110kV变电所继电保护设计及分析最详细.docx

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110kV变电所继电保护设计及分析最详细

成都工业学院

毕业设计

课题：

110kV变电所继电保护设计及分析

导师：

卫永霞

姓名：

闫新刚

班级：

日期：

2011年3月10日

前言

电力生产过程有别于其他工业生产过程的一个重要特点，就是它的生产、输送、变换、分配、消费的几个环节是在同一个时间内同步瞬间完成。

电力生产过程要求供需严格动态平衡，一旦失去平衡生产过程就要受到破坏，甚至造成系统瓦解，无法维持正常生产。

随着经济的快速发展，负荷大幅度增加，使得电网规模不断扩大，高电压、大机组、长距离输电、电网互联的趋势，使电网结构越来越复杂，加强电力资源的优化配置，最大限度满足电力需求，保证电网的安全稳定成为人们探讨的问题之一。

虽然系统中有可能遭受短路电流破坏的一次设备都进行了短路动、热稳定度的校验，但这只能保证它们在短时间内能承受住短路电流的破坏。

时间一长，就会无一例外地遭受破坏。

而在供电系统中，要想完全杜绝电路事故是不可能的。

继电保护是一种电力系统的反事故自动装置，它能在系统发生故障或不正常运行时，迅速，准确地切除故障元件或发出信号以便及时处理。

可见继电保护是任何电力系统必不可少的组成部分，对保证系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。

因此设置一定数量的保护装置是完全必要的，以便在短路事故发生后一次设备尚未破坏的数秒内，切除短路电流，使故障点脱离电源，从而保护短路回路内的一次设备，同时迅速恢复系统其他正常部分的工作。

随着变电站继电保护技术进一步优化，大大提高了整个电网运行的安全性和稳定性，大大降低运行检修人员的劳动强度，继电保护技术将引起电力行业有关部门的重视，成为变电站设计核心技术之一。

