發(fā)配電系統(tǒng)設計課程設計-110kV變電所繼電保護設計及分析

1、發(fā)配電系統(tǒng)設計課題：110kV變電所繼電保護設計及分析專業(yè)：電氣工程及其自動化 學號 姓名： 班級： 日期： 前 言電力生產(chǎn)過程有別于其他工業(yè)生產(chǎn)過程的一個重要特點，就是它的生產(chǎn)、輸送、變換、分配、消費的幾個環(huán)節(jié)是在同一個時間內(nèi)同步瞬間完成。電力生產(chǎn)過程要求供需嚴格動態(tài)平衡，一旦失去平衡生產(chǎn)過程就要受到破壞，甚至造成系統(tǒng)瓦解，無法維持正常生產(chǎn)。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，負荷大幅度增加，使得電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，高電壓、大機組、長距離輸電、電網(wǎng)互聯(lián)的趨勢，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復雜，加強電力資源的優(yōu)化配置，最大限度滿足電力需求，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定成為人們探討的問題之一。雖然系統(tǒng)中有可能遭受短路電流破壞的一次設備

2、都進行了短路動、熱穩(wěn)定度的校驗，但這只能保證它們在短時間內(nèi)能承受住短路電流的破壞。時間一長，就會無一例外地遭受破壞。而在供電系統(tǒng)中，要想完全杜絕電路事故是不可能的。 繼電保護是一種電力系統(tǒng)的反事故自動裝置，它能在系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常運行時，迅速，準確地切除故障元件或發(fā)出信號以便及時處理?？梢娎^電保護是任何電力系統(tǒng)必不可少的組成部分，對保證系統(tǒng)安全運行、保證電能質(zhì)量、防止故障的擴大和事故的發(fā)生，都有極其重要的作用。因此設置一定數(shù)量的保護裝置是完全必要的，以便在短路事故發(fā)生后一次設備尚未破壞的數(shù)秒內(nèi)，切除短路電流，使故障點脫離電源，從而保護短路回路內(nèi)的一次設備，同時迅速恢復系統(tǒng)其他正常部分的工作。

3、目 錄第一章 電氣主接線 1第二章 電氣設備簡介 2第三章 繼電保護基本知識 4第四章 主變壓器繼電保護 7第五章 110kV線路繼電保護保護 11第六章 結(jié)束語 13第六章 參考文獻 14110KV變電站繼電保護設計及分析第一章 電氣主接線電氣主接線是變電所電氣設計的重要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。電氣主接線對電力系統(tǒng)整體及變電所本身運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性密切相關(guān)，并且對電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護和控制方式的擬定有較大影響。變電站主接線根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位、負荷性質(zhì)、出線回路數(shù)等條件和具體情況確定。通常變電站主接線的高壓側(cè)，應盡可能采用短路器數(shù)目教少的接線，以節(jié)

4、省投資，變電站低壓側(cè)應采用單母分段接線，以便于擴建。對本變電所進行分析，結(jié)合對電氣主接線的可靠性、靈活性及經(jīng)濟性等基本要求，綜合考慮。在滿足技術(shù)、經(jīng)濟政策的前提下，力爭使其技術(shù)先進，供電可靠，經(jīng)濟合理的主接線方案。此主接線還應具有足夠的靈活性，能適應各種運行方式的變化，且在檢修、事故等特殊狀態(tài)下操作方便、調(diào)度靈活、檢修安全、擴建發(fā)展方便。第二章 電氣設備簡介一、主變壓器主變壓器參數(shù)：型號接線組別額定電壓容量分接開關(guān)型號XXZ9-4000/110Yn-yno-d11110/38.5/10.5KV40MVAUCGKN380/300/CS二、高壓斷路器高壓斷路器選擇如下表：電壓等級110kV35kV

