220KV电网继电保护设计方案.doc
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1、220KV电网继电保护设计方案概 述一、电网的特点题目所给出的电网系统接线图中,主要包括两个发电厂,两个系统,两条平行双回线及两条单回线路构成的辐射状态连接起来的整体系统,同时还有两个降压变电站。本系统为220kv多电源电网,负荷分配均匀、合理,线路属于中短线路,可以减少一些由于线路长而传输起来灵敏度不易配合等问题,但是,由于系统中含有两条位置处于中心的平行线路,这将给设计的整定计算带来一些困难和麻烦。二、电网分析和保护初步选择根据电网结构的不同,运行要求不同,再在满足继电保护“四性”(速动性、选择性、灵敏性、可靠性)的前提下,求取其电力系统发展的需要。对于220kv大接地电流电网的线路上,应
2、装设反应相间故障和接地故障的保护装置。(1)对于单侧电源辐射形电网中单回线上,一般可装设无时限和带时限的电流及电压速断装置为主保护带阶段时限的过电流保护装置作为后备保护。 在结构比较复杂的电网上,可先考虑用带方向或不带方向的阶段式电流或电压保护作为主保护,当这类保护在选择性,灵敏性及速动性上不能满足要求时,则应装设距离保护。(2)、在双侧电源线路上,如果要求全线速动切除故障时,则应装设高频保护作为主保护,距离保护作为后备保护,否则,一般情况,应装设阶段式距离保护。(3)、在平行线路上,对于220kv线路,一般应装设横差方向保护或全线速动的高频保护作为主保护。以距离保护或阶段式保护带方向或不带方
3、向电流或电压作为后备保护。对于单相和多相接地短路故障,一般应装设带方向的或不带方向的无时限和带时限的零序电流速断保护及灵敏的零序过电流保护。如果零序电流保护不能满足选择性和灵敏性的要求,可采用接地距离保护。在平行线路上,一般装设零序横差动方向保护作为主保护,如果根据系统运行稳定性等要求,需装设全线速动保护,与上述相同,也可以用一套高频保护,同时作为相间短路和接地短路的保护,而以接每一回线或接于两回线电流之上的阶段零序电流保护作为后备保护。综上,线路AB选用双高频,一为方向高频保护,另一为高频闭锁距离保护,两个保护互为后备,瞬时动作切除故障。线路BC选用横联差动保护,保护有相继动作区。线路CD用
4、相差高频保护,为中短线路,一侧背靠系统II全部线路均用距离保护作后备,由于主保护已经全线速动,所以距离装II、III段。接地保护采用零序电流保护作为主保护,用接地距离作为后备保护。第一章 运行方式与序网等值图继电保护整定计算用的运行方式,是在电力系统确定好运行方式的基础上,在不影响继电保护效果的前提下为提高继电保护对运行方式变化的适应能力而进一步选择的,特别是有些问题主要是继电保护方面考虑决定的,同时也不影响对现有保护的评价是否有利于正常的运行和维护。1.1运行方式的选择在选择保护方式及其进行整定计算时,必须考虑系统运行方式变化带来的影响,应在系统运行方式下都能满足选择性和灵敏性的要求。对过量
5、保护来说,通常都是根据系统最大运行方式来确定保护的整定值, 以保证选择性,因为只要在最大运方式下能保证选择性,在其它运行方式下也一定能保证选择性;灵敏度的校验应根据最小运行方式来进行,因为只要在最小运行方式下,灵敏度符合要求,在其它运行方式下,灵敏也一定能满足要求。对某些保护,在整定计算时,还要按正常运行方式来决定动作值或计算灵敏度。1最大运行方式根据系统最大负荷的需要,电力系统中的发电设备都要投入运行(或大部分投入运行)以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护来说,是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。2最小运行方式根据系统最小负荷,投入与之相适应的发电设备
6、且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。在有水电厂的系统要考虑水电厂运行受水能状态限制的运行方式。对继电保护来说,是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式。3正常运行方式根据系统正常负荷的需要,投入与之相适应数量的发电机,变压器和线路的运行方式称为正常运行方式。这种运行方式在一年内的运行时间最长。对更复杂的系统,最大,最小运行方式的判断是比较困难的,有时需要经过多次计算才能确定。对于某些特殊运行方式,运行很短,对保证保护的选择性或灵敏度有困难时,且在保护拒动或误动不会引起大面积停电的情况下,可以不予考虑。表11本网最大运行方式和最小运行方式如下:代 号运 行 方 式备 注最大发电
