110kv高压输电线路的继电保护设计

110kv高压输电线路的继电保护设计随着电力系统迅速发展，我们不断对它提出新的要求，电力系统对继电保护的要求也不断提高。继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信号量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性，速动性，灵敏性，可靠性。这次课程设计以最常见的110KV电网线路保护设计为例进行分析设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了电路的化简，短路电流的求法，继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。目录第1章绪论 错误!未定义书签。设计基础条件 错误!未定义书签。设计内容 错误!未定义书签。设计要求 错误!未定义书签。第2章短路电流计算 错误!未定义书签。短路电流计算原则 错误!未定义书签。电力网络元件参数计算 错误!未定义书签。最大运行方式 错误!未定义书签。最小运行方式 错误!未定义书签。第3章110kv高压输电线路继电保护整定计算 错误!未定义书签。三段式方向性电流保护整定计算 错误!未定义书签。QF6的三段式电流保护整定计算 错误!未定义书签。QF4的三段式电流保护整定计算 错误!未定义书签。QF2的三段式电流保护整定计算 错误!未定义书签。三段式距离保护正定计算 错误!未定义书签。QF6的距离保护 错误!未定义书签。QF4的距离保护 错误!未定义书签。QF2的距离保护 错误!未定义书签。线路差动保护 错误!未定义书签。A’C段线路差动保护 错误!未定义书签。BC段线路纵差保护 错误!未定义书签。AB段线路纵差保护 错误!未定义书签。第4章自动重合闸装置 错误!未定义书签。第5章电力系统各元件继电保护装置的选择 错误!未定义书签。保护配置 错误!未定义书签。各插件原理说明 错误!未定义书签。主要技术指标错误!未定义书签。主要技术指标收获和体会 错误!未定义书签。参考文献 错误!未定义书签。附录错误!未定义书签。第1章绪论设计基础条件单侧电源环形网络如图所示，已知：(1)网络中各线路采用带方向或不带方向的电流电压保护，所有变压器均采用纵联差动保护作为主保护，变压器均为Y,dll接线；(2)发电厂的最大发电容量为3X50MW,最小发电容量为2X50MW；(3)网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行；(4)允许的最大故障切除时间为；(5)线路AB、BC、AD、CD的最大负荷电流分别为230、150、230和140A,负荷自起动系数Kss 1.5；(6)各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示，At：；(7)线路正序电抗每公里均为Q；(7)线路正序电抗每公里均为Q；80kn图单侧电源环形网络图设计内容(1)短路电流计算1)确定电力系统最大运行方式和最小运行方式，计算最大短路电流值和最小短路电流值。2)确定短路计算点，画出计算电路图。3）选取基准值，用标幺值计算各元件参数，画出等效电路。化简等效电路，求各短路点的等效电抗。4）求各短路点的计算电抗。用运算曲线计算各短路点的短路电流。（2）确定电力系统中发电机、变压器和输电线路的保护方案。1）根据GB50062-1992（规范名称：电力装置的继电保护和自动装置设计规范）选择继电保护的方式。应优先选择最简单的保护，不满足基本要求时再采用较复杂的保护。2）选择保护方式时，先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。如不满足，允许采用自动重合闸补救。设计要求1）确定保护2、4、6的保护方式，对它们进行整定计算（/、U、K和t）；opopsenop2）绘制保护原理接线图（或展开接线图）及网络单线图；第2章短路电流计算短路电流计算原则根据原始资料计算出基准电抗标幺值，再由基准电抗标幺值转换得到计算电抗标幺值，然后根据计算电抗标幺值查短路电流运算曲线得到短路电流标幺值，经转换得出短路电流，最后作为继电保护的整定数据。根据整定计算的要求，需要进行最大运行方和最小运行方式下的参数计算，最大运行方时下的计算数据作为电流保护整定使用，最小运行方式下的计算数据作为最小灵敏度检验使用。电力网络元件参数计算计算各元件基准电抗标幺值。选取：SB=100MVA,UB广115kV,UB2=6.3kV,UB3=10.5kV。发电机基准电抗标幺值:口口口 50口口口 50 IIII cos口0.85=58.82口□口=口口2=口口2=口口3DD=0.129x口口1005882=0.2193变压器基准电抗标幺值:口口1=口口2口口3口口4〜口口口口1=口口2口口3口口4〜口口6口口％ 口□=x100 口门口二x二二100口修二稔x，100口□口哑x廿=0,262510010.5100--x——40=0.175.. .100 6010.5100= x =0.525100 20线路基准电抗标幺值：口口口=40x0,4x=0.121口2一口口口口=80x0,4x=0.242口2一口口口口二50x0.4x—Q=0.1512口2

