發(fā)配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-110kV變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì)及分析

1、發(fā)配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題：110kV變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì)及分析專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào) 姓名： 班級(jí)： 日期： 前 言電力生產(chǎn)過程有別于其他工業(yè)生產(chǎn)過程的一個(gè)重要特點(diǎn)，就是它的生產(chǎn)、輸送、變換、分配、消費(fèi)的幾個(gè)環(huán)節(jié)是在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)同步瞬間完成。電力生產(chǎn)過程要求供需嚴(yán)格動(dòng)態(tài)平衡，一旦失去平衡生產(chǎn)過程就要受到破壞，甚至造成系統(tǒng)瓦解，無法維持正常生產(chǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，負(fù)荷大幅度增加，使得電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，高電壓、大機(jī)組、長距離輸電、電網(wǎng)互聯(lián)的趨勢(shì)，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，加強(qiáng)電力資源的優(yōu)化配置，最大限度滿足電力需求，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定成為人們探討的問題之一。雖然系統(tǒng)中有可能遭受短路電流破壞的一次設(shè)備

2、都進(jìn)行了短路動(dòng)、熱穩(wěn)定度的校驗(yàn)，但這只能保證它們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)能承受住短路電流的破壞。時(shí)間一長，就會(huì)無一例外地遭受破壞。而在供電系統(tǒng)中，要想完全杜絕電路事故是不可能的。 繼電保護(hù)是一種電力系統(tǒng)的反事故自動(dòng)裝置，它能在系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行時(shí)，迅速，準(zhǔn)確地切除故障元件或發(fā)出信號(hào)以便及時(shí)處理?？梢娎^電保護(hù)是任何電力系統(tǒng)必不可少的組成部分，對(duì)保證系統(tǒng)安全運(yùn)行、保證電能質(zhì)量、防止故障的擴(kuò)大和事故的發(fā)生，都有極其重要的作用。因此設(shè)置一定數(shù)量的保護(hù)裝置是完全必要的，以便在短路事故發(fā)生后一次設(shè)備尚未破壞的數(shù)秒內(nèi)，切除短路電流，使故障點(diǎn)脫離電源，從而保護(hù)短路回路內(nèi)的一次設(shè)備，同時(shí)迅速恢復(fù)系統(tǒng)其他正常部分的工作。

3、目 錄第一章 電氣主接線 1第二章 電氣設(shè)備簡介 2第三章 繼電保護(hù)基本知識(shí) 4第四章 主變壓器繼電保護(hù) 7第五章 110kV線路繼電保護(hù)保護(hù) 11第六章 結(jié)束語 13第六章 參考文獻(xiàn) 14110KV變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)及分析第一章 電氣主接線電氣主接線是變電所電氣設(shè)計(jì)的重要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。電氣主接線對(duì)電力系統(tǒng)整體及變電所本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，并且對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大影響。變電站主接線根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位、負(fù)荷性質(zhì)、出線回路數(shù)等條件和具體情況確定。通常變電站主接線的高壓側(cè)，應(yīng)盡可能采用短路器數(shù)目教少的接線，以節(jié)

4、省投資，變電站低壓側(cè)應(yīng)采用單母分段接線，以便于擴(kuò)建。對(duì)本變電所進(jìn)行分析，結(jié)合對(duì)電氣主接線的可靠性、靈活性及經(jīng)濟(jì)性等基本要求，綜合考慮。在滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)政策的前提下，力爭使其技術(shù)先進(jìn)，供電可靠，經(jīng)濟(jì)合理的主接線方案。此主接線還應(yīng)具有足夠的靈活性，能適應(yīng)各種運(yùn)行方式的變化，且在檢修、事故等特殊狀態(tài)下操作方便、調(diào)度靈活、檢修安全、擴(kuò)建發(fā)展方便。第二章 電氣設(shè)備簡介一、主變壓器主變壓器參數(shù)：型號(hào)接線組別額定電壓容量分接開關(guān)型號(hào)XXZ9-4000/110Yn-yno-d11110/38.5/10.5KV40MVAUCGKN380/300/CS二、高壓斷路器高壓斷路器選擇如下表：電壓等級(jí)110kV35kV

