110KV電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝置設(shè)計畢業(yè)論文

目錄第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研………3第二部分設(shè)計說明…………………4第三部分設(shè)計成果…………………13第四部分結(jié)束語……………………14第五部分致謝…………15第六部分參考文獻…………………16第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研本設(shè)計為110kV系統(tǒng)繼電保護及自動裝置的設(shè)計與配置。該電網(wǎng)有110kV、35kV、10kV三個電壓等級。其中，110kV側(cè)為電源側(cè)，其它兩側(cè)均為負荷側(cè)。110kV為雙母分段接線，兩段分別與甲變電站和丁電廠連接，甲變電站由于110kV出線多，為檢修方便而設(shè)置了旁路母線和專用旁路開關(guān)。甲變電站有2回電纜供乙變電站兩臺三繞組變壓器供35kV和10kV負荷，還有2回線路和丁電廠聯(lián)絡(luò)。丁電廠將另2回110kV出線供丙變電站兩臺三繞組變壓器供35kV負荷。本設(shè)計以線路的保護為主，為防止線路的相間故障，由于電壓等級為110kV，故采用距離保護，對6條線路分別進行距離I、II、III段的整定與靈敏度的校驗。此外，為防止中性點直接接地系統(tǒng)中發(fā)生接地短路，產(chǎn)生很大的零序電流分量，線路還應(yīng)采用零序電流保護。連接甲變電站和丁電廠的雙回線路除了距離保護和零序電流保護外，還應(yīng)配置橫聯(lián)差動保護作為主保護的補充。其中包括相間橫聯(lián)差動電流保護及零序橫聯(lián)差動電流保護。為了更好地保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行，電力系統(tǒng)運行越來越依賴于自動控制技術(shù)，本設(shè)計還可以簡單地配置自動重合閘、備用電源自動投入和低頻減載等自動裝置。

第二部分設(shè)計說明本設(shè)計為110kV系統(tǒng)繼電保護及自動裝置的設(shè)計與配置。在繼電保護部分，本論文主要討論了線路的保護，其采用了距離保護和零序電流保護。對于雙回輸電線路，還進行了橫聯(lián)差動保護的整定。此外，對變壓器的保護做了簡單的配置與整定，以瓦斯保護、縱差動保護作為變壓器的主保護，過電流保護和過負荷保護作為其后備保護。最后，為了更好地保證系統(tǒng)安全、經(jīng)濟地運行，本設(shè)計還配置了自動重合閘、備用電源自動投入和自動低頻減載等自動裝置。2.1概述在電力系統(tǒng)的實際計算中，對于直接電氣聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，在制訂標(biāo)么值的等值電路時，各元件的參數(shù)必須按統(tǒng)一的基準值進行歸算。然而，從手冊或產(chǎn)品說明書中查得的電機或電器的阻抗值，一般都是以各自的額定容量和額定電壓為基準的標(biāo)么值。由于各元件的額定值可能不同，因此，必須把不同基準值的標(biāo)么阻抗換算成統(tǒng)一基準的標(biāo)么值。2.2參數(shù)歸算參數(shù)歸算至110KV側(cè)：取，，，甲變電站：電抗：負荷電流：乙變電站：丙變電站：丁電廠：線路：111、112線：113、114線：115、116線：2.3阻抗值1、甲變電站：其中系統(tǒng)電阻為0，所以有2、丁電廠2.4確定運行方式阻抗值1、最大運行方式2、最小運行方式甲變電站：丁電廠：相間橫聯(lián)差動電流方向保護用于兩側(cè)裝有四個斷路器的雙回線路。這種保護只保護相間短路故障。分別按不同的條件和項目進行整定。一、不帶電壓起動的橫聯(lián)差動電流方向保護的整定這種保護只需給出差電流元件動作電流。差電流元件動作電流按滿足以下兩個條件整定。（1）按躲開單回線路運行的最大負荷電流整定。即考慮另一回線路由一側(cè)向線路充電，充電側(cè)的橫聯(lián)差動電流方向保護不應(yīng)動作。其動作值計算公式為式中——可靠系數(shù)，取1.2；——返回系數(shù)，其大小按保護的具體類型決定，電磁型電流繼電器取0.85；——單回線路運行時的最大負荷電流。（2）按躲雙回線路外部短路時流過保護的最大不平衡電流整定。