110KV电网继电保护方案设计书电源环网正文1Word格式文档下载.docx
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保护装置的可靠性是指,对于任何一台保护装置,在为其规定的保护范围内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,内外接线越简明,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、严格的调整和实验、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。
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,又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。
另外,再选择继电保护方式时除应满足上述的基本要求外,还应考虑经济条件。
1.4电网继电保护的设计原则
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敏度、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330KV以上线路或设备的主保护采用“双重化”保护装置等;
(5)所有保护装置均应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性要求。
第二章 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
2.1.1标幺制的概念
在电力系统计算中,广泛采用标幺制。
标幺制是相对单位制中的一种,在标幺制中各物理量都用标幺值表示。
标幺值=实际有名值(任意单位)/基准值(与有名值同单位)
标幺值是一个没有量纲的数值。
对于同一个实际值,当所选的基准值不同是,其标幺值也不同。
所以当诉说一个物理量的标幺值是,必须同时说明起基准值多大,否则仅有一个标幺值是没意义的。
当选定电压、电流、阻抗、和功率的基准值分别为UB、IB、ZB和SB时,相应的标幺值为
U*=U/UB(2-1)
I*=I/IB(2-2)
Z*=Z/ZB(2-3)
S*=S/SB(2-4)
2.1.2基准值的选取
采用标幺值的目的是为了简化计算和便于对计算结果作出分析评价,在选择基准值时应考虑尽量实现这些目的。
电力系统的各电气量基准值的选择,在符合电路基本关系的前提下,原则上可以任意选取。
四个物理量的基准值都要分别满足以上的公式,因此,四个基准值只能任选两个,其余两个则由上述关系式决定。
至于先选定哪两个基准值,原则上没有限制;
但习惯上多先选定UBSB。
这样电力系统主要涉及三相短路的IBZB,可得:
IB=SB/UB(2-5)
ZB=UB/IB=U²
B/SB(2-6)
UB和SB原则上选任何值都可以,但应根据计算的内容及计算方便来选择。
通常UB多选为额定电压或平均额定电压。
SB可选系统的或某发电机的总功率;
有时也可取一整数,如100、1000MVA等。
用标幺值计算时,也就是在各元件参数的有名值归算到同一个电压等级后,在此基础上选定统一的基准值求各元件参数的标幺值。
2.1.3标幺值的计算方法:
标幺值的计算有精确计算法和近似计算法两种,其区别在于参数归算时是否采用变压器实际变比。
(1)精确的计算法,在标幺值归算中,不仅将各电压级参数归算到基本级,而且还需选取同样的基准值来计算标幺值。
1)将各电压级参数的有名值按有名制的精确计算法归算到基本级,再基本级选取统一的电压基值和功率基值。
2)各电压级参数的有名值不归算到基本值而是再基本级选取电压基值和功率基值后将电压基值向各被归算级归算,然后就在各电压级用归算得到的基准电压和基准功率计算各元件的标幺值。
(2)近似计算:
标幺值计算的近似归算也是用平均额定电压计算。
标幺值的近似计算可以就在各电压级用选定的功率基准值和各平均额定电压作为电压基准来计算标幺值即可。
本次设计采用近似计算法。
取基准容量为1000MVA,基准电压为115KV。
2.2发电机参数的计算
发电机的电抗有名值:
(2-7)
发电机的电抗标幺值:
(2-8)
式中:
——发电机次暂态电抗
——发电机的额定电压
——基准电压115KV
——基准容量1000MVA
——发电机额定容量MVA
计算结果:
表2.1发电机参数结果表
发电厂
发电机编号
有功
/MW
功率因数COS
次暂态电抗
等值电抗(标幺值)
等值电抗(有名值)Ω
A
1、2、3
31.5
0.8
0.162
4.11
54.355
4
62.5
0.141
1.8
23.805
5
75
0.145
1.55
20.5
2.3变压器参数的计算
2.3.1双绕组变压器参数的计算
双绕组变压器电抗有名值:
(2-9)
双绕组变压器电抗标幺值:
(2-10)
——变压器短路电压百分值
——变压器额定容量MVA
2.3.2三绕组变压器参数的计算:
(1)各绕组短路电压百分值
UK1(%)=〔UdⅠ—Ⅱ(%)+UdⅠ—Ⅲ(%)-UdⅡ—Ⅲ(%)〕(2-11)
UK2(%)=〔UdⅠ—Ⅱ(%)+UdⅡ—Ⅲ(%)-UdⅠ—Ⅲ(%)〕(2-12)
UK3(%)=〔UdⅠ—Ⅲ(%)+UdⅡ—Ⅲ(%)-UdⅠ—Ⅱ(%)〕(2-13)
UdⅠ—Ⅱ(%)、UdⅠ—Ⅲ(%)、UdⅡ—Ⅲ(%)分别为高压与中压,高压与低压,中压与低压之间的短路电压百分值。
(2)各绕组的电抗有名值
XT1=(2-14)
XT2=(2-15)
XT3=(2-16)
各绕组的电抗标幺值
XT1*=(2-17)
XT2*=(2-18)
XT3*=(2-19)
SB----------基准容量1000MVA;
SN----------变压器额定容量
——基准电压115kv
表2.2变压器参数结果表
容量
/MVA
绕组型式
短路电压百分值
Uk(%)
等值电抗
(标幺值)
(有名值)Ω
63
三相双绕组
9.9
1.57
20.76
