（完整版）110kV变电站输电线路的继电保护设计毕业设计 - 图文

毕业设计（论文）

题 目： 平湖六店110kV变电站输电线路的继电保护设计

系 （部）： 电气工程系 专业班级： 电力10-2 姓 名： 黄婷 指导教师： 张国琴

2013年 5 月 19 日

摘 要

继电保护可以保证电力系统正常运行，当系统中的电气设备发生短路故障时，能自动，迅速，有选择的将故障元件从系统中切除，以免故障元件继续遭到破坏，保证其他无故障部分正常运行；有能在排除故障的同时，也保证了人们生命财产安全。本次毕业设计以平湖六店110KV变电站的输电线路和电气接线方式作为主要原始数据，本设计围绕110KV变电站的输电线路进行的继电保护设计，根据平湖六店原始资料所提供的变电站一次系统图，重点介绍线路的无时限电流速断保护和定时限过流保护保护的作用原理，保护的范围，动作时限的特性，整定原则等，又相对平湖六店的输电线路进行了短路计算及其速断保护和定时限过电流保护的整定计算，灵敏度校验和动作时间整定，通过计算和比较从而确定了输电线路保护的选型。相辅也介绍了输电线路的其他几种保护，如接地保护，距离保护，纵差保护和高频保护，简单介绍了这几种保护的工作原理组成部件，整定计算，影响因素等方面。通过对输电线路继电保护的设计使得输电线路在电网中能更加安全的运行。

关键词：继电保护；短路计算；整定计算

Abstract

Can ensure the normal operation of power system relay protection, short circuit fault occurs when the electrical equipment in the system, can automatically, rapidly and selectively to fault components removed from the system, so as to avoid fault components continue to damage, ensure the normal operation of other trouble-free part; Can design in pinghu six stores 110 kv substation of power lines and electrical connection mode as the main raw data, the design around the transmission lines of 110 kv substation relay protection design, according to pinghu six stores the original data provided by the substation system diagram at a time, focus on line without time limit current instantaneous fault protection and protection principle of fixed time limit over current protection, the scope of the protection action time limit characteristics, principle, etc., and relative pinghu six shop transmission lines for the calculation of short circuit and quick break protection and fixed time limit over current

protection setting calculation, the sensitivity setting, check and action time through calculation and comparison to determine the selection of power transmission line protection. Hand also introduced several of the transmission line protection, such as grounding protection, distance protection, longitudinal differential protection and , introduced the working principle of several kinds of protection components, setting calculation, the influence factors and so on. Through the design makes the transmission line relay protection of transmission lines in power grid can run more secure. Key words: relay protection; Short circuit calculation; Setting calculation

目录

引言 ....................................................................

第1章 继电保护基础 ......................................................

1.1 继电保护的基本原理和保护装置的组成 ................ 错误！未定义书

1.2 继电保护的基本要求 ................................ 错误！未定义书

第2章 参数设定及阻抗计算 ................................. 错误！未定义书

2.1 参数设定 ......................................... 错误！未定义书

2.2 阻抗归算 ......................................... 错误！未定义书

第3章 线路的继电保护 ..................................... 错误！未定义书

3.1 线路的整定 ........................................ 错误！未定义书

3.1.1 短路电流计算 ................................. 错误！未定义书

3.1.2 整定计算 ..................................... 错误！未定义书

3.1.3 定时限过电流保护 ............................. 错误！未定义书

3.1.4 灵敏度校验 ................................... 错误！未定义书

3.1.5 保护动作时间整定 ............................. 错误！未定义书

3.2线路的电流保护 .................................... 错误！未定义书

3.3线路的接地保护 .................................... 错误！未定义书

3.4线路的距离保护 .................................... 错误！未定义书

3.5线路的纵联差动保护 ................................ 错误！未定义书

3.6线路的高频保护 .................................... 错误！未定义书

第4章 线路保护的选型 ..................................... 错误！未定义书

4.1 线路保护的选型 ................................... 错误！未定义书

参考文献 ................................................. 错误！未定义书

附录1 .................................................... 错误！未定义书

引言

电力系统的规模随着经济的发展越来越大，结构越来越复杂。运行就得要求安全可靠电能质量高、经济性好。由于自然条件、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。