其動作值計算公式為其中式中——可靠系數(shù)，取1.3－1.5；——雙回線路外部短路時產(chǎn)生的最大不平衡電流；——由兩組電流互感器特性不同引起的不平衡電流；——由雙回線路阻抗不相等引起的不平衡電流；——電流互感器比誤差系數(shù)，取0.1；——電流互感器同型系數(shù)，同型式者取0.5，不同型式者取1；——雙回線路的正序差電流系數(shù)，由計算或?qū)崪y決定；——短路電流的非周期分量系數(shù)，一般電流繼電器取1.5－2；對能躲非周期分量的繼電器取1－1.3；——雙回線路外部三相短路時流過雙回線路中的最大總短路電流，短路點分別選在兩側(cè)母線上，取其中最大者。二、相間橫聯(lián)差動電流方向保護靈敏度校驗及相繼動作區(qū)的計算差電流元件靈敏度計算公式：式中——雙回線路內(nèi)部短路，流過橫聯(lián)差動電流方向保護的最小短路電流，其短路點選在一回線路的中點或選在一回線路的末端。靈敏度要求：當(dāng)雙回線路中的一回線路中點短路時，在兩側(cè)斷路器均未跳開之前，其中一側(cè)保護的靈敏系數(shù)應(yīng)不小于2；而在任何一側(cè)跳開之后，按線路末端短路時的靈敏度應(yīng)不小于1.5。三、相間橫聯(lián)差動電流方向保護死區(qū)的計算雙回線路中的一回線路，在靠近母線側(cè)附近的區(qū)域內(nèi)發(fā)生相間短路時，母線上殘壓很小，方向繼電器將會拒動，這個區(qū)域就是電壓死區(qū)。電壓死區(qū)一般不應(yīng)大于線路全長的10％；在線路末端附近的區(qū)域發(fā)生短路時，由于流入方向繼電器中的電流很小，繼電器將拒動，這個區(qū)域就是電流死區(qū)。對電流死區(qū)一般沒有要求，因為當(dāng)對側(cè)橫聯(lián)差動保護動作跳開斷路器后，電流死區(qū)將自動消失，它與電流元件的相繼動作區(qū)相比是較小的，所以一般可不考慮。四、具體整定計算（1）（2）取大者靈敏度校驗及相繼動作區(qū)的計算：（1）一回線路的中點短路A側(cè)：滿足要求。B側(cè)：滿足要求。（2）雙回線路中一回線路末端內(nèi)部短路及相繼動作時（a）A側(cè)：滿足要求。（b）B側(cè)：滿足要求。五、相間橫聯(lián)差動電流方向保護死區(qū)的計算雙回線路中的一回線路，在靠近母線側(cè)附近的區(qū)域內(nèi)發(fā)生相間短路時，母線上殘壓很小，方向繼電器將會拒動，這個區(qū)域就是電壓死區(qū)。電壓死區(qū)一般不應(yīng)大于全長的10%；在線路末端附近短路時，由于流入方向繼電器中的電流很小，繼電器將拒動，這個區(qū)域就是電流死區(qū)。對電流死區(qū)一般沒什么要求，因為當(dāng)對側(cè)橫聯(lián)差動保護跳開短路器后，電流死區(qū)將自動消失，它與電流元件的相繼動作區(qū)相比是較小的，所以一般可不考慮。確定電壓死區(qū)的整定計算：一般不需要十分精確，可用方向繼電器的最小動作電壓計算。例如LLG-3型方向繼電器，當(dāng)電流為5A時，其最小動作電壓為0.3V。整定公式：其中—方向繼電器最小動作電壓值（V）—方向繼電器死區(qū)長度（km）—當(dāng)雙回線路一回線路的保護出口發(fā)生三相短路時，流過被計算保護的最小短路電流（A）整定計算：由橫聯(lián)差動相繼動作驗算中可知，兩側(cè)保護出口三相短路流入繼電器的最大電流遠大于5A，故可按繼電器最小動作電壓計算其死區(qū)。則A側(cè)：B側(cè)：兩側(cè)方向繼電器電壓死區(qū)均小于10%，所以計算結(jié)果滿足要求?，F(xiàn)代生產(chǎn)的變壓器，雖然結(jié)構(gòu)可靠，故障機會較少，但在實際運行中，仍有可能發(fā)生各種類型故障和異常運行，為了保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)地運行，并將故障和異常運行對電力系統(tǒng)的影響限制到最小范圍，必須根據(jù)變壓器容量大小、電壓等級等因素裝設(shè)必要的、動作可靠性高的繼電保護裝置。一、變壓器保護的配置原則變壓器一般裝設(shè)下列繼電保護裝置：1、反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)故障和油面降低的瓦斯保護容量為800KVA及以上的油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護。