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1、科学技术学院毕业论文（初稿）（工科及部分理科专业使用）题 目： 220KV双回线路继电保护设计 学 科 部： 信息学科部 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气08级 学 号： 7022808073 学生姓名： 钟冰林 起讫日期： 2011.112012.5 指导教师： 艾显钰 职称： 副教授 学科部主任： 审核日期： 目 录前 言2第一章 绪论31.1 电力系统继电保护概论31.2 对继电保护动作的基本要求31.3 继电保护的构成41.4 微机继电保护的特点4第二章 220KV线路元件参数的计算52.1 设计原则和一般规定52.2 220KV线路元件参数计算原则52.3 发电机参数的计
2、算62.4 变压器参数的计算72.5 输电线路参数的计算10第三章 输电线路上TA、TV及中性点接地的选择113.1 输电线路上T A、TV变比的选择113.2 变压器中性点接地方式的选择13第 四 章 短路电流的计算144.1 电力系统短路计算的主要目的144.2 运行方式确定的原则154.3 网络等效图的化简154.4 关于相间距离保护的短路计算164.5 关于零序电流保护的短路计算20第五章 自动重合闸335.1 自动重合闸的基本概述335.1.1 概述335.1.2 自动重合闸的配置原则335.2 自动重合闸的基本要求33结 论36参考文献37附 录38谢 辞39前 言本文研究的是关于
3、220KV电网继电保护。通过本次设计掌握和巩固电力系统继电保护的相关专业理论知识，熟悉电力系统继电保护的设计步骤和设计技能，根据技术规范，选择和论证继电保护的配置选型的正确性并培养自己在实践工程中的应用能力、创新能力和独立工作能力。本次设计是根据湖南生物机电事业技术学院毕业要求而进行的毕业设计。此次设计的主要内容是220KV电网继电保护的配置和整定，设计内容包括：第一章 概论；第二章 计算系统中各元件的主要参数；第三章 输电线路上TA、TV变比的选择及中性点接地的选择；第四章 电力网短路电流的计算；第五章 自动重合闸的选择。由于各种继电保护适应电力系统运行变化的能力都是有限的，因而，对于继电保
4、护整定方案的配合不同会有不同的保护效果，如何确定一个最佳的整定方案，将是从事继电保护工作的工程技术人员的研究课题。总之，继电保护既有自身的整定技巧问题，又有继电保护配置与选型的问题，还有电力系统的结构和运行问题。尤其，对于本文中220KV高压线路分相电流差动保护投运前的现场试验，一直是困扰技术人员的一个问题，由于线路两端距离的限制，现场试验不能像试验室那样方便。另外，光纤保护在长距离和超高压输电线路上的应用还有一定的局限性，在施工和管理应用上仍存在不足，但是从长远看，随着光纤网络的逐步完善、施工工艺和保护产品技术的不断提高，光纤保护将占据线路保护的主导地位。1 绪论1.1 电力系统继电保护概论
5、由于电力系统是一个整体，电能的生产、传输、分配和使用是同时实现的，各设备之间都有电或磁的联系。因此，当某一设备或线路发生短路故障时，在瞬间就会影响到整个电力系统的其它部分，为此要求切除故障设备或输电线路的时间必须很短，通常切除故障的时间小到十分之几秒到百分之几秒。只有借助于装设在每个电气设备或线路上的自动装置，即继电保护，才能实现。因此，继电保护的基本任务有：（1） 当电力系统中发生短路故障时，继电保护能自动地、迅速地和有选择性地动作，使断路器跳闸，将故障元件从电力系统中切除，并使系统无故障的部分迅速恢复正常运行，使故障的设备或线路免于继续遭受破坏。（2） 当电气设备出现不正常运行情况时，根据
6、不正常运行情况的种类和设备运行维护条件，继电保护装置则发出信号，以便由值班人员及时处理或由装置自动进行调整。1.2 对继电保护动作的基本要求继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。(1) 选择性 所谓继电保护装置动作的选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒绝动作时，应由相邻设备或线路的保护装置将故障切除。(2) 速动性所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障,对提高电力系统运行的可靠性具有重大的意义。(3) 灵敏性所谓继电保护装置的灵敏性是指电气设备
7、或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反映能力。(4) 可靠性所谓保护装置的可靠性是指在保护范围内发生的故障该保护应该动作时，不应该由于它本身的缺陷而拒绝动作；而在不属于它动作的任何情况下，则应该可靠不动作。1.3 继电保护的构成继电保护装置可视为由测量部分、逻辑部分和执行部分等组成，如图1-1所示，各部分功能如下:图1-1 模拟型继电保护装置原理框图（1）测量部分测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较的结果，判断保护是否应该启动的部件。（2）逻辑部分逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组
