110kV输电线路继电保护设计

本科课程设计课程名称：电力系统继电保护原理设计题目：110kV输电线路继电保护设计院部：电力学院专业：电气工程及其自动化班级：1304姓名：学号：1310240107成绩：指导教师：李莉李静日期：2016年6月20日——6月28日课程设计成绩考核表学期第六学期姓名专业电气工程及其自动化班级1304课程名称电力系统继电保护原理设计题目110kV输电线路继电保护设计评分评定指标分值得分知识创新性20理论正确性20内容难易性15结合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100设计说明书本次继电保护原理课程设计对110kV输电线路进行了全面的介绍，从110kV输电线路的故障原因及类型入手，重点分析了几大常见的故障类型（单相接地短路，两相短路，两相短路接地，三相短路），然后对110kV输电线路相关问题分析了具体的保护设置，110kV输电线路保护的主体是距离保护与零序电流保护，距离保护又分为相间距离保护与接地距离保护，分别反应相间短路故障于接地短路故障。最后对110kV输电线路的保护进行了实际案列分析。针对110kV输电线路保护配置，重点对距离保护做了详细的案例分析。目录1110kV输电线路故障分析..........................................................................11.1故障引起原因....................................................................................11.2故障状态及其危害............................................................................21.3短路简介及类别................................................................................32110kV输电线路保护..................................................................................52.1110kV输电线路的保护方法............................................................52.1.1距离保护的整定计算方法....................................................52.1.2阶段式零序电流保护............................................................72.2110kV输电线路的保护原理..........................................................102.2.1距离保护的特点及基本原理..............................................102.2.2零序电流保护的特点及优缺点.........................................113实际案例分析...........................................................................................144结论...........................................................................................................16参考文献.........................................................................................................17电力系统继电保护原理110kV输电线路继电保护设计11110kV输电线路故障分析1.1故障引起原因由于架空线路分布很广，又长期处于露天之下运行，所以经常会受到周围环境和自然变化的影响，从而使线路在运行中会发生各种各样的故障。以下介绍的八种最常见的因素：①雷害线路遭受雷击引起绝缘子串闪络故障，有时会引起绝缘子断串，可能在线夹到防振锤之间的导线上留下痕迹，而且闪络面积大或断线等事故。②大风风速超过或接近设计风速，加之线路木身的局部缺陷，如超过杆塔机械强度，使杆塔倾倒或损坏等，使导线产生振动、跳跃和碰线，从而引起故障;同塔双回线路若不同步风摆可能造成混线短路故障。③洪水暴雨雷雨季节、季节洪水冲刷杆塔基础，从而引起基础边坡塌方、塔基裂缝、沉降或是更严重的倒杆倒塔故障。④外力破坏线路遭到人为的破坏而引起故障。例如线路附近开挖土石方引起的杆塔倾斜或倾倒；线路附近操作起吊施工机械(或来往车辆)碰撞导线或杆塔、拉线等，造成的断线、倒杆故障，又如在线路附近放风筝、超高树林、漂浮物、火烧山、盗窃等。这些都会造成线路故障影响线路的正常运行，也可能造成严重的事故。电力系统继电保护原理110kV输电线路继电保护设计2⑤覆冰当线路导线、避雷线上出现严重覆冰时，首先是加重导线和杆塔的机械负荷，使导地线弧垂过分增大，从而造成混线、断线或倒杆倒塔、横担变形；当导线、避雷线上的覆冰脱落时，又会引起导线舞动造成导线之间或导线与避雷线之间短路故障。⑥污闪在工业区，特别是化工区或其它极污染源的地区，所产生的尘污或有害气体，会使绝缘子的绝缘能力显著降低，以致在潮湿多雾或下毛毛雨的天气。绝缘子串往往发生大面积的污秽闪络，造成停电事故，有此氧化作用很强的气体，则会腐蚀金属塔、导线、避雷线和金具等。⑦鸟害鸟在杆塔上筑集或线路的杆塔上停落，芦苇、稻草、鸟大便，有时大鸟穿过导线飞翔，均可能造成线路接地或短路。