KV出線線路的保護(hù)配置及相間距離保護(hù)整定計算

1、課 程 設(shè) 計 用 紙教師批閱 目錄第一章 設(shè)計說明書31.1 目的與意義31.2 原始資料31.2.1基本資料和數(shù)據(jù)31.2.2負(fù)荷情況41.2.3本站聯(lián)入系統(tǒng)設(shè)計41.2.4各發(fā)電廠和變電所情況簡介：51.3 設(shè)計內(nèi)容及要求61.4 保護(hù)配置61.4.1三段式相間距離保護(hù)61.4.2重合閘的作用71.5短路電流計算說明81.5.1短路計算軟件基本說明81.5.2系統(tǒng)拓?fù)鋱D81.5.3所需短路點短路計算情況 8第二章 保護(hù)整定計算102.1 TA、TV變比的選擇102.1.1 TA變比選擇102.1.2 TV變比選擇102.2相間距離I段整定計算102.3相間距離II段整定計算112.4相間

2、距離段整定計算13第三章 總結(jié)17參考文獻(xiàn)附圖1 110KV線路電流電壓回路附圖2 110KV線路控制信號回路附件3 短路電流計算過程附圖4 地區(qū)電力系統(tǒng)電源點地理位置示意圖附圖5 本地區(qū)電力系統(tǒng)接線圖附圖6 水電站F4主接線第一章 設(shè)計說明書1.1 目的與意義電氣二次部分直接關(guān)系到電力系統(tǒng)供電的可靠性，電氣二次部分設(shè)計是變電站設(shè)計最主要的設(shè)計工作之一。同時，變電站電氣二次部分綜合了電氣工程專業(yè)眾多的專業(yè)課基礎(chǔ)課。因此，變電站電氣二次部分設(shè)計可以鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識提出問題、解決問題的能力。變電站電氣二次部分設(shè)計的目的在于使學(xué)生通過此次課程設(shè)計，在如下幾個方面得到充分訓(xùn)練。(1) 結(jié)合課程

3、設(shè)計任務(wù)，加深對所學(xué)知識內(nèi)在聯(lián)系的理解，并能靈活地加以綜合運(yùn)用。(2 )根據(jù)所學(xué)知識及畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，學(xué)會提出問題、解決問題，最終將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為能力。(3) 通過課程設(shè)計實踐，熟悉工程設(shè)計的全過程，掌握工程設(shè)計的思想、方法、手段，樹立必要的工程概念，培養(yǎng)一絲不茍的求實態(tài)度。(4) 掌握資料收集、工程計算、工程技術(shù)圖紙的繪制標(biāo)準(zhǔn)及繪制方法、設(shè)計報告的撰寫1.2 原始資料1.2.1基本資料和數(shù)據(jù)： 本電站為位于本省西南部山區(qū)某江中下游的一個水電站，距縣城35KM，水電站保證出力為9200KW，年利用小時數(shù)為5300小時年，多年平均發(fā)電量為1.866億度年，裝有臺相同的懸式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為8

4、800KW。水輪機(jī)為混流式，型號為HL220LJ230，機(jī)組額定容量為10000KW，韶關(guān)發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)。水輪發(fā)電機(jī)：型號為SF4257932，懸式，額定容為Pe8800kw, 額定電壓為Ue=6.3kv,額定電流為Ie=1008A,功率因數(shù)cosj=0.8,額定轉(zhuǎn)速Ne=187.5轉(zhuǎn)/分，頻率50HZ，飛逸轉(zhuǎn)速為430轉(zhuǎn)/分,轉(zhuǎn)動慣量450噸米,轉(zhuǎn)子重63.6噸,總重量138.6噸,杭州發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)。 調(diào)速器，型號WT-100,雙微機(jī)調(diào)速器。 永磁機(jī)，型號TY65/133-16,功率1.5KVA,110V,25HZ,哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)。 發(fā)電機(jī)勵磁裝置，自并激可控硅勵磁裝置，勵磁變壓器SL1

