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kv线路继电保护设计
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作者:
PanHongliang
仅供个人学习
摘要
电网继电保护是保证电力系统安全运行和电能质量的重要自动装置之一,因此在规划设计时,必须考虑可靠工作和快速切除故障的继电保护实现的可能性.对继电保护的基本要求,可概括的分为可靠性、速动性、选择性和灵敏性等方面,它们之间联系紧密,既矛盾统一.
为了保证可靠的切除故障,除了配备起主要作用的“主保护”外,还要配备起后备作用的“后备保护”.当线路或电力设备发生故障时,主保护应该最快地把最靠近故障元件的断路器跳开,一方面尽可能减少对故障元件的损坏,另一方面把故障对电力系统的影响压缩到最小可能的范围和程度.后备保护的作用是当主保护不能完成预定任务时,在靠近故障元件的最小可能范围内将故障点断开.
本文从所给的系统电网图着手,着重从继电保护保护设计的要求、整定计算、方式的选择3个方面分析了目前电网线路继电保护的设计方法,并从距离、零序两种保护中不同的接地故障及整定计算,来介绍线路继电保护设计中常用的主要保护配置,从而得出合理的、可行的保护方案,达到网络规划和保护配置的基本要求.
关键词:
110kv线路继电保护设计
第一章绪论............................................................2
第二章线路的故障类型及常用保护配置......................................3
第三章110kv线路继电保护设计及整定计算....................................4
一、110KV及以上线路继电保护原理介绍...................................4
(一)线路的距离保护..............................................4
(二)线路的零序电流保护.........................................5
(三)线路相电流速断保护..........................................5
(四)母线保护.....................................................5
(五)断路器失灵保护...............................................5
二、110KV线路继电保护整定计算.........................................5
(一)系统的参数...................................................5
(二)各元件的主要参数............................................6
(三)线路继电保护方式的选择与计算.................................9
结论.....................................................................17
参考文献.................................................................18
第一章绪论
线路继电保护是保证电力系统安全运行和电能质量的重要自动装置之一,因此在编制网络规划时,必须考虑可靠工作和快速切除故障的继电保护实现的可能性.为了提高线路系统静态和稳态的稳定性,规划所提出的提高系统稳定的措施有一些亦必须落实在自动装置可靠工作的基础上的.
保护设备和自动装置的投资,在整个电网建设中只占极小的部分,一般说来继电保护应力求满足网络规划的要求,两者是主从的关系.由于网络接线的不够合理将导致保护性能显著恶化,厂、所电气主接线繁杂将造成保护接线过分复杂,以至给生产运行带来很多二次线操作,引起保护设备误动、拒动,严重危害电气主设备和导致大面积停电,这些将给国民经济造成直接经济损失.为此,必须合理地进行网络规划和合理地配置保护设备及自动装置.
对继电保护的基本要求,可概括的分为可靠性、速动性、选择性和灵敏性等方面,它们之间联系紧密,既矛盾统一.
第二章线路的故障类型及常用保护配置
(一)在中性点直接接地的系统中,线路可能出现接地故障和不接地的相间故障等情况.对实现单相重合闸的线路,在故障相跳开后还能出现故障类型转移或是健全相再发生故障等情况.在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中,电网可能出现相间故障或是不同地点的多点接地故障.上述各种情况均已构成短路,因此,保护装置必须尽可能迅速而有选择性地切除短路故障.
目前国内定型生产的保护设备,就其功能来说分为三种:
1.反应各种短路类型的保护装置;
2.只反应不接地的相间短路的保护装置;
3.只反应接地短路的保护装置.
根据保护装置的构成原理,某些保护只能反应被保护元件的内部短路,而对相邻元件的故障不起保护作用,因此保护装置可无延时地瞬时动作,通常作为被保护元件的主保护.其他所有保护装置都能按时间阶段实现,即瞬动段只反应被保护元件临近保护设备安装处的一定区段内的短路故障,带时限动作段不但能反应被保护元件的内部短路,同时对相邻连接元件的部分区段内短路故障亦能反应,通常用来作为后备保护.
(二)当前电网保护设备的类型很多,下面仅就常用的线路保护设备作简单介绍.
1.多段式(一般是2~4段)带或不带方向的零序电流保护,作为被保护元件和相邻连接元件的后备保护或主保护,用于反应接地短路故障.除瞬动第一段外,其他各段都带时限动作跳闸,动作时限一般是05~5S.
2.多段式(一般是2~3段)具有方向性的相间距离保护,用于反应相间短路故障.除瞬动第一段外,其他段的动作时限一般为05~7S.这种保护也作为后备保护或主保护使用.
3.多段式(一般是2~3段)具有方向性的接地距离保护,用于反应接地短路故障,起使用情况和上述零序电流保护相同.
4.多段式(一般是3段)带或不带方向的电流电压保护,用于反应相间短路故障.由于这些保护受系统运行方式的变化影响很大,一般只考虑用在单电源放射状线路或是单电源环状的个别场合.
