35kV双回线路继电保护微机保护实现

1、电力系统继电保护课程设计2电力系统课程设计报告题 目学生姓名学 号指导教师学 院专 业完成时间35kV双回线路继电保护微机保护实现*信息院* 口工2017.12.29电力系统继电保护课程设计、八 、亠刖言电力系统的不断发展和安全稳定运行，给国民经济和社会发展带来了巨大动 力和效益。但是，电力系统一旦发生自然或人为故障，如果不能及时有效控制， 就会失去稳定运行，使电网瓦解，并造成大面积停电，给社会带来灾难性的后果。 继电保护（包括安全自动装置）是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时 间大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。许多实例表明，继电保护 装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿

2、成严重后果。因此，加强继电保护的 设计和整定计算，是保证电网安全稳定运行的重要工作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地注入了新的活力。因此，继电保护技术得天独厚，在几十年的时间里完成了发展的 4个历史阶段。（1）机电 式继电保护阶段。（2）晶体管式继电保护阶段。（3）集成电路式继电保护阶段。（4）计算机式继电保护阶段。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算 法等方面也取得了很多理论成果。可以说从 20世纪90年代开始我国继电保护 技术已进入了微机保护的时代。本次课程设计主要任务是通过对某简单电网进行继电保护系统

3、设计，掌握继电保护的配置方法、基本原理和整定计算的基本方法，深化对线路、变压器、母 线等元件的继电保护基本原理和装置结构的理解， 掌握各种元件的保护配置和故 障后的动作特性，掌握微机保护中各种保护的整定方法、 接线方法。掌握判定微 机继电保护装置正确动作的方法。26第一章课程设计题目要求某变电站在35kV母线双回平行线路如图所示，已知：(1) 线路长20km线路阻抗0.4 Q/km,每回线通过最大负荷电流为 500A, 系统归算到电压35kV的阻抗最大值为0.9 Q ,最小值为0.75 Q ,接线图如下图 所示；(2) B站后备保护时间为1.5s ;(3) A站直流操作电源为220乂说明书应有

4、下列内容：(1) 题目(2) 选择电流互感器变比(3) 双回线路继电保护的配置及继电保护整定计算(4) 继电器型号和出口中间继电器附加电阻的选择(5) 绘制继电保护原理图和展开图等按照继电保护和安全自动装置技术规程 (GB14285-93及电力装置的 继电保护和安全自动装置设计规范(GB50062-92的要求，35kV及以上中性点 非直接接地电力网的线路，对相间短路和单相接地，应按本节的规定装设相应的 保护。保护装置采用远后备方式。对单侧电源线路，可装设一段或两段式电流速断保护和过电流保护。对单相接地故障，应在发电厂和变电站母线上，装设单相接地监视装置，监 视装置反映零序电压，动作于信号。可能

5、时常出现过负荷的电缆线路，或电缆与架空混合线路，应装设过负荷保 护。保护宜带时限动作于信号，必要时可动作于跳闸。由于本系统中35kV出线线路为单侧电源线路，可考虑配置一段电流速断保 护、一段延时电流速断保护、过电流保护、过负荷保护及三相一次重合闸。微机 保护型号选择南瑞继保的RCS-901系列超高压线路成套保护装置。第二章RCS-901微机保护装置1微机保护简介微机保护装置一般由模拟量输入，开关量输入，微机系统，开关量输出，人机 对话，外部通信等6部分组成，其中微型机主系统是核心部件，其他5部分是外 围接口部件。模拟量输入部分：模拟量输入部分是将互感器输入的模拟电信号正确的变换成离散化的数字量

6、，也称为数据采集系统。按信号传递顺序，交流模拟量输入部分主要包括以下几部分：1）输入变换及电压形成 他接受来自电力互感器二次侧的电压、电流信号， 并将这些信号进一步变小，同时使互感器与保护装置内部之间实现电气隔离喝电磁屏蔽。信号的变换对交流电压可直接采用电力变换器，对于交流电流，由于通常使用的弱电子器件为电压输入型器件，因此还需将电流信号转换为电压信号， 这个过程称为电压形成。2） 低通滤波器 作用是抑制输入信号中岁保护无用的较高的频率的成分，以 便采样时易于满足采样定理的要求。3）采样保持器S/H所谓采样保持，就是在某一刻抽取输入信号的瞬时值， 并维持适当时间不变。4）多路转换器它可有CPU