5、10kV斷路器型號3AP1FGZN91-40.5VD4M1225-40額定電流4000A1600A2500A開斷電流40kA25kA40kA三、互感器的選擇1、電流互感器主要參數(shù)的選擇：互感器是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護等一次設備獲取電氣一次回路信息的傳感器?；ジ衅鲗⒏唠妷骸⒋箅娏靼幢壤兂傻碗妷海?00、100/V）和小電流（5、1A）。電流互感器的二次側(cè)絕對不能夠開路。電壓互感器的二次側(cè)絕對不能夠短路。電流互感器一次電流選擇應遵循以下原則：一次電流應滿足負荷要求,并在標準值中選取。一次電流應使在正常運行情況下，二次輸出電流滿足保護裝置和測量、計量儀表準確度要求。110kV線路獨立電流互感

6、器的選擇： LB6110W，額定電流比2*600/5、2*300/5；準確次級10P20，0.2； #1主變?nèi)齻?cè)電流互感器：110KV側(cè)：LRB-110 額定電流比600/5；準確次級10P20,0.5；35KV側(cè)： LDJ1-40.5/300 額定電流比1200/5；準確次級5P10； LZZBJ9-35 額定電流比800/5；準確次級10P20,0.5；10KV側(cè)： LZZBJ9-10 額定電流比2500/5；準確次級5P20,0.5；10KV線路及電容器電流互感器：LZZBJ9-10，額定電流比600/5；準確次級10P20,0.5。2、電壓互感器參數(shù)的選擇電壓互感器應按下表所列技術(shù)條件

7、選擇：項目參數(shù)技術(shù)條件正常工作條件一次回路電壓、二次電壓、二次負荷、準確度等級承受過電壓能力絕緣水平、泄露比距環(huán)境條件環(huán)境溫度、相對濕度、海拔高度、最大風速、污穢電壓互感器選擇結(jié)果：型 號額定電壓（KV）初級繞組次級繞組剩余電壓繞組TYD110/-0.02H110/0.1/0.1/0.1JDZX9-35W235/0.1/0.1/:0.1/3JDZX16-10G10/0.1/0.1/:0.1/3第三章 繼電保護基本知識一、繼電保護的作用：繼電保護裝置就是能反應電力系統(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。二、繼電保護基本原理當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，總是伴隨

8、有電流的增大、電壓的降低及電流和電壓之間相位角的變化等物理現(xiàn)象。因此，便可利用這些物理量的變化，構(gòu)成各種不同原理的繼電保護。例如：利用短路時電流增大的特征可構(gòu)成過電流保護，過電流保護反應于電流的增大而動作；利用電壓的特征，可構(gòu)成低電壓保護，低電壓保護反應于電壓的降低而動作；利用電壓和電流比值的變化，可構(gòu)成低阻抗保護（距離保護），這種保護反應于測量阻抗的減?。ɑ蚨搪伏c到保護安裝地點之間的距離）而動作；利用電壓和電流之間相位關(guān)系的變化，可構(gòu)成方向保護；利用比較被保護設備各端的電流大小和相位的差別可構(gòu)成差動保護等等。此外，也可根據(jù)電氣設備的特點實現(xiàn)反應非電量變化的保護。例如反應變壓器油箱內(nèi)部故障的瓦

9、斯保護。三、繼電保護分類：1、按被保護的對象分類：輸電線路保護、發(fā)電機保護、變壓器保護、電動機保護、母線保護等；2、按保護原理分類：電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護、零序保護等；3、按保護所反應故障類型分類：相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護、斷線保護、失步保護、失磁保護及過勵磁保護等；4、按繼電保護裝置的實現(xiàn)技術(shù)分類：機電型保護（如電磁型保護和感應型保護）、整流型保護、晶體管型保護、集成電路型保護及微機型保護等；5、按保護所起的作用分類：主保護、后備保護、輔助保護等；主保護 滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護；后備保護 主保護

10、或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又分為遠后備保護和近后備保護兩種；遠后備保護：當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設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，由本電力設備或線路的另一套保護來實現(xiàn)后備的保護；當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)后備保護；輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護；四、繼電保護的基本要求：對動作于跳閘的繼電保護，在技術(shù)上一般應滿足四個基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。（一）選擇性： 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電范圍。（二）速動性

