110kv高壓輸電線路地繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

1、110kv高壓輸電線路的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)、八冃U言隨著電力系統(tǒng)迅速發(fā)展，我們不斷對它提出新的要求，電力系統(tǒng)對繼電保護(hù)的要求也不斷提高。繼電保護(hù)的原理是利用被保護(hù)線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量 為信號量，當(dāng)突變量到達(dá)一定值時，起動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號 對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本性能要求是有選擇性，速動性，靈敏性，可靠性。這次課程設(shè)計(jì)以最常見的110KV電網(wǎng)線路保護(hù)設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，要求對整個電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)方面的課程有綜合的了解。特別是對繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)、電路、發(fā)電廠的電氣部分有一定的研究。重點(diǎn)進(jìn)行了電路的化簡，短路電流的求法，繼電保護(hù)中電流保護(hù)、距離保護(hù)的具體計(jì)算。

2、目錄第1章緒論1.1.1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件1.1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容21.3 設(shè)計(jì)要求2.第2章短路電流計(jì)算 42.1 短路電流計(jì)算原則 42.2 電力網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)計(jì)算42.3 最大運(yùn)行方式 52.4 最小運(yùn)行方式6.第3章110kv高壓輸電線路繼電保護(hù)整定計(jì)算 9.3.1 三段式方向性電流保護(hù)整定計(jì)算 9.3.11 QF6的三段式電流保護(hù)整定計(jì)算 9.3.12 QF4的三段式電流保護(hù)整定計(jì)算 1.03.13 QF2的三段式電流保護(hù)整定計(jì)算 1.23.2 三段式距離保護(hù)正定計(jì)算 1.2.3.21 QF6的距離保護(hù) 1.2.3.22 QF4的距離保護(hù)1.3.3.23 QF2的距離保護(hù) 1.4.3.3 線路

3、差動保護(hù).1.5.3.31 A' C段線路差動保護(hù) .1.5.3.32 BC段線路縱差保護(hù) 1.5.3.33 AB段線路縱差保護(hù) 1.6.第4 章自動重合閘裝置 1.6.第5章 電力系統(tǒng)各元件繼電保護(hù)裝置的選擇 18.5.1 保護(hù)配置1.8.5.2 各插件原理說明 .1.8.5.3 主要技術(shù)指標(biāo) .1.8.收獲和體會2.Q.參考文獻(xiàn)22.附錄23第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件單側(cè)電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)如圖1.1所示，已知：(1) 網(wǎng)絡(luò)中各線路采用帶方向或不帶方向的電流電壓保護(hù)，所有變壓器均采用縱聯(lián)差動保護(hù)作為主保護(hù)，變壓器均為Y,d11接線；(2) 發(fā)電廠的最大發(fā)電容量為 3 X50 MW,最

4、小發(fā)電容量為2 X50 MW;(3 )網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行方式為發(fā)電廠發(fā)電容量最大且閉環(huán)運(yùn)行；(4) 允許的最大故障切除時間為 0.85s ;(5) 線路AB、BC、AD、CD的最大負(fù)荷電流分別為 230、150、230和140A,負(fù)荷自起動系數(shù)Kss 1.5 ;(6) 各變電所引出線上的后備保護(hù)的動作時間如圖示， t = 0.5s ;心0 5(7) 線路正序電抗每公里均為0.4 Q;圖1.1 單側(cè)電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)圖1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）短路電流計(jì)算1 ）確定電力系統(tǒng)最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式，計(jì)算最大短路電流值和最小短 路電流值。2 ）確定短路計(jì)算點(diǎn)，畫出計(jì)算電路圖。3）選取基準(zhǔn)值，用標(biāo)幺值計(jì)算各元件

5、參數(shù)，畫出等效電路?；喌刃щ娐?，求 各短路點(diǎn)的等效電抗。4 ）求各短路點(diǎn)的計(jì)算電抗。用運(yùn)算曲線計(jì)算各短路點(diǎn)的短路電流。（2 ）確定電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線路的保護(hù)方案。1）根據(jù)GB50062-1992 （規(guī)范名稱：電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計(jì)規(guī)范） 選擇繼電保護(hù)的方式。應(yīng)優(yōu)先選擇最簡單的保護(hù)，不滿足基本要求時再采用較復(fù)雜的 保護(hù)。2 ）選擇保護(hù)方式時，先選擇主保護(hù)，然后選擇后備保護(hù)。通過整定計(jì)算，檢驗(yàn) 能否滿足靈敏性和速動性的要求。如不滿足，允許采用自動重合閘補(bǔ)救。1.3 設(shè)計(jì)要求1 ）確定保護(hù)2、4、6的保護(hù)方式，對它們進(jìn)行整定計(jì)算（lop、Uop、Ksen和top ）；2）繪

