220kV电网线路及变压器继电保护设计

毕业设计(论文)课题名称220kV电网线路及变压器继电保护设计学生姓名张池艳学号0741227032系、年级专业电气工程系、2007级电气工程及其自动化指导教师王晓芳职称副教授2011年5月15日邵阳学院毕业设计（论文)1第一部分设计说明1原始资料1.1220KV系统介绍KV220系统由水电站1W，2W和两个等值的KV220系统1S、2S通过六条KV220线路构成一个整体。整个系统最大开机容量为MVA29.1509，此时1W、2W水电厂所有机组、变压器均投入，1S、2S两个等值系统按最大容量发电，变压器均投入；最小开机容量位MVA77,1007,此时1W厂停MVA302机组，2W厂停MVA5.77机组一台，1S系统发电容量为MVA300，2S系统发电容量为MVA240。KV220系统示意图如图1.1所示。图1.1220kV系统示意图邵阳学院毕业设计（论文)21.2系统各元件主要参数(1)发电机参数如表1.1所示：表1.1发电机参数电源总容量（MVA）每台机额定功率（MVA）额定电压（kV）额定功率因数cosφ正序电抗最大最小W1厂295.29235.29235.29150.850.352*30110.830.25W2厂310232.54*77.513.80.840.3S1系统4763001150.5S2系统4282401150.5对水电厂121.45XX，对于等值系统121.22XX(2)变压器参数如表1.2所示：表1.2变压器参数变电站变压器容量（MVA）变比短路电压（%）Ⅰ－ⅡⅠ－ⅢⅡ－ⅢA变20220/3510.5B变－1240220/1512B变－260220/1112C变3*120220/115/351710.56D变4*90220/1112E变2*120220/115/351710.56(3)输电线路参数KMAB60，上端KMBC250，下端KMBC230，KMCD185，KMCE30，KMDE170；KMXX/41.021，103XX，080L。(4)互感器参数所有电流互感器的变比为5/600，电压互感器的变比为100/220000。由动稳定计算结果，最大允许切除故障时间为S2.0。1.3设计任务这次设计我选择D变电站作为具体的设计对象，根据任务书的要求，完成参数的计算，运行方式的确定，有关短路电流计算，D变电站发电机、主变及线路的保护方式进行配置，保护设备进行选型，同时对各类保护进行整定计算等任务，并绘制出KV220电网线路及变压器继电保护配置图、二次交直流回路图。邵阳学院毕业设计（论文)32系统最大、最小运行方式的选择和确定保护方式应在系统的各种运行方式下都能满足灵敏性和选择性的要求。对保护来说通常要根据系统最大运行方式来确定保护的整定值，以保证保护装置的选择性；而进行灵敏度的校验则要根据系统最小运行方式来确定[1]。最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性。最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。本设计电网最大运行方式和最小运行方式已给定，如表2.1所示：表2.1系统最大、最小运行方式运行方式系统情况最大运行方式1W、2W水电厂所有机组、变压器均投入，1S、2S两个等值系统按最大容量发电最小运行方式1W厂停MVA302机组，2W厂停MVA5.77机组一台，1S系统发电容量为MVA300，2S系统发电容量为MVA240。邵阳学院毕业设计（论文)43变压器中性点接地的确定3.1变压器中性点接地运行的选择原则电力系统中性点接地方式有两大类：一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地，称为大接地电流系统；另一类是中性点不接地、经过消弧线圈或高阻抗接地，称为小接地电流系统。当接地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点接地的数目和位置有密切的关系，中性点接点的数目越多，意味着系统零序总阻抗越小，零序电流越大；中性接地点的位置不同，则意味着零序电流的分布不同。通常，变压器中性点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，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变压器中性接地点的位置和数目的选择原则在中性点直接接地电网发生接地短路时，零序电流的大小和分布与电网中变压器中性点接地数目和位置有很大关系。在系统不失去中性点接地的前提下，安排一部分变压器中性点接地运行，另一部分变压器中性点不接地运行，并使变压器中性点接地数目及位置尽量不变，以保证零序保护动作范围的稳定和具有足够的灵敏性。(1)在单母线运行的发电厂和高压母线上有电源联络线的变电站变压器中性点应接地。(2)在具有两台以上的变压器，而且是双母线固定连接方式运行的发电厂和高压母线上有两回以上电源联络线的变电所，每组母线上至少有一台变压器的中性点直接接地，这样当母联开关断开后，每组母线上至少保留有一台变压器的中性点直接接地。(3)在单电源网络中，终端变电所的变压器中性点一般不应接地。(4)在多电源的网络中，每个电源处至少应该有一个中性点接地，以防止中性点不接地的电源因某种原因与其它电源切断联系时，形成中性点不接地系统。(5)变压器低压侧接入电源，当大接地电流电网中发生接地短路而该电源的容量能够维持接地点发生的电弧时，则变压器的中性点应该接地，如果该电源的容量不是足以维持接地电弧时，则中性点不接地。(6)为便于线路接地保护配合，在低压侧没有电源的枢纽变电所，部分变压器的中性点应直接接地。邵阳学院毕业设计（论文)5(7)接在分支线上的变电所，低压侧虽无电源，但变压器低压侧是并联运行的，为使横差差动保护正确动作，变压器的中性点应接地。