本科毕业设计论文电网的距离保护设计.docx

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本科毕业设计论文电网的距离保护设计

本科毕业设计论文--电网的距离保护设计

本科毕业设计（论文）

电网的距离保护设计

　　　　　　　　　　　学院

　　　　　　　　　　　专业电气工程及其自动化　　　　　　　　　　　年级班别

　　　　　　　　　　　学号　　　　　　　　　　　学生姓名　　　　　　　　　　　指导教师年月日

摘要

　　　电力系统的快速发展对继电保护不断提出新的要求，特别是在高压且复杂的电网中，各种保护都具有其重要性。

距离保护作为一种性能较完善的保护装置，它可以应用在任何结构复杂、运行方式多变的电力系统中，能有选择行的、较快的切除相间故障。

根据继电保护装置在电力系统中的应用，本设计详细介绍了220kv高压电网中距离保护的整定配置。

　　　首先，本文将概述本课题将要研究的电网，并利用PSASP电力系统综合分析程序绘制电网图和计算出参数，以及作整定计算的准备工作。

其次，本文将简要叙述潮流分布计算的结果以及短路电流的举例计算，为距离保护的整定计算作好准备。

本文将详细阐述距离保护的原理、配置的基本原则以及计算原则，并对本课题研究的电网中各线路进行整定计算分析。

最后，本文将详细阐述距离保护的原理、配置的基本原则以及计算原则，并对本课题研究的电网中各线路进行整定计算分析。

关键词:

潮流分布，短路电流计算，距离保护，整定计算　　　　　　　　　　　　　　　　　Abstract

　　　Powersystemfortherapiddevelopmentofprotectionhavemadenewdemands,particularlyinthehigh-pressureandcomplexnetwork,protectionwithitsownimportance.Distanceprotectionasabetterperformanceoftheprotectiondevice,itcanbeappliedtoanycomplexstructure,changingmodeofoperationoftheelectricitysystem,willbeabletochoosethetime,withafasterphasetophasefault.Undertheprotectiondeviceinthepowersystem,theapplicationThedetaileddesignofa220kvhighvoltagepowernetworkprotectionfromtheconfigurationsettingFirstofall,thepaperwilloutlinethetopicstobestudiedwillbethepowergrid,PSASPandusepowersystemanalysisproceduresmappinggridmapandcalculateparameters,andthesettingforthepreparatoryworkSecondly,thepaperwillelaborateontheprincipleoftheprotectionofdistance,thedistributionofbasicprinciplesandcalculatingprinciple,aswellasthestudyofthesubjectlineofthePowerGridforsettinganalysisFinally,thepaperbrieflydescribesthetrendofdistributedcomputing,andtheresultsofshort-circuitcurrentexamples,distanceprotectionforthesettingreadyKeyword:

short-circuitcurrentcalculation,thetrendofdistributedcomputingcalculationDistance,protection,setting

1绪论1

1.1本课题研究背景及意义1

1.2距离保护的研究现状1

1.3论文的主要工作2

2电网距离保护整定计算的准备工作3

2.1本课题研究的电网概述3

2.2整定计算的工作步骤4

2.3电网的原始数据4

3电网潮流分布和短路电流计算8

3.1系统潮流分布计算8

3.2短路电流计算8

4电网距离保护的整定计算16

4.1距离保护的概述16

4.2距离保护的原理17

4.3距离保护的整定计算25

4.4距离保护的评价与分析44

结论45

致谢46

参考文献47

1绪论

1.1本课题研究背景及意义在电力系统中，合理的电网结构是保证系统安全稳定运行的物质基础，而性能良好的、配置合理的?

电保护和安全自动装置，则是保证系统安全稳定运行最为重要的技术措施。

电力系统中的某个设备发生故障时，由?

电保护装置自动迅速有选择性地将故障设备从电力系统中切除，以保证系统中无故障部分继续运行。

电力系统中某个设备出现不正常运行情况时，由?

电保护装置自动地发出信号，提示值班员做出处理，以消除异常运行状态。

　　　因此合理配置与正确使用?

电保护装置，是保障电网安全运行地重要条件。

从电网安全运行地角度出发，电网对?