6、制保護(hù)原理接線圖（或展開接線圖）及網(wǎng)絡(luò)單線圖；第2章短路電流計(jì)算2.1 短路電流計(jì)算原則根據(jù)原始資料計(jì)算出基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值，再由基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值轉(zhuǎn)換得到計(jì)算電抗標(biāo) 幺值，然后根據(jù)計(jì)算電抗標(biāo)幺值查短路電流運(yùn)算曲線得到短路電流標(biāo)幺值，經(jīng)轉(zhuǎn)換得出短路電流，最后作為繼電保護(hù)的整定數(shù)據(jù)。 根據(jù)整定計(jì)算的要求，需要進(jìn)行最大運(yùn) 行方和最小運(yùn)行方式下的參數(shù)計(jì)算，最大運(yùn)行方時下的計(jì)算數(shù)據(jù)作為電流保護(hù)整定使 用，最小運(yùn)行方式下的計(jì)算數(shù)據(jù)作為最小靈敏度檢驗(yàn)使用。2.2 電力網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)計(jì)算計(jì)算各兀件基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值。選?。篠B 100MVA,Ubi 115kV,UB2 6.3kV,UB3 10.5kV。發(fā)電機(jī)基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺

7、值:?>?50?= C0S"?= = 58 .82?cos ? 0.85？?？100?1 = ?2= ?3= ? ?= O.129 X58 82 = 02193變壓器基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值:?%?亠 10.5 100?1= ?2= X- ? =X-= 0.2625100? 10040?3=X-=3 100? 100?10 5?z?6= 100 X?%?3? 105 100X- = 0.17560? 100100 X = 0.52520線路基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值:?尸 40XO.4?O.121?= 80 XO.4 X?上 O.242?$? ?»=c50 X0.4 X-'= 0.

8、1512? ?0.2193 X0.21930.2625 X0.2625?” (gV2193®25) = 0.1496(0.2193+02625)X (°2193+°2625)=0 20.2193 + 0.2625 + 0.2193 + 0.26252.3 最大運(yùn)行方式XT3£最大運(yùn)行方式的等效電路如圖2.1所示:圖2.1最大運(yùn)行方式等效電路圖因?yàn)槭菃蝹?cè)環(huán)形電網(wǎng)，為解題方便，將環(huán)形網(wǎng)絡(luò)按短路點(diǎn)解開，分兩個方向計(jì)算XT1XG2XG3XI 2XI3短路電流和設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置。將環(huán)形網(wǎng)絡(luò)在 A點(diǎn)打開變換為開式網(wǎng)絡(luò)則等效電路圖如2.2所示:圖2.2 開式網(wǎng)絡(luò)等效電

9、路圖在最大運(yùn)行方式下各點(diǎn)的基準(zhǔn)電抗為:?= ?+ ?+ ? ,+?min = 0.121 + 0.242 + 0.1512 + 0.1496 = 06638?= ?3?+ ?, + ?min = 0242 + 0.1512 + 0.1496 = 0.5428 ?= ?, + ?=； 0.1512 + 0.1496 = 0.3008? 計(jì)算電抗值為:?M?亠?= ?= = 0.6638 X 1.765 = 1.172 ?走?= ?,?- = 0.5428 X 1.765 = 0958?走?= ?1? = 0.3008 X 1.765 = 0.5309 ?走?9= ,?c?右=0.2409 X 1

10、.765 = 0.4405? ' ? " ?2.4 最小運(yùn)行方式-| XTJ最小運(yùn)行方式的等效電路如圖2.3所示:2.3最小運(yùn)行方式等效電路圖A'Xa'cXG2XbcCA將環(huán)形網(wǎng)絡(luò)在A點(diǎn)打開變換為開式網(wǎng)絡(luò)則等效電路圖如2.4所示:圖2.4 開式網(wǎng)絡(luò)等效電路圖在最小運(yùn)行方式下各點(diǎn)的基準(zhǔn)電抗為：?= 2S? ?+ ?+,?=, 0.121 + 0.242 + 0.1512 + 0.2409 = 0.7557?= ?+ ?+, ?= 0.242 + 0.1512 + 0.2409 = 0.3921+ 0.2409 = 0.3921?= ? +,?=? 0.1512?

