110KV南汇滨海变电站继电保护及其自动装置整定计算 毕业设计.doc
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1、1 110KV 南汇滨海变电站继电保护 及自动装置整定计算 摘要:本文针对 110KV 中性点接地电网发生短路时的特点,对 110KV 乌江变电所的主变和 各电压等级出线进行继电保护、自动装置的配置和继电保护整定计算。主变的主保护为瓦 斯保护、纵差动保护,后备保护包括复合电压启动过电流保护、零序过电流保护、过负荷 保护等;110KV 出线的主保护为距离保护,后备保护为零序过电流保护;35KV 和 10KV 所有 出线配置保护为过电流保护段和过电流保护段;变电所的自动装置包括自动重合闸、 备用电源自投入、按频率自动减负荷装置等。本变电站继电保护和自动装置的配备严格遵 守设计手册,满足变电站继电保
2、护和自动装置的设计要求,参照系统实际情况,符合继电 保护的“四性” 。在大量参阅文献的基础上完成,在大学所学知识的基础上得以延伸。 关键词:继电保护;自动装置;主保护;后备保护 2 【Abstract】 In this paper, according to the characteristics of the 110 KV Neutral Ground Network when the short circuit occurredThe protection relay and automatic device for the main transformer and the lines o
3、f all the voltage in 110KV are allocated in Wujiang SubstationThe main protection of the main transformer is gas protection and the longitudinal differential protection,the backup protection of the main transformer is voltage start of the current protection、zero sequence over-current protection、over
4、load protection and so onThe main protection of the lines in 110KV is distance protection,the backup protection of the lines in 110KV is zero sequence over-current protectionThe main protection of the lines in 35KV and 10KV is the section of the current protection,the backup protection of the lines
5、in 35KV and 10KV is the section of the current protection. The automatic device of the substation include the automatic reclosing、the standby power input、by reducing the frequency automatic load device and so on. The configuration of the protection relay and automatic device in the station strictly
6、obey the design manual,meet the design requirements of the protection relay and automatic device in the stationIn line with the actual situation of the power system and the “four characteristics” Based on many of this kind literature, extend the knowledge in college Key Words: Protection relay;Autom
7、atic device;Main protection;Backup protection 3 目录 1 引言 5 2 变电所继电保护及自动装置配 置 8 2.1 变电所继电保护配置 8 2.1.1 主变保护配置 .8 2.1.2 110KV 线路保护配置 10 2.1.3 35KV 和 10KV 出线保护配置 12 2.2 变电所自动装置配置 .13 2.2.1 备用电源自投入 13 2.2.2 自动按频率减负荷装置 15 2.2.3 自动重合闸 16 3 主变的保护定值计算 .18 3.1 主变保护 配置 .18 3.2 1 主变的保护定值计算 19 3.2.1 1 主变的瓦斯保护 19
8、3.2.2 1 主变的纵差动保护 20 3.3 2 主变的保护定值计算 34 3.3.1 2 主变的瓦斯保护 34 3.3.2 2 主变的纵差动保护 34 4 结论 .38 4 1 引言 电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分,对保证电力系 统的安全经济运行、防止事故发生或扩大起重大作用。 电力系统中的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、自然因素、 过电压、误操作、设计制造缺陷等原因会发生例如短路、断线等故障 1。最常 见的,同时也是最危险的故障是发生各种类型的短路。各种类型的短路包括三 相短路,两相短路,两相短路接地和单相接地短路。不同类型短路发生的概率 是不同的,不同类
