110kv高壓輸電線路的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

1、110kv高壓輸電線路的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)前言隨著電力系統(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(hào)量，當(dāng)突變量到達(dá)一定值時(shí)，起動(dòng)邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號(hào)。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(dòng)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(gè)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)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。目錄第1

2、章緒論11.1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件11.2設(shè)計(jì)內(nèi)容11.3設(shè)計(jì)要求2第2章短路電流計(jì)算32.1 短路電流計(jì)算原則32.2 電力網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)計(jì)算32.3 最大運(yùn)行方式42.4最小運(yùn)行方式5第3章110kv高壓輸電線路繼電保護(hù)整定計(jì)算73.1 三段式方向性電流保護(hù)整定計(jì)算73.11 QF6的三段式電流保護(hù)整定計(jì)算73.12QF4的三段式電流保護(hù)整定計(jì)算83.13QF2的三段式電流保護(hù)整定計(jì)算93.2三段式距離保護(hù)正定計(jì)算103.21QF6的距離保護(hù)103.22QF4的距離保護(hù)103.23QF2的距離保護(hù)113.3線路差動(dòng)保護(hù)113.31AC段線路差動(dòng)保護(hù)123.32BC段線路縱差保護(hù)123.33AB段線

3、路縱差保護(hù)12第4章自動(dòng)重合閘裝置13第5章電力系統(tǒng)各元件繼電保護(hù)裝置的選擇145.1保護(hù)配置145.2各插件原理說明145.3主要技術(shù)指標(biāo)14收獲和體會(huì)16參考文獻(xiàn)17附錄18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(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，變壓器均為，d11接線；（2）發(fā)電廠的最大發(fā)電容量為3×50，最小發(fā)電容量為2×50；（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(shí)間為0.85s；（5）線路AB、BC、AD、CD的最大負(fù)荷電流分別為2

4、30、150、230和140，負(fù)荷自起動(dòng)系數(shù)；（6）各變電所引出線上的后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間如圖示，t0.5s；（7）線路正序電抗每公里均為0.4；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)算各元件參數(shù)，畫出等效電路?；喌刃щ娐罚蟾鞫搪伏c(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(dòng)裝置設(shè)

5、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(shí)再采用較復(fù)雜的保護(hù)。2）選擇保護(hù)方式時(shí)，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)?zāi)芊駶M足靈敏性和速動(dòng)性的要求。如不滿足，允許采用自動(dòng)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（、和）；2）繪制保護(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

6、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(shí)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)算各元件基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值。選取：。發(fā)電機(jī)基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值： SNG=PNGcos=500.85=58.82MVA XG1=XG2=XG3=X''SBGSNG=0.129×10058.82=0.2193變壓器基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值： XT1=XT2=Uk%100×SBSNT=10.5100×10040=0.2625 XT3=Uk%100×SBSNT=10.5100×10060=

7、0.175 XT4XT6=Uk100×SBSNT=10.5100×10020=0.525線路基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值： XAB=40×0.4×SBUB2=0.121 XBC=80×0.4×SBUB2=0.242 XA'C=50×0.4×SBUB2=0.1512 Xsmin=(0.2193×0.21930.2193+0.2193+0.2625×0.26250.2625+0.2625)×(0.2193+0.125)0.2409+0.3943=0.1496 Xsmax=(0.2193+0.26

8、25)×(0.2193+0.2625)0.2193+0.2625+0.2193+0.2625=0.22.3 最大運(yùn)行方式最大運(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(gè)方向計(jì)算短路電流和設(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)等效電路圖在最大運(yùn)行方式下各點(diǎn)的基準(zhǔn)電抗為： XA=XAB+XBC+XA'C+Xsmin=0.121+0.242+0.1512+0.1496=0.6638 XB=XBC+XA'C+XSmin=0.242+0.15