當(dāng)油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生瓦斯或油面下降時，保護裝置應(yīng)瞬時動作于信號；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時，瓦斯保護宜動作于斷開變壓器各電源斷路器。對于高壓側(cè)未裝設(shè)斷路器的線路－變壓器組，未采取瓦斯保護能切除變壓器內(nèi)部故障的技術(shù)措施時，瓦斯保護可僅動作于信號。2、相間短路保護反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路的縱聯(lián)差動保護或電流速斷保護，對其中性點直接接地側(cè)繞組和引出線的接地短路以及繞組匝間短路也能起保護作用。容量為6300KVA以下并列運行的變壓器以及10000KVA以下單獨運行的變壓器，當(dāng)后備保護時限大于0.5s時，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。容量為6300KVA及以上、廠用工作變壓器和并列運行的變壓器、10000KVA及以上用電流速斷保護靈敏性不符合要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。對高壓側(cè)電壓為330KV及以上的變壓器，可裝設(shè)雙重差動保護。對于發(fā)電機變壓器組，當(dāng)發(fā)電機與變壓器之間有斷路器時，變壓器應(yīng)裝設(shè)單獨的縱聯(lián)差動保護，當(dāng)發(fā)電機與變壓器之間沒有斷路器時，100MW及以下的發(fā)電機，可只裝設(shè)發(fā)電機變壓器組共用的縱聯(lián)差動保護。100MW以上的發(fā)電機，除發(fā)電機變壓器組共用縱聯(lián)差動保護外，發(fā)電機還應(yīng)裝設(shè)單獨的縱聯(lián)差動保護。對于200MW及以上的汽輪發(fā)電機，為提高快速性，在機端還宜增設(shè)復(fù)合電流速斷保護，或在變壓器上增設(shè)單獨的縱聯(lián)差動保護，即采用雙重快速保護方式。如果變壓器的縱聯(lián)差動保護對單相接地短路靈敏性不符合要求，可增設(shè)零序差動保護。3、后備保護對于由外部相間短路引起的變壓器過電流，可采用下列保護作為后備保護。（1）過電流保護，宜用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應(yīng)考慮事故時可出現(xiàn)的過負荷。（2）負荷電壓起動的過電流保護，宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器及過電流保護不符合靈敏性要求的降壓變壓器。（3）負序電流保護和單相式低電壓起動的過電流保護，可用于63000KVA及以上的升壓變壓器。（4）對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，當(dāng)采用上述（2）、（3）保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。上述各項保護動作后，應(yīng)帶時限動作于跳閘。4、中性點直接接地電網(wǎng)中的變壓器外部接地短路時的零序電流保護110KV及以上中性點直接接地電網(wǎng)中，如果變壓器中性點可能接地運行，對于兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓變壓器或降壓變壓器上應(yīng)裝設(shè)零序電流保護，作為變壓器主保護的后備保護，并作為相鄰元件的后備保護。5、過負荷保護對于400KVA及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其它負荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負荷的情況裝設(shè)過負荷保護。對自耦變壓器和多繞組變壓器，保護裝置應(yīng)能反應(yīng)公共繞組及各側(cè)過負荷的情況。過負荷保護應(yīng)接于一相電流上，帶時限動作于信號。在無經(jīng)常值班人員的變電所，必要時過負荷保護可動作于跳閘或斷開部分負荷。根據(jù)以上原則，本設(shè)計中丙變電站主變壓器的保護配置如下：1）110kV側(cè)裝設(shè)縱差動保護為主保護，過電流和過負荷保護為后備保護。2）35kV側(cè)裝設(shè)縱差動保護為主保護。