110KV线路继电保护课程设计报告.docx
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110KV线路继电保护课程设计报告
第1章继电保护
电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。
但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。
因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。
需要有专门的技术为电力系统建立一个安全保障体系，其中最重要的专门技术之一就是继电保护技术。
电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求,电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。
1.1什么是继电保护
继电保护是指研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。
因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路、母线等）使之免遭损害。
电力系统继电保护是在全系统围，按指定分区实时的检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最大限度地维持系统的稳定，保持供电的连续性，保障人身的安全，防止或减轻设备的损坏
继电保护装置，是指装设于整个电力系统的各个元件上，能在指定区域快速准确地对电气元件发出的各种故障或不正常运行状态作出反应，并按规定时限动作，时断路器跳闸或发出告警信号的一种反事故自动装置。
继电保护装置的基本任务是：
（1）自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除并最大限度地保证其他无故障部分恢复正常运行；
（2）能对电气元件的不正常运行状态作出反应，并根据运行维护规和设备承受能力动作，发出告警信号，或减负荷，或延时跳闸；
总之，继电保护技术是电力系统必不可少的组成部分，对保障系统安全运行，保证电能质量，防止故障扩大和事故发生，都有极其重要的作用。
1.2继电保护的发展
继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，它与电力系统对运行可靠性要求的不断提高密切相关。
熔断器就是最初出现的简单过电流保护，时至今日仍广泛应用于低压线路和用电设备。
由于电力系统的发展，用电设备的功率、发电机的容量不断增大，发电厂、变电站和供电网的结线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置的过电流继电器。
本世纪初随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。
这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。
继电保护装置是保证电力系统安全运行的重要设备。
满足电力系统安全运行的要继电保护发展的基本动力。
快速性、灵敏性、选择性和可靠性是对继电保护的四项基本要求。
为达到这个目标，继电保护专业技术人员借助各种先进科学技术手段作出不懈的努力。
经过近百年的发展，在继电保护原理完善的同时，构成继电保护装置的元件、材料等也发生了巨大的变革。
继电保护装置经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。
微机继电保护技术的成熟与发展是近三十年来继电保护领域最显著的进展。
经过长期的研究和实践，现在人们已普遍认可了微机保护在电网中无可替代的优势。
微机保护具有自检功能，有强大的逻辑处理能力、数值计算能力和记忆能力，并且具备很强的数字通信能力，这一切都是电磁继电器、晶体管继电器所难以匹敌的。
计算机技术的进步，更高性能、更高精度的数字外围器件的采用，一直是微机继电保护不断发展的强大动力，未来继电保护的发展前景。
微机保护经过近20年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了电力系统运行管理水平。
近年来，随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，其未来趋势向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
1.3继电保护基本要求
对作用于跳闸的继电保护装置，在技术上有四个基本要求，也就是所说的“四性”：
选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
1、选择性
选择性是指继电保护装置动作时，应在尽可能小的围将故障元件从电力系统中切除，尽量缩小停电围，最大限度的保护电力系统中非故障部分能继续运行。
2、速动性
快速的切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。
因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。
