110kV變電所繼電保分析

1、、八 、，刖言電力生產(chǎn)過程有別于其他工業(yè)生產(chǎn)過程的一個(gè)重要特點(diǎn)，就是 它的生產(chǎn)、輸送、變換、分配、消費(fèi)的幾個(gè)環(huán)節(jié)是在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)同 步瞬間完成。電力生產(chǎn)過程要求供需嚴(yán)格動(dòng)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(jì)的快速發(fā)展，負(fù)荷大幅度增加，使得電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，高電壓、 大機(jī)組、長(zhǎng)距離輸電、電網(wǎng)互聯(lián)的趨勢(shì)，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，加 強(qiáng)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(shè)備都進(jìn)行了短路動(dòng)、熱穩(wěn)定度的校驗(yàn)，但這只能保證它們?cè)诙?時(shí)間內(nèi)能承受住短路電流的破壞。

2、 時(shí)間一長(zhǎng)，就會(huì)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(hù) 是一種電力系統(tǒng)的反事故自動(dòng)裝置，它能在系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常運(yùn) 行時(shí)，迅速，準(zhǔn)確地切除故障元件或發(fā)出信號(hào)以便及時(shí)處理?？梢娎^ 電保護(hù)是任何電力系統(tǒng)必不可少的組成部分，對(duì)保證系統(tǒng)安全運(yùn)行、 保證電能質(zhì)量、防止故障的擴(kuò)大和事故的發(fā)生，都有極其重要的作用。 因此設(shè)置一定數(shù)量的保護(hù)裝置是完全必要的， 以便在短路事故發(fā)生后 一次設(shè)備尚未破壞的數(shù)秒內(nèi)，切除短路電流，使故障點(diǎn)脫離電源，從 而保護(hù)短路回路內(nèi)的一次設(shè)備，同時(shí)迅速恢復(fù)系統(tǒng)其他正常部分的工 作。隨著變電站繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化， 大大提高了整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行 的

3、安全性和穩(wěn)定性，大大降低運(yùn)行檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度， 繼電保護(hù)技 術(shù)將引起電力行業(yè)有關(guān)部門的重視，成為變電站設(shè)計(jì)核心技術(shù)之一。目錄第一章電氣主接線 1第二章電氣設(shè)備簡(jiǎn)介 2第三章繼電保護(hù)基本知識(shí) 4第四章主變壓器繼電保護(hù) 7第五章110kV線路繼電保護(hù)保護(hù) 11第六章參考文獻(xiàn) 13110KV變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)及分析第一章電氣主接線電氣主接線是變電所電氣設(shè)計(jì)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(duì)電力系統(tǒng)整體及變電所本身運(yùn)行的可靠性、 靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，并且對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、 繼電保護(hù)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(fù)荷性質(zhì)、出

4、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(yīng)盡可能采用短路器數(shù)目教少的 接線，以節(jié)省投資，變電站低壓側(cè)應(yīng)采用單母分段接線，以便于擴(kuò) 建。對(duì)本變電所進(jìn)行分析，結(jié)合對(duì)電氣主接線的可靠性、靈活性及 經(jīng)濟(jì)性等基本要求，綜合考慮。在滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)政策的前提下， 力爭(zhēng)使其技術(shù)先進(jìn)，供電可靠，經(jīng)濟(jì)合理的主接線方案。此主接線 還應(yīng)具有足夠的靈活性，能適應(yīng)各種運(yùn)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(kuò)建發(fā)展方便。第二章電氣設(shè)備簡(jiǎn)介一、主變壓器主變壓器參數(shù):型號(hào)接線組別額定電壓容量分接開關(guān)型號(hào)XXZ9-4000/110Yn-yn o-d11110/38.5/10.

