毕业设计(论文)110kV地区变电站继电保护设计.doc
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1、目 录1 前言12 方案比较23 确定运行方式43.1 标幺值计算43.2短路电流的计算53.3 确定运行方式104 短路计算115 继电保护的配置145.1 继电保护的基本知识145.2 出线保护的配置165.2.1 110kV侧出线的保护配置165.2.2 35kV侧出线的保护配置175.2.3 10kV侧出线的保护配置185.3变压器的保护配置195.3.1 变压器配置195.3.2 保护配置的整定205.4 母线的保护配置285.4.1 保护配置的原理285.4.2母线保护配置的整定296结论327总结与体会348致谢359参考文献36附录1:保护配置图37附录2:外文翻译381 前言
2、目前随着电力系统的不断发展,考虑到电力系统的正常运行对国民经济的重要作用,对继电保护提出了更高的要求,而电子技术、计算机技术与通信技术的不断发展同样对继电保护技术的发展提供了技术基础。计算化,网络化及保护,控制,测量,数据通信一体化智能化将会是继电保护的发展方向。电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。发电-输电-配电-用电构成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。电力系统运行要求安全全靠。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
3、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。如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。本次毕业设计的主要内容是对110kV地区变电站继电保护的配置,参照电力系统继电保护配置及整定计算,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从而来确定方案中的保护是否适用来编写的。在本次设计先计算出系统的短路电流,确定运行方式;然后再对各种设备保护的配置,首先是对保护的原理进行分析,保护的整定计算
4、及灵敏性校验。其中对变压器保护包括保护原理分析以及保护整定计算和灵敏性校验,其中主保护采用的是纵联差动保护、瓦斯保护和零序电流差动保护,后备保护有过负荷和过电流保护。母线保护包括对双母线保护的配置,以及单母线分段保护的配置。2 方案比较 本次毕业设计的主要内容是对110kV地区变电站继电保护的配置。可以依据继电保护配置原理,根据经验习惯,先选择出保护方案,通过论证比较后认可其中的一套方案,再对这套方案中的保护进行确定性的整定计算和灵敏性校验,看看它们是否能满足要求,如果能满足便可以采用,如果不能满足则需要重新选择,重新整定和校验。 方案一保护对象主保护后备保护变压器纵联差动保护、瓦斯保护、零序
5、电流差动保护过电流保护、过负荷保护母线双母线电磁型比相式电流差动保护_旁母单母线电流差动保护35KV单母线电流差动保护10KV单母线电流差动保护输电线 路110kV侧距离保护I段距离保护III段其它电流速断保护(I段保护)过电流保护(III段保护)方案二保护对象主保护后备保护变压器电流速断保护过电流保护、过负荷保护母线双母线电磁型比相式电流差动保护_旁母单母线电流差动保护35KV单母线电流差动保护10KV单母线电流差动保护输 电线 路110kV距离保护I段距离保护III段其它电流速断保护(I段保护)过电流保护(III段保护) 对于变压器而言,它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护,用
6、两者的结合来做到优势互补。因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动,其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器,中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器,这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域,从而可以更好地反映这些区域内相间短路,高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。考虑到与发电机的保护配合,所以我们使用纵差动保护作为变压器的主保护,不考虑用电流速断保护。瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障,它由于一方面简单,灵敏,经济;另一方面动作速度慢,且仅能反映变压器油箱内部故障,就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补,效果更佳。考虑到有110kV高压
