220kv电网继电保护

1、摘 要继电保护是一门专门研究电力系统故障及反事故措施的技术学科。由于电力系统是一个整体，当某一设备或线路发生故障时，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，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，才能实现。因此，继电保护的基本任务： 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；当电气设备出现不正常运行情况时，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。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

2、。关键词：电力系统 继电保护 电气设备 自动装置目 录中文摘要I1.引言22. 220KV电网元件参数的计算.22.1设计原则22.2220KV电网元件参数计算原则22.3发电机参数的计算22.4变压器参数的计算32.5输电线路线参数的计算53.中性点接地的选择103.1 输电线路上T A、TV变比的选择103.2变压器中性点接地的选择 114短路电路的计算124.1运行方式确定的原则124.2网络等效图的化简134.3关于相间距离保护的短路计算145.自动重合闸185.1自动重合闸的基本论述185.1.1概述185.1.2自动重合闸的配置原则185.2自动重合闸的基本要求186.总结20参考

3、文献201、引 言继电保护是一种电力系统的反事故自动装置，它在电力系统中的地位十分重要。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发展不断地注入新的活力，继电保护技术未来发展趋势是计算机化、网络化、智能化和数据通信一体化发展。本次设计主要内容是220KV电网继电保护的配置和整定，设计内容包括：220KV电网元件参数的计算、中性点接地的选择、短路电路的计算、自动重合闸等。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

4、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。2 、 220KV电网元件参数的计算2.1 设计原则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

5、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）、110220kV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。2.2 220KV电网元件参数计算原则标幺值的归算近似计算：标幺值计算的近似归算是用平均额定电压计算。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进行。结合本网络选取基准值：SB=1000MVA ； UB=230KV； 2.3 发电机参数的计算发电机的电抗有名值： （2-7）发电机的电抗标幺值： （2-8）式中： 发电机次暂

6、态电抗; 发电机的额定电压; 基准电压230kv; 基准容量1000MVA; 发电机额定容量235.294MVA.已知： PN = 200MW UN =15.8 KV = 0.85 =0.1444 则： SN = = 235.294 MVA = = =0.614 = = =32.46（） 表2-1 发电机参数结果发电机编号容 量（MW）功 率因 数出口电压（KV）电 抗有名值电 抗标幺值1#2000.8515.80.144432.460.6142#2000.8515.80.144432.460.6142.4 变压器参数的计算(1) 双绕组变压器参数计算公式：双绕组变压器电抗有名值： （2-9）

7、双绕组变压器电抗标幺值： （2-10）式中： 变压器短路电压百分值; 发电机的额定电压; 基准电压230kv;基准容量1000MVA; 变压器额定容量.(2) 三绕组变压器参数的计算公式1）各绕组短路电压百分值UK1（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-11）UK2（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-12）UK3（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-13）式中：Ud（%）、Ud（%）、 Ud（%）分别为高压与中压，高压与低压，中压与低压之间的短路电压百分值。2）各绕组的电抗有名值:XT1 = （2-14）XT2 = （2-15）XT3 = （2-16）各绕

8、组的电抗标幺值: XT1* = （2-17） XT2* = （2-18） XT3* = （2-19）式中： SB 基准容量1000MVA； SN 变压器额定容量; 发电机的额定电压; 基准电压230kv.(3) 大同厂变压器参数计算：已知： SN = 240MW =14.12 则： (4) 西万庄变压器参数计算：已知: SN = 240MW =11.50 =7.60 =23.70 则: 各绕组的阻抗百分值为：UK1% = （+-） = （ 11.50 + 23.7 - 7.60 ） = 13.8UK2% = （+-） = （ 7.60 + 11.50 23.70 ） = 2.3UK1% = （

9、+-） = （ 23.70 + 7.60 11.50 ） = 9.9XT1* = = = 0.575XT2* = = =0.096XT3* = = = 0.412对于高碑店变压器参数计算原则与2.4(4)相同，计算结果如表2-2所示:表2-2 各变压器参数计算结果变压器编号容量（MVA）绕组型式短路电压百分值Uk（%）等值电抗标幺值T1240双相双绕组14.12%0.588T2240双相双绕组14.12%0.588T3240三相三绕组Ud（%）= 11.50 %Ud（%）= 7.60 %Ud（%）= 23.70 %0.57500.412T490三相三绕组Ud（%）= 14.07 %Ud（%）=