90
10.3
1.14
15.08
三相三绕组
UdⅠ—Ⅱ(%)=17.0
UdⅠ—Ⅲ(%)=10.83
UdⅡ—Ⅲ(%)=6.22
3.43
0.0079
1.97
45.36
0.104
26.05
UdⅠ—Ⅱ(%)=10.3
UdⅠ—Ⅲ(%)=17.19
UdⅡ—Ⅲ(%)=6.38
3.35
2.11
0.0
44.3
27.9
50
UdⅠ—Ⅱ(%)=9.8
UdⅠ—Ⅲ(%)=17.6
UdⅡ—Ⅲ(%)=6.09
2.13
1.389
28.18
18.37
UdⅠ—Ⅱ(%)=10.5
UdⅠ—Ⅲ(%)=18.6
3.63
2.27
13.18
8.24
说明:
对普通(非自耦)三绕组变压器,按如上方法求得的三个电抗中,有一个可能是负值,这是由于这种变压器的三个绕组中,必有一个在结构上处于其它两个绕组之间,而这个处于居中位置的绕组与位于它两侧两个绕组间的两个漏抗之和又小于该两绕组相互间的漏抗。
例如,中压绕组居中,且有UdⅡ—Ⅲ(%)+UdⅠ—Ⅱ(%)〈UdⅠ—Ⅲ(%)的关系。
因此,这种等值电抗为负值的现象并不真正表示该绕组有容性漏抗。
普通三绕组变压器出现这种现并不少见,但因这一负值电抗的绝对值往往很小,在近似计算中常取其为零。
2.4输电线路参数的计算
表2.3线路参数
线路名称
正、负序电抗
Z
零序电抗(标幺值)
A-G
1.39
21.5
4.17
B-C
0.58
9.22
1.74
C-D
0.54
8.58
1.62
B-D
0.59
8.94
1.78
D-E
21.4
D-F
1.76
33.9
5.29
F-G
1.58
26.1
4.73
注:
以SB=1000MVA,=平均电压为基准值。
第三章输电线路上的TA.TV变比的选择
3.1互感器的作用
互感器是一次系统和二次系统间的联络元件,用以分别向测量仪表,继电器电流线圈和电压线圈供电,正确反应电气设备的正常用行和故障情况。
互感器的作用为:
(1)将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准的低电压(100V)和小电流(5A或1A),使测量仪表和保护装置标准化,小型化并使其结构轻巧,价格便宜和便于屏内安装。
(2)使二次设备与高压部分隔离,且互感器二次部分侧均接地,从而保证了设备和人生的安全。
(3)取得零序电流和零序电压。
3.2输电线路上TA的变比选择
3.2.1TA(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。
3.2.2TA(电流互感器)变比选择的原则
电流互感器的选择和配置有应满足下列条件:
(1)型式:
电流互感器的型式应根据环境条件和产品情况选择。
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)一次回路电压:
Ug<
Un
Ug为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流;
Un为电流互感器额定电压。
(3)一次回路电流:
Ig.max<
In
Ig.max为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流;
In为电流互感器原边额定电流。
3.2.3选择结果:
选择结果如下表所示:
表3.1TA选择结果
最大工作电流(A)
工作电压(KV)
变比
AG
472.39
110
500/5
BC
CD
BD
367.42
400/5
DE
DF
262.44
300/5
FG
314.93
3.3输电线路上TV变比的选择
3.3.1TV(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.
3.3.2TV(电压互感器)变比的选择原则
电压互感器的选择应满足下列条件:
电压互感器的型式应根据使用条件选择。
35~110kv配电装置,一般采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器。
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)一次电压U1:
1.1Un>
U1>
0.9Un
Un为电压互感器额定一次线电压,1.1和0.9是允许的一次电压波动范围。
(3)电压互感器的二次电压U2N,应根据使用情况,按表3.2选用。
表3.2电压互感器二次额定电压选择表
绕组
主二次绕组
附加二次绕组
高压侧
接线方式
接于线电压
接于相电压
中性点直接接地
中性点不接地或经销弧线圈接地
二次额定电压
100
3.3.3TV变比选择的结果
变比:
第四章中性点接地的选择
4.1中性点接地的确定原则
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;
后一种又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目和位置有密切的关系,中性接地点的数目越多,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目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,且具有足够的灵敏度和可靠性;
二是不使变压器承受危险的过电压。
具体选择原则如下:
(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。
若由于某些原因,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)双母线运行的变电所有三台及以上变压器时,应按两台变压器中性点直接接地的方式运行,并把他们分别接于不同的母线上。
当其中一台中性点直接接地变压器停运时应将另一台中性点不接地变压器改为中性点直接接地运行。
(6)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.
