110kv变电站继电保护设计课程设计任务书.doc
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1、学号电力系统继电保护课 程 设 计( 级本科)题 目: 110 KV变电站继电保护设计 系(部)院: 专 业: 电气工程及其自动化 作者姓名: 指导教师: 职称: 完成日期: 年 月 日课程设计任务书 学 生 姓 名学 号专 业 方 向电力系统班 级题 目 名 称110KV变电站继电保护设计一、 设计题目: 110KV变电站继电保护课程设计二、 设计题目:1. 短路电流计算2. 变压器继电保护配置3. 变压器各项保护整定4. 绘制主变继电保护原理图三、 原始资料:1 变电站与系统联系A 两台三绕组变压器,型号均为SFSL150000/121/38.5/6.3KVY0/Y/-12-11 BG1为
2、大电流接地系统,最大运行方式下X1=0.47;最小运行方 式下X1=0.51;X0=0.63 CG2为小电流接地系统,最大运行方式下X1=0.52;最小运行方 式下X1=0.65 238.5KV侧XL-2最大负荷为7.5MVA;XL-2长为40KM 310.5KV侧9回出线;每回最大负荷为3000KVA 4110KV侧XL-1最大负荷为16.5MVA;XL-1长为48KM 538.5KV侧相间短路保护最大动作时限为2.5S 610.5KV侧相间短路保护最大动作时限为1S 7110KV侧相间短路保护最大动作时限为3S 8110KV侧零序保护动作时限为2S四、 设计成果:1 说明书一份2 主变继电
3、保护原理接线图、展开图各一份五、 时间安排: 117周周一周三 短路电流计算 217周周四 保护配置 3 17周周五18周周四 保护整定、二次图绘制 418周周五 答辩 指导教师签字:目 录前言11、继电保护概述21.1继电保护在电力系统中的作用21.2继电保护的保护类型21.3继电保护的任务31.4继电保护装置的组成31.5 继电保护装置的分类41.6对继电保护的基本要求42、常用继电器72.1 继电器的作用72.2 继电器的型号72.3 常用继电器的原理73、电网各个元件参数计算及负荷电流计算93.1基准值选择93.2电网各元件等值电抗计算93.3最大负荷电流计算103.4短路电流计算10
4、3.5变电站与系统联系图124、变压器继电保护配置134.1电力变压器的保护规程134.2变电所主变保护的整定计算135、结果分析185.1 对主保护的评价185.2对后备保护的评价186、小结19参考文献20前言电力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了新的活力。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:继电保护的萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。继电保护技术未来趋势是向计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化的发展。随着计算机硬件
5、的迅速发展,微机保护硬件也在不断发展。电力系统对微机保护的要求不断提高,除了保护的基本功能外,还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间,快速的数据处理功能,强大的通信能力,与其它保护。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
6、路电流的求法,继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。1、继电保护概述1.1继电保护在电力系统中的作用 电力系统在运行中,可能发生各种故障和不正常运行状态,最常见的同时也是最严重的是发生各种形式的短路。当发生短路时,可能产生的后果为:(1)通过故障点有很大的短路电流和燃起的电弧使故障元件损坏;(2)短路电流通过非故障元件,由于发热和电动力的作用引起它们的损坏或寿命缩短;(3)使电力系统电压降低,影响电能质量;(4)破坏系统稳定性,使其发生振荡甚至使系统瓦解。 基于以上情况,继电保护的作用就是要能反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发信号,具体来说体现在以下两个方