8、合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分的部件。（3）执行部分执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的对外操作的任务的部件。如检测到故障时，发出动作信号驱动断路器跳闸；在不正常运行时发出告警信号；在正常运行时，不产生动作信号。1.4 微机继电保护的特点(1) 维护调试方便微机保护的硬件是一台计算机，各种复杂的功能是由相应的软件来实现的。如果硬件完好，对于以成熟的软件，只要程序和设计时一样（这很容易检查），就必然会达到设计的要求，用不着逐台作各种模拟试验来检验每一种功能是否正确。(2) 可靠性高计算机在程
9、序指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可以实现常规保护很难办到的自动纠错。另外，它有自诊断能力，能够自动检测出本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动，因此可靠性很高。(3) 易于获得附加功能应用微型计算机后，如果配置一个打印机，或者其它显示设备，可以在系统发生故障后提供多种信息。(4) 灵活性大由于计算机保护的特性主要由软件决定，因此，只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。(5) 保护性能得到很好改善由于计算机的应用，使很多原有形式的继电保护中存在的技术问题，可找到新的解决办法。例如对接地距离的允许过度电阻的能力，距离保护如何区别振荡和
10、短路等问题都以提出许多新的原理和解决办法。第二章 220KV电网元件参数的计算2.1 设计原则和一般规定电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分，对保证电力系统的正常运行，防止事故发生或扩大起了重要作用。应根据审定的电力系统设计（二次部分）原则或审定的系统接线及要求进行电网继电保护和安全自动装置设计，设计应满足继电保护和安全自动装置技术规程（SDJ6-83）、110220kV电网继电保护与安全自动装置运行条例等有关专业技术规程的要求。继电保护和安全自动装置由于本身的特点和重要性，要求采用成熟的特别是符合我国电网要求的有运行经验的技术。电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、安全性、灵
11、敏性、速动性的要求。要结合具体条件和要求，从装置的选型、配置、整定、实验等方面采取综合措施，突出重点，统筹兼顾，妥善处理，以达到保证电网安全经济运行的目的。2.2 220KV电网元件参数计算原则1标幺值的概念（1）参数计算需要用到标幺值或有名值，因此做下述简介。在标幺制中，单个物理量均用标幺值来表示，标幺值的定义如下：标幺值=实际有名值（任意单位）/基准值（与有名值同单位）当选定电压、电流、阻抗和功率的基准值分别为UB、IB、ZB和SB时,相应的标幺值为：U*=U/UB （2-1）I*=I/IB （2-2）Z*=Z/ZB （2-3）S*=S/SB （2-4）使用标幺值,首先必须选定基准值。电力
12、系统的各电气量基准值的选择,在符合电路基本关系的前提下,原则上可以任意选取，但四个基准值只能任选两个，其余两个则由上述关系式决定。至于先选定哪两个基准值，原则上没有限制,但习惯上多选定UB 和SB。这样电力系统主要涉及三相短路的IB、ZB, 可得: IU （2-5）UUB （2-6）U和原则上选任何值都可以，但应根据计算的内容及计算方便来选择。通常UB多选为额定电压或平均额定电压，B可选系统的或某发电机的总功率；有时也可取一整数，如100、1000MVA等。（2）标幺值的归算本网络采用近似计算法近似计算：标幺值计算的近似归算是用平均额定电压计算。标幺值的近似计算可以就在各电压级用选定的功率基准
13、值和各平均额定电压作为电压基准来进行。结合本网络选取基准值：SB=1000MVA ； UB=230KV； 2.3 发电机参数的计算发电机的电抗有名值： （2-7）发电机的电抗标幺值： （2-8）式中： 发电机次暂态电抗; 发电机的额定电压; 基准电压230kv; 基准容量1000MVA; 发电机额定容量235.294MVA.已知： PN = 150MW UN =13.8 KV = 0.85 =0.2178 则： SN = =176.4705MVA = = =1.23 = = =65.29（） 表2-1 发电机参数结果发电厂编号容 量（MW）功 率因 数出口电压（KV）电 抗有名值电 抗标幺值A
14、#1500.8513.80.217865.291.234B#2000.8515.750.182641.050.776C#2500.8515.750.174731.420.5932.4 变压器参数的计算(1) 双绕组变压器参数计算公式：双绕组变压器电抗有名值： （2-9）双绕组变压器电抗标幺值： （2-10）式中： 变压器短路电压百分值; 发电机的额定电压; 基准电压230kv;基准容量1000MVA; 变压器额定容量.(2) 三绕组变压器参数的计算公式1）各绕组短路电压百分值UK1（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-11）UK2（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-1
