110KV电力系统继电保护设计.doc
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1、110KV电力系统继电保护设计摘 要本次设计任务旨在体现对本专业各科知识的掌握程度,同时检验本专业的学习成果。首先,根据毕业设计的要求,建立合理的电力系统,本次毕业设计以拟建110KV变电站为例。其次,根据毕业设计的主要内容,对110KV电力系统进行继电保护配置,并依据继电保护配置原理,对所选择的保护进行整定和灵敏性校验,确定保护方案。 本次毕业设计共六个章节,第一章主要讲述电力系统继电保护概述,包括继电保护发展历程,继电保护的作用,继电保护的基本要求,继电保护的基本原理、构成和分类,简单叙述电力系统继电保护的基本情况;第二章变电站分析主要是对负荷的分析,主变压器台数、容量,绕组的连接方式,以
2、及冷却方式的确定,最后是电气主接线的确定;第三章是系统短路电流的计算,第四章线路保护,包括线路保护原理分析、保护整定计算和灵敏性校验,简单实用;第五章变压器保护,包括变压器保护原理分析、保护整定计算和灵敏性校验。第六章母线保护,包括母线原理分析、保护整定计算和灵敏性校验,本系统主要采用了完全电流差动保护,简单可靠。关键词:短路电流 整定计算 灵敏度 继电保护Design of relay protection of power system110KVABSTRACT design task was to reflect the professional mastery of the vario
3、us branches of knowledge, simultaneous testing of the professional learning. First of all, according to the graduation requirements, establish a reasonable power system, the graduation to 110KV substation to be built, for example. Second, according to the main content of graduation design, configura
4、tion of relay protection of 110KV power system, and according to the configuration of relay protection principles, on the select tuning and sensitivity calibration of protection, determine the protection scheme.This times graduated design total six a chapter, first chapter main told power system fol
5、lowing electric protection overview, including following electric protection development history, following electric protection of role, following electric protection of basic requirements, following electric protection of fundamentals, and constitute and classification, simple description power sys
6、tem following electric protection of basic situation; second chapter substation analysis main is on load of analysis, main transformer Taiwan number, and capacity, winding of connection way, and cooling way of determines, last is electric main wiring of determines; third chapter is system short circ
7、uit current of calculation, Fourth circuit protection, including the principle of line protection protection setting calculation and sensitivity analysis, calibration, simple and practical, fifth chapter of transformer protection, including the protection of transformer protection setting calculatio