11、 計(jì)算電抗值為:?>?= ?>?= ?0.7557X 1.765 =1.334?色?>?= ?>?=?0.6341X 1.765 =1.116?3?>?= ?>?=:0.3921X 1.765 =0.692?= ?？ = 0.1496 0.765 = 0.264最大根據(jù)計(jì)算電抗查詢汽輪機(jī)的短路電流運(yùn)算曲線可得各點(diǎn)的短路電流標(biāo)幺值。運(yùn)行方式下各點(diǎn)計(jì)算電抗和短路電流標(biāo)幺值如表2.1所示:表2.1最大運(yùn)行方式下電網(wǎng)各點(diǎn)短路電流數(shù)據(jù)ABCA '計(jì)算電抗1.7320.9580.53090.264?0.951.081.924.15?仲0.8360.951.693

12、.652最小運(yùn)行方式下各點(diǎn)計(jì)算電抗和短路電流標(biāo)幺值如表2.2所示:表2.2最小運(yùn)行方式下電網(wǎng)各點(diǎn)短路電流數(shù)據(jù)ABCA '計(jì)算電抗1.3341.1160.6920.4251?0.750.91.482.55?/KA0.660.7921.32.244第3章110kv高壓輸電線路繼電保護(hù)整定計(jì)算110kv高壓輸電線路根據(jù)可靠性、靈敏性要求需要設(shè)置三段式電流保護(hù)， 根據(jù)線 路保護(hù)裝置簡單性原則，若三段式電流保護(hù)各段滿足要求，則可以作為線路主保護(hù)， 如果三段式電流保護(hù)不滿足要求則需要設(shè)置距離保護(hù)， 根據(jù)高壓輸電線路的全線速動 無死區(qū)要求，還應(yīng)設(shè)置線路的縱聯(lián)差動保護(hù)，讓距離保護(hù)和差動保護(hù)作為線路的主

13、保 護(hù)，三段式電流保護(hù)作為后備保護(hù)。3.1三段式方向性電流保護(hù)整定計(jì)算三段式方向性電流保護(hù)整定計(jì)算，按開環(huán)正向和反方向分別整定計(jì)算。正向?qū)?、 3、5QF斷路器保護(hù)裝置整定計(jì)算，反方向按6 4、2QF斷路器保護(hù)裝置整定計(jì)算。圖3.1保護(hù)線路示意圖3.11 QF6的三段式電流保護(hù)整定計(jì)算0.792?=? 31.8 Q,?=? 19.8Q。(1) 第I段保護(hù)裝置一次側(cè)動作電流為:保護(hù)時限：t=Os? 6 = ? ?(3) op6 rel ° kcmax1.3 X1.69 = 2.197KA最小靈敏變校驗(yàn)：m?0?1150.866 X - ?max羅囂100%不合格CA 0.4 X50第I

14、I段保護(hù)裝置一次側(cè)動作電流為:I-I 一( 3)?,=op4=?el?bmax=1.3 X0.95 =1 235KAIII? : 0p6=? ?= -rel - opx1.1 X1 235 =:1.359KA保護(hù)時限：t=0.5sT 0(3)最小靈敏度校驗(yàn)：？?en = 0866?=?083_1.3 = 0.82 < 1.25 不合格 II1 -359?即6第III段保護(hù)裝置一次側(cè)動作電流為:m山？?ei ?s1.2 X 1.5?el =今？max =X230 = 487A怕1?e0.85m保護(hù)時限：？ = 2.5s最小靈敏度校驗(yàn)：(3)近：？羅=sen 0.866?kcmax _ 0.

15、866 X1.3 _=2.3 > 1.5m? n-op6"0.487=合格遠(yuǎn):0.866?爲(wèi)m?即0.866 X0.7920.487sen=1.35 > 1.2合格3.12 QF4的三段式電流保護(hù)整定計(jì)算?由第 2 章得知？?刃?0.95?/?=?0.792?0.836?=?0.66? 31 .8 Q,? 19.8 Q。(1) 第I段保護(hù)裝置一次側(cè)動作電流為:?"?=?:?3?X ?=? 1.3 X0.95 = 1.235 ?保護(hù)時限：t = Os最小靈敏度檢驗(yàn):?二 ?0.866 X1153X1.85（? ?0.4 X80X100%不合格第II段 保護(hù)裝置一次