11、：即快速切除故障。快速切除故障的優(yōu)點：1、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；2、減少用戶在低電壓下的動作時間；3、減少故障元件的損壞程度 ，避免故障進一步擴大。（三）靈敏性：指在規(guī)定的保護范圍內(nèi)，對故障情況的反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應在區(qū)內(nèi)故障時，不論短路點的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應出來。（四）可靠性：指發(fā)生了屬于它該動作的故障，它能可靠動作，即不發(fā)生拒絕動作（拒動）；而在不該動作時，他能可靠不動，即不發(fā)生錯誤動作（簡稱誤動）。上述四個基本要求是分析研究繼電保護性能的基礎(chǔ)，也是貫穿全課程的一個基本線索。在它們之間既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一面。第四章 主變壓器的繼電保護一

12、、變壓器保護配置原則：變壓器是電力系統(tǒng)的重要電氣設備之一。它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響。因此必須根據(jù)變壓器的容量及重要性裝設性能良好、動作可靠的保護裝置。變壓器的故障可以分為油箱內(nèi)部故障及油箱外部故障兩種。油箱內(nèi)部故障包括繞組的相間短路、匝間短路以及鐵心的燒損等；油箱的外部故障主要是絕緣套管和引出線上的相間故障及單相接地故障。此外，變壓器還可能出現(xiàn)異常運行狀態(tài)，主要有：漏油造成油位下降；由于外部短路引起的過電流或長時間過負荷，使變壓器繞組過熱，繞組絕緣加速老化，甚至引起內(nèi)部故障，縮短變壓器的使用壽命。變壓器保護包括：1、差動保護：防止變壓器繞組和引出線相間短路，直接接地

13、系統(tǒng)側(cè)和引出線的單相接地短路及繞組間的短路。2、瓦斯保護：防止變壓器油箱內(nèi)部或斷線故障及油面降低。3、零序電流保護、零序電壓保護：反映直接接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路并作為瓦斯保護和差動保護的后備。5、過電流保護（或阻抗保護）：反映變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護和差動保護的后備。6、過負荷保護：反映變壓器對稱過負荷。7、其它非電量保護：反映變壓器油溫及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障的相應保護。采用微機保護裝置：RCS-9671（差動保護）、RCS-9681（高后備）、RCS-9682（中后備）、RCS-9682（低后備）、RCS-9661（非電量）。對保護裝置的要求：動作要可靠，動作速度要快，

14、應能有選擇地動作，應有足夠的靈敏度。二、主變參數(shù)：型號：SSZ9-40000/110；變比：1108*1.25%/38.52*2.5%/10.5kV；接線組別：Yn,yn0,d11； 額定電流：209.9/599.8/2199.4A；容量：S=40MVA，短路阻抗：Uk1-2%=10.41%；Uk1-3%=17.53%；Uk2-3%=6.49%；零序阻抗：Z0=45.8；計算得：X1=0.2681； X2=0.0788； X3=0.3003； X0=0.3463；三、#1主變保護計算：1、 差動保護計算：高壓側(cè)： 600/5（表計400/5）；中壓側(cè)：1200/5(表計800/5)；低壓側(cè)：2

15、500/5。差動電流起動值Iqd：取變壓器額定電流的50%。速斷動作電流ISD：躲變壓器勵磁涌流，取8Ie。二次諧波制動系數(shù)：取0.15。比率差動制動系數(shù)： 取0.55。CT斷線報警門檻值: 0.1Ie.平衡系數(shù)計算:Kph1=U1n*CT11/S=110*600/40000=1.65Kph2=U2n*CT21/S=38.5*1200/40000=1.155Kph3=1.732* U3n*CT31/S=10.5*2500/40000=1.137區(qū)外故障時的最大不平衡電流計算:Ibp =Kk*(Ktx*fi*Idmax+U1*Idmax+fi*Idmax) =1.3*(0.1*4198/240*