5、-250/10,接法:Y/Y-12。1.2.2負(fù)荷情況： D1為本縣城,Pe5000KW,COS=0.8,距本站35KM,可用單回架空線供電。D2為本縣一個有色金屬開發(fā)基地，Pe=3000kw,cos=0.8,距本站55KM,可用單回架空線經(jīng)D1供電。 D3為本縣一個新興城鎮(zhèn),Pe=3000KW,cos=0.8，距本站25KM,可用單回架空線供電。D3所采用的降壓變的型號為SJL1-4000/35/10.5,Y/D-11,Ud%=7 D4為本縣新興城鎮(zhèn)的一個現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)開發(fā)基地,Pe=2000KW,COS=0.7,距本站45KM（距新興城鎮(zhèn)20KM）,可用單回架空線經(jīng)D3供電。D4所采用的降壓變

6、的型號為SJL1-3150/35/10.5,Y/D-11,Ud%=7 D5為本縣一個新興工業(yè)城鎮(zhèn),Pe=3000KW,COS=0.8,距本站30KM,可用單回架空線供電。 D6為近區(qū)負(fù)荷,距本站6KM,Pe=1000KW,COS=0.7,可用10KV單回線配電。 本站生活變壓器型號：SL7-630/10.5, 容量：630KVA，額定電壓：10.5/0.4/0.23(KV),阻抗電壓Ud4.5,Y/Y0-12。1.2.3本站聯(lián)入系統(tǒng)設(shè)計 (1)本站可通過一回架空線路與本地區(qū)電力系統(tǒng)的距本站50KM的110KV樞紐變電所B1相連,以便豐水季節(jié)將本站17000KW的多余電力送入系統(tǒng),在枯水季節(jié)(元

7、月份)由本站供電的地方負(fù)荷需從系統(tǒng)倒送電能。 (2) 在本站某江上游30KM處,正在興建一個小型水電站,裝機(jī)容量為4×3000KW,在豐水季節(jié)尚有7000KW的多余電能,需經(jīng)本站送入地區(qū)電力系統(tǒng)。 附圖4為本地區(qū)電力系統(tǒng)電源點地理位置示意圖。 附圖5為本地區(qū)電力系統(tǒng)接線圖1.2.4各發(fā)電廠和變電所情況簡介：(1)本地區(qū)電力系統(tǒng)可分為三部分:東部系統(tǒng): Smax=75MVA,Xmax=0.57,Smin=45MVA,Xmin=0.79;西部系統(tǒng): Smax=100MVA, Xmax=0.43,Smin=60MVA,Xmin=0.61(電抗值均為以Sj=100MVA為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值)中部系

8、統(tǒng):見附圖4各電源點間的送電線路主要采用110KV電壓等級,三部分通過兩個110KV樞紐變電所相聯(lián)接。(2) 中部系統(tǒng)共6個電站,情況如下: *F1為中型火電廠,2臺汽輪發(fā)電機(jī)(2×1200KW),該站附近有煤礦,燃料豐富,運(yùn)輸方便,熱效率高,發(fā)電成本低,豐水季節(jié)在系統(tǒng)中擔(dān)任腰荷,枯水季節(jié)滿發(fā)并擔(dān)任基荷,它是本地區(qū)電力系統(tǒng)枯水季節(jié)的主要電源點. *F2為中型水電站,4臺水輪發(fā)電機(jī)(4×12500KW),旬調(diào)節(jié)水庫,年利用小時數(shù)4700小時/年,保證出力10000KW,主要運(yùn)行方式是豐水季節(jié)任基荷和腰荷. *F3為小型火電廠,4臺汽輪發(fā)電機(jī)(4×3000KW),主要

9、向地方負(fù)荷供電. *F4為中型水電站,4臺水輪發(fā)電機(jī)(4×8800KW),季調(diào)節(jié)水庫,年利用小時數(shù)5300小時/年,保證出力9200KW,豐水季節(jié)任基荷,枯水季節(jié)調(diào)峰,向地方負(fù)荷和地方電力系統(tǒng)供電,此電站即為本次設(shè)計電站. *F5為小型水電站,4×3000KW,位于F4上游,月調(diào)節(jié)水庫,年利用小時數(shù)為5100小時/年,保證出力3000KW,向地方負(fù)荷和地區(qū)電力系統(tǒng)供電. *F6為小型火電廠,2×6000KW,主要向地方負(fù)荷供電.(3)110KV變電所簡介: *B1變電所裝有2臺三卷變2×40000KVA,它處于本地區(qū)專暑所在城市附近5KM處,供電范圍大,

