110kV区域电网的继电保护设计要点

1、110kV区域电网的继电保护设计报 告 书姓名：学号：学院：班级：110kV区域电网的继电保护设计1系统运行方式及元件保护配置1.1系统运行方式制定电力系统中，为使系统安全、经济、合理运行，或者满足检修工作的要求，需要经常变更系统的运行方式，由此相应地引起了系统参数的变化。在设计变、配电站选择开关电器和确定继电保护装置整定值时，往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路电流值来计算和校验所选用电器的稳定度和继电保护装置的灵敏度。 最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定

2、性。 最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。综合上述：根据功率平衡情况和题目图，G1、G2、G3全部投入为最大运行方式；G1、G2投入（G3停运）为最小运行方式。1.2变压器中性点接地运行方式确定110kV 电网变压器中性点接地运行方式应尽量保持变电所零序阻抗基本不变，遇到使变电所零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时应根据运行规程规定或根据当时的实际情况临时处理。根据国家3110KV 电网继电保护装置运行整定规程4.1.3.4条：a.发电厂只有一台主变压器，则变压器中

3、性点宜直接接地运行，当变压器检修时，按特殊情况处理。 b.发电厂有接于母线的两台主变压器，则宜保持一台变压器中性点直接接地运行。如由于某些原因，正常运行时必须两台变压器中性点均直接接地运行，则当一台主变压器检修时，按特殊情况处理。 c.发电厂有接于母线的三台及以上主变压器，则宜两台变压器中性点直接接地运行，并把它们分别接于不同的母线上，当不能保持不同母线上各有一个接地点时，按特殊情况处理。 视具体情况，正常运行时也可以一台变压器中性点直接接地运行，当变压器全部检修时，按特殊情况处理。 d.变电所变压器中性点的接地方式应尽量保持地区电网零序阻抗基本不变，同时变压器中性点直接接地点也不宜过分集中，

4、以防止事故时直接接地的变压器跳闸后引起其余变压器零序过电压保护动作跳闸。 e.自耦变压器和绝缘有要求的变压器中性点必须直接接地运行，无地区电源的单回线供电的终端变压器中性点不宜直接接地运行。 f.当某一短线路检修停运时，为改善保护配合关系，如有可能，可以用增加中性点接地变压器台数的办法来抵消线路停运时对零序电流分配的影响。由上分析可知：选取T1、T2、T4、T5接地，而T3、T6不接地。1.3发电机保护配置发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身也是十分贵重的电气设备，因此，应该针对各种不同的故障和不正常工作状态，装设性能完善的继电保护装置。1、对 3

5、00MW 及以上汽轮发电机变压器组，应装设双重快速保护，即装设发电机纵联差动保护、变压器纵联差动保护和发电机变压器组共用纵联差动保护; 当发电机与变压器之间有断路器时，应装设双重发电机纵联差动保护； 2、1MW 以上的发电机，应装纵联差动保护； 3、对发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单 100MW 及以下发电机，独的纵联差动保护; 当发电机与变压器之间没有断路器时，可装设发电机变压器组共用纵联差动保护，100MW 及以上发电机，除发电机变压器组共用纵联差动保护外， 发电机还应装设单独的纵联差动保护，200300MW 对的发电机变压器组可在变压器上增设单独的纵联差动保护

6、，即采用双重快速保护； 4、对于采用发电机变压器组单元接线的发电机，容量在对 100MW 以下的，应装设保护区小于 90%的定子接地保护; 容量在 100MW 以上的，应装设保护区为 100%的定子接地保护；5、1MW 以上的水轮发电机，应装设一点接地保护装置； 6、与母线直接连接的发电机，当单相接地故障电流大于允许值时，应装设有选择性的接地保护装置； 7、转子内冷汽轮发电机和 100MW 及以上的汽轮发电机，应装设励磁回路一点接地保护装置，每台发电机装设一套;并可装设两点接地保护装置，每台发电机装设一套，对旋转整流励磁的发电机，应装设一点接地故障定期检测装置； 8、100MW 以下，不允许失