动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格也比较昂贵。
电力系统在一些情况下，允许保护装置带有一定的延时切除故障的元件。
因此，对继电保护速动性的具体要求，应根据电力系统的接线以及被保护元件的具体情况来确定。
3、灵敏性
继电保护的灵敏性是指，对于其保护围发生的故障或不正常运行状态的反应能力。
满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的博爱户围部发生故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻都能敏锐感觉，正确反应。
保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，通常记为Ksen，它主要决定于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。
4、可靠性
保护装置的可靠性是指，对于任何一台保护装置，在为其规定的保护围发生了他应该动作的故障，它不应该拒绝动作（简称拒动）；而在其他任何情况下，包括系统正常运行状态或发生了该保护装置不应该动作的故障时，则不应该错误动作（简称误动）。
可靠性主要是针对保护装置本身的质量和运行维护水平而言的。
一般来说，保护装置的原理方案越周全，结构设计越合理，所用元器件质量越好，制造工艺越精良，外接线越简明，回路中继电器的触点数量越少，保护装置工作的可靠性就越高。
同时，正确的安装和接线、严格的调整和试验、精确的整定计算和操作、良好的运行维护以及丰富的运行经验等，对于提高保护运行的可靠性也具有重要的作用。
1.4继电保护的整定计算
继电保护属于二次系统，但是，它是电力系统中的一个重要组成部分。
它对电力系统安全稳定地运行起着极为重要的作用。
特别是在现代的超高压，大容量的电力系统中，对继电保护提出了更高的要求，重点是提高其速动性。
总之，电力系统一时一刻地也不能离开继电保护，没有继电保护的电力系统是不能运行的。
继电保护工作类别多种多样，诸如设计、制造、调试、安装、运行等等。
继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作。
在电力生产运行工作和电力工程设计工作中，继电保护整定计算是一项必不可少的容。
不同的部门其整定计算的目的是不同的。
电力生产的运行部门，例如电力系统的各级调度部门，其整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好的各种继电保护，那找具体电力系统的参数和运行要求，通过计算分析给出所需的各项整定值，使全系统中各种继电保护有机协调地布署，正确地发挥作用。
电力工程的设计部门其整定计算的目的是按照所设计的电力系统进行计算分析，选择和论证继电保护的装置及选型的正确性，并最后确定其技术规等等，正确圆满地完成设计任务。
继电保护是建立在电力系统基础之上的，它的构成原则和作用必须符合电力系统的在规律；同时，继电保护自身在电力系统中也构成一个有严密配合关系的整体，从而形成了继电保护的系统性。
因此，继电保护的整定计算是一种系统工程。
第2章电流保护
2.1短路
造成短路原因：
绝缘损坏、设备老化、使用不当、外力作用、误操作、鸟兽触及等。
具体如下：
1.供电系统中不等电位的点没有经过用电器而直接相连通
2.类型三相、两相、两相接地、单相、单相接地。
3.分对称性短路和非对称性短路。
对称短路：
、
、
4.最关键的两个短路。
电流最大短路电流---选择设备、导线，最小短路电流---继电保护装置校验。
5.其他层间、层间短路。
主要指电动机、变压器和线圈等。
2.1.1短路的危害
1.特点：
①电流剧增至正常电流的几十甚至几百倍（电流大）。
②系统电压骤降。
2.后果：
①损害设备和线路。
②设备不能正常工作。
③影响电力系统运行。
④通信线路、电子设备干扰、产生误动作。
保护措施：
限制、装设熔断器、继电保护装置等。
2.1.2影响短路的因素
影响短路电流的因素主要有以下几点：
1.电源布局及其地理位置，特别是大容量发电厂及发电厂群距受端系统或负荷中心的电气距离；
2.发电厂的规模、单机容量、接入系统电压等级及主接线方式；
3.电力网结构（特别是主网架）的紧密程度及不同电压电力网间的耦合程度；
4.接至枢纽变电所的发电和变电容量，其中性点接地数量和方式对单相短路电流水平影响很大；
5.电力系统间互联的强弱及互联方式。
2.2短路电流计算
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
2.2.1短路电流的计算步骤
1．确定计算条件，画计算电路图
1）计算条件：
系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。
2）运行方式：
系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。
根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。
选电气设备：
选择正常运行方式画计算图；短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。
继电保护整定：
比较不同运行方式，取最严重的。
2．画等值电路，计算参数；