第三章110kv线路继电保护设计及整定计算
一、110KV及以上线路继电保护原理介绍
电力设备如发电机、变压器等的继电保护,除了发电机组的频率保护、失步保护、失磁保护外,其动作的正确与否和整定值如何,基本上只涉及电力设备本身的安全运行问题,这里不做研究.而110KV及以上的线路和母线的保护,它们的选型、配置和整定等往往涉及到全网的安全运行,而且花样繁多.现择其主要的保护原理论述如下:
(一)线路的距离保护
距离保护是高压线路的一种最基本的继电保护.由于它的动作原理是反应保护安装地点到故障点的阻抗值,因而等价于反应到故障点的距离.这种保护又叫阻抗保护.距离保护一般都做成多段式的,各段有不同的整定值和动作时间.第一段保护可以保护线路的百分之八十左右,不带人为的延时.距离保护又分为相间距离保护和接地距离保护,分别用于保护相间故障和接地故障.作为线路的基本保护的是相间距离保护.
(二)线路的零序电流保护
零序电流保护一般也作成阶段式的,第一段无人为延时,保护本线路的接地故障,其他段则按选择性配合整定.实践证明,这是一种最简单的、最可靠的、动作频率最高的线路保护,也是规定110~220KV线路必备的一种基本保护.它的特殊优点有:
1.结构与工作原理简单,实验维护方便,容易保证调试质量,因而其动作正确率也高于其他的复杂保护.
2.整套保护没有其他的中间环节,特别对于近故障区,可以实现高速动作.
3.在电网零序网络基本稳定的前提下(长期运行实践证明,这一点在110~220KV电网运行中基本得到保证),第一段保护范围基本稳定.由于线路发生接地故障是,通过线路的零序电流随故障点的远离而显著减小,当按躲开两端母线故障整定时,其瞬时段,对于较长线路,往往可保护全线的百分之70~80,其保护性能与距离保护相近.
4.如果线路采用三相重合闸,当近故障点一侧的断路器先跳开后,通过另一侧的零序电流因零序网络的变化而突然增大,从而使远故障点侧也能随之立即跳闸,形成了无时限的全线纵续动作.这一天然优点是任何其他保护所不具备的.
(三)线路相电流速断保护
相电流速断,其实就是瞬时过电流保护,主要用于保护出口故障.由于他特别快速,是种极好的辅助保护,对大电源侧以及长线路,其保护效果尤佳,故已得到普遍采用.
(四)母线保护
母线的基本保护是母线差动电流保护.由于母线保护动作于断开整条母线,因而对于双母线变电所的母线保护,应以防止误动作为首要要求;对一个半断路器接线的变电所,因为母线断开对变电所的安全运行一般不会带来直接影响,因而要求它的母线保护以可依赖性为第一要求,而且最好实现保护的双重化.从系统稳定的观点看,要求母线保护动作快速.
(五)断路器失灵保护
当线路故障而断路器拒绝动作时,断路器失灵保护的主要作用是跳开与拒动断路器相邻的所有断路器.其误动作的后果极其严重.特别是最常用的双母线变电所,对这种保护的首要要求就是防止误动作.
二、110KV线路继电保护整定计算
(一)系统的参数
1.由所给系统图得知,本系统由1#、2#、3#发电机组和四个系统1、2、3、4、构成,通过六条110KV线路构成一个整体,各发电机、变压器容量和连接方式见下表:
表一
代号
开机情况
说明
第一种运行情况
1#、2#、3#发电机、变压器均投入,系统按最大容量发电,变压器均投入
最大运行开机情况
第二种运行情况
1#发电机停机,2#与3#有一台投入运行,系统按最小容量发电
最小运行开机情况
所给线路系统图如附录一.
2、系统在最大、最小运行方式下的运行情况,各个点的短路阻抗及变压器中性点、接线方式的确定原则和实际情况,见附录二与以后内容.
(二)各元件的主要参数:
计算系统各元件参数的标么值时,取基准功率SB=100MVA,基准电压UB=230KV,基准电流IB=SB/*UB=100/*230=250A,基准电抗XB=U2B/SB=529.
1、发电机及系统各元件的参数:
表二:
工程
编号
容量(MVA)
电压(KV)
COSø
X”d
1#
235
15.75
0.85
0.1444
2#
235
15.75
0.85
0.1444
3#
235
15.75
0.85
0.1444
发电机1#、2#、3#的规格、参数均都相同,所以
Sr=SN/COSø=235/0.85=276.47MVA
所以标么值X”d*=Xd×SB/Sr=0.1444×100/276.47=0.052
2、系统的标么值已给出,所以可以省略不计,见表三:
工程
编
号
最小运行方式
最大运行方式
X*1MAX
X*0MAX
X*1MIN
X*0MIN
2.17
0.1444
1.648
0.0857
0.412
0.105
0.223
0.097
0.752
0.116
0.114
0.102
无穷大
0.07
0.0758
0.06
3、变压器的参数:
由所给出的系统图和参数表知:
(1)、对于A1、F2、F3双绕组的变压器,额定容量为240MVA,额定变比NB=242/15.75,短路电压UK%=14.12
所以用基准值表示的标么值电抗为:
表四:
工程
编号
容量
MVA
电压比
KV
接线组别
短路电压
UK1-2%
UK1-3%
UK2-3%
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