110kV电力系统继电保护方案设计书Word下载.docx
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过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。
故障主要包括各种类型的短路和断线,如:
三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。
本次毕业设计的主要内容是对110kV电力系统继电保护的配置,参照《电力系统继电保护配置及整定计算》,并依据继电保护配置原理,对所选择的保护进行整定和灵敏性校验从而来确定方案中的保护是否适用来编写的。
设计分八大章节,其中第三、四章是计算系统的短路电流,确定运行方式;
第五章是对各种设备保护的配置,首先是对保护的原理进行分析,保护的整定计算及灵敏性校验。
其中对变压器保护包括保护原理分析以及保护整定计算和灵敏性校验,其中主保护采用的是纵联差动保护和瓦斯保护,用两者的结合来做到优势互补,后备保护有复合电压启动过电流保护。
110kV输电线路采用了距离Ⅰ、Ⅲ保护,同时由于它的电压等级较高,我还考虑了零序电流Ⅰ、Ⅲ保护。
由于编者水平有限,设计之中难免有些缺陷或错误,望批评指正。
2方案比较
本次毕业设计的主要内容是对110kV电力系统继电保护的配置。
可以依据继电保护配置原理,根据经验习惯,先选择两套初始的保护方案,通过论证比较后认可其中的一套方案,再对这套方案中的保护进行确定性的整定计算和灵敏性校验,看看它们是否能满足要求,如果能满足便可以采用,如果不能满足则需要重新选择,重新整定和校验。
确定两个初始方案如下:
方案1:
保护对象
主保护
后备保护
变压器
纵联差动保护、瓦斯保护
复合电压启动过电流保护、
过负荷保护
母线
电流相位比较式母线差动保护
___________________________
输电线路
距离Ⅰ、Ⅲ保护
零序电流Ⅰ、Ⅲ保护
发电机
纵联差动保护
定子绕组接地保护
方案2:
电流速断保护、
瓦斯保护
复合电压启动过电流保护、零序电流保护
电流相位比较式
母线差动保护
对于变压器而言,它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护,用两者的结合来做到优势互补。
因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动,其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器,中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器,这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域,从而可以更好地反映这些区域内相间短路,高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。
考虑到与发电机的保护配合,所以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护,不考虑用电流速断保护。
瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障,它由于一方面简单,灵敏,经济;
另一方面动作速度慢,且仅能反映变压器油箱内部故障,就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补,效果更佳。
后备保护首先可以采用复合低电压启动过电流保护,这主要是考虑到低电压启动的过电流保护中的低电压继电器灵敏系数不够高。
由于发电机-变压器组中发电机才用了定子绕组接地保护,所以,变压器不采用零序电流保护。
110kV侧的母线接线可以采用完全电流差动保护,简单,可靠也经济。
对于110kV侧的输电线路,可以直接考虑用距离保护,因为在电压等级高的复杂网络中,电流保护很难满足选择性,灵敏性以及快速切除故障的要求,因此这个距离保护也选择得合理,同时由于它的电压等级较高,我们还应该考虑给它一个接地故障保护,先选择零序电流保护,因为当中性点直接接地的电网(又称大接地电流系统)中发生短路时,将出现很大的零序电流,而在正常运行情况下它们是不存在的。
因此,利用零序电流来构成接地短路的保护,就有显著的优点。
发电机则采用纵联差动保护作为主保护,定子绕组接地保护作为后备保护。
综上所述,方案1比较合理,方案1保护作为设计的初始保护,在后续章节对这些保护进行整定与校验,是否符合设计要求。
3确定运行方式
3.1标幺值计算
本次设计中取=100MVA,,系统用一个无限大功率电流代表,它到母线的电抗标幺值。
各元件的电抗标幺值计算如下:
变压器的各绕组短路电压分别为:
所以,变压器的电抗值为
线路
所以,110kV电力系统继电保护的等值网络如图3.1所示。
图3.1110kV电力系统等值网络
3.2短路电流的计算
110kV电力系统正常运行时,发电机存在三种运行情况,即:
两台发电机同时运行、一台发电机退出运行另一台单独运行和两台同时运行;
变压器有两种运行方式,即:
一台变压器退出另一台变压器单独运行和两台变压器同时运行。
下面分别分析各种情况下系统运行时的转移电抗,计算电抗和短路电流。
(一)两台发电机同时运行,变压器同时投入运行。
进行网络化简:
将组成的三角形电路化简为由组成的星形电路,计算如下:
系统的等值化简网络如图3.2所示。
图3.2系统的等值化简网络
(1)转移电抗和计算电抗计算
当发生短路时
=0.18
所以,点发生短路时的等值网络如图3.3所示。
图3.3点发生短路时的等值网络
系统S对短路点的计算电抗为:
发电机对短路点的计算电抗为:
=0.21
所以,点发生短路时的等值网络如图3.4所示。
图3.4点发生短路时的等值网络
所以,点发生短路时的等值网络如图3.5所示。
图3.5点发生短路时的等值网络
S点对的转移电抗为:
F点对的转移电抗为为:
化简的等值网络如图3.6所示。
图3.6化简的等值网络
(2)由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值如。