9、12+0.1496=0.5428 XC=XA'C+XSmin=0.1512+0.1496=0.3008計(jì)算電抗值為： XjsA=XASSB=0.6638×1.765=1.172 XjsB=XBSSB=0.5428×1.765=0.958 XjsC=XCSSB=0.3008×1.765=0.5309 XjsA'=XA'SSB=0.2409×1.765=0.44052.4最小運(yùn)行方式最小運(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

10、最小運(yùn)行方式下各點(diǎn)的基準(zhǔn)電抗為： XA=XAB+XBC+XCA'+Xsmax=0.121+0.242+0.1512+0.2409=0.7557 XB=XBC+XCA'+Xsmax=0.242+0.1512+0.2409=0.3921 XC=XCA'+Xsmax=0.1512+0.2409=0.3921計(jì)算電抗值為： XjsA=XASSB=0.7557×1.765=1.334 XjsB=XBSSB=0.6341×1.765=1.116 XjsC=XCSSB=0.3921×1.765=0.692 XjsA'=XsminSSB=0.149

11、6×1.765=0.264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。最大運(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1.7320.9580.53090.264Io*0.951.081.924.15Io/KA0.8360.951.693.652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1.3341.1160.6920.4251Io*0.750.91.482.55Io/KA0.660.7921.32.244第3章 110kv

12、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(dòng)無死區(qū)要求，還應(yīng)設(shè)置線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，讓距離保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)作為線路的主保護(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。這里以反方向按6、4、2QF斷路器保護(hù)裝置為例整定計(jì)算如

13、下。保護(hù)線路示意圖如圖3.1所示：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)算由第2章得知：IKCmax=1.69KA,IKCmin=1.3KA, IKBmax=0.95KA, IKBmin=0.792KA,XSmax=31.8,XSmin=19.8。（1）第I段保護(hù)裝置一次側(cè)動(dòng)作電流為： Iop6=KrelIkcmax（3）=1.3×1.69=2.197KA保護(hù)時(shí)限：t=0s最小靈敏變校驗(yàn)：m=lpCA=0.866×1153×2.197-Xsmax0.4×50×100% 不合格(2)第II段保護(hù)裝置一次側(cè)動(dòng)作電流為： Io

14、p4=KrelIkbmax（3）=1.3×0.95=1.235KA Iop6=KrelIopx=1.1×1.235=1.359KA保護(hù)時(shí)限：t=0.5s最小靈敏度校驗(yàn)：ksen2=0.866Ikcmin(3)Iop6=0.866×1.31.359=0.82<1.25 不合格(3)第III段保護(hù)裝置一次側(cè)動(dòng)作電流為： Irel=krelksskreIcmax=1.2×1.50.85×230=487A保護(hù)時(shí)限：t4=2.5s最小靈敏度校驗(yàn)：近：Ksen=0.866Ikcmax（3）Iop6=0.866×1.30.487=2.3>

15、;1.5 合格遠(yuǎn)：Ksen=0.866Ikbmin(2)Iop=0.866×0.7920.487=1.35>1.2 合格3.12QF4的三段式電流保護(hù)整定計(jì)算由第2章得知 IKBmax=0.95KA,IKBmin=0.792KA, IKAmax=0.836KA,IKAmin=0.66KA,XSmax=31.8,XSmin=19.8。（1）第I段保護(hù)裝置一次側(cè)動(dòng)作電流為： Iop4I=KrelI×IKBmax=1.3×0.95=1.235KA保護(hù)時(shí)限：t=0s最小靈敏度檢驗(yàn)： m=lplbc=0.866×1153×1.85-(xsmax+x

16、bc)0.4×80×100% 不合格第II段保護(hù)裝置一次側(cè)動(dòng)作電流為：Iop2I=KrelI×IKAmax=1.3×0.836=1.0868KAIop4II=KrelI×Iop2I=1.1×1.0868=1.195KA保護(hù)時(shí)限：t=0.5s最小靈敏度檢驗(yàn)KsenII=0.866×IKBminIop4II=0.866×0.7921.195=0.574<1.25不合格第III段保護(hù)裝置一次側(cè)動(dòng)作電流為：Iop4III=KrelIII×KssKrel×ILmax=1.2×1.50.85

