110KV變電站繼電保護課程設(shè)計

1、摘 要 本設(shè)計主要是圍繞110kv升壓變電站（c變電站）的繼電保護，要根據(jù)提供的原始資料和變電站的一次系統(tǒng)圖，進行短路電流的計算，根據(jù)國家標準和規(guī)范對變壓器、母線、線路配置合適的保護。并通過計算和比較，按照繼電保護選擇性、速動性、可靠性、靈敏性的要求，確定了c變電站電氣設(shè)備、母線、線路的保護的初步設(shè)計方案，最后并對主要保護進行了綜合評價和繪出變電站的保護配置圖?！娟P(guān)鍵詞】短路計算、 整定計算、保護配置圖1 概述繼電保護裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。繼電保護基本任務(wù)：自動，迅速，有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件

2、免于繼續(xù)遭到損壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行。反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護條件，而動作于發(fā)出信號或跳閘。繼電保護系統(tǒng)作用：（1）斷開電力故障元件，最大限度地減少對電力元件本身的損壞。（2）反應(yīng)電力元件不正常工作狀態(tài)，便于監(jiān)視與調(diào)整。（3）支持電力系統(tǒng)安全運行。特別是保護快速動作對提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的特殊作用，其他穩(wěn)定措施是不能與其相比擬。 繼電保護基本要求:選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。 這四個基本要求是分析研究繼電保護性能的基礎(chǔ)，也是貫穿全設(shè)計的一個基本線索。它們之間既矛盾，又在一定條件下統(tǒng)一。繼電保護的配置原則 ：超高壓（220kv及以上），雙重化原則，近后備+斷路

3、器失靈。高壓（220kv以下），主、備獨立，遠后備。主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇性地切除被保護設(shè)備和線路故障的保護。 后備保護是主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護。遠后備保護是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。近后備保護當主保護拒動時，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護來實現(xiàn)的后備保護。當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)后備保護。 2系統(tǒng)運行方式和變壓器中性點接地方式的選擇2.1系統(tǒng)運行方式的選擇變電站運行方式選擇原則：變電站的母線上無論接幾臺變壓器，一般應(yīng)考慮其中容量最大的一臺停用。線路運行方式選擇原則：一個發(fā)電廠、變電站線線

4、上接有多條線路，一般考慮選擇一條線路檢修，另一條線路又故障的方式；雙回路一般不考慮同時停用。 系統(tǒng)運行方式的確定：本系統(tǒng)的最大運行方式是所有設(shè)備全部投入運行；系統(tǒng)的最小運行方式為發(fā)電機只有g(shù)1或g2一臺投入。所有變壓器星型側(cè)接地。2.2變壓器中性點接地選擇(1)變電所低壓側(cè)有電源的變壓器，中性點均要接地。(2)自耦型和有絕緣要求的其它變壓器，其中性點必須接地。(3)t接于線路上的變壓器，以不接地運行為宜。(4)為防止操作過電壓，在操作時應(yīng)臨時將變壓器中性點接地，操作完畢后再斷開，這種情況不按接地運行考慮。3故障點選擇與各序網(wǎng)絡(luò)制定本次設(shè)計是110kv a站變電站繼電保護，如圖3.1所示，整個系

5、統(tǒng)中選擇了6個短路點d1、d2、d3、d4、d5、d6。根據(jù)整定計算的需要，保護的整定原則選擇的短路點。圖3.2、3.3、3.4是d1短路時的正、負、零序網(wǎng)絡(luò)圖，其他短路點的網(wǎng)絡(luò)圖原理一致。圖3.1 等值電路圖和各短路點圖3.2 d1短路時的正序網(wǎng)絡(luò)圖圖3.3 d1短路時的負序網(wǎng)絡(luò)圖圖3.4 d1短路時的零序網(wǎng)絡(luò)圖4 變電站保護的配置4.1變壓器保護的配置根據(jù) gb/t142852006繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程第4.3.2條規(guī)定：電力變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護：0.4 mv.a 及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器和0.8 mv.a及以上的油浸式變壓器均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護。 根據(jù)第4.3.3.2條規(guī)定：電壓

