按伸入至分 支变压器内部整定 即可仍按所保护线路总阻抗的 80 85 计算 但应躲开分支变压 器低压母线故障 当变压器内部发生故障时 线路距离保护第 I 段可能与变压器差动 保护同时动作 因变压器差动保护设有出口跳闸自保护回路 而由线路自动重合闸 加以纠正 使供电线路恢复正常供电 3 采用重合闸后加速方式 达到保护配合的目的 采用重合闸后加速方式 除了加速故障切除 以减小对电力设备的破坏程度外 还可借以保证保护动作的选择性 这可在下述情况下实现 当线路发生永久性故障时 故障线路由距离保护断开 线路重 合闸动作 进行重合 此时 线路上 下相邻各距离保护的 I II 段可能均由其振荡闭 锁装置所闭锁 而未经振荡闭锁装置闭锁的第 III 段 在有些情况下往往在时限上不能 互相配合 因有时距离保护 III 段与相邻保护的第 II 段配合 故重合闸后将会造成越 级动作 其解决办法是采用重合闸后加速距离保护 III 段 一般只要重合闸后加速距离 保护 III 段在 1 5 2s 即可躲开系统振荡周期 故只要线路距离保护 III 段的动作时间 14 大于 2 2 5s 即可满足在重合闸后仍能互相配合的要求 第第 6 36 3 节节 距离保护整定计算距离保护整定计算 6 3 16 3 1 距离保护 段整定计算 1 当被保护线路无中间分支线路 或分支变压器 时 定值计算按躲过本线路末端故障整定 一般可按被保护线路正序阻抗的 80 85 计算 即 Zdz I Kk Zxl 6 1 式中 Zdz I 距离保护 I 段的整定阻抗 Zxl 被保护线路的正序相阻抗 Kk 可靠系数 可取 0 8 0 85 而保护的动作时间按 t 0 秒整定 2 当线路末端仅为一台变压器时 即线路变压器组 其定值计算按不伸出线路末端变压器内部整定 即按躲过变压器其他各侧 的母线故障定 Zdz I Kk Zxl KkbZb 6 2 式中 Zb 线路末端变压器的阻抗 Kkb 可靠系数 取 0 7 Kk 可靠系数 取 0 8 0 85 Zxl 线路正序阻抗 保护动作时间按 t 0 秒整定 3 当被保护线路中间接有分支线路或分支变压器时 其计算按同时躲开本线路末端和躲开分支线路 分支变压器 末端故障整定 即 6 3 dzk xl 及 Zdz I KkZ xl KkZb 6 4 式中 Zxl 本线路正序阻抗 Z xl 本线中间接分支线路 分支变压器 处至保护安装处 之间的线路的正序阻抗 6 3 26 3 2 距离保护 II 段整定计算 1 按与相邻线路距离保护 I 段配合整定 Zdz KkZl KbKzZ dz I 6 5 15 式中 Zl 被保护线路阻抗 Z dz I 相邻距离保护 I 段动作阻抗 Kk 可靠系数 取 0 8 0 85 Kb 可靠系数 取 0 7 Kz 助增系数 选取可能的最小值 保护动作时间 tdz t 6 6 式中 t 时间级差 一般取 0 5s 6 3 36 3 3 距离保护 III 段整定计算 1 躲开最小负荷阻抗远后备 采用 0 度接线的方向阻抗继电器 Zdz 0 9UN KkKhKzqIfh maxcos lm fh 6 7 3 式中 Kk 可靠系数 取 1 2 1 3 Kh 返回系数 取 1 15 1 25 Kzq 自起动系数 取 2 UN 电网的额定电压 Ifh max 最大负荷电流 lm 阻抗元件的最大灵敏角 取 71 57 度 fm 负荷阻抗角 取 26 度 第第 6 46 4 节节 距离保护整定和灵敏度校验距离保护整定和灵敏度校验 6 4 16 4 1 1 1 号断路器距离保号断路器距离保 如配置图所示 1 1 号断路器 段距离保护整定 详见计算书 15 页 有名值 ZDZ1I 0 0838 66 950 132 25 11 083 66 950 整定时间 tDZ2I 0 s 2 1 号断路器 段距离保护整定 与 7DL 距离 I 段保护相配合 KBmin 