9、型短路电流的大小也不同,一般为额定电流的几倍到几十倍。 大量的现场统计数据表明,在高压电网中,单相接地短路次数占所有短路次数 的 85以上。各种短路等故障及不正常运行状态的发生,均要靠系统中的继电 保护和自动装置切除。 为了在故障后迅速恢复电力系统的正常运行,或尽快消除运行中的异常情 况,以防止大面积的停电和保证对重要用户的连续供电,常采用一些自动化措 施,完成这些任务的自动装置统称为电网安全自动装置 2。 电网继电保护设计应满足电力系统对继电保护装置的四性的要求:可靠性、 选择性、灵敏性和速动性。其中可靠性是“四性”的前提,在拟制、配置和维 护保护装置时,都必须满足可靠性的要求。 电力系统时
10、非常复杂的有机联系的整体,任一电力设备和线路的故障不能 及时切除,都可能影响整个电力系统,影响程度大小主要视电力设备和线路在 电力系统中所处地位或重要性而定 3。因此,不同电压等级的电网中,各电力 设备和线路对“四性”的要求是有区别的,这是影响电网继电保护配置的主要 原因。在确定电网继电保护配置方案的具体设计中,一般要考虑如下问题: 1.电网的电压等级。一定的电压等级决定了一定的电网容量、供电负荷大 小与供电范围。同时,不同电压等级的电网具有不同的机电和电磁特性 4。 2.中性点接地方式。中性点接地方式主要影响电网中接地保护的选型和配 置。对中性点直接接地网,反应相间故障的继电保护采用三相式,
11、而中性点非 直接接地电网,反应相间故障的继电保护采用两相式。 3.电网结构方式。在电网电压、中性点接地方式确定后,电网结构方式是 影响继电保护方案的主要因素,虽然目前已有许多适应性很强的性能完善的继 5 电保护,但继电保护还不能保证任何形式的电网都能满足“四性”的要求。 4.电网对有选择行切除故障时间的要求 5.故障类型及机率 6.电网的事故教训和运行经验 7.保护应具有灵活性 8.设计方案要具有统一性和协调性 继电保护和安全自动装置由于本身的特点和重要性,要求采用成熟的特别 是符合我国电网要求的有运行经验的技术。不合理的电网结构、厂站主接线和 运行方式必将导致继电保护和安全自动装置配置困难,
12、接线复杂,有时为适应 一次部分某些特殊需要采用一些不成熟的非常规保护装置,由此往往引起保护 误动,甚至使一般性故障扩大为系统性事故,设计中必须引以为戒。 为了确保故障元件能够从电力系统中被切除,一般每个重要的电力元件配 备两套保护,一套为主保护,一套为后备保护 5。实践证明,保护装置拒动、 保护回路中的其他环节损坏、断路器拒动、工作电源不正常乃至消失等时有发 生,造成主保护不能快速切除故障,这时需要后备保护来切除故障。 由后备保护动作切除故障,一般会扩大故障造成的影响。为了最大限度的 缩小故障对电力系统正常运行产生的影响,应保证由主保护快速切除任何类型 的故障,一般后备保护都延时动作,等待主保
13、护确实不动作后才动作。因此, 主保护和后备保护之间存在动作时间和动作灵敏度的配合 6。 继电保护科学和技术是随电力系统的发展而发展起来的。19 世纪初,继电 器才广泛用于电力系统的保护。1901 年出现了感应型过电流继电器。1908 年提 出了比较被保护元件两端电流的电流差动保护原理,1910 年方向性电流保护开 始应用。1975 年前后诞生了行波保护装置。20 世纪 50 年代,随着晶体管的发 展,出现了晶体管式继电保护装置。20 世纪 80 年代后期,静态继电保护装置 由晶体管式向集成电路式过渡。20 世纪 70 年代后期,出现了性能比较完善的 微机保护样机并投入系统试运行。 我国的微机保
14、护研究起步于 20 世纪 70 年代末期、80 年代初期,尽管起步 晚,但是进展却很快。经过 10 年左右的奋斗,到了 80 年代末,计算机继电保 护,特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度。我国对计算机继电保 6 护的研究过程中,高等院校和科研院所起着先导的作用。1984 年原华北电力学 院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定,并在系统中获得应用,揭开了 我国继电保护发展史上的新一页,为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保 护方面,发电机失磁保护、发电机保护和发电机变压器组保护也相继于 1989 年、1994 年通过鉴定,投入运行。微机线路保护装置也于 1991 年通过鉴定。 微机相
15、电压补偿式方向高频保护,正序故障分量方向高频保护也相继于 1993 年、 1996 年通过鉴定。至此,不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特 色,为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护 装置。因此到了 90 年代,我国继电保护进入了微机时代。随着微机保护装置的 研究,在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果,并且应用于实际 之中。 继电保护技术发展趋势向计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量 和数据通信一体化发展 7。随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继 电保护领域中的普遍应用,新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护 中,以期取得更好的
16、效果,从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展,出 现了一些引人注目的新趋势 8: 1.自适应控制技术在继电保护中的应用 2.人工神经网络在继电保护中的应用 3.变电所综合自动化技术 总之,微机保护必将随着各种技术的进步和发展呈现更新的特征,也将获 得更广泛的应用。 2 变电所继电保护及自动装置配置 2.1 变电所继电保护配置 2.1.1 主变保护配置 变压器的故障及异常运行方式有: 1. 变压器外部短路引起的过电流。 2. 负荷长时间超过额定容量引起的过负荷。 3. 变压器温度升高和冷却能力的下降。 7 4. 变压器绕组的匝间短路。 5. 中性点直接接地电力网中,外部接地故障引起的过电流及中