故障或不正常运行状态若不及时正确处理，都可能引发事故。事故是指对用户少送电或停止送电，电能质量降低到不能允许的程度，造成人身伤亡及电气设备损坏等。为了及时正确处理故障和不正常运行状态，避免

事故发生，就产生了继电保护，它是一种重要的反事故措施。继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。继电保护装置是完成继电保护功能的核心，它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

电力在现代社会各方面起着重大的作用，没有电力的支持，社会生活和生产根本就无法正常进行。基于电力在现代社会中的重要性，对电力的维护就显得格外重要。而对电力维护起重要作用的继电保护，则是电力系统能否正常工作的关键。继电设施的正常运转，技术运用与发展对电力系统的运行影响重大。如何确保继电保护设施和技术的可靠性和有效性，是电力系统应该着重关注的，也是社会各界所关注的问题。而继电保护对电力系统的维护有重大的意义。

一、继电保护可以保障电力系统的安全、正常运转。因为当电力系统中某个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出来，避免了故障元件继续遭到破坏，使非故障元件能迅速地恢复到正常运行状态；当电力系统中的电气元件出现不正常运行时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或者跳闸。

二、继电保护的顺利开展在消除电力故障的同时，对社会生活秩序的正常化，经济生产的正常化做出了巨大的贡献。不仅确保了社会生活、经济的正常运转，还一定程度上保证了社会的稳定，人们生命财产的安全。前几年，北美大规模停电断电事故，造成了很大的经济损失，引起了社会的动荡，严重的威胁到了人们生命财产的安全。可见，电力系统的安全，不仅仅是照明失效的问题，更是社会安定、人们生命安全的问题。所以继电保护的有效性,就给社会各方面带来了重大的影响。

第1章 继电保护基础

1.1 继电保护装置的基本原理和保护装置的组成

1.1.1反应系统正常运行与故障时电器元件（设备）一端所测基本参数的变化而构成的原理（单端测量原理，也称阶段式原理）

运行参数：I、U、Z∠φ 反应 I↑→过电流保护 反应 U↓→低电压保护

反应 Z↓→低阻抗保护(距离保护)

1.1.2 反应电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端所测电流相位和功率方向的差别而构成的原理（双端测量原理，也称差动式原理）

以A-B线路为例：

规定电流正方向：电流从母线流向线路 规定电压正方向：母线指向线路

利用以上差别，可构成差动原理保护。 如：纵联差动保护； 方向高频保护； 相差高频保护等。 1.1.3保护装置的组成部分

┌──┐ ┌──┐ ┌──┐

被测─→│测量│─→│逻辑│─→│执行│─→跳闸或信号

物理量 └──┘ └──┘ └──┘ ↑ └ 整定值

1.2 继电保护的基本要求

对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般要满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这些要求是相辅相成、相互制约的，需要根据具体的使用环境进行协调保证。

（1）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，以尽量缩小停电范围的一种性能。

在上图的网络中，当d1短路时，应该由距故障点最近的保护1、2动作，跳开1QF、2QF，这样即切除了故障线路，又使停电范围最小，因此我们说此时保护1、2动作是有选择性的动作，也就是满足了选择性的要求。 同理当d2短路时，保护5、6动作跳开5QF、6QF，是有选择性的动作。若当d3短路时，6QF拒动，保护5动作跳开5 QF将故障切除，那么此时停电范围扩大了。但是如果保护5不动作跳闸，那么故障线路就无法切除，因此，此时保护5的动作也是有选择性动作，只不过是保护5做了保护6的远后备保护而已（远后备保护是指当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护）。若保护6和6QF正确动作于跳闸同时，保护5也动作跳开5QF，则保护5的动作就是非选择性动作，

我们习惯称为越级跳闸。

（2）速动性：是指保护快速切除故障的性能，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。

(快速保护：几个工频周期，微机保护：30ms以下)

故障切除总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般快速保护的动作时间为0.06-0.12s，最快的可达0.01-0.04s；一般断路器动作时间为0.06-0.15s，最快的有0.02-0.06s。