5、10kV斷路器型號(hào)3AP1FGZN91-40.5VD4M1225-40額定電流4000A1600A2500A開斷電流40kA25kA40kA三、互感器的選擇1、電流互感器主要參數(shù)的選擇：互感器是電力系統(tǒng)中測(cè)量儀表、繼電保護(hù)等一次設(shè)備獲取電氣一次回路信息的傳感器?；ジ衅鲗⒏唠妷?、大電流按比例變成低電壓（100、100/V）和小電流（5、1A）。電流互感器的二次側(cè)絕對(duì)不能夠開路。電壓互感器的二次側(cè)絕對(duì)不能夠短路。電流互感器一次電流選擇應(yīng)遵循以下原則：一次電流應(yīng)滿足負(fù)荷要求,并在標(biāo)準(zhǔn)值中選取。一次電流應(yīng)使在正常運(yùn)行情況下，二次輸出電流滿足保護(hù)裝置和測(cè)量、計(jì)量儀表準(zhǔn)確度要求。110kV線路獨(dú)立電流互感

6、器的選擇： LB6110W，額定電流比2*600/5、2*300/5；準(zhǔn)確次級(jí)10P20，0.2； #1主變?nèi)齻?cè)電流互感器：110KV側(cè)：LRB-110 額定電流比600/5；準(zhǔn)確次級(jí)10P20,0.5；35KV側(cè)： LDJ1-40.5/300 額定電流比1200/5；準(zhǔn)確次級(jí)5P10； LZZBJ9-35 額定電流比800/5；準(zhǔn)確次級(jí)10P20,0.5；10KV側(cè)： LZZBJ9-10 額定電流比2500/5；準(zhǔn)確次級(jí)5P20,0.5；10KV線路及電容器電流互感器：LZZBJ9-10，額定電流比600/5；準(zhǔn)確次級(jí)10P20,0.5。2、電壓互感器參數(shù)的選擇電壓互感器應(yīng)按下表所列技術(shù)條件

7、選擇：項(xiàng)目參數(shù)技術(shù)條件正常工作條件一次回路電壓、二次電壓、二次負(fù)荷、準(zhǔn)確度等級(jí)承受過電壓能力絕緣水平、泄露比距環(huán)境條件環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、海拔高度、最大風(fēng)速、污穢電壓互感器選擇結(jié)果：型 號(hào)額定電壓（KV）初級(jí)繞組次級(jí)繞組剩余電壓繞組TYD110/-0.02H110/0.1/0.1/0.1JDZX9-35W235/0.1/0.1/:0.1/3JDZX16-10G10/0.1/0.1/:0.1/3第三章 繼電保護(hù)基本知識(shí)一、繼電保護(hù)的作用：繼電保護(hù)裝置就是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。二、繼電保護(hù)基本原理當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，總是伴隨

8、有電流的增大、電壓的降低及電流和電壓之間相位角的變化等物理現(xiàn)象。因此，便可利用這些物理量的變化，構(gòu)成各種不同原理的繼電保護(hù)。例如：利用短路時(shí)電流增大的特征可構(gòu)成過電流保護(hù)，過電流保護(hù)反應(yīng)于電流的增大而動(dòng)作；利用電壓的特征，可構(gòu)成低電壓保護(hù)，低電壓保護(hù)反應(yīng)于電壓的降低而動(dòng)作；利用電壓和電流比值的變化，可構(gòu)成低阻抗保護(hù)（距離保護(hù)），這種保護(hù)反應(yīng)于測(cè)量阻抗的減?。ɑ蚨搪伏c(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離）而動(dòng)作；利用電壓和電流之間相位關(guān)系的變化，可構(gòu)成方向保護(hù)；利用比較被保護(hù)設(shè)備各端的電流大小和相位的差別可構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)等等。此外，也可根據(jù)電氣設(shè)備的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)非電量變化的保護(hù)。例如反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障的瓦

9、斯保護(hù)。三、繼電保護(hù)分類：1、按被保護(hù)的對(duì)象分類：輸電線路保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)等；2、按保護(hù)原理分類：電流保護(hù)、電壓保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、方向保護(hù)、零序保護(hù)等；3、按保護(hù)所反應(yīng)故障類型分類：相間短路保護(hù)、接地故障保護(hù)、匝間短路保護(hù)、斷線保護(hù)、失步保護(hù)、失磁保護(hù)及過勵(lì)磁保護(hù)等；4、按繼電保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)技術(shù)分類：機(jī)電型保護(hù)（如電磁型保護(hù)和感應(yīng)型保護(hù)）、整流型保護(hù)、晶體管型保護(hù)、集成電路型保護(hù)及微機(jī)型保護(hù)等；5、按保護(hù)所起的作用分類：主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等；主保護(hù) 滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)；后備保護(hù) 主保護(hù)

10、或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來切除故障的保護(hù)。又分為遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)兩種；遠(yuǎn)后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)；近后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來實(shí)現(xiàn)后備的保護(hù)；當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)來實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)；輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運(yùn)行而增設(shè)的簡單保護(hù)；四、繼電保護(hù)的基本要求：對(duì)動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求：選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性。（一）選擇性： 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運(yùn)行，以盡量縮小停電范圍。（二）速動(dòng)性