分别画各段路点对应的等值电路。
3．网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗
由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式时各线路未端短路的情况,最小运行方下时各线路未端短路的情况。
2.2.2短路电流的计算
短路电流计算之前，首先要考虑发电机、变压器运行方式选择的原则。
选择的原则如下：
（1）一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故障；当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。
对水电厂，还应根据水库运行方式选择。
（2）一个发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量最大的一台停用。
（3）发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要接地。
（4）自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。
（5）T接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。
（6）为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后再断开，这种情况不按接地运行考虑。
（7）一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，另一条线路又故障的方式。
本次设计短路电流具体计算过程如下：
1.画计算电路图。
110KV系统电气主接线如下图2-1所示。
电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。
因此，在对继电保护进行整定计算之前，首先应该分析运行方式。
现结合本次设计具体说明如下，系统的最大运行方式是所有设备全部投入运行；系统的最小运行方式为发电机G1或G2投入。
对保护501而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式；保护501的最小运行方式应该是在系统的最小运行方式。
所有变压器星型侧接地。
图2-1110kv系统电气主接线图
2．画等值电路，电网等效电路图如图2-2所示。
在整个系统中选择了4个短路点d1、d2、d3、d4。
之所以选这四个点是因为本系统需要零序电流保护，通过这四点算出最大最小零序电流为后面的零序电流整定奠定基础。
图2-2110kv电网等效电路图
3．网络化简，各短路点的短路计算（电网各元件等值电抗计算见附录）。
以d2的短路计算为例。
d2短路的等效网络图如2-3所示：
图2-3d2短路的等效网络图
d2短路的零序电流等值网络如图2-4所示：
图2-4d2短路的零序电流等值网络图
所以，根据电网各元件等值电抗的计算值和零序网图可求出d2点短路的零序电流：
X0∑=56.8ΩX1∑=X2∑=47.2Ω
I0·max=E/（2Z2∑+Z0∑）=115/（2×47.2+56.8）=0.799KA
I0·min=E/（2Z0∑+Z1∑）=115/（2×56.8+47.2）=0.712KA
同理，求出其他短路点d1、d3、d4点短路的零序电流如表2-1所示：
表2-1零序短路电流的计算值
短路点
最大短路零序电流
最小短路零序电流
d1
1.477KA
1.066KA
d2
1.097KA
0.898KA
d3
0.799KA
0.712KA
d4
1.048KA
0.958KA
2.3电流保护的评价
电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路和相邻下一线路的后备保护。
实际上，供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护。
比如，处于电网未端附近的保护装置，当定时限过电流保护的时限不大于0.5时，而且没有防止导线烧损及保护配合上的要求的情况下，就可以不装设电流速断保护和限时电流速断保护，而将过电流保护作为主保护。
三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。
缺点是它的灵敏度受保护方式和短路类型的影响，此外在单侧电源网络中才有选择性。
故一般适用于35KV以下的电网保护中。
零序电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根椐运行需要增减段数。
为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。
接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理。
接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大。
当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流保护。
特别是零序电流保护中最小定值的保护段，它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。