17、×380=804.7A保護(hù)時(shí)限：tIII=2s最小靈敏度檢驗(yàn)：近后備： KsenIII=0.866×IKBmin3Iop4III=0.866×0.7920.8047=0.85<1.5不合格遠(yuǎn)后備: KSENIII=0.866×IKAminIop4III=0.866×0.660.8047=0.71<1.2不合格3.13QF2的三段式電流保護(hù)整定計(jì)算由第2章得知： IKAmax=0.836KA,IKAmin=0.66KA,XSmax=31.8,XSmin=19.8。（1）第I段保護(hù)裝置一次側(cè)動(dòng)作電流： IOP2I=KrelI.IKAma

18、x=1.3×0.836=1.0KA保護(hù)時(shí)限：t=0S最小靈敏度校驗(yàn)：m=LPLAB=0.86×1153×1.09-31.8+20+3216×100% 不合格(2)第III段：保護(hù)裝置一次側(cè)動(dòng)作電流： IOP2III=KrelIIIKreILmax=1.2×1.50.85×250=487A保護(hù)時(shí)限：t=1.8S最小靈敏度校驗(yàn)：近:KsenIII=0.866×IKAminIOP2III=0.866×0.660.487=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

19、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3.21QF6的距離保護(hù)（1）第I段動(dòng)作阻抗：Zop.6=KrelZCA'=0.85×0.4×50=17保護(hù)時(shí)限：t6=0s保護(hù)范圍：85%（2）第II段動(dòng)作阻抗：Zop.6II=KrelIIZCA'+KrelIZBC=0.820+0.85×32=37.76保護(hù)時(shí)限：t6II=0.5s最小靈敏度校驗(yàn)：KsenII=Zop.6IIZCA'=37.7620=1.888>1.3合格（3）第III段最小阻抗：Z

20、L.min=0.9Ucn3IL.max=0.9×1153×0.23=260動(dòng)作阻抗：Zop.6III=ZL.minKrelIIIKssKrecos(m-l)=2601.25×1.15×1.5×0.8=150.7保護(hù)時(shí)限：t6III=2.5s最小靈敏度校驗(yàn)：近后備保護(hù)：KsenIII=Zop.6IIIZCA'=150.720=7.5>1.3合格遠(yuǎn)后備保護(hù)：Kb.max=1+ZS'Amax+ZA'CZS'Cmin=2.3KsenIII=Zop.6IIIZCA'+Kb.maxZBC=150.720+32&

21、#215;2.3=1.6>1.2合格3.22QF4的距離保護(hù)(1)第I段動(dòng)作阻抗：Zop4=krelZBC=0.85×0.4×80=27.2保護(hù)時(shí)限：t=0s保護(hù)范圍：85%(2)第II段動(dòng)作阻抗：Zop4=KRELZBC+krelZAB=0.8×32+0.85×16=36.48保護(hù)時(shí)限：t4=0.5s靈敏度校驗(yàn)：ksen=Zop4ZBC=36.4832=1.14<1.3 不合格(3)第III段最小阻抗:ZLmin=0.9UN3ILmax=0.9×1153×0.38=170動(dòng)作阻抗:Zop4=ILminkrelksskre

22、lcos(m-c)=1701.25×1.5×1.15×0.8=98.6保護(hù)時(shí)限:t4=2s最小靈敏度校驗(yàn)：kbmax=1+ZSCmax+ZABZSBmin=1+31.8+20+3219.8+20+30=2.167近后備：ksen=Zop3ZBC=98.632=3>1.3合格遠(yuǎn)后備：ksen=Zop3ZBC+k6maxZAB=98.632+2.167×1.6=1.47>1.2 合格3.23QF2的距離保護(hù)（1）第I段動(dòng)作阻抗：ZOP.21=KrelI×ZAB=0.85×0.4×40=13.6保護(hù)時(shí)限：t2I=0s保