(8)自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地运行。3.3变压器中性接地的数目和位置主变中性点的投入数量和位置直接影响系统的零序阻抗，零序阻抗的变化又改变着零序电流的分布。考虑到零序保护的灵敏性和变压器中性点绝缘，系统过电压，保护整定配合等因素，零序阻抗应基本不变。如你厂接线为双母线，一般应保持一条母线上有一台变压器接地。如为单母线，有两台及以上变压器接在母线上时，就保持一台变压器中性点接地。备用变的220KV侧中性点接地也是算作220KV系统的接地点的，与主变的中性点接地无异。一般情况下，备用变与中性点接地的主变是分别运行于不同母线的。为了接地短路时，变压器不会受到过电压的危害，又能使零序电流的分布基本不变，系统中各变电站的变压器接地情况如下表所示：表3.1变压器中性点接地情况表变电站名称ABCDE变压器台数12342220KV侧中性点接地变压器台数11221邵阳学院毕业设计（论文)64系统元件参数计算及各序网络的制定4.1系统元件参数的计算根据设计资料，发电机：NBdSSXX%，变压器：NBSSSUX%，输电线路：21BBVSLXX，通过计算可得各元件的参数如表4.1所示：表4.1各元件的参数表)1(X)2(X)0(X1S系统（max）0.1000.1221S系统（min）0.0630.0772S系统（max）0.1250.1532S系统（min）0.070.0851W厂#1发电机0.0890.1291W厂#2、#3发电机2×0.5002×0.7252W厂四台发电机4×0.3654×0.529A变电站变压器0.3150.3150.315B变电站#1变压器0.0300.0300.030B变电站#2变压器0.1200.1200.120C变电站三台变压器3×0.0543×0.0310.500D变电站四台变压器4×0.0804×0.0804×0.080E变电站两台变压器2×0.0542×0.0310.500线路AB0.0300.0300.092线路BC(230kM)0.1170.1170.351线路BC(250kM)0.1270.1270.381线路CD0.0930.0930.280线路DE0.0850.0850.255线路EC0.0150.0150.045邵阳学院毕业设计（论文)74.2正、负、零序网络图的绘制根据电力系统的接线图、中性点接地情况等原始资料，按照《电力系统分析》中有关的规定，制定出正、负、零序网络图[4]。如图4.1，图4.2，图4.3所示。图4.1正序网络图图4.3零序网络图图4.2负序网络图邵阳学院毕业设计（论文)85短路计算概述5.1短路概述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；（2）两相短路；（3）两相接地短路；（4）单相接地短路。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。5.2短路计算的目的在设计中，短路计算是其中的一个重要环节。计算的目的主要有以下几个方面[1]：(1)以便选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，如断路器等，必须以短路计算作为依据。(2)为了合理地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。(3)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的内容。(4)确定输电线路对通讯的干扰，对已发生的故障进行分析。实际工作中，根据一定任务进行短路计算时，必须首先确定建设条件。一般包括，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等[6]。从短路计算的角度看，系统的运行方式指的是系统中投入运行的发电、变电、输电、用电设备的多少以及它们之间相互连接的情况，建设不对称短路时，还应包括中性点的运行状态。不同的计算目的，对应的计算条件不同。邵阳学院毕业设计（论文)95.3短路计算条件在实际工作中,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。为使所选电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：(1)容量和接线：按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划一般为本期工程建成后的5-10年，其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。(2)短路种类：一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。(3)正常工作时，三相系统对称运行。(4)所有电源的电动势相位角相同。(5)电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。(6)短路发生在短路电流为最大值的瞬间。(7)不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。(8)元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。5.4短路类型由电力系统不对称故障分析，短路电流正序分量可以统一写成：)()()0()0()()1(nfffnfaXXjUI)1.5(式中)(nX表示附加电抗，其值随短路型式的不同而不同，上角标)(n是代表短路类型的符号。上式表明，在简单不对称短路的情况下，短路点电流的正序分量，与在短路点每一相中加入附加电抗而发生三相短路时的电流相等。这个概念称为正序等效定则。短路电流的绝对值与它的正序分量的绝对值成正比，即)()1()()(nfannfImI(5.2)式中，)(nm为比例系数，其值视短路种类而