6、在10kv以上，容量在10mv.a及以上的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。根據(jù)第4.3.8.2條規(guī)定：分級絕緣變壓器應(yīng)裝設(shè)用于中性點直接接地和經(jīng)放電間隙接地的兩套零序過電流保護。還應(yīng)增設(shè)零序過電壓保護。根據(jù)第4.3.3.2條規(guī)定：相間短路后備保護宜采用過電流保護和復合電壓啟動的過電流保護或復合電流保護。本保護變壓器容量為15mv.a ，變壓器絕緣采用分段絕緣，中性點不允許過電壓。應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護、縱聯(lián)差動保護、變壓器中性點側(cè)裝設(shè)零序過電流保護和零序過電壓保護，采用復合電壓閉鎖、過電流保護作為其后備保護。本變電站具體保護配置見表4.1所示。表4.1變電站保護的配置保護對象主保護后備保護變壓器差動保護、

7、瓦斯保護零序過電流、零序過電壓、零序電流差動保護母線110kv側(cè)完全電流差動保護斷路器失靈保護線路斷路器501零序電流保護i段、ii段零序電流保護iii段4.2 線路保護的配置 根據(jù) gb/t142852006繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程第4.4條3kv 10kv線路保護4.4.2.1條規(guī)定：單側(cè)電源線路，可裝設(shè)兩段過電流保護，第一段為不帶時限的電流速斷保護：第二段為帶時限的的過電流保護；保護可采用定時限或反時限特性。保護的選擇性，靈敏性，可靠性，速動性，經(jīng)濟性，c站10kv饋線配置電流速斷保護和定時限過電流保護。小電流接地系統(tǒng)（35kv及以下）輸電線路一般采用三段式電流保護反應(yīng)相間短路故障

8、：由于小電流接地系統(tǒng)沒有接地點，故單相接地短路僅視作異常運行狀態(tài)，一般利用母線上的絕緣檢查裝置發(fā)信號，由運行人員分區(qū)停電尋找接地設(shè)備。對于變電站來講，母線上出線回路較多，也涉及供電的連續(xù)性問題，故一般采用零序電流保護反應(yīng)接地故障。110kv輸電線路一般采用三段式相間距離保護作為故障的保護方式，采用階段式零序電流保護作為接地短路的保護方式。對于極個別非常短的線路，如有必要也可以采用縱差保護作為主保護。本系統(tǒng)線路的保護方式采用三段式相間距離保護作為故障的保護方式，采用階段式零序電流保護作為接地短路的保護方式。其中，第i段作為線路的主保護，ii、iii段作為后備保護。4.3 母線保護的配置 根據(jù) g

9、b/t142852006繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程第4.8.4條規(guī)定：對3kv10kv分段母線宜采用不完全電流差動保護，保護裝置僅接入有電源支路的電流保護裝置由2段構(gòu)成，第一段宜采用無時限或帶時限的電流速斷保護，當靈敏系數(shù)不符合要求時，采用電壓閉鎖電流速斷保護；第二段采用過電流，當靈敏系數(shù)不符合要求時，可將一部分負荷較大的配電線路接入差動回路，以降低保護的啟動電流。所以a站10kv側(cè)母線配置不完全差動保護即簡易母差保護。根據(jù) gb/t142852006繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程第4.8.2條規(guī)定：110kv單母線需要快速切除母線上的的故障時，應(yīng)裝設(shè)專用的母線保護。根據(jù)4.9.1規(guī)定:1

10、10kv電力網(wǎng)的個別重要部分應(yīng)裝設(shè)斷路器失靈保護。所以，c站110kv母線配置母聯(lián)差動保護和斷路器失靈保護，斷路器失靈保護作為其近后備保護。5保護的綜合評價5.1 變壓器保護的綜合評價 （1）瓦斯保護：瓦斯保護主要用來保護變壓器的內(nèi)部故障，優(yōu)點是簡單，靈敏，經(jīng)濟；缺點是動作速度慢，且僅能反映變壓器油箱內(nèi)部故障，瓦斯保護只有與差動保護配合使用才能做到優(yōu)勢互補，效果更佳。瓦斯保護裝置接線由信號回路和跳閘回路組成。變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，繼電器觸點閉合，發(fā)出瞬時“輕瓦斯動作”信號。變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，強烈的油流沖擊擋板，繼電器觸點閉合，發(fā)出重瓦斯跳閘脈沖，跳開變壓器各側(cè)斷

