1、 銀川能源學院 課 程 設 計課程名稱：電力系統(tǒng)繼電保護原理 設計題目：220kV輸電線路繼電保護設計院 （部）：電力學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 1203 姓 名： 馬 祥 學 號： 1210240104 成 績：_指導教師：李 莉 李 靜 日 期：2015年6月8日 6月21日 目錄1、引 言12、220KV電網元件參數(shù)的計算12.1 設計原則12.2 220KV電網元件參數(shù)計算原則22.3 發(fā)電機參數(shù)的計算22.4 變壓器參數(shù)的計算22.5 輸電線路參數(shù)的計算43、中性點接地的選擇53.1 輸電線路上T A、TV變比的選擇53.2變壓器中性點接地方式的選擇64、短路電流的

2、計算74.1 運行方式確定的原則74.2 網絡等效圖的化簡74.3 關于相間距離保護的短路計算85、自動重合閘115.1 自動重合閘的基本概述115.1.1 概述115.1.2 自動重合閘的配置原則125.2 自動重合閘的基本要求12心 得13參考文獻14附 錄141、引 言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用，是電力系統(tǒng)實用技術的重要環(huán)節(jié)。繼電保護技術的應用繁雜廣泛，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的基礎上與現(xiàn)代的微機、通信技術相結合，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

3、保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的發(fā)展不斷地注入新的活力，繼電保護技術未來發(fā)展趨勢是計算機化、網絡化、智能化和數(shù)據通信一體化發(fā)展。本次設計主要內容是220KV輸電線路繼電保護的配置和整定，設計內容包括：220KV電網元件參數(shù)的計算、中性點接地的選擇、短路電路的計算、自動重合閘等。由于各種繼電保護適應電力系統(tǒng)運行變化的能力都是有限的，因而，對于繼電保護整定方案的配合不同會有不同的保護效果，如何確定一個最佳的整定方案，將是從事繼電保護工作的工程技術人員的研究課題。總之，繼電保護既有自身的整定技巧問題，又有繼電保護配置與選型的問題，還有電力系統(tǒng)的結構和運行問題。尤其，對于本文中2

4、20KV高壓線路分相電流差動保護投運前的現(xiàn)場試驗，一直是困擾技術人員的一個問題，由于線路兩端距離的限制，現(xiàn)場試驗不能像試驗室那樣方便。另外，光纖保護在長距離和超高壓輸電線路上的應用還有一定的局限性，在施工和管理應用上仍存在不足，但是從長遠看，隨著光纖網絡的逐步完善、施工工藝和保護產品技術的不斷提高，光纖保護將占據線路保護的主導地位。2 、 220KV電網元件參數(shù)的計算2.1 設計原則電網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。應根據審定的電力系統(tǒng)設計（二次部分）原則或審定的系統(tǒng)接線及要求進行電網繼電保護和安全自動裝置設計，設計應

5、滿足繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程（SDJ6-83）、110220kV電網繼電保護與安全自動裝置運行條例等有關專業(yè)技術規(guī)程的要求。2.2 220KV電網元件參數(shù)計算原則標幺值的歸算近似計算：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。 2.3 發(fā)電機參數(shù)的計算發(fā)電機的電抗有名值： （2-7）發(fā)電機的電抗標幺值： （2-8）式中： 發(fā)電機次暫態(tài)電抗; 發(fā)電機的額定電壓; 基準電壓; 基準容量; 發(fā)電機額定容量.已知： PN UN 則： SN = = = 2.4 變壓器參數(shù)的計算(1) 雙繞組變壓器參數(shù)計算公式：雙

6、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： 變壓器短路電壓百分值; 發(fā)電機的額定電壓; 基準電壓;基準容量; 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-