2 8121 ZDZ1II 0 85 0 0386 j0 0907 2 8121 0 0838 66 950 0 85 0 3342 66 960 0 284 66 960 与变压器 B2速动保护相配合 因为与变压器纵差保护配合时的整定值一定大于与相邻线路相间距离保护 I 段整定值配合时定值 所以与变压器 B2纵差保护相配合时的定值较大 与 L4线路 5DL 距离 I 段保护相配合 16 Kbmin 1 367 ZDZ1II 0 85 0 0386 j0 0907 1 367 0 1676 66 950 0 109 j0 2563 0 2785 66 950 三者相比较 取最小者进行整定 即 ZDZ1II 0 2785 66 950 132 25 36 832 66 95 详见计算书 18 页 0 3 灵敏度校验 Klm ZDZ1II ZL1 0 2785 0 0986 2 82 1 5 满足灵敏度要求 即 1 号断路器 段整定值为 36 832 其动作时限为 0 5 秒 4 1 号断路器 段距离保护整定 采用方向阻抗继电器 ZDZ1III 193 详见计算书 24 页 5 灵敏度校验 Klm 近 14 8 1 5 满足要求 Klm 远 2 93 1 3 满足要求 6 4 26 4 2 2 2 号断路器距离保号断路器距离保 如配置图所示 1 2 号断路器 段距离保护整定 详见计算书 15 页 有名值 ZDZ2I 0 0838 66 950 132 25 11 083 66 950 整定时间 tDZ2I 0 s 2 2 号断路器 段距离保护整定 有名值 ZDZ2II 0 1479 66 950 132 95 19 6 即 2 号断路器 段整定值为 19 6 详见计算书 18 页 其动作时限为 0 5 秒 3 2 号断路器 段距离保护整定 采用方向阻抗继电器 ZDZ2III 2569 75 详见计算书 24 页 4 灵敏度校验 近后备 Klm 197 08 1 5 满足要求 无远后备 6 4 36 4 3 3 3 号断路器距离保号断路器距离保 如配置图所示 1 3 号断路器 段距离保护整定 详见计算书 15 页 有名值 ZDZ3I 0 1676 66 980 132 25 22 165 66 980 整定时间 tDZ3I 0 s 2 3 号断路器 段距离保护整定 17 与 2DL 距离 I 段保护相配合 KBmin 1 679 ZDZ3II 0 85 0 0771 j0 1815 1 679 0 0838 66 950 0 1124 j0 2463 0 2872 66 970 与 7DL 距离保护 I 段配合 KBmin 1 有名值 ZDZ3II 0 2388 66 980 132 25 31 581 66 980 与 6DL 距离保护 I 段配合 由计算分析知无法与 6DL 保护 I 段相配合 与相邻 B2 变压器纵差保护配合 因为与变压器纵差保护配合时的整定值一定大于与相邻线路相间距离保护 I 段整定 值 配合时的定值 所以与 B2 纵差保护配合时定值较大 上述四者相比较 取最小者进行整定 即 ZDZ3II 132 25 0 2388 66 980 31 581 66 980 详见计算书 22 页 0 6 灵敏度校验 Klm ZDZ1II ZL1 0 2785 0 0986 2 82 1 5 满足灵敏度要求 即 1 号断路器 段整定值为 36 832 其动作时限为 0 5 秒 7 1 号断路器 段距离保护整定 采用方向阻抗继电器 ZDZ3III 193 详见计算书 24 页 8 灵敏度校验 Klm 近 7 42 1 5 满足要求 Klm 远 2 9 1 3 满足要求 4DL 整定计算及灵敏度校验同 3DL 6 4 46 4 4 5 5 号断路器距离保号断路器距离保 如配置图所示 1 5 号断路器 段距离保护整定 详见计算书 15 页 有名值 