110kV电网继电保护毕业设计.docx
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110kV电网继电保护毕业设计
电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源,电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。
电力系统的各种元件在运行中不可能一直保持正常状态。
因此,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。
它可以按指立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泄,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。
山于最初的继电保护装置是乂机电式继电器为主构成的,故称为继电保护装置。
尽管现代继电保护装置已发展成为山电子元件或微型汁算机为主构成的,但仍沿用次名称。
口前常用继电保护一词泛指继电保护技术或山各种继电保护装置组成的继电保护系统。
从科学技术的角度,电力系统继电保护隶属于电力系统及其自动化专业领域;从工业生产的角度,电力系统继电保护是电力工业的一个必不可少的组成部分,担负着保障电力系统安全运行的重要职责。
随着我国电力工业的迅速发展,各大电力系统的容量和电网区域不断扩大。
为适应大电网发展的需要,相继出现超高压电网和大容量机组,致使电网结构日趋复杂,电力系统稳定问题日益突出,因此对电力系统继电保护提出了更高的要求。
继电保护装置可视为由测量部分、逻辑部分和执行部分等部分组成。
对作用于跳闸的继电保护装置,在技术上有四个基本要求:
选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础。
在它们之间,既有矛盾的一面,乂有在一定条件下统一的一面。
继电保护的科学研究、设计、制造和运行的绝大部分工作也是围绕着如何处理好这四个基本要求之间的辨证统一关系而进行的。
关于电网继电保护的选择在“技术规程”中已有具体的规定,一般要考虑的主要规则为:
(1)电力设备和线路必须有主保护和后备保护,必要时增加辅助保护,其中主保护主要考虑系统稳定和设备安全;后备保护主要是考虑主保护和断路器拒动时用于故障切除;辅助保护是补充前二者的不足或在主保护退出时起保护作用;
(2)线路保护之间或线路保护与设备保护之间应在灵敬度、选择性和动作时间上相互配合,以保证系统安全运行;
(3)对线路和设备所有可能的故障或异常运行方式均应设置相应的保护装置,以切除这些故障和给出异常运行的信号;
(4)对于不同电压等级的线路和设备,应根据系统运行要求和《技术规程》要求,配置不同的保护装置.一般电压等级越高,保护的性能越高越完善,如33OKV以上线路或设备的主保护采用“双重化”保护装置等。
本次设计是根据《电力系统继电保护原理》进行设计的,主要是110KV电网继电保护的设计。
本设计共分六章:
第一章系统中各元件的主要参数的计算;第二章输电线路上的CT.PT变比的选择及中性点接地的选择;第三章短路电流的汁算;第四章电力网相间距离保护的配置和整定计算;第五章电力网零序电流保护的配置和整定计算;第六章自动重合闸的选择。
本次设计巩固了我所学过的专业理论知识,使我对电力系统和继电保护有了更加深刻的理解和认识,为我走向社会这个大课堂奠定更为有力的基础,也为我迈向成功提供了更加充足的信心和动力!
第一章系统中各元件的主要参数的计算
已知基准值为:
Sh=100MVA{4=115KV则有:
4=w=
-1O(LxlO3-502AZh-Ub--132.25Q
115V3Sh100
1.1发电机参数的计算
发电机的电抗有名值汁算公式:
X厂X耳(1-1)
发电机的电抗标幺值计算公式:
X;=x;屯(1-2)
Rc
式中:
x'd——发电机次暂态电抗
Un——发电机的额定电压KV
5——基准电压115KV
Sh——基准容量100MVA
S’——发电机额定容量MVA
(1)利用以上公式对50MW的发电机:
已知:
Pltl=50MWAcos^=0.8KVX^=0」29Uit[=6
S
n\
=—=62.5MVA
0.8
X;|=X;.A=0.129X—=0.206
"S川62.5
X^=X^Zh=0.206x132.25=27.2440
(2)对2台25mw的发电机:
已知:
化2=25MWcos%=0.8X<;2=0.132Un2=6KVp75
=^-=—=31.25MVAcos?
