110KV电力系统继电保护和自动装置设计毕业设计论文

目录2665第一部分设计任务与调研 第一部分设计任务与调研1.1毕业设计的主要任务本设计对110KV电网进行了继电保护和自动装置整定计算，根据电网的特点和运行要求，在满足继电保护“四性”要求的前提下，求得最佳方案，分别配置了零序、距离、高频以及横差保护，最后对全套保护进行了评价。设计的思路1．配备线路继电保护配置。2.当线路发生三相短路故障，使厂用电或重要用户母线电压低于额定电压的60%时，其保护能无时限和有选择地切除短路故障。3.设计某些线路采用全线速动保护能简化电力系统保护，并提高保护的选择性、灵敏性和速动性时。4.具有自动重合闸的配置法、确定输入输出设备和I/O点数及选机型、硬件系统设计、软件程序设计、绘制控制系统接线图、电器元件的选择、程序调试。本设计对110KV电网进行了继电保护和自动装置整定计算，根据本电网的特点和运行要求，在满足继电保护“四性”要求的前提下，求得最佳方案，分别配置了零序、距离、高频以及横差保护，最后对全套保护进行了评价。1.2线路继电保护配置要求对于接地短路，宜装设带方向性元件或不带方向性元件的多段式零序电流保护，对某些线路，若装设带方向性接地距离保护可以明显改善整个电力系统接地保护性能时，可装设接地距离保护，并辅之以多段式零序电流保护。对于双电源单回路线路，可装设多段式距离保护，若不能满足灵敏度和速动性要求时，则应加装高频保护作为主保护，把多段式距离保护作为后备保护。在正常运行方式下，若保护安装处短路且无时限电流速断保护装置能够动作时，可装设此种保护作为辅助保护。保护方式的选择对电力系统的安全运行有直接的影响。选择保护方式时，在满足继电保护“四性”要求的前提下，应力求采用简单的保护装置来达到系统提出的要求，只有当简单的保护不能满足要求时，才采用较复杂的保护。电力部颁发的《继电保护和安全自动装置枝术规程》规定，对110～220kV、中性点直接接地电网中的线路，应装置反应接地短路和相间短路的保护。该规程又规定，电力设备和线路的短路保护应有主保护和后备保护，必要时可再增设辅助保护。在110～220kV中性点直接接地的电网中，线路的相间短路保护及单相接地短路保护均应动作于断路器使其跳闸。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装置：①根据系统稳定要求有必要时；②线路发生三相短路故障，使厂用电或重要用户母线电压低于额定电压的60%，且其保护不能无时限和有选择地切除短路故障时；③若某些线路采用全线速动保护能显着简化电力系统保护，并提高保护的选择性、灵敏性和速动性时。1.3微机保护装置的抗干扰技术1抗干扰的基本要求A.不误动和不拒动。b.及时发现故障并报警。c.易于修复。由于微机保护装置工作在极高的速度和极短的周期的循环执行状态下(通常为几ms～十、几ms之间的动态工作过程),只要此循环过程不停止,就不会拒动。防止拒动的措施:当干扰引起循环执行程序停顿时,应立即使装置自动恢复。一个好的微机保护装置应能较好地解决误动问题,应在编制的程序中增加较多校核环节来闭锁每一个动作,同时在设计出口电路时增加一些必要的编码电路来降低受干扰而造成误动的概率。此外,还应采取各种隔离、屏蔽、接地等措施,避免外界干扰影响主机工作。2干扰形式干扰形式有两种,即横模干扰和共模干扰。横模干扰是串联于信号源之中的干扰,是由长线传输的互感、分布电容的相互干扰以及工频干扰等。消除横模干扰的办法有准确测量线路互感参数,并在保护整定计算中考虑互感的影响;合理增加退耦电容和反射波吸收电阻。共模干扰是引起回路对地电位发生变化的干扰,这种干扰可为直流,亦可为交流,它是造成微机保护装置工作不正常的主要原因。消除共模干扰的方法主要有:浮空隔离技术;三线采样即双层屏蔽技术;系统一点接地;低阻匹配传输,电流传输代替电压传输;采用隔离变压器;采用光电耦合器件。

第二部分设计说明2.1保护装置的配置(1)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)后备保护的配置考虑保护性能优越性：110线路应该配距离保护，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，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。如上考虑到环网运行，也要加方向元件。保证保护不误动作。结论：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。2.2自动装置配置（1）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。结论：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。