ZDZ5I 0 1676 66 980 132 25 22 165 66 980 整定时间 tDZ5I 0 s 2 5 号断路器 段距离保护整定 与 4DL 保护 I 段配合 由计算分析知无法与 4DL 保护 I 段相配合 整定原则 按保证被保护线路 L4 末端故障保护有足够灵敏度整定 18 有名值 ZDZ2II 0 2761 66 980 132 95 36 514 即 5 号断路器 段整定值为 36 514 详见计算书 24 页 其动作时限为 0 5 秒 3 5 号断路器 段距离保护整定 采用方向阻抗继电器 ZDZ5III 220 26 详见计算书 25 页 4 灵敏度校验 近后备 Klm 8 47 1 5 满足要求 无远后备 6DL 整定计算及灵敏度校验同 5DL 第第 7 7 章章 电力网零序继电保护方式选择与整定计算电力网零序继电保护方式选择与整定计算 第第 7 17 1 节节 概述概述 7 1 17 1 1 零序保护原理零序保护原理 WXB 11C 型微机保护中零序保护设置了五段全相运行时的零序保护 两段非全相运 行时的不灵敏段零序保护 全相运行时各段零序保护的方向元件均可由控制字整定投入 或退出 重合加速 段 可由控制字分别投入或退出 后加速时间均固定为 0 1S 另外零序段在重合闸后带 0 1S 延时 1 起动元件 本装置零序保护由相电流差突变量启动 为防止 CT 断线 零序保护误动设置了 3U0 突变量元件把关闭锁 此功能由控制字整定投入或退出 19 2 3U0的切换 零序保护方向元件的 3U0 正常情况下均取用自产 3U0即软件根据 Ua Ub Uc 3U0获 得 若故障前发现上述等式不成立 可能 PTDX 而此时 Ua Ub Uc 0 仍成立 则故障 时仍取用自产 3U0 Ua Ub Uc 0 则取实际接入的 3U0 不考虑 Ua Ub Uc与 3U0同时 断线的情况 PT 断线时零序保护不退出工作 也不报警 7 7 1 1 2 2 零序电流保护的特点零序电流保护的特点 中性点直接接地系统中发生接地短路 将产生很大的零序电流分量 利用零序电流 分量构成保护 可做为一种主要的接地短路保护 因为它不反映三相和两相短路 在正 常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生 所以它有较好的灵敏度 另一方面 零 序电流保护仍有电流保护的某些弱点 即它受电力系统运行方式变化的影响较大 灵敏 度将因此降低 当零序电流保护的保护效果不能满足电力系统要求时 则应装设接地距离保护 接地 距离保护因其保护范围比较固定 对本线路和相邻线路的博爱户效果都会有所改善 零序电流保护接于电流互感器的零序滤过器 接线简单可靠 零序电流保护通常由 多段组成 一般是三段式 并可根据运行需要而增减段数 第第 7 27 2 节节 零序电流保护整定计算的运行方式分析零序电流保护整定计算的运行方式分析 7 2 17 2 1 接地短路电流 电压的特点接地短路电流 电压的特点 根据接地短路故障的计算方法可知 接地短路是相当于在正序网络的短路点增加额 外附加电抗的短路 这个额外附加电抗就是负序和零序综合电抗 各序的电流分配 只 决定该序网中各只路电抗的反比关系 而各序电流的绝对值要受其他序电抗的影响 计算分支零序电流的分布时 例如 计算电流分支系数 只须研究零序序网的情况 当要计算零序电流绝对值大小时 必须同时分析正 负 零三个序网的变化 零序电压 的特点 类似零序电流的情况 零序电压分布在短路点最高 随着距短路点的距离而逐 渐降低 在变压器中性点接地处为零 7 2 27 2 2 接地短路计算的运行方式选择接地短路计算的运行方式选择 计算零序电流大小和分布的运行方式选择 是零序电流保护整定计算的第一步 选 择运行方式就是考虑零序电流保护所能适应的发电机 变压器以及线路变化大小的问题 一般来说 