7、面:(1)自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除;(2) 反应电气元件的不正常运行状态,并根据运行维护的条件动作于发信号,减负荷或跳闸。1.2继电保护的保护类型(1)电力设备和线路的保护应有主保护和后备保护,必要时可装设辅助保护。 a.主保护:满足系统稳定及设备安全要求,有选择地切除被保护设备和全线故障的保护。 b.后备保护:主保护或断路器拒动时,用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备两种方式。 c.辅助保护:为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。 电力设备和线路的异常运行保护,是反映被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。(2)继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵
8、敏性和速动性的要求。 a.可靠性是四性的前提,在拟制,配置和维护保护装置时,都必须满足可靠性的要求。 b.选择性是指首先由故障设备或线路的保护切除故障,当故障设备或线路的保护拒动时由相邻设备或线路保护切除故障。 c.灵敏性是指在被保护设备或线路范围内故障时,保护装置应有足够的灵敏系数。d.速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障,其目的是提高系统稳定性,限制故障设备和线路的损坏程度,缩小故障范围1.3继电保护的任务继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护的基本任务是:(1)当电力系统中某电器元件发生故障时,能自动、迅速、
9、有选择地将故障元件从电力系统中切除,避免故障元件继续遭到破坏,使非故障元件迅速恢复正常运行。(2)当系统中电气元件出现不正常运行状态时,能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。1.4继电保护装置的组成继电保护装置一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成,如图1.1所示。 执行部分逻辑部分测量部分 被测物理量跳闸或信号脉冲 整定值图1-1 继电保护装置基本组成框图1.5 继电保护装置的分类其中按保护所起的作用分类:主保护、后备保护、辅助保护等。主保护是指满足系统稳定和设备安全要求,能以最快速度有选择地切除被保护元件故障的保护。后备保护是指当主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。后备保
10、护又分为远后备保护和近后备保护两种。1.6对继电保护的基本要求根据继电保护在电力系统中所担负的任务,继电保护装置必须满足以下四个基本要求,即选择性、速性动、灵敏性和可靠性。1.选择性所谓继电保护装置的动作选择性就是指当系统中的设备或线路发生短路时,其继电保护仅将故障的设备和线路从电力系统中切除,当故障设备或线路的设备或断路器拒绝动作时,应由相邻的设备或线路的保护将故障切除。虽然扩大了停电范围,但控制了故障的扩大,它起着对下一段线路的后备保护作用。2.速动性快速切除故障,可以提高电力系统运行的稳定性,减轻故障设备的损坏程度,防止故障的扩展,提高自动重合闸的成功率,减少对用电单位的影响,迅速恢复系
11、统的正常运行。故障切除的时间等于继电保护装置动作时间与断路器跳闸时间之和,对于反应故障的继电保护,要求快速动作的主要理由和必要性在于:(1) 快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性;(2) 快速切除故障可以防止故障的扩大,提高自动重合闸和备用电源或设备自动投入成功率,因为快速切除故障,对提高故障点的灭弧速度,缩小短路持续时间,防止出现接地故障发展为相间故障;两相短路发展为三相短路;暂时性故障发展为永久性故障等。(3) 快速切除故障可以减少发电厂厂用电及用户电压降低的时间,加速恢复正常运行的过程,保证厂用电及用户工作的稳定性。(4) 快速切除故障可以减轻电气设备和线路的损坏程度,短路电流通
12、过的时间愈长,则设备损坏的程度就愈严重,甚至烧毁,特别在发电机变压器的内部短路时,是不允许带时限切除故障的。从上述理由可知,快速切除故障,对提高电力系统运行的可靠性具有重大意义。(5) 一般快速保护的动作时间为0.080.12s,一般断路器的跳闸时间为0.10.27s,因此,一般快速保护切除故障的时间为0.180.27s;最快速保护的动作时间为0.020.03s,最小的断路器跳闸时间为0.040.05s,所以最快速保护切除故障的时间为0.060.08s。3.灵敏性所谓灵敏性,即在保护范围内发生故障和不正常工作情况下,继电保护装置的反应能力,也就是在保护范围内故障时,不论短路点的位置以及短路的类