10、 7.65 %Ud（%）=23.73 %1.67500.962T590三相三绕组Ud（%）= 14.07 %Ud（%）= 7.65 %Ud（%）=23.73 %1.67500.9622.5 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 （2-20） 负序阻抗为: Z2 = Z1 （2-21）线路阻抗有名值的计算： 正、负序阻抗: Z1 = Z2 = (+j)L （2-22） 零序阻抗: Z0 = 3Z1 （2-23）线路阻抗标幺值的计算：正、负序阻抗: Z1* = Z2* =（+j)L （2-24） 零序阻抗: Z0* = 3Z1* （2-25）式中： 每

11、公里线路正序电阻值/KM; 每公里线路正序电抗值/KM; L 线路长度 KM; SB 基准容量 1000 MVA; UB 基准电压 230 KV. (2) 大同神头线（AB段）有名值：ZAB1= RAB1+ jXAB1= (R1+ jX1 ) LAB=(0.0785+j0.4)80=6.28+j32= 32.610 ZAB2 =ZAB1 =6.28+j32= 32.610 ZAB0= RAB0+ jXAB0=3 ZAB1 = 3(6.28+j32)=18.84+j96=97.830 标幺值：ZAB1*= ZAB1/ ZB =(6.28+j32) /52.9 =0.119 +j0.605=0.6

12、17 ZAB2* =ZAB1* =0.119 +j0.605=0.617ZAB0*= RAB0*+ jXAB0*=3 ZAB1*=3(0.119 +j0.605)=0.357+j1.815=1.851对于其它线路：大同西万庄线（BC段），神头西万庄线（AC段），神头南郊线（AD段），南郊高碑店线（DE段），高碑店房山线（EF段），房山天津线回（FG段），房山天津线回（FG段）的计算原则与2.5(2)相同，计算结果如表2-3所示：表2-3 线路参数计算结果线路名称型号长度/Km正、负序阻抗（标幺值）正、负序阻抗（有名值）零序阻抗（标幺值）零序阻抗（有名值）大神(AB段）LGJQ-400800.1

13、19+j0.6056.28+j320.357+j1.81518.84+j96大西(BC段）LGJQ-2240230.034+j0.1391.806+j7.360.102+j0.4175.418+j22.08神西(AC段）LGJQ-300500.074+j0.3783.925+j200.222+j1.13411.775+j60神南(AD段）LGJQ-4001000.148+j0.7567.85+j400.444+j2.26823.55+j120南高(DE段）LGJQ-2300790.117+j0.4786.202+j25.280.351+j1.43418.606+j75.84房高(EF段）LGJ

14、Q-2240510.076+j0.3094.004+j16.320.228+j0.92712.012+j48.96房天1(FG段）LGJQ-23001200.178+j0.7269.42+j38.40.534+j2.17828.26+j115.2房天2(FG段）LGJQ-23001200.178+j0.7269.42+j38.40.534+j2.17828.26+j115.23、 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

15、.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： 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5A1) 对大神线而言其最大工作电流为:Igmax = = 628A所以线路AB上TA变比选为1200/5。对于大西线，神西线，神南线，南高线，房高线同3.1(2)的选择原则及结果相同，TA变比均为：1200/5，由发电厂电气部分课程设计参考资料查的型号为LCW220型 其

16、中， L电流互感器； C瓷绝缘； W户外式。2) 对房天1线及房天2线而言其最大工作电流均为:Igmax = = 125A所以线路DE上TA变比选为600/5, 由发电厂电气部分课程设计参考资料查的型号为LCLWD2220型。其中， L电流互感器； C瓷绝缘； L（第三个字母）电缆型 ；W户外式； D2差动保护用。(3) TV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：1.1UnU10.9Un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。