因此，零序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数。
零序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成，其整定配合遵循反映同种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则，主要考虑与相邻下一级的接地保护相配合；当装设接地短路故障的保护时，则一般在同原理的保护之间进行配合整定。
第3章距离保护的整定
110KV输电线路一般采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。
对于极个别非常短的线路，如有必要也可以采用纵差保护作为主保护。
本系统线路的保护方式采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。
其中，第一段作为线路的主保护，二、三段作为后备保护。
3.1距离保护的整定原则
3.1.1距离保护一段
1.动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定，如图4-1。
图4-1电力系统接线图
2．动作时限t=0秒。
3.1.2距离保护二段
1．动作阻抗
（1）与下一线路的第一段保护围配合，并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即
（2）与相邻变压器的快速保护相配合
取
（1）
（2）的最小值。
2.动作时限
保护第Ⅱ段的动作时限，应比下一线路保护第Ⅰ段的动作时限大一个时限阶段，即
3.灵敏度校验
如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第Ⅱ段相配合的原则选择动作阻抗，即
这时，第Ⅱ段的动作时限应比下一线路第Ⅱ段的动作时限大一个时限阶段，即
3.1.3距离保护的三段
1．动作阻抗
按躲开最小负荷阻抗来选择，若第Ⅲ段采用全阻抗继电器，其动作阻抗为
2．动作时限
保护第Ⅲ段的动作时限较相邻与之配合的元件保护的动作时限大一个时限阶段，即
3．灵敏度校验
作近后备保护时
作远后备保护时
3.2断路器的距离保护整定
3.2.1断路器501的整定
1.距离保护的Ⅰ段
动作阻抗：
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
动作时限：
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零
。
2.距离保护的Ⅱ段
与下一线路LAS2保护一段配合：
其中最大分支系数：
与变压器T3、T4配合：
其中：
与下一线路AB整定：
其中：
动作时限：
取以上三个计算值中最小者为П段整定值。
灵敏度校验：
满足要求，它能同时满足与相邻线路LAS2和LAB以及变压器保护配合的要求。
3.距离保护的Ⅲ段
动作时限：
灵敏度校验：
本线路末端灵敏度校验
满足要求。
相邻元件末端发生短路时灵敏度校验：
AB末端
满足要求
AS2末端
满足要求
3.2.2断路器504的整定
1.距离保护的Ⅰ段
动作阻抗：
动作时限：
2.距离保护的Ⅱ段
与变压器T5、T6配合：
其中：
与下一线路BS1整定：
其中：
动作时限：
取以上二个计算值中最小者为П段整定值。
灵敏度校验：
满足要求，它能同时满足与相邻线路LBS1和变压器保护配合的要求。
3.距离保护的Ⅲ段
按躲开最小负荷的整定计算：
动作时限：
灵敏度校验：
本线路末端灵敏度校验：
满足要求。
相邻元件末端发生短路时灵敏度校验：
与变压器末端：
满足要求。
BS1末端：
满足要求。
3.3距离保护的评价
主要优点：
能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。
其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。
主要缺点：
不能实现全线瞬动。
对双侧电源线路，将有全线的30﹪～40﹪的第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。
阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。
第4章输电线路的自动重合闸
在电力系统中，输电线路，特别是架空线路是最容易发生短路故障的元件。
因此，设法提高输电线路供电的可靠性是非常重要的。
而自动重合闸装置正是提高线路供电可靠性的有力工具。
电力系统运行经验证明，架空线路的故障大多数是瞬时性故障，因此在线路断开以后，再进行一次重合闸，就有可能大大提高供电的可靠性。
为了自动、迅速地将断开的线路断路器重新合闸，在电力系统中广泛采用自动重合闸装置。
4.1重合闸的基本要求
（1）正常运行时，当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后，自动重合闸装置均应动作，使断路器重新合上。
自动重合闸动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次动作。
