110kv高压输电线路的继电保护设计

电力系统继电保护课程设计第I页110kv高压输电线路的继电保护设计前言随着电力系统迅速发展，我们不断对它提出新的要求，电力系统对继电保护的要求也不断提高。继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信号量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性，速动性，灵敏性，可靠性。这次课程设计以最常见的110KV电网线路保护设计为例进行分析设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了电路的化简，短路电流的求法，继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。电力系统继电保护课程设计目录第1章绪论...........................................................11.1设计基础条件..................................................11.2设计内容......................................................11.3设计要求......................................................2第2章短路电流计算...................................................32.1短路电流计算原则..............................................32.2电力网络元件参数计算..........................................32.3最大运行方式..................................................42.4最小运行方式..................................................5第3章110kv高压输电线路继电保护整定计算.............................73.1三段式方向性电流保护整定计算..................................73.11QF6的三段式电流保护整定计算..............................73.12QF4的三段式电流保护整定计算..............................83.13QF2的三段式电流保护整定计算..............................93.2三段式距离保护正定计算.......................................103.21QF6的距离保护...........................................103.22QF4的距离保护...........................................103.23QF2的距离保护...........................................113.3线路差动保护.................................................123.31A’C段线路差动保护......................................123.32BC段线路纵差保护........................................123.33AB段线路纵差保护........................................12第4章自动重合闸装置................................................13第5章电力系统各元件继电保护装置的选择..............................145.1保护配置.....................................................145.2各插件原理说明...............................................14电力系统继电保护课程设计5.3主要技术指标.................................................14收获和体会............................................................16参考文献............................................................17附录18电力系统继电保护课程设计第1页第1章绪论1.1设计基础条件单侧电源环形网络如图1.1所示，已知：（1）网络中各线路采用带方向或不带方向的电流电压保护，所有变压器均采用纵联差动保护作为主保护，变压器均为Ｙ，d11接线；（2）发电厂的最大发电容量为3×50ＭＷ，最小发电容量为2×50ＭＷ；（3）网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行；（4）允许的最大故障切除时间为0.85s；（5）线路AB、BC、AD、CD的最大负荷电流分别为230、150、230和140Ａ，负荷自起动系数5.1ssK；（6）各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示，△t＝0.5s；（7）线路正序电抗每公里均为0.4Ω；图1.1单侧电源环形网络图1.2设计内容（1）短路电流计算1）确定电力系统最大运行方式和最小运行方式，计算最大短路电流值和最小短路电流值。