11、路器。變壓器嚴重漏油使油面降低時，繼電器動作，同樣發(fā)出“輕瓦斯動作”信號。 （2）差動保護：差動保護是一切電氣主設(shè)備的主保護，優(yōu)點是靈敏度高、選擇性好、實現(xiàn)簡單，它不但能正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其他元件配合，可以無延時地切除區(qū)內(nèi)各種故障。缺點是當大型變壓器內(nèi)部產(chǎn)生嚴重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路故障以及繞組斷線故障時，差動保護不能動作。 （3）零序電流差動保護：中性點直接接地電網(wǎng)的變壓器裝設(shè)零序（接地）保護作為變壓器住保護的后備保護和相鄰元件接地短路的后備保護。當變壓器中性點同時裝設(shè)有避雷器和放電間隙時，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護作為變壓器中性點直接接地運行時的保護，并增設(shè)一套反映間隙放電電流的零

12、序電流保護和一套零序電壓保護作為變壓器中性點不接地運行時的保護。后者作為間隙放電電流的零序電流保護的后備保護。5.2線路保護的綜合評價 （1）零序電流保護：可用做中性點直接接地系統(tǒng)中主要的接地短路保護，有較好的靈敏度，接線簡單可靠；但不能反映三相和兩相短路，受系統(tǒng)運行方式影響大。當零序電流保護不能滿足系統(tǒng)要求時，應(yīng)裝設(shè)接地距離保護、。當線路配置了接地距離保護時，根椐運行需要還應(yīng)配置階段式零序電流保護。特別是零序電流保護中最小定值的保護段，對檢測經(jīng)較大接地電阻的短路故障較為優(yōu)越。 （2）距離保護：優(yōu)點是能滿足多電源復雜電網(wǎng)對保護動作選擇性的要求；阻抗繼電器是同時反應(yīng)電壓的降低和電流的增大而動作的

13、，因此距離保護較電流保護有較高的靈敏度。其中段距離保護基本不受運行方式的影響，而、段受系統(tǒng)運行變化的影響也較電流保護要小一些，保護區(qū)域比較穩(wěn)定。缺點是不能實現(xiàn)全線瞬動。對雙側(cè)電源線路，將有全線的3040的第段時限跳閘，這對穩(wěn)定有較高要求的超高壓遠距離輸電系統(tǒng)來說是不能接受的。阻抗繼電器本身較長復雜，還增設(shè)了振蕩閉鎖裝置，電壓斷線閉鎖裝置，因此距離保護裝置調(diào)試比較麻煩，可靠性也相對低些。 （3）階段式電流保護：由電流速斷保護、限時電流速斷保護和定時限過電流保護組成。電流速斷保護簡單可靠、動作迅速，但電流速斷不能保護線路全長、保護范圍受運行方式影響大；限時電流速斷保護能切除本線路上速斷保護范圍以外

14、的故障，同時也能作為速斷保護的后備保護，由于延時動作，不能滿足速動性要求，可能損壞設(shè)備并擴大停電范圍；定時限過電流保護，能作為相鄰元件的后備保護，保護范圍大，動作時限長。階段式電流保護把三段保護靈敏系數(shù)與動作時限相互配合，能保證迅速有選擇性地切除故障。5.3母線保護綜合評價 電流差動保護用來切除母線故障，電壓等級低采用不完全電流差動保護。復合電壓閉鎖保護防止誤動作提高可靠性；斷路器失靈保護作為母線近后備保護，當斷路器失靈而不能切除故障，失靈保護動作后，切除連接于拒絕動作斷路器所在母線上的其他斷路器全部切除，以消除故障，優(yōu)點是能切除故障，缺點是容易誤動作、造成大面積停電。結(jié)束語 通過此次繼電保護