7、16）各繞組的電抗標幺值: XT1* = （2-17） XT2* = （2-18） XT3* = （2-19）式中： SB 基準容量MVA； SN 變壓器額定容量; 發(fā)電機的額定電壓; 基準電壓.(3) B變壓器參數(shù)計算：已知： SN 則： (4) C變壓器參數(shù)計算：已知: SN 則: 各繞組的阻抗百分值為： UK1% = （+-） UK2% = （+-） UK1% = （+-） XT1* = XT2* = XT3* = 對于E變壓器參數(shù)計算原則與2.4(4)相同。2.5 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 =

8、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; UB 基準電壓. (2) AB段有名值：ZAB1= RAB1+ jXAB1= (R1+ jX1 ) ×LAB ZAB2 =ZAB1 ZAB0= RAB0+ jXAB0=3 ZAB1 標幺值：ZAB1*=

9、ZAB1/ ZB ZAB2* =ZAB1* ZAB0*= RAB0*+ jXAB0*=3 ZAB1*對于其它線路：BC段，AC段，AD段，DE段，EF段，F(xiàn)G段的計算原則與2.5(2)相同。3、 中性點接地的選擇3.1 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根據作用環(huán)境條件與產品情況選擇。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電流互感器一次側額定電流.準確等級：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

10、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： 根據最大極限電流來選擇。(2) TV的配置原則型式：電壓互感器的型式應根據使用條件選擇，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：電壓互感器應在哪一準確度等級下工作，需根據接入的測量儀表。繼電器與自動裝置及設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均為220KV,由發(fā)電廠電氣部分課設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

11、式。3.2變壓器中性點接地方式的選擇通常，變壓器中性接地位置和數(shù)目按如下兩個原則考慮：一是使零序電流保護裝置在系統(tǒng)的各種運行方式下保護范圍基本保持不變，且具有足夠的靈敏度和可靠性；二是不使變壓器承受危險的過電壓。為此，應使變壓器中性點接地數(shù)目和位置盡可能保持不變。(1) 變壓器中性點接地的位置和數(shù)目的具體選擇原則1）對單電源系統(tǒng)，線路末端變電站的變壓器一般不應接地，以提高保護的靈敏度和簡化保護線路；對多電源系統(tǒng)，要求每個電源點都有一個中性點接地，以防止接地短路的過電壓對變壓器產生危害。2）電源端的變電所只有一臺變壓器時，其變壓器的中性點應直接接地；變電所有兩臺及以上變壓器時，應只將一臺變壓器中

12、性點直接接地運行，當該變壓器停運時，再將另一臺中性點不接地的變壓器改為中性點直接接地運行。若由于某些原因，變電所正常情況下必須有二臺變壓器中性點直接接地運行，則當其中一臺中性點直接接地變壓器停運時，應將第三臺變壓器改為中性點直接接地運行。3）雙母線運行的變電所有三臺及以上變壓器時，應按兩臺變壓器中性點直接接地的方式運行，并把他們分別接于不同的母線上。當其中一臺中性點直接接地的變壓器停運時，應將另一臺中性點不接地的變壓器改為中性點直接接地運行；低電壓側無電源的變壓器中性點應不接地運行,以提高保護的靈敏度和簡化保護接線。4）對于其他由于特殊原因不滿足上述規(guī)定者，應按特殊情況臨時處理。例如，可采用改

13、變保護定值、停運保護或增加變壓器接地運行臺數(shù)等方法進行處理，以保證保護和系統(tǒng)的正常運行。根據變壓器的臺數(shù)和接地點的分布原則，結合該系統(tǒng)的具體情況，中性點接地的選擇結果如下： A的兩臺為T1、T2；C端的一臺為T3；E端的兩臺為T4、T5。T1接地； T2不接地； T3接地； T4接地； T5不接地。 4、 短路電流的計算4.1 運行方式確定的原則保護的運行方式是以通過保護裝置的短路電流的大小來區(qū)分的。(1)最大運行方式根據系統(tǒng)最大負荷的需要，電力系統(tǒng)中的發(fā)電設備都投入運行（或大部分投入運行）以及選定的接地中性點全部接地的系統(tǒng)運行方式稱為最大運行方式。對繼電保護來說，是短路時通過保護的短路電流最