0.8
X;2=丄X十也=0・5x0・132x-^-=0・211
胆2S心31.25
X.=X'Zh=0.211x132.25=27.905Q
A-R乙"
山上述计算可知发电机参数结果(表1-1):
表1-1发电机参数结果表
容量(MVA)
等值电抗(标幺值)
等值电抗(有名值)
50
0.206
27.244
2x25
().211
27.905
1.2变压器参数的计算
变压器电抗有名值计算公式:
(1-3)
(1-4)
At—
7100Sn
变圧器电抗标幺值汁算公式:
X*_"火%Sb
7一100S”
式中:
%%——变压器短路电压百分值
Un——发电机的额定电压KV
Ub——基准电压115KV
Sb——基准容量100MVA
S”
变丿玉器额定容量MVA
令变压器的编号自左向右依次为:
7;7;7;7;7;.
对7;:
已知Snl=31.5MWuk%=\0匕=115KV
1
2100S川
丄10x100
"2X100x31.25
=0.159
110xll52
=—x
2100x31.25
=20.99Q
对7;:
已知S”2=60MW心%=10匕=115KV
100S〃2
10x100
100x60
=0.167
llk%Un2_1OX1152
1005."100x60
=22.042Q
对人:
已知5^=20MWm,%=10匕=115KV
1uk%S_110x100
=—x
2100S”32100x20
=0.25
1
2100S心
110xll52
=—x
2100x20
=33.0630
对7;:
已知5ri4=31.25MWKV
l^=lx10x100=Q159
742100S泊2100x31.25
l^=lx10x115-=Q159Q
2100S”42100x31.25
对T5:
已知ST5=31.25MW你%=10匕=115KV
10x100
100x31.25
=0.317
=41.98Q
_10x115,
100S/r5"100x31.25
有以上计算可得变压器参数(表1・2):
表1・2变压器参数结果表
变Jl<
器编
号
短路电压百分值
uk%(%)
等值电抗
(标幺值)
等值电抗
(有名值)Q
10%
0.159
20.99
t2
10%
0.167
22.042
10%
0.25
33.063
10%
0.159
20.99
10%
0.317
41.98
1.3输电线路参数的计算
输电线路电阻忽略不计,线路正序阻抗为0.4Q/KM,线路零序阻抗为I.21Q/KM
线路阻抗有名值的计•算:
正序阻抗
X=XJ
(1-5)
零序阻抗
x=x°[
(1-6)
线路阻抗标幺值的讣算:
正序阻抗
x・-x®
1u:
(1-7)
零序阻抗
-x°s」
(1-8)
式中:
X,-
一--每公里线路正序阻抗值Q/KV
X。
-每公里线路零序阻抗值Q/KV
Ub
线路长度KV
-基准电压115KV
Sb基准容量100MVA
(1)线路正序阻抗:
U:
1152
=0.4x90=360
XgSb
_0.4x60x100
U;
1152
XJab=
0.4x60=240
X\S」bc
_0.4x40x100
U;
1152
XJbc=
0.4x40=16Q
X'SJcd
_0.4x25x100
U;
1152
=0.181
=0.121
=0.076
XCD=XJcd=°・4x25=10Q
Xbc=
Xb广
Xe
X航
0.4x90x100=0272
X加
(2)线路零序电抗:
八OAC
1.21x90x100=0j823
115"
X0AC=XQlAC=1.21x90=108.9Q
1.21x60x100=0549
1152
Xw=X%=1.21x60=72.6Q
XQ/bc
1.21x40x100=0366
1152
Xofic=XJbc=1.21x40=48.4Q
XL
XoSJcD
~^r
乡宀229
=1.21x25=30.250
有以上计算可知线路的正序和零序参数(表1・3):
第二章CT.PT变比的选择及中性点接地的选择
2.1输电线路上CT变比的选择
2.1.1CT(电流互感器)的特点
(1)一次绕组串联在电路中并且匝数很少,故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流,而与二次电流大小无关。
