继电保护毕业设计课件

1、110kV电网II继电保护整定计算及变电所UPS设计K继保071 杨胜指导老师 ：宋丽群目录1.绪论2.继电保护及自动装置的配置及选型3.继电保护的设计4.变电所UPS设计5.电力自动化视频目录1.绪论1.1电力系统继电保护的作用1.2继电保护的原理和构成1.3继电保护整定计算的基本任务及步骤1.4继电保护整定计算的研究与发展状况1.5变电站交流不间断点电源系统（UPS）的重要性返回主目录1.1电力系统继电保护的作用电力系统的故障：三相短路K(3)、两相短路K(2) 、单相短路接地K(1)、两相短路接地K(1,1)、断线、变压器绕组匝间短路、复合故障等.不正常运行状态：小接地电流系统的单相接地

2、、过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频率降低等。返回主目录返回章目录1、故障点通过很大的短路电流和所燃起的电 弧，使故障设备烧坏；2、系统中设备，在通过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短使用寿命；3、因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量；破坏系统并列运行的稳定性，产生振荡，甚至使整个系统瓦解。 事故事故:指系统的全部或部分的正常运行遭到破坏，以致造成对用户的停止送电、少送电、电能质量变坏到不能容许的程度，甚至毁坏设备等等。发生故障可能引起的后果返回主目录返回章目录事故事故1.2继电保护的原理和构成 继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变

3、量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。 1、利用基本电气参数的区别。 2、利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差别。 3、对称分量是否出现。 4、反应非电气量的保护。 继电保护的基本原理返回主目录返回章目录利用基本电气参数的区别 发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护： （1）电流保护：反映电流的增大而动作。 （2）低电压保护：反应于电压的降低而动作。 （3）距离保护：反应于短路点到保护安装地之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作。返回主目录返回章目录对称分量是否出现 电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零

4、序分量为零；在发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。 因此，根据这些分量的是否存在可以构成零序保护和负序保护。此种保护装置都具有良好的选择性和灵敏性。返回主目录返回章目录反应非电气量的保护 反应变压器油箱内部故障时所产生的气体而构成瓦斯保护； 反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。返回主目录返回章目录 继电保护装置的组成 继电保护一般由三个部分组成:测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构如下图所示。测量被保护元件工作状态的物理量，并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该起动。根据测量部分各输出量的大小，性质，出现的顺序等，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。根据

5、逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作等。返回主目录返回章目录短路故障时：流过一次设备的电流激增 KA流过的二次电流大于KA动作值KA接点闭合， KT得电KT触点闭合KM线圈得电，其触点闭合QF的YT线圈得电跳闸切除故障。举例说明返回主目录返回章目录1.3继电保护整定计算的基本任务及步骤进行整定计算的步骤大致如下：（1）按继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式，选择短路类型，选择分支系数的计算条件；（2）进行短路故障计算；（3）按同一功能的保护进行整定计算，如按距离保护或按零序电流保护分别进行整定计算，选取出整定值，并做出定值图；（4）对整定结果进行比较，重复

6、修改，选出最佳方案。最后归纳出存在的问题，并提出运行要求；（5）画出定值单，并编写整定方案说明书。返回主目录返回章目录最初熔断器难以实现选择性电压、电流保护环网、多源网方向电流、电压保护受系统运行方式影响，难以满足选择性、灵敏性、速动性距离保护单端测量方式，难以保证快速跳闸差动保护长距离难以实现高频保护返回主目录返回章目录1.5变电站交流不间断点电源系统（UPS）的重要性 UPS是不间断电源（Uninterruptible Power Supply）的英文简称，是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。UPS作为变电站的重要设备，已从最初的提供后备时间单一功能发展到今天的提供后备时

7、间及改善电网质量的双重功能，在保护计算机数据，改善电网质量，防止停电和电网污染对用户造成危害等方面起着很重要的作用。 返回主目录返回章目录UPS的重要性 随着电力系统的飞速发展，各地区对电网安全经济运行都提出了更新更高的要求，这就需要不断完善和提高电力系统的自动化水平。变电站作为电网运行的重要组成部分，自动化水平越来越高，目前大多数220kV及以下变电站已实现无人值班运行。为了使变电站自动化系统中当地监控系统计算机、远动设备、保护故障信息子站、电能计量、火灾报警系统、调度数据网通信及安防等设备能够安全可靠地运行，就需要为上述系统提供稳定、不间断、高质量的电源。变电站交流不间断电源由电力专用交流