15、的課程設(shè)計，特別是此次對變電站保護的設(shè)計。這是對我們所學基本知識、基本理論和基本技能掌握程度的一次測驗。它要求我們對繼電保護這門專業(yè)課程十分了解，同時也對國家有關(guān)繼電保護的規(guī)范有所了解。但課程設(shè)計并不是單一地對學生進行某一學科已學知識的考核，而是著重考查我們運用所學知識對某一問題進行探討和研究的能力。通過此次課程設(shè)計，使我了解了繼電保護設(shè)計與分析的研究過程，掌握了如何收集、整理和利用資料，如何利用有用的信息。所以要做好一次課程設(shè)計，既要系統(tǒng)地掌握和運用專業(yè)知識，還要有較寬的知識面并有一定的邏輯思維能力和寫作功底。同時通過此次課程設(shè)計也讓我發(fā)現(xiàn)自己的不足，我希望在今后的工作和生活中改正不足，不斷

16、進步，謝謝！參考文獻1 韓笑.電氣工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南繼電保護分冊m.北京:中國水利電力出版社，20032 何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析上、下冊m.武漢:華中科技大學出版社，20023 賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理m.北京:中國電力出版社，19944 崔家佩，陳永芳.繼電保護安全與自動裝置整定計算.北京:中國電力出版社，19905 陳德樹.計算機繼電保護原理與技術(shù)m.北京:中國水利出版社,19926 孫國凱，霍利民.電力系統(tǒng)繼電保護原理m.北京:中國水利出版社，2002附錄一 系統(tǒng)等值參數(shù)計算基準功率：sb=100mva； 基準電壓：vb=115kv；基準電流：ib=sb/1.732

17、vb=100103/1.732115=0.502ka；基準電抗：zb=vb/1.732 ib=115103/1.732502=132.25；電壓標幺值：e=e(2)=1.05（1）輸電線路等值電抗計算 a站10kv饋線(設(shè)線路長30km)正序以及負序電抗：xl= x1l=0.430=12； xl*= 12/132.25=0.09074 線路as2正序以及負序電抗：xas2= x1las2=0.415=6； xas2*= 6/132.25=0.04537零序電抗：xas20=x1las2= 3x1las2=36=18；xas20*= xas20/zb=18/132.25=0.1361 線路ab正

18、序以及負序電抗：xab= x1lab=0.425=10；xab*= xab/ zb=10/132.25=0.07561零序電抗：xab0= x0lab= 3xab=30； xab*=3 xab*=0.2268 線路ac正序以及負序電抗：xac=x1lac=0.418=7.2；xac*= xac/ zb=7.2/132.25=0.05444零序電抗：xac0= 3xac=21.6； xac0*= 3xac* =0.1633 線路bs1正序以及負序電抗：xbs1= 0.428=11.2； xbs1*= 11.2/132.25=0.08469零序電抗：xbs10= 3xbs1=33.6； xbs20

19、*= 3xbs1*/ zb=0.2541（2）變壓器等值電抗計算 變壓器1b、2bxt1= xt2=(uk%/100)(vn2103/ sn)98.736xt1*= xt2*=xt1/ zb=98.736/132.25=0.7466 變壓器3b、4bxt3= xt4 62.9805； xt3*= xt4*=xt3/ zb=62.9805/132.25=0.4762待添加的隱藏文字內(nèi)容2 變壓器5b、6b等值電抗計算xt5=xt6= xt7=(uk%/100)(vn2/ sn)83.89； xt6*= xt5*=0.6305（3）發(fā)電機等值電抗計算xg1=0.7109132.25=94.0165

20、； xg1* = xg2*=x%sb /sg=0.7109(4) 最大負荷電流計算a母線最大負荷電流 ifha max = 2s3b/u=220000/(1.732115)=200.8234a b母線最大負荷電流 ifhb max =2 s2b /u =215000/(1.732115)=150.62a a站10kv母線最大負荷電流按變壓器額定電流取1154.73a（5）負荷阻抗xld1= e/1.732 id1max=265.6； xld2= e/1.732 id2max=330.7xld3= e/1.732 id3max=189.7； xld4= e/1.732 id4max=209.9（