(2)电流互感器的二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小,所以正常情况下,电流互感器在近于短路状态下运行。
2.1.2CT(电流互感器)变比的选择
(1)CT(电流互感器)变比的选择原则:
1)型式:
电流互感器的型式应根据环境条件和产品惜况选择。
对于6-20kv屋内配电装置,可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。
对于35kv及以上配电装置,一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。
2)—次回路电压— 为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流;叫为电流互感器额定电压。 3)一次回路电流: /,.max<1„ 鞭为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流;为电流互感器原边额定电流。 4)准确等级: 电流互感器的准确等级的确定,须先知电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求,并按准确等级要求的表记类来选择。 (2)选择结果: 已知线路AB.BC,AC,CD的最大负荷电流为230A,150A,230A,140A而测量仪表用电流互感器一般取ITA>1.25ZV: 线路AB: ITA>1.251N=1.25*230=287.5A 线路BC: >1.25ZW=1.25*150=187.5A 线路AC: ITA>1.25/v=1.25*230=287.5A 线路CD: Z.M>1.25/v=1.25*140=175A 应选变比(50~100)-(300-600)/5 山《发电厂电气部分课程设计参考资料》所查得的型号为: LCW—110其中: L电流互感器 C瓷绝缘 W户外型 2.2输电线路上PT变比的选择 2.2.1PT(电压互感器)的特点 (1)容量很小,类似一台小容量变压器,但结构上要求有较高的安全系数。 (2)二此侧所接仪表和继电器的低压线圈阻抗很大,互感器近视于空载运行. 2.2.2PT(电压互感器)变比的选择: (1)PT(电压互感器)变比的选择原则 1)型式: 电压互感器的型式应根据使用条件选择。 6~20kv屋内配电装置,一般釆用油浸绝缘结构,也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器。 35~110kv配电装置,一般采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器。 220kv及以上配电装置,一般采用电容式电压互感器。 当需要检查和监视一次回路单相接地时,应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。 2)—次电压5: l.lUn>U,>0.9Un U_为电压互感器额定一次线电压丄1和0.9是允许的一次电压波动范用。 3)准确等级: 电压互感器应在一次准确等级下工作,需根据接入测量仪表,继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。 (2)选择结果: 山于线路电压等级均为110KV,PT二次侧电压为100V,故线路上所有的PT的变比均选为11晋/岁joo,山<<发电厂电气部分课程设计参考资料>>所查得的型号为: JCC一110 J电压互感器 c串级式 c瓷绝缘 2.3中性点接地的选择 2.3.1中性接地点的选择原则 电力系统的中性点是指: 三相电力系统中星形连接的变压器或发电机中性点。 目前我国的电力系统采用中性点运行方式主要有三种,中性点不接地,经过消弧线圈和直接接地,前两种称不接地电流系统;后一种乂称为大接地电流系统。 中性的直接接地系统中发生接地短路,将产生很大的零序电流分量,利用零序分量构成保护,可作为一种主要的接地短路保护。 大地的电流系统发生接地短路时,零序电流的大小和分布与变压器中性接地点的数LI和位置有密切的关系,中性接地点的数U越多,意味着系统零序总阻抗越小,零序电流越大;中性点接地位置的不同,则意味着零序电流的分布不同。 通常,变压器中性接地位置和数L」按如下两个原则考虑: 一是使零序电流保护装置在系统的各种运行方式下保护范围基本保持不变,且具有足够的灵敬度和可靠性;二是不使变压器承受危险的过电压。 