电保护装置提出了严格地“四性”要求，即选择性、速动性、灵敏性、可靠性；除可靠性要依赖于?

电保护装置外，?

电保护地选择性、速动、灵敏性则要依赖于整定值地准确、可靠。

因此电网中?

电保护定值的整定计算工作，一直是?

电保护人员地一项重要工作，它直接关系到电网运行的安全，做好这项工作是电网安全运行地必要条件。

　　　在现代化的超高压、大容量的电力系统中，对?

电保护装置提出了更高的要求。

电力系统?

电保护装置的可靠运行涉及到?

电保护装置的配置设计、制造安装、整定计算等诸多方面。

其中选择的保护方式和正确地进行整定计算对保证电力系统?

电保护装置的可靠运行十分重要。

整定?

电保护装置定值时，特别要注意相邻上下级保护间的配合关系，不但要考虑正常方式下的配合关系，还要考虑运行方式变化时的配合关系，特别是临时性的改变方式更应慎重，避免造成保护误动作。

　　　本次毕业设计中，我努力掌握电力系统?

电保护和自动装置的设计配置原则，综合运用所学专业知识，提高了独立分析和解决问题的能力。

1.2距离保护的研究现状电力系统在运行中，可能会发生各种故障何部正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路。

在发生短路时可能产生严重的后果，包括：

第一，通过故障点的很大的短路电流何所燃气的电弧，使故障元件损坏；第二，短路电流通过非故障元件，由于发热何电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；第三，电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；第四，破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解。

在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择行地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行地最有效方法之一。

切除故障地时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有在每个电气元件上装设保护装置才有可能满足这个要求。

这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备地组合构成的。

这样我们称这些保护装置为继电保护装置。

它的基本任务是自动、迅速、由选择行地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行，并且反应电气元件的不正常运行状态，根据电力系统及元件的危害程度一定的延时，以免不必要的动作何由于干扰而引起的误动作。

在大型高压的电网中，距离保护作为继电保护的一种主要保护装置，我们常将距离保护应用与于这些电网中。

距离保护使反应故障点到保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。

相对于电流何电压保护，应用于高压电网中，更能满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求。

1.3论文的主要工作

　　了解掌握电网的电力系统和继电保护情况

（1）画出电力系统图

（2）了解各输电线路之间的平行情况

　　（3）厂、站母线接线方式，桥母线、双母线、一个半断路器母线等

　　（4）建立发电机、变压器、输电线、电抗器等电气设备的技术档案

　　（5）重要负荷的特性及要求

　　（6）了解掌握继电保护情况和图纸资料

　　（7）绘制阻抗图

　　（8）研究确定电力系统的运行方式

　　（9）学习有关的规章制度

　　（10）制定整定方案中特殊的整定原则和数据

电网距离保护整定计算的准备工作

2.1本课题研究的电网概述本次整定计算的电网电压等级为220kv，电网结构较复杂，属于多电源网络，包括多电源的环网以及由零序互感的双回线，每一变电站母线上都有较大的系统，运行方式变化复杂。

　　　220kv的高压电网，由于中间变电所对故障电流的分流作用大，线路距离较长，符合较重要等原因，往往不可能由相邻元件的保护装置实行安全的远后备作用。

为了保证区内故障保护装置不拒动，采用两套原理不同的高频保护装置作为全线速动的保护。

常规高频保护的配置中，以CD为例，采用高频闭锁距离、高频闭锁零序电流方向保护作为一套原理的主保护，另一套高频保护选择的是高频负序方向保护。

另外在220kv电网中，一般装设断路器失灵保护，当控制故障设备的断路器拒绝动作时，它能用最短的延时跳开同一母线上的其它断路器，对于中间变电站的主变压器装设差动保护装置。

　　　220kv电网为中性点直接接地电网，对于系统中发生的接地故障，必须配置相应的保护装置。

一般装设多段式零序电流方向保护，根据重合闸方式的不同，零序电流方向保护可采用三段式或四段式，根据非全相运行时，线路零序电流大小的不同，零序电流保护可能有两个一段或两个二段。