7、磁运行的发电机，当采用半导体励磁系统时，宜装设专用的失磁保护； 9、100MW 以下的汽轮发电机，对一点接地故障，可采用定期检测装置。对两点接地故障，应装设两点接地保护装置； 10、100MW 以下但失磁对电力系统有重大影响的发电机及 100MW 及以上 的发电机应装设专用的失磁保护。对 600MW 的发电机可装设双重化的失磁保护。11、对于由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50MW及以上的发电机上装设负序过电流保护。本题目中的G1、G2、G3发电机额定容量分别为50MW、50MW 、70MW，均小于100MW，因此要装设的保护有：纵联差动保护（与发电机变压器共用）、匝间短

8、路保护、定子接地保护G3可多装设一组负序过电流保护。1.4变压器保护配置电力变压器运行的可靠性很高。由于变压器发生故障时造成的影响很大，因此应加强其继电保护装置的功能，以提高电力系统安全运行，按技术规程的规定电力变压器继电保护装置的配置原则一般为：(1)针对变压器内部的各种短路及油面下降应装设瓦斯保护，其中轻瓦斯瞬时动作于信号，重瓦斯瞬时动作于断开各侧断路器;(2)应装设反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护作为主保护，瞬时动作于断开各侧断路器;(3)对由外部相间短路引起的变压器过电流，根据变压器容量和运行情况的不同以及对变压器灵敏度的要求不同，可采用过电流

9、保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流和单相式低电压起动的过电流保护或阻抗保护作为后备保护， 带时限动作于跳闸;(4)对 110kV 及以上中性点直接接地的电力网，应根据变压器中性点接地运行的具体情况和变压器的绝缘情况装设零序电流保护和零序电压保护，带时限动作于跳闸;(5)为防御长时间的过负荷对设备的损坏，因根据可能的过负荷情况装设过负荷保护，带时限动作于信号;(6)对变压器温度升高和冷却系统的故障，应按变压器标准的规定，装设作用于信号或动作于跳闸的装置。由此可得：本次设计的变压器主保护为：瓦斯保护、纵联差动保护；后备保护为：复合电压启动的过电流保护、零序电流电压保护、过负荷保护。1.5线路

10、保护配置在110-220kV中性点直接接地电网中，线路的保护以以下原则配置：（1）对于相间短路，单侧电源单回线路，可装设三相多段式电流电压保护作为相间短路保护。如不满足灵敏度要求，应装设多段式距离保护。双电源单回线路，可装设多段式距离保护，如不能满足灵敏度和速动性的要求时，则应加装高频保护作为主保护，把多段式距离保护作为后备保护。（2）对于接地短路，可装设带方向性或不带方向性的多段式零序电流保护，在终端线路，保护段数可适当减少。对环网或电网中某些短线路，宜采用多段式接地距离保护，有利于提高保护的选择性及缩短切除故障时间。（3）对于平行线路的相间短路，一般可装设横差动电流方向保护或电流平衡保护作

11、主保护。当灵敏度或速动性不能满足要求时，应在每一回线路上装设高频保护作为主保护。装设带方向或不带方向元件的多段式电流保护或距离保护作为后备保护，并作为单回线运行的主保护和后备保护。（4）对于平行线路的接地短路，一般可装设零序电流横差动保护作为主保护；装设接于每一回线路的带方向或不带方向元件的多段式零序电流保护作为后备保护。（5）对于电缆线路或电缆与架空线路混合的线路，应装设过负荷保护。过负荷保护一般动作于信号，必要时可动作于跳闸。根据以上原则，本系统中采用相间距离保护作为反映相间短路的保护装置；反映接地短路的保护装置采用接地距离保护并辅之以阶段式（四段式）零序电流保护。系统元件保护配置表保护对

12、象主保护后备保护发电机纵联差动保护、匝间短路保护定子接地保护变压器瓦斯保护、纵联差动保护复合电压启动的过电流保护、零序电流电压保护、过负荷保护输电线路相间距离保护零序电流保护2系统中各元件的主要参数的计算2.1基准值选择基准功率：基准电压：（取各母线平均电压，例如110kV为115 kV；35 kV为37 kV ；10 kV为10.5 kV）取115 kV时。基准电流：基准电抗：2.2电网各个元件参数计算及负荷电流计算2.2.1发电机等值电抗计算发电机的电抗标幺值计算公式：式中： 发电机次暂态电抗 基准容量100MVA 发电机额定容量MVA对发电机G1、G2进行计算：已知：，对发电机G3进行计