8、不间断电源和外围设备（交流输入单元、直流输入单元、监视控制器、数字表计、交流馈线单元等）组成，是变电站自动化系统的关键电源设备，是电网调度自动化系统安全稳定运行的基础。 返回主目录返回章目录2 .继电保护及自动装置的配置及选型线路保护的配置方案及选型变压器保护的配置方案及选型发电机保护的配置方案及选型其他自动装置的配置返回主目录2.1线路保护的配置方案及选型110kV线路保护配置一般装设反应相间故障的距离保护反应接地故障的零序方向电流保护 返回主目录返回章目录距离保护距离保护 ：距离保护是以反映从故障点到保护安装处之间阻抗大小的阻抗继电器为主要元件（测量元件），动作时间具有阶梯特性的相间保护装

9、置。当故障点至保护安装处之间的实际阻抗大于预定值时，表示故障点在保护范围之外，保护不动作；当上述阻抗小于预定值时，表示故障点在保护范围之内，保护动作。当再配以方向元件及时间元件，即组成了具有阶梯特性的距离保护装置。距离保护配置原则: （1）距离保护具有阶梯式特性时，其相邻上、下级保护段之间应在动作时间及保护范围上相互配合；（2）在某些特殊情况下，为了提高保护某段的灵敏度，采用所谓“非选择性动作，再由重合闸加以纠正”的措施；（3）采用重合闸后加速方式，达到保护配合的目的。 返回主目录返回章目录线路保护的选型：1.选型原则：（1）110kV系统线路保护现按远后备原则考虑实施，只配置一套线路微机保护

10、。保护的主要功能为相间距离保护、接地距离保护、零序电流保护和三相一次重合闸；（2）同一变电所宜采用同一制造厂的产品。对于110kV线路，保护和监控两个独立的单元机箱应装设在一面屏上。一面屏上可装设两条线路的保护和监控，以避免不必要的连线、简化回路接线，提高抗干扰能力；（3）地区发电厂至变电所的110kV联络线可根据电网稳定运行或继电保护整定配合需要可装设一套完整的纵联距离保护（有条件时可考虑采用光纤通道）。2.配置方案 110kV系统线路保护可选择如RCS-941（南瑞继保公司）、PSL-621（国电南自公司）等保护。返回主目录返回章目录2.2变压器保护的配置及选型 变压器继电保护装置一般包括

11、：（1）反映内部短路和油面降低的非电量（气体）保护， 又称瓦斯保护；（2）反映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；（3）作为变压器外部相间短路和内部短路的后备保护的过电流保护（或带有复合电压起动的过电流保护或负序电流保护或阻抗保护）；（4）反映中性点直接接地系统中外部接地短路的变压器零序电流保护；（5）反映大型变压器过励磁的变压器过励磁保护及电压保护；（6）反映变压器过负荷的变压器过负荷保护；（7）反应变压器非全相运行的非全相保护等。返回主目录返回章目录变压器保护配置结果：1.变压器保护选型原则 在实际使用中可根据电网实际运行情况，除去非电量（气体）保护必

12、须投跳外，应选择合理、可靠的主保护运行方式。2.配置方案 可选用的变压器组保护有PSL-1201型（国电南自公司）、RCS-978型（南瑞继保公司）等 返回主目录返回章目录1.3发电机保护的配置及选型 发电机保护主要包括：（1）反映相间短路的纵联差动保护；（2）反映定子绕组匝间短路的匝间短路保护；（3）反映定子单相接地短路的定子接地保护；（4）反映发电机外部相间短路的后备保护及过负荷保护；（5）反映励磁回路接地的励磁回路一点和两点接地保护；（6）反映低励磁或失磁的失磁保护；（7）反映电子绕组过电压的过电压保护；（8）反映发电机失步的失步保护；（9）反映逆功率的逆功率保护；（10）反映低频率的低

