35kV电网继电保护设计毕业设计论文.doc
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1、1- 摘要 本次继电保护设计是 35KV 电网继电保护设计(多电源环网,单 侧电源线路保护整定) 。 本次设计中采用 WXB11C 型微机保护对电网进行保护,首先介 绍了电力系统继电保护的基础知识,然后根据给定 35KV 电网的接线 图及参数,进行短路电流计算,制定出反应其输电线路上相间短路、 接地短路故障的继电保护配置方案。通过对所配置的继电保护进行 整定计算和校验,论证继电保护配置的正确性。并加装自动重合闸 装置,提高供电可靠性。 关键词: 短路电流计算;电网继电保护;输电线路继电保护;重合 闸 2- 1- 目 录 1 概 述 .1 1.1 电力系统继电保护的作用 1 1.2 电力系统继电
2、保护技术与继电保护装置 1 1.3 继电保护的基本要求 1 1.4 电网继电保护的设计原则 2 2 系统中各元件的主要参数计算 .3 2.1 标幺制及标幺值计算方法 3 2.2 双绕组变压器的参数计算 3 2.3 绕组变压器的参数计算 4 2.4 输电线路参数的计算 4 3 中性点接地的选择 5 3.1 35KV 中性点直接接地电网中线路的保护 5 3.2 高频保护整定时考虑的几个问题 5 3.3 高频闭锁距离保护的整定计算 5 4 短路电流的计算 .8 4.1 三相短路电流计算 8 5 继电保护整定 .10 5.1 对保护进行整定计算 .10 5.2 护进行整定计算 .11 2- 5.3 对
3、保护进行整定计算 .12 5.5 对保护进行整定计算 .13 6 短路电流计算说明书 .16 6.1 三相短路电流计算 .16 6.2 两相短路电流计算 .18 6.3 继电保护整定 .21 7 零序电流保护的整定计算 .24 7.1 零序电流保护瞬时段(段)的整定计算 .24 7.2 零序电流保护(段)的整定计算 .24 7.3 零序电流保护(段)的整定计算 .24 7.4 零序方向元件灵敏度的校验 .25 结 束 语 .26 致谢 .27 参考文 献 28 1- 1 概 述 1.1 电力系统继电保护的作用 电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。 1.2 电力系统继电保护技术与继
4、电保护装置 1.2.1 统继电保护技术要求 (1)起动失灵的保护为线路、过电压和远方跳闸、母线、短引线、 变压器(高抗)的电气量保护。 (2)断路器失灵保护的动作原则为:瞬时分相重跳本断路器的两个 跳闸线圈;经延时三相跳相邻断路器的两个跳闸线圈和相关断路器 (起动两套远方跳闸或母差、变压器保护) ,并闭锁重合闸。 (3)失灵保护应采用分相和三相起动回路,起动回路为瞬时复归的 保护出口接点(包括与本断路器有关的所有电气量保护接点) 。 (4)断路器失灵保护应经电流元件控制实现单相和三相跳闸,判别 元件的动作时间和返回时间均不应大于 20ms。 (5)重合闸仅装于与线路相联的两台断路器保护屏(柜)
5、内,且能 方便地整定为一台断路器先重合,另一台断路器待第一台断路器重 合成功后再重合。 (6)断路器重合闸装置起动后应能延时自动复归,在此时间内断路 器保护应沟通本断路器的三跳回路,不应增加任何外回路。 (7)闭锁重合闸的保护为变压器、失灵、母线、远方跳闸、高抗、 短引线保护。 (8)短引线保护可采用和电流过流保护方式,也可采用差动电流保 护方式。 (9)短引线保护在系统稳态和暂态引起谐波分量和直流分量影响下 不应误动作。 (10)短引线保护的线路或变压器隔离刀闸辅助接点开入量不应因 高压开关场强电磁干扰而丢失信号。对隔离刀闸辅助接点的通断应 有监视指示。 1.2.2 继电保护装置 继电保护装