13、算：已知：，2.2.2变压器等值电抗计算变压器电抗标幺值计算公式： 式中： 变压器短路电压百分值 基准容量100MVA 变压器额定容量MVA(1)对T1,T2进行计算：已知： ，则(2) 对T3进行计算：已知： ，则(3) 对T4进行计算：已知： ，则 (4) 对T5、T6进行计算：已知： ，则变压器零序阻抗是0.8倍的正序阻抗2.2.3输电线路等值电抗计算设计中线路只计算电感参数，线路正序阻抗为0.4W/km，单回线零序阻抗为1.2W/km，双回线零序阻抗为1.4W/km。正序阻抗 零序阻抗 线路阻抗标幺值的计算：正序阻抗 零序阻抗 式中： 每公里线路正序阻抗值 / km 每公里线路零序阻抗

14、值 /km 线路长度 km 基准电压115kV 基准容量100MVA(1)线路MN正序阻抗：负序阻抗：(2)线路NP正序阻抗：负序阻抗：电力系统设备参数表正序阻抗零序阻抗标幺值有名值标幺值有名值系统0.4559.51250.3140.99750.2533.06250.113.2250发电机G10.250033.0625发电机G20.250033.0625发电机G30.190025.5054变压器T10.175023.14380.140018.5150变压器T20.175023.14380.140018.5150变压器T30.154820.46730.123816.3726变压器T40.5400

15、71.41500.432057.1320变压器T50.333344.08330.266735.2711变压器T60.333344.08330.266735.2711线路MN0.181524.00000.635284.0000线路NP0.121016.00000.362948.00003互感器的选择3.1电流互感器的选择3.1.1CT（电流互感器）变比的选择原则1）型式：电流互感器的型式应根据环境条件和产品情况选择。对于6-20kv屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35kv及以上配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。2）一次回路电压 为电流互感器

16、安装处的一次回路最大工作电压；为电流互感器额定电压。3）一次回路电流： 为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流；为电流互感器原边额定电流。4）准确等级：电流互感器的准确等级的确定，须先知电流互感器二次回路所接测量仪表的类型 及对准确等级的要求，并按准确等级要求的表记类来选择。3.1.2选择结果线路MN最大负荷电流电流互感器变比：800/5线路NP最大负荷电流根据以下额定一次电流标准值表1-2可作出选择：额定一次电流标准值表1-2151015203040506075100160（150）200315（300）400500630（600）800（750）10001251600（1500）2000

17、25003150（3000）400050006300（6000）8000（7500）1000012500（12000）16000（15000）2000025000注：表中电流的单位为（A），表中括号内值仅限于老产品或与老产品配套的产品；第5行25000A以上的电流值了取第4行电流值的10倍数。选择变比为： 线路MN: 400 / 5； 线路MP: 600 / 53.2电压互感器的选择3.2.1电压互感器的作用电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例的变换为较低的电压，实现了二次系统与一次系统的隔离，保证了工作人员的安全。电压互感器二次侧电压通常为100V,这样可以做到测量仪表及继电器的小型化和标

18、准化。3.2.2电压互感器的配置原则型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择，在需要检查与监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有三绕组的单相互感器组。一次电压的波动范围：1.1Un>U1>0.9Un二次电压：100V准确等级：电压互感器应在哪一准确度等级下工作，需根据接入的测量仪表.继电器与自动装置及设备对准确等级的要求来确定。二次负荷：S2Sn由设计任务书规定：电压互感器的变比为。4短路电流计算4.1电路图D1变电所1发电厂A变电所2D2D3D4D5D6123456电网等效电路图零序网络图4.2各短路点的短路计算D1点短路流经保护1的短路计算：D1点短路等值网络