10、負(fù)荷重,本地區(qū)的主要電源點均與該所相連,與無窮大電力系統(tǒng)的一點聯(lián)網(wǎng)點也設(shè)在該所,地位十分重要,為本地區(qū)電力系統(tǒng)的樞紐變電所. *B2變電所裝有2臺三卷變2×31500KVA,供電范圍大,負(fù)荷重,為本地區(qū)西部的中心變電所,它匯集了西部各電源點的電能后，與B1變電所相連.經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較,本水電站F4擬定采用附圖6所示的主接線方案(電氣一次設(shè)備已經(jīng)選定,參數(shù)如圖).1.3 設(shè)計內(nèi)容及要求: 課題：110KV出線線路的保護(hù)配置及相間距離保護(hù)整定計算 a、短路電流計算 計算時間:0S和4S(0S用于主保護(hù)，4S用于后備保護(hù)) 最大運(yùn)行方式下的三相短路電流計算(用于保護(hù)整定計算) 最小運(yùn)行方式

11、下的兩相短路電流計算(用于保護(hù)校驗)b、設(shè)計本站與樞紐變B1聯(lián)絡(luò)的110KV出線線路的保護(hù)配置及相間距離保護(hù)整定計算和校驗（I、II段采用方向阻抗特性，III段采用偏移度為0.2的偏移阻抗特性）,用計算機(jī)繪制該線路測量、控制、保護(hù)、信號回路圖一套。注：CT變比根據(jù)輸送容量自行確定 全系統(tǒng)線路阻抗角jd=70° 本聯(lián)絡(luò)線上最大負(fù)荷自啟動系數(shù)為1.5，負(fù)荷功率因數(shù)COS=0.8 樞紐變B1高壓母線上其他線路的后備保護(hù)的最大時限為4S1.4 保護(hù)配置1.4.1三段式相間距離保護(hù)距離保護(hù)是反應(yīng)故障點至保護(hù)安裝處之間的阻抗，并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近確定動作時間的一種保護(hù)裝置。該裝置的主要元件為阻抗繼電

12、器，它可以根據(jù)其端子上所加的電壓和電力測知保護(hù)安裝處到短路點的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測量阻抗。當(dāng)短路點距保護(hù)安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短；當(dāng)短路點距保護(hù)安裝處遠(yuǎn)時，其測量阻抗增大，動作時間增長，這就保證了保護(hù)有選擇性地切除故障線路。距離保護(hù)為低量保護(hù)，反應(yīng)電氣量（阻抗）降低而動作。距離保護(hù)的主要優(yōu)點是保護(hù)范圍以及靈敏系數(shù)等方面基本不受電網(wǎng)接線方式及系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，因為測量阻抗Zj=Uj/Ij，當(dāng)線路出現(xiàn)故障時，線路電壓U降低，電流I增大，靈敏度Klm增大；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時，Zj基本不變，受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響小。所以，在35KV及以上電壓的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，采用距離保護(hù)。在距離保護(hù)中

13、，設(shè)置距離I 、II、 III段，距離I段按躲開下一條線路出口處短路的原則整定；距離II段與相鄰線路距離保護(hù)I段相配合，或躲開線路末端變電所變壓器低壓出口側(cè)出口處短路時的阻抗值整定；距離III段按躲開最小負(fù)荷阻抗來整定。距離I段是瞬時動作，但只能保護(hù)線路全場的80%90% ，因此，設(shè)置距離II段，II段能保護(hù)線路全場，設(shè)置距離III段作為后備。其中I、II段作為線路主保護(hù)，III段作為后備保護(hù)。在本設(shè)計中，距離I、II段為方向阻抗特性；III段為偏移阻抗特性，偏移度=0.2。1.4.2重合閘的作用重合閘投入，當(dāng)線路發(fā)生故障跳閘時，重合閘啟動，重新合上開關(guān)，若是瞬時性故障，則重合閘成功，若是永久

14、性故障，則開關(guān)再次跳閘，重合閘失?。≈饕康氖菫榱吮ＷC供電的可靠性，據(jù)統(tǒng)計，線路故障有90%為瞬時性故障，因此啟用重合閘裝置大大提高了供電的可靠性！110220KV中性點直接接地電力網(wǎng)中的線路保護(hù)110220KV直接接地電力網(wǎng)的線路，應(yīng)在規(guī)定裝設(shè)反應(yīng)相間短路和接地短路保護(hù)。全線速動保護(hù)應(yīng)按下列原則配置，符合下列條件之一時，應(yīng)裝設(shè)一套全線速動保護(hù)。a 根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定要求有必要時；b 線路發(fā)生三相短路，如使發(fā)電廠廠用母線電壓低于允許值（一般約為70%額定電壓），且其他保護(hù)不能無時限和有選擇地切除短路時；c 如電力網(wǎng)的某些主要線路采用全線速動保護(hù)后，不僅改善本線路保護(hù)性能，而且能夠改善整個電網(wǎng)保護(hù)的性