一口(0.2193x0.21930.2625x0,2625、r02193.0125口_10.2193+0.2193+0.2625+0,2625)x(0 +05)_01496口口口口 0.2409+0.3943 .(0.2193+0,2625)x(0.2193+0,2625)II_ _0,2口口口口 0,2193+0,2625+0,2193+0,2625最大运行方式最大运行方式的等效电路如图所示:XGLXT1XabXT3XG3o m-C

h-

XGLXT1XabXT3XG3o m-C

h-

XA'xa'c图最大运行方式等效电路图因为是单侧环形电网，为解题方便，将环形网络按短路点解开，分两个方向计算短路电流和设计继电保护装置。将环形网络在A点打开变换为开式网络则等效电路图如所示:XG3XT1XT3Xa'cA'图开式网络等效电路图BXbcXabXG3XT1XT3Xa'cA'图开式网络等效电路图BXbcXab在最大运行方式下各点的基准电抗为：口口□口+口□口+=0.6638=□□口口口口口□口+口□口+=0.6638=□□口口口口口’计算电抗值为:口□□口口口口+Dsmin=0,121+0,242+0,1512+0,1496口+^Omin=0.242+0,1512+0,1496=0,5428+□□口口口=0.1512+0.1496=0.3008=口•工=0,6638x1,765=1,172口口口口口口口=口口.口口口口=口口.「-=0.5428x1.765=0,958^^口口口苦=0,3008x1.765=0,5309口口口口口口，=口口口口，=□口.学=0.2409x1.765=0,4405口口最小运行方式最小运行方式等效电路图将环形网络在A点打开变换为开式网络则等效电路图如所示:最小运行方式的等效电路如图所示:XGi xnriISXG2最小运行方式等效电路图将环形网络在A点打开变换为开式网络则等效电路图如所示:最小运行方式的等效电路如图所示:XGi xnriISXG2图开式网络等效电路图在最小运行方式下各点的基准电抗为：□□+口口口+□□口+口口口口口=0.121+°1242+0.1512+°-2409=0.7557口口=□□口+□□口+口口口口口=°-242+01512+°-2409=°-口口口口=□□口+口口口口口=°』512+°-2409=°.3921计算电抗值为：口口口口=□口.二=°,7557x1765=1,334一口口口口口=口口.〉=0.6341x1.765=口口口口=口口.□□口口=□口.==013921X11765=01692一口

一一一一•□□□□□£=0.1496x1.765=0一一一一•□□□□□根据计算电抗查询汽轮机的短路电流运算曲线可得各点的短路电流标幺值。最大运行方式下各点计算电抗和短路电流标幺值如表所示:表最大运行方式下电网各点短路电流数据A’计算电抗□*一□口/KA最小运行方式下各点计算电抗和短路电流标幺值如表所示:表最小运行方式下电网各点短路电流数据A’计算电抗□*一□口/KA第3章110kv高压输电线路继电保护整定计算110kv高压输电线路根据可靠性、灵敏性要求需要设置三段式电流保护，根据线路保护装置简单性原则，若三段式电流保护各段满足要求，则可以作为线路主保护，如果三段式电流保护不满足要求则需要设置距离保护，根据高压输电线路的全线速动无死区要求，还应设置线路的纵联差动保护，让距离保护和差动保护作为线路的主保护，三段式电流保护作为后备保护。三段式方向性电流保护整定计算三段式方向性电流保护整定计算，按开环正向和反方向分别整定计算。正向对1、3、5QF断路器保护装置整定计算，反方向按6、4、2QF断路器保护装置整定计算。这里以反方向按6、4、2QF断路器保护装置为例整定计算如下。保护线路示意图如图所示:图保护线路示意图QF6的三段式电流保护整定计算由第2章得知：□□□□“=L69□口□□□□“=L3□口□□口□□口0.95口口□□□□□□=。彳92□口□□□□□=31.8Q,□□□□□二19"(1)第I段