14、大的運行方式。(2)最小運行方式根據系統(tǒng)最小負荷，投入與之相適應的發(fā)電設備且系統(tǒng)中性點只有少部分接地的運行方式稱為最小運行方式。對繼電保護來說，是短路時通過保護的短路電流最小的運行方式。表4-1 系統(tǒng)運行方式的結果斷路器編號運行方式系 統(tǒng) 運 行 情 況1QF最大開機容量最大，線路BC斷開，系統(tǒng)S最大最小開機容量最小，閉環(huán)運行，系統(tǒng)S最小2QF最大開機容量最大，線路AC斷開，系統(tǒng)S最大最小開機容量最小，閉環(huán)運行，系統(tǒng)S最小7QF最大開機容量最大，閉環(huán)運行，系統(tǒng)S最大最小開機容量最小，閉環(huán)運行，系統(tǒng)S最小8QF最大開機容量最大，閉環(huán)運行，系統(tǒng)S最大最小開機容量最小，閉環(huán)運行，系統(tǒng)S最小4.2 網

15、絡等效圖的化簡(1)正序等效圖圖4-1 正序等效網絡圖(2)零序等效圖圖4-2 零序等效網絡圖4.3 關于相間距離保護的短路計算(1)對1QF而言:1) 最小分支系數(shù)Kb,min的計算運行方式:開機容量最小,AC斷線,系統(tǒng)1-6最大運行方式,雙回線.網絡等效圖如下所示:調整上圖位置!圖4-3 關于最小分支系數(shù)Kb,min等效網絡圖化簡得:圖4-3 關于最小分支系數(shù)Kb,min等效網絡化簡圖 2) 最大分支系數(shù)Kb,max的計算運行方式:開機容量最大,閉環(huán),系統(tǒng)1-6最小運行方式,單回線.網絡等效圖如下所示:圖4-5 關于最大分支系數(shù)Kb,max等效網絡圖 圖4-6 關于最大分支系數(shù)Kb,max

16、等效網絡化簡圖(1) 圖4-7 關于最大分支系數(shù)Kb,max等效網絡化簡圖(2) 對2QF，7QF和8QF最大和最小分支系數(shù)的計算原理同4.4(1)相同。5、 自動重合閘5.1 自動重合閘的基本概述5.1.1 概述在110KV級以上電壓的大接地電流系統(tǒng)中，由于架空線路的線間距離較大，相間故障的機會比較少，而單相接地短路的機會比較多。在高壓輸電線路上，若不允許采用快速非同期三相重合閘，而采用檢同期重合閘，又因恢復供電的時間太長，滿足不了穩(wěn)定運行的要求時，就采用單相重合閘方式。單相重合閘是指只把發(fā)生故障的一相斷開，然后再進行單相重合，而未發(fā)生故障的兩相仍然繼續(xù)運行，這樣就可大大提高供電的可靠性和系

17、統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。如果線路發(fā)生的是瞬時性故障，則單相重合閘成功即恢復三相的正常運行。如果是永久性故障，單相重合不成功，則根據系統(tǒng)的具體情況，如不允許長期非全相運行時，則應再次切除單相并不再進行自動重合。目前一般都是采用重合不成功時跳開三相的方式。當采用單相重合閘時，如線路發(fā)生相間短路時，一般都跳開三相斷路器，不進行三相重合；如有其它原因斷開三相斷路器時，也不進行重合。5.1.2 自動重合閘的配置原則 自動重合閘的配置原則根據電力系統(tǒng)的結構形狀、電壓等級、系統(tǒng)穩(wěn)定要求、負荷狀況、線路上裝設的繼電保護裝置及斷路器性能，以及其它技術經濟指標等因素決定。其配置原則：（1）1KV及以上架空線路及電纜與