当系统发生故障时，快速切除故障可以提高系统并列运行的稳定性、减少用户在低电压下的工作时间、减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。

目前常用的无时限整套保护的动作时间表

带方向或不带方向的电流电压速断保护装置 各型距离保护装置 高频保护装置 线路横差或纵差保护装置 元件纵差保护装置 0.06-0.1s 0.1-1.25s 0.04-0.15s 0.06-0.1s 0.06-0.1s （3）灵敏性：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，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。

通常，灵敏性用灵敏系数来衡量。任何继电保护装置对规定的保护区间内短路故障，都必须具有一定的灵敏度，以保证在考虑了短路电流计算、保护动作值整定实验等误差后，在最不利于保护动作的条件下仍能可靠动作。

在计算保护的灵敏系数时，可按如下原则考虑：

1）在可能的运行方式下，选择最不利于保护动作的运行方式；

2）在所保护的短路类型中，选择最不利于保护动作的短路类型； 3）在保护区内选择最不利于保护动作的那点作为灵敏度校验点。 （4）可靠性是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。

简单说就是该动则动，不该动则不动。

影响保护动作的可靠性有内在的和外在的因素，内在的因素主要是装置本身的质量，如：保护原理是否成熟、所用元件好坏、结构设计是否合理、制造工艺水平、内在接线情况，触点多少等。外在的因素主要是体现在运行维护水平、调试和安装是否正确上。

以上讲述了对继电保护四项基本要求的含义。但是从一个保护设计与运行的角度上看，很难同时很好的满足这四项基本要求。因此在实际中，对一套继电保护的设计和评定往往是结合具体实际的情况，协调处理各个性能之间的关系，取得合理统一，达到保证电力系统安全运行的目的。

第2章 参数设定及阻抗计算

平湖六店原始资料，本期工程安装两台主变，户外布置在所区北侧，为钱江电气公司的产品，铜芯三相油浸自冷有载调压双绕组变压器。主要技术参数：型百分比Uk%=12%。#1主变110kV侧中性点安装GW13-72.5W630A型隔离开关和HY1.5W-72186W型避雷器；20kV侧采用宁波耐吉公司的ASN2-24型中置式开关柜，配置VN2-24型真空断路器。

2.1 参数设定

根据上述原始资料，110kV，20kV，10kV及变压器的参数，取得：

平均电压Uav110?115kV,Uav20?21kv,UAV10?10.5kV,基准功率 变压器额定功率?

2.2 阻抗归算

线路阻抗标幺值，

Ub2SbUb2Ub2线路阻抗有名值xl?x?x0l2??x0l2，

SbuavSbuav?l其中，，即线路阻抗都为归算至侧的值。 1)．20kV侧

有名值（） L101 197.56 L201 175.36 L104 131.52 L204 186.32 2)．110kV侧

基准阻抗，阻抗标幺值，其中为阻抗有名值。

L11 L12 XT-1 大方式 标幺值 0.1270 0.1815 0.0627 小方式 0.0418 0.0949 0.0488 0.0335 0.0696 零序 XT-2 大方式 小方式 零序 （1）110kV侧最大、最小阻抗标幺值

Xmax?(XL11?XXT?1.max)//(XL12?XXT?2.max)?0.0946 Xmin?(XL11?XXT?1.min)//(XL12?XXT?2.min)?0.1040

（2）110kV侧最大、最小阻抗有名值

XXT.min?(5.53?42?0.4)//(4.43?60?0.4)?12.5067? XXT.max?(8.29?42?0.4)//(6.46?60?0.4)?13.7577?

4)．主变

（1）归算到110kV侧的变压器阻抗标幺值

Uk=12%

变压器阻抗标幺值:

uk%UT(N)Sbuk%Su0xT????2??b?k?(取UT(N)?Ub)

100ST(N)Ub100ST(N)100402（2）归算到110kV侧的变压器阻抗有名值

2uk%uNxT???103(?),uN?110kV,SN?80000kVA

100SN121102??103?18.15? xT?10080000第3章 线路的继电保护

3.1 线路的整定（各线路详见附录图）

3.1.1 短路电流计算 线路末端最大三相短路电流：

)Ik(3.max?EsEs?

