110KV线路继电保护及其二次回路设计.docx

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110KV线路继电保护及其二次回路设计

三、原始资料

１．主接线

下图为某电力系统主接线。

该系统由某发电厂的三台发电机经三台升压变压器由A母线与单侧电源环形网络相连，其电能通过电网送至B、C、D三个降压变电所给用户供电。

2.相关数据

⑴电网中的四条110kV线路的单位正序电抗均为0.4Ω/kM；

⑵所有变压器均为YN,d11接线，发电厂的升压变压器变比为10.5/121，变电所的降压变压器变比为110/6.6；

⑶发电厂的最大发电容量为3×50MW，最小发电容量为2×50MW，发电机、变压器的其余参数如图示；

⑷系统的正常运行方式为发电厂发电容量最大，输电网络闭环运行；

⑸系统允许的最大故障切除时间为0.85s；

⑹线路AB、BC、AD、CD的最大负荷电流分别为230Ａ、150Ａ、230Ａ和140Ａ，负荷自启动系数；

⑺各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示，△t＝0.5s。

⑻系统中各110kV母线和变压器均设有纵差动保护作为主保护。

供配电技术课程设计任务书…………………………………1

摘要………………………………………………………………2

1、系统条件………………………………………………………4

2、110KV线路继电保护整定计算………………………………5

3、110KV继电保护和自动装置的配置………………………18

4、110ＫＶ系统电流互、电压互感器选型……………………22

5、110KV电流环网继电保护装配的配置……………………26

毕业设计总结…………………………………………………30

附录……………………………………………………………34

参考文献………………………………………………………35

摘要

随着我国电力工业的迅速发展，各大电力系统的容量和电网区域不断扩大。

继电保护装置广泛应用于电力系统、农网和小型发电系统，是电网及电气设备安全可靠运行的保证。

为给110KV单电源环形电网进行继电保护设计，首先选择过电流保护，对电网进行短路电流计算，包括适中电流的正序、负序、零序电流的短路计算，整定电流保护的整定值。

在过电流保护不满足的情况下，相间故障选择距离保护，接地故障选择零序电流保护，同时对距离保护、零序电流保护进行整定计算。

同时详细介绍了主设备差动保护的整定算法，电气主接线的设计、做出短路点的等效电路图，对设备保护进行了相应的选择与校验。

通过比较各个接线方式的优缺点，确定变电站的主接线方式。

继电保护的基本任务：

（1）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。

（2）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、系统条件

一、主接线

下图为某电力系统主接线。

该系统由某发电厂的三台发电机经三台升压变压器由A母线与单侧电源环形网络相连，其电能通过电网送至B、C、D三个降压变电所给用户供电。

二、相关数据

⑴电网中的四条110kV线路的单位正序电抗均为0.4Ω/km；

⑵所有变压器均为YN,d11接线，发电厂的升压变压器变比为10.5/121，变电所的降压变压器变比为110/6.6；

⑶发电厂的最大发电容量为3×50MW，最小发电容量为2×50MW，发电机、变压器的其余参数如图示；

⑷系统的正常运行方式为发电厂发电容量最大，输电网络闭环运行；

⑸系统允许的最大故障切除时间为0.85s；

⑹线路AB、BC、AD、CD的最大负荷电流分别为230Ａ、150Ａ、230Ａ和140Ａ，负荷自启动系数；

⑺各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示，△t＝0.5s。

⑻系统中各110kV母线和变压器均设有纵差动保护作为主保护。

2、110KV线路继电保护整定计算

一、三段式电流保护整定计算

1.计算网络参数：

2.选取基准功率ＳB=100MVA和基准电压为VB=Vav

最大运行方式下的最大电源阻抗：

最小运行方式下的最大电源阻抗：

3.最大短路电流计算和整定计算

为计算动作电流，应该计算最大运行方式下的三相短路电流，为校验灵敏度要计算最小运行运行方式下两相短路电流。

为计算1OF、3OF、5QF、7QF的整定值根据如上系统图可知，最大运行方式要求8QF断开，等值阻抗图如下：

1）当K1点发生三相短路时，正序网络图如下：

正序阻抗：

基准电流：

基准阻抗：

三相短路的正序电流：

短路电流：

瞬时电流速断保护，即躲过本线路末端最大短路电流：

1OF电流一段整定值：

检验灵敏度系数：

由此可知灵敏度不够

同理可知：

2）当K2点发生三相短路时，正序网络图如下：

正序阻抗：

基准电流：

基准阻抗：

三相短路的正序电流：

短路电流：

瞬时电流速断保护，即躲过本线路末端最大短路电流：

3OF电流一段整定值：

二、检验灵敏度系数：

由此可知：

灵敏度不够

3）当K3点发生三相短路时，正序网络图如下：

正序阻抗：

基准电流：

基准阻抗：

三相短路的正序电流：

短路电流：

瞬时电流速断保护，即躲过本线路末端最大短路电流：

5OF电流一段整定值：

检验灵敏度系数：

由此可知灵敏度不够

4）7QF的整定，仅需要加一个功率方向继电器就可以了。