8、n and sensitivity analysis, calibration. The sixth chapter-based bus protection, including the principle of bus protection setting calculation and sensitivity analysis, calibration, the system mainly uses a fully differential current protection, simple and reliable.Keywords :short-circuit current se
9、tting calculation sensitivity relay protection目 录第1章 电力系统继电保护概述1 1.1 继电保护发展简史11.1.1 继电保护发展历程11.1.2 继电保护的未来发展1 1.2 继电保护的作用1 1.3 对电力系统继电保护的基本要求2 1.4 继电保护的基本原理、构成与分类41.4.1 基本原理41.4.2 构成71.4.3 分类8第2章 变电站分析9 2.1 变电站的负荷分析9 2.2 主变压器112.2.1 主变台数和容量计算112.2.2 绕组数和绕组连接方式的选择12 2.3 电气主接线122.3.1 电气主接线的设计要求122.3.2
10、 电气主接线形式的确定13第3章 短路电流计算14 3.1 短路的概念及短路电流的种类14 3.2 短路电流的标幺值计算法14 3.3 短路电流的简化计算16 3.4 在最大运行方式下的短路电流16第4章 线路保护23 4.1 单测电源网络相间短路的电流保护234.1.1 电流速断保护(第段)234.1.2 整定值计算及灵敏性校验234.1.3 限时电流速断保护(第段)244.1.4 定时限过电流保护(第段)25 4.2 线路末端短路电流27第5章 变压器保护28 5.1 电力变压器保护的重要性28 5.2 电力变压器的故障类型和不正常工作状态285.2.1 变压器的故障类型285.2.2 变
11、压器的不正常工作状态28 5.3 变压器保护的配置原则28 5.4 变压器瓦斯保护的基本原理30 5.5 变压器过负荷保护30 5.6 变压器过流保护31 5.7 变压器零序电流保护32 5.8 变压器保护的整定计算335.8.1 纵联差动保护的整定计算335.8.2 过流保护的整定计算39第6章 母线保护41 6.1 母线故障和母线保护的重要性41 6.2 母线保护基本原则41 6.3 母线保护的配置原则42 6.4 母线保护整定计算43总结与体会44致 谢45参考文献4646第1章 电力系统继电保护概述1.1 继电保护发展简史1.1.1 继电保护发展历程我国电力系统继电保护技术发展状况电力
12、系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求,电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入新的活力,因此,继电保护技术得天独厚,在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有,在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。1.1.2 继电保护的未来发展随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步,继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为:计算机化,网络化,保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化,这
13、对继电保护工作者提出了艰巨的任务,也开辟了活动的广阔天地。1.2 继电保护的作用电力系统运行要求安全可靠。但是,电力系统的组成元件数量多,结构各异,运行情况复杂,覆盖的地域辽阔。因此,受自然条件、设备及人为因素的影响(如雷击、倒塔、内部过电压或运行人员误操作等),电力系统会发生各种故障和不正常运行状态。最常见、危害最大的故障是各种形式的短路。故障造成的很大的短路电流产生的电弧使设备损坏。从电源到短路点间流过的短路电流引起的发热和电动力将造成在该路径中非故障元件的损坏。靠近故障点的部分地区电压大幅度下降,使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。破坏电力系统并列运行的稳定性,引起系统振荡,甚至使该
14、系统瓦解和崩溃。所谓不正常运行状态是指系统的正常工作受到干扰,使运行参数偏离正常值,如一些设备过负荷、系统频率或某些地区电压异常、系统振荡等。故障和不正常运行情况常常是难以避免的,但事故却可以防止。电力系统继电保护装置就是装设在每一个电气设备上,用来反映它们发生的故障和不正常运行情况,从而动作于断路器跳闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。它的基本任务是:自动、有选择性、快速地将故障元件从电力系统中切除,使故障元件损坏程度尽可能降低,并保证该系统中非故障部分迅速恢复正常运行。反映电气元件的不正常运行状态,并依据运行维护的具体条件和设备的承受能力,发出信号、减负荷或延时跳闸。应该指出,要确保
