220kV輸電線路繼電保護設(shè)計

1、本科課程設(shè)計 課程名稱：電力系統(tǒng)繼電保護原理 設(shè)計題目：220kV輸電線路繼電保護設(shè)計 院 （部）： 專 業(yè)： _ 班 級：_ 姓 名：_ 學 號：_ 成 績：_ 指導教師： 摘 要 繼電保護是一種電力系統(tǒng)的反事故自動裝置，它在電力系統(tǒng)中的地位十分重要。繼電保護伴隨著電力系統(tǒng)而生，繼電保護原理及繼電保護裝置的應(yīng)用，是電力系統(tǒng)實用技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。繼電保護技術(shù)的應(yīng)用繁雜廣泛，伴隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，繼電保護在更新自身技術(shù)的基礎(chǔ)上與現(xiàn)代的微機、通信技術(shù)相結(jié)合，使繼電保護系統(tǒng)日趨先進。電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展不斷地注入新的活力，繼電保護技術(shù)未

2、來發(fā)展趨勢是計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。 本次設(shè)計主要內(nèi)容是220KV輸電線路繼電保護的配置和整定，設(shè)計內(nèi)容包括：220KV電網(wǎng)元件參數(shù)的計算、中性點接地的選擇、輸電線路縱聯(lián)保護、自動重合閘等。關(guān)鍵詞：參數(shù)計算 接地的選擇 縱聯(lián)保護 自動重合閘目錄1：220KV電網(wǎng)元件參數(shù)的計算11.1： 設(shè)計原則和一般規(guī)定11.2： 220KV電網(wǎng)元件參數(shù)計算原則11.3： 變壓器參數(shù)的計算21.4： 輸電線路參數(shù)的計算52： 輸電線路上TA、TV及中性點接地的選擇62.1： 輸電線路上T A、TV變比的選擇63: 輸電線路縱聯(lián)保護83.1：縱聯(lián)保護的基本概念83.2: 各種差動保護及其動

3、作方程93.3： 縱聯(lián)電流差動保護的原理93.4: 算例93.5: 縱聯(lián)差動保護計算參數(shù)列表114:自動重合閘114.1: 自動重合閘的作用114.2:重合閘的前加速和后加速114.3: 自動重合閘動作時間整定應(yīng)考慮問題124.4: 雙側(cè)電源線路三相跳閘后的重合閘檢查條件134.5:綜合重合閘的主要元件134.6: 綜合重合閘整定計算算例145:參考文獻156：致謝.191：220KV電網(wǎng)元件參數(shù)的計算1.1： 設(shè)計原則和一般規(guī)定電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，對保證電力系統(tǒng)的正常運行，防止事故發(fā)生或擴大起了重要作用。應(yīng)根據(jù)審定的電力系統(tǒng)設(shè)計（二次部分）原則或?qū)彾ǖ南到y(tǒng)接線

4、及要求進行電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置設(shè)計，設(shè)計應(yīng)滿足繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程（SDJ6-83）、110220kV電網(wǎng)繼電保護與安全自動裝置運行條例等有關(guān)專業(yè)技術(shù)規(guī)程的要求。繼電保護和安全自動裝置由于本身的特點和重要性，要求采用成熟的特別是符合我國電網(wǎng)要求的有運行經(jīng)驗的技術(shù)。電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置應(yīng)符合可靠性、安全性、靈敏性、速動性的要求。要結(jié)合具體條件和要求，從裝置的選型、配置、整定、實驗等方面采取綜合措施，突出重點，統(tǒng)籌兼顧，妥善處理，以達到保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的目的。1.2： 220KV電網(wǎng)元件參數(shù)計算原則1標幺值的概念（1）參數(shù)計算需要用到標幺值或有名值，因此做下述簡介。在標幺