保护装置一次侧动作电流为:口1=口1口⑶=1.3x1.69=2.197KAop6relkcmax保护时限：t=0s最小灵敏变校验：IB=口&=0.866x《3x2J97Dsmax义100%不合格CA' 0,4x50⑵第n段保护装置一次侧动作电流为：口I=口I口⑶=1.3X0.95=1.235KAop4 relkbmax□II=口11口1=1.1x1.235=1.359KAop6 relopx保护时限：t二最小灵敏度校验：口12=°册6□”□□口=强包=0.82<1.25不合格sen nn 1.359op6⑶第m段保护装置一次侧动作电流为：□III=口&\口=1-2x1-5x230=487Arel |_ cmax0.85re保护时限：口>=2.5$最小灵敏度校验：近：口111=0.866Dk^A=0866x13=2.3>1,5合格sennm 0.487op6远:D111sen—远:D111sen—0.866x0,792—1.35>1,2合格QF4的三段式电流保护整定计算由第2章得知口口口口口口二0.95口口，口口口口口口=0.792口口，□□口□□口0.836口口口口口口口口=0.66口口口口口口口=3L8Q,□□口□□二19.8Qo(1)第I段保护装置一次侧动作电流为:X口」「「「」=1.3X0.95=1.235口口□□□□□

保护时限：t=0s最小灵敏度检验:115n 0115n 0.866XJ1：。二」n V3X1.85m=「门= 一口口第n段0.4X80□□□□+口口口) 才心 X100% 不合格保护装置一次侧动作电流为:□口=

口口2□口=

口口2□□口口口4保护时限：t=0.5s□□□X□□口□□口=1.3X0-836=1.0868口口□□□X^□2=L1XL0868=L195口口最小灵敏度检验□□口J□□口0.866□□口J□□口0.866X口门□口门口二□□口^□□40.866X0.792L195=0.574<1.25不合格第III段保护装置一次侧动作电流为:口口口口

口口4口口口口口

口口4口口口口X口J-nnx口□□□口□□□□1.2X1.5X380=804.7口0.85保护时限：口□□口=2口最小灵敏度检验:近后备:远后备:nuuu

J近后备:远后备:nuuu

J□□口0.866x口空口□口=0.866x0.792=0.85<1.5口三 0.8047□□□□=0.866X□□口□□口=0.866X0.66=0.71<1.2□□口 口三『 0.8047不合格不合格QF2的三段式电流保护整定计算由第2章得知：口口口口口口=0.836口口，口口口口口口=。.66口口,口口口口口=，口口口口口=所。。(1)第I段保护装置一次侧动作电流:□□2=□□2=口3DDDmax=1.3X0.836=1.0KA保护时限：t=0S最小灵敏度校验：m二二=。.8"一(31.8+20+32)x100% 不合格□□口 16⑵第III段：保护装置一次侧动作电流： EI 12x15□□□□=^rel□「二-——一X250=487A□□2 □ Omax 0.85保护时限：t二近：口近：口口口口=0.866x□□□□□□=0.866x0.66—< 不合格□□□ □□□□ 0.487□□2上述计算结果表明，三段式电流保护，保护范围不满足要求，则不能设置线路的主保护，只能设置线路的后备保护，与设计题目要求不符合。因此，不宜设置三段式电流保护，可以设置三段式距离保护。三段式距离保护正定计算QF6的距离保护(1)第I段动作阻抗：□:=□%□□□□，=0-85x0.4x50=17Qop.6 口□□口□保护时限：口61=。口保护范围：85%(2)第II段动作阻抗：□□口6=□仃□□(□“，+q：□□□□口)=叫20+s%x32)=37.76保护时限：口尸=0.5D6最小灵敏度校验：口"口口=口8口6=3776=1.888>1.3合格□□口 □□口20(3)第III段最小阻抗：□“□□=—=^3=260°-动作阻抗：□"ma= □□.□□□ = - =150.7Q口口6 □^□□□□□ddcos(Dd-Dd) 1-25x1-15x1-5x0-8保护时限：口尸】=2.5D6最小灵敏度校验:近后备保护：口83口=口*6=15017=7.5>1.3合格□□口 □□口20远后备保护：口00nn=1+口口’口口口口+口口'口=2.3LI.LILILI 口口□‘口口口口口1nJ□□口合格n □仙___=_^07—=1.6口1nJ□□口合格口口口‘+；口□口□□口20+32*2.3QF4的距离保护⑴第I段动作阻抗：口乙口4=口^^□口□口=0.85X0.4X80=27.2Q保护时限：t=0s保护范围：85%⑵第II段动作阻抗：口11=口11(口+口1口)=0.8X(32+0.85X16)=例|口口“U.^口口4口口口1□□ □□□^□□7 I )36.48Q保护时限：口；1=0.5s灵敏度校验：口11口=口占九=3648=114<1.3 不合格□□口 □□口 32⑶第III段最小阻抗：Dnnnn=，9口口=09x115=170Q□□口□V3□口□□口V3X0.38动作阻抗：口含言；= □□口口口 = - =98.6Q口占金占口口口口口口口。。5(口口一口口) 1.25x1.5x1.15x0.8保护时限：口；11=2s最小灵敏度校验：口口口口口=1+口口口口口口+口□口=1+31.8+20+32=2.167□□口□□口 19.8+20+30近后备：口工II=口占占3=986=3>1.3合格□□口 □□口 32远后备：口=II= 口占占3 =——986——=1.47>1.2 合格口口口+口6口□口□口口32+2.167x1.6QF2的距离保护(1)第I段动作阻抗：口^口.2=口］“x□□口=0.85x0.4x40=Q