13、型如何,都能敏锐且正确的反应。继电保护的灵敏性以灵敏系数来衡量。对于反应故障时参数量增加的保护装置灵敏系数=保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值保护装置动作参数的整定值如:过电流保护的灵敏系数为: (1-1) 式中 保护区末端金属性最小短路电流二次值保护装置的二次动作电流灵敏系数= (1-2)对于反应故障时参数量降低的保护装置灵敏系数=保护装置动作参数的整定值保护区末端金属性短路时故障参数的最大计算值。灵敏系数= (1-3)4.可靠性保护装置的可靠性是指在其保护范围内、外发生故障时,该动作时应可靠动作,不该动作时应可靠不动作。保护装置工作的可靠性是非常重要的,因为不可靠的保护装置轻则误发
14、警告信号,重则将扩大事故或直接造成事故。保护装置的选择性、灵敏性、快速性、可靠性这四大基本要求是相互联系而有时又互相矛盾的。在具体考虑保护的四大基本要求时,必须从全局着眼。一般来说,在可靠性的前提下,首先要满足选择性,非选择性动作是绝对不允许的。但是为了保证选择性,有时可能使故障的时间延长从而要影响到整个系统的安全稳定,这时就必须保证快速性而暂时牺牲部分选择性,因为此时快速性是照顾全局的措施。应该指出,这暂时牺牲选择性的部分,尽量用自动重合闸或备用电源自动投入或其他措施予以补救。保护装置不能可靠工作的主要原因是安装调试质量不高、运行维护不当、继电器质量差及设计不合理等。为了提高保护工作的可靠性
15、,必须注意以下几个方面:保护装置应该采取质量高、动作可靠的继电器元件和器件;保护装置的接线应尽可能地简化,尽量减少继电器及串联接点;提高保护装置的安装和调试质量,并加强经常性的维护管理。一套保护装置,在满足选择性的前提下,应有较高的灵敏度。然而有时为了保证选择性,往往需要适当地降低一些灵敏度。例如,有些保护在计算其动作值时,为了保证选择性,就需要考虑保护装置间灵敏度的配合,这往往要适当增加其动作值而降低其灵敏度。总之,要处理好这四大要求之间的关系,必须根据实际情况合理地确定保护方案及正确地选择保护动作值。2、常用继电器2.1 继电器的作用继电保护装置由若干继电器组成,继电器是一种能自动动作的电
16、器,只要施加一个物理量或当施加的物理量达到一定数值时,它就动作,这种动作特性称为继电特性。2.2 继电器的型号我国继电器型号的编制是以汉语拼音字母表示的,由动作原理代号,主要功能代号,设计序号及主要规格代号所组成。2.3 常用继电器的原理1.电磁式过电流继电器电磁式过电流继电器是反应被保护元件电流升高而动作的一种继电器。它是采用转动舌片式结够,具有一对动和触点,所谓动和触点是指继电器线圈没带电时打开的触点,又称为常开触点;相对应的还又一对动段触点,又称为常闭触点。电磁式过电流继电器在继电保护中作为测量元件,它的作用是测量被保护元件所流过的电流大小并与整定值比较,决定其是否动作。即当其线圈通以电
17、流时产生电磁转矩,当电磁转矩满足前面关系时,继电器就动作或返回。2.电磁式电压继电器 电磁式电压继电器分为低电压继电器和过电压继电器,过电压继电器的工作情况与过电流继电器类似,电磁式低电压继电器是反应被保护元件电压降低而动作的一种继电器。它也是采用转动舌片式结构,它一般具有一对动合触点和一对动段触点。电压继电器作为测量元件,它的作用是测量被保护元件所接入的电压大小并与其整定值比较,决定其是否动作。3.时间继电器时间继电器是辅助继电器,它由一个电磁起动机构带动一钟表机构成。电磁起动机构采用螺杆线圈式结构,由于保护的操作电源一般采用直流电源,因此时间继电器多为电磁式直流继电器。4.信号继电器信号继
18、电器是辅助继电器,一般是吸引衔铁式结构。当保护动作时,明显标志出继电器或保护装置动作状态,或接通灯、声、光信号电路以便分析保护动作行为和电力系统故障性质。5.中间继电器中间继电器作为辅助继电器一般是衔铁式结构。用于保护装置中以扩展前级继电器触点对数或触点容量。该继电器触点可以作成瞬时动作的,也可做成带有较小时间动作的或延时返回的。6.阻抗继电器(1) 全阻抗继电器:全阻抗继电器的动作特性是以保护安装点为圆心、以整定阻抗为半径所作的一个园。园内为动作区,园外为非动作区,圆周是动作边界。全阻抗继电器具有以下特点:起动阻抗等于整定阻抗;全阻抗继电器没有方向性会误动作。(2) 方向阻抗继电器:方向阻抗
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