5、制中，單個物理量均用標幺值來表示，標幺值的定義如下：標幺值=實際有名值（任意單位）/基準值（與有名值同單位）當選定電壓、電流、阻抗和功率的基準值分別為UB、IB、ZB和SB時,相應(yīng)的標幺值為：U*=U/UB （2-1）I*=I/IB （2-2）Z*=Z/ZB （2-3）S*=S/SB （2-4）使用標幺值,首先必須選定基準值。電力系統(tǒng)的各電氣量基準值的選擇,在符合電路基本關(guān)系的前提下,原則上可以任意選取，但四個基準值只能任選兩個，其余兩個則由上述關(guān)系式?jīng)Q定。至于先選定哪兩個基準值，原則上沒有限制,但習慣上多選定UB 和SB。這樣電力系統(tǒng)主要涉及三相短路的IB、ZB, 可得: IU （2-5）U

6、U²B （2-6）U和原則上選任何值都可以，但應(yīng)根據(jù)計算的內(nèi)容及計算方便來選擇。通常UB多選為額定電壓或平均額定電壓，B可選系統(tǒng)的或某發(fā)電機的總功率；有時也可取一整數(shù)，如100、1000MVA等。（2）標幺值的歸算本網(wǎng)絡(luò)采用近似計算法近似計算：標幺值計算的近似歸算是用平均額定電壓計算。標幺值的近似計算可以就在各電壓級用選定的功率基準值和各平均額定電壓作為電壓基準來進行。結(jié)合本網(wǎng)絡(luò)選取基準值：SB=1000MVA ； UB=230KV； 1.3： 變壓器參數(shù)的計算(1) 雙繞組變壓器參數(shù)計算公式：雙繞組變壓器電抗有名值： （2-9）雙繞組變壓器電抗標幺值： （2-10）式中： 變壓器短

7、路電壓百分值; 發(fā)電機的額定電壓; 基準電壓230kv;基準容量1000MVA; 變壓器額定容量.(2) 三繞組變壓器參數(shù)的計算公式1）各繞組短路電壓百分值UK1（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-11）UK2（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-12）UK3（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-13）式中：Ud（%）、Ud（%）、 Ud（%）分別為高壓與中壓，高壓與低壓，中壓與低壓之間的短路電壓百分值。2）各繞組的電抗有名值:XT1 = （2-14）XT2 = （2-15）XT3 = （2-16）各繞組的電抗標幺值: XT1* = （2-17） XT2*

8、 = （2-18） XT3* = （2-19）式中： SB 基準容量1000MVA； SN 變壓器額定容量; 發(fā)電機的額定電壓; 基準電壓230kv.(3) 大同廠變壓器參數(shù)計算：已知： SN = 240MW =14.12 則： (4) 西萬莊變壓器參數(shù)計算：已知: SN = 240MW =11.50 =7.60 =23.70 則: 各繞組的阻抗百分值為：UK1% = （+-） = （ 11.50 + 23.7 - 7.60 ） = 13.8UK2% = （+-） = （ 7.60 + 11.50 23.70 ） = 2.3UK1% = （+-） = （ 23.70 + 7.60 11.50

9、） = 9.9XT1* = = = 0.575XT2* = = =0.096XT3* = = = 0.412對于高碑店變壓器參數(shù)計算原則與2.4(4)相同，計算結(jié)果如表2-2所示:表2-2 各變壓器參數(shù)計算結(jié)果變壓器編號容量（MVA）繞組型式短路電壓百分值Uk（%）等值電抗標幺值T1240雙相雙繞組14.12%0.588T2240雙相雙繞組14.12%0.588T3240三相三繞組Ud（%）= 11.50 %Ud（%）= 7.60 %Ud（%）= 23.70 %0.57500.412T490三相三繞組Ud（%）= 14.07 %Ud（%）= 7.65 %Ud（%）=23.73 %1.67500

10、.962T590三相三繞組Ud（%）= 14.07 %Ud（%）= 7.65 %Ud（%）=23.73 %1.67500.962說明： 對普通（非自耦）三繞組變壓器，按如上方法求得的三個電抗中，有一個可能是負值，這是由于這種變壓器的三個繞組中，必有一個在結(jié)構(gòu)上處于其它兩個繞組之間，而這個處于居中位置的繞組與位于它兩側(cè)兩個繞組間的兩個漏抗之和又小于該兩繞組相互間的漏抗。例如，中壓繞組居中，且有Ud（%）+ Ud（%） Ud（%） 的關(guān)系。因此，這種等值電抗為負值的現(xiàn)象并不真正表示該繞組有容性漏抗。普通三繞組變壓器出現(xiàn)這種現(xiàn)并不少見，但因這一負值電抗的絕對值往往很小，在近似計算中常取其為零。1.4