17、性点过电压。 6. 变压器绕组及其引出线的相间短路和中性点接地侧的单相接地短路。 这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。此外,对于中性点不接地运行 的星形接线变压器,外部接地短路时有可能造成变压器重点过电压,威胁变压 器的绝缘。 110KV 电压等级的变压器,根据技术规程,规定应装设下列保护装置 9: 1. 对于变压器内部的各种短路及油面下降应装设瓦斯保护。 2. 对于变压器引出线、套管及内部的短路故障,可装设纵差动保护。 按照躲过最大不平衡电流方法的不同,变压器差动继电器可按照不同的工 作原理来实现,因此分成很多类,如带磁制动特性的 BCH-1、带短路线匝的 BCH-2、多侧磁制动特性的 B
18、CH-4 型差动继电器、鉴别涌流间断角的差动继电器、 二次谐波制动的差动继电器。主变配备的纵差动保护采用 RCS-9671/3 型二次谐 波制动带比率制动特性的变压器纵差动保护装置。该装置利用二次谐波制动原 理实现对主变的保护。 3对于外部相间短路引起的变压器过电流,采用复合电压起动的过电流保 护。 针对相间短路的保护有过电流保护、低电压启动过电流保护和复合电压启 动的过电流保护。复合电压启动过电流保护时低电压启动过电流保护的一个发 展。它将原来的三个继电器改由一个负序过电压继电器和一个接于线电压上的 低电压继电器组成。由于发生不对称故障时,都会出现负序过电压,故负序过 电压继电器作为不对称故
19、障的电压保护,而低电压继电器则作为三相短路故障 时的电压保护。 对于中压侧及低压侧均无电源的三绕组变压器,复合电压启动装于电源测 和低压侧。低压侧作为外部短路后备,以较短时限断开该侧断路器;电源侧保 护作为变压器内部故障及中压侧外部短路的后备,带两段时限,以第一段时限 断开中压侧短路器,以第二段时限断开全部断路器。 4.对 110KV 及以上中性点直接接地的电网中,采用零序电流保护反应变压 8 器接地短路。 电力系统中,接地故障是最常见的故障形式。接于中性点直接接地系统的 变压器,一般要求在变压器上装设接地保护,作为变压器主保护和相邻元件接 地保护的后备保护。 根据设计手册,对于中压侧及低压侧
20、均无电源的三绕组变压器,零序电流 保护安装于高压侧和中压侧,即 110KV 侧和 35KV 侧。 5.为防御长时间的过负荷对设备的破坏,应根据可能的过负荷情况装设过 负荷保护,带时限作用于信号。 2.1.2 110KV 线路保护配置 在我国除个别 110KV 及 154KV 地区电网外,其余 110KV 及以上电压等级电 网均属于中性点直接接地电网,应装设防御单相及多相短路与接地的保护。从 继电保护的观点来看,中性点直接接地电网的特点及对保护的影响主要有以下 几点 10: (1)中性点直接接地的高电压电网的显著特点是单相接地时有较大的零序 电流,因此要求快速切除故障; (2)由于短路、操作或负
21、载突变,可能引起系统振荡,产生电气量的对称 脉动变化,因此要求装设振荡闭锁装置; (3)当送电线采用单相自动重合闸或按相检修时,将出现短时或长期非全 相运行,产生稳定的负序和零序分量; 常见的线路保护有以下几种:三段式电流保护,距离保护,零序电流保护, 纵联保护。 三段式电流保护常应用于 35KV 及以下电压等级的电网中。计算、整定、接 线简单,该保护的定值选择、保护范围、以及灵敏度等受系统的运行方式变化 影响较大。因此 598 线路不采用三段式电流保护 距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征,测量电压与电流的比 值,反应故障到保护安装处的距离而工作的保护。可用于 110KV 及以上电网
22、中, 保护范围稳定,灵敏度高,受系统运行方式影响较小,可反应相间短路故障和 接地故障。因此 598 线路采用距离保护作为主保护。 零序电流保护的灵敏性较高,稳定性也较高,对于系统发生的某些不正常 9 运行状态,如系统振荡、短时过负荷等,零序电流保护不受他们的影响。可用 于 110KV 及以上的电网中,但是该保护对于运行方式变化很大或接地点变化很 大的电网,常不能满足其对保护的要求。因此 598 线路采用零序电流保护作为 其后备保护。 纵联保护时利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成保护 的。当线路发生区内故障、区外故障时,电力线两端的电流波形、功率方向、 电流相位以及两端的测量阻抗
23、都具有明显的差异,利用这些差异可以构成不同 原理的纵联保护。纵联保护常用于 220KV 及以上电网中。 因此 110KV598 乌工线采用距离保护作为主保护,采用零序电流保护作为后 备保护。 2.1.3 35KV 和 10KV 出线保护配置 输电线上发生相间短路时,故障相的电流增大,当线路电流超过规定值时, 继电器将动作于跳闸。过电流保护接线简单,动作迅速。对于 35KV 和 10KV 的出线,采用不带方向的三段式过电流保护作为主保护及后备保护,可以满足 选择性、灵敏性及快速切除故障的要求。 段电流保护又称无时限电流速断保护,为主保护的瞬时动作段,本段保 护不经时限元件,而以本身固有动作时限发
24、出跳闸脉冲。它能使被保护线路上 一部分或大部分的相间故障都能有选择性地瞬时切除,这将压缩与其有配合关 系的相邻线路上的其他后备保护的动作时限,从而降低电网内各处与其有配合 关系的保护的动作时限,提高系统保护水平。段电流保护按照出线末端在最 大运行方式下,发生三相短路时产生的最大短路电流整定。并利用保护范围校 验其灵敏度。 段电流保护又称定时限过电流保护,为后备保护段,它作为本线路主保 护拒动时的近后备保护,也作为过负荷时的保护。段电流保护的是按照最大 负荷电流来整定。并利用出线末端在最小运行方式下,发生两相短路时产生的 最小短路电流校验其灵敏度。 因此 35KV 和 10KV 的出线配置段过电
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