5、5KV40MVAUCGKN380/300/CS、高壓斷路器高壓斷路器選擇如下表:電壓等級(jí)110kV35kV10kV斷路器型號(hào)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(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)等一次設(shè)備獲取電氣一次回路信息的傳感器?；ジ衅鲗⒏唠妷?、大電流按比例變成低電 壓（100、100M/3V）和小電流（5、1A）。電流互感器的二次側(cè)絕對(duì) 不能夠開路。電壓互感器的二次側(cè)絕對(duì)不能夠短路。電流互感器一次電流選擇應(yīng)遵循以下原則： 一次電流應(yīng)滿足負(fù)荷要求，并在標(biāo)準(zhǔn)值

6、中選取。 一次電流應(yīng)使在正常運(yùn)行情況下，二次輸出電流滿足保護(hù)裝置和 測(cè)量、計(jì)量?jī)x表準(zhǔn)確度要求。110kV線路獨(dú)立電流互感器的選擇：LB6 110W，額定電流比2*600/5、2*300/5 ;準(zhǔn)確次級(jí) 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(zhǔn)確次級(jí)10P20,0.5;35KV側(cè)：LDJ1-40.5/300額定電流比1200/5;準(zhǔn)確次級(jí)5P10； LZZBJ9-35額定電流比800/5;準(zhǔn)確次級(jí)10P20,0.5;10KV側(cè)：LZZBJ9-10額定電流比2500/5;準(zhǔn)確次級(jí)5P20,0.5;10KV線路及電容器電流互感器：LZZBJ9

7、-10，額定電流比600/5; 準(zhǔn)確次級(jí)10P20,052、電壓互感器參數(shù)的選擇電壓互感器應(yīng)按下表所列技術(shù)條件選擇：項(xiàng)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(fù)荷、準(zhǔn)確度等級(jí)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(duì)濕度、海拔高度、最大風(fēng)速、污穢電壓互感器選擇結(jié)果:型號(hào)額定電壓（KV）初級(jí)繞組次級(jí)繞組剩余電壓繞組TYD110/ &3-0.02H110/730.1/V30.1/730.1JDZX9-35W235/730.1/鹿0.1/V3 :0.1/3JDZX16-10G10/ V30.1/鹿0.1/V3 ：0.1/3第二章繼電保護(hù)基本知識(shí)一、繼電保護(hù)的作用：繼

8、電保護(hù)裝置就是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。二、繼電保護(hù)基本原理當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，總是伴隨有電流的增大、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(hù)。例如：利用短路時(shí) 電流增大的特征可構(gòu)成過電流保護(hù)，過電流保護(hù)反應(yīng)于電流的增大 而動(dòng)作；利用電壓的特征，可構(gòu)成低電壓保護(hù)，低電壓保護(hù)反應(yīng)于 電壓的降低而動(dòng)作；利用電壓和電流比值的變化，可構(gòu)成低阻抗保 護(hù)（距離保護(hù)），這種保護(hù)反應(yīng)于測(cè)量阻抗的減?。ɑ蚨搪伏c(diǎn)到保護(hù) 安裝地點(diǎn)之間的距離）而動(dòng)作；利用電壓和電流之間相位關(guān)系

9、的變 化，可構(gòu)成方向保護(hù)；利用比較被保護(hù)設(shè)備各端的電流大小和相位 的差別可構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)等等。此外，也可根據(jù)電氣設(shè)備的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn) 反應(yīng)非電量變化的保護(hù)。例如反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障的瓦斯保護(hù)。三、繼電保護(hù)分類：1、按被保護(hù)的對(duì)象分類：輸電線路保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、 電動(dòng)機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)等；2、按保護(hù)原理分類：電流保護(hù)、電壓保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、 方向保護(hù)、零序保護(hù)等；3、按保護(hù)所反應(yīng)故障類型分類：相間短路保護(hù)、接地故障保護(hù)、匝 間短路保護(hù)、斷線保護(hù)、失步保護(hù)、失磁保護(hù)及過勵(lì)磁保護(hù)等；4、按繼電保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)技術(shù)分類：機(jī)電型保護(hù)（如電磁型保護(hù)和 感應(yīng)型保護(hù)）、整流型保護(hù)、晶體管型保護(hù)、集成

