太原地区220kV电力系统继电保护的方案选择与整定计算毕业设计论文

1、毕业设计说明书太原地区220kV电力系统继电保护的方案选择与整定计算学生姓名:学号:学院:系名:专业:电气工程及其自动化指导教师:2011 年 6月AbstractPower system has a close relationship with industry and living of human been, so its very important to guarantee the steady running of power system. When power grid suffers faults such as short circuit or disconnect of

2、 line, the corresponding measures should be taken to get the grid back to steady state. R elay, which equipped in power grid, is one of the most important measures.When the grid suffers a short circuit fault, the relays in the grid, which h ave cooperate relation, find the element that the fault loc

3、ates in, and insulate t his element from the grid rapidly. So the rest grid can steadily run. To guaran tee the relays in the grid can work correctly, how to cooperate among these re lays must accord with the correlative rule. So the relay setting should be comp uted correctly.Relay setting is done

4、by human before, which costs a lot of time and is easy to incur computing misplay. With the development of computer and its la nguage, relay setting based on computer has a great progress.KEY WORDS: relay,short circuit,relay setting摘要电力系统与工业生产、人们的生活密切相关,如何保障电网的安全稳定运行就显得尤为重要。当电网发生短路、断线等故障时,就要采取相关措施,使

5、系统以尽量小的代价恢复到稳定运行状态。作用于电力系统单个元件的继电保护装置就是这些措施中最为重要的一种。当电网发生短路故障时,安装于系统各个元件上的有着相互配合关系的保护装置判别出发生故障的元件,并迅速将故障元件从系统中隔离出来,使得系统剩余部分能正常运行。要使得电网中的保护装置能够正确地动作,就必须使各个保护装置间在定值和动作时间上根据相关规则保持正确的配合关系,也就是要做好电网继电保护装置的整定计算工作。早前的继电保护整定是通过人工手动计算,不仅费时,也容易出现计算失误。随着计算机技术的飞速发展高级程序语言的出现,基于计算机的继电保护计算软件得到了长足的发展。关键词:继电保护,短路,整定计

6、算目录1引言 (11.1 电力系统继电保护概论 (11.2 对继电保护动作的基本要求 (21.3 继电保护的构成 (21.4 微机继电保护的特点 (32 220KV电网元件参数的计算 (42.1 设计原则和一般规定 (42.2 220KV电网元件参数计算原则 (42.3 发电机参数的计算 (52.4 输电线路参数的计算 (113 输电线路上TA、TV及中性点接地的选择 (123.1 输电线路上T A、TV变比的选择 (123.2 变压器中性点接地方式的选择 (124 短路电流的计算 (144.1 电力系统短路计算的主要目的 (144.2 运行方式确定的原则 (155 电力网零序继电保护方式选择

7、与整定计算 (175.1 电力网零序继电保护方式选择 (175.1.1 零序电流保护的特点 (175.1.2 110220kv中性点直接接地电网中线路零序继电保护的配置原则 (175.1.3 接地短路计算的运行方式选择 (175.1.4 最大分支系数的运行方式和短路点位置的选择 (175.2 电流保护的整定计算 (185.2.1 零序电流保护整定配合的其他问题 (225.3 零序电流保护的评价及使用范围 (236 相间距离保护整定计算 (246.1 概述 (246.2 相间距离保护装置整定值配合的原则 (256.3 距离保护装置阻抗继电器的接线方式和整定阻抗 (266.4 相间距离保护的整定计

8、算 (276.5 距离保护的评价及应用范围 (377 自动重合闸 (397.1 自动重合闸的基本概述 (397.1.1 概述 (397.1.2 自动重合闸的配置原则 (397.2 自动重合闸的基本要求 (408 结论 (42参考文献 (43致谢 (441 引言本文研究的是关于220KV电网继电保护。通过本次设计掌握和巩固电力系统继电保护的相关专业理论知识,熟悉电力系统继电保护的设计步骤和设计技能,根据技术规范,选择和论证继电保护的配置选型的正确性并培养自己在实践工程中的应用能力、创新能力和独立工作能力。此次设计的主要内容是220KV电网继电保护的配置和整定,设计内容包括:概论;计算系统中各元件