13、频保护；（11）反映定子铁芯过励磁的过励磁保护保护；返回主目录返回章目录1.4.1备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置就是当工作电源或工作设备因故障被断开以后，能自动而且迅速地将备用电源或备用设置投入工作。构成备用电源自动投入装置的基本要求：（1）应保证在工作电源断开后AAT才可以动作；（2）工作母线上的电压无论因任何原因消失时AAT均应动作；（3）AAT应保证只动作一次；（4）当工作母线和备用母线同时失电、或备用电源消失时，AAT不应动作；（5）AAT的动作时间以尽可能短为原则；（6）备用电源投于故障上时，应使继电保护加速动作；（7）应校验备用电源的过负荷和电动机自起动情况；返回主目录返

14、回章目录1.4.2自动重合闸的的配置1.自动重合闸的作用 ：自动重合闸的采用，是电力系统运行的实际需要。电力系统采用自动重合闸装置有两个目的：一是输电线路的故障绝大多数为瞬时性的，因此在线路被断开后，再进行一次重合闸，就可以恢复供电；二是保证系统的稳定，根据系统实际情况，通过稳定计算，选择合适的重合闸方式，收到了良好的效果。2. 自动重合闸的配置原则：自动重合闸的配置原则根据电力系统的结构形状、电压等级、系统稳定要求、负荷状况、线路上所装设的继电保护装置及断路器性能，以及其他技术经济等因素决定。其简要原则是：单侧电源线路包括辐射状单回线、平行线或环状线路，其特点是仅有一个电源，不存在非周期重合

15、闸问题，一般采用三相重合闸，装于线路供电侧。返回主目录返回章目录3 继电保护的设计 3.1系统运行方式分析3.2负荷点最大负荷电流的计算3.3线路保护整定计算3.4变压器保护整定计算返回主目录3.1系统运行方式分析在本次设计中最大运行方式：全部机组、变压器及线路投入运行；最小运行方式：各厂各容量机组停运一台；中性点运行方式：发电厂各段母线上经常有一台变压器接地运行，中间变电所可取一台主变中性点接地，终端变电所的主变一般不接地。返回主目录返回章目录3.2负荷点最大负荷电流的计算各变电所的最大负荷电流表变电所编号Ifh.max线路编号Ifh.max1#157L11572#52L2523#105L3

16、1054#157L41575#331L5396#209L63007#209L7292L8209返回主目录返回章目录3.3线路保护整定计算根据系统的电网图，画出系统等值阻抗图 基准容量：SB=100MVA 基准电压：UB=110kV 基准电流：IB=0.502kA 距离保护零序电流保护返回主目录返回章目录标幺值的计算 变压器：线路：返回主目录返回章目录发电机：距离保护整定计算 相间距离段的整定计算：距离保护段为无延时的速动段，它应该只反应本线路的故障，下级线路出口生短路故障时，应可靠不动作，所以其测量元件的整定阻抗，应该按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。式中 距离段的整定阻抗 可靠系数，由

17、于距离保护为欠量动作，所以 1，考虑到继电器误差、互感器误差和参数测量误差等因素，一般取0.85本线路的正序阻抗返回主目录返回章目录相间距离段的整定计算：与相邻线路距离保护第段的动作阻抗相配合 即式中 为可靠系数，一般取0.8； 本线路的正序阻抗； 最小分支系数； 相邻线路距离保护的第段。 返回主目录返回章目录与相邻变压器的快速保护相配合：当被保护线路的末端母线接有变压器时，距离段应与变压器的快速保护（一般是差动保护）相配合，其动作范围不应超出变压器快速保护的范围。式中 可靠系数，考虑变压器阻抗误差较大，一般取0.7； 变压器低压侧母线故障时，可能的最小分支系数 变压器的等值正序阻抗。返回主目

18、录返回章目录相间距离段的整定计算：距离段为后备段，正常运行时不应动作，因此按躲开最小符合阻抗 整定，即 式中 段可靠系数，一般取1.25； 阻抗继电器返回系数，一般取1.15 可能流过本线路的最大负荷电流，考虑到电机自起动系数，可取1.53倍的额定负荷电流，毕业设计中可考虑取2； 负荷阻抗角，一般取 整定阻抗角，一般取 返回主目录返回章目录零序电流保护整定计算 110kV线路发生接地故障时，会产生零序电压和零序电流。零序电压的特点是故障点的电压最高，至变压器中性点接地处为零；零序电流只在故障点与中性点接地的变压器之间流动，并由大地构成回路。根据系统发生接地故障出现零序电流这一特征，可以构成零序