10、電路型保護(hù)及微機(jī) 型保護(hù)等；5、按保護(hù)所起的作用分類：主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等；主保護(hù)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地切除 被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)；后備保護(hù)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來切除故障的保護(hù)。又分為遠(yuǎn)后 備保護(hù)和近后備保護(hù)兩種； 遠(yuǎn)后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或線路 的保護(hù)來實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)； 近后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本電力設(shè)備或線路的另一套保 護(hù)來實(shí)現(xiàn)后備的保護(hù)；當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)來實(shí)現(xiàn) 后備保護(hù)； 輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保 護(hù)退出運(yùn)行而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù)；四、繼電保護(hù)的基本要求：對(duì)動(dòng)作于跳閘的繼電

11、保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求： 選擇性、速動(dòng)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(shí)，保護(hù)裝置僅將故障元件切除，而 使非故障元件仍能正常運(yùn)行，以盡量縮小停電范圍。（二）速動(dòng)性：即快速切除故障?？焖偾谐收系膬?yōu)點(diǎn)：1、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性;2、減少用戶在低電壓下的動(dòng)作時(shí)間；3、減少故障元件的損壞程度, 避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。（三）靈敏性：指在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)故障情況的反應(yīng)能力。滿足靈敏性 要求的保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置與短路的類型 如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來。（四）可靠性：指發(fā)生了屬于它該動(dòng)作的故障，它能可靠動(dòng)作，即不發(fā)生拒絕 動(dòng)作（拒動(dòng)）；而在不該

12、動(dòng)作時(shí)，他能可靠不動(dòng)，即不發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作（簡(jiǎn)稱誤動(dòng)）。上述四個(gè)基本要求是分析研究繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)，也是貫穿 全課程的一個(gè)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(hù)一、變壓器保護(hù)配置原則：變壓器是電力系統(tǒng)的重要電氣設(shè)備之一。它的故障將對(duì)供電可 靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。因此必須根據(jù)變壓器的容 量及重要性裝設(shè)性能良好、動(dòng)作可靠的保護(hù)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

13、常運(yùn)行狀態(tài)，主要有：漏油造成油位下降；因?yàn)橥獠慷?路引起的過電流或長(zhǎng)時(shí)間過負(fù)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(hù)包括：1、差動(dòng)保護(hù)：防止變壓器繞組和引出線相間短路，直接接地系統(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(hù)：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(hù)、零序電壓保護(hù)：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(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備。5、過電流保護(hù)（或阻抗保護(hù)）：反映變壓器外部相間短路并作為瓦 斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備。6、過負(fù)荷保護(hù)：反映變壓器對(duì)稱過負(fù)荷。7、其它非電量保護(hù)：反映變壓器油溫及油箱內(nèi)壓力

14、升高和冷卻系統(tǒng)故障的相應(yīng)保護(hù)采用微機(jī)保護(hù)裝置：RCS-9671 （差動(dòng)保護(hù)）、RCS-9681 （高后備）、RCS-9682 （中后備）、RCS-9682 （低后備）、RCS-9661 （非電量）對(duì)保護(hù)裝置的要求：動(dòng)作要可靠，動(dòng)作速度要快，應(yīng)能有選擇地動(dòng) 作，應(yīng)有足夠的靈敏度。二、主變參數(shù)：型號(hào)：SSZ9-40000/11Q變比：110士 8*1.25%/38.5 士 2*2.5%/10.5kV ；接線組別：Yn,yn 0,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

15、%;零序阻抗：Z0=45.8Q ;計(jì)算得：X1=0.2681; X2=0.0788; X3=0.3003; X0=0.3463;三、#1主變保護(hù)計(jì)算：1、 差動(dòng)保護(hù)計(jì)算：高壓側(cè)：600/5 (表計(jì)400/5);中壓側(cè):1200/5(表計(jì) 800/5);低壓側(cè)：2500/5。差動(dòng)電流起動(dòng)值Iqd:取變壓器額定電流的50%。速斷動(dòng)作電流ISD：躲變壓器勵(lì)磁涌流，取 8Ie。二次諧波制動(dòng)系數(shù)：取0.15。比率差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)：取0.55。CT斷線報(bào)警門檻值:0.1Ie.平衡系數(shù)計(jì)算：Kph 仁U1n *CT11/S=110*600/40000=1.65Kph2=U2 n*CT21/S=38.5*1200

16、/40000=1.155Kph3=1.732*U3 n*CT31/S=10.5*2500/40000=1.137區(qū)外故障時(shí)的最大不平衡電流計(jì)算：Ibp=Kk*(Ktx* fi*ldmax+ U1*ldmax+ fi*ldmax)= 1.3*(0.1*4198/240*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=6.716IeKbl=(1.75-1.875)/(6.716-3)=-0.034<1 所以，落在制動(dòng)區(qū)；區(qū)內(nèi)故障靈敏度計(jì)算：ld=416/120*1.