17、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：S2Sn(4)TV变比及型号的选择线路电压均为220KV,由发电厂电气部分课设参考资料查得变比为 , 型号为YDR220; Y电压互感器；D单相; R电容式。表3-1 TA、TV选择结果线路名称长度（km）最大工作电流（A）TA变比TV变比大神(AB段）806281200/5大西(BC段）237531200/5神西(AC段）506281200/5神南(AD段）10011301200/5南高(DE段）7910001200/5房高(EF段）515001200/5房天1(FG段）120125600/5房天2(FG段）120125600/53.2

18、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

19、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

20、、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。根据变压器的台数和接地点的分布原则，结合该系统的具体情况，中性点接地的选择结果如下： 大同发电厂A的两台为T1、T2；西万庄变电站C端的一台为T3；高碑店变电站E端的两台为T4、T5。T1接地； T2不接地； T3接地； T4接地； T5不接地。 4、 短路电流的计算4.1 运行方式确定的原则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

21、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。表4-1 系统运行方式的结果断路器编号运行方式系 统 运 行 情 况1QF最大开机容量最大，线路BC断开，系统S最大最小开机容量最小，闭环运行，系统S最小2QF最大开机容量最大，线路AC断开，系统S最大最小开机容量最小，闭环运行，系统S最小7QF最大开机容量最大，闭环运行，系统S最大最小开机容量最小，闭环运行，系统S最小8QF最大开机容量最大，闭环运行，系统S最大最小开机容量最小，闭环运

22、行，系统S最小4.2 网络等效图的化简(1)正序等效图图4-1 正序等效网络图(2)零序等效图图4-2 零序等效网络图4.3 关于相间距离保护的短路计算(1)对1QF而言:1) 最小分支系数Kb,min的计算运行方式:开机容量最小,AC断线,系统1-6最大运行方式,双回线.网络等效图如下所示:调整上图位置!图4-3 关于最小分支系数Kb,min等效网络图化简得:图4-3 关于最小分支系数Kb,min等效网络化简图 2) 最大分支系数Kb,max的计算运行方式:开机容量最大,闭环,系统1-6最小运行方式,单回线.网络等效图如下所示:图4-5 关于最大分支系数Kb,max等效网络图 图4-6 关于

23、最大分支系数Kb,max等效网络化简图(1) 图4-7 关于最大分支系数Kb,max等效网络化简图(2) 对2QF，7QF和8QF最大和最小分支系数的计算原理同4.4(1)相同，计算结果如表4-2所示。表4-2 相间距离保护中分支系数的计算结果序号短路位置系统运行方式分支系数1距6QF85%处开机容量最小，线路AC断开，系统1-6最大，双回线。Kb，min=1.699（1QF）2C母线处短路开机容量最大，闭环，系统1-6最小，单回线。Kb，max=2.176（1QF）3距3QF85%处开机容量最大，线路BC断开，系统1-6最小，单回线。Kb，min=6.132（2QF）4D母线处短路开机容量最

24、小，闭环，系统1-6最大，双回线。Kb，max=10.74（2QF）5距9QF85%处开机容量最大，闭环，系统2最小，系统1、3最大，单回线。Kb，min=2.865（7QF）6D母线处短路开机容量最大，AC断线，系统2最大，系统1、3最小，双回线。Kb，max=2.950（7QF）7距3QF85%处开机容量最小，线路AB断开，系统2、4、5、6最大，系统1最小, 双回线。Kb，max=4.607（8QF）8B母线处短路开机容量最大，线路BC断开，系统1、3最大，系统2、4、5、6最小，单回线。Kb，max=4.978（8QF）5、 自动重合闸5.1 自动重合闸的基本概述5.1.1 概述在11

25、0KV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。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自动重合。目前一般都是采用

26、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。5.1.2 自动重合闸的配置原则 自动重合闸的配置原则根据电力系统的结构形状、电压等级、系统稳定要求、负荷状况、线路上装设的继电保护装置及断路器性能，以及其它技术经济指标等因素决定。其配置原则：（1）1KV及以上架空线路及电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，当用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置； （2） 旁路断路器和兼作旁路的母联断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置； （3）低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动