Xs.min?X1lXXT.min?XT?XL)Ik(.2min?EsEs33 ???2Xs.max?X1l2XXT.max?XT?XL20kV侧 1）L101线路

末端最大三相短路电流

3)Ik(101.max?Es

XXT.min?XT?XL101?115?0.2879kA

3?(12.5067?18.15?197.56)

2)Ik(101.min?Es3 ?2XXT.max?XT?XL101?2）L201线路

3115??601.8A 23?(13.7577?18.15?63.6377)末端最大三相短路电流：

)Ik(3201.max?Es

XXT.min?XT?XL201?115?0.3190kA

3?(12.5067?18.15?175.36))Ik(2201.min?Es3 ?2XXT.max?XT?XL201?3）L104线路

3115??277.42A 23?(13.7577?18.15?175.36)末端最大三相短路电流：

3)Ik(104.max?Es

XXT.min?XT?XL104?115?0.4052kA

3?(12.5067?18.15?131.52)2)Ik(104.min?Es3 ?2XXT.max?XT?XL104?4）L204线路

3115??351.84A 23?(13.7577?18.15?131.52)末端最大三相短路电流：

)Ik(3204.max?Es

XXT.min?XT?XL204?115?0.3029kA

3?(12.5067?18.15?186.32))Ik(2204.min?Es3 ?2XXT.max?XT?XL204?3115??263.49A 23?(13.7577?18.15?186.32)3.1.2 整定计算 保护的Ⅰ段定值为

lmin?1?3Es?1?3Es?????Ⅰ?Xs.max??Ⅰ?(XXT.max?XT)? ????X1?2Iop?X1?2Iop?1?0.4Ub22Uav20kV侧

?3Es????(XXT.max?XT)? ?2IⅠ?op??Ub?110kV,Uav?21kV?1?0.0911 20.4Ub2Uav1）L101线路 保护的Ⅰ段定值为

(3)(3)IⅠkA op.101?KrelIk101.max?1.25Ik101.max?1.25?0.2879? 0.3599?1?3115/3?lmin.101??Ⅰ?Xs.max?

??X1?2Iop.101??3115/3????(13.7577?18.15)? ?0.0911????11.65km 20.3599??

lmin.101/l101?11.65/18?64.7%?20%，满足要求。

2）L201线路 保护的Ⅰ段定值为

(3)(3)IⅠ?KI?1.25Iop.201relk201.maxk201.max?1.25?0.3190?0.3988kA

?1?3115/3?lmin.201??Ⅰ?Xs.max?

??X1?2Iop.201??3115/3???0.0911????(13.7577?18.15)???10.23km 20.3988??lmin.201/l201?10.23/16?63.9%?20%，满足要求。

3）L104线路 保护的Ⅰ段定值为

(3)(3)IⅠkA op.104?KrelIk104.max?1.25Ik104.max?1.25?0.4052? 0.5065?1?3115/3?lmin.104??Ⅰ?Xs.max?

??X1?2Iop.104??3115/3??? 7.44km ?0.0911????(13.7577?18.15)?20.5065 ???lmin.104/l104?7.44/12?62.0%?20%，满足要求。

4）L204线路 保护的Ⅰ段定值为

(3)(3)IⅠkA op.204?KrelIk204.max?1.25Ik204.max?1.25?0.3029?0.3786?1?3115/3?lmin.204??Ⅰ?Xs.max?

??X1?2Iop.204?

?3115/3???0.0911????(13.7577?18.15)??? 10.93km 20.3786 ??lmin.204/l204?10.93/17?64.3%?20%，满足要求。

3.1.3 定时限过电流保护 IL.ma?xSmax3?0.9?5Es??c?osSmax（归算到侧电流，功

?3?0.9?51100.9率因数， 0.95系数是考虑电压降低5%时，输送最大功率）

Iop?KrelKss1.2?1.3IL.max?IL.max Kre0.8520kV侧 1）L101线路

IL.101.max?Smax1013.15?1000??19.14?

Es?0.9?0.95?3110?0.9?0.95?3Krel?Kss1.2?1.3?19.14?IL.101.max??35.13? Kre0.85IIIIop.101?2）L201线路

IL.201.max?Smax2014?1000??24.30?