19、图D1发电厂A1最大运行方式的短路：三台几组投入运行，三相短路。 =0.1315最小运行方式的短路：G3机组停机，两相短路。零序电流：D1点短路零序电流等值网络图零序阻抗单相接地短路时最大零序电流：两相接地短路时最大零序电流：D2点短路流经保护2的短路计算：D2点短路等值网络图发电厂AD22最大运行方式的短路：三台几组投入运行，三相短路。 =0.1315最小运行方式的短路：G3机组停机，两相短路。零序电流：D2点短路零序电流等值网络图零序阻抗单相接地短路时最大零序电流：两相接地短路时最大零序电流：D6点短路流经保护2的短路计算：D6点短路等值网络图发电厂AD66最大运行方式的短路：三台几组投入

20、运行，三相短路。 =0.1315+0.09075=0.22225最小运行方式的短路：G3机组停机，两相短路。零序电流：D6点短路零序电流等值网络图零序阻抗单相接地短路时最大零序电流：两相接地短路时最大零序电流：短路电流计算表短路点最大运行方式（kA）（kA）（kA）D10.13150.03764.00841.75352.5501D20.22230.02052.37171.13362.0029D30.13150.03764.00841.75352.5501D40.22230.02052.37171.13362.0029D50.22230.02052.37171.13362.0029D60.343

21、30.15741.53560.62460.8010短路点最小运行方式（kA）D10.21252.1482D20.30331.5053D30.21252.1482D40.30331.5053D50.30331.5053D60.42431.0760 5继电保护整定计算5.1输电线路相间距离保护5.1.1线路MN距离保护（1）相间距离I段。保护1相间距离保护整定阻抗为式中 线路MN的正序阻抗； 可靠系数，取0.85。相间距离保护时间定值按整定。（2）相间距离II段。保护1相间距离保护整定阻抗，按与相邻线路相间距离保护I段配合整定，并考虑分支系数对测量阻抗的影响，即式中 线路NP的正序阻抗； 可靠系数

22、，取0.80。按躲开线路末端变压器低压母线上的短路故障整定，即式中 线路NP的正序阻抗； 可靠系数，取0.70； 线路末端变压器阻抗。其中选取校验灵敏度为1.25满足要求。相间距离保护时间定值，即（3）相间距离III段。保护1相间距离保护整定阻抗，按躲过线路最小负荷阻抗整定，即式中，和，。校验灵敏度为近后备：1.5满足要求。远后备：1.2不满足要求。相间距离保护时间定值，即5.1.2线路NP距离保护（1）相间距离I段。保护1相间距离保护整定阻抗为式中 线路NP的正序阻抗； 可靠系数，取0.85。相间距离保护时间定值按整定。（2）相间距离II段。保护1相间距离保护整定阻抗，按躲开线路末端变压器低

23、压母线上的短路故障整定，即式中 可靠系数，取0.70； 线路末端变压器阻抗。校验灵敏度为1.25满足要求。相间距离保护时间定值，即（3）相间距离III段。保护5相间距离保护整定阻抗，按躲过线路最小负荷阻抗整定，即式中，和，。校验灵敏度为近后备：1.5满足要求。远后备：1.2满足要求。相间距离保护时间定值，即距离保护整定表保护名称距离段距离段距离段定值时限定值时限灵敏度定值时限近后备远后备MN120.4000040.82730.5满足85.51791.5满足不满足MN220.4000040.82730.5满足85.51791.5满足不满足NP13.6000041.87010.5满足113.271

24、91.5满足满足定值单位为：，时限单位为：s。5.2输电线路零序保护5.2.1线路MN零序电流保护（1）零序过电流I段。零序过流整定值按躲开本线路末端接地短路的最大短路电流整定，即式中 线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流； 可靠系数，可取1.251.3.保护时间定值，即（2）零序过电流II段。零序过流整定值按与相邻NP线路的零序电流保护I段配合整定，即（取系统最大运行方式下的分支系数）式中相邻NP线路的零序电流保护I段整定值；可靠系数，可取1.151.2。校验灵敏度为1.5满足要求。保护时间定值，即（3）零序过电流III段。零序过流整定值，在一般情况下是作为后备保护使用，但在中性点直接接