目录

第一章电气主接线…………………………………………………1

第二章电气设备简介………………………………………………2

第三章继电保护基本知识…………………………………………4

第四章主变压器继电保护…………………………………………7

第五章110kV线路继电保护保护…………………………………11

第六章结束语………………………………………………………13

第六章参考文献……………………………………………………14

110KV变电站继电保护设计及分析

第一章电气主接线

电气主接线是变电所电气设计的重要部分，也是构成电力系统的重要环节。

电气主接线对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

变电站主接线根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。

通常变电站主接线的高压侧，应尽可能采用短路器数目教少的接线，以节省投资，变电站低压侧应采用单母分段接线，以便于扩建。

对本变电所进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。

在满足技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。

此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。

第二章电气设备简介

一、主变压器

主变压器参数：

型号

接线组别

额定电压

容量

分接开关型号

XXZ9-4000/110

Yn-yno-d11

110/38.5/10.5KV

40MVA

UCGKN380/300/CS

二、高压断路器

高压断路器选择如下表：

电压等级

110kV

35kV

10kV

断路器型号

3AP1FG

ZN91-40.5

VD4M1225-40

额定电流

4000A

1600A

2500A

开断电流

40kA

25kA

40kA

三、互感器的选择

1、电流互感器主要参数的选择：

互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等一次设备获取电气一次回路信息的传感器。

互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100、100/

V）和小电流（5、1A）。

电流互感器的二次侧绝对不能够开路。

电压互感器的二次侧绝对不能够短路。

电流互感器一次电流选择应遵循以下原则：

①一次电流应满足负荷要求,并在标准值中选取。

②一次电流应使在正常运行情况下，二次输出电流满足保护装置和测量、计量仪表准确度要求。

⑴110kV线路独立电流互感器的选择：

LB6—110W，额定电流比2*600/5、2*300/5；准确次级10P20，0.2；

⑵#1主变三侧电流互感器：

110KV侧：

LRB-110额定电流比600/5；准确次级10P20,0.5；

35KV侧：

LDJ1-40.5/300额定电流比1200/5；准确次级5P10；

LZZBJ9-35额定电流比800/5；准确次级10P20,0.5；

10KV侧：

LZZBJ9-10额定电流比2500/5；准确次级5P20,0.5；

⑶10KV线路及电容器电流互感器：

LZZBJ9-10，额定电流比600/5；准确次级10P20,0.5。

2、电压互感器参数的选择

⑴电压互感器应按下表所列技术条件选择：

项目

参数

技术条件

正常工作条件

一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级

承受过电压能力

绝缘水平、泄露比距

环境条件

环境温度、相对湿度、海拔高度、最大风速、污秽

⑵电压互感器选择结果：

型号

额定电压（KV）

初级绕组

次级绕组

剩余电压绕组

TYD110/

-0.02H

110/

0.1/

0.1/

0.1

JDZX9-35W2

35/

0.1/

0.1/

:

0.1/3

JDZX16-10G

10/

0.1/

0.1/

:

0.1/3

第三章继电保护基本知识

一、继电保护的作用：

继电保护装置就是能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。

二、继电保护基本原理

当电力系统发生故障时，总是伴随有电流的增大、电压的降低及电流和电压之间相位角的变化等物理现象。

因此，便可利用这些物理量的变化，构成各种不同原理的继电保护。

例如：

利用短路时电流增大的特征可构成过电流保护，过电流保护反应于电流的增大而动作；利用电压的特征，可构成低电压保护，低电压保护反应于电压的降低而动作；利用电压和电流比值的变化，可构成低阻抗保护（距离保护），这种保护反应于测量阻抗的减小（或短路点到保护安装地点之间的距离）而动作；利用电压和电流之间相位关系的变化，可构成方向保护；利用比较被保护设备各端的电流大小和相位的差别可构成差动保护等等。

此外，也可根据电气设备的特点实现反应非电量变化的保护。

例如反应变压器油箱内部故障的瓦斯保护。

三、继电保护分类：

1、按被保护的对象分类：

输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等；

2、按保护原理分类：

电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；

3、按保护所反应故障类型分类：

相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；

4、按继电保护装置的实现技术分类：

机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；

5、按保护所起的作用分类：

主保护、后备保护、辅助保护等；

主保护满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护；

后备保护主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。

又分为远后备保护和近后备保护两种；

①远后备保护：

当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护；

②近后备保护：

当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护；

③辅助保护：

为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护；

四、继电保护的基本要求：

对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：

选择性、速动性、灵敏性、可靠性。

（一）选择性：

选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。

（二）速动性：

即快速切除故障。

快速切除故障的优点：

1、提高系统稳定性；2、减少用户在低电压下的动作时间；3、减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。

（三）灵敏性：

指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。

满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。

（四）可靠性：

指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不该动作时，他能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。