9、的主要参数;输电线路上TA、TV变比的选择及中性点接地的选择;电力网短路电流的计算;电力网光纤差动保护选择与整定计算;电力网相间距离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;自动重合闸的选择。由于各种继电保护适应电力系统运行变化的能力都是有限的,因而,对于继电保护整定方案的配合不同会有不同的保护效果,如何确定一个最佳的整定方案,将是从事继电保护工作的工程技术人员的研究课题。总之,继电保护既有自身的整定技巧问题,又有继电保护配置与选型的问题,还有电力系统的结构和运行问题。尤其,对于本文中220KV高压线路分相电流差动保护投运前的现场试验,一直是困扰技术人员的一个问题,由于

10、线路两端距离的限制,现场试验不能像试验室那样方便。另外,光纤保护在长距离和超高压输电线路上的应用还有一定的局限性,在施工和管理应用上仍存在不足,但是从长远看,随着光纤网络的逐步完善、施工工艺和保护产品技术的不断提高,光纤保护将占据线路保护的主导地位。1.1 电力系统继电保护概论由于电力系统是一个整体,电能的生产、传输、分配和使用是同时实现的,各设备之间都有电或磁的联系。因此,当某一设备或线路发生短路故障时,在瞬间就会影响到整个电力系统的其它部分,为此要求切除故障设备或输电线路的时间必须很短,通常切除故障的时间小到十分之几秒到百分之几秒。只有借助于装设在每个电气设备或线路上的自动装置,即继电保护

11、,才能实现。因此,继电保护的基本任务有:(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,并使系统无故障的部分迅速恢复正常运行,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。1.2 对继电保护动作的基本要求继电保护装置为了完成它的任务,必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。(1 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

12、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装置将故障切除。(2 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,对提高电力系统运行的可靠性具有重大的意义。(3 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。(4 可靠性所谓保护装置的可靠性是指在保护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。1.3 继电保护的构成继电保护装置可视为由测量部分、逻辑部分和执行部分等组成,如图1.1所示: 图1.1 模

13、拟型继电保护装置原理框图(1测量部分测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量,并与已给定的整定值进行比较,根据比较的结果,判断保护是否应该启动的部件。(2逻辑部分逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合,使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑关系工作,最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号,并将有关命令传给执行部分的部件。(3执行部分执行部分是根据逻辑部分传送的信号,最后完成保护装置所担负的对外操作的任务的部件。如检测到故障时,发出动作信号驱动断路器跳闸;在不正常运行时发出告警信号;在正常运行时,不产生动作信号。1.4 微机继电保护的特点(1 维护调试方

14、便微机保护的硬件是一台计算机,各种复杂的功能是由相应的软件来实现的。如果硬件完好,对于以成熟的软件,只要程序和设计时一样(这很容易检查,就必然会达到设计的要求,用不着逐台作各种模拟试验来检验每一种功能是否正确。(2 可靠性高计算机在程序指挥下,有极强的综合分析和判断能力,因而它可以实现常规保护很难办到的自动纠错。另外,它有自诊断能力,能够自动检测出本身硬件的异常部分,配合多重化可以有效地防止拒动,因此可靠性很高。(3 易于获得附加功能应用微型计算机后,如果配置一个打印机,或者其它显示设备,可以在系统发生故障后提供多种信息。(4 灵活性大由于计算机保护的特性主要由软件决定,因此,只要改变软件就可

15、以改变保护的特性和功能,从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。(5 保护性能得到很好改善由于计算机的应用,使很多原有形式的继电保护中存在的技术问题,可找到新的解决办法。例如对接地距离的允许过度电阻的能力,距离保护如何区别振荡和短路等问题都以提出许多新的原理和解决办法。2 220KV电网元件参数的计算2.1 设计原则和一般规定电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分,对保证电力系统的正常运行,防止事故发生或扩大起了重要作用。应根据审定的电力系统设计(二次部分原则或审定的系统接线及要求进行电网继电保护和安全自动装置设计,设计应满足继电保护和安全自动装置技术规程(SDJ6-83、1102

