35kV电网继电保护设计毕业设计论文.docx

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35kV电网继电保护设计毕业设计论文

摘要

本次继电保护设计是35KV电网继电保护设计（多电源环网，单侧电源线路保护整定）。

本次设计中采用WXB—11C型微机保护对电网进行保护,首先介绍了电力系统继电保护的基础知识，然后根据给定35KV电网的接线图及参数，进行短路电流计算，制定出反应其输电线路上相间短路、接地短路故障的继电保护配置方案。

通过对所配置的继电保护进行整定计算和校验，论证继电保护配置的正确性。

并加装自动重合闸装置，提高供电可靠性。

关键词:

短路电流计算；电网继电保护；输电线路继电保护；重合闸

1概述

1.1电力系统继电保护的作用

电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。

1.2电力系统继电保护技术与继电保护装置

1.2.1统继电保护技术要求

（1）起动失灵的保护为线路、过电压和远方跳闸、母线、短引线、变压器（高抗）的电气量保护。

（2）断路器失灵保护的动作原则为：

瞬时分相重跳本断路器的两个跳闸线圈；经延时三相跳相邻断路器的两个跳闸线圈和相关断路器（起动两套远方跳闸或母差、变压器保护），并闭锁重合闸。

（3）失灵保护应采用分相和三相起动回路，起动回路为瞬时复归的保护出口接点（包括与本断路器有关的所有电气量保护接点）。

（4）断路器失灵保护应经电流元件控制实现单相和三相跳闸，判别元件的动作时间和返回时间均不应大于20ms。

（5）重合闸仅装于与线路相联的两台断路器保护屏（柜）内，且能方便地整定为一台断路器先重合，另一台断路器待第一台断路器重合成功后再重合。

（6）断路器重合闸装置起动后应能延时自动复归，在此时间内断路器保护应沟通本断路器的三跳回路，不应增加任何外回路。

（7）闭锁重合闸的保护为变压器、失灵、母线、远方跳闸、高抗、短引线保护。

（8）短引线保护可采用和电流过流保护方式，也可采用差动电流保护方式。

（9）短引线保护在系统稳态和暂态引起谐波分量和直流分量影响下不应误动作。

（10）短引线保护的线路或变压器隔离刀闸辅助接点开入量不应因高压开关场强电磁干扰而丢失信号。

对隔离刀闸辅助接点的通断应有监视指示。

1.2.2继电保护装置

继电保护装置，就是指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

1.3继电保护的基本要求

对继电保护装置有哪些基本要求要求是：

选择性、快速性、灵敏性、可靠性。

⑴选择性：

系统中发生故障时，保护装置应有选择地切除故障部分，非故障部分继续运行；⑵快速性“短路时，快速切除故障这样可以①缩小故障范围，减少短路电流引起的破坏；②减少对用记的影响；③提高系统的稳定性；⑶灵敏性：

指继电保护装置对保护设备可能发生的故障和正常运行的情况，能够灵敏的感受和灵敏地作，保护装置的灵敏性以灵敏系数衡量。

⑷可靠性：

对各种故障和不正常的运方式，应保证可靠动作，不误动也不拒动，即有足够的可靠。

1.4电网继电保护的设计原则

1.4.135kV线路保护配置原则

（1）每回35kV线路应按近后备原则配置双套完整的、独立的能反映各种类型故障、具有选相功能全线速动保护

（2）每回35kV线路应配置双套远方跳闸保护。

断路器失灵保护、过电压保护和不设独立电抗器断路器的500kV高压并联电抗器保护动作均应起动远跳。

（3）根据系统工频过电压的要求，对可能产生过电压的500kV线路应配置双套过电压保护。

（4）装有串联补偿电容的线路，应采用双套光纤分相电流差动保护作主保护。

（5）对电缆、架空混合出线，每回线路宜配置两套光纤分相电流差动保护作为主保护，同时应配有包含过负荷报警功能的完整的后备保护。

（6）双重化配置的线路主保护、后备保护、过电压保护、远方跳闸保护的交流电压回路、电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路、起动远跳和远方信号传输通道均应彼此完全独立没有电气联系。