25、地系统中的终端线路上，它也可以作为主保护使用。原则上是按照躲开在下级线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流来整定，即式中 相邻线路NP的出口三相最大短路电流整定；非周期分量系数，可取12；同性系数，同型号取0.5，否则取1；电流互感器误差，取0.1。校验灵敏度为近后备：按被保护线路末端短路时，流过保护的最零序电流校验。1.5满足要求。远后备：按相邻线路末端短路时，流过保护的最零序电流校验1.2满足要求。保护时间定值，即5.2.2线路NP零序电流保护（1）零序过电流I段。零序过流整定值按躲开本线路末端接地短路的最大短路电流整定，即式中 线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流； 可靠系数，可

26、取1.251.3.保护时间定值，即（2）零序过电流III段。1.5满足要求。保护时间定值，即零序电流保护整定表保护名称零序段零序段零序段定值时限定值时限灵敏度定值时限近后备远后备MN12.503600.41450.5满足0.13051满足满足MN22.503600.41450.5满足0.13051满足满足NP1.001300.08450.5满足满足定值单位为：KA，时限单位为：s。5.3变压器保护5.3.1变压器主保护变压器瓦斯保护瓦斯继电器气体容积整定范围为：250300，变压器容量在10 MVA以上时，一般整定值为250 ；重瓦斯保护油流速度的整定值为：0.61.5 m/s，一般整定值为

27、1 m/s。瓦斯保护一般不需要进行整定计算。变压器纵差保护本设计以变电所的变压器T4为例。1.微机差动保护定值设定原理采用二次谐波制动以躲过变压器空投时励磁涌流造成保护的误动，装置按三段折线式比率制动特性要求，其动作特性如图。2.计算各侧一、二次额定电流，选择CT变比=（A）=(A)又因为低压侧为三角形接名称各 侧 数 值额定电压(V)110KV10KV额定电流(A)131.2160874.7731CT接线方式YY使用CT变比150/5=301000/5=200各侧额定(A)（二次侧）131.2160/30=4.3739874.7731/200=4.37393.差动速断保护ISD为差动速断电流

28、定值，应按躲过主变空载投入时可能出现的最大励磁涌流整定，一般为23Ie(Ie为变压器高压侧的二次额定电流)。ISD=4.比率差动保护按三段折线实现比率制动差动保护。Icd为差动电流，一般选取0.20.3Ie，并应实测最大负载时差动回路中的不平衡电流。可通过装置菜单查看三相差电流，Icd应大于此电流。Icd=Ir1、Ir2为两拐点对应的制动电流。对于Ir1一般选取等于Ie，或实际整定范围取0.81.2Ie；对于Ir2应大于Ir1，实际整定范围取1.2Ie以上。Ir1=Ir2=K1、K2对应折线斜率1和折线斜率2。K1一般取0.30.7,但应满足K1Icd/Ir1；K2一般大于K1，实际取0.5以

29、上。K1=0.3K2=0.5Kd2为涌流时二次谐波制动比，一般实际整定为0.150.2。Kd2=0.2综上所述，保护动作方程为：>1.3122A， 3.4991A>0.3(1.3122) +1.3122A， 3.4991<6.5609A>0.5(1.52) +2.4931A， >6.5609A5.平衡系数计算各侧电流互感器二次电流平衡补偿由软件完成,低压侧平衡补偿以高压侧二次电流不变为基准，平衡系数计算公式如下：KPL=Ihe/Ile式中： KPL低压侧平衡系数；Ihe、Ile分别为变压器高、低压侧二次额定电流。低压侧=6.差流越限Icl为差流越限电流定值，一般取0.20.5Icd，延时应大于1S以上。5.3.2变压器后备保护变压器T4各主要参数：额定容量：额定电压：变压器一侧额定电流：电流互感器变比：变压器二侧电流互感器变比：变压器一侧TA二次额定电流：复合电压过流保护（1）过流定值，动作电流应按躲过正常运行时变压器的额定电流来整定。即式中 可靠系数，取1.2；返回系数，取0.85；变压器额定电流（TA二次值）。（2）低电压定值，低电压定值