16、20kV电网继电保护与安全自动装置运行条例等有关专业技术规程的要求。继电保护和安全自动装置由于本身的特点和重要性,要求采用成熟的特别是符合我国电网要求的有运行经验的技术。电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、安全性、灵敏性、速动性的要求。要结合具体条件和要求,从装置的选型、配置、整定、实验等方面采取综合措施,突出重点,统筹兼顾,妥善处理,以达到保证电网安全经济运行的目的。2.2 220KV电网元件参数计算原则1.标幺值的概念(1参数计算需要用到标幺值或有名值,因此做下述简介。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(与有名值同单位当选定电

17、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/UBI*=I/IBZ*=Z/ZBS*=S/SB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,但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,但习惯上多选定UB 和SB。这样电力系统主要涉及三相短路的IB、ZB, 可得:I B=SB/ U BZB=U B/IB=U²B/SBU B和SB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,S B可选

18、系统的或某发电机的总功率;有时也可取一整数,如100、1000MVA等。 图2.1 主接线图2.3 发电机参数的计算发电机:太一: N P d X X /1 =0.22×85.0/300100= 0.06太二: 2X =fP S X N Bd cos /=0.1414×85.0/200100= 0.06侯海: 3X =N P d X /=0.265×85.0/500100= 0.05侯村: 4X = NP d X / =0.1833×85.0/300100= 0.05 变压器参数的计算(1 双绕组变压器参数计算公式:N N K T S U U X 100

19、(%2=双绕组变压器电抗有名值:N Bk T S S U X 100(%=*式中: (%K U 变压器短路电压百分值;N U 发电机的额定电压; B U 基准电压230kv; B S 基准容量1000MVA; N S 变压器额定容量.太一:1T X =NB K S S U 100%=3601001000.14=0.039 太二: 2T X =NB K S S U 100%=2501001001.13=0.052 侯海: 3T X =N B K S S U 100%=6301001000.13=0.02侯村: 4T X =N B K S S U 100%=3701001002.11=0.03双绕

20、组变压器 太一:=太二:=侯海:=侯村:=自耦变压器 =-0.008 =0.085 三绕组变压器治峪站、马庄站、新店站 =0.145 =-0.007 =0.063 晋阳站、小店站、南社站 =0.126 =-0.007 =0.077 太钢站、古交站 =0.113 =-0.008 =0.071 输电线=xL=0.308=0.001 太一线 1#:X1#2#:X=xL=0.308=0.0012#=xL=0.315=0.001 3#:X3#4#:X=xL=0.312=0.0014#侯村线: X=xL=0.308=0.009侯海线: X=xL=0.315=0.01太晋线: X=xL=0.315=0.00

21、3治晋线:X=xL=0.315=0.003马小线:X=xL=0.315=0.015斩马线:X=xL=0.315=0.012赵新线:X=xL=0.315=0.007太二线:X=xL=0.312=0.003斩侯线:X=xL=0.312=0.005侯钢线:X=xL=0.315=0.008赵南线:X=xL=0.32=0.01南古线:X=xL=0.32=0.018治南线:X=xL=0.32=0.007对普通(非自耦三绕组变压器,按如上方法求得的三个电抗中,有一个可能是负值,这是由于这种变压器的三个绕组中,必有一个在结构上处于其它两个绕组之间,而这个处于居中位置的绕组与位于它两侧两个绕组间的两个漏抗之和又