11、：即快速切除故障?？焖偾谐收系膬?yōu)點(diǎn)：1、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；2、減少用戶在低電壓下的動(dòng)作時(shí)間；3、減少故障元件的損壞程度 ，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。（三）靈敏性：指在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)故障情況的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來。（四）可靠性：指發(fā)生了屬于它該動(dòng)作的故障，它能可靠動(dòng)作，即不發(fā)生拒絕動(dòng)作（拒動(dòng)）；而在不該動(dòng)作時(shí)，他能可靠不動(dòng)，即不發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作（簡稱誤動(dòng)）。上述四個(gè)基本要求是分析研究繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)，也是貫穿全課程的一個(gè)基本線索。在它們之間既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一面。第四章 主變壓器的繼電保護(hù)一

12、、變壓器保護(hù)配置原則：變壓器是電力系統(tǒng)的重要電氣設(shè)備之一。它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。因此必須根據(jù)變壓器的容量及重要性裝設(shè)性能良好、動(dòng)作可靠的保護(hù)裝置。變壓器的故障可以分為油箱內(nèi)部故障及油箱外部故障兩種。油箱內(nèi)部故障包括繞組的相間短路、匝間短路以及鐵心的燒損等；油箱的外部故障主要是絕緣套管和引出線上的相間故障及單相接地故障。此外，變壓器還可能出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)，主要有：漏油造成油位下降；由于外部短路引起的過電流或長時(shí)間過負(fù)荷，使變壓器繞組過熱，繞組絕緣加速老化，甚至引起內(nèi)部故障，縮短變壓器的使用壽命。變壓器保護(hù)包括：1、差動(dòng)保護(hù)：防止變壓器繞組和引出線相間短路，直接接地

13、系統(tǒng)側(cè)和引出線的單相接地短路及繞組間的短路。2、瓦斯保護(hù)：防止變壓器油箱內(nèi)部或斷線故障及油面降低。3、零序電流保護(hù)、零序電壓保護(hù)：反映直接接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備。5、過電流保護(hù)（或阻抗保護(hù)）：反映變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備。6、過負(fù)荷保護(hù)：反映變壓器對(duì)稱過負(fù)荷。7、其它非電量保護(hù)：反映變壓器油溫及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障的相應(yīng)保護(hù)。采用微機(jī)保護(hù)裝置：RCS-9671（差動(dòng)保護(hù)）、RCS-9681（高后備）、RCS-9682（中后備）、RCS-9682（低后備）、RCS-9661（非電量）。對(duì)保護(hù)裝置的要求：動(dòng)作要可靠，動(dòng)作速度要快，

14、應(yīng)能有選擇地動(dòng)作，應(yīng)有足夠的靈敏度。二、主變參數(shù)：型號(hào)：SSZ9-40000/110；變比：1108*1.25%/38.52*2.5%/10.5kV；接線組別：Yn,yn0,d11； 額定電流：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=45.8；計(jì)算得：X1=0.2681； X2=0.0788； X3=0.3003； X0=0.3463；三、#1主變保護(hù)計(jì)算：1、 差動(dòng)保護(hù)計(jì)算：高壓側(cè)： 600/5（表計(jì)400/5）；中壓側(cè)：1200/5(表計(jì)800/5)；低壓側(cè)：2

15、500/5。差動(dòng)電流起動(dòng)值Iqd：取變壓器額定電流的50%。速斷動(dòng)作電流ISD：躲變壓器勵(lì)磁涌流，取8Ie。二次諧波制動(dòng)系數(shù)：取0.15。比率差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)： 取0.55。CT斷線報(bào)警門檻值: 0.1Ie.平衡系數(shù)計(jì)算:Kph1=U1n*CT11/S=110*600/40000=1.65Kph2=U2n*CT21/S=38.5*1200/40000=1.155Kph3=1.732* U3n*CT31/S=10.5*2500/40000=1.137區(qū)外故障時(shí)的最大不平衡電流計(jì)算:Ibp =Kk*(Ktx*fi*Idmax+U1*Idmax+fi*Idmax) =1.3*(0.1*4198/240*