7、等级,变压器也采用零序电流差动保护。而过电流保护和过负荷保护作为差动保护。对于400kV以上的变压器,当数台并列运行或单独运行时,应装设过负荷保护。为了防止变压器外部短路,并作为内部故障的后备保护,一般在变压器上应装设过电流保护。对单侧电源的变压器,保护装置的电流互感器应安装在电源侧,以便发生变压器内部故障而瓦斯保护或差动保护拒动时,由过电流保护整定时限动作后,作用于变压器各侧的断路器跳闸。而对于母线保护的配置,一般地不采用专门的母线保护,而利用供电元件的保护装置就可以切除故障,但利用供电元件的保护装置切除母线故障时,故障切除时间长,所以有时需装设专门的母线保护。比如:110kV及以上的双母线
8、或分段单母线。110kV、35kV母线或重要变电所母线,为满足全线速动要求时。本设计双母线采用电磁型比相式电流差动保护,而旁路母线以及35kV、10kV母线均采用了单母线电流差动保护。对于出线部分首先考虑的是电流速断保护作为主保护,而过电流保护作为后备保护。综上所述,方案1比较合理,方案1保护作为设计的初始保护,在后续章节对这些保护进行整定与校验,是否符合设计要求。3 确定运行方式3.1 标幺值计算本次设计中取=100MVA, .系统S1的电抗标幺值,系统S2的电抗标幺值。各元件的电抗标幺值计算如下:变压器的各绕组短路电压分别为:所以,变压器的电抗值为变压器 参数同变压器B1 线路: 110k
9、V侧线路:线路线路线路线路35KV侧线路:线路线路线路线路线路线路10kV侧线路:线路线路线路线路线路线路线路线路3.2短路电流的计算110kV电力系统正常运行时,系统存在二种运行情况,即:两台发电机同时运行、一台发电机退出运行另一台单独运行。下面分别分析各种情况下系统运行时的转移电抗,计算电抗和短路电流。(一) 两台发电机同时运行,变压器同时投入运行。图3.1 S1、S2运行时短路情况当K1发生短路时: 1. 所以,K1点发生短路时的等值网络如图3.2所示。图3.2 K1点发生短路时的等值网络系统S1对短路点K1的计算电抗为:系统S2对短路点K1的计算电抗为:查表得:标幺值: 当K2发生短路
10、时 所以,K2点发生短路时的等值网络如图3.3所示。图3.3 K2点发生短路时的等值网络系统S1对短路点K2的计算电抗为:系统S2对短路点K2的计算电抗为: 当K3发生短路时 所以,K3点发生短路时的等值网络如图3.4所示。图3.4 点发生短路时的等值网络系统S1对短路点K3的计算电抗为:系统S2对短路点K3的计算电抗为: 表3.1 短路电流表短路点系统S1系统S2短路点总电流/kAK1处短路有名值/kA29.532有名值/kA1.35130.831K2处短路有名值/kA15.268有名值/kA5.41820.686K3处短路有名值/kA31.065有名值/kA11.33742.402(二)
11、S1、B1运行,S2、B2停运。图3.5S1、B1运行时短路情况同理算得其短路电流大小表3.2短路电流表短路点系统S1K1处短路有名值/kA29.532K2处短路有名值/kA8.38K3处短路有名值/kA18514(三) S2、B1运行,S2、B2停运。图3.6S2、B2运行时短路情况同理算得其短路电流大小表3.3短路电流表短路点系统S1K1处短路有名值/kA12.085K2处短路有名值/kA19.093K3处短路有名值/kA14.0633.3 确定运行方式由3.2节的计算过程,统计系统各短路点短路时的短路电流如表3.4。表3.4 各短路点短路时的电流总结表运行方式 K1处短路时的短路电流/k
12、AK2处短路时的短路电流/kAK3处短路时的短路电流/kA两台发电机同时运行30.83120.68642.402S1、B1运行,S2、B2停运2953283818514S2、B1运行,S1、B2停运120851909314063综上所述:系统S侧(处短路时)的最大运行方式为:两台发电机同时运行最小运行方式为:S1、B1运行,S2、B2停运。最小运行方式下的两相短路电流: 4 短路计算110kV侧线路保护整定最大运行方式下:图4.1 最大运行方式下110kV侧出线短路情况最小运行方式下图4.1 最小运行方式下110kV侧出线短路情况表4.1 110kV侧出线短路电流A11.1680.8761.8
13、041.78A21.2260.9343.0032.714A31.2840.9922.0811.873A40.580.44.6044.21935kV侧出线短路计算同理可以算出35kV侧出线短路电流情况。表4.2 35kV侧出线短路电流B10.27342.634B30.2345.8253.528B40.4924.6453.016B20.3413.3442.338B50.3264.6453.016B60.4964.2262.81510kV侧出线短路计算同理可以算出10kV侧出线短路电流情况。表4.3 10kV侧出线短路电流)C10.2751.6531.364C20.1291.8751.538C30.