（7）双重化配置的线路保护每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。

（8）线路主保护、后备保护应起动断路器失灵保护。

1.4.235kV母线保护配置原则

（1）每条500kV母线按远景配置双套母线保护，对500kV一个半断路器接线方式，母线保护不设电压闭锁元件。

（2）双重化配置的母线保护的交流电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路均应彼此完全独立没有电气联系。

（3）每套母线保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。

（4）母线侧的断路器失灵保护需跳母线侧断路器时，通过起动母差实现。

1.4.335kV断路器保护配置原则

（1）一个半断路器接线的500kV断路器保护按断路器单元配置，每台断路器配置一面断路器保护屏（柜）。

（2）当出线设有隔离开关时，应配置双套短引线保护。

（3）重合闸沟三跳回路在断路器保护中实现。

（4）断路器三相不一致保护应由断路器本体机构完成。

（5）断路器的跳、合闸压力闭锁和压力异常闭锁操作均由断路器本体机构实现，分相操作箱仅保留重合闸压力闭锁回路。

（6）断路器防跳功能应由断路器本体机构完成。

2　系统中各元件的主要参数计算

2.1标幺制及标幺值计算方法

所谓标幺制，就是把各个物理量均用标幺制来表示的一种相对单位制

2.1.1标幺制的概念

标幺制（perunit）电路计算中各物理量和参数均以其有名值与基准值的比值表示无量纲体制。

例如物理量A，有其相应基准值AB，则A的标幺值A*＝A/AB。

2.1.2标么值的折算.

进行电力系统计算时,除采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等进行运算外,还可采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等的相对值进行运算.前者称有名制,后者称标么制.标么制之所以能在相当宽广的范围内取代有名制,是由于标么制具有计算结果清晰、便于迅速判断计算结果的正确性、可大量简化计算等优点。

标么值=实际有名值（任意单位）/基准值（与有名值同单位）

对于直接电气联系的网络,在制订标么值的等值电路时,各元件的参数必须按统一的基准值进行归算.由于各元件的额定值可能不同,因此,必须把不同基准值的标么阻抗换算成统一基准值的标么值.现统一选定的基准电压和基准功率分别为V和S,则电抗的实际有名值换算成标么值,即在工程计算中规定,各个电压等级都以其平均额定电压V作为基准电压.根据我国现行的电压等级,各级平均额定电压规定为3.15,6.3,10.5,15.75,37,115,230,345,525KV

2.2双绕组变压器的参数计算

变压器的参数一般是指其等值电路中的电阻RT，电抗XT，电导GT和电纳BT，变压器的变比K。

根据铭牌上所给的短路损耗△PS，短路电压VS%，空载损耗△PO，空载电流IO%。

前两个数据由短路试验得到，用以确定RT和XT；后两个数据由空载试验得到，用以确定GT和BT。

电阻RT：

变压器作短路试验时,将一侧绕组短接,在另一侧绕组施加电压,使短路绕组的电流达到额定值.由于此时外加电压较小,相应的铁耗也小,可以认为短路损耗即等于变压器通过额定电流时原、副方绕组电阻的总损耗.在电力系统计算中,常用变压器三相额定容量和额定线电压进行参数计算,则公式为:

{RT}Ω={ΔPS}KW{VN2}KV×103/{SN2}KVA

电抗XT:

当变压器通过额定电流时,在电抗上产生的电压降的大小,可以用额定电压的百分数表示,对于大容量变压器,其绕组电阻比电抗小得多,则公式:

{XT}Ω=VS%×{VN2}KV×103/100/{SN}KVA

电导GT:

变压器的电导是用来表示铁芯损耗的.由于空载电流相对额定电流来说是很小的,绕组中的铜耗也很小,所以近似认为变压器的铁耗就等于空载损耗,则公式为:

{GT}S={ΔP0}KW×10-3/{VN2}KV

电纳BT:

变压器的电纳代表变压器的励磁功率.变压器空载电流包含有功分量和无功分量,与励磁功率对应的是无功分量.由于有功分量很小,无功分量和空载电流在数值上几乎相等.{BT}S=I0%×{SN}KVA×10-3/100/{VN2}KV

变压比KT:

在三相电力系统计算中,变压器的变压比通常是指两侧绕组空载线电压的比值.对于星形和三角形接法的变压器,变压比与原副方绕组匝数比相等;对于星三角形接法的变压器,变压比为原副方绕组匝数比的

倍.根据电力系统运行调节的要求,变压器不一定工作在主抽头上,因此,变压器运行中的实际变比,应是工作时两侧绕组实际抽头的空载线电压之比.

2.3绕组变压器的参数计算

三绕组变压器等值电路中的参数计算原则与双绕组变压器的相同,下面分别确定各参数的计算公式.

2.3.1电阻参数计算

电阻R1,R2,R3:

为了确定三个绕组的等值阻抗,要有三个方程,为此,需要有三种短路试验的数据.三绕组变压器的短路试验是依次让一个绕组开路,按双绕组变压器来作.通过查手册可得短路损耗分别为,则有

ΔPS1=1/2（ΔPS（1-2）+ΔPS（3-1）-ΔPS（2-3））

ΔPS2=1/2（ΔPS（1-2）+ΔPS（2-3）-ΔPS（3-1））

ΔPS3=1/2（ΔPS（2-3）+ΔPS（3-1）-ΔPS（1-2））

求出各绕组的短路损耗后,便可导出双绕组变压器计算电阻相同形式的算式,即:

{Ri}Ω={Psi}KW{VN2}KV×103/{SN2}KVA

2.3.2电抗参数计算

电抗X1,X2,X3:

和双绕组变压器一样,近似地认为电抗上的电压降就等于短路电压.在给出短路电压力后,与电阻的计算公式相似,各绕组的短路电压为

VS1%=1/2（VS（1-2）%+VS（3-1）%-VS（2-3）%）

VS2%=1/2（VS（1-2）%+VS（2-3）%-VS（3-1）%）

VS3%=1/2（VS（2-3）%+VS（3-1）%-VS（1-2）%）

各绕组的等值电抗为:

{Xi}Ω=Vsi%×{VN2}KV×103/100/{SN}KVA

2.4输电线路参数的计算

输电线路的参数有四个:

反映线路通过电流时产生有功功率损失效应的电阻;反映载流导线周围产生磁场效应的电感;反映线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流及导线附近空气游离而产生有功功率损失的电导;反映带电导线周围电场效应的电容.输电线路的这些参数通常可以认为是沿全长均匀分布的,每单位长度的参数为r、x、g及b.当线路长为l（km）时,R=rl;X=xl;G=gl;B=bl由于沿绝缘子的泄漏很小,可设G=0.