19、电流保护，它反应零序电流增大而动作。从原理上讲，零序电流保护与反应相间短路的电流保护类似，一般也有三段构成，不同的是，零序电流保护只反应相电流中的零序分量。对于110kV输电线路，因三相断路器为同时动作，不存在三相重合闸操作，因此，整定过程中无须考虑单相重合闸时的非全相运行问题。返回主目录返回章目录零序段（无时限零序电流速断保护）按如下原则进行整定计算：躲过被保护线路末端接地短路时流过本保护的最大零序电流，即 线路末端发生接地故障时流过保护安装处的最大零序电流 可靠系数，取1.3在计算最大零序电流 时，应考虑以下两个因素： 1.系统应为最大运行方式，即短路点看进去的正序、负 序等 值阻抗为最小

20、2.应选择零序电流最大的接地故障。当 时，选择单相接地故障；当 时，选择两相接地故障。 返回主目录返回章目录限时零序电流速断保护（零序段），其动作值应与相邻线路零序段配合，即式中 相邻线路零段一次定值； 可靠系数，取1.1； 分支系数，其值为相邻线路零序段保护末端接地短路时，故障线路的零序电流与流过被保护线路的零序电流之比，取最小值。零序的灵敏度应按被保护线路末端接地短路时流过保护的最小3倍零序电流来校验，即要求 为1.31.5 返回主目录返回章目录定时限零序过电流保护（零序段），零序段是接地短路的后备保护，在中性点直接接地电网的终端线路上，也可作为主保护。其定值 一般按躲过线路末端三相短路时

21、流过本保护的最大不平衡电流来整定，即式中 可靠系数，取1.21.3； 本线路末端三相短路时，流过保护的最大不平衡电流； 非周期分量系数，取12； 电流互感器误差，取0.1； 本线路末端三相短路时，流过保护的最大短路电流。 返回主目录返回章目录3.4变压器保护整定计算 瓦斯保护 瓦斯保护是油浸式变压器的主保护之一。当变压器壳内故障产生轻微气体或油面下降时，轻瓦斯保护应瞬时动作与信号；当变压器壳内故障产生大量气体时，重瓦斯保护应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油浸式变压器的调压装置，也应装设瓦斯保护。轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯动作于断开变压器各侧断路器。返回主目录返回章目录变压器的主保护

22、 项目名称变压器各侧参数高压（H）低压（L）额定电压UnUnH=110kVUnL=10kV额定电流InInH=78.7AInL=866A变压器接线方式YNYNTA接线方式d11d11TA变比计算值ncncH=136/5ncL=1500/5TA变比选用值nsnsH=200/5nsL=1500/5各侧TA二次IIH=3.41AIL=3.28A变压器纵差保护用互感器变比的选择返回主目录返回章目录纵差保护的整定计算（1）最小起动电流的二次值 应躲过变压器最大负荷时的不平衡电流，一般情况下取（2）起始制动电流的二次值 （3）最大制动系数 和制动特性斜率m 式中 TA的同型系数，取1.0； TA的非周期系

23、数，取1.5； TA的比值误差，取0.1； 靠近故障侧TA的最大外部短路周期分量电流二次值； 返回主目录返回章目录 由于、侧侧的TA变比不完全匹配而产生的误差，初选可取 最大制动系数 为： 式中 纵差保护制动电流，它与纵差保护原理、制动回路接线方式有关，对于双绕组变压器 最大动作电流的二次值 由 可确定比率制动的三点 返回主目录返回章目录变压器的后备保护 ：1.复合电压起动的过电流保护复合电压闭锁，即由接于相间电压上的低电压继电器（只接一相）和接于负序电压上的负序电压继电器组成的电压闭锁元件。负序电压元件反应不对称短路，灵敏度不受变压器接线方式的影响，低电压继电器则主要反应三相短路时的母线残压

24、。因此，复合电压闭锁元件只需装设于变压器一侧，接线较低电压起动的过电流保护简单。（1）过流定值 ，动作电流 的额定电流来整定。 应按躲过正常运行时变压器变压器一侧额定电流的二次值为： 返回主目录返回章目录式中 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 运行时可能出现的最低电压来整定，即，按躲过变压器正常运行时可能出现的最低电压来整定，即式中 系统最低运行电压，取0.9UN(UNTV二次值)； 可靠系数，取1.25； 返回系数，取1.2 （3）负序电压 ， 最大不平衡电压计算，前面系数取0 .06。即 的整定原则是：按躲过正常运