保护时限：DIFs2保护范围：85%(2)第III段最小阻抗：口口.二-0组三=吵n5=260Q口min，3口「. ,3x0.23vMminv动作阻抗：口"m『 j 二 260——=150.7Q1.2Q^xOssxDrelcos(DD-D)1.25X1.15X1.5X0.8保护时间：口尸二2近后备保护：口近后备保护：口111=»=皿=9.4>合格sen□□口16। 31.8+16+32+20 …=। 31.8+16+32+20 …=1+ =2.1419.8+16+32+20I—I 1.smax ।।'।~। I_II_I I_II_ISAmln□□max=1+ 0rf SAmln远后备保护；口111= *2 = 150-7 =1.78>1.2合格sen 口口口+口口!^义口□口 16+32x2.14线路差动保护根据高压输电线路的全线速动性要求，还应设置线路的纵联差动保护。A,C段线路差动保护(1)A'C段：按躲过保护区外短路时的最大不平衡电流整定:□口□口口门口=口门口口口口口口口口口口口口口口口口口口□□口 □□口L3仙x0.5x1xL69=0.0018口口300/5(2)按射过保护线路最大负荷电流整定：□□口.□:——二望潸=4.98口所以动作电流：口□□口=4.98口最小灵敏度检验：口=口％□□□/□□□=0.866x1.3/60=3.77>1.5合格sen □口□ 0,00498BC段线路纵差保护BC段：按躲过保护区外短路时的最大不平衡电流整定:口op.r□□口口□口口口口口口=口口口口口口口口口口口口口op.rTOC\o"1-5"\h\z□□口 □□口1gx0.1x0.5x1x0.95 …300/5= =0.0011 II I300/5(2)按射过保护线路最大负荷电流整定： Dhrh二口口口口口口.□□口=1-3x28Q=",□ □□口 6Q8.23口所以动作电流：口□口口=8.23口最小灵敏度检验：口 =□目□□□□/□□□=Q.866x792/6Q=1.39<1.5不合格sen 口□口 8.23AB段线路纵差保护(1)AB段：按躲过保护区外短路时的最大不平衡电流整定口op.r□口门口I□口□口口门口口op.r□口门口I□口□口口门口=口门口口口口口口口口口口口口口口口口口口□口口一 一 □□口1YXQ.1xQ.5x1x836: =U.JI_I3QQ/5(2)按射过保护线路最大负荷电流整定:口口□.口二口口口口口口.□□口=1.3x23Q=□□口6Q4.98口所以动作电流：口□口口=4.98口最小灵敏度检验：口=□甘口口口司□□口=。册及6636。=1.9>1.5 合格sen 口□口 4.98第4章自动重合闸装置根据11QKV高压输电线路的要求，线路应采用后加速的自动重合闸装置。重合闸逻辑方框图：

图重合闸逻辑方框图.本装置重合闸为三相一次重合闸方式。.三相电流全部消失时跳闸固定动作。.重合闸退出，则整定值中重合闸投入控制字置“0”。.重合闸充电在正常运行时进行，重合闸投入、无TWJ、无控制回路断线、无TV断线或虽有TV断线但控制字“TV断线闭锁重合闸”置“0”经10s后充电完成。.重合闸由独立的重合闸启动元件来启动。当保护跳闸后或开关偷跳均可启动重合闸。.重合闸条件满足后，经整定的重合闸延时，发重合闸脉冲150ms。第5章电力系统各元件继电保护装置的选择保护配置RCS-953A包括以分相电流差动为主体的快速主保护，有完整的三段相间距离保护、四段可选相间低电压和方向闭锁的过流保护构成后备保护；装置配有三相一次重合闸功能、过负荷告警功能；还带有跳合闸操作贿赂以及交流电压切换回路。各插件原理说明组成装置的插件有：电源插件（DC）、交流插件6。、低通滤波器（LPF）、CPU插件（CPU）、通信插件（COM）、24V光耦插件（O