7、通过编码器控制将多通道输入信号（由 S/H送 来）依次与一路输出端连接，与输出端与模数变换器的输入端项链。此时，只用 一路模数变换器即可实现所有通道的模数转换，能大大简化电路和降低成本5）模数转换器A/D它将由S/H抽取并保持的输入模拟信号的瞬时值变换为 相应的数字值，实现模拟量到数字量的变换。开关量输入部分：泛指那些反映“是”或“非”两种状态的逻辑变量，如断路器的“合”或“分” 闸状态、开关或继电器触点的“通”或“断”状态、控制信号的“有”或“无” 状态等。这些砖头正好对应二进制的“ T “0”所以开关量可作为数字量读入，3.3、微机主系统CPU整个微机保护的指挥中枢，程序的运行依赖于 CP

8、U来实现；存储器、 它用来保存程序和数据；定时器/计数器、提供定时采样触发信号、形成中断控 制等作用；控制电路、 它用以保证整个微机数字电路的有效连接和协调工作。开关输入量部分：开关输入量部分为正确地发出开关量操作命令提供输出通道， 并在微机保护 装置内外部之间实现光电隔离。微机保护装置通过开关量输出的“ 0”或“ 1”状 态来控制执行回路。人机对话部分：人机对话部分建立起微机保护装置与使用者之间的信息联系，以便对保护装 置进行人工操作、调试和得到反馈信息。外部通信部分：外部通信部分提供信息通道与变电站计算机局域网以及电力系统远程通信网 相连，实现更高一级的信息管理和控制功能，如信息交互、数据

9、共享、远方操作 及远方维护等。2微机保护装置原理oco盘8L屮1_二9m eIIT_l ,7，4”Tli 彳 *j*118tnIF. 卜 * 产土二 ；七图2.1系统连接图重合闸的起动方式可以由保护动作起动或开关位置不对应起动方式；当与本公司其它产品一起使用有二套重合闸时， 二套装置的重合闸可以同时投入，不会 出现二次重合，与其它装置的重合闸配合时，可考虑用压板仅投入一套重合闸。 三相重合时，可采用检线路无压重合闸或检同期重合闸， 也可采用快速直接重合 闸方式，检无压时，检查线路电压或母线电压小于 30V;检同期时，检查线路电 压和母线电压大于40V,且线路和母线电压间相位差在整定范围内。非全

10、相运行状态下，将纵联零序退出，退出与断开相相关的相、相间变化量 方向、变化量距离继电器，RCS-901A将零序过流保护U段退出，川段不经方向 元件控制，RCS-901B将零序过流保护I、U、川段退出，W段不经方向元件控制，RCS-901D将零序过流保护U段退出，零序反时限过流不经方向元件控制。 单相重合闸时，零序过流加速经60ms跳闸，距离U段受振荡闭锁控制经25m延低频减载动作-:莎1重合闸放电外部闭锁重合闸控制回路断线低压减载动作手跳闭锁开关合位_不对应启动投入一二&|充电时间保护启动投入IT检无压投入ON .UlavUset动作显示及远传*合闸事件记录充电完毕Tset开关跳位图2-2三相

11、一次重合闸原理图时三相跳闸；三相重合闸或手合时，零序电流大于加速定值时经100ms延时 三相跳闸；三相重合闸时，经整定控制字选择加速不经振荡闭锁的距离U、 川段, 否则总是加速经振荡闭锁的距离U段；手合时总是加速距离川段。当线路因任何原因切除两相时，由单相运行三跳元件经零序压板控制切除三 相，其判据为：有两相TWJ动作且对应相无流（0.06In ），而零序电流大于0.15In， 则延时150ms发单相运行三跳命令。TWJA TWJB TWJC分别为A、B、C三相的跳闸位置继电器的接点输入；保护单跳固定、保护三跳固定为本保护动作跳闸形成的跳闸固定，单相故障， 故障无电流时该相跳闸固定动作，三相跳