3中性点接地的选择

3.135KV中性点直接接地电网中线路的保护

目前，我省220KV线路均采用微机保护，配置两套不同原理的全线速动主保护及后备保护。

其中一套主保护为高频闭锁相差保护，或高频闭锁方向保护，另一套为高频闭锁距离保护。

A：

两套保护都应具有全线速动并带有完整的后备保护。

每套保护均应具有独立的选相功能。

B：

两套主保护的交流回路，直流电源跳闸回路及信号传输通道彼此独立。

C：

配置两套后备保护，后备保护按近后备原则配置。

选用相间及接地距离保护，零序电流方向保护。

可与主保护结合在一套装置内。

3.2高频保护整定时考虑的几个问题

系统中发生故障时高频保护将某种电量（简称判别量）转换为高频电波，借助于通道传给对侧，然后，线路每一侧按照对侧与本侧判别量之间之间的关系来判断区内或区外故障。

由于选取的判别量不同，判别量的传送方式和采用通道的情况不同，就出现了各种形式的高频保护装置。

高频保护是利用线路两侧的高频讯号情况来决定是否应动作的，故线路两侧高频保护必须同时运行，不能单侧运行。

由于线路两侧高频保护相当一个整体，故要求：

（1）：

线路两侧采用型号采用相同的保护装置。

（2）：

线路两侧高频保护的整定值相同。

由于高频保护的构成方向不同，故必须根据所采用的保护方式决定整定方法。

目前高频保护主要有以下几种：

相差高频保护、高频闭锁方向、零序电流保护、高频闭锁距离

3.2.1、高频信号注意事项

高频信号频率和通道的选择将对保护的动作性能带来很大的影响，因此在选择频率和通道时必须注意：

（1）高频信号在线路上传输过程中，有能量衰耗，线路愈长，衰耗愈大，选用的频率愈高，衰耗也愈大。

如果高频信号的衰耗过大，将使高频收讯机不能正常准确工作。

为此，在线上要使用较低频率，在短线上要使用较频率，通常使用频率为150—200KHz。

（2）为了消除相邻线路之间的高频干扰，相邻线路高频保护的信号频率不应相同，要有5—10KHz左右的差别。

（3）在电力系统中，载波通讯和高频保护都要使用高频信号，这两者的频率不能相同，高频设备要单独设置，高频加工设备最好分别装在不同的相别上。

为了提高高频信号的传输效率，在长线路的高频保护中还可考虑采用相—相式的高频通道。

3.3高频闭锁距离保护的整定计算

高频闭锁距离保护主要由起讯元件、停讯元件和高频收发讯机构成。

采用距离保护的起动元件兼做高频保护的起讯元件，而利用方向阻抗元件兼做高频保护的停讯元件。

利用半导体距离保护构成高频闭锁距离保护，其中的复合电流元件兼做高频保护的起讯元件，同时兼做断线闭锁和振荡闭锁元件。

高频主保护和后备保护复合为一体。

既有整套高频主保护的功能，又有整套后备保护的作用。

3.3.1距离保护各段的整定计算

（1）第Ⅰ段整定计算

动作阻抗按下述情况计算。

对输电线路，按保护范围不伸出线路末端整定，即

式中

——可靠系数，一般取0.8~0.85；

——被保护线路l的阻抗。

第一段的动作时限为继电器本身的固有时限，通常取

。

（2）第Ⅱ段的整定计算

动作阻抗按如下条件计算，一般选其中最小者为整定值。

按躲过相邻变压器其他侧母线故障整定

式中：

——本线路正序阻抗

——相邻变压器阻抗

——可靠系数。

取0.8~0.85

——可靠系数。

取0.7~0.75

——助增系数，一般大于1

按保证保护范围末端短路时有足够的灵敏度整定，即

第Ⅱ段保护的灵敏系数为：

>1.3

（3）第Ⅲ段的整定计算

动作阻抗通常按躲过最小负荷阻抗

整定。

对全阻抗继电器

对方向阻抗继电器

上两式中

——最小负荷阻抗，

；

——可靠系数，取1.3；

——继电器的返回参数，取1.15~1.25；

——负荷自起动参数；取1.5~2.5

——电网额定相电压；

、

——分别为阻抗元件的最灵敏角和负荷阻抗角。

第Ⅲ段保护的灵敏系数：

作近后备时

作远后备时

式中

——相邻线路末端短路时，实际可能的最大分支系数。