25、行时返回主目录返回章目录2.变压器过负荷保护 对于6.3MVA及以上电力变压器，当数太并列运行或单独运行，并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。在无人值班的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。中小容量的变压器过负荷保护采用定时限动作特性，动作电流也是按最大允许负荷电流下能可靠返回的条件整定。式中 可靠系数，取1.05； 返回系数，取0.9； 变压器的额定电流； 电流互感器的变比。 返回主目录返回章目录变电所UPS简介变电站UPS电源系统构成和功能变电站UPS电源的主要接线形式 变电站UPS电源设计相关问题变电

26、站UPS电源系统开关选择 4变电所UPS设计返回主目录UPS 的英文名称是 Uninterruptable Power System，中文名称是“不间断电源”，实际上是指“交流不间断电源”，主要的功能是对负载不间断地提供交流电。因为UPS 电源可提供高精度、高稳定性的电压波形与频率，具有承受电网波动或扰动 (波涌、跌落、谐波)、间断甚至短时停电的能力，无论是线性负载或是非线性负载，UPS 都有低阻抗输出的特性，因此 UPS电源系统得到了广泛的应用。4.1变电所UPS简介返回主目录返回章目录4.2变电站UPS电源系统构成和功能 变电站UPS电源系统包括：UPS电源、外部交直流输入、交流输出、数字

27、表计、屏柜及安装辅助设施等。 后备式UPS 在线互动式UPS 双变换在线式UPS 返回主目录返回章目录4.3变电站UPS电源的主要接线形式 考虑到变电站UPS电源负载的重要性，UPS电源系统配置两台UPS电源，构成双机冗余供电系统。两台UPS电源分别被称作“主机”和“从机”，它们各自由一路交流和一路直流电源供电，没有独立的旁路输入电源。从机的交流输入与旁路输入并联，均取自同一路交流电源，从机的输出作为主机的旁路输入电源，主机的输出作为UPS电源系统的交流输出。返回主目录返回章目录双机冗余供电系统，两台UPS电源正常均处于工作状态，它们各自由两路交流和一路直流电源供电，有独立的旁路输入电源。两台

28、UPS电源的交流输出各带一段交流母线，两段母线之间 设置母联开关，母联开关具有防止两段母线均带电合开关的防误操作功能，当两台UPS电源其中一台故障退出时，该电源所带负载可通过手动闭合两段母线的母联开关由另一台UPS电源供电。 返回主目录返回章目录4.4变电站UPS电源设计相关问题 变电站UPS电源容量选择 ：UPS电源容量大小由负载大小决定，按单台容量不小于1.2倍全部负载额定功率总和计算，功率因数取0.8。变电站UPS电源系统为当地监控系统计算机、远动通信设备、保护故障信息子站、电能计量遥测设备（ERTU）、火灾报警系统、调度数据网通信及安防设备提供稳定、可靠的交流电源，将上述设备额定功率总

29、加即为负载总和，取1.2倍冗余系数，再除以功率因数就得到单台UPS电源容量。根据工程经验，500kV变电站宜配置的单台UPS电源容量不小于l0kVA，220kV变电站宜配置的单台UPS电源容量不小于5kVA，l10kV变电站宜配置的单台UPS电源容量不小于3kVA。返回主目录返回章目录变电站UPS电源系统负载接入原则 变电站UPS电源系统输出高质量、稳定、可靠的交流电源，为监控系统等变电站生产控制核心设备正常运行提供电源，因其直流输入取自变电站直流系统，所以能够在全站失压的情况下维持一定时间的供电。变电站UPS电源系统供电范围明确为：与变电站生产控制密切相关的、要求高质量电源供电的、不能中断电源的设备负载。限于UPS电源自身的容量和其分享的变电站直流系统蓄电池容量，考虑负载接入时必须遵循上述原则，严禁接入打印机、摄像机等功率大、启动电流大、布置分散、容易发生接线短路等故障的设备，以免消耗UPS容量或者故障扩大、影响重要设备用电。返回主目录返回章目录500kV变电站UPS电源负载接入500kV变电站当地监控系统服务器、调度数据网纵向认证装置等双电源冗余配置