7、机、变压器、线路全部投入最小C端站:1#、2#、3#发电机运行D端站:2#主变运行BC段线路单回运行1.2系统中各元件的主要参数取基准功率 SB = 1000 MVA, 基准电压UB =UP =230 KV,基准电流 IB =,基准电抗X B =。1.2.1发电机及等值系统参数用基准值计算所得的发电机及等值系统元件的标么值参数见表12所列注 表12中,括号内的数据为最小运行方式时的电抗标么值。 负序电抗按下列情况计算:对水电厂的发电机X 2 = 1.45X1对系统和汽轮发电机X 2 = 1.22X 1发电厂A: 则: 系统: 则负序电抗:系统: 发电厂C: 则负序电抗: 表12 发电机及等值系
8、统的参数发电机或系统名称发电厂系统的总容量(MVA)每台机额定功率(MVA)额定功率因数(COS)额定电压Ue(KV)正序电抗负序电抗最大最小标么值标么值发电厂A176.47176.47176.470.8515.750.21781.2340.26571.576系统0.63(0.42)0.7686(0.512)系统0.77(0.54)C厂882.4588.2147.12294.120.8513.8150.2150.17471.46220.59420.262320.21321.78320.72521.2.2变压器及等值系统参数表13 变压器参数变电站名 称变压器编 号变 压 器型 号变 压 器变
9、比短路电压%绕组电抗标么值-XXXAPL1 180000/22024222.5%/15.7512.20.678BFPL 120000/220147.4623.21.239-0.07250.694C1#2#3#4#PL1 150000/220FP 300000/22024222.5%/13.824222.5%/151314.80.8670.493D1#2#OPL1 120000/2202202.5%/121/119.7511.417.50.6600.1520.798EFPL 120000/220147.4623.21.239-0.07250.694厂站A:对A站变压器为双绕组变压器,额定容量 1
10、80MVA短路阻抗 Ud% =12.2 厂站B:对B站变压器为三绕组变压器,额定容量 120MVA短路阻抗 厂站C: Ud12% =12.2 Ud34% =12.2厂站D:为两台自耦变压器,算法同B站 厂站E:参数计算结果与厂站B相同1.2.3输电线路的参数表14 输电线路的参数 线 路 名 称长度KM正 (负) 序 电 抗零 序 电 抗有名值标么值有名值标么值AB15061.51.163183.93.476BC、回8634.40.650103.21.950CD45180.340541.020CE45180.340541.020 1、 正(负)序电抗的有名值为 XAB = 0.41150 =
11、61.5()XBC=0.486=34.4()XCD=0.445=18()XDE=0.445=18()标幺值为 2、 零序电抗的有名值为X0AB= 361.5 = 183.9()X0BC =103.2()X0CD=54()X0DE=54()标幺值为X*0BC =1.950X*0CD=1.020X*0DE=1.0203、零序阻抗计算说明:(1)、发电机:由于本系统主变低压侧均为接线,零序电流在侧自成回路不流入发电机,所以零序网中没有发电机零序电抗,亦即X0 = 0。(2)、变压器:由于它是静止元件,且三相对称,因此本设计中设 X1 = X2 = X0(3)、线路:单回线路 X0 =3 X1 双回线
12、路 X0=5X1 (已考虑零序互感的作用)所以线路BC双回线路运行时:X0=5X1 =50.650=3.2501.3变压器中性点的接地原则在大接地电流系统中,中性点接地变压器的台数、容量及其分布情况,对电网中不同地点的零序电压、零序电流有很大的影响。因此,变压器的中性点是否接地应根据不同运行方式电网发生接地短路时,要求在满足保护装置特性配合的情况下,中性点接地变压器的数目尽可能少而且在系统处于各种不同运行方式下发生单相或两相接地短路时,零序电流和电压的分布应尽可能不变。1、在单母线运行的发电厂和高压母线上有电源联络的变电所,变压器中性点应接地。如果有两台容量和绕组接线相同的变压器,可将其中一台
13、中性点直接接地这样,当接地的变压器检修或其他原因断开时,可将另一台变压器中性点接地,从而是零序电流保持不变。2、在具有两台以上的变压器,而且是双母线固定连接方式运行的发电厂和高压母线有两回以上电源联络线的变电站,每组母线上至少应有一台变压器的中性点直接接地。这样,当母线联络开关断开后,每组母线上仍保留一台变压器中性点直接接地。3、在单电源网络中,终端变电站的变压器中性点一般不接地。但当该线路上装有单相重合闸时,为便选相元件正确工作,终端变电所变压器的中性点应该接地。4、在多电源的网络中,每个电源处至少应该有一个中性点接地,以防止中性点不接地的电源因某种原因与其它电源切断联系时,形成中性点不接地