（2）由运行人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时，自动重合闸不应启动，不能将断路器重新合上。
当手动投入断路器或自动投入断路器时，若线路上有故障，随即被继电保护将其断开时，自动重合闸不应启动，不发出重合闸脉冲。
（3）继电保护动作切除故障后，在满足故障点绝缘恢复及断路器消弧室和传动机构准备好再次动作所必须时间的条件下，自动重合闸装置应尽快发出重合闸脉冲，以缩短停电时间，减少因停电而造成的损失。
在断路器跳开之后，自动重合闸一般延时0.5—1s后发出重合闸脉冲。
（4）自动重合闸装置动作次数应符合预先规定。
如一次式重合闸就应该只动作一次，当重合于永久性故障而再次跳闸以后，就不应该再动作；对二次式重合闸就应该能够动作两次，当第二次重合于永久性故障而跳闸以后，它不应该再动作。
重合闸装置损坏时，不应将断路器多次重合于永久性故障线路上，以避免系统多次遭受故障电流的冲击，使断路器损坏，扩大事故。
（5）自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便更好地和继电保护相配合，加速故障的切除。
（6）在双侧电源的线路上实现重合闸时，重合闸应满足同期合闸条件。
（7）当断路器处于不正常状态（例如操动机构中使用的气压、液压降低等）而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。
4.1.1单侧电源线路的自动重合闸
所谓三相一次自动重合闸方式，就是不论在输电线路上单相、两相或三相短路故障时，继电保护均将线路的三相断路器一起断开，然后装置起动，经预定延时将三相断路器重新一起合闸。
若故障为瞬时的，则重合成功；若故障为永久性的，则继电保护再次将三相断路器一起断开，且不再重合。
4.1.1双侧电源线路的自动重合闸
在这种线路上采用自动重合闸装置时，除了应满足前述基本要求外，还必须考虑以下两点：
（1）当线路发生故障时，线路两侧的保护可能以不同的时限断开两侧短路器。
（2）在某些情况下，当线路发生故障，两侧断路器断开之后，线路两侧电源之间有可能失去同步。
因此后合闸一侧的断路器在进行重合闸时，必须确保两电源间的同步条件，或者校验是否允许非同步重合闸。
由此可见，双侧电源线路上的三相自动重合闸，应根据电网的接线方式和运行情况，采用不同的重合闸方式。
用的有：
非同步自动重合闸；快速自动重合闸；检定线路无电压和检定同步的自动化重合闸；解列重合闸及自同步重合闸等。
自动重合闸装置在电网中的运行,直接影响电力系统的安全,又直接影响大型发电机组的安全。
从对系统暂稳有利来讲,有“最佳重合闸时间”;而从对轴系扭振有利来看,又存在理想的重合时刻。
如何协调大电网与大机组安全运行的关系,寻求“最佳重合闸时间”和理想的重合时刻之间的统一,使得重合闸对系统暂稳和轴系扭振都只有利而无害,保系统安全与保机组安全能够两全,应该是一个很值得研究的重大问题。
4.2自动重合闸与继电保护的配合
自动重合闸与继电保护的适当配合，能有效地加速故障的切除，提高供电的可靠性。
自动重合闸的应用在某些情况下还可以简化继电保护。
自动重合闸与继电保护的配合方式，有重合闸前加速保护和重合闸后加速保护两种。
重合闸前加速是，当线路上发生故障时，靠近电源侧的保护先无选择性的瞬时动作于跳闸，而后再借助自动重合闸来纠正这种非选择性动作。
重合闸后加速保护是当线路故障时，先按正常的继电保护动作时限有选择性地动作于断路器跳闸，然后AAR装置动作将断路器重合，同时将过电流保护的时限解除。
这样，当断路器重合于永久性故障时，电流保护将无时限地作用于断路器跳闸。
实现后加速的方法是，在被保护的各条线路上都装设有选择性的保护和自动重合闸装置。
总结
本设计是针对与110KV电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析计算和整定的，因此它可保护发生上述各种故障和事故时的系统网络，在设计思路中紧扣继电保护的四要求：
速动性、灵敏性、可靠性以及选择性。
而且本设计不仅局限于线路，对变压器和机组的保护也进行了部分观点式的阐述。
由于设计资料和任务书的要求，本设计有具体的参数，理论上适合各种情况的网络，但实际上不同的数据参数有不同的情况。
本课程设计是在自己理清思路，初步形成意识后，对课题便有了更深一层次的理解和体会，在同学的帮助和共同商讨下，进行多方面的选材和总结。
在列出大纲和初步完成稿件之后，为证实自己对课题理解的正确性，期间进行了多方面的查找和询问，进一步的巩固了自己的知识、开阔了视野、增了见识，最后在指导老师程凤琴的帮助和审批下，给继电保护课程设计划上了圆满的句号。
通过这次设计，不仅初步懂得了电力网络的相互联系，在获得知识之余，还加强了个人的单独工作能力，增了工作阅历，得到了不少的收获和心得。
在思想方面上更加成熟，个人能力和工作有所提高。
参考文献
[1].吕继绍.电力系统继电保护设计原理.:
中国水利电力,1986.P23-145
[2].笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册.:
中国水利电力，2003.P44-89
[3].许建安.继电保护整定计算.:
中国水利水电.2004.P75-152
[4].熊为群,然.继电保护自动装置及二次
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