23、護(hù)范圍：85%（2）第III段最小阻抗：ZLmin=0.9UN3ILmin=0.9×1153×0.23=260動(dòng)作阻抗：ZOP.2III=ZLminKrelIII×Kss×Krelcos(m-)=2601.25×1.15×1.5×0.8=150.7保護(hù)時(shí)間：t2III=1.5s最小靈敏校驗(yàn)：近后備保護(hù)： KsenIII=Zop.2IIIZAB=150.716=9.41.3 合格Kbmax=1+Zsmax+ZAC+ZBC+ZABZSAmin=1+31.8+16+32+2019.8+16+32+20=2.14遠(yuǎn)后備保護(hù)；Ksen

24、III=Zop.2IIIZAB+Kbmax×ZBC=150.716+32×2.14=1.781.2 合格3.3線路差動(dòng)保護(hù)根據(jù)高壓輸電線路的全線速動(dòng)性要求，還應(yīng)設(shè)置線路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。3.31AC段線路差動(dòng)保護(hù)（1）AC段：按躲過保護(hù)區(qū)外短路時(shí)的最大不平衡電流整定：Iop.r=KrelIuncmaxKTA=KrelKerrKstKnpIKCmaxKTA=1.3×0.1×0.5×1×1.69300/5=0.0018KA（2）按射過保護(hù)線路最大負(fù)荷電流整定：Iop.r=KrelIL.maxKTA=1.3×23060=4.98A所

25、以動(dòng)作電流：Iop.r=4.98A最小靈敏度檢驗(yàn)：Ksen=IkCmin(2)/KTAIOP=0.866×1.3/600.00498=3.77>1.5合格3.32BC段線路縱差保護(hù)（1）BC段: 按躲過保護(hù)區(qū)外短路時(shí)的最大不平衡電流整定：Iop.r=KrelIunBmaxKTA=KrelKerrKstKnpIKbmaxKTA=1.3×0.1×0.5×1×0.95300/5=0.001KA（2）按射過保護(hù)線路最大負(fù)荷電流整定：Iop.r=KrelIL.maxKTA=1.3×28060=8.23A所以動(dòng)作電流：Iop.r=8.23A

26、最小靈敏度檢驗(yàn)：Ksen=IkBmin(2)/KTAIOP=0.866×792/608.23=1.39<1.5不合格3.33AB段線路縱差保護(hù)（1）AB段：按躲過保護(hù)區(qū)外短路時(shí)的最大不平衡電流整定Iop.r=KrelIunAmaxKTA=KrelKerrKstKnpIKAmaxKTA=1.3×0.1×0.5×1×836300/5=0.9A（2）按射過保護(hù)線路最大負(fù)荷電流整定：Iop.r=KrelIL.maxKTA=1.3×23060=4.98A所以動(dòng)作電流：Iop.r=4.98A最小靈敏度檢驗(yàn)：Ksen=IkAmin(2)/KT

27、AIOP=0.866×660/604.98=1.9>1.5合格第4章 自動(dòng)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(dòng)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(shí)跳閘固定動(dòng)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(shí)進(jìn)行，重合閘投入、無TWJ、無控制回路斷線、無斷線或雖有斷線但控制字“斷線閉鎖重合閘”置“0”經(jīng)10s后充電完成。5.重合閘由獨(dú)立的重合閘啟動(dòng)元件來啟動(dòng)。當(dāng)保護(hù)跳閘后或開關(guān)偷跳均可啟動(dòng)重合閘。6.重合閘條件滿足后，經(jīng)整定的重合閘延時(shí)，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(dòng)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