110kV输电线路L4继电保护整定计算 毕业设计(论文).doc
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1、 I 摘 要 本次设计为 110kV 输电线路 L4 继电保护整定计算,并根据继电保护配置原 理,对所选保护进行整定和灵敏度校验。本次设计首先对电网进行了短路电流计 算,而后对该段线路选择以距离保护作为主保护,零序电流保护作为该线路的接 地短路保护,并详细的阐述了距离保护和零序电流保护的原理、配置的基本原则 及计算原则,最后进行整定计算与校验。 经过对设计题目的分析、探究,此次设计先进行短路点的短路电流计算,从 而算出零序短路电流;而后确立了相间短路的距离保护和反应接地故障的零序电 流三段式保护,并对它们进行整定计算和灵敏性校验,且对所选择的保护装置进 行综合评价。 关键词 继电保护 ,整定计
2、算,短路电流计算,距离保护,零序电流保护 ABSTRACT II ABSTRACT This design is to work out wholly for 110kv transmitted lines L4 Relay protection setting calculation. according to the principle of protection configuration, and do the setting and sensitivity calibration to protection for the selected. The design is first
3、carried out on the grid short-circuit current calculation,and then I choose distance protection as main protection. Zero sequence current protection for this line earth-fault protection, and elaborate the principle of distance protection and Zero sequence current protection in detail, and the basic
4、principle of Configuration and principle of working out and Calculation principle,at last I did the setting calculation and checked it . After the analysis and research for this design, at firsr I do the short-circuit current calculation of short circuit point for this design,and get the value of ze
5、ro-sequence short-circuit current;and then established the distance protection of phase short circuit and zero sequence current three-step protection of reacted the ground fault,and next I do the setting calculation and sensitivity calibration for the design, and do the comprehensive evaluation for
6、protector of selected . Key words Relay Protection, Setting Calculation, Short-circuit current Calculation, Distance protection,Zero sequence current protection 目 录 1 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 1 绪 论 1 1.1 继电保护概述 .1 1.1.1 继电保护的重要性 .1 1.1.2 继电保护的任务 .1 1.1.3 对继电保护的基本要求 1 1.1.4 继电保护装置的基本原理 .3 1.1.5 继电保护装置的分
7、类 4 1.1.6 保护运行方式分析 .4 1.1.7 继电保护的未来发展 5 1.2 设计的题目和要求 6 1.2.1 题目的基本资料 .6 1.2.2 设计的目的 7 1.2.3 设计的要求 7 1.2.4 题目的分析 7 2 短路电流计算基本知识 9 2.1 短路电流计算概述 9 2.2 短路计算的作用 9 2.3 短路电流的危害及限制措施 9 2.3.1 短路电流的危害 .9 2.3.2 短路电流的限制措施 10 3 系统中各元件 的主要 参数的计算 11 3.1 电网等值计算图 11 3.2 基准值选择 .11 3.3 电网各元件参数计算及负荷电流 计算 11 3.3.1 输电线路等
8、值电抗计算 .11 3.3.2 变压器等值电抗计算 12 3.3.3 发电机等值电抗计算 13 3.3.4 最大负 荷电流计算 13 4 输电线路 L4 短路电流计 算 14 4.1 运行方式的选择原则 14 4.1.1 发电机、变压器运行方式选择的原则 14 4.1.2 线路运行方式选择原则 .14 4.2 流过保护的最大、最小短路电流计算方式的选择 .14 4.3 本次设计的具体运行方式的选择 .15 4.4 输电线路 L4 短路电流计算 15 4.4.1 电网等效电路图 .15 4.4.2 线路 L4 末端短路时最大零序电流计算 .15 目 录 2 5 整定计算基本知识 21 5.1 基