(3)计算短路电流有名值。
各点发生短路时,各电源的基准电流分别为:
系统S
查表得短路电流的标幺值和有名值如表3.1。
表3.1短路电流表
短路点
时间
系统S
短路点总电流/kA
处短路
4S
标么值
1.13
2.49
14.27
有名值/kA
0.57
13.70
0.63
2.47
13.90
0.32
13.58
2.52
14.13
0.29
13.84
(二)发电机停运运行时,系统的等值网络如图3.7所示。
图3.7系统的等值网络
=0.0997
系统的等值化简网络如图3.8所示。
图3.8系统的等值化简网络
=.178
所以,点发生短路时的等值网络如图3.9所示。
图3.9点发生短路时的等值网络
所以,点发生短路时的等值网络如图3.10所示。
图3.10点发生短路时的等值网络
S点对的转移电抗为:
点对的转移电抗为:
化简的等值网络如图3.11所示。
图3.11化简的等值网络
(2)由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值。
(同上)
查表得短路电流的标幺值和有名值如表3.2。
表3.2短路电流表
2.11
12.17
11.6
2.45
13.79
13.47
0.54
4.83
26.80
0.27
26.53
(三)线路处开环运行时,系统的等值网络如图3.12所示。
图3.12系统的等值网络
当发生短路时,F点对的转移电抗为:
=0.54
所以,点发生短路时的等值网络如图3.13所示。
图3.13点发生短路时的等值网络
当发生短路时,S点对的转移电抗为:
=0.614
所以,点发生短路时的等值网络如图3.14所示。
图3.14点发生短路时的等值网络
查表得短路电流的标幺值和有名值如表3.3。
表3.3短路电流表
1.03
2.39
31.96
0.52
31.44
0.08
13.63
0.04
13.59
2.43
2.32
13.96
1.22
12.74
(四)线路处开环运行时,系统的等值网络如图3.15所示。
图3.15系统的等值网络如
=0.45
所以,点发生短路时的等值网络如图3.16所示。
图3.16点发生短路时的等值网络
当发生短路时,等值网络如图3.17所示。
图3.17等值网络
当发生短路时,系统S对短路点的计算电抗为:
查表得短路电流的标幺值和有名值如表3.4。
表3.4短路电流表
2.44
13.94
13.42
0.35
13.76
0.18
0.38
13.78
0.19
(五)线路处开环运行时,系统的等值网络如图3.18所示。
图3.18系统的等值网络
当发生短路时,等值网络如图3.19所示。
图3.19等值网络
=0.787
发生短路时,等值网络如图3.20所示。
图3.20等值网络如
当发生短路时,等值网络如图3.21所示。
图3.21等值网络
查表得短路电流的标幺值和有名值如表3.5。
表3.5短路电流表
13.73
0.15
0.49
2.01
11.31
0.25
11.06
3.3确定运行方式
由3.2节的计算过程,统计系统各短路点短路时的短路电流如表3.6。
表3.6各短路点短路时的电流总结表
运行方式
处短路时的短路电流/kA
两台发电机同时运行
一台变压器停运,另
一台变压器单独工作
12.167
线路处开环运行
13.93
13.92
综上所述:
系统S侧(处短路时)的最大运行方式为:
线路处开环运行。
最小运行方式为:
当一台发电机停运,另一台单独工作时。
发电机-变压器侧(处短路时)的最大运行方式为:
两台变压器同时运行时。
变压器侧(处短路时)的最大运行方式为:
4短路计算
4.1各种运行方式下各线路电流计算
由图3.17可知,系统S对短路点的转移电抗为:
=0.125
系统折算到110kV的最小阻抗为:
由图3.20可知,系统S对短路点的转移电抗为:
=0.135
输电线路长为100kM,(输电线路电阻率为0.4/kM)
短路电流为:
同理,根据已知条件得:
输电线路短路电流为:
4.2各输电线路两相短路和三相短路电流计算
(一)各输电线路在最小运行方式下的两相和三相短路电流
系统电抗=0.135
发电机电抗=0.13
各输电线路三相短路电流为:
输电线路三相短路电流为:
同理可得,输电线路三相短路电流为:
各输电线路两相短路电流为:
输电线路两相短路电流为:
(二)各输电线路在最大运行方式下的三相短路电流
5继电保护的配置
5.1继电保护的基本知识
其中最常见且最危险的是各种类型的短路,电力系统的短路故障会产生如下后果:
(1)故障点的电弧使故障设备损坏;
(2)比正常工作电流大许多的短路电流产生热效应和电动力效应,使故障回路中的设备遭到破坏;
(3)部分电力系统的电压大幅度下降,使用户的正常工作遭到破坏,影响企业的经济效益和人们的正常生活;
(4)破坏电力系统运行的稳定性,引起系统振荡,甚至使电力系统瓦解,造成大面积停电的恶性循环;
故障或不正常运行状态若不及时正确处理,都可能引发事故。
为了及时正确处理故障和不正常运行状态,避免事故发生,就产生了继电保护,它是一种重要的反事故措施。
继电保护包括继电保护技术和继电保护装置,且继电保护装置是完成继电保护功能的核心,它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。
继电保护的任务是:
(1)当电力系统中某电气元件发生故障时,能自动,迅速,有选择地将故障元件从电力系统中切除,避免故障元件继续遭到破坏,使非故障元件迅速恢复正常运行。
(2)当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时,能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。
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
↑
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
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- 110 kV 电力系统 保护 方案设计