12、闸，三相电流全部消失时三相跳闸固定 动作；夕卜部单跳固定、外部三跳固定分别为其它保护来的单跳起动重合、三跳起动 重合输入由本保护经无流判别形成的跳闸固定；重合闸退出指重合闸方式把手置于停用位置， 或定值中重合闸投入控制字置 “ 0”，则重合闸退出。本装置重合闸退出并不代表线路重合闸退出，保护仍是选相跳闸的。要实现线路重合闸停用，需将沟三闭重压板投上。当重合闸方式把手置于运行位置（单重、三重或综重）且定值中重合闸投入控制字置“1”时，本装置重合闸投入。TV断线时重合放电。重合闸充电在正常运行时进行，重合闸投入、无 TWJ、无压力低闭重输入、 TV断线和其它闭重输入经15秒后充电完成。本装置重合闸

13、为一次重合闸方式，用于单开关的线路，一般不用于3/2开关 方式，可实现单相重合闸、三相重合闸和综合重合闸。重合闸的起动方式有本保护跳闸起动、 其它保护跳闸起动和经用户选择的不 对应起动。三相重合时，可选用检线路无压重合闸、检同期重合闸，也可选用不检而直 接重合闸方式。检无压时，检查线路电压或母线电压小于30伏时，检无压条件满足，而不管线路电压用的是相电压还是相间电压；检同期时，检查线路电压和母线电压大于40伏且线路电压和母线电压间的相位在整定范围内时，检同期条 件满足。正常运行时，保护检测线路电压与母线 A相电压的相角差，设为，检 同期时，检测线路电压与母线A相电压的相角差是否在（一定值）至（

14、+定 值）范围内，因此不管线路电压用的是哪一相电压还是哪一相间电压，保护能够自动适应。过电流保护原理接线图见图2.3.图2.3过电流保护原理接线图距离保护用户选择“投负荷限制距离”，贝H、u、川段的接地和相间距离 元件需经负荷限制继电器闭锁。起动时，如果按躲过最大负荷电流整定的振荡闭锁过流元件尚未动作或动作 不到10ms则开放振荡闭锁160ms另外不对称故障开放元件、对称故障开放元 件和非全相运行振闭开放元件任一元件开放则开放振荡闭锁；用户可选择“投振荡闭锁”去闭锁I、U段距离保护，否则距离保护I、U段不经振荡闭锁而直接 开放。相运行再故障时，距离U段受振荡闭锁开放元件控制，经120ms延时三

15、相加速跳闸。于故障线路时三相跳闸可由二种方式： 一是受振闭控制的U段距离继电器在 合闸过程中三相跳闸，二是在三相合闸时，还可选择“投三重加速U段距离”、 “投三重加速川段距离”、由不经振荡闭锁的U段或川段距离继电器加速跳闸。 手合时总是加速川段距离。3微机保护装置接线微机保护接线如下图所示控制电尬质期回歸回羊合何回诙间回畴合哲臓农机卡儒沪图2-4微机保护接线图DMP211A16畫27A1E1-3鉴2TA V1_5A10A9X1-6-0-一 BunQUroirfrirtnnvim-i保护电流?7 ?b寒序电涼每蛭电压1?零序电压线路电压接地图2-5电压电流保护接线图工DMF211+22OVI1X

16、2-1SX2-28X2-19X2-20-5X2-21X2-22X2-7-1|图2-6开关输入输出接线图公共端弹毎未楷能开 关 量 开闭锁重合闸帚入1开入3开入q-220V机箱接地第三章整定保护计算某变电站在35kV母线双回平行线路如图所示，已知：(1) 线路长20km,线路阻抗0.4Q/km，每回线通过最大负荷电流为 300A, 系统归算到电压35kV的阻抗最大值为0.9Q,最小值为0.75Q,接线图如下图所 示；(2) B站后备保护时间为1.5s；(3) A站直流操作电源为220V。电流互感器变比的选择：因每回线通过最大负荷电流为 300A可得Kta300双回线路继电保护的配置及继电保护整定

17、计算 ：平行保护线路的保护整定计算，在 B站侧进行保护计算(1) 电流平衡保护计算。电流启动元件动作电流，按躲开外部短路的最大不平 衡电流整定：I OPR二 Kr(UNBRELERRNPST0.5Ik.maxKta=1.2 0.1 1.5 0.5 05 4375 = 3.28A60式中： Krel 电流互感器的10淤差，取0.1 ；Knp 非周期分量因素，去1.5 ;Kst电流互感器的同型系数，取 0.5 ；I =16 9% 电流元件的相继动作区，由图解法求得lxj%电流元件的灵敏度校验Ksen3. I(3)K .min2K TA 1 OP .T0.866 90060 3.28二 3.962满

