35kV双回线路继电保护微机保护实现.docx

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35kV双回线路继电保护微机保护实现

电力系统课程设计报告

题目35kV双回线路继电保护微机保护实现

学生姓名****

学号*****

指导教师***

学院信息院

专业*****班

完成时间2017.12.29

前言

电力系统的不断发展和安全稳定运行，给国民经济和社会发展带来了巨大动力和效益。

但是，电力系统一旦发生自然或人为故障，如果不能及时有效控制，就会失去稳定运行，使电网瓦解，并造成大面积停电，给社会带来灾难性的后果。

继电保护（包括安全自动装置）是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。

许多实例表明，继电保护装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿成严重后果。

因此，加强继电保护的设计和整定计算，是保证电网安全稳定运行的重要工作

电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求,电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。

因此，继电保护技术得天独厚，在几十年的时间里完成了发展的4个历史阶段。

（1）机电式继电保护阶段。

（2）晶体管式继电保护阶段。

（3）集成电路式继电保护阶段。

（4）计算机式继电保护阶段。

随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。

可以说从20世纪90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。

本次课程设计主要任务是通过对某简单电网进行继电保护系统设计，掌握继电保护的配置方法、基本原理和整定计算的基本方法，深化对线路、变压器、母线等元件的继电保护基本原理和装置结构的理解，掌握各种元件的保护配置和故障后的动作特性，掌握微机保护中各种保护的整定方法、接线方法。

掌握判定微机继电保护装置正确动作的方法。

第一章课程设计题目要求

某变电站在35kV母线双回平行线路如图所示，已知：

（1）线路长20km，线路阻抗0.4Ω/km，每回线通过最大负荷电流为500A，系统归算到电压35kV的阻抗最大值为0.9Ω，最小值为0.75Ω，接线图如下图所示；

（2）B站后备保护时间为1.5s；

（3）A站直流操作电源为220V。

说明书应有下列内容：

（1）题目

（2）选择电流互感器变比

（3）双回线路继电保护的配置及继电保护整定计算

（4）继电器型号和出口中间继电器附加电阻的选择

（5）绘制继电保护原理图和展开图等

按照《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB14285-93）及《电力装置的继电保护和安全自动装置设计规范》（GB50062-92）的要求，35kV及以上中性点非直接接地电力网的线路，对相间短路和单相接地，应按本节的规定装设相应的保护。