16、側(cè)動作電流為：?=1.3 X 0.836 = 1.0868 ?= ?*?X ?*? = 1. 1 X1.0868 = 1.195 ?保護(hù)時限：t = 0.5s最小靈敏度檢驗(yàn)?蕩?=0.866 X?0.866 X 0.792 = 0.574 <? ? ?1.1951.25不合格第III段 保護(hù)裝置一次側(cè)動作電流為:保護(hù)時限:? =?:?X ?= 2?1.2 X1.5X ?刃 8 X380=804 .7?最小靈敏度檢驗(yàn)：（3）? 0.866 X? 0.866 X0.792近后備：？?=?o?-=-080石=0.85 < 1.5 不合格-? 0.866 x?0? 0.866 X0.66遠(yuǎn)

17、后備：？?=?*?三 080；7= 0.71 < 12 不合格?3.13 QF2的三段式電流保護(hù)整定計(jì)算由第 2 章得知：？?？0.836?7?>?0.66?=? 31.8Q,?>?=> 19.8 Qo(1 )第I段保護(hù)裝置一次側(cè)動作電流：?§?2= ?i. ?max = 1.3 X 0.836 = 1.0KA保護(hù)時限：t=0S最小靈敏度校驗(yàn):m=?3?115°86 XWM(31.8+20+ 32)16X100%不合格第III 段:保護(hù)裝置一次側(cè)動作電流:o,?=?】? ?max1.2 X 1.50.85X250 = 487A保護(hù)時限：t=1.8S最

18、小靈敏度校驗(yàn)：? 0.866 x?3? 0.866 x°.66近：？?=?叮=-0=1.17<1.2不合格上述計(jì)算結(jié)果表明，三段式電流保護(hù)，保護(hù)范圍不滿足要求，則不能設(shè)置線路的 主保護(hù)，只能設(shè)置線路的后備保護(hù)，與設(shè)計(jì)題目要求不符合。因此，不宜設(shè)置三段式 電流保護(hù)，可以設(shè)置三段式距離保護(hù)。3.2 三段式距離保護(hù)正定計(jì)算3.21 QF6的距離保護(hù)(1 )第I段動作阻抗：II?p.6 = ?>?= 0.85 X 0.4 X50 = 17 Q保護(hù)時限：i?g = 0?保護(hù)范圍：85%(2) 第II段動作阻抗：？?6 = ?%?，+ ?婦?？3? = 0.8(20 + 0.85 X

19、 32) = 37.76 ? 保護(hù)時限：？叨=0.5?最小靈敏度校驗(yàn)：？"?= ? = 1.888 > 1.3合格? 20(3) 第III段最小阻抗:?»?= 0? = 09X蘭=260 Q '? V3? v3x0 23比動作阻抗:?7?260保護(hù)時限:? ? ?''6?另?*?cos (? ?1.25 X1.15 X1.5 X0.8150 .7 Q? = 2.5?最小靈敏度校驗(yàn):近后備保護(hù):屮?%? ?=-? ? 150 .7百=7.5>1.3合格遠(yuǎn)后備保護(hù):? +? ？?= 1 +?.? ?=23?%?=?羽?6150.7?"

20、;?+, ?=1 6 > 1 220 + 32 X2.3合格3.22 QF4的距離保護(hù) (1)第I段動作阻抗：？£?尸？£；?= 0.85 X0.4 X80 = 27.2 Q保護(hù)時限：t = 0s保護(hù)范圍:85%第II段,IIIII動作阻抗：?>?4= ?g?+ ? = 0.8 X(32 + 0.85 X 16) = 36.48 Q保護(hù)時限：？扌=0.5$靈敏度校驗(yàn):11II?- - ?4-?= ?_36.4832=1.14 < 1.3不合格第III段0.9?*?0.9 X115取小阻抗:?？?=?斥？ = 3 y0 38 = 170 Q170 v3? ?

21、 v3 X0.38動作阻抗：?4=-?如?= 1.25 X1.5 X；15 X0.8 = 98.6Q?>?3?3?)os( ? ?保護(hù)時限:?J = 2s最小靈敏度校驗(yàn):?3? 1 +?*?b ?/=1?+ 31.8+20+32 = 2 16719.8+20+30-I I I近后備：？?=I I I?-?3?98.6莎-3> 1.3合格一 一 III遠(yuǎn)后備：？?=I I:?3I ?98.6?*? ?彳?？32+2.167 X1.61.47 > 1.2合格3.23 QF2的距離保護(hù)(1 )第I段動作阻抗：? = ? X?= 0.85 X 0.4 X 40=13.6 Q保護(hù)時限：