6、置,就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或 不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置 1.3 继电保护的基本要求 对继电保护装置有哪些基本要求 要求是:选择性、快速性、灵 敏性、可靠性。 选择性:系统中发生故障时,保护装置应有选择 2- 地切除故障部分,非故障部分继续运行; 快速性“短路时,快速 切除故障这样可以缩小故障范围,减少短路电流引起的破坏; 减少对用记的影响;提高系统的稳定性; 灵敏性:指继电保护 装置对保护设备可能发生的故障和正常运行的情况,能够灵敏的感 受和灵敏地作,保护装置的灵敏性以灵敏系数衡量。 可靠性:对 各种故障和不正常的运方式,应保证可靠动作,不误动
7、也不拒动, 即有足够的可靠。 1.4 电网继电保护的设计原则 1.4.1 35kV 线路保护配置原则 (1)每回 35kV 线路应按近后备原则配置双套完整的、独立的能 反映各种类型故障、具有选相功能全线速动保护 (2)每回 35kV 线路应配置双套远方跳闸保护。断路器失灵保护、 过电压保护和不设独立电抗器断路器的 500kV 高压并联电抗器保护 动作均应起动远跳。 (3)根据系统工频过电压的要求,对可能产生过电压的 500kV 线 路应配置双套过电压保护。 (4)装有串联补偿电容的线路,应采用双套光纤分相电流差动保 护作主保护。 (5)对电缆、架空混合出线,每回线路宜配置两套光纤分相电流 差动
8、保护作为主保护,同时应配有包含过负荷报警功能的完整的后 备保护。 (6)双重化配置的线路主保护、后备保护、过电压保护、远方跳 闸保护的交流电压回路、电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸 回路、起动远跳和远方信号传输通道均应彼此完全独立没有电气联 系。 (7)双重化配置的线路保护每套保护只作用于断路器的一组跳闸 线圈。 (8)线路主保护、后备保护应起动断路器失灵保护。 1.4.2 35kV 母线保护配置原则 (1)每条 500kV 母线按远景配置双套母线保护,对 500kV 一个半 断路器接线方式,母线保护不设电压闭锁元件。 (2)双重化配置的母线保护的交流电流回路、直流电源、开关量 输入、跳闸
9、回路均应彼此完全独立没有电气联系。 (3)每套母线保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。 3- (4)母线侧的断路器失灵保护需跳母线侧断路器时,通过起动母 差实现。 1.4.3 35kV 断路器保护配置原则 (1)一个半断路器接线的 500kV 断路器保护按断路器单元配置, 每台断路器配置一面断路器保护屏(柜) 。 (2)当出线设有隔离开关时,应配置双套短引线保护。 (3)重合闸沟三跳回路在断路器保护中实现。 (4)断路器三相不一致保护应由断路器本体机构完成。 (5)断路器的跳、合闸压力闭锁和压力异常闭锁操作均由断路器 本体机构实现,分相操作箱仅保留重合闸压力闭锁回路。 (6)断路器防跳功能应由断
10、路器本体机构完成。 2 系统中各元件的主要参数计算 2.1 标幺制及标幺值计算方法 所谓标幺制,就是把各个物理量均用标幺制来表示的一种相对 单位制 2.1.1 标幺制的概念 标幺制(per unit)电路计算中各物理量和参数均以其有名值 与基准值的比值表示无量纲体制。例如物理量 A,有其相应基准值 AB,则 A 的标幺值 A*A/AB。 2.1.2 标么值的折算. 进行电力系统计算时,除采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流、 4- 功率等进行运算外,还可采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流、 功率等的相对值进行运算.前者称有名制,后者称标么制.标么制之所 以能在相当宽广的范围内取代有名制,是由于