16、1.155+0.1*1351/120*1.65) =5.04A/2.887=1.75IeIr=0.5*(1351*1.65/120+4198*1.155/240)A=19.4A=6.716Ie Kbl=(1.75-1.875)/(6.716-3)=-0.0341 所以，落在制動(dòng)區(qū)；區(qū)內(nèi)故障靈敏度計(jì)算: Id=416/120*1.65=5.72A=1.98IeIr=0.5*416/120*1.65=2.86A=0.99InKbl=1.98-0.5/0.99-0.5=3.02 落于動(dòng)作區(qū)內(nèi)Iop=(0.99-0.5)*0.55+0.5=0.77A Klm=2.57 滿足要求2、后備保護(hù)計(jì)算：a、

17、110kV側(cè)后備 CT： 600/5 復(fù)合序電壓閉鎖過流： 75V 6VIdz=(1.25/0.85*210)/120=3.86A 取4A2.3秒跳1#主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。 過負(fù)荷保護(hù)：Idz=(1.05/0.85*210)/120=3.24A 取3.2A零序電流保護(hù) CT ：200/5 停用。b、 35kV側(cè)后備 CT：1200/5復(fù)合序電壓：75V、6V電流：Idz=1.25/0.85*600/240=3.68A 取3.7A 2秒跳35kV側(cè)開關(guān)過負(fù)荷定值：Idz=1.05/0.85*600/240=3.09A 取3.1Ac、 35kV側(cè)方向后備保護(hù) CT：1200/5本保護(hù)僅在110kV側(cè)停電

18、， 35kV送10kV負(fù)荷時(shí)投入，考慮聯(lián)絡(luò)線輸送限額為300A。有： Idz=1.25/0.85*300/240=1.84A 取2A 1.7秒跳三側(cè)d、 10kV側(cè)后備 CT：2500/5復(fù)合序電壓：75V、6VIdz=1.25/0.85*2199/500=6.5A 取6.5A 1.4秒跳本側(cè)開關(guān)過負(fù)荷定值：Idz=1.05/0.85*2199/500=5.4A 取5.4A四、瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)裝置接線由信號(hào)回路和跳閘回路組成。變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，繼電器觸點(diǎn)閉合，發(fā)出瞬時(shí)“輕瓦斯動(dòng)作”信號(hào)。變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，強(qiáng)烈的油流沖擊擋板，繼電器觸點(diǎn)閉合，發(fā)出重瓦斯跳閘脈沖

19、，跳開變壓器各側(cè)斷路器。變壓器嚴(yán)重漏油使油面降低時(shí)，繼電器動(dòng)作，同樣發(fā)出“輕瓦斯動(dòng)作”信號(hào)。非電量保護(hù)：本體重瓦斯 1米/秒，輕瓦斯 350立方厘米壓力釋放閥動(dòng)作、油位異常、超溫：發(fā)信號(hào)。第五章 110kV線路繼電保護(hù)一、110kV線路參數(shù)：線路1101線：LGJ-240/30 13.338km 幾何均距：4.15 km線路1101線阻抗計(jì)算為： R=0.1181*13.338/132.25=0.0119 X=0.386*13.338/132.25=0.0389 實(shí)測(cè)參數(shù)為：線路1101線 R1=1.625/132.25=0.0123 X1=5.55/132.25=0.0420R0=4.116

20、/132.25=0.0311X0=11.78/132.25=0.0891線路1101線： CT變比：1200/5，RCS-941A LGJ-240/30 13.338km 幾何均距：4.15 km線路1101線阻抗：0.0119+j0.0389(正序) 0.0357+j0.1167 (零序)相間（接地）距離I段：取Zdz KkZl=0.8*5.38*240 /1100=0.94 取0.9相間距離II段： 1. 按躲過線路末端故障有靈敏度Klm=1.5整定Z dz Klm * Zl = 1.5 * 5.38 *240 /1100 =1.76() 取1.72躲主變壓器零阻抗側(cè)母線故障 主變阻抗為：

21、0.2602*1152/100=34.4。Zdz KkZl+KkTKzZT=(0.85*5.38+0.75*34.4)* 240/1100=6.63 取5 動(dòng)作時(shí)間取0.3秒相間距離III段 1.按躲最大負(fù)荷電流整定, 取最大負(fù)荷電流為420A Zdz Kk * 0.9 * Ue / sqr(3) / Ifhmax = 0.7 * 0.9 * 115/1.732/420=99.6 ()。該定值線末故障的靈敏度為Klm =99.6/6.25 =16 ,靈敏度要求為：1.5二次值Zdz3 = Zdz3 * CT / PT =99.6 * 240/1100=21.7III段時(shí)間定值 = 2.6 秒 接地距離II段：取1.5、0.3秒接地距離III段：取3、0.6秒。 零序電流保護(hù)：大方式下，110kV母線故障， 3I0max=3360A小方式下，110kV母