结论：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。结论：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、电压崩溃应该在变站B、C、D中配置低频、低压减载装置。2.3110kv线路距离保护的基本原理与构成电力系统中的输电线路，应装设反应短路故障和异常运行状态的保护装置，线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。此外，还要配置保护功能之外的辅助功能，使距离保护装置更加可靠正确地工作。110kV电压等级的电网，主要实现“远后备”，即当最邻近故障元件的断路器上配置的继电保护拒绝动作或断路器本身拒绝动作时，可以由电源侧上一级断路器处的继电保护装置动作断开故障。这样就充分实现了“完全独立”，从而获得了完整意义上的后备保护。2.4110kV线路距离保护装置的总体功能配置电力系统继电保护的配置，从原则上来说，应当满足两点最基本的要求:（1）任何电力设备和线路，不得在任何时候处于无继电保护的状态下运行。（2）任何电力设备和线路在运行中，必须有两套完全独立的继电保护装置分别控制两台完全独立的断路器实现保护。众所周知，输电线路的故障有单相接地短路、两相接地短路、两相不接地短路及三相短路故障共10种。为了保证距离保护在任何复杂形式的电网中都能有选择性地切除故障，而且具有足够的灵性性和快速性[fgl，对于距离保护来说应满足以下要求:（1）发生短路时，距离保护的测量阻抗应正比于短路点到保护安装处的距离;（2）在正方向区外故障时不应超越动作;（3）具有明确的方向性，正方向出口短路时无死区，反方向短路时不误动;（4）在区内经过渡电阻短路时应仍能灵敏动作;（5）在最小负荷阻抗下不应动作;(6)不受系统振荡影响;(7)TV二次断线时不应误动作。根据上述要求，结合110kV输电线路实际情况，本装置的主要功能配置为:①三段式相间距离保护，用以切除相间短路故障;②三段式接地距离保护，反应接地短路故障;③四段式零序方向电流保护以满足可能的高电阻接地故障情况下的动作灵敏度要求;④无通道全线相继速动保护;⑤三相一次重合闸，提高电力系统并列运行的稳定性，纠正由于断路器或继电保护误动作引起的误跳闸;⑥振荡闭锁，用来防止系统振荡时测量元件动作引起距离保护误动，振荡闭锁期间再故障的保护措施;⑦TV断线闭锁，防止电压互感器二次回路断线引起误动作，TV断线闭锁期间两段相过流保护;⑧其他功能。2.5三段式相间距离保护的基本原理与特点三段式相间距离保护用来反应相间短路故障，当发生两相短路、两相短路接地、三相短路时，要求它能够正确动作。当距离保护用于双端电源的输电线路时，为便于配合，一般要求第工、且段的测量元件都要具有明确的方向性，即采用具有方向性的测量元件[f6l。第m段为后备段，包括对本线路工、且段保护的近后备，相邻下一级线路保护的远后备保护和反方向母线的后备保护，所以第m段通常采用带有偏移特性的测量元件，用较大的延时保证其选择性。本装置各段测量元件均采用圆特性，距离保护各段动作区域如图2-2所示。图2-2距离保护各段动作区域示意图2.5.1三段式相间距离保护的整定距离保护第工段为无延时的速动段，它只反应本线路的故障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠不动作。所以其测量元件的整定阻抗，应按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。距离保护第且段的整定首先要考虑到分支电路对测量阻抗的影响。整定阻抗按以下两个原则进行计算:①与相邻线路距离保护第工段相配合;②与相邻变压器的快速保护相配合。值得注意的是，当被保护线路末端母线上的出线或变压器采用电流速断保护时，应将保护的动作范围换算成阻抗，然后进行上述计算。距离保护第m段的整定阻抗，按以下几个原则计算:①按与下级线路距离保护第且或第m段配合整定，与相邻下级线路距离保护第且段配合不满足灵敏系数要求时与其第m段相配合;②按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定;③按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。上述三段距离保护的动作时限按照阶梯原则整定，即距离工段按装置的固有动作时间整定，距离II段、III段依次按4t递增。这里4t取0.5s。2.5.2三段式相间距离保护的接线方式相间阻抗元件用来测量相间短路故障点到保护安装处的距离(阻抗)，反应的故障类型有两相相间短路、两相接地短路和三相短路。相间阻抗元件有00接线、线和一300接线[}s}，本装置采取应用最为广泛的00接线方式实现相间阻抗元件。