110KV电网继电保护方案设计书电源环网正文[1]

1/46封面2/46作者：PanHongliang仅供个人学习第一章概述1.1电力系统继电保护的作用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。电力系统由各3/46种电气元件组成。这里电气元件是一个常用术语，它泛指电力系统中的各种在电气上的独立看待的电气设备、线路、器具等。由于自然环境，制造质量运行维护水平等诸方面的原因，电力系统的各种元件在运行中可能出现各种故障或不正常运行状态。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。电力系统继电保护的基本作用是：在全系统范围内，按指定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定，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。1.2电力系统继电保护技术与继电保护装置继电保护技术是一个完整的体系，它主要由电力系统的故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行与维护等技术构成，而完成继电保护功能的核心是继电保护装置。继电保护装置，是指装设于整个电力系统的各个元件上，能在指定区域快速准确地对电气元件发出的各种故障或不正常运行状态作出反应，并按规定时限内动作，时断路器跳闸或发出告警信号的一种反事故自动装置。继电保护装置的基本任务是：（1）自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除并最大限度地保证其他无故障部分恢复正常运行；（2）能对电气元件的不正常运行状态作出反应，并根据运行维护规范和设备承受能力动作，发出告警信号，或减负荷，或延时跳闸；（3）条件许可时，可采取预定措施，尽快地恢复供电和设备运行。总之，继电保护技术是电力系统必不可少的组成部分，对保障系统安全运行，保证电能质量，防止故障扩大和事故发生，都有极其重要的作用。1.3继电保护的基本要求对作用于跳闸的继电保护装置，在技术上有四个基本要求，也就是所说的“四性”：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。（1）选择性选择性是指继电保护装置动作时，应在尽可能小的范围内将故障元件从电力系统中切除，尽量缩小停电范围，最大限度的保护电力系统中非故障部分能继续运行。4/46（2）速动性快速的切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格也比较昂贵。电力系统在一些情况下，允许保护装置带有一定的延时切除故障的元件。因此，对继电保护速动性的具体要求，应根据电力系统的接线以及被保护元件的具体情况来确定。切除故障的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般的快速保护的动作时间为0.06~0.12s，最快的可达0.01~0.04s；一般的断路器动作时间为0.06~0.15s，最快的可达0.02~0.06s。（3）灵敏性继电保护的灵敏性是指，对于其保护范围内发生的故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的博爱户范围内部发生故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻都能敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，通常记为Ksen，它主要决定于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。（4）可靠性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5/46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）6/46Z*=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＝U²B／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。7/46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）ΩA1、2、331.50.80.1624.1154.355A462.50.80.1411.823.805A5750.80.1451.5520.52.3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）式中：——变压器短路电压百分值——发电机的额定电压——基准电压115KV——基准容量1000MVA——变压器额定容量MVA2.3.2三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）8/46式中：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）式中：SB----------基准容量1000MVA；SN----------变压器额定容量——发电机的额定电压——基准电压115kv计算结果：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）等值电抗（有名值）Ω63三相双绕组9.91.5720.7690三相双绕组10.31.1415.0831.5三相三绕组UdⅠ—Ⅱ（%）=17.0UdⅠ—Ⅲ（%）=10.83UdⅡ—Ⅲ（%）=6.223.430.00791.9745.360.10426.0531.5三相三绕组UdⅠ—Ⅱ（%）=10.3UdⅠ—Ⅲ（%）=17.19UdⅡ—Ⅲ（%）=6.383.352.110.044.327.90.050三相三绕组UdⅠ—Ⅱ（%）=9.8UdⅠ—Ⅲ（%）=17.6UdⅡ—Ⅲ（%）=6.092.131.3890.028.1818.370.031.5三相三绕组UdⅠ—Ⅱ（%）=10.5UdⅠ—Ⅲ（%）=18.6UdⅡ—Ⅲ（%）=6.223.632.270.013.188.240.0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9/46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计算结果：表2.3线路参数线路名称正、负序电抗（标幺值）Z（有名值）Ω零序电抗（标幺值）A-G1.3921.54.17B-C0.589.221.74C-D0.548.581.62B-D0.598.941.78线路名称正、负序电抗（标幺值）Z（有名值）Ω零序电抗（标幺值）D-E1.3921.44.17D-F1.7633.95.29F-G1.5826.14.73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