9、本任务 21 5.2 计算步骤 21 5.3 整定配合基本原则 22 5.4 整定系数分析 .23 5.4.1 可靠系数 23 5.4.2 返回系数 23 5.4.3 分支系数 23 5.4.4 灵敏系数 23 5.4.5 自起动系数 24 6 相间距离保护配置和整定计算 25 6.1 距离保护的基本工作原理 25 6.2 距离保护的时限特性 .27 6.3 距离保护的主要组成元件 28 6.3.1 起动元件 28 6.3.2 阻抗测量元件(ZI、ZII、ZIII ) .28 6.3.3 时间元件 28 6.3.4 出口执行元件 .28 6.4 距离保护的整定计算 .29 6.4.1 距离保护
10、第 I 段 29 6.4.2 距离保护第段 .30 6.4.3 距离保护第 III 段 .31 6.5 输电线路 L4 距离保护整定计算和校验 .32 6.5.1 距离保护段的整定计算 .32 6.5.2 距离保护 段的整定计算和校验 .32 6.6 距离保护评价 .33 7 零序电流保护配置和整定计算 34 7.1 零序电流保护基本工作原理 34 7.2 零序电流保护的特点 .35 7.3 零序电流保护整定计算的运行方式分析 .35 7.3.1 接地短路电流、电压的特点 35 7.3.2 接地短路计算的运行方式选择 36 7.3.3 流过保护最大零序电流的运行方式选择 36 7.3.4 最大
11、分支系数的运行方式和短路点位置的选择 36 7.4 110kV 线路零序电流保护整定原则 .37 7.5 零序电流保护的整定计算 37 7.6 输电线路 L4 零序电流保护的整定计算 .39 7.7 零序电流保护评价 39 总 结 40 参考文献 41 致 谢 42 1 绪论 1 1 绪论 1.1 继电保护概述 1.1.1 继电保护的重要性 系统的不正常运行状态是指系统中电气元件没有发生故障,但由于某种干扰, 电气参数偏离正常值,如设备的过负荷、系统发生震荡、功率缺额引起的频率降 低、发电机甩负荷引起的过电压等,都属于不正常运行状态不及时处理,就有可 能发展成故障。 系统的故障和不正常运行状态
12、都可能引起电力系统的事故。事故就是指整个 或部分电力系统遭到破坏,造成人员伤亡,对用户停电或降低到不能容许的地步。 系统中电气元件发生故障和不正常运行虽然无法避免,但系统发生故障却可 以预防。因为系统事故的发生,除去由于自然条件(如遭受雷击等)外,一般都 由设备制作质量不高、设计安装错误、运行或维护不当等原因造成。如果能一方 面加强电气设备的维护和检修,另一方面在电力系统中的每个元件上装设一种有 效的装置,当电气元件发生故障或不正常运行状态时,该装置能快速切断故障元 件的供电或向工作人员发出信号进行处理,则可以大大减少事故发生的几率。在 电力系统中起这种作用的装置即称为继电保护。 它在系统中的
13、作用是: 自动、快速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除,使故障元件免于 继续遭到破坏,使非故障元件能继续正常运行。 对电气元件的不正常运行状态能根据运行维护的条件发出信号、减负荷或 跳闸。 1.1.2 继电保护的任务 当被保护的电力系统元件发生故障时,应该由该元件的继电保护装置迅速 准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令,使故障元件及时从电力系统 中断开,以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏,降低对电力系统安全供 电的影响,并满足电力系统的某些特定要求,如保持电力系统的暂态稳定性等。 反应电气设备的不正常工作情况,并根据不正常工作情况和设备运行维护 条件的不同,例如有无经常值班人
14、员,发出信号,以便值班人员进行处理,或由装 置自动地进行调整,或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不 正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。 1.1.3 对继电保护的基本要求 1 绪论 2 对动作于跳闸的继电保护,在技术上一般应满足四个基本要求:选择性、速 动性、灵敏性、可靠性。即保护四性。 选择性: 选择性是指电力系统发生故障时,保护装置仅将故障元件切除,而使非故障 元件仍能正常运行,以尽量缩小停电范围。 例: 当 d1 短路时,保护 1、2 动跳 1QF、2QF,有选择性 当 d2 短路时,保护 5、6 动跳 5QF、6QF,有选择性 当 d3 短路时,保护 7、8
15、 动跳 7QF、8QF,有选择性 若保护 7 拒动或 7QF 拒动,保护 5 动跳 5QF(有选择性) 若保护 7 和 7QF 正确动作于跳闸,保护 5 动跳 5QF,则越级跳闸(非选择性) 小结:选择性就是故障点在区内就动作,区外不动作。当主保护未动作时,由近 后备或远后备切除故障,使停电面积最小。因远后备保护比较完善(对保护装置 QF、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用)且实现简单、 经济,应优先采用。 速动性: 快速切除故障。 提高系统稳定性; 减少用户在低电压下的动作时间; 1 2 减少故障元件的损坏程度 ,避免故障进一步扩大。 3 ;QFbhtt 故障切除时间; -
16、保护动作时间;bht -断路器动作时间;QF 一般的快速保护动作时间为 0.060.12s,最快的可达 0.010.04s。 一般的断路器的动作时间为 0.060.15s,最快的可达 0.020.06s。 灵敏性: 指在规定的保护范围内,对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装 置应在区内故障时,不论短路点的位置与短路的类型如何,都能灵敏地正确地反 应出来。 通常,灵敏性用灵敏系数来衡量,并表示为 。lmK 对反应于数值上升而动作的过量保护(如电流保护) 1 绪论 3 dzlm IK min保 护 的 动 作 参 数故 障 参 数 的 最 小 计 算 值保 护 区 内 金 属 性 短 路
17、时 对反应于数值下降而动作的欠量保护(如低电压保护) max.dzlm U故 障 参 数 的 最 大 计 算 值保 护 区 内 金 属 性 短 路 时保 护 的 动 作 参 数 其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型 和短路点来计算的。 在继电保护和安全自动装置技术规程中,对各类保护的灵敏系数 Klm的 要求都作了具体规定,在具体装置的灵敏度校验时可按照规程规定的灵敏性系数 来校验。 可靠性: 指发生了属于它改动作的故障,它能可靠动作,即不发生拒绝动作(拒动) ; 而在不改动作时,他能可靠不动,即不发生错误动作(简称误动) 。 影响可靠性有内在的和外在的因素,内