对重要线路，零序电流保护的第二段在动作时限和灵敏系数上均应满足一定要求。

当电网结构比较复杂时，运行方式变化又很大时，零序保护的灵敏度可能变坏，应考虑选择接地保护，以改善接地保护性能，但是为了保护经高阻抗接地故障时相邻线路有较多的后备保护作用，同时也为选择性的配合，在装设接地保护的线路仍设有多段式零序电流方向保护。

　　　220kv电网中，采用多段式的相间距离保护作为相间主保护的后备保护。

在本次设计的电网中，双回线按单回线处理，不宜采用横差保护和平衡保护。

220kv电网，由于输送功率大，稳定问题突出，一般采用综合重合装置，用综合重合闸的不同保护接入端子实现与保护装置的合理配合。

　　　本220kv电网保护配置如下：

　　　1、主保护（双重化）：

高频闭锁距离保护和高频闭锁零序电流方向保护、高频相差保护（或高频负序方向保护）。

　　　2、后备保护：

相间距离保护用来保护相间故障，零序电流方向保护用来保护接地故障。

　　　3、采用综合重合闸装置。

2.2整定计算的工作步骤

　　进行整定计算的步骤大致如下：

（1）按继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式，选择短路类型，选择分支系数的计算条件。

（2）进行短路故障计算，录取结果。

　　（3）按同一功能的保护进行整定计算，本课题主要按距离保护进行整定计算。

选取出整定值并做出定值图。

　　（4）对整定结果分析比较，重复修改，以选出最佳方案。

最后应归纳出存在的问题，并提出运行要求。

　　（5）方案的评价及改进方向。

2.3电网的原始数据

　　　如下图所示为本次设计利用PSASP电力系统综合分析程序，绘制出研究所要用的220kv电网图

　　　由上图所示，系统由水电站W、R和两个等值的110KV系统S、N，通过六条220KV线路构成一个整体。

整个系统的最大开机容量为1509.29MVA，最小开机容量为1007.79MVA，并且分两种开机运行情况来考虑。

　　　第一种开机运行情况为：

在最大开机情况下，W、R水电厂所有机组、变压器均投入，S、N等值系统按最大容量发电,变压器均投入。

　　　第二种开机运行情况为：

在最小开机情况下，W厂停2x30MVA机组，R厂停77.5MVA机组一台，S系统发电容量为300MVA，N系统发电容量为240MVA。

各发电机、变压器容量和连接方式已在图中示出。

系统中各主要元件的参数标幺值如下：

　　　1、发电机及等值系统参数

表1发电机及等值系统的参数

名称总容量MVA每台机额定容量MVA额定电压UeKV额定功率因数正序电抗%负序电抗%

最大最小

W厂295.29235.29235.29

2x3015

110.85

0.830.35

0.250.508

0.362

R厂310232.54x77.513.80.840.30.435

S系统476300--115--0.50.61

N系统428240--115--0.50.61负序电抗按下列情况计算:

对水电厂（W、R）的发电机，X21.45Xd，对系统（S、N）的汽轮发电机，X21.22Xd。

　　　2、变压器的参数

表2变压器等值参数

厂站/系统变压器容量（MVA）

W厂24012%0.03

6012%0.12

R厂4x9012%0.068

S系统3x12010.75%6.25%-0.25%0.0460.027-0.001

N系统2x12010.75%6.25%-0.25%0.0460.027-0.001

　　3、输电线路的参数

　　如附图所示：

　　计算时线路单位长度的电抗为：

X1X20.41，线路阻抗角。

　　4、变压器中性接地的数目和位置

　　为了使接地短路时，变压器不会受到过电压的危害，又能使零序电流的分布基本不变，系统中各变电站的变压器接地情况如下表所示：

表3变压器中性点接地情况表

变电站名称WNRS

变压器台数2243

220KV侧中性点接地变压器台数1122

电网潮流分布和短路电流计算

3.1系统潮流分布计算

　　　原则如下：

　　　1、发电厂及变电站低压侧有电源的变压器，中性点均应接地运行，以防出现步接地系统的工频过电压状态。

　　　2、自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地运行。

　　　3、T接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。

当T接变压器低压侧有电源时，则应采取防止工频过电压的措施。

　　　4、为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，错作完毕后再断开，这种情况不按接地运行考虑。

3.2短路电流计算

1、忽略发电机、变压器、架空线路、电缆线路等阻抗参数的电阻部分，并假设旋

转电机的负序电抗等于正序电抗。

　　　2、发电机及调相机的正序阻抗课采用t0时的瞬态值。

　　　3、发电机电动势标么值可以假定等于1，且两侧发电机电动势相位一致，只有在计算线路非全相运行电流和全相震荡电流时，才考虑相线路两侧发电机综合电动势间有一定的相角差。

　　　4、不考虑短路电流的衰减，不计短路暂态电流中的非周期分量，但具体整定

时应考虑其影响。

　　　5、各级电压可采用计算电压值或平均电压值，而不考虑变压器电压分接头实

际位置的变动。

　　6、不计线路电容和负荷电流的影响。

7、不计故障点的相间电阻和接地电阻。

　　　在本设计的电网中，最大、最小运行方式的选择，目的在于计算通过保护装置的最大最小运行短路电流。

在线路末端发生短路时，流过保护的最大最小短路电流与系统的运行方式和算路类型电流分配系数这些因数有关。

系统中对于单侧电源的辐射线路AB，最大运行方式是在电源在第一种开机运行以及系统中所有线路和选定的接地中性点均投入的条件下决定的。

而最小运行方式则是在第二种开机情况和双回线路BC单回线运行条件下考虑。

对双侧电源和多侧电源的环形网络中的线路中，电源在第一种开机运行情况和环网开环，且开环点在该线路相邻的下一级线路上运行决定最大运行方式的。

电源在第二种开机情况和线路闭环运行，停运该线路背后可能的机组和线路运行时决定最小运行情况。

对于双回线路BC，除考虑上述情况外，还要考虑双回线保护的接线方式。

当双回线路分别装设保护时，单回线运行为保护的最大运行方式；双回线路同时运行为保护的最小运行方式。

当双回线路接一套电流保护时，情况刚好相反。

保护的运行方式确定后，还要很具选择保护方式的需要选择短路点，然后再进行短路电流的计算。

　　1、当C母线发生三相短路故障时，流过B侧的保护电流

（1）对于正序网络：

　　　1）三相短路：

　　（KA）

　　2）两相短路：

　　（KA）

　　3）单相短路：

　　（KA）

　　4）两相短路接地：

　　（KA）

（2）对于负序网络：

　　　1）两相短路：

　　（KA）

　　2）单相短路：

　　　（KA）

　　　3）两相短路接地：

　　　（KA）

　　（3）对于零序网络：

　　　1）单相短路：

　　（KA）

　　2）两相短路接地：

　　（KA）

　　　2、B母线发生三相短路故障时，流过C侧保护的电流。

（1）对于正序网络：

　　　1）三相短路：

　　（KA）

　　2）两相短路：

　　（KA）

　　3）单相短路：

　　（KA）

　　4）两相短路接地：

　　（KA）

（2）对于负序网络：

　　1）两相短路：

　　（KA）

　　2）单相短路：

　　（KA）

　　3）两相短路接地：

　　（KA）

　　（3）对于零序网络：

　　1）单相接地：

　　　（KA）

　　　2）两相短路接地：

　　　（KA）

　　　3、短路电流计算结果列表

　　　线路BC（230Km）的短路电流计算结果如下：

表4线路BC（230km）的短路电流计算结果

短路类型C母线故障，流过B侧保护的电流B母线故障，流过C侧保护的电流

0.1730.1680.0650.1950.2750.3040.0690.207

0.3450.090.0940.2820.5490.1660.1000.300计算短路电流时，由于工作量非常大，由本设计的各组成员一起计算得到各线路的短路电流计算结果，且对距离保护整定计算中的分支系数的计算作准备。