为此,应使变压器中性点接地数目和位置尽可能保持不变。 2.3.2变压器中性点接地的位置和数目的具体选择原则 (1)对单电源系统,线路末端变电站的变压器一般不应接地,以提高保护的灵敏度和简化保护线路。 (2)对多电源系统,要求每个电源点都有一个中性点接地,以防接地短路的过电压对变压器产生危害。 (3)电源端的变电所只有一台变压器时,其变压器的中性点应直接接地。 (4)变电所有两台及以上变压器时,应只将一台变压器中性点直接接地运行,当该变压器停运时,再将另一台中性点不接地的变压器改为中性点直接接地运行。 若山于某些原因,变电所正常情况下必须有二台变压器中性点直接接地运行,则当其中一台中性点直接接地变压器停运时,应将第三台变压器改为中性点直接接地的运行。 (5)低电压侧无电源的变压器中性点应不接地运行,以提高保护的灵敏度和简化保护接线. (6)对于其他山于特殊原因不满足上述规定者,应按特殊情况临时处理,例如,可采用改变保护定值,停运保护或增加变压器接地运行台数等方法进行处理,以保证保护和系统的正常运行。 2.3.3中性点接地的选择 根据变压器的台数和接地点的分布原则,结合该系统的具体情况,中性点接地方式的选择结果如下: 1)匚和人只有一台变压器,所以应中性点接地。 2)7;,7;,匚有两台变压器,只将其中一台中性点直接接地,若该变压器停运时, 则将另一台中性点不接地的变圧器改为中性点直接接地。 第三章短路电流的计算 3.1电力系统短路计算的主要目的 3.1」短路计算的主要目的: (1)在选择电气主接线时,为了比较各种接线方案或确定某制短路电流的措施时,需进行短路计算. (2)在选择电气设备在正常运行和仪障情况下都能安全,可靠的工作,同时乂力求节省投资,这需要全面地进行短路计算. (3)在选择继电保护装置和进行整定计算时,需进行各种短路电流计算,依次据短路电流的大小及特性,来确定保护装置的型号及整定值. 3.1.2短路计算的假定条件 本设汁短路电流计算采用以下假定条件及原则: (1)故障前为空载,即负荷略去不计,只计算短路电流的故障分量. (2)短路发生在短路电流为最大值的瞬间. (3)故障前所有接点的电压均等于平均额定电压,其标幺值为1. (4)不考虑短路点的电弧阻抗和励磁电流. 在本次设汁中所有线路和元件的电阻都略去不计。 3.2线路AC上各保护零序电流的计算 3.2.1线路AC末端短路时最大零序电流的计算 3Z0.nux应考虑系统在最大运行方式下故障点的Zlz,Zoz最小,其次应取单相接地短路和两相接地短路中零序电流最大的接地短路类型.一般Zlz>Z()z时采用两相接地短路时的计算公式,反之,用单相接地短路时的计算公式计算短路电流. (1)当线路AB断线时: 正序阻抗为: Z1L=(0.159+0.211)//(0.167+0.206)+0.272 =0.37〃0.373+0.272 =0」86+0.272 =0.458 零序阻抗为: Zos=(0.318//0.167+0.823)//(0.366+0.5)//0.318//(0.229+0.317) =0.932//0.866//0.318//0.546 =0.449//0.201 =0139 因为Z1S>ZOS,应采用两相接地的短路电流 3E 乙£+2Z0S 0.458+2x0.139 =4.076 流过保护1的最大零序电流: 单相接地的短路电流沁―瓦盂 2x0.458+0.139 =2.838 线路AB断线时的正序和零序图为(图3-1,图3-2): 0.272 -AAAr 1DL 0.159 0.211 A 0.167 0.206 6DL 图3・1线路AB断线时的正序图 ⑵当线路BC断线时: 其正序图和线路AB断线时一样(图3-1)所以其正疗;阻抗为: Z1S=0.458 零序图为(3-3)经计算可得其零序阻抗为: Zoz=[0.318//0.167//(0.549+0.5)+0.823]//0.318//(0.229+0.317)=0.922//0.318//0.546 =0.236//0.546 =0.165 0.823 WW 1DL 0.318 0.549 2dl 0.167 D 0.317 图3・3线路BC断线时的零序图 因为Zls>Zoz,应采用两相接地的短路电流 3/(,J)===3809 '°Z1E+2Zoz0.458+2x0.165… 流过保护1的最大零序电流: 