⑧本体缺陷由于线路如工艺问题、电气距离问题、材料质量等本体缺陷原因，在长时间受微风振动、气温变化的影响下也会造成线路故障。1.2故障状态及其危害电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因会发生例如短路、断线等故障。最常见同时也是最危险的故障是发生各种类型的短路。在发生短路时可能产生以下后果：①通过短路点的很大短路电流和所燃起的电弧，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，引起它们的电力系统继电保护原理110kV输电线路继电保护设计3损坏或缩短使用寿命。③电力系统中部分地区的电压大大降低。使大量的电力用户的正常工作遭到破坏或产生废品。④破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使系统瓦解。各种类型的短路包括三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。不同类型短路发生的概率是不同的，不同类型短路电流的大小也不同，一般为额定电流的几倍到几十倍。大量的现场统计数据表明，在高压电网中，单相接地短路次数占所有短路次数的85%以上。1.3短路简介及类别电力系统的短路就是在回路中因为电阻降低而引起电流异常增大的一种现象；电力系统在运行中，相与相之间或相与地〔或中性线)之间发生非正常连接(即短路)时而流过非常大的电流。短路分为很多种情况，有单相接地短路，两相短路，两相短路接地，三相短路等。相线俗称火线，三相就是三个火线，他们电压相等，频率相当，但是相序(时间)不同。①单相接地短路（如图1所示）单相接地短路是指三相交流供电系统中一根相线与大地成等电位状态了，也就是该相线的电位与大地的电位相等，都是“零”，非故障两相电压接近正常电压，负荷电流接接近正常，故非故障相工作状态与正常负荷状态相差不大。电力系统继电保护原理110kV输电线路继电保护设计4图1单相接地短路②两相短路（如图2所示）两相短路任意两相导线，直接金属性连接或经过小阻抗连接在一起。此时故障点处两故障相的对地电压相等，故障相电压不为零。而非故障相。图2两相短路③两相短路接地（如图3所示）两相短路接地是指三相交流供电系统中两根相线与大地成等电位状态了，此时故障点处两接地相的电压都为零。图3两相短路接地④三相对称短路（如图4所示）电力系统继电保护原理110kV输电线路继电保护设计5三相对称短路是指三相全部短路，三相对称性短路时，故障点处的各相电压相等，且在三相系统对称时均都为零。此种短路情况最为严重，对电力系统的损害极大。图4三相对称短路2110kV输电线路保护目前，我国110kV输电线路在电网中的主要作用是连接地区220kV变电所与城市配电网或农村配电网的110kV变电所，或者作为中小容量的发电厂与系统间的联络线。大部分110kV输电线路仍为单侧有电源。110kV输电线路保护的主体是距离保护与零序电流保护，距离保护又分为相间距离保护与接地距离保护，分别反应相间短路故障于接地短路故障。110kV输电线路一般采用三段式相间距离保护作为相间短路故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。对极个别非常短的线路，如有必要也可以考虑采用纵差保护作为主保护。2.1110kV输电线路的保护方法2.1.1距离保护的整定计算方法距离保护Ⅰ段整定计算：距离保护Ⅰ段定值按躲过本线路末端故障，整定距离保护第Ⅰ段是电力系统继电保护原理110kV输电线路继电保护设计6无延时的速动段，一般按躲开下一条线路出口处短路的原则来整定，也就是按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。即测量阻抗小于本线路阻抗时动作。如图1所示，引入可靠系数𝐾𝑟𝑒𝑙𝐼(0.8~0.85)，保护P1的I段整定阻抗一次值为：𝑍𝑠𝑒𝑡1Ⅰ=𝐾𝑟𝑒𝑙Ⅰ𝑍𝑀𝑁式中各量定义𝑍𝑠𝑒𝑡1Ⅰ～保护P1的I段整定阻抗；𝑍𝑀𝑁～被保护线路的阻抗;𝐾𝑟𝑒𝑙Ⅰ～可靠系数，一般取0.8～0.85。距离I段的整定只能保护本线路全长的80％～85％。距离保护Ⅱ段整定计算：Ⅱ段保护延时动作，为保证选择性，保护区不能伸出相邻线路Ⅰ段保护区，即测量阻抗小于本线路阻抗于相邻线路Ⅰ段动作阻抗之和时动作。引入可靠系数𝐾𝑟𝑒𝑙Ⅱ（一般取0.8），保护P1的Ⅱ段整定阻抗𝑍𝑠𝑒𝑡1Ⅱ为：𝑍𝑠𝑒𝑡1Ⅱ＝𝐾𝑟𝑒𝑙Ⅱ(𝑍𝑀𝑁+𝐾𝑟𝑒𝑙Ⅰ𝑍𝑁𝑃)式中𝑍𝑠𝑒𝑡1Ⅱ～保护P1的Ⅱ段整定阻抗;𝐾𝑟𝑒𝑙Ⅱ～可靠系数，一般取0.8；𝑍𝑁𝑃～相邻线路的Ⅰ段整定阻抗；保护动作时间整定：𝑡1Ⅱ=𝑡2Ⅰ+∆𝑡灵敏度校验：距离保护Ⅱ段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。由于是反映于数值的下降而动作，其灵敏系电力系统继电保护原理110kV输电线路继电保护设计7数定义为𝐾𝑠𝑒𝑛Ⅱ=保护装置的动作阻抗保护范围内发生的金属性+短路时故障阻抗的计算值距离保护Ⅲ段整定计算：Ⅲ段除了作为本线路的近后备保护外，还要作为相邻线路的远后备保护。所以除了在本线故障有足够的灵敏度外，相邻线路故障也要有足够的灵敏度，其测量阻抗小于负荷阻抗时起动，故动作阻抗小于最小的负荷阻抗。动作时间于电流保护Ⅲ段时间有相同的配置原则，即大于相邻线路最长的时间。2.1.2阶段式零序电流保护阶段式零序电流保护分为三段式：零序电流I段为瞬时零序电流速断，只保护线路的一部分；零序电流II段为限时零序电流速断，可保护本线路全长，并与相邻线路零序电流速断保护相配合，带有0.5s延时，它与零序电流I段共同构成本线路接地故障的主保护；零序电流III段为零序过电流保护，动作时限按阶梯原则整定，它作为本线路和相邻线路的单相接地故障的后备保护。①零序电流I段保护（零序电流速断保护）为保证选择性，𝐼𝑠𝑒𝑡Ⅰ应大于本线路末端单相或两相接地短路时流过保护安装处的最大的3𝐼0.𝑚𝑎𝑥，即𝐼𝑠𝑒𝑡Ⅰ=𝐾𝑟𝑒𝑙Ⅰ∙3𝐼0.𝑚𝑎𝑥式子中𝐾𝑟𝑒𝑙Ⅰ～可靠系数，取1.2～1.3.𝐼