运行方式变化主要取决于电力系统调度管理部门 但继电保护可在此基础上 20 加以分析选择 其中变压器中性点接地数目的多少和分配地点 对零序电流保护影响极 大 通常由继电保护整定计算部门决定 变压器中性点接地方式的选择 一般可按下述 条件考虑 1 总的原则是 不论发电厂或是变电所 首先是按变压器设备的绝缘要求来确定 中性点是否接地 其次是以保持对该母线的零序电抗在运行中变化最小为出发点来考虑 当变压器台数较多时 也可采取几台变压器组合的方法 使零序电抗变化最小 2 发电厂的母线上至少应有一台变压器中性点接地运行 这是电力系统过电压保 护和继电保护功能所需要的 为改善设备过电压的条件 对双母线上接有多台 一般是 四台以上 变压器时 可选择两台变压器同时接地运行 并各分占一条母线 这样在双 母线母联短路器断开后 也各自保持着接地系统 变电所的变压器中性点分为两种情况 单侧电源受电的变压器 如果不采用单相重合闸 其中性点因班应不接地运行 以简化零序电流保护的整定计算 双侧电源受电的变压器 则视该母线上连接的线路条数和变压器台数的多少以及变压器容量的大小 按变压器零 序电抗变化最小的原则进行组合 7 2 37 2 3 流过保护最大零序电流的运行方式选择流过保护最大零序电流的运行方式选择 1 单侧电源辐射形电网 一般取最大运行方式 线路末端的变压器中性点不接地 运行 2 多电源的辐射形电网及环状电网 应考虑到相临线路的停运或保护的相继动作 并考虑在最大开机方式下对侧接地方式最小 而本侧 保护的背后 接地方式最大 3 计算各类短路电流值 4 短路电流计算结果整理 见 11 12 页 第第 7 37 3 节节 零序电流保护的整定计算零序电流保护的整定计算 7 3 17 3 1 零序电流保护零序电流保护 I I 段的整定段的整定 1 按躲开本线路末端接地短路的最大零序电流整定 即 IDZ X0I KKI IDLX0 7 1 式中 KKI 可靠系数 取 1 2 1 3 计算时取 1 3 IDLX0 线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流 21 2 按躲开线路断路器三相不同时合闸的最大零序电流整定 即 IDZ X0I KKI 3I0 bt max 7 2 式中 KKI 可靠系数 取 1 1 1 2 计算时取 1 1 3I0 bt max 断路器三相不同时合闸所产生的零序电流最大值 3 当线路长度太短致使零序 I 段保护范围很小 甚至没有保护范围时 则零序 I 段保 护应停用 7 3 27 3 2 零序电流保护零序电流保护 IIII 段的整定段的整定 此段保护一般担负主保护任务 要求在本线路末端达到规定的灵敏系数 此段保护 的整定原则也适用于零序电流保护 III 段的整定 此段保护按满足以下条件整定 1 按与相邻下一级线路的零序电流保护 I 段配合整定 即 IDZX0II KIIK IDZY0I Kbmin 7 3 式中 KIIK 可靠系数 取 1 15 1 2 Kbmin 分支系数 按实际情况选取可能的最小值 IDZY0I 相邻下一级线路的零序电流保护 I 段整定值 当按此整定结果 达不到规定灵敏系数时 可改为与相邻下一级线路的零序电流保护 II 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 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 躲开该段相间的保护范围末端发生相间短路的最大不平衡电流 7 3 37 3 3 零序电流保护零序电流保护 IIIIII 段保护的整定段保护的整定 此段保护一般是起后备保护作用 III 段保护通常是作为零序电流保护 II 段保护的 补充作用 对后备保护的要求是在相邻下一级线路末端达到规定的灵敏系数 零序电流 保护 III 段保护按满足以下条件整定 1 