11、： 輸電線路參數(shù)的計算(1) 輸電線路參數(shù)計算公式 線路零序阻抗為: Z0 = 3Z1 （2-20） 負序阻抗為: Z2 = Z1 （2-21）線路阻抗有名值的計算： 正、負序阻抗: Z1 = Z2 = (+j)L （2-22） 零序阻抗: Z0 = 3Z1 （2-23）線路阻抗標幺值的計算：正、負序阻抗: Z1* = Z2* =（+j)L （2-24） 零序阻抗: Z0* = 3Z1* （2-25）式中： 每公里線路正序電阻值/KM; 每公里線路正序電抗值/KM; L 線路長度 KM; SB 基準容量 1000 MVA; UB 基準電壓 230 KV. (2) 大同神頭線（AB段）有名值：Z

12、AB1= RAB1+ jXAB1= (R1+ jX1 ) ×LAB=(0.0785+j0.4)×80=6.28+j32= 32.610 ZAB2 =ZAB1 =6.28+j32= 32.610 ZAB0= RAB0+ jXAB0=3 ZAB1 = 3×(6.28+j32)=18.84+j96=97.830 標幺值：ZAB1*= ZAB1/ ZB =(6.28+j32) /52.9 =0.119 +j0.605=0.617 ZAB2* =ZAB1* =0.119 +j0.605=0.617ZAB0*= RAB0*+ jXAB0*=3 ZAB1*=3×(0.

13、119 +j0.605)=0.357+j1.815=1.851對于其它線路：大同西萬莊線（BC段），神頭西萬莊線（AC段），神頭南郊線（AD段），南郊高碑店線（DE段），高碑店房山線（EF段），房山天津線回（FG段），房山天津線回（FG段）的計算原則與2.5(2)相同，計算結(jié)果如表2-3所示：表2-3 線路參數(shù)計算結(jié)果線路名稱型號長度/Km正、負序阻抗（標幺值）正、負序阻抗（有名值）零序阻抗（標幺值）零序阻抗（有名值）大神(AB段）LGJQ-400800.119+j0.6056.28+j320.357+j1.81518.84+j96大西(BC段）LGJQ-2240230.034+j0.1391

14、.806+j7.360.102+j0.4175.418+j22.08神西(AC段）LGJQ-300500.074+j0.3783.925+j200.222+j1.13411.775+j60神南(AD段）LGJQ-4001000.148+j0.7567.85+j400.444+j2.26823.55+j120南高(DE段）LGJQ-2300790.117+j0.4786.202+j25.280.351+j1.43418.606+j75.84房高(EF段）LGJQ-2240510.076+j0.3094.004+j16.320.228+j0.92712.012+j48.96房天1(FG段）LGJQ

15、-23001200.178+j0.7269.42+j38.40.534+j2.17828.26+j115.2房天2(FG段）LGJQ-23001200.178+j0.7269.42+j38.40.534+j2.17828.26+j115.22： 輸電線路上TA、TV及中性點接地的選擇2.1： 輸電線路上T A、TV變比的選擇(1) TA的配置原則型號：電流互感器的型號應(yīng)根據(jù)作用環(huán)境條件與產(chǎn)品情況選擇。一次電壓：Ug=UnUg電流互感器安裝處一次回路工作電壓;Un電流互感器的額定電壓.一次回路電流：I1nIgmaxIgmax電流互感器安裝處一次回路最大電流;I1n電流互感器一次側(cè)額定電流.準確等