18、足要求(2) 电流电压连锁速断保护的整定计算。电流电压连锁速断保护作为单回路运行的主保护，整定计算如下:I OPPHZSNZ16kzl24.81.2二 2123A式中 Zsn 正常运行方式下的系统电源阻抗乙6 线路的阻抗。I OP.r=Iop KKta纽= 212360 = 35.38AUop3IpZKrel16=心3 汉 2123 (2= 24510VU 0PrUopKtv_24510_/35070V最小保护范围为21%。(3) 过电流保护计算。过电流保护作为双回线和单回线运行的后备保护,即：1 OPI tmax n 1 .%.85汉 300 = 635Are1 OPRKcoN 1 OPKt

19、a= 63560 = 10.6Ak灵敏度校验：s.m 3 . (2)I K .max丄亠一2 0.866 1347I OP635=1.83 1.5符合要求变电所A侧采用横差动保护，电流元件的动作值为:I OPK rel II L.MAX Kre20.85 300 = 423AI OPRKCON 丨 OPKta= 42360 05A灵敏系数按线路中点短路校验Ks. - 2 0-866 仏I OP=2 0.866 900/423二 3.68 2满足要求电流元件的相继动作区为:m= * 100% 二 la 100% =7.05 6023 IK .MIN2100%7.05 60二 0.212 1122

20、第四章 微机保护装置设计过电流启动的动作条件为：max(la, lb ,lc) min(IZD)；其中IZD为各段过流元件定值。过流保护为三段式相过电流保护，各段可独立整定成带或不带方向、经或不经电压闭锁，加速时是否经电压闭锁由控制字整定，与被加速段无关。过流方向元件采用正序电压和相电流比相判别，动作区为正序电压超前故障 相电流-10度120度。为消除死区，方向元件带有记忆功能。零序保护、三相一次重合闸、低周减载和失灵启动与PSL621C相同。交流电流电压异常判断与 PSL621C相同。当PT失压后，过流保护的方向 元件将不能正常工作，过流保护各段不再带方向，不经电压闭锁。此时过流I段 根据控

21、制字选择是否经至少 200毫秒延时出口。根据技术功能指标模拟量测量精度误差不大于二5%由于保护最小整定值为I S； = 0.2029KA所以当电流小于202.9 X (1-5%)时 保护可靠不动作。当短路电流值大于 202.9 X (1+5%时保护可靠动作。由短路电流整定计算可知：I sI=K冋汇 I k=1.2H0.7215=0.8658KAIIsetIIK冋I Set 150.52 =0.57730III 川二K冋KI setL.maxKre1 15 乂 1 5630630 =0.2029KA0.856.3当电流在0A-202.9A 时,三段保护均不动作。当电流在202.9A-577.3A

22、时，过电流保护川段动作经过1.0秒跳闸。当电流在577.3A-865.8A时，线路川段过电流保护启动，线路U段限电流速断保护启动，最后由线路U段延时电流速断保护经0.5s切除。当电流大于865.8A时，线路川段过电流保护启动，线路U段延时电流速断保护 启动，线路I段电流速断保护也启动，最后由线路I段电流速断保护立即跳闸。总结通过对出现线路的三段式继电保护， 可以有效保护线路全长。有选择的电流 速断保护可以保护线路的大部分，由于有选择的电流速断保护不能保护本线路的 全长，因此增加一段带时限动作限时电流速断保护， 用来切除本线路上速断保护 范围以外的故障，同时也能作为速断保护的后备。同时增加一段作

23、为本线路住保 护拒动时的近后备保护，也作为过负荷时的保护的过电流保护。电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反应于电流升高而动作 的保护，它们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择启动电流。速断是按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定； 限时速断是按照躲开下级各相邻元件电 流速断保护的最大动作范围来整定；而过电流保护是按照躲开本元件最大负荷电 流来整定。由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件 的后备保护，因此为保证迅速而有选择性地切除故障， 常常将电流速断保护、限 时电流速断保护和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。本设计采用的是微机保护，微机保护具有强大的分析、计算和逻辑判断能 力，有存储记忆功能，工作可靠性高。可利用同一硬件实现不同的保护原理，使 制造简化，利于实现保护标准化。同时，微机保护具有故障录波、测距、事件顺 序记录、与调度计算机交换信息等辅助功能，有利于