21、6） 零序電流d1點短路的零序電流：x0=16.75 x1= x2=48.23i0min=e/(2z2+z0)= 115/(248.23+16.75)=1.066 kai0max=e/(2z0+z1)= 115/(216.75+48.23)=1.477kad2點短路的零序電流：x0=24.36 x1= x2=43.83i0min= 115/(243.83+24.36)=0.898 ka； i0max= 115/(224.36+43.83)=1.097 kad3點短路的零序電流：x0=56.8 x1= x2=47.2i0max= 115/(247.2+56.8)=0.799 ka； i0min=

22、 115/(256.8+47.2)=0.712 kad4點短路的零序電流：x0=34.8 x1= x2=45.6i0min= 115/(245.6+34.8)=0.958 ka； i0max= 115/(234.8+45.6)=1.048 ka附錄二 母線與線路保護整定計算與校驗（1）斷路器501零序電流保護的整定計算和校驗段按躲開變壓器空載投入的勵磁涌流整定：iset=kyain=3.50.378105=0.389kaky為勵磁涌流系數(shù)；a為變壓器端電壓下降系數(shù)；in為變壓器高壓側(cè)額定電流按躲開斷路器三相不同時合閘的最大零序電流整定iset=krel3iomax=1.11477=1.624k

23、7a iset為1.6247ka； 動作時間：t=0s零序電流保護iii段i0iiidz=kiiik ibpmax=1.20.864=1.0368ka；tiii=t=0.5（2）斷路器501距離保護的整定計算和校驗距離保護段動作阻抗:zdz=kkzlas2=0.856=5.1； 動作時限:t=0s。距離保護段的整定計算：zfmin =239.03 zdziii=173.2 t=0.5s靈敏度校驗：ksen =173.2/6=28.91.5 滿足要求 (3)斷路器502保護的整定計算和校驗距離保護的整定計算和校驗段整定計算：按躲過本線路末端短路來整定取kk=0.85 zdz=kkzlab=0.8

24、510=8.5動作時限：t=0s。段整定計算：動作阻抗與相鄰線路bs1的保護的段配合zdzii=kkii(zlab+kikfhminzlbs1) kfhmin= 1 zdzii= 0.8(1.07+0.8511.2)=15.62按躲開相鄰變壓器低壓側(cè)出口短路整定 zdzii=kkii(zlab+kfhminztc) kfhmin= 1 zdzii= 0.8(10+42)=41.6取最小者，即zdzii=15.62； 動作時間：t1=t=0.5 s靈敏性校驗：ksen= zdzii/zlab=15.62/1.07=1.561.5,滿足要求距離保護段：動作阻抗按躲開最小負荷阻抗整定zfmin=0.

25、9ue/1.732ifmax=0.91151000/350=170.74zdziii= zfmin/kkiiikh kzq=170.74/1.21.151=123.3； 動作時間：tiii= 2t=1s靈敏性校驗：本線路末端短路時的靈敏系數(shù)為： ksen= zdziii/zlab=123.3/10=12.31.5， 滿足要求相鄰元件末端短路時的靈敏系數(shù)為： kfhmax=1 ksen=zdz/(zlab+ kfhmaxzlbs1)= 5.81.2，滿足要求ii相鄰變壓器末端短路時的靈敏系數(shù)為；kfhmax=1 ksen= zdz/(zlab+ kfhmaxztc)= 123.3(10+42)=

26、2.41.2， 滿足要求斷路器502零序電流保護的整定計算和校驗零序電流保護段： kk=1.2 ,i0idz=kk3i0max=1.231.097=3.95ka零序電流保護ii段：零序ii段的起動電流應(yīng)與下一段線路的零序段保護相配合該保護的起動電流i0iidz為：取kk=1.2，i0iidz= kk i0idz =1.22.876=3.45ka動作時限0.5s； 靈敏度校驗：ksen=3i0min/ i0iidz=31.898/3.45=1.651.5零序電流保護iii段:與下一線路零序電流iii段相配合。兩個保護之間有分支電路時，起動電流整定為i0iiidz=kki0dz下一線=1.11.04=1.144ka靈敏度校驗:作為本線路近后備保護時，ksen=3 i0min/ i0dz=30.898/1.144=2.42,符合要求 動作時限:t4=2t=1s附錄三 變壓