2）确定短路计算点，画出计算电路图。电力系统继电保护课程设计第2页3）选取基准值，用标幺值计算各元件参数，画出等效电路。化简等效电路，求各短路点的等效电抗。4）求各短路点的计算电抗。用运算曲线计算各短路点的短路电流。（2）确定电力系统中发电机、变压器和输电线路的保护方案。1）根据GB50062-1992（规范名称：电力装置的继电保护和自动装置设计规范）选择继电保护的方式。应优先选择最简单的保护，不满足基本要求时再采用较复杂的保护。2）选择保护方式时，先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。如不满足，允许采用自动重合闸补救。1.3设计要求1）确定保护2、4、6的保护方式，对它们进行整定计算（opI、opU、senK和opt）；2）绘制保护原理接线图（或展开接线图）及网络单线图；电力系统继电保护课程设计第3页第2章短路电流计算2.1短路电流计算原则根据原始资料计算出基准电抗标幺值，再由基准电抗标幺值转换得到计算电抗标幺值，然后根据计算电抗标幺值查短路电流运算曲线得到短路电流标幺值，经转换得出短路电流，最后作为继电保护的整定数据。根据整定计算的要求，需要进行最大运行方和最小运行方式下的参数计算，最大运行方时下的计算数据作为电流保护整定使用，最小运行方式下的计算数据作为最小灵敏度检验使用。2.2电力网络元件参数计算计算各元件基准电抗标幺值。选取：1100,115,BBSMVAUkV236.3k,10.5kBBUVUV。发电机基准电抗标幺值：𝑆𝑁𝐺=𝑃𝑁𝐺cos𝜑=500.85=58.82𝑀𝑉𝐴𝑋𝐺1=𝑋𝐺2=𝑋𝐺3=𝑋′′∙𝑆𝐵𝐺𝑆𝑁𝐺=0.129×10058.82=0.2193变压器基准电抗标幺值：𝑋𝑇1=𝑋𝑇2=𝑈𝑘%100×𝑆𝐵𝑆𝑁𝑇=10.5100×10040=0.2625𝑋𝑇3=𝑈𝑘%100×𝑆𝐵𝑆𝑁𝑇=10.5100×10060=0.175𝑋𝑇4~𝑋𝑇6=𝑈𝑘100×𝑆𝐵𝑆𝑁𝑇=10.5100×10020=0.525线路基准电抗标幺值：𝑋𝐴𝐵=40×0.4×𝑆𝐵𝑈𝐵2=0.121𝑋𝐵𝐶=80×0.4×𝑆𝐵𝑈𝐵2=0.242𝑋𝐴′𝐶=50×0.4×𝑆𝐵𝑈𝐵2=0.1512𝑋𝑠𝑚𝑖𝑛=(0.2193×0.21930.2193+0.2193+0.2625×0.26250.2625+0.2625)×(0.2193+0.125)0.2409+0.3943=0.1496𝑋𝑠𝑚𝑎𝑥=(0.2193+0.2625)×(0.2193+0.2625)0.2193+0.2625+0.2193+0.2625=0.2电力系统继电保护课程设计第4页2.3最大运行方式最大运行方式的等效电路如图2.1所示：图2.1最大运行方式等效电路图因为是单侧环形电网，为解题方便，将环形网络按短路点解开，分两个方向计算短路电流和设计继电保护装置。将环形网络在A点打开变换为开式网络则等效电路图如2.2所示：图2.2开式网络等效电路图在最大运行方式下各点的基准电抗为：𝑋𝐴=𝑋𝐴𝐵+𝑋𝐵𝐶+𝑋𝐴′𝐶+𝑋smin=0.121+0.242+0.1512+0.1496=0.6638𝑋𝐵=𝑋𝐵𝐶+𝑋𝐴′𝐶+𝑋𝑆min=0.242+0.1512+0.1496=0.5428𝑋𝐶=𝑋𝐴′𝐶+𝑋𝑆𝑚𝑖𝑛=0.1512+0.1496=0.3008计算电抗值为：𝑋𝑗𝑠𝐴=𝑋𝐴∙𝑆∑𝑆𝐵=0.6638×1.765=1.172𝑋𝑗𝑠𝐵=𝑋𝐵⋅𝑆∑𝑆𝐵=0.5428×1.765=0.958𝑋𝑗𝑠𝐶=𝑋𝐶⋅𝑆∑𝑆𝐵=0.3008×1.765=0.5309𝑋𝑗𝑠𝐴′=𝑋𝐴′⋅𝑆∑𝑆𝐵=0.2409×1.765=0.4405电力系统继电保护课程设计第5页2.4最小运行方式最小运行方式的等效电路如图2.3所示：2.3最小运行方式等效电路图将环形网络在A点打开变换为开式网络则等效电路图如2.4所示：图2.4开式网络等效电路图在最小运行方式下各点的基准电抗为：𝑋𝐴=𝑋𝐴𝐵+𝑋𝐵𝐶+𝑋𝐶𝐴′+𝑋𝑠𝑚𝑎𝑥=0.121+0.242+0.1512+0.2409=0.7557𝑋𝐵=𝑋𝐵𝐶+𝑋𝐶𝐴′+𝑋𝑠𝑚𝑎𝑥=0.242+0.1512+0.2409=0.3921𝑋𝐶=𝑋𝐶𝐴′+𝑋𝑠𝑚𝑎𝑥=0.1512+0.2409=0.3921计算电抗值为：𝑋𝑗𝑠𝐴=𝑋𝐴⋅𝑆∑𝑆𝐵=0.7557×1.765=1.334𝑋𝑗𝑠𝐵=𝑋𝐵⋅𝑆∑𝑆𝐵=0.6341×1.765=1.116𝑋𝑗𝑠𝐶=𝑋𝐶⋅𝑆∑𝑆𝐵=0.3921×1.765=0.692𝑋𝑗𝑠𝐴′=𝑋𝑠𝑚𝑖𝑛⋅𝑆∑𝑆𝐵=0.1496×1.765=0.264根据计算电抗查询汽轮机的短路电流运算曲线可得各点的短路电流标幺值。最大运行方式下各点计算电抗和短路电流标幺值如表2.1所示：表2.1最大运行方式下电网各点短路电流数据ABCA’计算电抗1.7320.9580.53090.2640.951.081.924.15/0.8360.951.693.652电力系统继电保护课程设计第6页最小运行方式下各点计算电抗和短路电流标幺值如表2.2所示：表2.2最小运行方式下电网各点短路电流数据ABCA’计算电抗1.3341.1160.6920.42510.750.91.482.55/0.660.7921.32.244电力系统继电保护课程设计第7页第3章110kv高压输电线路继电保护整定计算110kv高压输电线路根据可靠性、灵敏性要求需要设置三段式电流保护，根据线路保护装置简单性原则，若三段式电流保护各段满足要求，则可以作为线路主保护，如果三段式电流保护不满足要求则需要设置距离保护，根据高压输电线路的全线速动无死区要求，还应设置线路的纵联差动保护，让距离保护和差动保护作为线路的主保护，三段式电流保护作为后备保护