16、級：用于保護裝置為0.5級，用于儀表可適當提高。 二次負荷：S2SnS2電流互感器二次負荷;Sn電流互感器額定負荷.輸電線路上CT的選擇： 根據(jù)最大極限電流來選擇。(2) TA變比及型號的選擇 TA二次側(cè)的電流為5A1) 對大神線而言其最大工作電流為:Igmax = = 628A所以線路AB上TA變比選為1200/5。對于大西線，神西線，神南線，南高線，房高線同3.1(2)的選擇原則及結(jié)果相同，TA變比均為：1200/5，由發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計參考資料查的型號為LCW220型 其中， L電流互感器； C瓷絕緣； W戶外式。2) 對房天1線及房天2線而言其最大工作電流均為:Igmax = =

17、125A所以線路DE上TA變比選為600/5, 由發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計參考資料查的型號為LCLWD2220型。其中， L電流互感器； C瓷絕緣； L（第三個字母）電纜型 ；W戶外式； D2差動保護用。(3) TV的配置原則型式：電壓互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用條件選擇，在需要檢查與監(jiān)視一次回路單相接地時，應(yīng)選用三相五柱式電壓互感器或具有三繞組的單相互感器組。一次電壓的波動范圍：1.1Un>U1>0.9Un二次電壓：100V準確等級：電壓互感器應(yīng)在哪一準確度等級下工作，需根據(jù)接入的測量儀表。繼電器與自動裝置及設(shè)備對準確等級的要求來確定。二次負荷：S2Sn(4)TV變比及型號的選擇線路電壓

18、均為220KV,由發(fā)電廠電氣部分課設(shè)參考資料查得變比為 , 型號為YDR220; Y電壓互感器；D單相; R電容式。表3-1 TA、TV選擇結(jié)果線路名稱長度（km）最大工作電流（A）TA變比TV變比大神(AB段）806281200/5大西(BC段）237531200/5神西(AC段）506281200/5神南(AD段）10011301200/5南高(DE段）7910001200/5房高(EF段）515001200/5房天1(FG段）120125600/5房天2(FG段）120125600/53: 輸電線路縱聯(lián)保護3.1：縱聯(lián)保護的基本概念過電流保護、低電壓保護、零序電流方向保護及距離保護等都屬

19、于反應(yīng)輸電線路一側(cè)電量變化特征而構(gòu)成的保護，而反應(yīng)一側(cè)電氣量變化特征構(gòu)成的保護其速動段只能保護線路一部分。在雙側(cè)電源的線路上，即使是采用距離保護裝置，至少在線路全長30%范圍內(nèi)發(fā)生故障時，其故障完全切除時間至少要達到。對于220kV及以上電壓等級的輸電線路，為了維持系統(tǒng)穩(wěn)定保證重要用戶的母線電壓水平，要求有能夠瞬時切除全線范圍內(nèi)的故障保護，這就是輸電線路縱聯(lián)保護。縱聯(lián)保護是反映輸電線路兩側(cè)電量綜合特征的保護。它從原理上可以準確區(qū)分本線路末端和相鄰線路始端的故障，因此可以做到全線速動?？v聯(lián)保護分縱聯(lián)電流差動保護、電流相位比較式縱聯(lián)保護和方向比較式縱聯(lián)保護。本次配置中采用的是縱聯(lián)電流差動保護。3.

20、2: 各種差動保護及其動作方程(1) 高定值分相電流差動：其中：為經(jīng)電容電流補償后的突變量差動電流為經(jīng)電容電流補償后的突變量制動電流，為高定值。為分相差動高定值，按大2.5倍電容電流整定。(2) 低定值分相電流差動：其中：為經(jīng)電容電流補償后的突變量差動電流為經(jīng)電容電流補償后的突變量制動電流,為低定值。為分相差動低定值，按大于1.5倍電容電流整定。(3) 零序電流差動保護：其中： 為經(jīng)電容電流補償后的零序差動電流為經(jīng)電容電流補償后的零序制動電流為零序差動整定值，按內(nèi)部高阻接地故障有靈敏度整定3.3： 縱聯(lián)電流差動保護的原理根據(jù)電流差動保護的制動特性方程進行判別，當線路在正常運行或發(fā)生區(qū)外故障時，