18、在的因素主要是装置本身的质量,包 括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明,触点多少等。 外在的因素主要是体现在运行维护水平、调试和安装是否正确上。 上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础,也是贯穿全课程的一个 基本线索。在它们之间既有矛盾的一面,又有在一定条件下统一的一面。 1.1.4 继电保护装置的基本原理 我们知道在电力系统发生短路故障时,许多参量比正常时候都了变化,当然 有的变化可能明显,有的不够明显,而变化明显的参量就适合用来作为保护的判 据,构成保护。比如:根据短路电流较正常电流升高的特点,可构成过电流保护; 利用短路时母线电压降低的特点可构成低电压保护;利用
19、短路时线路始端测量阻 抗降低可构成距离保护;利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护。除 此之外,根据线路内部短路时,两侧电流相位差变化可以构成差动原理的保护。 当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保护,如反应变压器油在故障时分解 产生的气体而构成的气体保护。 原则上说:只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征 (差别) ,即可形成某种判据,从而构成某种原理的保护,且差别越明显,保护 性能越好。 继电保护装置的组成: 被测物理量测量逻辑执行跳闸或信号 1 绪论 4 整定值 测量元件:其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量(如电流,电压, 阻抗,功率方向等) ,并与已给定
20、的整定值进行比较,根据比较结果给出逻辑信 号,从而判断保护是否该起动。 逻辑元件:其作用是根据测量部分输出量的大小,性质,输出的逻辑状态, 出现的顺序或它们的组合,使保护装置按一定逻辑关系工作,最后确定是否应跳 闸或发信号,并将有关命令传给执行元件。 执行元件:其作用是根据逻辑元件传送的信号,最后完成保护装置所担负的 任务。如:故障时跳闸,不正常运行时发信号,正常运行时不动作等。 1.1.5 继电保护装置的分类 继电保护装置一般可以按反应的物理量不同、被保护对象的不同、组成元件 的不同以及作用的不同等方式来分类,例如: 根据保护装置反应物理量的不同可分为:电流保护、电压保护、距离保护、 差动保
21、护和瓦斯保护等。 根据被保护对象的不同可分为:发电机保护、输电线保护、母线保护、变 压器保护、电动机保护等。在电气化铁道牵引供电系统中,主要有 110kV(或 220 kV)输电线保护、牵引变压器保护、牵引网馈线保护及并联电容器补偿装置 保护等。 根据保护装置的组成元件不同可分为:电磁型、半导体型、数字型及微机 保护装置等。 根据保护装置的作用不同可分为:主保护、后备保护,以及为了改善保护 装置的某种性能,而专门设置的辅助保护装置等。 当某一电气设备装设有多种保护装置时,其中起主要保护作用的保护装置称 为主保护;作为主保护装置备用保护的保护装置称为后备保护。后备保护又分为 近后备保护和远后备保
22、护,近后备保护指同一电气设备上多种保护的相互备用, 远后备保护则是指对相邻电气设备保护的备用。 1.1.6 保护运行方式分析 在选择保护方式及对其整定计算时,都必须考虑系统运方式变化带来的影响, 所选用的保护方式,应在各种系统运行方式下,都能满足选择性和灵敏性的要 求。对过量保护通常都是根据系统最大运行方式来确定保护整定值,以保证选择 性。灵敏性的校验应根据最小运行方式来进行,因为在最小运行方式下灵敏性满 足要求,则其他运行方式下,也一定满足要求。 最大运行方式 根据电力系统最大负荷的需要,电力系统中的发电设备都投入运行以及选择 1 绪论 5 的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式
23、。对继电保护而言,是 指短路时流过保护的短路电流最大的运行方式。 最小运行方式 根据系统最小负荷,投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接 地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护而言,是指短路时流过保护的短路 电流最小的运行方式。 正常运行方式 根据系统正常负荷的需要,投入与之相适应数量的发电机、变压器和线路的 运行方式称为正常运行方式。这种运行方式在一年之内的运行时间最长。 对于某些特殊运行方式,运行时间很短,对保护的选择性或灵敏性有困难时, 且保护拒动或误动不会引起大面积停电的情况下,可不予考虑。 1.1.7 继电保护的未来发展 继电保护技术未来趋势是向计算机化,网络化,智能化,
24、保护、控制、测量 和数据通信一体化发展。 计算机化-随着计算机硬件的迅猛发展,微机保护硬件也在不断发展。原 华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了 3 个发展阶段:从 8 位单 CPU 结 构的微机保护问世,不到 5 年时间就发展到多 CPU 结构,后又发展到总线不出模 块的大模块结构,性能大大提高,得到了广泛应用。但对如何更好地满足电力系 统要求,如何进一步提高继电保护的可靠性,如何取得更大的经济效益和社会效 益,尚须进行具体深入的研究。 网络化-计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱, 使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域,也 为各个工业
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