11、标么制具有计算结果清 晰、便于迅速判断计算结果的正确性、可大量简化计算等优点。 标么值=实际有名值(任意单位)/基准值(与有名值同单位) 对于直接电气联系的网络,在制订标么值的等值电路时,各元件的参 数必须按统一的基准值进行归算.由于各元件的额定值可能不同,因 此,必须把不同基准值的标么阻抗换算成统一基准值的标么值.现统 一选定的基准电压和基准功率分别为 V 和 S,则电抗的实际有名值换 算成标么值,即在工程计算中规定,各个电压等级都以其平均额定电 压 V 作为基准电压.根据我国现行的电压等级,各级平均额定电压规 定为 3.15, 6.3, 10.5, 15.75, 37, 115, 230,
12、 345, 525KV 2.2 双绕组变压器的参数计算 变压器的参数一般是指其等值电路中的电阻 RT,电抗 XT,电导 GT 和电纳 BT ,变压器的变比 K。根据铭牌上所给的短路损耗 PS,短路电压 VS%,空载损耗PO,空载电流 IO%。前两个数据由短 路试验得到,用以确定 RT 和 XT;后两个数据由空载试验得到,用 以确定 GT 和 BT。 电阻 RT:变压器作短路试验时,将一侧绕组短接,在另一侧绕组 施加电压,使短路绕组的电流达到额定值.由于此时外加电压较小,相 应的铁耗也小,可以认为短路损耗即等于变压器通过额定电流时原、 副方绕组电阻的总损耗.在电力系统计算中,常用变压器三相额定容
13、 量和额定线电压进行参数计算,则公式为:RT=PSKWVN2 KV103/SN2KVA 电抗 XT: 当变压器通过额定电流时,在电抗上产生的电压降的 大小,可以用额定电压的百分数表示,对于大容量变压器,其绕组电阻 比电抗小得多,则公式:XT=VS%VN2KV103/100/SNKVA 电导 GT:变压器的电导是用来表示铁芯损耗的.由于空载电流相 5- 对额定电流来说是很小的,绕组中的铜耗也很小,所以近似认为变压 器的铁耗就等于空载损耗,则公式为:GTS=P0KW10-3/VN2 KV 电纳 BT: 变压器的电纳代表变压器的励磁功率.变压器空载电 流包含有功分量和无功分量,与励磁功率对应的是无功
14、分量.由于有 功分量很小,无功分量和空载电流在数值上几乎相等.BT S=I0%SNKVA10-3/100/VN2KV 变压比 KT: 在三相电力系统计算中,变压器的变压比通常是指 两侧绕组空载线电压的比值.对于星形和三角形接法的变压器,变压 比与原副方绕组匝数比相等;对于星三角形接法的变压器,变压比为 原副方绕组匝数比的 倍.根据电力系统运行调节的要求,变压器不3 一定工作在主抽头上,因此,变压器运行中的实际变比,应是工作时两 侧绕组实际抽头的空载线电压之比. 2.3 绕组变压器的参数计算 三绕组变压器等值电路中的参数计算原则与双绕组变压器的相 同,下面分别确定各参数的计算公式. 2.3.1
15、电阻参数计算 电阻 R1,R2,R3:为了确定三个绕组的等值阻抗,要有三个方程,为 此,需要有三种短路试验的数据.三绕组变压器的短路试验是依次让 一个绕组开路,按双绕组变压器来作.通过查手册可得短路损耗分别 为,则有 PS1=1/2(PS(1-2)+PS(3-1)-PS(2-3) PS2=1/2(PS(1-2)+PS(2-3)-PS(3-1) PS3=1/2(PS(2-3)+PS(3-1)-PS(1-2) 求出各绕组的短路损耗后,便可导出双绕组变压器计算电阻相同形 式的算式,即:Ri=PsiKWVN2KV103/SN2KVA 2.3.2 电抗参数计算 6- 电抗 X1,X2,X3:和双绕组变压