22、?=0s保護(hù)范圍：85%(2) 第III段最小阻抗：？伽：0.9?0.9X115=260 Qv3?minv3 X0.23動作阻抗：？? =屮g=260= 150 .7 Q?el X?s X?ei cos (? ? )1.25 X1.15 X1.5 X0 .8保護(hù)時間：？?"=1.5s 最小靈敏校驗(yàn): 近后備保護(hù)：？?：n =上亠= 9.4 > 1.3合格? 16?nax =?max + ? J ?+ ?1 + =?Amin31.8+ 16 + 32 + 201 + 19.8 + 16 + 32 + 202.14遠(yuǎn)后備保護(hù)；？?n?/?/?max X?*?150 .716 + 3

23、2 X2.141.78 >1 .2 合格3.3線路差動保護(hù) 根據(jù)高壓輸電線路的全線速動性要求，還應(yīng)設(shè)置線路的縱聯(lián)差動保護(hù)。3.31 A' C段線路差動保護(hù)(1) A' C段：按躲過保護(hù)區(qū)外短路時的最大不平衡電流整定:?=?/?7?/?7?7?/?/? 1.3 X 0.1 X 0.5 X1 X1 69?"?300/5=0.0018?(2 )按射過保護(hù)線路最大負(fù)荷電流整定：？?= ?'?；?= 126030 = 4.98?所以動作電流：？?= 4.98?最小靈敏度檢驗(yàn)：？?en?£?_?0.866 X1.3/600.004983.77 > 1

24、.5 合格3.32 BC段線路縱差保護(hù)(1) BC段：按躲過保護(hù)區(qū)外短路時的最大不平衡電流整定:?p .r =?X0.1 X0.5 X1 X 0.95300/5=0.001?(2 )按射過保護(hù)線路最大負(fù)荷電流整定：？?= ?'?；?= 普° = 8 23?所以動作電流：？?.?= 8.23?最小靈敏度檢驗(yàn)：？?en =冬嚴(yán)?如?= 0.866；2/60 = 1.39 < 1.5 不合格? ?8.233.33 AB段線路縱差保護(hù)(1) AB段：按躲過保護(hù)區(qū)外短路時的最大不平衡電流整定X0.1 X0.5 x 1 X836?=300/5=0.9?(2 )按射過保護(hù)線路最大負(fù)荷

25、電流整定：？?= ?H?= 1-36030 = 4.98?所以動作電流：？?= 4.98?最小靈敏度檢驗(yàn)：？?en = ?傍?= 0.86：960/60 = 1.9 > 1.5 合格? ?4.98第4章自動重合閘裝置根據(jù)110KV高壓輸電線路的要求，線路應(yīng)采用后加速的自動重合閘裝置重合閘邏輯方框圖：圖4.2重合閘邏輯方框圖1. 本裝置重合閘為三相一次重合閘方式。2. 三相電流全部消失時跳閘固定動作。3. 重合閘退出，則整定值中重合閘投入控制字置“ 0 ”。4. 重合閘充電在正常運(yùn)行時進(jìn)行，重合閘投入、無 TWJ、無控制回路斷線、無TV斷線或雖有TV斷線但控制字“TV斷線閉鎖重合閘”置“0

26、”經(jīng)10s后充電完成。5. 重合閘由獨(dú)立的重合閘啟動元件來啟動。當(dāng)保護(hù)跳閘后或開關(guān)偷跳均可啟動重合閘。6. 重合閘條件滿足后，經(jīng)整定的重合閘延時，發(fā)重合閘脈沖150ms。第5章 電力系統(tǒng)各元件繼電保護(hù)裝置的選擇5.1 保護(hù)配置RCS-953A包括以分相電流差動為主體的快速主保護(hù)， 有完整的三段相間距離保 護(hù)、四段可選相間低電壓和方向閉鎖的過流保護(hù)構(gòu)成后備保護(hù)； 裝置配有三相一次重 合閘功能、過負(fù)荷告警功能；還帶有跳合閘操作賄賂以及交流電壓切換回路。5.2 各插件原理說明組成裝置的插件有：電源插件（DC）、交流插件（AC）、低通濾波器（LPF）、 CPU插件（CPU）、通信插件（COM ）、24V光耦插件（OPT）、跳閘出口插件（OUT）、 操作回路插件（SWI）、電壓切換插件（YQ）、顯示面板（LCD ）。外部 JT入具體硬件模塊圖見圖5-3圖5.1 硬件模塊5.3主要技術(shù)指標(biāo)1、整組動作時間