35KV线路继电保护与自动装置设计

电力系统继电保护及自动装置课程设计11概述1.1继电保护的基本概念对被保护对象实现继电保护，包括软件和硬件两部分内容：（1）确定被保护对象在正常运行状态和拟进行保护的异常或故障状态下，有哪些物理量发生了可供进行状态判别的量、质或量与质的重要变化，这些用来进行状态判别的物理量，称为故障量或起动量；（2）将反映故障量的一个或多个元件按规定的逻辑结构进行编排，实现状态判别，发出警告信号或断路器跳闸命令的硬件设备。1.2继电保护的意义和作用电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。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，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。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。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一，所以说，继电保护对于电力系统的运行与维护有着重大的意义和重要的作用。1.3继电保护的基本要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。1.3.1选择性继电保护选择性是指在对系统影响可能最小的处所，实现断路器的控制操作，以终止故障或系统事故的发展。例如：对于电力元件的继电保护，当电力元件故障时，要求最靠近的故障点的断路器动作断开系统供电电源；而对于振荡解列装置，则要求当电力系统失去同步运行稳定性时，在解列后两侧系统可以各自安全的同步运行的地点动作于断路器，将系统一分为二，以终止振荡，等等。电力元件继电保护的选择性，除了决定于继电保护装置本身的性能外，还要电力系统继电保护及自动装置课程设计2求满足：①由电源算起，愈靠近故障点的故障，启动值愈小，动作时间愈短，并在上下级之间有适当的裕度。②要具有后备保护的作用，如果最靠近故障点的断路器拒动，能由相邻的电源恻继电保护动作将故障断开。1.3.2速动性是指快速地切除故障，以提高电力系统并列运行稳定，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。继电保护快速动作可以减轻故障元件的损坏程度，提高线路故障后自动重合闸的成功率，并特别有利于故障后的电力系统同步运行的稳定性。快速切除线路与母线的短路故障，是提高电力系统暂态稳定的重要手段。1.3.3灵敏性继电保护灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠地动作的能力。故障时通入装置的故障量和给定的装置动作值之比，称为继电保护的灵敏系数。它是考核继电保护灵敏性的具体指标。在一般的继电保护设计与运行规程中，对它都有具体的规定要求。继电保护愈灵敏，愈能可靠地反应要求动作的故障或异常状态；但同时，也愈易于在非要求动作的其他的情况下产生误动作，因而与选择性有矛盾，需要协调处理。1.3.4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它任何情况下，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、回路中继电器的触点和接插件数越少，保护装置就越可靠。同时，保护装置的恰当的配置与选用、正确地安装与调试、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。保护的误动和拒动都会给电力系统造成严重的危害，在保护方案的构成中，防止保护误动与防止其拒动的措施常常是互相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性质不同，误动和拒动的危害程度有所不同，因而提高保护装置的可靠性的着重点在很多情况下也应有所不同。例如，系统有充足的旋转备用容量、各元件之电力系统继电保护及自动装置课程设计3间联系十分紧密的情况下，由于某一元件的保护装置误动而给系统造成的影响较小；但保护装置的拒动给系统在成的危害却可能很大。此时，应着重强调提高不误动的可靠性。又如对于大容量发电机保护，应考虑同时提高不拒动的可靠性和不误动的可靠性。2常用的继电保护2.1电流保护电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路和相邻下一线路的后备保护。实际上，供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护。比如，处于电网未端附近的保护装置，当定时限过电流保护的时限不大于0.5时，而且没有防止导线烧损及保护配合上的要求的情况下，就可以装设电流速断保护和限时电流速断保护，而将过电流保护作为主保护。三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。缺点是它的灵敏度受保护方式和短路类型的影响，此外在单侧电源网络中才有选择性。故一般适用于35KV以下的电网保护中。2.2距离保护主要优点：能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。主要缺点：不能实现全线瞬动。对双侧电源线路，将有全线的30﹪～40﹪的第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些距离保护的接线图如图2.1示。电力系统继电保护及自动装置课程设计4图2.1距离保护接线图2.3纵联保护的优缺点线路纵联保护是当线路发生故障时，使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置，是线路的主保护。