按与相邻下一级线路的零序电流保护 II 段保护配合整定 当本保护的零序电 流保护 II 段已达到规定的灵敏系数时 此零序电流保护 III 段也可按与相邻下一级线路 的零序电流保护 III 段配合整定 以改善后备性能 2 按躲开下一条线路出口处发生三相短路时 保护装置零序电流滤过器中的最大不 22 平衡电流来整定 IDZX0III KKIII Kap KSt Ker Ikmax 7 4 式中 KKIII 可靠系数 取 1 1 1 2 Kap 非周期分量系数 取 1 5 KSt 电流互感器的同性系数 取 0 5 Ker 电流互感器的 10 误差 取 0 1 Ikmax 本级线路末端三相短路的最大短路电流 3 按零序电流保护 II 段整定中的 3 项条件整定 4 按零序电流保护 II 段保护整定中的 4 项条件整定 5 当零序电流保护最后一段整定值较小时 其下限条件应大于变压器中 低压侧相 间短路的最大不平衡电流 零序 III 段的灵敏度 线路末端灵敏度计算为 KlmIII 近 3IBmin IDZ10III 1 3 1 5 7 5 后备保护灵敏度计算为 KlmIII 远 3ICmin KBmax IDZ10III 1 0 7 6 结合实际情况 整定结果为 详细过程见 计算书 第 26 40 页 零序整定计表零序整定计表 7 17 1 DL1DL2DL3 4 DL5 6 整定值407 12A924 41A369 37A637 59A 15 处短路电流值1176 79A1232 51A963 39A1113 29A 灵敏度满足要求满足要求满足要求满足要求 零序电 流 I 段 动作时限0s0s0s0s 23 整定值519 52A402 6A337 7A215 36A 灵敏度1 31 50 541 4 零序电 流 II 段动作时限0 5S0 5S0 5S0 5S 整定值173 15A150 27A174 43A 近 3 694 021 73 灵敏度 远 0 53 零序电 流 III 段 动作时限T t 第第 8 8 章章 自动重合闸选择及整定自动重合闸选择及整定 第第 8 18 1 节节自动重合闸的选择自动重合闸的选择 在 110KV 级以上电压的大接地电流系统中 由于架空线路的线间距离较大 相间故 障的机会比较少 而单相接地短路的机会比较多 我国某系统 220KV 网络 17 年线路的故 障类型统计在短路故障类型中 单相接地故障占 87 并且从录波照片的分析中还发现 在发生的乡间故障中 相当一部分也是由单相接地故障发展而成的 如果在三相线路上 24 装设三个单相断路器 当发生单相接地故障时 只将故障相的断路器跳开 而未发生故 障的其余两相仍继续运行 这样就可大大提高供电的可靠性和系统并列运行的稳定性 还可以减少相间故障发生的机会 因此 在高压输电线路上 若不允许采用快速非同期 三相重合闸 而采用检同期重合闸 又因恢复供电的时间太长 满足不了稳定运行的要 求时 就采用单相重合闸方式 单相重合闸是指只把发生故障的一相断开 然后再进行单相重合 而未发生故障的 两相仍然继续运行 这样就可大大提高供电的可靠性和系统并列运行的稳定性 如果线 路发生的是瞬时性故障 则单相重合闸成功即恢复三相的正常运行 如果是永久性故障 单相重合不成功 则根据系统的具体情况 如不允许长期非全相运行时 则应再次切除 单相并不再进行 5Z 重合 目前一般都是采用重合不成功时跳开三相的方式 当采用单相 重合闸时 如线路发生相间短路时 一般都跳开三相断路器 不进行三相重合 如有其 它原因断开三相断路器时 也不进行重合 在整定单相重合闸的时间时 由于潜供电流的影响 将使短路时弧光通道的去游离 受到严重的阻碍 而自动重合闸只有在故障点电弧熄灭且绝缘强度恢复以后才有可能成 功 因此 单相重合闸的时间必须考虑潜供电流的影响 一般线路的电压越高 线路越 长 则潜供电流就越大 潜供电流的持续时间不仅与其大小有关