0.318//0.167/7(0.549+0.5)+0.823 =3.809x 0.165 0.922 =0.682 3x1 单相接地的短路电流为: 对=*厂站⑺T2.775 ⑶闭环运行且CD断线时: 正序图为(图3-4)经计算可得其正序阻抗为: Z1E=(0.159+0.211)//(0.167+0.206)+0.272//(0.181+0.121) =0.186+0.302//0.272 =0.186+0」43 =0.329 零序图为(图3-5)经星角变换(图3-6)后计算可得零序阻抗为: =(0.103+0.506)//1.199//0.318 =0.609//0.25 =0.178 图3-4闭环运行且CD断线时的正序图 0.823 -VW 1DL 0.318 0.549—Wr2DL -A 0.167 0.3666DL 3^||4DL5Dl|» 0318 K — 图3-3闭环运行且CD断线时的零序图 因为Zlz>Z0S,应采用两相接地的短路电流 ===438 °Zlz+2Z0S0.329+2x0.178 流过保护1的最大零序电流: 如『刖卷X鼎需^4.38><册X器’亦 单相接地的短路电流为: 3厅= 3E 2x0.329+0.16578_§•灾° 0.823 -AAA A031CO I 9 9 U1 一一. 6DL C 1.317 图3・6星角变换图 (4)闭环正常运行时: 正序图为(图3-4)所以其正序阻抗同上: =0.329 零序图为(图3-7)同(3)计算可得其零序阻抗为: Zos=(0.318//0.167//1.799+0.823//1.317)//1.199//0.318//(0.229+0.317) =(0.103+0.506)//1.199//0.318//0.546 =0.609//0.171 =0.134 0.823 7/V WL 0.3666DL阿|躯5DL|丿 0.229 7DL j Lc 0.318 0.167 0.5 0318 ■■ 0317 图3-7闭环正常运行时的零序图 因为Zls>Zoz,应采用两相接地的短路电流 3E 3x1 Zlz+2Z0S0.329+2x0.134_5"" 流过保护1的最大零序电流: O.niax 3x1 %-‘屮寫5.025X需x器=。 &单相接地的短路电流为: 对=民=2xQ.329;0.134=3J89 3.2.2距线路AC首端15%处短路时最小零序电流的计算 3/0.nun应考虑系统在最小运行方式下故障点的Zlz,Z0S最大,其次应取单相接地短路和两相接地短路中零序电流最小的接地短路类型.一般Zlz>Z()z时采用单相接地短路时的计•算公式仮之,用两相接地短路时的计算公式计算短路电流. (1)闭环运行时,正序图为(图3-8)经计算可得其正序阻抗为: Zlz=(0.159+0.211)+[15%0.2720(0,181+0.121+85%0.272)] =0.37+0.0408//0.5332 =0.408 零序图为(图3-9)经变换图(图3-10、图3-11、图3-12)后计算可得其零序阻抗为: Zos=(0.27+0.076)//(0.431+0.172)+0.04 =0.346//0.603//0.04 =0.219+0.04 =0.26 图3-8闭环运行时的正序图 D 图3-9闭环正常运行时的零序图 15%0.823 Wv- 85%°・唸3 Wv 莎1317 6DL 0.229 -799|—£ 11 1»>■--一-Wv一 8 啊31 O 99 --- AM 0317 图3・10星角变换图 0.5 X,=0.549+0.5+"29x(2=t799-0.366 V厶nC0-366x0.5 X、=0.366+0.5+=1.199 0.549 0.123x0.7 %,=0.549+0.366+°以叫门"=1.317 X4=: =0.04 41.317+0.123+0.7 0.123x1.317=00? 6 1.317+0.123+0.7 X&_1.317+0.123+0.7_0,431 0.7x1.317 X7=0.318/71.799=0.27 X8=0.201//l.199=0.172 0.431 图3・11角星变换图: -Wv 图3・12化简图 因>JZ1S>ZOI,应采
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