14、1292.582.073C40.2752.1721.766C50.1291.4741.222C60.2592.1721.766C70.1292.1721.766C80.2592.1721.7665 继电保护的配置5.1 继电保护的基本知识电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。发电-输电-配电-用电构成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。电力系统在运行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏
15、,但是没有发生故障的运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。其中最常见且最危险的是各种类型的短路,电力系统的短路故障会产生如下后果:(1)故障造成的很大的短路电流产生的电弧使设备损坏。(2)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。(3)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。(4)破坏电力系统并列运行的稳定性,引起系统振荡,甚至使该系统瓦解和崩溃。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
16、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: (1)当电力系统中某电气元件发生故障时,能自动,迅速,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)当电力系统中某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。继电保护装置的基本原理:继电保护装置要起到反事故的自动装置的作
17、用,必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”,以实现继电保护的功能。因此,通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同,保护装置可以构成下述各种原理的保护:(1) 反映电气量的保护电力系统发生故障时,通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比(阻抗)和它们之间的相位角改变等现象。因此,在被保护元件的一端装设的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时晕些参数与正常运行时的差别,就可以构成各种不同原理的继电保护装置。例如,反映电流增大构成过电流保护;反映电压降低(或升高)构成低电压(或过电压)保护;反映电流与电
18、压间相位变化构成方向保护;反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。除此以外,还可根据在被保护元件内部和外部短路时,被保护元件两端电流相位或功率方向的差别,分别构成差动保护、高频保护等。同理,由于序分量保护灵敏度高,也得到广泛应用。(2)反映非电气量的保护如反应温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的瓦斯保护、温度保护等。继电保护相当于一种在线的开环的自动控制装置,根据控制过程信号性质的不同,可以分模拟型(它又分为机电型和静态型)和数字型两大类。对于常规的模拟继电保护装置,一般包括测量部分、逻辑部分和执行部分。继电保护装置的组成: 被测物理量测量逻辑执行跳闸或信号 整定值测量元件:其
19、作用是测量从被保护对象输入的有关物理量(如电流,电压,阻抗,功率方向等),并与已给定的整定值进行比较,根据比较结果给出逻辑信号,从而判断保护是否该起动。逻辑元件:其作用是根据测量部分输出量的大小,性质,输出的逻辑状态,出现的顺序或它们的组合,使保护装置按一定逻辑关系工作,最后确定是否应跳闸或发信号,并将有关命令传给执行元件。执行元件:其作用是根据逻辑元件传送的信号,最后完成保护装置所担负的任务。如:故障时跳闸,不正常运行时发信号,正常运行时不动作等。对继电保护的基本要求:选择性:是指电力系统发生故障时,保护装置仅将故障元件切除,而使非故障元件仍能正常运行,以尽量减小停电范围。速动性:是指保护快
20、速切除故障的性能,故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。灵敏性:是指在规定的保护范围内,保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时,不论短路点的置与短路的类型如何,都能灵敏地正确地反应出来。可靠性:是指发生了属于它该动作的故障,它能可靠动作,而在不该动作时,它能可靠不动。即不发生拒绝动作也不发生错误动作。5.2 出线保护的配置5.2.1 110kV侧出线的保护配置对于A1:距离段保护定值计算按躲过线路末端故障整定,即距离段保护按躲过线路最大负荷时的负荷阻抗配合整定。当距离III段为全阻抗起动元件时,其整定值为:可靠系数,取1.21.25;:返回系数,取1.
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