22、小于该两绕组相互间的漏抗。例如,中压绕组居中,且有Ud(%+ Ud (% Ud(%的关系。因此,这种等值电抗为负值的现象并不真正表示该绕组有容性漏抗。普通三绕组变压器出现这种现并不少见,但因这一负值电抗的绝对值往往很小,在近似计算中常取其为零。 表2.3三绕组变压器主要参数 2.4 输电线路参数的计算(1 输电线路参数计算公式线路零序阻抗为: Z0 = 3Z1负序阻抗为: Z2 = Z1 线路阻抗有名值的计算:正、负序阻抗: Z1 = Z2 = ( +j L零序阻抗: Z0 = 3Z1 线路阻抗标幺值的计算:正、负序阻抗: Z1* = Z2* =( +j L零序阻抗: Z0* = 3Z1*斩马

23、线:X=xL=0.315×21.51=0.012赵新线:X=xL=0.315=0.007太二线:X=xL=0.312=0.003斩侯线:X=xL=0.312=0.005侯钢线:X=xL=0.315=0.008赵南线:X=xL=0.32=0.01南古线:X=xL=0.32=0.018治南线:X=xL=0.32=0.007=xL=0.308=0.001太一线 1#:X1#=xL=0.308=0.0012#:X2#3#:X=xL=0.315=0.0013#=xL=0.312=0.0014#:X4#侯村线: X=xL=0.308=0.009侯海线: X=xL=0.315=0.01太晋线: X

24、=xL=0.315=0.003治晋线:X=xL=0.315=0.003马小线:X=xL=0.315=0.0153 输电线路上TA、TV及中性点接地的选择3.1 输电线路上T A、TV变比的选择(1 TA的配置原则型号:电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择。一次电压:Ug=UnUg电流互感器安装处一次回路工作电压;Un电流互感器的额定电压.一次回路电流:I1nIgmaxIgmax电流互感器安装处一次回路最大电流;I1n电流互感器一次侧额定电流.准确等级:用于保护装置为0.5级,用于仪表可适当提高。二次负荷:S2SnS2电流互感器二次负荷;Sn电流互感器额定负荷.输电线路上CT的选择:

25、根据最大极限电流来选择。(2 TA变比及型号的选择TA二次侧的电流为5A3.2 变压器中性点接地方式的选择通常,变压器中性接地位置和数目按如下两个原则考虑:一是使零序电流保护装置在系统的各种运行方式下保护范围基本保持不变,且具有足够的灵敏度和可靠性;二是不使变压器承受危险的过电压。为此,应使变压器中性点接地数目和位置尽可能保持不变。(1 变压器中性点接地的位置和数目的具体选择原则1对单电源系统,线路末端变电站的变压器一般不应接地,以提高保护的灵敏度和简化保护线路;对多电源系统,要求每个电源点都有一个中性点接地,以防止接地短路的过电压对变压器产生危害。2电源端的变电所只有一台变压器时,其变压器的

26、中性点应直接接地;变电所有两台及以上变压器时,应只将一台变压器中性点直接接地运行,当该变压器停运时,再将另一台中性点不接地的变压器改为中性点直接接地运行。若由于某些原因,变电所正常情况下必须有二台变压器中性点直接接地运行,则当其中一台中性点直接接地变压器停运时,应将第三台变压器改为中性点直接接地运行。3双母线运行的变电所有三台及以上变压器时,应按两台变压器中性点直接接地的方式运行,并把他们分别接于不同的母线上。当其中一台中性点直接接地的变压器停运时,应将另一台中性点不接地的变压器改为中性点直接接地运行;低电压侧无电源的变压器中性点应不接地运行,以提高保护的灵敏度和简化保护接线。4对于其他由于特

27、殊原因不满足上述规定者,应按特殊情况临时处理。例如,可采用改变保护定值、停运保护或增加变压器接地运行台数等方法进行处理,以保证保护和系统的正常运行。4 短路电流的计算4.1 电力系统短路计算的主要目的(1电力系统短路计算的主要目的是:1 在选择电气主接线时,为了比较各种接线方案或确定某一接线是否要采取限制短路电流的措施时,需进行短路计算。2 在选择电气设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠的工作,同时又力求节省投资,这需要全面地进行短路计算。3 在选择继电保护装置和进行整定计算时,需进行各种短路电流计算,依次据短路电流的大小及特性,来确定保护装置的型号及整定值。(2短路计算的假定条件本设计短路