保护装置采用远后备方式。

对单侧电源线路，可装设一段或两段式电流速断保护和过电流保护。

对单相接地故障，应在发电厂和变电站母线上，装设单相接地监视装置，监视装置反映零序电压，动作于信号。

可能时常出现过负荷的电缆线路，或电缆与架空混合线路，应装设过负荷保护。

保护宜带时限动作于信号，必要时可动作于跳闸。

由于本系统中35kV出线线路为单侧电源线路，可考虑配置一段电流速断保护、一段延时电流速断保护、过电流保护、过负荷保护及三相一次重合闸。

微机保护型号选择南瑞继保的RCS-901系列超高压线路成套保护装置。

第二章RCS-901微机保护装置

1微机保护简介

微机保护装置一般由模拟量输入，开关量输入，微机系统，开关量输出，人机对话，外部通信等6部分组成，其中微型机主系统是核心部件，其他5部分是外围接口部件。

模拟量输入部分：

模拟量输入部分是将互感器输入的模拟电信号正确的变换成离散化的数字量，也称为数据采集系统。

按信号传递顺序，交流模拟量输入部分主要包括以下几部分：

1）输入变换及电压形成他接受来自电力互感器二次侧的电压、电流信号，并将这些信号进一步变小，同时使互感器与保护装置内部之间实现电气隔离喝电磁屏蔽。

信号的变换对交流电压可直接采用电力变换器，对于交流电流，由于通常使用的弱电子器件为电压输入型器件，因此还需将电流信号转换为电压信号，这个过程称为电压形成。

2）低通滤波器作用是抑制输入信号中岁保护无用的较高的频率的成分，以便采样时易于满足采样定理的要求。

3）采样保持器S/H所谓采样保持，就是在某一刻抽取输入信号的瞬时值，并维持适当时间不变。

4）多路转换器它可有CPU通过编码器控制将多通道输入信号（由S/H送来）依次与一路输出端连接，与输出端与模数变换器的输入端项链。

此时，只用一路模数变换器即可实现所有通道的模数转换，能大大简化电路和降低成本

5）模数转换器A/D它将由S/H抽取并保持的输入模拟信号的瞬时值变换为相应的数字值，实现模拟量到数字量的变换。

开关量输入部分：

泛指那些反映“是”或“非”两种状态的逻辑变量，如断路器的“合”或“分”闸状态、开关或继电器触点的“通”或“断”状态、控制信号的“有”或“无”状态等。

这些砖头正好对应二进制的“1”“0”所以开关量可作为数字量读入，

3.3、微机主系统

CPU、整个微机保护的指挥中枢，程序的运行依赖于CPU来实现；存储器、它用来保存程序和数据；定时器/计数器、提供定时采样触发信号、形成中断控制等作用；控制电路、它用以保证整个微机数字电路的有效连接和协调工作。

开关输入量部分：

开关输入量部分为正确地发出开关量操作命令提供输出通道，并在微机保护装置内外部之间实现光电隔离。

微机保护装置通过开关量输出的“0”或“1”状态来控制执行回路。

人机对话部分：

人机对话部分建立起微机保护装置与使用者之间的信息联系，以便对保护装置进行人工操作、调试和得到反馈信息。

外部通信部分:

外部通信部分提供信息通道与变电站计算机局域网以及电力系统远程通信网相连，实现更高一级的信息管理和控制功能，如信息交互、数据共享、远方操作及远方维护等。

2微机保护装置原理

图2.1系统连接图

重合闸的起动方式可以由保护动作起动或开关位置不对应起动方式；当与本公司其它产品一起使用有二套重合闸时，二套装置的重合闸可以同时投入，不会出现二次重合，与其它装置的重合闸配合时，可考虑用压板仅投入一套重合闸。

三相重合时，可采用检线路无压重合闸或检同期重合闸，也可采用快速直接重合闸方式，检无压时，检查线路电压或母线电压小于30V；检同期时，检查线路电压和母线电压大于40V，且线路和母线电压间相位差在整定范围内。

非全相运行状态下，将纵联零序退出，退出与断开相相关的相、相间变化量方向、变化量距离继电器，RCS-901A将零序过流保护Ⅱ段退出，Ⅲ段不经方向元件控制，RCS-901B将零序过流保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段退出，Ⅳ段不经方向元件控制，RCS-901D将零序过流保护Ⅱ段退出，零序反时限过流不经方向元件控制。

单相重合闸时，零序过流加速经60ms跳闸，距离Ⅱ段受振荡闭锁控制经25ms延

图2-2三相一次重合闸原理图

时三相跳闸；三相重合闸或手合时，零序电流大于加速定值时经100ms延时三相跳闸；三相重合闸时，经整定控制字选择加速不经振荡闭锁的距离Ⅱ、Ⅲ段，否则总是加速经振荡闭锁的距离Ⅱ段；手合时总是加速距离Ⅲ段。