3）10kV側(cè)裝設(shè)縱差動保護為主保護，過電流保護為后備保護。8.2變壓器保護整定計算1、三繞組變壓器差動保護采用BCH－2差動繼電保護。變壓器B4以110KV側(cè)，計算各側(cè)一次額定電流，選擇保護用電流互感器變比，確定差動保護各臂中的二次額定電流。計算結(jié)果見下表。變壓器差動保護參數(shù)計算結(jié)果名稱各側(cè)數(shù)值額定電壓（KV）1103510額定電流（A）電流互感器的接線方式Ddy電流互感器一次電流計算值3149.2選用電流互感器變比電流互感器二次額定電流（A）2、確定保護裝置的動作電流避越變壓器的勵磁涌流2)避越35KV側(cè)外部短路時的最大不平衡電流35KV側(cè)三相短路：10KV側(cè)三相短路： 3）躲過電流互感器二次回路斷線的最大負荷電流4）確定差動繼電器的動作電流和基本側(cè)差動線圈的匝數(shù)差動繼電器的動作電流：差動繼電器匝數(shù)：實際整定匝數(shù)選用繼電器的實際動作電流：保護裝置的實際動作電流：5）確定非基本側(cè)工作線圈和平衡線圈匝數(shù)選取實際工作線圈匝數(shù)：6）計算由于整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差實際相對誤差。7）校驗保護的靈敏系數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)最小運行方式下，11KV側(cè)出口處發(fā)生兩相短路時，保護裝置的靈敏系數(shù)最低，靈敏系數(shù)滿足要求。

第三部分設(shè)計成果110KV系統(tǒng)如圖所示，圖中包括一個發(fā)電廠和三個變電所。甲變電站系統(tǒng)工程220KV降壓變電站，由二臺12萬千伏安三圈變壓器供電給110KV及35KV負荷。甲站有二回專線電纜供乙電站臺二臺三圈變壓器供35KV及10KV負荷。還有二回線路和丁電廠聯(lián)絡(luò)。丁電廠將另有二回110KV出線專供兩變電站二臺三圈變壓器（作雙圈變壓器用）供35KV負荷。甲變電站由于110KV出線多，為檢修方便而設(shè)置了旁路母線和專用旁路開關(guān)。乙、丙變電站主變壓器110KV中性點絕緣等級為全絕緣水平，運行中就主變壓器本身絕緣承受能力而言允許不接地運行，乙變電站10KV母線短路容量不得大于400MVA。甲變電站二臺主變220KV供電端電源短路容量歸算到本站主變高壓側(cè)為：“按無窮大容量計算”。丁電廠最大出力為20萬KW，最小出力為10萬KW，丁電廠除供丙變電站負荷外，還供本母線上其它負荷，計4－5萬KW，丁電廠由四臺變壓器供本母線電壓，丁電廠本身送上110KV最大母線，短路容量按1000MVA計算，最小短路容量按500MVA計算（每臺主變按同容量考慮）。由電網(wǎng)穩(wěn)定需要：要求對丁電廠當(dāng)任何運行方式下，系統(tǒng)上發(fā)生三相短路故障時母線殘壓若低于15％Ve，則必須在0.5S內(nèi)切除故障，而對甲變電站當(dāng)在任何運行方式下，系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時，母線殘壓若低于20％Ve，則必須在0.2S內(nèi)切除故障。線路上最大輸送負荷：111、112按100000KVA考慮，余下四線按80000KVA考慮，變電站中變壓器正常供電負荷一律按額定容量的75％作計算，最大供電負荷按1.05倍額定容量考慮。兩個終端變電站低壓側(cè)均作無電源考慮，乙變電站和丙變電站35KV側(cè)出線繼電保護整定最長時限按2.5S考慮，10KV側(cè)出線繼電保護整定最長時限1.5S考慮，變電站低壓側(cè)出線最大負荷電流按650A計算。丁電廠不考慮單獨運行，它應(yīng)保證至少有一回線和甲變電站及大電網(wǎng)相聯(lián)。丁電廠中4臺變壓器每兩臺按零序阻抗標(biāo)么值(以100MVA為基準)。各主變參數(shù)如下：甲變電站：,在電力系統(tǒng)的實際計算中，對于直接電氣聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，在制訂標(biāo)么值的等值電路時，各元件的參數(shù)必須按統(tǒng)一的基準值進行歸算。然而，從手冊或產(chǎn)品說明書中查得的電機或電器的阻抗值，一般都是以各自的額定容量和額定電壓為基準的標(biāo)么值。由于各元件的額定值可能不同，因此，必須把不同基準值的標(biāo)么阻抗換算成統(tǒng)一基準的標(biāo)么值。