110kV系统继电保护及自动装置的设计与配置.doc
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110kV系统继电保护及自动装置的设计与配置.doc
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摘要
本设计为110kV系统继电保护及自动装置的设计与配置。
在继电保护部分,本论文主要讨论了线路的保护,其采用了距离保护和零序电流保护。
对于双回输电线路,还进行了横联差动保护的整定。
此外,对变压器的保护做了简单的配置与整定,以瓦斯保护、纵差动保护作为变压器的主保护,过电流保护和过负荷保护作为其后备保护。
最后,为了更好地保证系统安全、经济地运行,本设计还配置了自动重合闸、备用电源自动投入和自动低频减载等自动装置。
关键词:
继电保护,自动装置,主保护,后备保护
第1章概述
1.1电力系统继电保护的作用
电网继电保护和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要作用。
电网继电保护和自动装置应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。
当同时满足四个基本要求有困难时,根据电力系统的具体情况,在不影响系统安全运行的前提下,可以降低某一要求。
选择保护方式时,应力求采用最简单的保护装置来满足系统的要求。
只有当最简单的保护装置不能达到目的时,才考虑采用较复杂的保护装置。
运行经验证明,采用简单的保护装置,不仅调整试验方便,而且运行的可靠性也较高。
总之,电力系统每时每刻都不能离开继电保护,没有继电保护的电力系统是不能运行的。
1.2继电保护的基本原理和装置
在一般的情况下,发生短路之后,总是伴随有电流的增大、电压的降低、线路始段测量阻抗的减小,以及电压与电流之间相位角的变化。
因此,利用正常运行与故障时这些基本参数的区别,便可以构成各种不同原理的继电保护。
继电保护装置,就是指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。
第2章设计内容简介
本设计为110kV系统继电保护及自动装置的设计与配置。
该电网有110kV、35kV、10kV三个电压等级。
其中,110kV侧为电源侧,其它两侧均为负荷侧。
110kV为双母分段接线,两段分别与甲变电站和丁电厂连接,甲变电站由于110kV出线多,为检修方便而设置了旁路母线和专用旁路开关。
甲变电站有2回电缆供乙变电站两台三绕组变压器供35kV和10kV负荷,还有2回线路和丁电厂联络。
丁电厂将另2回110kV出线供丙变电站两台三绕组变压器供35kV负荷。
本设计以线路的保护为主,为防止线路的相间故障,由于电压等级为110kV,故采用距离保护,对6条线路分别进行距离I、II、III段的整定与灵敏度的校验。
此外,为防止中性点直接接地系统中发生接地短路,产生很大的零序电流分量,线路还应采用零序电流保护。
连接甲变电站和丁电厂的双回线路除了距离保护和零序电流保护外,还应配置横联差动保护作为主保护的补充。
其中包括相间横联差动电流保护及零序横联差动电流保护。
为了更好地保证电网安全、经济运行,电力系统运行越来越依赖于自动控制技术,本设计还可以简单地配置自动重合闸、备用电源自动投入和低频减载等自动装置。
第3章参数计算和归算
3.1概述
在电力系统的实际计算中,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。
然而,从手册或产品说明书中查得的电机或电器的阻抗值,一般都是以各自的额定容量和额定电压为基准的标么值。
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的标么值。
3.2参数归算
参数归算至110KV侧:
取
,,
,
甲变电站:
电抗:
负荷电流:
乙变电站:
丙变电站:
丁电厂:
线路:
111、112线:
113、114线:
115、116线:
第4章运行方式确定
在选择保护方式及对其进行整定计算时,都必须考虑系统运行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。
对过量保护来说,通常都是根据系统最大运行方式来确定保护的整定值,以保证选择性,因为只要在最大运行方式下能保证选择性,在其它运行方式下也一定能保证选择性;灵敏度的校验应根据最小运行方式来进行,因为只要在最小运行方式下,灵敏度符合要求,在其它运行方式下,灵敏度以一定能满足要求。
1、最大运行方式
根据系统最大负荷的需要,电力系统中的发电设备都投入运行(或大部分投入运行)以及选定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。
对继电保护来说,是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。
2、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小部分接地的运行方式称为最小运行方式。
对继电保护来说,是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式。
4.1系统图形简化
阻抗值
1、甲变电站:
其中系统电阻为0,所以有
2、丁电厂
确定运行方式阻抗值
1、最大运行方式2、最小运行方式
甲变电站:
丁电厂:
4.2接地方式讨论
变压器中性点接地数目的多少和分配地点,对零序电流保护影响极大,通常由继电保护整定计算部门决定。
变压器中性点接地方式的选择,一般可按下述条件考虑。
(1)不论发电厂或是变电所,首先是按变压器设备的绝缘要求来确定中性点是否接地;其次是以保持对该母线的零序电抗在运行中变化最小为出发点来考虑。