由上诉可知电流保护Ⅰ灵敏度不够，在经济条件允许的情况下，为了保证电力系统能更好的运行，且考虑电压等级为110KV，所以可以采用距离保护：

短路电流列表：

三、距离保护整定计算

1.计算网络参数：

2.距离保护整定值计算：

（1）1QF距离保护整定值计算：

一段整定阻抗：

二段段整定阻抗：

1）与相邻下级L3段的一段配合：

2）按躲过相邻变压器出口短路整定：

灵敏度校验：

要求>1.25

所以：

=21.569Ω

t=0s

1、3QF距离保护整定值计算：

（同理）

2、5OF距离保护整定值计算：

考虑到7QF仅需要加装一个功率方向继电器或者方向阻抗继电器，5QF不需要和7QF的距离保护装置配合，所以5QF仅需要和T6的保护配合。

注意

根据设计要求：

“系统允许的最大故障切除时间为0.85s”系统最低等级的后备保护延时时间都已经超过了了1.5S，如果按照阶梯原则配合，不满足设计要求，所以不需要加装三段保护。

3、110KV继电保护和自动装置的配置

一、保护装置的配置

1）主保护的配置

由系统可知110KV线路配置有众联保护，全线路上任意点故障都能快速切除。

保证系统稳定安全运行。

2）后备保护的配置

考虑保护性能优越性：

110线路应该配距离保护，但是距离保护复杂而且价格昂贵，维护困难。

考虑经济的优越性：

可以尝试配三段式电流保护，同时由于系统是环网运行，相当于双电源运行一定要加方向元件。

在110KV等级电力网络中，三段式电流保护可能在系统最小运行方式下没有保护范围，如果系统在最小运行方式下运行的几率不大的情况下，而且资金不够的情况下可以尝试三段式电流保护，基本可以保证系统正常运行。

考虑系统的运行方式：

110KV高压输电网络应该属于大接地电力系统，需要配置零序保护。

如上考虑到环网运行，也要加方向元件。

保证保护不误动作。

继电保护保护装置的配置不是一层不变的，要考虑系统运行情况、经济状况、人员技能、环境影响等等情况，但是电力系统继电保护的基本任务不变：

1.自动、迅速、有选择的将故障元件冲系统中切除。

2.反应电力设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，动作于发出信号或跳闸。

二、自动装置配置

1）简述

电力系统自动装置是指在电力网中发生故障或异常时起控制作用的设备，主要包括自动重合闸、备用电源自动投入装置、低频减载和失压解列装置等设备，电网中自动装置的型号多、逻辑千变万化，在实际运行中会暴露一些问题。

电网中自动装置的配置，需要我们进行全面的考虑。

2）系统安全自动装置的配置

配置重合闸：

在电力系统故障中，打多数故障是输电线路故障。

运行经验表明大多数线路故障是“瞬时性”故障，此时，如果把断开的线路在合上，就能恢复正常供电。

如图所示：

该系统为110KV输电线路系统，按照要求，每一个断路器都应该装有ARD装置，并与继电保护后加速配合形成重合闸后加速保护，保证电力系统最大限度的正常供电。

配置备用电源自动投入装置：

当线路或用电设备发生故障时，能够自动迅速、准确的把备用电源投入用电设备中或把设备切换到备用电源上，不至于让用户断电的一种装置。

如图所示：

该系统为110KV输电线路系统，根据系统要求，如果B变电站或C变电站中的两台变压器，为了保证负荷可以长时间的正常运行，应该加入AAT装置。

配置低频、低压减载装置：

它在电力系统发生事故出现功率缺额使电网频率、电压急剧下降时,自动切除部分负荷,防止系统频率、电压崩溃,使系统恢复正常,保证电网的安全稳定运行和对重要用户的连续供电。

如图所示：

该系统为110KV输电线路系统，根据当地系统运行状况和系统要求，为了保证系统能够稳定运行，防止系统频率、电压崩溃应该在变电站B、C、D中配置低频、低压减载装置。

4、110ＫＶ电流互、电压互感器选型

一、电流互感器的选择

1）电流互感器的额定电压不小于安装地点的电网电压。

2）电流互感器的额定电流不小于流过电流互感器的长期最大负荷电流

3）户内或户内式

4）作出电流互感器所接负载的三相电路图，根据骨仔的要求确定所需电流互感器的准确级；例如有功功率的测量需要0.5级；过流保护需要3级；差动保护需Ｄ级。

5）根据电路图确定每相线圈所串联的总阻抗欧姆数（包括负载电流线圈的阻抗、连接导线的电阻和接触电阻），要求其中总欧姆数最大的一相，不大于选定准确级下的允许欧姆数。

6）校验电动稳定性：

流过电流互感器最大三相短路冲击电流与电流互感器原边额定电流振幅比值，应该不大于动稳定倍数。

7）校验热稳定：

产品目录给出一秒钟热稳定倍数Ｋｔ，要求最大三相或者两相短路电流发热，不允许的发热。

根据系统电压等级和系统运行要求，由于缺乏一定的条件，只能根据最简单的条件选取ＬＺＷ—110型电流互感器，在条件允许的情况下应该根据系统运行的情况具体选择。

以下仅作为参考：

110KV电流互感器选择

（1）U1e=U1g=110kV

（2）Igmax=110%I1e

型号

技术参数

电流比

级次组合

Kd

Kt

LB7-110

1200/5

0.2/10P15/10P20

135

75/1s

（3）预选：

LB7-110,技术参数如下表

（4）校验：

①热稳定校验：

I（4）2tep=26.4（kA2S）

I1e=1200A；Kt=75；t=1s

（I1eKt）2t=（1.2×75）2×1=8100（kA2S）

I（4）2tep<（I1eKt）2t

符合要求

②动稳定校验：

K=135；I1e=1200A；ich=7.83（kA）

（kA）

符合要求

二、电压互