21、線路兩側(cè)電流相位是反向的，此時線路兩側(cè)的差電流為零，判為區(qū)外故障，則保護不動作；當線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，線路兩側(cè)電流的差電流不再為零，其滿足電流差動保護的動作特性方程時，保護裝置發(fā)出跳閘快速將故障相切除。3.4: 算例由“22kV輸電線路每百千米的分布電容參數(shù)及額定電壓下的正序電容電流值18?？刹榈?，電容電流為34A。則線路AB上的電容電流為：。(1) 高定值分相電流差動：(2) 低定值分相電流差動：(3) 零序差動電流定值：(4) TA斷線后分相差動定值：按躲過正常運行時的最大負荷電流整定(5) 各種保護下的動作特性圖9-1 高、低定值分相電流差動保護制動特性圖9-2 零序電流差動保護制動特性

22、3.5: 縱聯(lián)差動保護計算參數(shù)列表表9-1縱聯(lián)差動保護計算參數(shù)列表線路高定值分相差動(A)底定值分相差動(A)零序差動(A)TV斷線后分相差動(A)線路AB0.280.172.084.375線路BC0.21250.12752.084.1線路CD0.31880.19134.165.9線路DE0.21250.12754.164.913線路CF0.28330.172.083.763線路AG0.160.0962.084.2線路GH0.82880.49734.163.6634:自動重合閘4.1: 自動重合閘的作用自動重合閘裝置是將因故障跳開后的斷路器按需要自動投入的一種自動裝置。對于瞬時性故障，可迅速恢

23、復(fù)供電，從而能提高供電的可靠性。對于雙側(cè)電源的線路，可提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，從而提高線路的輸送容量?？梢约m正由于斷路器或繼電保護誤動作引起的誤跳閘。綜合重合閘是指當發(fā)生單相接地故障時采用單相重合閘方式，而當發(fā)生相間故障時，采用三相重合閘方式。4.2:重合閘的前加速和后加速重合閘與繼電保護的配合分為前加速保護和后加速保護。如下圖所示，在保護3處采用前加速的方式，即當任一段線路上發(fā)生故障（如k1點），如不考慮選擇性原則，保護3瞬時動作將QF3斷開，并繼之以重合。若重合成功，則系統(tǒng)恢復(fù)正常供電；若重合于永久性故障，則流過電流保護13按照時限配合關(guān)系，逐級有選擇性地將故障切除。這種先無選擇性地將故

24、障切除，然后利用重合閘予以糾正保護無選擇性動作的配合方式，稱為重合閘前加速保護動作方式。重合閘后加速就是當線路第一次故障時保護有選擇性動作，然后進行重合。如果重合于永久性故障上，則在斷路器合閘后再加速保護動作，瞬時切除故障，而與第一次動作是否帶有時限無關(guān)。重合閘前加速適用于35kV及以下電壓等級，而本次電網(wǎng)是220kV，在高壓線路上要求保護要有準確的選擇性，所以才用重合閘后加速。圖10-1 重合閘前加速保護的網(wǎng)絡(luò)接線圖4.3: 自動重合閘動作時間整定應(yīng)考慮問題本次電網(wǎng)中既有單側(cè)電源線路又有雙電源線路。一、單側(cè)電源線路上三相重合閘時間的考慮單側(cè)電源線路上電源側(cè)斷路器跳開后短路點電弧開始熄滅。所以

25、三相重合閘的時間應(yīng)為斷電時間加上裕度時間減去斷路器的固有合閘時間。二、雙側(cè)電源線路上重合閘時間考慮(1) 如果對端保護的動作時間大于本端保護的動作時間，那么在重合閘時間中應(yīng)把對端保護動作的延時考慮進去。因為本次保護中線路上有縱聯(lián)保護，由于縱聯(lián)保護可以瞬時切除本線路全長范圍內(nèi)的故障，所以線路上發(fā)生短路時兩段保護幾乎是同時發(fā)出跳閘命令的。所以此因素不用考慮。(2) 在使用單相重合閘和綜合重合閘方式時要考慮潛供電流的影響。因為由于潛供電流的影響使短路點的電弧熄滅時間加長，因而重合閘的時間也應(yīng)長一些。在雙側(cè)電源線路上重合閘的時間計算公式為： (10-1)式中 ：最小重合閘整定時間：對側(cè)保護對全線路故障