15、能。1.5 短路電流計算說明1.5.1短路計算軟件基本說明 短路計算是保護(hù)整定計算和電氣設(shè)備選擇校驗的重要一句，本次短路計算采用正序等校訂則和運(yùn)算曲線法，利用短路計算程序完成。短路計算步驟如下：（1）針對對所計算的地區(qū)電網(wǎng)在最大及最小運(yùn)行方式下的之路及接點進(jìn)行編號，形成最大及最小網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。節(jié)點編號順序：先短路節(jié)點，后其他節(jié)點，所有電源節(jié)點作為參考節(jié)點0；之路編號順序：先電源之路（水電，火電，有限系統(tǒng)，無限系統(tǒng)），后其他支路。（2）運(yùn)行“輸入系統(tǒng)參數(shù)模塊”*輸入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)；*輸入系統(tǒng)基本參數(shù)；*輸入支路原始參數(shù)。（3）運(yùn)行“支路正、負(fù)需電抗計算模塊”。（4）運(yùn)行“短路電流計算模塊”。從工程需

16、要出發(fā)，分別對系統(tǒng)最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式下的三相短路、兩項短路進(jìn)行了計算，計算出短路發(fā)生后0S和4S各支路的短路電流和母線殘余電壓（有名值為歸算到短路點電壓等級下的數(shù)據(jù)，短路電流數(shù)值為三相中最大短路電流值）。整定計算中，所有主保護(hù)皆采用0S的短路計算結(jié)果；所有的后備保護(hù)皆采用4S的短路計算結(jié)果。1.5.2系統(tǒng)拓?fù)鋱D最大運(yùn)行方式下的系統(tǒng)拓?fù)鋱D（見附圖1）1.5.3所需短路點短路計算情況表1短路點基本情況短路點短路類型支路編號運(yùn)行方式短路時間數(shù)值（KA）1三相短路14最大4秒9.1961三相短路15最大4秒9.1961三相短路18最大4秒1.1762三相短路14最大4秒21.0672三相短路1

17、6最大4秒22.4682三相短路18最大4秒2.483三相短路17最大4秒2.6373三相短路18最大4秒0.3734三相短路13最大4秒3.9224三相短路18最大4秒0.555三相短路11最大4秒2.8635三相短路18最大4秒0.8116三相短路12最大4秒2.3166三相短路18最大4秒0.286第二章 保護(hù)整定計算2.1 TA、TV變比的選擇：2.1.1 TA變比選擇：一次負(fù)荷電流：Ifh.e =則TA計算變比為：Ifh.e /5=151/5根據(jù)選擇TA實際標(biāo)準(zhǔn)變比nL不小于并趨近于計算變比（保證實際二次額定電流不超過5A）的原則，所以選擇TA的變比為160/52.1.2 TV變比選

18、擇：nY=110/0.12.2相間距離I段整定計算圖1一次側(cè)（保護(hù)）整定阻抗：（ZL：本線路阻抗）二次側(cè)（繼電器）整定阻抗：最大靈敏角lm=70°確定動作時限2.3 相間距離II段整定計算助增電源分支系數(shù)Kfz>1，而距離II段整定時Kfz應(yīng)取最小值應(yīng)考慮無助增電源情況，即（1）考慮與相鄰線路配合：與11線路配合： 與12線路配合：與13線路配合：與17線路配合：（：本線路阻抗；：相鄰線路阻抗；取0.8）（2）考慮與相鄰變壓器配合：（Z*B1(H-M)：變壓器B1高-中壓側(cè)間的阻抗標(biāo)幺值；Z*B1(H-L)：B1高-低壓側(cè)間的阻抗標(biāo)幺值；Ue.b保護(hù)安裝處電壓等級的平均電壓；S