Es?0.9?0.95?3110?0.9?0.95?3Krel?Kss1.2?1.3?24.30?IL.201.max??44.60? Kre0.85IIIIop.201?3）L104线路

IL.104.max?Smax1048?1000??48.60?

Es?0.9?0.95?3110?0.9?0.95?3Krel?Kss1.2?1.3?48.60?IL.104.max??89.20? Kre0.85IIIIop.104?

4）L204线路

IL.204.max?Smax2044?1000??24.30?

Es?0.9?0.95?3110?0.9?0.95?3Krel?Kss1.2?1.3?24.30?IL.204.max??44.60? Kre0.85IIIIop.204?3.1.4 灵敏度校验

作本线路后备保护时，按本线路末端最小两相短路电流校验。 20kV侧 1）L101线路

(2)IK601.8101.minKsen.101?.III??17.13?1.5，灵敏度满足要求。

Iop.10135.132）L201线路

(2)IK277.42201.minKsen.201?.III??6.22?1.5，灵敏度满足要求。

Iop.10144.603）L104线路

Ksen.1044）L204线路

(2)IK351.84104.min?.III??3.94?1.5，灵敏度满足要求。 Iop.10189.20Ksen.204(2)IK263.49204.min?.III??5.91?1.5，灵敏度满足要求。 Iop.10144.603.1.5 保护动作时间整定

保护的时限按阶梯原则，比相邻元件后备保护最大动作时间大一个时间级差。

3.2线路的电流保护

电力系统正常运行时，输电线路上流过负荷电流，额定情况下，母线电压为额定电压。当输电线路发生相间短路时，各电源至短路点之间的回路上流过短路电流，故障相母线电压降低为残余电压。利用这一特征反应故障的发生，可构成电流电压保护。过电流保护就是在线路电流达到电流整定值时电流继电器动作；低电压保护就是在母线电压低于电压整定值时低电压继电器动作。常见的线路相间短路保护电流电压保护有无时限电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护。

单侧电源辐射形电网中，如图3.2所示。A、B、C都装设有电流保护，在线路L1上任意一点发生的短路故障，A保护1可靠动作，并跳开断路器1QF，切除故障。同理，对于线路L2和L3上的短路故障，B、C保护2、3分别起动并跳开2QF、3QF。 3.2.1无时限电流速断保护

无时限电流速断保护根据对继电保护速动性的要求，在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上力求装设快速动作的保护，其动作不带时限，仅有保护装置固有动作时间。

以图3.2中线路AB的保护1为例，为保证选择性，在相邻线路BC出口短路时，保护1无时限电流速断保护不应该起动，为此其动作电流应躲过线路末端B点的最大短路电流，因此无时限电流速断保护的动作电流按躲过下一线路首端（或本线路末端）短路故障时流过本保护的短路电流来整定，即：

图3.2电流保护原理与特性图

（3-1）

式中 ——无时限电流速断保护的动作电流； ——可靠系数，取1.2～1.3；

——最大运行方式下，被保护线路末端发生金属性三相短路时，流

过保护装置的最大短路电流；

从图3.2中可以看出，无时限电流速断不能保护线路全长，只能保护线路首段的一部分。最大运行方式发生三相短路时，保护区长度为Lmax；最小运行方式下发生两相短路时，保护区长度为Lmin，保护范围因系统运行方式和故障形式而改变。无时限电流速断保护的选择性是靠动作电流来保证的，灵敏性是用其最小保护范围来衡量的，一般要求最大保护范围达线路全长的50%，最小保护范围达线路全长的15%～20%。

电流速断保护的单向原理接线如图3.3所示，电流继电器KA接于电流互感器TA的二次侧，它动作后起动中间继电器KM（中间继电器的作用，一方面是利用中间继电器的动合触点代替电流继电器小容量触点，接通线圈；另一方面是利用带有0.06-0.08s延时的中间继电器，以增大保护的固有动作时间，躲过管型避雷器放电引起保护误动作），其触电闭合后，使操作电源经信号继电器KS接通继电器的跳闸线圈YR，使断路器QF跳闸。

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