18、架空混合線路，在具有斷路器的條件下，當用電設備允許且無備用電源自動投入時，應裝設自動重合閘裝置； （2） 旁路斷路器和兼作旁路的母聯(lián)斷路器或分段斷路器，應裝設自動重合閘裝置； （3）低壓側不帶電源的降壓變壓器，可裝設自動重合閘裝置； （4）必要時，母線故障也可采用自動重合閘裝置。 總結多年來自動重合閘運行的經驗可知，線路自動重合閘的配置和選擇應根據不同系統(tǒng)結構、實際運行條件和規(guī)程要求具體確定。在本此所設計的220kv中性點直接接地電網中,采用綜合自動重合閘裝置。5.2 自動重合閘的基本要求 (1) 自動重合閘裝置不應動作的情況有: 由值班人員手動操作或通過遙控裝置將斷路器斷開時。 手動投入斷路

19、器,由于線路上存在故障,隨即由保護動作將其斷開.因為在這種情況下,故障大多都是屬于永久性的。它可能是由于檢修質量不合格、隱患未能消除或者是保安地線沒有拆除等原因造成的。因此,即使再重合一次也不可能成功。 . 在某些不允許重合的情況下例如,斷路器處于不正常狀態(tài)(如氣壓、液壓降低等)以及變壓器內部故障,差動或瓦斯保護動作使斷路器跳閘時,均應使閉鎖裝置不進行重合閘。 （2）除上述條件外,當斷路器由繼電保護動作或其他原因而跳閘后,重合閘都應該動作,使斷路器重新合閘。在某些情況下(如使用單相重合閘時),也允許只在保護動作于跳閘后進行重合閘。 （3）基于以上的要求,應優(yōu)先采用斷路器操作把手與斷路器位置不對

20、應啟動方式,即當斷路器操作把手在合閘位置而斷路器處在跳閘位置時啟動重合閘。這種方式可以保證無論什么原因使斷路器跳間后(包括偷跳和誤跳),都能進行一次重合閘。當手動操作斷路器跳閘,由于兩者的位置是對應的,因此,不會啟動重合閘。 當利用保護來啟動重合閘時,由于保護動作很快,可能使重合閘來不及啟動。因此,必須采取措施(如設置自保持回路或記憶回路等)來保證裝置可靠動作。（4）自動重合閘裝置的動作次數(shù)應符合預先的規(guī)定。如一次重合閘就只應該動作一次。當重合于永久性故障而再次跳間后,就不應該再動作。 裝置本身也不允許出現(xiàn)元件損壞或異常時,使斷路器多次重合的現(xiàn)象,以免損壞斷路器設備和擴大事故范圍。（5）自動重

21、合閘在動作以后,應能夠自動復歸。對于10kV及以下的線路,當經常有值班人員時,也可采用手動復歸方式。（6） 自動重合間時間應盡可能短,以縮短停電的時間.因為電源中斷后,電動機的轉速急劇下降,停電時間越長,電動機轉速越低,重合閘后自起動就越困難,會拖延恢復正常工作的時間。但重合閘的時間也不能太短,因為: 要使故障點的絕緣強度來得及恢復。 要使斷路器的操作機構來得及恢復到能夠重新合閘的狀態(tài)。重合閘的動作時間一般采用0.51.5s。（7）自動重合閘裝置應有與繼電保護配合加速切除系統(tǒng)故障的回路。加速方式可分為前加速和后加速。 前加速方式就是在重合閘前保護以瞬時或縮短T時間,快速切除故障。重合于永久性故障時保護將延時切除故障。 后加速方式就是在重合閘前保護瞬時或后備時間切除故障,重合于永久性故障時,保護將瞬時或后備縮短T時間,快速切除故障。（8）在兩側電源的線路上采用重合閘時應考慮同步問題。心 得本次課程設計主要是針對220kV輸電線路，要求我們設計一個220kV輸電線路繼電保護方案。在做這次繼電保護課程設計的時候，我通過查找有關于這方面的資料，對此次