19、j：基準(zhǔn)容量；取0.7）?。?）（2）中較小者作為最終的lm=70°校驗靈敏度： < 1.25 不滿足要求確定動作時限因為不滿足要求，所以采取與相鄰線路段配合且保留不靈敏II段與相鄰的接入無窮大系統(tǒng)的20km線路的II段配合：與相鄰的30km線路的II段配合：與相鄰的50km線路的II段配合：（取0.8；取0.7）選取最小值二次側(cè)（繼電器）整定阻抗：確定動作時限t=1s再次校驗靈敏度： >1.25 滿足要求2.4相間距離段整定計算最小負(fù)荷阻抗： （Kh一般取1.15）二次側(cè)（繼電器）整定阻抗：III段采用偏移特性：最大靈敏角由于：X2 = (Zdz.j.f)2(Zzd)2

20、2 Zdz.j.f ·Zzd·cos(d-f)Y2 = (Zdz.j.f)2(Zzd)22 Zdz.j.f ·Zzd·cos(d-f)X2Y2=(1) Zzd 2得：·Zzd2Zdz.j.f ·(1)Zzd·cos(d-f)(Zdz.j.f)2=0校驗靈敏度： 作為近后備時：>1.5，（滿足要求）作為遠(yuǎn)后備時：校驗遠(yuǎn)后備時，存在分支，分支系數(shù)Kfz應(yīng)考慮最大值Kfz.max，故應(yīng)考慮助增電源的情況。用4s的短路電流計算。由于有多個相鄰元件，應(yīng)分別校驗作為這些相鄰元件遠(yuǎn)后備時的靈敏度（1） 作為相鄰20km線路遠(yuǎn)后備時的

21、靈敏度校驗：最大運(yùn)行方式下相鄰線路末端三相短路時，流過本支路的短路電流：最大運(yùn)行方式下相鄰線路末端三相短路時，流過相鄰支路的短路電流>1.2（滿足要求） （2） 作為相鄰30km線路遠(yuǎn)后備時的靈敏度校驗：最大運(yùn)行方式下相鄰線路末端三相短路時，流過本支路的短路電流：最大運(yùn)行方式下相鄰線路末端三相短路時，流過相鄰支路的短路電流>1.2（滿足要求） （3） 作為相鄰50km線路遠(yuǎn)后備時的靈敏度校驗：最大運(yùn)行方式下相鄰線路末端三相短路時，流過本支路的短路電流：最大運(yùn)行方式下相鄰線路末端三相短路時，流過相鄰支路的短路電流<1.2（不滿足要求） （4） 作為相鄰60km線路遠(yuǎn)后備時的靈敏

22、度校驗：最大運(yùn)行方式下相鄰線路末端三相短路時，流過本支路的短路電流：最大運(yùn)行方式下相鄰線路末端三相短路時，流過相鄰支路的短路電流<1.2（不滿足要求） （5） 作為相鄰變壓器B1遠(yuǎn)后備時的靈敏度校驗：變壓器35KV側(cè) Kfz1=7.82； Kfz2=7.82：最大運(yùn)行方式下d9點三相短路時，流過本支路的短路電流：最大運(yùn)行方式下d9點三相短路時，流過B1高壓側(cè)的短路電流：最大運(yùn)行方式下d9點三相短路時，流過B1中壓側(cè)的短路電流Klm.d9 = (·)/(XL.B/sind)+Kfz1·X*B1(H)·+ Kfz2·X*B1(M)· =1.3

23、9>1.2 (滿足要求)變壓器10KV側(cè)： Kfz1=8.49； Kfz2=9.06：最大運(yùn)行方式下d10點三相短路時，流過本支路的短路電流：最大運(yùn)行方式下d10點三相短路時，流過B1高壓側(cè)的短路電流：最大運(yùn)行方式下d10點三相短路時，流過B1低壓側(cè)的短路電流Klm.d10 =/(XL.B/sind)+Kfz1·X*B1(H)·+ Kfz2·X*B1(L)· =0.72<1.2 (不滿足要求)若作為遠(yuǎn)后備的Klm>1.2，則滿足要求，如果不滿足要求，則相應(yīng)的相鄰元件必須有自己的近后備。動作時限按階梯原則確定第三章 總結(jié)通過一個多星期的繼電保護(hù)課程設(shè)計，雖然時間不長，但期間有許多事情讓我難忘，我從中學(xué)到了很多寶貴的經(jīng)驗和知識。對電氣二次設(shè)計的過程有了一個很大程度了解，為以后的工作打下了一個堅實的基礎(chǔ)。在實際操作中我們應(yīng)該學(xué)會如何和同學(xué)一起合作，以提高工作