28、电流计算采用以下假定条件及原则:1 故障前为空载, 即负荷略去不计,只计算短路电流的故障分量。2 短路发生在短路电流为最大值的瞬间。3 故障前所有接点的电压均等于平均额定电压, 其标幺值为1.4 不考虑短路点的电弧阻抗和励磁电流.在本次设计中所有线路和元件的电阻都略去不计。 图4.1 正序网络图 图4.2零序网络图4.2 运行方式确定的原则计算短路电流时,运行方式的确定非常重要,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的大小来区分的。(1最大运行方式根据系统最大负荷的需要,电力系统中的发电设备都投入运行(或大部分

29、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。对继电保护来说,是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。(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。用标幺值计算电路参数,确定短路点,计算短路电流值。等值电路图如下图4.1所示: 图4.3 等值电路图如上图所示,利用近似计算计算各元件电抗参数,取基准容量SB=100MVA,则各段电压和电流基准值分别为: 5 电力网零序继电保护方式选择与整定计算5.1 电力网零序继电保护方式选择5.1.1 零序电流保护

30、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;特别是在短距离的线路上以及复杂的环网中,由于速动段的保护范围太小,甚至没有保护范围,致使零序电流保护各段的性能严重恶化,使保护动作时间很长,灵敏度很低。5.1.2 110220kv中性点直接接地电网中线路零序继电保护的配置原则对于单回线路接地短路,可装设带方向性或不带方向性的多段

31、式零序电流保护,在终端线路,保护段数可适当减少。对环网或电网中某些短线路,宜采用多段式接地距离保护,有利于提高保护的选择性及缩短切除故障时间。5.1.3 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。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。5.1.4 最大分支系数的运行方式和短路点位置的选择(

32、1辐射形电网中线路保护的分之系数与短路的位置无关。(2环状电网中线路的分支系数随短路点的移远而逐渐减小。但实际上整定需要最大分支系数,故还是选择开环运行方式。(3环外线路对环内线路的分支系数也与短路点有关,随着短路点的移远,分支系数逐渐增大,可以增加到很大很大,但具体整定并不是选一个最大值,而应按实际整定配合点的分支系数计算。5.2 电流保护的整定计算(一保护1的电流保护整定计算(1保护第I段 动作电流 1.3 A 动作时限(2保护第II段与相邻线路保护BC的第段相配合: =1.310.39=13.51KA 动作电流=13.51=4.38KA其中,分支系数: 1.44 校验灵敏度满足要求 动作

33、时限(3 保护第III段最大负荷电流=0.945KA 动作电流=1.33KA 校验灵敏度作为近后备时: 作为远后备时: 动作时限(二保护3的电流保护整定计算(1保护第I段 动作电流 1.3×10.39=13.51KA 动作时限(2保护第II段与相邻线路保护CD的第段相配合: =1.311.38=14.79KA 动作电流=14.79=1.79KA其中,分支系数:=3.27 =9.94 校验灵敏度满足要求 动作时限(3 保护第III段最大负荷电流=0.945KA 动作电流=1.33KA 校验灵敏度作为近后备时:作为远后备时: 动作时限(三保护5的电流保护整定计算(1保护第I段 动作电流

34、1.3 A 动作时限(2保护第II段 X=xL=0.32=0.018与相邻线路保护DF的第段相配合: =1.37.24=9.41KA 动作电流=9.41=3.10KA 其中,分支系数=1.73 =3.64 校验灵敏度满足要求 动作时限(3 保护第III段最大负荷电流=0.66KA 动作电流=0.93KA校验灵敏度作为近后备时: 作为远后备时: 动作时限(四保护8的电流保护整定计算(1保护第I段 动作电流 1.3 A 动作时限(2保护第II段与相邻线路保护AG的第段相配合: =1.311.95=15.54KA 动作电流=15.54=4.72KA其中,分支系数:=2.76=3.95 校验灵敏度满足