上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。

在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。

第四章主变压器的继电保护

一、变压器保护配置原则：

变压器是电力系统的重要电气设备之一。

它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。

因此必须根据变压器的容量及重要性装设性能良好、动作可靠的保护装置。

变压器的故障可以分为油箱内部故障及油箱外部故障两种。

油箱内部故障包括绕组的相间短路、匝间短路以及铁心的烧损等；油箱的外部故障主要是绝缘套管和引出线上的相间故障及单相接地故障。

此外，变压器还可能出现异常运行状态，主要有：

漏油造成油位下降；由于外部短路引起的过电流或长时间过负荷，使变压器绕组过热，绕组绝缘加速老化，甚至引起内部故障，缩短变压器的使用寿命。

变压器保护包括：

1、差动保护：

防止变压器绕组和引出线相间短路，直接接地系统侧和引出线的单相接地短路及绕组间的短路。

2、瓦斯保护：

防止变压器油箱内部或断线故障及油面降低。

3、零序电流保护、零序电压保护：

反映直接接地系统中变压器外部接地短路并作为瓦斯保护和差动保护的后备。

5、过电流保护（或阻抗保护）：

反映变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护的后备。

6、过负荷保护：

反映变压器对称过负荷。

7、其它非电量保护：

反映变压器油温及油箱内压力升高和冷却系统故障的相应保护。

采用微机保护装置：

RCS-9671（差动保护）、RCS-9681（高后备）、RCS-9682（中后备）、RCS-9682（低后备）、RCS-9661（非电量）。

对保护装置的要求：

动作要可靠，动作速度要快，应能有选择地动作，应有足够的灵敏度。

二、主变参数：

型号：

SSZ9-40000/110；

变比：

110±8*1.25%/38.5±2*2.5%/10.5kV；

接线组别：

Yn,yn0,d11；

额定电流：

209.9/599.8/2199.4A；

容量：

S=40MVA，

短路阻抗：

Uk1-2%=10.41%；Uk1-3%=17.53%；Uk2-3%=6.49%；

零序阻抗：

Z0=45.8Ω；

计算得：

X1=0.2681；X2=0.0788；X3=0.3003；X0=0.3463；

三、#1主变保护计算：

1、差动保护计算：

高压侧：

600/5（表计400/5）；中压侧：

1200/5（表计800/5）；低压侧：

2500/5。

差动电流起动值Iqd：

取变压器额定电流的50%。

速断动作电流ISD：

躲变压器励磁涌流，取8Ie。

二次谐波制动系数：

取0.15。

比率差动制动系数：

取0.55。

CT断线报警门槛值:

0.1Ie.

平衡系数计算:

Kph1=U1n*CT11/S=110*600/40000=1.65

Kph2=U2n*CT21/S=38.5*1200/40000=1.155

Kph3=1.732*U3n*CT31/S=10.5*2500/40000=1.137

区外故障时的最大不平衡电流计算:

Ibp=Kk*（Ktx*Δfi*Idmax+ΔU1*Idmax+Δfi*Idmax）

=1.3*（0.1*4198/240*1.155+0.1*1351/120*1.65）

=5.04A/2.887=1.75Ie

Ir=0.5*（1351*1.65/120+4198*1.155/240）A=19.4A=6.716IeKbl=（1.75-1.875）/（6.716-3）=-0.034<1所以，落在制动区；

区内故障灵敏度计算:

Id=416/120*1.65=5.72A=1.98Ie

Ir=0.5*416/120*1.65=2.86A=0.99In

Kbl=1.98-0.5/0.99-0.5=3.02落于动作区内

Iop=（0.99-0.5）*0.55+0.5=0.77AKlm=2.57满足要求

2、后备保护计算：

a、110kV侧后备CT：

600/5

复合序电压闭锁过流：

75V6V

Idz=（1.25/0.85*210）/120=3.86A取4A

2.3秒跳1#主变三侧开关。

过负荷保护：

Idz=（1.05/0.85*210）/120=3.24A取3.2A

零序电流保护CT：

200/5停用。

b、35kV侧后备CT：

1200/5

复合序电压：

75V、6V

电流：

Idz=1.25/0.85*600/240=3.68A取3.7A

2秒跳35kV侧开关

过负荷定值：

Idz=1.05/0.85*600/240=3.09A取3.1A

c、35kV侧方向后备保护CT：

1200/5

本保护仅在110kV侧停电，35kV送10kV负荷时投入，考虑联络线输送限额为300A。

有：

Idz=1.25/0.85*300/240=1.84A取2A1.7秒跳三侧

d、10kV侧后备CT：

2500/5

复合序电压：

75V、6V

Idz=1.25/0.85*2199/500=6.5A取6.5A1.4秒跳本侧开关

过负荷定值：

Idz=1.05/0.85*2199/500=5.4A取5.4A

四、瓦斯保护

瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成。

变压器内部发生轻微故障时，继电器触点闭合，发出瞬时“轻瓦斯动作”信号。

变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触点闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器各侧断路器。