(7)对于其他由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。
4.2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,中性点接地的选择结果如下:
(1)A厂:
最大运行方式选择两台变压器2(或3)、5(一台双绕组,一台三绕组)中性点接地,并分别连在两组母线上(因系统双母线同时运行);
最小运行方式选择两台变压器1、4(一台双绕组,一台三绕组)中性点接地,并分别连在两组母线上(因系统双母线同时运行)。
(2)D站:
两台变压器的零序阻抗不一致,最大运行方式2号接地,最小运行方式1号接地。
(3)F、G站:
两台变压器的容量相同,任取一台接地,另一台倒地。
(4)E站为终端站,为提高零序电流保护的灵敏度,两台变压器均不接地。
第五章短路电流的计算
5.1电力系统短路计算的目的及步骤
5.1.1短路计算的目的
短路故障对电力系统正常运行的影响很大,所造成的后果也十分严重,因此在系统的设计,设备选择以及系统运行中,都应着眼于防止短路故障的发生,以及在短路故障发生后要尽量限制所影响的范围。
短路的问题一直是电力技术的基本问题之一,无论从设计,制造,安装,运行和维护检修等各方面来说,都必须了解短路电流的产生和变化规律,掌握分析计算短路电流的方法。
针对本次设计,短路电流计算的主要目的是:
继电保护的配置和整定。
系统中应配置哪些继电保护以及保护装置的参数整定,都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析,而且不仅要计算短路点的短路电流,还要计算短路电流在网络各支路中的分流系数,并要作多种运行方式的短路计算。
综上所述,对电力系统短路故障进行计算和分析是十分重要的。
无论是电力系统的设计,或是运行和管理,各环节都免不了对短路故障的分析和计算。
但是,实际的电力系统是十分复杂的,突然短路的暂态过程更加复杂,要精确计算任意时刻的短路电流非常困难。
然而实际工程中并不需要十分精确的计算结果,但却要求计算方法简捷,适用,其计算结果只要能满足工程允许误差即可。
因此,工程中适用的短路计算,是采用在一定假设条件下的近似计算法,这种近似计算法在电力工程中称为短路电流实用计算。
5.1.2计算短路电流的基本步骤
短路电流计算是电力系统基本计算之一,一般采用标幺制进行计算。
对于已知电力系统结构和参数的网络,短路电流计算的主要步骤如下:
(1)制定等值网络并计算各元件在统一基准值下的标幺值。
(2)网络简化。
对复杂网络消去电源点与短路点以外的中间节点,把复杂网络简化为如下两种形式之一:
(3)一个等值电势和一个等值电抗的串联电路,
(4)多个有源支路并联的多支星形电路,
(5)考虑接在短路点附近的大型电动机对短路电流的影响。
(6)计算指定时刻短路点发生某种短路时的短路电流(含冲击电流和短路全电流有效值)。
(7)计算网络各支路的短路电流和各母线的电压。
一般情况下三相短路是最严重的短路(某些情况下单相接地短路或两相接地短路电流可能大于三相短路电流)。
因此,绝大多数情况是用三相短路电流来选择或校验电气设备。
另外,三相短路是对称短路,它的分析和计算方法是不对称短路分析和计算的基础。
5.2运行方式的确定
计算短路电流时,运行方式的确定非常重要,它关系到所选保护是否经济合理、简单可靠,以及是否能满足灵敏度要求等一系列问题保护的运行方式是以通过保护的短路电流的大小来区分的。
某保护的最大(小)运行方式是指在某一点短路时通过该保护装置的短路电流最大(小)的运行方式。
.
(1)最大运行方式
根据系统最大负荷的需要,电力系统中的发点设备都投入运行或大部分投入运行,以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。
它是指供电系统中的发电机,变压器,并联线路全投入的运行方式。
系统在最大运行方式工作的时候,等值阻抗最小,短路电流最大,发电机容量最大。
(2)最小运行方式
根据系统最小负荷投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少分接地的运行方式称为最小运行方式,对继电保护来说是短路时通过保护的部短路电流最小的运行方式。
它是指供电系统中的发电机,变压器,并联线路部分投入的运行方式。
系统在最小运行方式工作的时候,应该满足等值阻抗最大,短路电流最小,发电机容量最小的条件。
通常都是根据最大运行方式来确定保护的整定值,以保证选择性,在其它运行方式下也一定能保证选择性,灵敏度的校验应根据最小运行方式来运行。
因为只要在最小运行方式下灵敏度一定能满足要求。
5.3短路计算结果
距11QF的15%处短路,最小的运行方式:
图5.1等值电路图
图5.2网络化简图
图5.3网络化简图
图5.4网络化简图
图5.5网络化简图
图5.6网络化简图
图5.7等值电路图
图5.8网络化简图
图5.9网络化简图
图5.10网络化简图
图5.11网络化简图
图5.12网络化简图
因X0∑〉X1∑,所以采用单相接地短路取得最大零序电流
==1.436
短路点的分支系数:
Cf=1
Uf=If1.013=1.4361.013=1.455
C1=Cf=0.33
C2=1–0.33=0.67
I1=C1If=0.331.436=0.474
I2=C2If=0.67
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