繼電保護畢業(yè)設計開題報告 110kV電網(wǎng)繼電保護整定計算及仿真研究.doc

110kV電網(wǎng)繼電保護整定計算及仿真研究一、選題背景與意義目前，我國110kV輸電網(wǎng)擔負城市供電的艱巨任務，是我國輸電網(wǎng)中的主干網(wǎng)。隨著經(jīng)濟社會的高速發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)建設的迅速崛起，對其供電可靠性、經(jīng)濟性、靈活性和自動化水平的要求也在不斷提高。但是，傳統(tǒng)的110kV電網(wǎng)多為單側(cè)電源網(wǎng)，其可靠性必然就要受到多方面的限制。隨著電網(wǎng)建設與運維模式改革的不斷推進與深化，近年來,小電源并網(wǎng)現(xiàn)象在各地市公司普遍存在,小水電、小熱電、太陽能、秸稈電廠等具體形式不盡相同。由于110kV電網(wǎng)一般配置有距離與零序電流保護，分布電源的存在，以及實際生活中系統(tǒng)運行狀態(tài)的不斷變化，會導致保護范圍變化甚至保護失效。這就給給保護整定帶來很大難度。針對110kV電網(wǎng)一般配置有距離與零序電流保護所存在的問題，本次設計通過對典型110kV配電網(wǎng)進行合理建模，研究系統(tǒng)中性點接地方式、系統(tǒng)最大最小運行狀態(tài)以及分支系數(shù)對保護整定產(chǎn)生的影響，從而解決由系統(tǒng)變化導致的保護范圍變化的問題。將對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生積極的意義。二、課題關鍵問題及難點 本設計在分析繼電保護原理的基礎上，研究數(shù)字距離保護和零序電流保護，并針對線路實際運行時可能出現(xiàn)的各種故障，計算相應的監(jiān)測量在故障時的參數(shù)，為保護方法提供相應的理論依據(jù)，提出合理的保護方案。（1）等值阻抗計算與網(wǎng)絡簡化問題 合理的參數(shù)選擇與網(wǎng)絡化簡，在保證精確性的前提下能大大減少整定計算中的工作量。（2）短路電流計算問題 針對典型故障點以及故障類型計算相應的故障電流，以此作為保護整定值的參考。（3）保護整定配合問題 相間短路故障不會產(chǎn)生零序電流，而單相接地故障在接地點有零序電流產(chǎn)生。零序電流保護靈敏 度較高，裝置簡單可靠，因此對于單相接地故障采用零序保護，相間短路故障采用距離保護。（4）PSCAD仿真驗證問題 模擬實際可能出現(xiàn)的各種故障，對保護進行校驗，以此驗證繼電保護是否可靠，是否高效。難點：本課題的難點有三個，一是分支系數(shù)的求取。其包括助增分支和外汲分支的計算。二是系統(tǒng)運行方式的確定。無論系統(tǒng)如何工作，繼電保護都必須可靠動作。這就需要在整定過程中考慮系統(tǒng)的最大最小運行方式，進而確定相應的參數(shù)。三是PSCAD仿真驗證問題。參數(shù)的設定，故障類型以及故障點的選取等都會直接影響方針的效果。三、文獻綜述要保證電力系統(tǒng)有良好的供電質(zhì)量，就要求電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地運行。在實際運行過程中，會因為某些自然條件或人為因素，造成設備故障或不正常運行狀態(tài)。對這些故障或不正常的運行狀態(tài)，若不采取有效措施及時處理，會造成事故和損失。繼電保護是維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要防線。它是能反應電氣設備的故障或不正常運行狀態(tài)，相應地動作于跳閘以切除故障或發(fā)出信號告警的一種自動裝置。