15、电力系统的安全运行,除了继电保护装置外,还应该设置电力系统安全自动装置。后者是着眼于事故后和系统不正常运行情况的紧急处理,以防止电力系统大面积停电和保证对重要负荷连续供电及恢复电力系统的正常运行。例如自动重合闸、备用电源自动投入、自动切负荷、快关汽门、电气制动、远方切机、在按选定的开关上实现系统解列、过负荷控制等。随着电力系统的扩大,对安全运行的要求也越来越高。为此,还应设置以各级计算机为中心,用分层控制方式实施的安全监控系统,它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制,这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。1.3 对电力系统继电保护的基本要求为实现其目标,作用于跳闸的继电保护装置在技术
16、性能上必须满足以下四个要求:即选择性,速动性,灵敏性和可靠性。选择性选择性的基本含义是保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除,使停电范围尽量减小,以保证系统中非故障部分继续安全运行,如图1-1图1-1 保护选择性说明图当K3发生故障时,则应由保护装置4动作切除4QF,仅使本线路停电,停电范围最小,其余非故障部分可继续运行,这是有选择性动作。若K1点发生故障,由保护装置1和2动作,断路器1QF、2QF跳闸以切除故障线路,也满足选择性的要求。若此时断路器5QF或6QF也跳闸,则扩大了电网停电范围,这种情况就属于非选择性动作。但是,当K3点发生短路,如果保护4或断路器4QF由于某种原因拒绝动作,
17、而由保护3动作使断路器3QF跳闸,从而切除故障线路BC,也是有选择性的。此时,虽然切除了一部分非故障线路,但在4QF或保护4拒动的情况下,达到了尽可能限制故障的扩展,缩小停电范围的目的。因此,把它称为下一段线路保护或断路器拒动的“后备”保护。对每个被保护设备(或称元件)上装设着分别起主保护和后备保护作用的独立的两套保护,“就近”实现后备,不依靠相邻的上一个元件的保护,称“近后备”保护。断路器拒动则由本站装设的断路器失灵保护(也称近后备结线)动作切除联结在该段母线上的其他断路器。在远处实现的“后备”称远后备。显然,远后备保护的功能比较完备,它对相邻元件的保护装置、断路器、二次回路和直流电源故障所
18、引起的拒动都能起到后备作用,同时它比较简单、经济。因此,远后备宜优先采用。只有当远后备保护不能满足灵敏度要求时,再考虑采用“近后备”的方式。辅助保护为补充主保护某种保护性能的不足(如方向性元件的电压死区)或加速切除某部分故障而装设的简单保护(如无时限电流速断)。 速动性速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度断开故障元件。这样就能降低故障设备的损坏程度,减少用户在低电压情况下工作的时间,提高电力系统运行的稳定性。快速切除故障,可提高发电厂并列运行的稳定性,可用图1-2说明。图1-2 电力系统并列运行示意图若A厂母线附近K点发生三相短路时,A厂母线电压会大大下降而卸去母线上负荷,但发电厂调速系统
19、来不及作相应调整,则A厂发电机转速必然升高。此时,B厂母线还有较高残余电压,故B厂卸去或增加的负荷不多,发电机转速变化较小。这样A、B两厂的发电机就产生转速差而失去同步。若切除故障时间短,则转差小,很易恢复同步运行;若切除故障时间长,则两厂解列(联络线断开)。故障切除时间等于保护装置和断路器动作时间之和。目前保护动作速度最快的约0.02s,加上快速断路器的动作时间,故障可在0.050.06s以内切除。应考虑不同电网对故障切除时间的具体要求和经济性、运行维护水平等条件以便确定合理的保护动作时间。 灵敏性保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反映能力称为灵敏性(灵敏度)。灵敏性常用灵敏系数
20、来衡量。它是在保护装置的测量元件确定了动作值后,按最不利的运行方式、故障类型、保护范围内的指定点校验,并满足有关规定的标准。 可靠性可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时,保护装置应可靠地动作(即不拒动)。而在不属于该保护动作的其他任何情况下,则不应该动作(即不误动)。可靠性取决于保护装置本身的设计、制造、安装、运行维护等因素。一般来说,保护装置的组成元件质量越好、接线越简单、回路继电器的触点和接插件数越少,保护装置就越可靠。同时,保护装置恰当的配置与选用、正确的安装与调试、良好的运行维护,对于提高保护的可靠性也具有重要的作用。对继电保护装置的4项基本要求是分析研究继电保
21、护的基础,也是贯穿全书的主线,必须反复地深刻领会。要注意的是这4项基本要求之间往往有矛盾的一面,例如,既有选择性又有速动的保护,其装置结构都比较复杂,可靠性就比较低;提高保护的灵敏性,却增加了误动的可能性,降低了可靠性。因此,必须从被保护对象的实际情况出发,明确矛盾的主次,采取必要的措施,通过实践是可以逐步掌握的。除了以上四项基本要求外,还应该考虑经济性与可维护性。经济性是指保护装置购置、安装、调试及运行维护等费用,但经济性首先要着眼于国民经济的整体利益,而不应只着眼于节省继电保护装置的投资。另一方面,对于那些次要而数量很多的电气设备,如异步电动机的保护,也不应该装设复杂而昂贵的继电保护装置。
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- 110KV电力系统继电保护设计 110 KV 电力系统 保护 设计