它以线路两侧判别量的特定关系作为判据，即两侧均将判别量借助通道传送到对侧，然后，两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。因此，判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。（1）方向比较式众联保护是比较线路两端各自看到的故障方向，以判断是线路内部故障还是外部故障。如果以被保护线路内部故障时看到的故障方向为正方向，则当被保护线路外部故障时，总有一侧看到的是反方向。其特点是：a)要求正向判别启动元件对于线路末端故障有足够的灵敏度；b)必须采用双频制收发信机。（2）电流相位差动高频保护是比较被保护线路两侧工频电流相位的高频保护。当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁，两侧电流相位相反时保护动作跳闸。其特点是：a)能反应全相状态下的各种对称和不对称故障，装置比较简单；b)不反应系统振荡。在非全相运行状态下和单相重合闸过程中保护能继续运行；c)不受电压回路断线的影响；d)当通道或收发信机停用时，整个保护要退出运行，因此需要配备单独的后备保护。（3）高频闭锁距离保护是以线路上装有方向性的距离保护装置作为基本保护，增加相应的发信与收信设备，通过通道构成纵联距离保护。其特点是：a)能足够灵敏和快速地反应各种对称与不对称故障；b)仍保持后备保护的功能；c)电压二次回路断线时保护将会误动，需采取断线闭锁措施，使保护退出运行。电力系统继电保护及自动装置课程设计5（4）变压器继电保护的优缺点优点：结构简单，动作迅速，灵敏度高，能反应变压器SBK-750VA带铁壳油箱内各种相间短路和匝间短路的匝数很少时，故障回路的电流虽很大，可能造成严重过热，但引出线外部相电流的变化可能很小，各种反应电流量的保护都难以动作，瓦斯保护对于切除这类故障有其特殊的优越性。缺点：不能反应变压器油箱外部的故障，如套管及引出线故障。因此，变压器不能用它作为唯一的主保护。电力系统继电保护及自动装置课程设计63保护整定值计算根据题设的要求：某35KV终端变电站具有多路进出线的双母线，装有ZPJH装置，已知第I线路出现ABI和第II线路出现ABII的有关网络参数如下：图3.135KV网路图系统容量：最大运行方式160MVA，最小运行方式为100MVA线路ABI上最大输送功率为9MW，85.0cos，自启动系数kss=1.5变压器BII所装差动保护的动作时限为1s，并假设它换算至平均额定电压37KV母线两侧的电抗XII=28Ω因为考虑到题目已经条件和图形，线路II的参数没给，无法计算，变压器BI的参数也不齐全，所以整定计算也是有困难，所以就对线路ABIC段进行整定计算和设计。3.1方案讨论根据图示的系统，每段线路都最多只有一个断路器，或者是没有。考虑到纵联保护是安装于线路两侧的保护装置对两侧的电气量同时比较、联合工作，最后一起切断的一种保护，必须在线路的两端同时安装保护装置及信号的收发装置的，如图4.1示纵联保护结构框图。因此，在题给的系统中，无法采用该继电保护方式。所以考虑过电流保护和距离保护。继电保护装置继电保护装置通信设备通信设备图3.2纵联保护结构框图电力系统继电保护及自动装置课程设计73.1.1过电流保护的整定计算根据题目已知条件，先计算电源的最大运行方式下的阻抗和最小运行方式下的阻抗。根据公式：UIS3（式4-1）ZUI3（式4—2）取系统平均电压U=37KV，可得最大运行方式阻抗：)(56.8160372max2minKASUZs(式4-3)最小运行方式阻抗：)(69.13100372min2maxKASUZs(式4-4)接着算线路I的B点的最大短路电流和最小短路电流：（取单位线路阻抗为0.4Km）最大短路电流：)(04.14.03056.83374.03minmaxKAABZUIsB（式4-5）最小短路电流：)(83.04.03069.133374.03maxmaxKAABZUIsB（式4-6）电流I段整定值计算：)(248.104.12.1maxKAIKIBrelsetAB（式4-7）验证：)(83.24.0)69.13248.1237(4.0)233(maxminKmZIULssetAB（式4-8）%15%4.9%1003083.2minABLL所以不符合。经过计算，电流保护II段整定计算后，也是不符合要求的。由此可知，这个系统采用过电流保护不太恰当，电流I段和电流II段保护构成的电流主保护不能有效，可靠的保护线路，保护范围太小，在此不适用。电力系统继电保护及自动装置课程设计83.1.2距离保护的整定计算根据题目已知条件，计算距离保护的整定。（1）距离I整定阻抗)(6.9304.08.0.ABrelABsetZKZ（式4-9）动过时间st03（第一段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。（2）距离II整定阻抗线路BC的I段整定)(8.12404.08.0.BCrelBCsetZKZ（式4-10）整定阻抗：)(6.188.12304.075.0..BCsetABrelABsetZZKZ（式4-11）灵敏度校验按本线路末端短路求灵敏度系数为：55.1304.06.18ABsetABsenZZK1.25（式4-12）满足要求动作时间：（由于BC段距离一段保护的时间认为0BCt，t默认为0.5s）stttBC5.03（式4-13）(3)距离Ⅲ整定阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定，先计算最大B点负荷电流,max90.17()3cos()3370.85LPIKAU（式4-14）)(09.11317.03379.0max..min..min.LLLIUZ（式4-15）按照公式:ressLrelABsetKKZKZmin..（式4-16）取8.0relK，reK=1.15，ssK=1.5，于是)(45.5215.15.109.1138.0min..ressLre