35、要求 动作时限(3 保护第III段做大负荷电流=0.66KA 动作电流=0.93KA 校验灵敏度作为近后备时: 作为远后备时: 动作时限(五保护11的电流保护整定计算(1保护第I段 动作电流 1.3 A 动作时限(2保护第II段与相邻线路保护DF的第段相配合: =1.37.24=9.41KA 动作电流=9.41=1.88KA其中,分支系数:=3.7=6 校验灵敏度满足要求 动作时限(3 保护第III段做大负荷电流=0.945KA 动作电流=1.33KA校验灵敏度作为近后备时:作为远后备时: 动作时限5.2.1 零序电流保护整定配合的其他问题(1各段保护的整定时间均应按整定配合原则增加时间级差。

36、(2当分支系数随短路点的移远而变大时,例如有零序互感的平行线路,保护的整定配合应按相配合保护段的保护范围末端进行计算,一般可用图解法整定。(3与相邻双回线路的零序保护配合整定。当双回线路装设了横联差动保护时,为提高灵敏度,可按与横联差动保护配合整定,即按双回线路全线为快速保护范围考虑,但时间整定要考虑横联差动保护相继动作的延时;如考虑双回线运行中将横联差动保护停用的情况时,可相应提出将双回线路运行临时改为单回线路运行的措施。(4变压器励磁涌流衰减过程是很长的,为避免小定值的零序电流保护发生误动作,需要在电流数值和整定时间上加以考虑。经验证明,零序电流保护的最小整定值应不小于0.5倍变压器额定电

37、流,动作时间应不小于3s。(5双回线路的零序电流保护,因线路长度太短或零序互感影响严重而灵敏度很差时,可考虑不同运行方式采用不同整定值的办法加以改善,即在同一保护段下采用两个或更多的整定值,分别对应两个或更多的运行方式的变化。当然,这样处理不仅需要对运行调度部门提出规定限制,也给现场的运行调试增加了工作量。5.3 零序电流保护的评价及使用范围接地电流系统中,采用零序电流保护和零序方向电流保护与采用三相完全星形接线的电流保护和方向电流保护来防御接地短路相比较,前者具有较突出的优点:(1 灵敏度高(2 延时小(3 在保护安装处正向出口短路时,零序功率方向元件没有电压死区,而相间短路保护功率方向元件

38、有电压死区。(4 当系统发生如振荡、短时过负荷等不正常运行情况时,零序电流保护不动作。(5 在电网变压器中性点接地的数目和位置不变的条件下,当系统运行方式变化时,零序电流变化较小,因此,零序电流速断保护的保护范围长而稳定。(6 采用了零序电流保护后,相间短路的电流保护就可以采用两相星形接线方式,并可和零序电流保护合用一组电流互感器,又能满足技术要求,而且接线也简单。应该指出,在110KV及以上电压系统中,单相接地短路故障约占全部故障的80%90%,而其它类型的故障,也往往是由单相接地发展起来的。所以,采用专门的零序电流保护就有其更重要的意义。6 相间距离保护整定计算6.1 概述(1 距离保护的

39、基本概念对一个被保护元件,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,即可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。(2 距离保护的基本特性和特点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。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。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

40、,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0.030.1s(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0.51.5s,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。由于保护性能受电

41、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。(3 110220kv线路继电保护的配置原则在110220kv中性点直接接地电网中,线路的相间短路保护及单相接地保护均应动作于断路器跳闸。在下列情况下,应装设全线任何部分短路时均能速动的保护:根据系统稳定要求有必要时;线路发生三相短路,使厂用电或重要用户母线电压低于60%额定电压,且其保护不能无时限和有选择地切除短路时;如某些线路采用全线速动保护能显著简化电力系统保护,并提高保护的选择性、灵敏性和速动性。6.2 相间距离保护装置

42、整定值配合的原则(1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,其相邻上、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。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。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。(2 距离保护定值计算中所用助增系数(或分支系数的选择及计算助增系数(或分支系数的正确计算