27、重合闸装置； （4）必要时，母线故障也可采用自动重合闸装置。 总结多年来自动重合闸运行的经验可知，线路自动重合闸的配置和选择应根据不同系统结构、实际运行条件和规程要求具体确定。在本此所设计的220kv中性点直接接地电网中,采用综合自动重合闸装置。5.2 自动重合闸的基本要求 (1) 自动重合闸装置不应动作的情况有: 由值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时。 手动投入断路器,由于线路上存在故障,随即由保护动作将其断开.因为在这种情况下,故障大多都是属于永久性的。它可能是由于检修质量不合格、隐患未能消除或者是保安地线没有拆除等原因造成的。因此,即使再重合一次也不可能成功。 . 在某些不允许

28、重合的情况下例如,断路器处于不正常状态(如气压、液压降低等)以及变压器内部故障,差动或瓦斯保护动作使断路器跳闸时,均应使闭锁装置不进行重合闸。 （2）除上述条件外,当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后,重合闸都应该动作,使断路器重新合闸。在某些情况下(如使用单相重合闸时),也允许只在保护动作于跳闸后进行重合闸。 （3）基于以上的要求,应优先采用断路器操作把手与断路器位置不对应启动方式,即当断路器操作把手在合闸位置而断路器处在跳闸位置时启动重合闸。这种方式可以保证无论什么原因使断路器跳间后(包括偷跳和误跳),都能进行一次重合闸。当手动操作断路器跳闸,由于两者的位置是对应的,因此,不会启动重合

29、闸。 当利用保护来启动重合闸时,由于保护动作很快,可能使重合闸来不及启动。因此,必须采取措施(如设置自保持回路或记忆回路等)来保证装置可靠动作。（4）自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。如一次重合闸就只应该动作一次。当重合于永久性故障而再次跳间后,就不应该再动作。 装置本身也不允许出现元件损坏或异常时,使断路器多次重合的现象,以免损坏断路器设备和扩大事故范围。（5）自动重合闸在动作以后,应能够自动复归。对于10kV及以下的线路,当经常有值班人员时,也可采用手动复归方式。（6） 自动重合间时间应尽可能短,以缩短停电的时间.因为电源中断后,电动机的转速急剧下降,停电时间越长,电动机转速越低,

30、重合闸后自起动就越困难,会拖延恢复正常工作的时间。但重合闸的时间也不能太短,因为: 要使故障点的绝缘强度来得及恢复。 要使断路器的操作机构来得及恢复到能够重新合闸的状态。重合闸的动作时间一般采用0.51.5s。（7）自动重合闸装置应有与继电保护配合加速切除系统故障的回路。加速方式可分为前加速和后加速。 前加速方式就是在重合闸前保护以瞬时或缩短T时间,快速切除故障。重合于永久性故障时保护将延时切除故障。 后加速方式就是在重合闸前保护瞬时或后备时间切除故障,重合于永久性故障时,保护将瞬时或后备缩短T时间,快速切除故障。（8）在两侧电源的线路上采用重合闸时应考虑同步问题。结 论本文针对220kv中性

31、点直接接地电网中的线路,根据规定,在满足继电保护“四性”要求的前提下,对本电网中的线路AB和AD的继电保护编制了一个220KV电网继电保护整定方案,可分为光纤差动保护方案,相间距离保护方案,接地零序保护方案,重合闸方案。本设计根据给定的220KV电网接线图和相关数据，进行了如下的具体设计，其内容为：计算系统中各元件参数；确定输电线路上TA，TV变比的选择及变压器中性点接地的选择；绘制电力系统等值阻抗图，确定系统运行方式并进行短路计算；确定电力系统继电保护的主保护和后备保护的选择及整定计算：主保护采用两套独立的、厂家不同的、能保护线路全长的保护装置（第一套CSC-103B光纤纵差保护；第二套PSL-603（G）分相电流差动保护），后备保护采用相间距离保护和接地零序电流保护；输电线路的自动重合闸采用单相自动重合闸方式。通过本次设计，掌握和巩固了电力系统继电保护的相关专业理论知识，熟悉了电力系统继电保护的设计步骤和设计技能并掌握了运用各种整定原则，提高了设计电力系统继电保护整定的计算能力。对于各种继电保护适应电力系统变化的能力都是有限的，因此