当线路因任何原因切除两相时，由单相运行三跳元件经零序压板控制切除三相，其判据为：

有两相TWJ动作且对应相无流（<0.06In），而零序电流大于0.15In，则延时150ms发单相运行三跳命令。

TWJA、TWJB、TWJC分别为A、B、C三相的跳闸位置继电器的接点输入；

保护单跳固定、保护三跳固定为本保护动作跳闸形成的跳闸固定，单相故障，故障无电流时该相跳闸固定动作，三相跳闸，三相电流全部消失时三相跳闸固定动作；

外部单跳固定、外部三跳固定分别为其它保护来的单跳起动重合、三跳起动重合输入由本保护经无流判别形成的跳闸固定；

重合闸退出指重合闸方式把手置于停用位置，或定值中重合闸投入控制字置“0”，则重合闸退出。

本装置重合闸退出并不代表线路重合闸退出，保护仍是选相跳闸的。

要实现线路重合闸停用，需将沟三闭重压板投上。

当重合闸方式把手置于运行位置（单重、三重或综重）且定值中重合闸投入控制字置“1”时，本装置重合闸投入。

TV断线时重合放电。

重合闸充电在正常运行时进行，重合闸投入、无TWJ、无压力低闭重输入、TV断线和其它闭重输入经15秒后充电完成。

本装置重合闸为一次重合闸方式，用于单开关的线路，一般不用于3/2开关方式，可实现单相重合闸、三相重合闸和综合重合闸。

重合闸的起动方式有本保护跳闸起动、其它保护跳闸起动和经用户选择的不对应起动。

三相重合时，可选用检线路无压重合闸、检同期重合闸，也可选用不检而直接重合闸方式。

检无压时，检查线路电压或母线电压小于30伏时，检无压条件满足，而不管线路电压用的是相电压还是相间电压；检同期时，检查线路电压和母线电压大于40伏且线路电压和母线电压间的相位在整定范围内时，检同期条件满足。

正常运行时，保护检测线路电压与母线A相电压的相角差，设为Φ，检同期时，检测线路电压与母线A相电压的相角差是否在（Φ－定值）至（Φ＋定值）范围内，因此不管线路电压用的是哪一相电压还是哪一相间电压，保护能够自动适应。

过电流保护原理接线图见图2.3.

图2.3过电流保护原理接线图

距离保护用户选择“投负荷限制距离”，则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的接地和相间距离元件需经负荷限制继电器闭锁。

起动时，如果按躲过最大负荷电流整定的振荡闭锁过流元件尚未动作或动作不到10ms，则开放振荡闭锁160ms，另外不对称故障开放元件、对称故障开放元件和非全相运行振闭开放元件任一元件开放则开放振荡闭锁；用户可选择“投振荡闭锁”去闭锁Ⅰ、Ⅱ段距离保护，否则距离保护Ⅰ、Ⅱ段不经振荡闭锁而直接开放。

相运行再故障时，距离Ⅱ段受振荡闭锁开放元件控制，经120ms延时三相加速跳闸。

于故障线路时三相跳闸可由二种方式：

一是受振闭控制的Ⅱ段距离继电器在合闸过程中三相跳闸，二是在三相合闸时，还可选择“投三重加速Ⅱ段距离”、“投三重加速Ⅲ段距离”、由不经振荡闭锁的Ⅱ段或Ⅲ段距离继电器加速跳闸。

手合时总是加速Ⅲ段距离。

3微机保护装置接线

微机保护接线如下图所示

图2-4微机保护接线图

图2-5电压电流保护接线图

图2-6开关输入输出接线图

第三章整定保护计算

某变电站在35kV母线双回平行线路如图所示，已知：

（1）线路长20km，线路阻抗0.4Ω/km，每回线通过最大负荷电流为300A，系统归算到电压35kV的阻抗最大值为0.9Ω，最小值为0.75Ω，接线图如下图所示；

（2）B站后备保护时间为1.5s；

（3）A站直流操作电源为220V。

电流互感器变比的选择:

因每回线通过最大负荷电流为300A，可得

双回线路继电保护的配置及继电保护整定计算:

平行保护线路的保护整定计算，在B站侧进行保护计算

（1）电流平衡保护计算。

电流启动元件动作电流，按躲开外部短路的最大不平衡电流整定：

式中：

——电流互感器的10%误差，取0.1；

——非周期分量因素，去1.5；

——电流互感器的同型系数，取0.5；

电流元件的相继动作区，由图解法求得

电流元件的灵敏度校验

满足要求

（2）电流电压连锁速断保护的整定计算。

电流电压连锁速断保护作为单回路运行的主保护，整定计算如下：

式中

——正常运行方式下的系统电源阻抗

——线路的阻抗。

最小保护范围为21％。

（3）过电流保护计算。

过电流保护作为双回线和单回线运行的后备保护，即：

灵敏度校验：

符合要求

变电所A侧采用横差动保护，电流元件的动作值为：

灵敏系数按线路中点短路校验

满足要求

电流元件的相继动作区为：

第四章微机保护装置设计

过电流启动的动作条件为：

max（Ia，Ib，Ic）＞min（IZD）；其中IZD为各段过流元件定值。

过流保护为三段式相过电流保护，各段可独立整定成带或不带方向、经或不经电压闭锁，加速时是否经电压闭锁由控制字整定，与被加速段无关。

过流方向元件采用正序电压和相电流比相判别，动作区为正序电压超前故障相电流-10度～120度。

为消除死区，方向元件带有记忆功能。

零序保护、三相一次重合闸、低周减载和失灵启动与PSL621C相同。

交流电流电压异常判断与PSL621C相同。

当PT失压后，过流保护的方向元件将不能正常工作，过流保护各段不再带方向，不经电压闭锁。

此时过流Ⅰ段根据控制字选择是否经至少200毫秒延时出口。

根据技术功能指标

模拟量测量精度

误差不大于

5%。

由于保护最小整定值为

所以当电流小于202.9

（1-5%）时保护可靠不动作。

当短路电流值大于202.9

（1+5%）时保护可靠动作。

由短路电流整定计算可知：

=

=1.2

0.7215=0.8658KA

当电流在0A-202.9A时，三段保护均不动作。

当电流在202.9A-577.3A时，过电流保护Ⅲ段动作经过1.0秒跳闸。

当电流在577.3A-865.8A时，线路Ⅲ段过电流保护启动，线路Ⅱ段限电流速断保护启动，最后由线路Ⅱ段延时电流速断保护经0.5s切除。

当电流大于865.8A时，线路Ⅲ段过电流保护启动，线路Ⅱ段延时电流速断保护启动，线路Ⅰ段电流速断保护也启动，最后由线路Ⅰ段电流速断保护立即跳闸。

总结

通过对出现线路的三段式继电保护，可以有效保护线路全长。

有选择的电流速断保护可以保护线路的大部分，由于有选择的电流速断保护不能保护本线路的全长，因此增加一段带时限动作限时电流速断保护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时也能作为速断保护的后备。

同时增加一段作为本线路住保护拒动时的近后备保护，也作为过负荷时的保护的过电流保护。

电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护，它们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择启动电流。

速断是按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定；限时速断是按照躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定；而过电流保护是按照躲开本元件最大负荷电流来整定。

由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此为保证迅速而有选择性地切除故障，常常将电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。

本设计采用的是微机保护，微机保护具有强大的分析、计算和逻辑判断能力，有存储记忆功能，工作可靠性高。

可利用同一硬件实现不同的保护原理，使制造简化，利于实现保护标准化。

同时，微机保护具有故障录波、测距、事件顺序记录、与调度计算机交换信息等辅助功能，有利于简化保护调试、事故分析和事故后处理等。

心得体会

继电保护是切除电力系统的故障，防止事故扩大的最为有效的技术手段，必须保证其动作的正确性、灵敏性。

当今时代，电网内存在越级跳闸、误动等情况，因此，为了保证电网安全、稳定运行，确保工农业连续生产，极需进一步提高继电保护的灵敏性、正确性。

坚持学习，知识才能得到巩固和提高。

今后，我将更加努力学习有关专业知识，以便走上工作岗位后能更好的为社会服务。

设计过程中培养了我的综合运用电力系统继电保护及其他课程理论知识和利用生产时间知识来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用。

在此期间我我们同学之间互相帮助，相互交流，共同面对课程设计当中遇到的困难。

本次课程设计不仅仅是对自己所学的知识的一次系统总结与应用，还是对个人心理的考验。

在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。

有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。

自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。

通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体课题相结合开发、设计产品的能力。

既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

在本次设计涉及到大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网络成了我们很好的助手。

在查阅资料的过程中，要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。

本次课程设计由于时间的仓促，自己知识水平有限，一定存在不足之处，恳请老师给予指导与帮助。

参考资料

[1]尹项根曾克娥.电力系统继电保护原理与应用.武汉：

华中科技大学出版社,2001

[2]张保会尹项根.电力系统继电保护.北京：

中国电力出版社,2005

[3]马永翔.电力系统继电保护.重庆：

重庆大学出版社，2004

[4]韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册.北京：

中国水利水电出版社，2003