43、,直接影响到距离保护定植及保护范围的大小,也就影响了保护各段的相互配合及灵敏度。正确选择与计算助增系数,是距离保护计算配合的重要工作内容之一。1对于辐射状结构电网的线路保护配合时这种系统,其助增系数与故障点之位置无关。计算时故障点可取在线路的末端,主电源侧采取大运行方式,分支电源采用小运行方式。2环形电力网中线路保护间助增系数的计算这种电力网中的助增系数随故障点位置的不同而变化。在计算时,应采用开环运行的方式,以求出最小助增系数。3单回辐射线路与环网内线路保护相配合时应按环网闭环运行方式下,在线路末端故障时计算。4环网与环网外辐射线路保护间相配合时应按环网开环计算。应该指出,上述原则无论对于辐

44、射状电网内,还是环形电网内的双回线与单回线间的助增系数的计算都是适用的。距离保护的基本特性和特点:(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于预定值时,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,

45、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。其中第段可以保护全线路的80%85%,其动作时间一般不大于0.030.1s(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。第段按阶梯性与相邻保护相配合,动作时间一般为0.51.5s,通常能够灵敏而较快速地切除全线路范围内的故障。由、段构成线路的主要保护。第段,其动作时间一般在2s以上,作为后备保护段。6.3 距离保护装

46、置阻抗继电器的接线方式和整定阻抗(1 阻抗继电器的接线方式阻抗继电器的电流及电压回路的介入,有各种不同的接线方式,譬如:有接入相电压和相电流的;有接入相间电压和相电流之差的;有接入相间电压和相电流的等等。对于不同的接线方式,在各种类型的短路故障情况下,所测得的阻抗值是不同的。(2 阻抗继电器的整定阻抗在进行距离保护装置的定值计算时,首先按照计算原则及要求,算出各保护段的一次整定阻抗值。计算的结果用线路的一次正序相阻抗表示。这样就可给出距离保护定值配置图,根据实际情况可以按以下这种方式给出调试用定值。方式为:根据所计算出的距离保护各段的一次定值,直接给出距离保护各段的“整定阻抗” 。该定值为当线

47、路三相短路时,从保护区末端至保护安装处每相线路正序阻抗的一次欧姆值。至于考虑由该一次“整定阻抗”换算至电流互感器及电压互感器二次侧的“整定阻抗”以及继电器接线系数等因素影响时的计算工作,均由实验部门根据实际情况确定。6.4 相间距离保护的整定计算1号断路器相间距离保护的整定计算(1 相间距离保护第段的整定相间距离保护第段的整定值:相间短路的短路电流计算公式:Z K Z AB rel op II=1= 0.85×(6.28+j32=0.85×32.61078.9° = 5.34+j27.20=27.71978.9°(相间距离保护第段的灵敏度用保护范围表示,

48、即为被保护线路全长的85%。相间距离保护第段的动作时间:01=I t op (S (2 相间距离保护II 段的整定与相邻线路BC 的6QF 的相间距离保护第段相配合Z K Z BC rel op II=6= 0.85×(1.086+j7.36 = 0.85×7.57876.2°=1.535+j6.256 ( K b min ,= 1.699Z K K Z K Z op b rel AB rel op I +=6min ,'1=0.85×(6.28+j32+0.8×1.699×(1.535+j6.256=7.426+j35.70

49、3=36.46778.3°(2相间距离保护第段的灵敏度校验:Z Z K AB op s 1min ,=610.32467.36=1.12<1.5不满足灵敏度的要求。故可按躲过相邻线路BC 的6QF 的相间距离保护第段相配合: Z K K Z K Z op b rel BC rel op I +=4min ,'6=0.85×(1.806+j7.36+0.8×1.156×0.85×(3.925+j20=4.009+j21.978=22.34179.7°(Z K K Z K Z op b rel AB rel op +=6mi