当变压器台数较多时,也可采取几台变压器组合的方法。
使零序电抗变化最小。
(2)发电厂的母线上至少应由一台变压器中性点接地运行,这是电力系统过电压保持和继电保护功能所需要的。
为改善设备过电压的条件,对双母线上接有多台变压器时,可选择两台变压器同时接地运行,并各分占一条母线,这样在双母线母联断路器断开后,也各自保持着接地系统。
(3)变电所的变压器中性点分为两种情况,单侧电源受电的变压器,如果不采用单相重合闸,其中性点一般应不接地运行,以简化零序电流保护的整定计算;双侧电源受电的变压器,则视该母线上连接的线路条数和变压器台数的多少以及变压器容量的大小,按变压器零序电抗变化最小的原则进行组合。
鉴于以上原则,本设计中甲、乙和丙变电站及丁电厂中变压器中性点的接地方式如下:
1、甲变电站:
采用一台变压器220KV侧中性点直接接地,而另一台变压器110KV侧直接接地,这样可使零序电流合理分配,又可避免220KV系统与110KV系统零序网的相互影响。
2、丁电厂:
该电厂有4台变压器,可考虑两台接于母线,两台接付母线且保证付母线上各有一台变压器中性点接地,此时考虑最严重情况(一台检修,一台故障,或者一组母线故障)只要把正常运行的两台变压器接于正常母线上,并且中性点接地既可使零序网络不会因此而改变。
3、乙变电站:
它由甲变通过115、116两条电缆供电,接线方式为内桥接线。
由于乙变主变110KV侧中性点绝缘为主段绝缘水平,且低电压侧、中压侧无电源。
故可采用中性点不接地系统运行方式。
4、丙变电站:
丙变运行方式与乙基本相同。
35KV、10KV侧没有短路容量限制,为简化保护将35KV、10KV母联分裂运行,并在此处加装备用电源自投装置。
4.3线路运行方式的讨论
乙变的10KV、35KV侧母联断路器均采用分裂运行方式。
理由如下:
考虑到乙变10KV母线短路容量不得大于400MVA。
正常运行时,为简化短路电流串成串运行,将内桥开关分开运行,这样可以简化继电保护装置。
当一条线路故障跳闸时,采用备用电源自投装置将内桥开关合上,保证向另一台主变继续供电。
用以下8种情况来计算当系统处于最大运行方式下,10KV母线上发生三相短路时的容量有无符合要求。
(1)内桥合,35KV母联合,10KV母联合
。
(2)内桥分,35KV母联合,10KV母联合
。
(3)内桥合,35KV母联分,10KV母联合
。
(4)内桥合,35KV母联合,10KV母联分
。
(5)内桥分,35KV母联分,10KV母联合
。
(6)内桥分,35KV母联合,10KV母联分
(7))内桥合,35KV母联分,10KV母联分
(8)内桥分,35KV母联分,10KV母联分
结论:
本设计中采用(8),即内桥分、35KV母联分、10KV母联分的运行方式,便于整定和灵敏度校验。
母线残压校验:
1、丁厂母线残压
(1)114电缆距母线80%处发生三相短路(113、114线双回运行)
满足要求。
(2)114电缆距母线80%处发生三相短路(114线单回运行)
满足要求。
(3)111电缆距丁厂母线80%处发生三相短路(111、112线双回运行)
(4)111电缆距丁厂母线80%处发生三相短路(111线单回运行)
满足要求。
2、甲变电站母线残压
(1)115电缆距母线80%处发生三相短路(115、116线双回运行)
不满足要求。
(2)115电缆距母线80%处发生三相短路(115线单回运行)
不满足要求。
(3)111电缆距甲变电站母线80%处发生三相短路(111、112线双回运行)
(4)111电缆距甲变电站母线80%处发生三相短路(111线单回运行)
不满足要求。
第5章距离保护
距离保护是根据故障点离保护装置处的距离来确定其动作的,较少受运行方式的影响,在110-220kV电网得到广泛应用。
本设计为110kV电网,故采用距离保护来切除线路的相间故障。
5.1概述
一、距离保护的基本构成
距离保护是以反映从故障点到保护安装处之间阻抗大小(距离大小)的阻抗继电器为主要元件(测量元件),动作时间具有阶梯特性的相间保护装置。
当故障点至保护安装处之间的实际阻抗大于预定值时,表示故障点在保护范围之外,保护不动作;当上述阻抗小于预定值时,表示故障点在保护范围之内,保护动作。
当在配以方向元件(方向特性)及时间元件,即组成了具有阶梯特性的距离保护装置。
当故障线路中的电流大于阻抗继电器的允许精确工作电流时,保护装置的动作性能与通过保护装置的故障电流的大小无关。
二、距离保护的应用
距离保护可以应用在任何复杂结构,运行方式多变的电力系统中,能有选择性、较快的切除相间故障。
当线路发生单相接地故障时,距离保护在有些情况下也能动作;当发生两相短路接地故障时,它可与零序电流保护同时动作,切除故障。
因此,在电网结构复杂,运行方式多变,采用一般的电流、电压保护不能满足运行要求时,则应考虑采用距离保护装置。
三、距离保护各段动作特性
距离保护一般装设三段,必要时也可采用四段。
其中第一段可以保护全线路的80%-85%,其动作时间一般不大于0.03-0.1S,第二段按阶梯特性与相邻保护相配合,动作时间一般为0.5-1.5S,通常能够灵敏而较快速地切除全线路范围内的故障。
由I、II段构成线路的主要保护。
第III(IV)段,其动作时间一般在2S以上,作为后备保护段。
四、距离保护装置特点
(1)由于距离保护主要反映阻抗值,一般说其灵敏度较高,受电力系统运行方式变化的影响较小,运行中躲开负荷电流的能力强。
在本线路故障时,装置第I段的性能基本上不受电力系统运行方式变化的影响(只要流过装置的故障电流不小于阻抗元件所允许的精确工作电流)。
当故障点在相邻线路上时,由于可能有助增作用,对于第II、III段,保护的实际动作区可能随运行方式的变
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- 110 kV 系统 保护 自动装置 设计 配置