4电网距离保护的整定计算

4.1距离保护的概述

　　　1、距离保护的概念距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。

该装置主要的元件为距离（阻抗）继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。

当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增大，这样就保证了保护有选择地切除故障线路。

　　　2、距离保护的构成特点距离保护时属于反映一侧电气量的保护。

一套完整的距离保护装置通常由三段组

成。

其中第一段保护线路全长的80%--85%，第二段保护全长，动作时间一般为0.5s

第三段作为后备保护，其动作时间一般在2s以上。

距离保护主要反映测量阻抗值，与电流保护相比，受电力系统运行方式变化影响

小，躲负荷能力强。

在本线路发生短路时，距离保护的第一段的保护范围不受电力系统

运行方式变化的影响。

当故障点位于相邻线路上时，由于可能有助增电流或外汲电流，

对距离保护的第二三段，保护的实际动作区随系统运行方式变化而有所变化。

距离保护装置的启动元件也是震荡闭锁装置的启动元件，一般多采用

元件作为距离保护的启动元件。

启动元件的作用是在故障时开放距离保护各段。

对一二

段采用短时开放原则，对第三段长期开放直至整组复归。

距离保护的测量元件一般为一

二三段阻抗继电器。

距离保护装置需设震荡闭锁元件和断线闭锁元件。

距离保护采用的阻抗继电器的接线方式一般为，对相间保护，用0度接线方式；对接地距离保护采用带零序电流补偿的接线方式。

4.2距离保护的原理

　　　电流保护的主要优点是简单、经济及工作可靠。

但是由于这种保护整定值的选择、保护范围以及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响，所以，在35kV及以上电压的复杂网络中，它们很难满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求。

为此，就必须采用性能更加完善的保护装置。

距离保护就是适应这种要求的一种保护原理。

　　　如图4.1所示，假设各保护测量元件的输入不只是电流或电压，而是该处的母线电压和流过该线路上的电流，定义保护安装处的母线电压（称为保护的测量电压）和流经该线路的电流（称为保护的测量电流）之比为保护的测量阻抗，即

　　　　　（4.1）

图4.1距离保护的作用原理图

　　　在正常工作情况下，（母线的工作电压），（线路的负荷电流），此时保护测量元件的测量阻抗为负荷阻抗，即

　　　　　（4.2）

　　　显然正常运行时母线上的工作电压在额定值附近，一般说，线路的负荷电流相对于短路电流要小很多，故线路在负荷状态下的测量阻抗值较大，且其角度为负荷功率因数角。

例如，当线路的负荷功率因数为0.9时，负荷功率因数角＝。

当AB线上K1点发生金属性三相短路时，在保护1处所测量的阻抗等于该处母线残余电压与流经该保护的短路电流的比值，即为短路阻抗ZK1，有

　　　　　　（4.3）

式中，?

?

点短路时，保护安装处A母线的残余电压；

　　　　?

?

流过故障线路AB的短路电流。

　　　　ZK1?

?

故障点至保护安装处的线路阻抗，其阻抗值小而阻抗角（称为短路阻抗角）等于线路阻抗角。

　　　通过适当选择距离保护的接线方式，使得短路时测量阻抗的大小与短路点到保护安装处的距离成正比，即

　　　　　＝（4.4）

式中，?

?

从故障点至保护安装处母线A的距离；

　　　　?

?

线路每千米的正序阻抗。

　　　从以上分析可知，电网短路时测量阻抗有以下特征：

　　　第一，由保护安装处的测量阻抗能区分线路在正常状态还是故障状态，两种状态下测量阻抗在幅值和角度上均有明显的差别；

　　　第二，由保护安装处的测量阻抗Zm能区分故障点的远近，故障点离保护安装处的距离越远，测量阻抗Zm越大，反之，3测量阻抗越小；

　　　第三，金属性短路时的测量阻抗只与故障点至保护安装处的距离有关，而与系统运行方式无关。

　　　为了区分故障点在保护范围内还是在保护范围外，可根据选择性和灵敏度要求事先给定距离保护的保护范围，与这个保护范围对应的保护安装处至保护范围末端的线路阻抗称为距离保护的整定阻抗，用Zset表示，如图4.1所示。

　　　可见，距离保护是反应故障点至保护安装地点之