50、n ,'1=0.85×(6.28+j32+0.8×1.699×(4.009+j21.978=10.787+j57.073=58.08379.3°(3相间距离保护第段的灵敏度校验:Z Z K AB op s 1min ,=610.32083.58=1.78>1.5满足灵敏度的要求。 4相间距离保护第段的动作时间为:t op 1=0.5(S (3 相间距离保护III 段的整定1躲过被保护线路的最小负荷阻抗:最小负荷阻抗计算:(=031.1826283/10002209.03/9.0max ,min ,A B L N L I U Z当采用方向阻抗

51、元件时,整定阻抗为:(L m ss re rel L op COS Z K K K Z -=III III min ,1 (=-=824.13187.369.78cos(3.11.13.1031.182式中: III rel K 可靠系数,取1.3K re 返回系数,取1.1K ss 负荷自启动系数,取1.3m 最大灵敏角,取9.78 L 线路负荷阻抗角,取87.36 2与相邻线路BC 的6QF 的相间距离保护第段相配合: Z K K Z K Z op b rel AB rel op III III III +=6min ,'1=0.85×32.61078.9°+0

52、.8×1.699×29.98278.9° =68.47078.9°(取其中最小者:Z op III1=68.47078.9°(3相间距离保护第段灵敏度校验:当作近后备时 Z Z K AB op s III III =1min ,=610.32470.68=2.10>1.5 满足灵敏度的要求。 当作远后备时K b max ,=2.176 Z K Z Z K BC b AB op s max ,1min ,+=III III =578.7176.2610.32470.68+=1.40>1.2 满足灵敏度要求。4相间距离保护第段动作时间为

53、:=III top 13(S 三相短路(31d I X =(3.1 两相短路(2d I = (3.21AB 线路最大运行方式的短路计算即当保护1发生短路时,保护3断开 图6.1 AB最大运行方式的正序网络化简图故障点有效相电流值为:三相短路: =50 化为有名值 =400.239=9.56KA两相短路: =40=34.64 化为有名值 =34.640.239=8.28KA2AB线路最小运行方式的短路计算即当保护1发生短路时,保护3不断开,闭环运行 图6.2 AB最小运行方式的正序网络化简图故障点有效相电流值为:三相短路: =55.56 化为有名值 =55.560.239=13.28KA两相短路

54、: =55.56=48.12 化为有名值 =48.120.239=11.5KA3BC线路最大运行方式的短路计算即保护3发生短路时,保护5断开 图6.3 BC最大运行方式的正序网络化简图故障点有效相电流值为:三相短路: =43.48 化为有名值 =43.480.239=10.39KA两相短路: =43.48=37.65 化为有名值 =37.650.239=9.00KA4BC线路最小运行方式的短路计算即保护3发生短路时,保护5不断开,闭环运行 图6.4 BC最小运行方式的正序网络化简图故障点有效相电流值为:三相短路: =62.5 化为有名值 =62.50.239=14.94KA两相短路: =62.

55、5=54.13 化为有名值 =54.130.239=12.94KA5CD线路最大运行方式的短路计算即保护5发生短路时,保护8断开 图6.5 CD最大运行方式的正序网络化简图故障点有效相电流值为:三相短路: =47.62 化为有名值 =47.620.239=11.38KA两相短路: =47.62=41.24 化为有名值 =41.240.239=9.86KA6CD线路的最小运行方式即保护5发生短路时,保护8不断开,闭环运行 图6.6 CD最小运行方式的正序网络化简图故障点有效相电流值为:三相短路: =62.5 化为有名值 =62.50.239=14.94KA两相短路: =62.5=54.13 化为有名值 =54.130.239=12.94KA7DF线路最大运行方式的短路计算即保护8发生短路,保护10断开 图6.7 DF最大运行方式的正序网络化简图故障点有效相电流值为:三相短路: =30.3 化为有名值 =30.30.239=7.24KA两相短路: =30.3=26.24 化为有名值 =26.240.239=6.27KA8DF线路最小运行方式的短路计算即保护8发生短路,保护10不断开,闭环运行 图6.8 DF最小运行方式的正序网络化简图故障点有效相电流值为:三相短路=45.45 化为有名值 =45.450.239=10.86