26、有足夠靈敏度的延時段的動作時間。對有縱聯(lián)保護的線路該值可取零。對沒有縱聯(lián)保護的線路該值可取對端對全線路故障有足夠靈敏度的保護的最長的整定時間：斷電時間。是短路點熄弧時間和短路點的去游離時間之和。在小于等于220kV線路中的三相重合閘，取值不小于0.3s。220kV線路中的單相重合閘，考慮潛供電流的影響后取值不小于0.5s。：裕度時間：短路器的固有合閘時間需要指出，規(guī)程中規(guī)定在220kV500kV電網(wǎng)中的發(fā)電廠出線或密集型電網(wǎng)的線路上的檢查無電壓的重合閘時間一般整定10s。4.4: 雙側(cè)電源線路三相跳閘后的重合閘檢查條件在雙側(cè)電源線路中使用單相重合閘或綜合重合閘方式時，如果是單相跳閘，重合閘也只

27、要等夠重合閘的延時就可以發(fā)合閘命令，因為兩側(cè)系統(tǒng)的三相中有兩相原本就一直聯(lián)系著的，第三相也就沒有必要再去檢查同期?？墒窃陔p側(cè)電源線路上發(fā)生三相跳閘后，兩側(cè)系統(tǒng)可能無任何聯(lián)系，重合閘在合閘時就需要考慮同期問題。否則的話，當兩側(cè)電動勢相位相差較大時合閘將會產(chǎn)生很大的沖擊電流影響電氣設(shè)備的壽命，此外還可能會引起系統(tǒng)震蕩。如10-2所示，MN線路的M端裝有檢查線路無壓重合閘，N端裝有檢查同期重合閘。當MN線路上發(fā)生短路，兩端三相跳閘后，線路上三相電壓為零。所以M端檢查到線路無電壓滿足了檢查條件，經(jīng)三相重合閘動作時間后發(fā)合閘命令。隨后N端檢查到母線、線路均有電壓，且母線與線路的同名相電壓的相角差在整定值

28、中規(guī)定的允許范圍內(nèi)，經(jīng)三相重合閘動作時間后即可發(fā)出合閘命令，這時N端合閘是滿足同期條件的。使用這種檢查條件的重合閘一定要給裝置既提供母線電壓，也要提供線路電壓。目前線路保護中，均提供了上述兩種檢查條件的重合閘/檢查線路無電壓的條件是：線路電壓小于30V，同時線路TV沒有斷線。檢查同期的條件是：首先線路、母線電壓都大于40V，再滿足線路和母線同名相電壓的相位差在定值整定的范圍內(nèi)。如果定值清單中的同期合閘角為，正常運行時保護測量到的線路電壓與母線A相電壓的夾角為，則在檢同期時只要測量到線路電壓與母線A相電壓的夾角在（）至（）的范圍內(nèi)即認為滿足同期條件。圖10-2 檢查線路無壓和檢查同期重合閘4.5

29、:綜合重合閘的主要元件綜合重合閘裝置一般由選相元件、接地故障判別元件、相電流元件、時間元件、中間元件及信號組成。但在本次保護整定計算中只需計算選相元件、接地故障判別元件和非全相判別元件即可。a、選相元件作用：在線路發(fā)生單相接地故障時，正確選擇故障相別，進行單相切除故障?？捎呻娏鳌㈦妷?、電流突變量、對稱分量或阻抗元件構(gòu)成。b、接地故障判別元件：接地故障判別元件能夠區(qū)別線路上發(fā)生的是接地故障還是地故障。分為靈虛電壓元件、零序電流元件、零序功率元件、零序與負序電壓復(fù)合回路。4.6: 綜合重合閘整定計算算例以保護1處為例(計算值均為二次側(cè)的有名值)：(1) 阻抗選相元件：保證在線路末端發(fā)生故障時有足夠的靈敏度整定到二次側(cè)的有名值為靈敏度：零序補償系數(shù)： (2) 接地判別元件：保證線路末端單相接地故障時靈敏度為1.5。整