繼電保護定值則是繼電保護裝置的直接依據(jù)，一個能正常運行的電力系統(tǒng)必須配備繼電保護并整定繼電保護定值。目前我國110kV等級的輸電線路主保護通常由距離保護、零序電流保護配合構(gòu)成。文獻1-3中指出，在結(jié)構(gòu)復雜、運行方式變化大的系統(tǒng)中，距離保護是性能較為完善的保護元件之一，因其受運行方式變化影響小，保護范圍固定，具有明確的方向性，整定計算相對簡易。但其不可避免的受到以下問題的困擾：1）110kV線路運行方式變化較大，負荷變化頻繁，劇烈。而現(xiàn)有的微機距離保護段定值必須躲開最小負荷阻抗整定，因此常不能滿足靈敏度的要求；2）保護區(qū)域外的高阻抗接地有可能引起保護誤動作；3）對于短線路或者系統(tǒng)阻抗較大的線路時，常常會因為超越而誤動。針對以上問題，近年來國內(nèi)外的專家學者們對距離保護的自適應問題進行了深入研究。對于第一個問題，文獻5提出，距離段的定值由最小負荷阻抗決定，如果此時保護定值不能滿足靈敏度的要求，就可以考慮按躲開實際負荷阻抗，實時地整定距離保護段的定值，而不是按照最小負荷阻抗整定，這樣就能增大保護范圍，提高保護的靈敏度。同時文獻5中還提到，針對第二個問題，引入故障時的零序電流對阻抗繼電器的動作特性進行修正，消除接地阻抗的影響。隨著電網(wǎng)的不斷建設，高壓輸電短線路不斷增多，當輸電線路較短或者系統(tǒng)阻抗較大時，影響距離保護測量的各個因素的絕對誤差對阻抗測量的影響會大于相對誤差的影響。對于這個問題，各大電網(wǎng)采取的措施各不相同，但總的來說主要有以下兩種解決方案：1）仍按照常規(guī)距離保護的整定原則，將距離保護I段的可靠系數(shù)整定為0.8-0.85，通過較大的延時來避免保護的超越；2）利用現(xiàn)場經(jīng)驗值直接將距離保護段的可靠系數(shù)整定為較小的數(shù)值，雖然能避免保護誤動，但是這種方法降低了距離保護的動作靈敏度。文獻6對此問題做出了創(chuàng)新性的研究，在充分研究電壓互感器誤差、非周期分量、電壓電流變換器誤差等因素的影響之后，提出在發(fā)生故障后利用在線求得的系統(tǒng)阻抗實時調(diào)整保護段的可靠系數(shù)，實現(xiàn)可靠系數(shù)整定的自適應性，從而可靠保證保護的選擇性，避免距離保護因超越而誤動作。我國110kV及以上的電力系統(tǒng)均為大電流接地系統(tǒng)，單相短路將產(chǎn)生很大的故障相電流和零序電流，多采用零序電流保護裝置作為接地短路保護。文獻1和文獻4中提到，零序電流保護在接地保護方面具有較大優(yōu)勢：1）在正常負荷狀態(tài)下，零序電流沒有或很??；當接地短路時，就一定有零序電流產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)計，接地短路故障約占總故障次數(shù)的93%；2）零序電流保護裝置簡單，動作電流小，經(jīng)濟可靠，靈敏度高，正確動作率高。但是在實際運行中，零序電流保護也面臨諸多問題：1）零序電流的分布間接地受大接地系統(tǒng)的運行方式的影響，直接地受中性點接地數(shù)目的影響；2）單相重合閘過程中可能出現(xiàn)較大的零序電流，影響零序電流保護的正確工作。3）自耦變壓器廣泛應用于超高壓和特高壓電網(wǎng)中，任一電網(wǎng)中的接地短路都將在另一網(wǎng)絡中產(chǎn)生零序電流，將使零序保護的整定配合復雜化。針對以上問題，傳統(tǒng)的人工計算已經(jīng)遠遠不能滿足要求。隨著計算機網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，以及設備的自動化水平的不斷提高，文獻4提出了基于計算機網(wǎng)絡的零序電流保護計算機整定計算程序。