变压器严重漏油使油面降低时，继电器动作，同样发出“轻瓦斯动作”信号。

非电量保护：

本体重瓦斯1米/秒，轻瓦斯350立方厘米

压力释放阀动作、油位异常、超温：

发信号。

第五章110kV线路继电保护

一、110kV线路参数：

线路1101线：

LGJ-240/3013.338km几何均距：

4.15km

线路1101线阻抗计算为：

R=0.1181*13.338/132.25=0.0119X=0.386*13.338/132.25=0.0389

实测参数为：

线路1101线R1=1.625/132.25=0.0123X1=5.55/132.25=0.0420

R0=4.116/132.25=0.0311

X0=11.78/132.25=0.0891

线路1101线：

CT变比：

1200/5，RCS-941A

LGJ-240/3013.338km几何均距：

4.15km

线路1101线阻抗：

0.0119+j0.0389（正序）0.0357+j0.1167（零序）

相间（接地）距离I段：

取Zdz≤KkZl=0.8*5.38*240/1100=0.94Ω取0.9Ω

相间距离II段：

1.按躲过线路末端故障有灵敏度Klm=1.5整定

Zdz≤Klm*Zl=1.5*5.38*240/1100=1.76（Ω）取1.7Ω

2．躲花田变主变压器零阻抗侧母线故障

<1>花田变主变阻抗为：

0.2602*1152/100=34.4Ω。

Zdz≤KkZl+KkTKzZT’=（0.85*5.38+0.75*34.4）*240/1100

=6.63Ω取5Ω动作时间取0.3秒

相间距离III段

1.按躲最大负荷电流整定,取最大负荷电流为420A

Zdz≤Kk*0.9*Ue/sqr（3）/Ifhmax

=0.7*0.9*115/1.732/420=99.6（Ω）。

该定值线末故障的灵敏度为Klm=99.6/6.25=16,灵敏度要求为：

1.5

二次值Zdz3'=Zdz3*CT/PT=99.6*240/1100=21.7Ω

III段时间定值=2.6秒

接地距离II段：

取1.5Ω、0.3秒

接地距离III段：

取3Ω、0.6秒。

零序电流保护：

大方式下，110kV母线故障，3I0max=3360A

小方式下，110kV母线故障，3I0min=2864A

I段：

取线末故障有灵敏度为Klm=2计

Idz=3I0min/Klm=2864/240*2=5.97A，取6A0秒

II段：

1、取线末故障有灵敏度为Klm=4计，

Idz=3I0min/Klm=2864/240*4=2.98A，取3A0.3秒。

III段：

取线末经过渡电阻接地时有足够灵敏度计，一次动作值不能大于300A.取1.2A，0.6秒。

结束语

毕业设计是学校对我们的最后一次全面检验，是对我们所学基本知识、基本理论和基本技能掌握与提高程度的一次总测试。

在学习期间，已经按照教学计划的规定，学完了基础课、专业课，每门课程也都经过了考试，主要是考查我们对本门课程所学知识的记忆程度和理解程度。

但毕业设计不是单一地对学生进行某一学科已学知识的考核，而是着重考查我们运用所学知识对某一问题进行探讨和研究的能力。

毕业设计的过程是训练我们独立进行科学研究的过程。

通过此次毕业设计，使我了解了继电保护设计与分析的研究过程，掌握了如何收集、整理和利用材料；如何观察、如何调查；如何利用专业书籍，检索文献资料等方法。

毕业设计是学习如何进行科学研究的一个极好的机会，因为它不仅有教师的指导与传授，可以减少摸索中的一些失误，少走弯路，而且直接参与和亲身体验了设计的全过程及其各环节，是一次系统的、全面的实践机会。

做好一次毕业设计，既要系统地掌握和运用专业知识，还要有较宽的知识面并有一定的逻辑思维能力和写作功底。

这就要求学生既要具备良好的专业知识，又要有深厚的基础课和公共课知识。

通过毕业设计的制作，使我发现自己的长处和短处，以便在今后的工作中有针对性地克服缺点，有利于提高业务水平和工作态度。

参考文献

[1]杨新民杨隽琳电力系统微机保护培训教材中国电力出版社

[3]王梅义高压电网继电保护运行与设计中国电力出版社

[4]许建安连晶晶继电保护技术中国水利水电出版社

[5]王梅义电网继电保护应用中国电力出版社

[6]王维俭电气主设备继电保护原理与应用中国电力出版社

[7]李光琦电力系统暂态分析中国电力出版社