16、1.155+0.1*1351/120*1.65) =5.04A/2.887=1.75IeIr=0.5*(1351*1.65/120+4198*1.155/240)A=19.4A=6.716Ie Kbl=(1.75-1.875)/(6.716-3)=-0.0341 所以，落在制動區(qū)；區(qū)內(nèi)故障靈敏度計算: Id=416/120*1.65=5.72A=1.98IeIr=0.5*416/120*1.65=2.86A=0.99InKbl=1.98-0.5/0.99-0.5=3.02 落于動作區(qū)內(nèi)Iop=(0.99-0.5)*0.55+0.5=0.77A Klm=2.57 滿足要求2、后備保護計算：a、

17、110kV側(cè)后備 CT： 600/5 復合序電壓閉鎖過流： 75V 6VIdz=(1.25/0.85*210)/120=3.86A 取4A2.3秒跳1#主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。 過負荷保護：Idz=(1.05/0.85*210)/120=3.24A 取3.2A零序電流保護 CT ：200/5 停用。b、 35kV側(cè)后備 CT：1200/5復合序電壓：75V、6V電流：Idz=1.25/0.85*600/240=3.68A 取3.7A 2秒跳35kV側(cè)開關(guān)過負荷定值：Idz=1.05/0.85*600/240=3.09A 取3.1Ac、 35kV側(cè)方向后備保護 CT：1200/5本保護僅在110kV側(cè)停電

18、， 35kV送10kV負荷時投入，考慮聯(lián)絡線輸送限額為300A。有： Idz=1.25/0.85*300/240=1.84A 取2A 1.7秒跳三側(cè)d、 10kV側(cè)后備 CT：2500/5復合序電壓：75V、6VIdz=1.25/0.85*2199/500=6.5A 取6.5A 1.4秒跳本側(cè)開關(guān)過負荷定值：Idz=1.05/0.85*2199/500=5.4A 取5.4A四、瓦斯保護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

19、，跳開變壓器各側(cè)斷路器。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。非電量保護：本體重瓦斯 1米/秒，輕瓦斯 350立方厘米壓力釋放閥動作、油位異常、超溫：發(fā)信號。第五章 110kV線路繼電保護一、110kV線路參數(shù)：線路1101線：LGJ-240/30 13.338km 幾何均距：4.15 km線路1101線阻抗計算為： R=0.1181*13.338/132.25=0.0119 X=0.386*13.338/132.25=0.0389 實測參數(shù)為：線路1101線 R1=1.625/132.25=0.0123 X1=5.55/132.25=0.0420R0=4.116

20、/132.25=0.0311X0=11.78/132.25=0.0891線路1101線： CT變比：1200/5，RCS-941A LGJ-240/30 13.338km 幾何均距：4.15 km線路1101線阻抗：0.0119+j0.0389(正序) 0.0357+j0.1167 (零序)相間（接地）距離I段：取Zdz KkZl=0.8*5.38*240 /1100=0.94 取0.9相間距離II段： 1. 按躲過線路末端故障有靈敏度Klm=1.5整定Z dz Klm * Zl = 1.5 * 5.38 *240 /1100 =1.76() 取1.72躲主變壓器零阻抗側(cè)母線故障 主變阻抗為：

21、0.2602*1152/100=34.4。Zdz KkZl+KkTKzZT=(0.85*5.38+0.75*34.4)* 240/1100=6.63 取5 動作時間取0.3秒相間距離III段 1.按躲最大負荷電流整定, 取最大負荷電流為420A Zdz Kk * 0.9 * Ue / sqr(3) / Ifhmax = 0.7 * 0.9 * 115/1.732/420=99.6 ()。該定值線末故障的靈敏度為Klm =99.6/6.25 =16 ,靈敏度要求為：1.5二次值Zdz3 = Zdz3 * CT / PT =99.6 * 240/1100=21.7III段時間定值 = 2.6 秒 接地距離II段：取1.5、0.3秒接地距離III段：取3、0.6秒。 零序電流保護：大方式下，110kV母線故障， 3I0max=3360A小方式下，110kV母