接采用0接线方式时，相间阻抗元件接线(AB相间阻抗元件)为:电压接入UAR电流接入IA人;电压接入口RC，电流接入入一人;电压接入口CA，电流接入人一IA。2.6三段式接地距离保护的原理与特点三段式接地距离保护的基本原理与相问距离保护相似，不同之处在于三段式接地距离保护用于反应单相接地短路故障，接线方式存在差异。即电压接入UmA-UA，电流接入几、=IA+Kx3几;电压接入UmR=UR，电流接入几。=人+Kx3几;电压接入UmC=UC，电流接入几。二人+XX3几。其中，X为零序电流补偿系数，X=Z0-Z/3Zi。2.7四段式零序方向电流保护的原理与特点在我国，110kV及以上电压等级的电网均为中性点直接接地运行。在中性点直接地电网中，当发生单相接地短路时，将出现很大的短路电流，通常装设零序电流保护来切除接地短路故障。在双端电源或多端电源的电网中，线路两端变压器的中性点均接地，为了保证发生接地故障时零序电流保护动作的正确性，通常要加装方向元件，构成零序方向电流保护装置。而且，在故障点经大电阻接地时，零序方向电流保护有足够的灵敏度，用其作为接地距离保护的补充是非常合适的。根据110kV电网继电保护装置运行整定规程的要求，双端电源线路的零序方向电流保护各段应遵循以下原则:①零序电流第I段作为速动段保护，除极短线路外，一般应投入运行;②四段式零序电流保护的第II段或第III段，应能有选择性切除本线路范围的接地故障，其动作时间应尽量缩短;③考虑到在高电阻接地故障情况下的动作灵敏系数要求，零序电流保护最末一段的电流定值不应大于300A(一次值)。2.7.1四段式零序方向电流保护的整定(1)四段式零序电流保护第I段(速断保护)的整定原则如下:①躲开下级线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大三倍零序电流3人max，一般3人ma、应取各种常见运行方式及不同故障类型情况下的最大值。②躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流3人unb。整定值取两种情况下的最大值。此外，若动作值躲不过断路器合闸三相不同期最大三倍零序电流时，重合闸过程中带O.ls延时或退出运行。(2)四段式零序电流保护第11段考虑与下级线路的零序电流第I段保护范围的末端相配合。其整定值要对本线路末端金属性接地故障的灵敏系数应满足如下要求:20km以下线路，不小于1.5;20}-SOkm的线路，不小于1.4;SOkm以上线路，不小于1.3。(3)四段式零序电流保护第III段按下述原则整定:①如零序电流第II段对本线路末端故障有规定的灵敏系数，则零序电流III段与相邻线路零序电流第II段配合整定。②如零序电流第II段对本线路末端故障达不到规定的灵敏系数要求时，零序电流III段按三段式保护的零序电流II段的方法整定。(4)四段式零序电流保护第W段的作用相当于相间短路的过电流保护，一般作为后备保护使用，但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。零序电流保护第W段按三段式保护的零序电流保护III段的方法整定:①按照躲开下级线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流lunb.ma、来整定。②当上下级保护之间具有分支电路时，与下级零序电流保护第111段配合整定。同时，还必须要求各保护之间在灵敏度系数上要相互配合，即对同一故障点而言，要求越靠近故障点，保护应具有越高的灵敏系数。2.7.2零序电流保护方向元件在变压器接地数目比较多的复杂网络中，零序电流保护需要考虑方向性问题。因此，必须在零序电流保护中增加功率方向元件，利用正方向和反方向故障时，零序功率方向的差别，来保证动作的选择性。零序功率方向元件接入零序电压3U。和零序电流3I，反应零序功率方向而动作。需要注意的是，当保护范围内部故障时，按规定的电流、电压正方向看，3I超前于3U约95°～110°=-95°～110°，保护应工作在最灵敏条件下。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。2.7.3对零序方向电流保护的评价在中性点直接接地的高压电网中，由于零序电流保护简单、经济、可靠，作为辅助或后备保护得到了广泛应用。但是方向零序电流保护也存在一些不足:对于运行方式变化很大的电网，往往不能满足系统运行的要求;当采用自祸变压器联系的两个不同电压等级的电网，任一电网中的接地短路都将在另一网络中产生零序电流，将使零序保护的整定配合复杂化。第三部分设计成果3.1电气主线设计原则发电厂或变电站中的一次设备按照设计要求连接起来，表示生产、汇集和分配电能的电路称为主接线。电气主接线图是指用标准的图形符号和文字符号表示的电路图。灵活性、经济性还有可靠性是电气主接线应该要有的三个基本的要求。