利用計算機快速建立系統(tǒng)系統(tǒng)正常運行時的電路模型并實時監(jiān)控，計算當前各個保護安裝處零序電流保護的整定值。一旦系統(tǒng)運行方式發(fā)生改變，計算機就能立刻根據(jù)新的模型，計算相應的整定值；當系統(tǒng)中某條線路的自動重合閘動作時，通過計算機控制相應受影響的保護閉鎖來防止誤動。參考文獻1張保會，尹項根電力系統(tǒng)繼電保護M中國電力出版社，20102張如義110kV電網(wǎng)繼電保護的整定J電氣技術，2013，3：49-513王莉，蘇忠陽提高110kV線路后備保護適應能力的探討J電力設備，2005,6（2）：52-544謝創(chuàng)樹110kV線路零序電流保護大的計算機整定程序J人民珠江，1997，5：43-455孫長文110kV線路自適應距離保護策略的研究與實現(xiàn)D武漢：武漢大學，20046楊琳相間距離保護段可靠系數(shù)及其自適應研究D北京：華北電力大學，2012四、方案論證 本次設計對線路輸電線路SB的雙側(cè)保護（BH3，BH4）進行整定計算，對于相間短路故障采用距離保護，對于不對稱接地故障采用零序電流保護。（1）運行方式論證 對于發(fā)電廠，最大運行方式為三臺發(fā)電機同時投運，最小運行方式為退出一臺發(fā)電機組，變壓器 三臺均投入，始終保持一臺變壓器中性點接地；兩臺變電所的主變，正常運行時只投入一臺，高峰負荷時投入兩臺；等效電力系統(tǒng)中性點接地，計算時同樣考慮最大和最小運行方式下的各序阻抗；負荷變壓器采用中性點不接地的方式。（2）短路點論證 短路點選取母線A、母線B、母線C以及母線S，以計算保護BH2,BH3以及BH5的零序段整定 值，同時也使BH3的零序段可以與下級線路配合。選取的故障類型為不對稱接地短路，即單相 接地和兩相接地，由于零序電流保護屬于過量保護，因此取短路時的零序電流較大值作為整定參 考值。（3）短路電流求取 由于故障點是隨機出現(xiàn)的，保護不可能安裝在故障點處。這就需要計算出故障時流過保護安裝處 的電流，即得到故障點的電流后，再計算此時流經(jīng)BH3和BH4的故障電流。同時還應注意到保護 裝置測量的零序電流為實際單相中流過的零序電流值的三倍。（4）整定計算方案 保護BH3和BH4采用距離保護與零序電流保護。先進行距離保護三段式的計算，并考慮系統(tǒng)運行 方式及分支系數(shù)的影響；根據(jù)選取的不同故障點、故障類型以及系統(tǒng)運行方式，繪制相應的零序 網(wǎng)絡圖，進行三段式零序電流保護的計算。整定計算完成后要對各段保護的靈敏度進行校驗，如 果靈敏度和選擇性不能同時滿足要求，則可以通過保證靈敏度，增加延時的方法來進行改進。（5）仿真任務 根據(jù)整定計算的結(jié)果建立系統(tǒng)模型，在由實際可能出現(xiàn)的各種情況，對保護的可靠性，選擇性， 速動性以及靈敏性進行校驗，以便于發(fā)現(xiàn)保護的不足和可以優(yōu)化的地方。五、工作計劃第1周 查閱并翻譯相關資料，了解目前行業(yè)發(fā)展階段以及未來的發(fā)展趨勢，根據(jù)疑問閱讀相關文獻。 第2周 翻譯外文資料含有分布式發(fā)電設備的配電網(wǎng)實時故障定位，完成開題報告初稿。第3周 編寫論文第一章，簡要說明選題背景和要解決的問題，難點等。第4周 復習發(fā)電機變壓器組繼電保護原理，完成發(fā)電機變壓器繼電保護的配置。第5周 編寫第二章阻抗及短路電流計算，繪制系統(tǒng)等效網(wǎng)絡圖、配置互感器，完成計算初期的準備工作。第6周 對上周計算參數(shù)內(nèi)容再次審核，同時對分類保護進行學習、整理。第7周 編寫第三章繼電保護整定計算，計算