14、系统。5、变压器低压侧接入电源,当大接地电流电网中发生接地短路而该电源的容量能够维持接地点发生的电弧时,则变压器的中性点应该接地,否则不接地。6、为了便于线路接地保护的配合,在低压侧设有电源的枢纽变电站,部分变压器的中性点应直接接地。7、接在分支线上的变电所,低压侧虽无电源,但变压器低压侧是并联运行的,为使横联差动保护正确动作,变压器的中性点应该接地。根据上述原则要求,在本网络中做如下选择:(1)、A厂主变中性点应接地当线路AB发生接地短路故障时,该主变将流入零序电流,故应当接地(2)、C厂1、2主变及3、4主变为双母线同时运行,且在最小运行方式下4机停运,故选择1、3接地即可。(3)、D变电
15、站1、2均为自耦变压器,为了在最大运行方式,最小运行方式运行,系统或CD线路发生接地短路时,主变均可流过零序电流,故1、2主变均应接地。(4)、B变电站及E变电站均为单电源的终端变电站,故变压器中性点可以不接地。为了E母上的保护整定计算,E母变选择一台接地。由于本系统为220KV电网,变压器单台容量超过10MVA所以本系统的变压器的主保护为瓦斯保护和差动保护,后备保护为零序过电流保护、过电流保护、过负荷保护。 母线保护:单母线采用完全差动保护,双母线采用双母线固定分配式电流差动保护。1.4作出正序、负序、零序等值网络图为了计算方便,我们将最正序、负序阻抗值取一个数值,简化电路为:系统最大运行方
16、式下正(负)序序网图系统最下运行方式下正(负)序序网图3.4763.476系统最大运行方式下零序序网图系统最小运行方式下零序序网图零序阻抗 第二章 短路电流计算短路电流计算的目的是为了保护装置的整定值和校验灵敏度。选短路电流时,运行方式的确定非常重要。应为它关系到所选的保护是否经济合理,简单可靠。以及是否满足灵敏度要求等一系列问题。保护的运行方式是一保护装置的短路电流的大小来区分的。2.1 各母线接地短路最大、最小零序电流2.1.1 A母线接地短路 最大运行方式: 两相短路接地 最小运行方式:两相短路接地2.1.2 B母线接地短路 最大运行方式: 2.1.3 C母线接地短路最大运行方式 =(1
17、.09-0.867)/(0.867+1.462)=0.196 =0.314/(1.02+1.466)/(1.02+1.158)/0.975+1.26/(3.489+0.678)=0.221 单相短路 =最小运行方式 两相接地2.1.4 D母线接地短路最大运行方式 单相接地 最小运行方式 两相短路接地2.1.5 E母线接地短路最大运行方式最小运行方式第三章 各种保护的整定计算及计算举例要想完成保护整定,就必须掌握所用保护的性能,以每种保护的具体整定办法和原则,才能顺利的完成保护装置的整定计算。因此,下面简单介绍一下距离保护、高频保护、和零序电流保护的整定计算方法和零序横差保护的整定方法:3.1
18、距离保护距离保护是以反应从故障点到安装处之间阻抗大小(距离大小)的阻抗继电器为主要元件、动作时间具有阶梯特性的相间保护装置。当故障点至保护安装处之间的实际阻抗大于预定值时,表示故障点在保护范围,保护动作,当上述阻抗小于预定值时,表示故障点在保护范围,保护动作,当再配上方向元件(方向特性)及时间元件,组成了具有阶梯特性的距离保护装置。当故障线路中的电流大于阻抗继电器的允许精确工作电流时,保护装置的动作性能与通过保护装置的故障电流大小无关。3.1.1 距离保护段的整定计算1、当被保护线路无中间分支线路(或分支变压器)时按躲过本线路末端故障整定,一般可按被保护线路正序阻抗的80%85%计算,即式中
19、距离保护段的整定阻抗;被保护线路的正序阻抗;可靠系数,可取0.8-0.85; 保护的动作时间按 t1=0s(即保护固有动作时间)整定。2、当线路末端仅为一台变压器时(即线路变压器组)其整定值按不伸出线路末端变压器内部整定,即按躲过变压器其它各侧的母线故障整定式中 线路末端变压器的阻抗;可靠系数,取0.75;可靠系数,取0.80.85;线路正序阻抗。保护动作时间同上。3、当线路末端变电所为两台及以上变压器并列运行且变压器装设有差动保护时如果本线路上装设有高频保护时,距离段仍可按“(一)”的方式整定。当本线路上未装设高频保护时,则可以按躲过本线路末端或终端变电所其它母线故障整定。可靠系数,取0.8
20、0.85;可靠系数,取0.75;线路正序阻抗;线路末端变压器并联阻抗;距离保护段的动作阻抗。3.1.2 距离保护段的整定计算1、按与相邻线路距离保护段配合整定被保护线路阻抗;相邻距离保护段的动作阻抗; 同上;助增系数,选取可能的最小值。保护动作时间=t t为时间级差,一般取0.5s.2、按躲过相邻变压器其他侧母线故障整定本线路正序阻抗; 相邻变压器阻抗;同上; 同上; -同上。3、按与相邻距离保护段相配合相邻距离保护段动作阻抗值;同上; 同上;被保护线路正序阻抗。保护动作时间 =+3.1.3 距离保护段整定计算1、按与相邻距离保护段相配合此时,保护的整定值计算为相邻距离保护段动作阻抗;同上;
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