在選擇保護方式及對其進行整定計算時，都必須考慮系統(tǒng)運行方式變化帶來的影響。所選用的保護方式，應(yīng)在各種系統(tǒng)運行方式下，都能滿足選擇性和靈敏性的要求。對過量保護來說，通常都是根據(jù)系統(tǒng)最大運行方式來確定保護的整定值，以保證選擇性，因為只要在最大運行方式下能保證選擇性，在其它運行方式下也一定能保證選擇性；靈敏度的校驗應(yīng)根據(jù)最小運行方式來進行，因為只要在最小運行方式下，靈敏度符合要求，在其它運行方式下，靈敏度以一定能滿足要求。變壓器中性點接地數(shù)目的多少和分配地點，對零序電流保護影響極大，通常由繼電保護整定計算部門決定。變壓器中性點接地方式的選擇，一般可按下述條件考慮。距離保護是根據(jù)故障點離保護裝置處的距離來確定其動作的，較少受運行方式的影響，在110－220kV電網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計為110kV電網(wǎng)，故采用距離保護來切除線路的相間故障。雙回線路的特點是兩條線路在兩端均有相連的公共母線，雙回線路的線路長度也應(yīng)相差不多。雙回線路的保護的配置，除了與單回線路相同外，根據(jù)雙回線路的結(jié)構(gòu)，還可采用橫聯(lián)差動保護作為主保護的補充。由于橫聯(lián)差動保護差電流元件有相繼動作區(qū)，使切除故障時間加長，所以，嚴格地講，橫聯(lián)差動保護還不能算是完善的主保護。此外，橫聯(lián)差動保護電流方向保護，其方向元件還有電流死區(qū)和電壓死區(qū)。中性點直接接地系統(tǒng)中發(fā)生接地短路，將產(chǎn)生很大的零序電流分量，利用零序電流分量構(gòu)成保護，可作為一種主要的接地短路保護。因為它不反映三相和兩相短路，在正常運行和系統(tǒng)發(fā)生振蕩時也沒有零序分量產(chǎn)生，所以它有較好的靈敏度。零序電流保護一般按階梯特性構(gòu)成，其整定配合遵循反映同種故障類型的保護上下級之間必須相互配合的原則，主要考慮與下一級的接地保護相配合。現(xiàn)代生產(chǎn)的變壓器，雖然結(jié)構(gòu)可靠，故障機會較少，但在實際運行中，仍有可能發(fā)生各種類型故障和異常運行，為了保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)地運行，并將故障和異常運行對電力系統(tǒng)的影響限制到最小范圍，必須根據(jù)變壓器容量大小、電壓等級等因素裝設(shè)必要的、動作可靠性高的繼電保護裝置。自動重合閘的采用是系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的客觀要求。架空線路絕大多數(shù)的故障都是瞬時的，主要是由雷電所引起的閃絡(luò)。永久性故障一般不到10％。因此，采用自動重合閘，不僅提高供電的安全性，減少停電損失，自動恢復(fù)整個系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)，而且對高壓電網(wǎng)還提高了其暫態(tài)穩(wěn)定水平，增大送電容量。除此之外，如果系統(tǒng)中一組元件因故障斷開而引起其它相關(guān)聯(lián)電力設(shè)備過負荷，則可以在過負荷的允許時間內(nèi)，使系統(tǒng)自動恢復(fù)原來的狀態(tài)，既避免了設(shè)備過負荷，又按事先預(yù)定控制條件與動作程序自動恢復(fù)正常運行。遠動終端就是電網(wǎng)監(jiān)視和控制系統(tǒng)中安裝在發(fā)電廠或變電站的一種遠動裝置，簡稱RTU。RTU采集所在發(fā)電廠或變電站表征電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的模擬量或狀態(tài)量，監(jiān)視并向調(diào)度中心傳送這些模擬量和狀態(tài)量，執(zhí)行調(diào)度中心發(fā)往所在發(fā)電廠或變電站的控制和調(diào)節(jié)命令。

第四部分結(jié)束語眾所周知，繼電保護的整定計算對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和對重要用戶的可靠連續(xù)供電等方面有著重要的作用和意義。對于保護工作者來說，更需要把理論與實際結(jié)合起來，不僅要考慮到整個裝置的經(jīng)濟性，