17、65=5.72A=1.98lelr=0.5*416/120*1.65=2.86A=0.99 In落于動(dòng)作區(qū)內(nèi)lop=(0.99-0.5)*0.55+0.5=0.77AKIm=2.57 滿足要求2、后備保護(hù)計(jì)算：a、110kV 側(cè)后備 CT: 600/5復(fù)合序電壓閉鎖過流：75V6Vldz=(1.25/0.85*210)/120=3.86A 取 4A2.3秒跳1#主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。過負(fù)荷保護(hù)：ldz=(1.05/0.85*210)/120=3.24A 取 3.2A零序電流保護(hù)CT: 200/5停用。b、35kV 側(cè)后備 CT： 1200/5復(fù)合序電壓：75V、6V電流：ldz=1.25/0.85*6

18、00/240=3.68A 取 3.7A2秒跳35kV側(cè)開關(guān)過負(fù)荷定值：Idz=1.05/0.85*600/240=3.09A 取 3.1Ac、35kV側(cè)方向后備保護(hù) CT： 1200/5本保護(hù)僅在110kV側(cè)停電，35kV送10kV負(fù)荷時(shí)投入，考 慮聯(lián)絡(luò)線輸送限額為300A。有：Idz=1.25/0.85*300/240=1.84A 取 2A1.7 秒跳三側(cè)d、10kV 側(cè)后備 CT： 2500/5復(fù)合序電壓：75V、6Vldz=1.25/0.85*2199/500=6.5A 取 6.5A1.4 秒跳本側(cè)開關(guān)過負(fù)荷定值：Idz=1.05/0.85*2199/500=5.4A 取 5.4A四、瓦

19、斯保護(hù)“輕瓦斯保護(hù)裝置接線由信號(hào)回路和跳閘回路組成。變壓器內(nèi)部發(fā) 生輕微故障時(shí)，繼電器觸點(diǎn)閉合，發(fā)出瞬時(shí)“輕瓦斯動(dòng)作”信號(hào)。 變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，強(qiáng)烈的油流沖 擊擋板，繼電器觸點(diǎn)閉合，發(fā)出重瓦斯跳閘脈沖，跳開變壓器各側(cè) 斷路器。變壓器嚴(yán)重漏油使油面降低時(shí)，繼電器動(dòng)作，同樣發(fā)出 瓦斯動(dòng)作”信號(hào)。非電量保護(hù)：本體重瓦斯1米/秒，輕瓦斯350立方厘米壓力釋放閥動(dòng)作、油位異常、超溫：發(fā)信號(hào)。第五章110kV線路繼電保護(hù)一、110kV線路參數(shù)：線路 1101 線：LGJ-240/3013.338km 幾何均距：4.15km線路1101線阻抗計(jì)算為：R=0.1181*13.338

20、/132.25=0.0119X=0.386*13.338/132.25=0.0389 實(shí)測(cè)參數(shù)為：線路1101線R1 = 1.625/132.25=0.0123X 仁5.55/132.25=0.0420R0=4.116/132.25=0.0311X0=11.78/132.25=0.0891線路 1101 線：CT 變比：1200/5，RCS-941ALGJ-240/3013.338km 幾何均距：4.15km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 ZdzW KkZI=0.8*5.38*240/1100=0.94 Q 取 0.9 Q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Zdz<Klm*Zl=1.5*5.38*240/1100=1.76( Q)取 1.7Q2 .躲花田變主變壓器零阻抗側(cè)母線故障<1>花田變主變阻抗為：0.2602*1152