保护的动作时限

（4）、继电器阻抗值：

（5）、起动元件的整定：

负序电流与零序电流元件作为装置的起动元件，与相电流元件辅助起动元件配合，起动发信并构成振荡闭锁回路。

负序与零序电流元件按以下原则整定：

1）、本线路末端两相短路负序电流元件灵敏度大于4

2）、本线路末端单相或两相接地短路，负序零序电流元件灵敏度均大于4

3）、距离保护第Ⅲ段保护范围末端两相短路，负序电流元件灵敏度大于2

4）、距离保护第Ⅲ段保护范围末端单相或两相接地短路，负序或零序电流元件灵敏度均大于2，相电流元件的整定为：

——最大负荷电流

——可靠系数，取1.2~1.3

——返回系数，取0.85

4短路电流的计算

短路是电力系统的严重故障。

所谓短路,是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。

产生短路的原因有以下几个方面：

1、元件损坏2、气象条件恶化3、人为事故4、其它

在三相系统中可能发生的短路有：

1、三相短路f（3）2、两相短路f

（2）3、两相接地短路f（1,1）。

三相短路也称为对称短路,系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。

其它类型的短路都是不对称的路。

电力系统的运行经验表明,在各种类型的短路中,单相短路占大多数,两相短路较少,三相短路机会最少。

从短路计算方法来看,一切不对称短路的计算在采用对称分量法后,都归结为对称短路的计算。

短路计算的目的

1选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备

为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数,必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析.在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值,还必须知道在网络中的分布情况.有时还要知道系统中某些节点的电压值

1在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时,为了比较各种不同方案的接线图,确定是否需要采取限制短路电流的措施,都要进行必要的短路电流计算。

1进行电力系统暂态稳定计算,研究短路对用户工作的影响等,也包含有一部分短路计算.

1在实际工作中,根据一定的任务进行短路计算时必须首先确定计算条件.所谓计算条件是指短路发生时系统的运行方式,短路的类型和发生地点,以及短路发生后所采取的措施.

4.1三相短路电流计算

最大运行方式：

两电站的六台机组全部投入运行，中心变电所在地１１０ＫＶ母线上的系统等值标么电抗为０．２２５。

城关变电所总负荷为２４０Ａ（３５ＫＶ侧），由金河电站供给１１０ＫＡ、青岭电站供给１３０ＫＡ。

剩余的１１０Ａ经中心变电所送入系统。

最后化简所得的电抗为：

X32=0.712；X33=10.791；X34=5.047

解：

根据题意解得三相短路电流

系统：

　I*j=1/X*j=1/0.712=1.406

I（3）s.max=Ij×I*j=7.731

青岭：

　X*js=X*j×Se/Sj=1.079

查表得：

I*e=0.98

I（3）q.max=I”=I*e×Se/1.73Up=0.541

金河：

X*js=X*j×Se/Sj=0.757

查表得：

I*e=1.353

I（3）j.max=I”=I*e×Se/1.73Up=1.115

IS＝7.731

Iq=0.541

Ij=1.115

4.2两相短路电流计算

最小运行方式：

两电站都只有一台机组投入运行，中心变电所１１０ＫＶ母线上的系统等值标么电抗为０．３５城关变电所总负荷为１０５Ａ（３５ＫＶ侧），由金河电站供给４０Ａ、青岭电站供给６５Ａ。