16、器一样,近似地认为电抗上的电压 降就等于短路电压.在给出短路电压力 后,与电阻的计算公式相似, 各绕组的短路电压为 VS1%=1/2(VS(1-2)%+VS(3-1)%-VS(2-3)%) VS2%=1/2(VS(1-2)%+VS(2-3)%-VS(3-1)%) VS3%=1/2(VS(2-3)%+VS(3-1)%-VS(1-2)%) 各绕组的等值电抗为:Xi=Vsi%VN2KV103/100/SNKVA 2.4 输电线路参数的计算 输电线路的参数有四个:反映线路通过电流时产生有功功率损失 效应的电阻;反映载流导线周围产生磁场效应的电感;反映线路带电 时绝缘介质中产生泄漏电流及导线附近空气游离
17、而产生有功功率损 失的电导;反映带电导线周围电场效应的电容.输电线路的这些参数 通常可以认为是沿全长均匀分布的,每单位长度的参数为 r、x、g 及 b.当线路长为 l(km)时,R=rl;X=xl;G=gl;B=bl 由于沿绝缘子的泄 漏很小,可设 G=0. 3 中性点接地的选择 3.1 35KV 中性点直接接地电网中线路的保护 目前,我省 220KV 线路均采用微机保护,配置两套不同原理的全 线速动主保护及后备保护。其中一套主保护为高频闭锁相差保护, 或高频闭锁方向保护,另一套为高频闭锁距离保护。 A:两套保护都应具有全线速动并带有完整的后备保护。每套保护均 应具有独立的选相功能。 B:两套
18、主保护的交流回路,直流电源跳闸回路及信号传输通道彼此 独立。 7- C:配置两套后备保护,后备保护按近后备原则配置。选用相间及接 地距离保护,零序电流方向保护。可与主保护结合在一套装置内。 3.2 高频保护整定时考虑的几个问题 系统中发生故障时高频保护将某种电量(简称判别量)转换为高 频电波,借助于通道传给对侧,然后,线路每一侧按照对侧与本侧 判别量之间之间的关系来判断区内或区外故障。由于选取的判别量 不同,判别量的传送方式和采用通道的情况不同,就出现了各种形 式的高频保护装置。高频保护是利用线路两侧的高频讯号情况来决 定是否应动作的,故线路两侧高频保护必须同时运行,不能单侧运 行。由于线路两
19、侧高频保护相当一个整体,故要求:(1):线路两 侧采用型号采用相同的保护装置。(2):线路两侧高频保护的整定 值相同。 由于高频保护的构成方向不同,故必须根据所采用的保护方式 决定整定方法。目前高频保护主要有以下几种:相差高频保护、高 频闭锁方向、零序电流保护、高频闭锁距离 3.2.1、高频信号注意事项 高频信号频率和通道的选择将对保护的动作性能带来很大的影 响,因此在选择频率和通道时必须注意: (1)高频信号在线路上传输过程中,有能量衰耗,线路愈长,衰耗 愈大,选用的频率愈高,衰耗也愈大。如果高频信号的衰耗过大, 将使高频收讯机不能正常准确工作。为此,在线上要使用较低频率, 在短线上要使用较
20、频率,通常使用频率为 150200KHz。 (2)为了消除相邻线路之间的高频干扰,相邻线路高频保护的信号 频率不应相同,要有 510KHz 左右的差别。 (3)在电力系统中,载波通讯和高频保护都要使用高频信号,这两 者的频率不能相同,高频设备要单独设置,高频加工设备最好分别 8- 装在不同的相别上。为了提高高频信号的传输效率,在长线路的高 频保护中还可考虑采用相相式的高频通道。 3.3 高频闭锁距离保护的整定计算 高频闭锁距离保护主要由起讯元件、停讯元件和高频收发讯机 构成。采用距离保护的起动元件兼做高频保护的起讯元件,而利用 方向阻抗元件兼做高频保护的停讯元件。利用半导体距离保护构成 高频闭
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