（1）可靠性应具备连续不断、安全和符合电能质量要求，是首先要保证的条件。（2)灵活性应具备适应各种运行方式(正常、检修事故及处理、特殊、投切设备、增减负荷等)的变化，体现在操作的方便性、调度的方便性及扩建的方便性三方面。(3)经济性合理合适的经济性需要在以灵活性和可靠性作为前提。①单次投资的节约;②占地面积小;③电能损耗小。我们应该依据我们拥有的设计任务书，发展方针和电力建设依据的是国家现有的“安全可靠、经济适用、符合国情”，对技术规定和标准严格执行，对于原始资料精确的掌握，把工程实际的特点结合起来，对设计方案的经济性、灵活性和可靠性提供保证。3.2设计程序（1）对原始资料分析①工程情况，包括设计规划容量，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等;②电力系统情况，包括电力系统远景发展规划，电力系统中变电站所处的作用和位置；③负荷的特点以及负荷的地理位置、配送电压的等级、出线回路数及配送容量等；④环境的影响:整个电力系统所在地的温度、湿度、地质状况、海拔高低，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响；（2）主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要求，电源和出线回路个数、电压等级高低、变压器数量、容量以及母线结构等不同的考虑，拟定出若干个主接线方案，最终经过技术论证和经济比较确定主接线类型。

3.3技术指标1．配备线路继电保护配置。2.当线路发生三相短路故障，使厂用电或重要用户母线电压低于额定电压的60%时，其保护能无时限和有选择地切除短路故障。3.设计某些线路采用全线速动保护能简化电力系统保护，并提高保护的选择性、灵敏性和速动性时。4.具有自动重合闸的配置。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FlashRAM，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。短路电流的计算图：正序等值阻抗图线路AB的短路电流计算结果保护侧故障点序短电运行方式路电流流流过B侧保护的电流/kA流过A侧保护的电流/kAA母线故障KK=0.5B母线故障KK=0.5Id·1Id·2Id·33Id·0Id·1Id·2Id·33Id·0最大运行方式2.0542.67661.0271.0271.33831.33830.67870.67870.83621.37070.65550.65552.25823.17851.36330.69030.82911.17321.59741.07921.78482.6619最小运行方式1.13101.51330.56550.56550.75660.75660.42990.42990.53291.02230.47120.47121.62152.31210.81560.31540.61991.00650.97760.53561.52122.2765电路设备设计

第四部分结束语本设计方案是根据有关的运行及整定条例进行的，力求达到继电保护装置的可靠性、选择性、速动性、灵敏性等“四性”的要求，确保技术指标。既要注意经济性，同时也要考虑到电网的发展。一.距离保护是反映保护安装处到故障点距离(或阻抗)，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。当短路点离保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间较短，当短路点离保护安装处远时，其测量阻抗大，动作时间较长，这就保证了有选择性的切除故障线路。另外，距离保护受到运行方式变化的影响较小，故作为相间故障的主保护，有足够的灵敏性和快速性。适用于多电源、运行方式多变化的复杂电网。二、高频保护是以输电线路载波通道作为通信通道的纵联保护。将线路两端的电流相位(或功率方向)转化为高频信号，然后利用输电线路本身构成一高频(载波)通道，将此信号送到对端，进行比较。因为该保护不翻印于被保护线路范围以外的故障，在定值选择上也不需要与下一条线路相配合，故不带动作延时，是一种无时限的快速原理保护。三、零序保护作为接地故障的主保护。一般当发生接地故障、振荡、非全相运行等情况下，电网才出现零序分量。因此，零序保护可以比较灵活反映。△侧故障不会反映到侧,动作时间的整定可以从算起.因此,保证了快速性要求。另外，零序保护接线简单，可靠性高。线路遇到的接地故障比其它故障相对多,这就显得零序保护尤为重要。通过这次设计，我感到收获很大，尤其是在计算过程中，运行方式的选择、短路电流的计算等，都给继电保护的结果计算产生很大的影响。这需要我把学到的专业知识融会贯穿起来，同时，又要考虑到实际可能的运行方式相结合起来进行计算设计。由于水平有限，本设计中难免还存在不