剩余的１５Ａ经中心变电所送入系统。

化简电抗图，得出两相正负序电抗图后，合并得出：

X31=0.826；X32=10.804；X33=11.562

　　解：

根据题意解得三相短路电流

系统：

　I*j=1/X*j=1/1.661=0.602

Is=Ij×I*j=3.310

I（3）s.min=1.73×Is＝5.733

青岭：

　X*js=X*j×Se/Sj=1.163

查表得：

I*e=0.911

I”=I*e×Se/1.73Up=0.25

I（3）q.min=1.73×I”=0.433

金河：

X*js=X*j×Se/Sj=0.815

查表得：

I*e=1.265

I”=I*e×Se/1.73Up=0.261

I（3）j.min=1.73×I”=0.452IS＝5.733

Iq=0.433

Ij=0.452

5继电保护整定

（以下电流值的单位为：

ＫＡ；电压值的单位为：

ＫＶ。

）

根据下图对各保护进行整定：

分别对单侧电源进行保护的整定：

Ａ、对下面单侧电源进行保护整定：

5.1对保护５进行整定计算

解：

根据题意所得：

5.1.1保护５的Ⅰ段

Xs.max=0.866×（Es/I

（2）d3.min）=23.81

Xs.min=Es/I（3）d3.max=16.5

Xs.main=0.5（Xs.max+Xs.min）=20.155

IⅠop5=KⅠrelI（3）d4.max=0.9204

检验：

LⅠmin=1/X1（0.866Es/IⅠop5－Xs.max）

=－9.28<0.15L

故不满足要求；

采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算：

LⅠmain=0.75L=22.5km

电流元件的动作电流：

IⅠop5=Es/（Xs.main+X1LⅠmain）=0.733IⅠop5=0.733

低电压元件的动作电压：

UⅠop5=1.73×IⅠop5X1LⅠmain=11.426UⅠop5=11.426

最大运行方式时的保护区：

LⅠmax=（Xs.maxUⅠop5）/X1（Up－UⅠop5）=26.59km

最小运行方式时的保护区：

LⅠmin=（0.866Es－Xs.masIⅠop5）/X1IⅠop5=21.85km

LⅠmin>0.15L故满足要求；

5.1.2保护５的Ⅱ段

Ksen=I

（2）d4.min/IⅡop5＝1.3（满足要求）

故：

IⅡop5=I

（2）d4.min/Ksen＝0.395IⅡop5=0.395

tⅡop5＝tⅠop5+△t＝0.5stⅡop5＝0.5s

5.1.3保护５的Ⅲ段

IⅢop5＝KrelKssIL.max/Kre=0.367IⅢop5＝0.367

灵敏度校验：

近后备：

Ksen=I

（2）d4.min/IⅢop5＝1.4>1.3

远后备：

Ksen=I

（2）d8.min/IⅢop5＝6.3>1.2

满足要求

tⅢop5＝tⅡop5+△t＝2stⅢop5＝2s

5.2护３进行整定计算

解：

根据题意所得：

5.2.1保护３的Ⅰ段

IⅠop3=KⅠrelI（3）d3.max=1.554

Xs.max=0.866×（Es/I

（2）d2.min）=19.723

Xs.min=Es/I（3）d2.max=12.777

Xs.main=0.5（Xs.max+Xs.min）=16.75

检验：

LⅠmin=1/X1（0.866Es/IⅠop3－Xs.max）

=－19.546<0.15L

故不满足要求；

采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算：

LⅠmain=0.75L=7.5km

电流元件的动作电流：

IⅠop3=Es/（Xs.main+X1LⅠmain）=0.940

低电压元件的动作电压：

UⅠop3=1.73×IⅠop3X1LⅠmain=4.884

最小运行方式时的保护区：

LⅠmin=（0.866Es－Xs.minIⅠop3）/X1IⅠop3=－30.78

故不满足要求,所以不设Ⅰ段；

5.2.2保护３的Ⅱ段

IⅡop3＝KphIⅠop5=0.8063

检验：

Ksen=I

（2）d3.min/IⅡop3=0.818<1.3

故不满足要求；

改与保护５的Ⅱ段配合：

IⅡop3＝KphIⅡop5=0.4345IⅡop3＝0.4345

检验：

Ksen=I

（2）d3.min/IⅡop3=1.788>1.5

故满足要求；

tⅡop3＝tⅡop5+△t＝1stⅡop3＝1s

5.2.3保护３的Ⅲ段

IⅢop３＝KrelKssIL.max/Kre=0.298IⅢop３＝0.298

灵敏度校验：

近后备：

Ksen=I

（2）d3.min/IⅢop3＝2.607>1.5

远后备：

Ksen=I

（2）d4.min/IⅢop3＝1.725>1.5

满足要求

tⅢop3＝tⅢop5+△t＝2.5stⅢop3＝2.5s

5.3对保护１进行整定计算

5.3.1保护１的Ⅰ段

IⅠop1=KⅠrelI（3）d2.max=1.128

Xs.max=0.866×（Es/I

（2）d1.min）=8.605

Xs.min=Es/I（3）d1.max=6.845

Xs.main=