15、2）UK3（%）=Ud（%）+Ud（%）-Ud（%） （2-13）式中：Ud（%）、Ud（%）、 Ud（%）分别为高压与中压，高压与低压，中压与低压之间的短路电压百分值。2）各绕组的电抗有名值:XT1 = （2-14）XT2 = （2-15）XT3 = （2-16）各绕组的电抗标幺值: XT1* = （2-17） XT2* = （2-18） XT3* = （2-19）式中： SB 基准容量1000MVA； SN 变压器额定容量; 发电机的额定电压; 基准电压230kv.(3) A厂变压器参数计算：已知： SN = 180MW =12.2 则： (4)D站变压器参数计算：已知: SN = 120
16、MW =14 =7.46 =23.2 则: 各绕组的阻抗百分值为：UK1% = （+-） = （ 14+ 23.2 - 7.46 ） = 14.87UK2% = （+-） = （ 7.46+ 14 23.2 ） = 1.74UK1% = （+-） = （ 23.2 + 7.47 14 ） = 8.33XT1* = = = 1.239XT2* = = =0.145XT3* = = = 0.694对于B、C厂变压器参数计算原则与2.4(4)相同，计算结果如表2-2所示:表2-2 各变压器参数计算结果变压器编号容量（MVA）绕组型式短路电压百分值Uk（%）等值电抗标幺值A180双相双绕组12.2%0
17、.678B240双相双绕组13.4%0.558C300双相双绕组 14.8%0.493D90三相三绕组Ud（%）= 14%Ud（%）= 7.46%Ud（%）=23.2 %1.2390.1450.694说明： 对普通（非自耦）三绕组变压器，按如上方法求得的三个电抗中，有一个可能是负值，这是由于这种变压器的三个绕组中，必有一个在结构上处于其它两个绕组之间，而这个处于居中位置的绕组与位于它两侧两个绕组间的两个漏抗之和又小于该两绕组相互间的漏抗。例如，中压绕组居中，且有Ud（%）+ Ud（%） Ud（%） 的关系。因此，这种等值电抗为负值的现象并不真正表示该绕组有容性漏抗。普通三绕组变压器出现这种现并
18、不少见，但因这一负值电抗的绝对值往往很小，在近似计算中常取其为零。2.5 输电线路参数的计算(1) 输电线路参数计算公式 线路零序阻抗为: Z0 = 3Z1 （2-20） 负序阻抗为: Z2 = Z1 （2-21）线路阻抗有名值的计算： 正、负序阻抗: Z1 = Z2 = (+j)L （2-22） 零序阻抗: Z0 = 3Z1 （2-23）线路阻抗标幺值的计算：正、负序阻抗: Z1* = Z2* =（+j)L （2-24） 零序阻抗: Z0* = 3Z1* （2-25）式中： 每公里线路正序电阻值/KM; 每公里线路正序电抗值/KM; L 线路长度 KM; SB 基准容量 1000 MVA;
19、UB 基准电压 230 KV. (2)AB段有名值：ZAB1=540.4 =21.6 ZAB2 =ZAB1 =21.6 ZAB0=3 ZAB1 = 321.6=64.8 标幺值：ZAB1*= ZAB1/ ZB =21.6/52.9 =0.408 ZAB2* =ZAB1* =0.408ZAB0*= 3 ZAB1*=30.408=1.224对于其它线路计算原则与2.5(2)相同，计算结果如表2-3所示：表2-3 线路参数计算结果线路名称长度/Km正、负序阻抗（标幺值）正、负序阻抗（有名值）零序阻抗（标幺值）零序阻抗（有名值）AB段540.40821.61.22464.8BC段860.6534.41
20、.95103.2CD段450.34181.0254第三章 输电线路上TA、TV及中性点接地的选择3.1 输电线路上T A、TV变比的选择(1) TA的配置原则型号：电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择。一次电压：Ug=UnUg电流互感器安装处一次回路工作电压;Un电流互感器的额定电压.一次回路电流：I1nIgmaxIgmax电流互感器安装处一次回路最大电流;I1n电流互感器一次侧额定电流.准确等级：用于保护装置为0.5级，用于仪表可适当提高。 二次负荷：S2SnS2电流互感器二次负荷;Sn电流互感器额定负荷.输电线路上CT的选择： 根据最大极限电流来选择。(2) TA变比及型号的选
21、择 TA二次侧的电流为5A1) 对AB线而言其最大工作电流为:Igmax = = 502A所以线路AB上TA变比选为1200/5。2) 对BC线其最大工作电流均为:Igmax = = 1054A所以线路BC上TA变比选为1200/5, 由发电厂电气部分课程设计参考资料查的型号为LCLWD2220型。其中， L电流互感器； C瓷绝缘； L（第三个字母）电缆型 ；W户外式； D2差动保护用。(3) TV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：1.1UnU10.9Un二次电压：1
22、00V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(4)TV变比及型号的选择线路电压均为220KV,由发电厂电气部分课设参考资料查得变比为 , 型号为YDR220; Y电压互感器；D单相; R电容式。表3-1 TA、TV选择结果线路名称长度（km）最大工作电流（A）TA变比TV变比AB段545071200/5BC段8610541200/5CD段545771200/53.2 变压器中性点接地方式的选择通常，变压器中性接地位置和数目按如下两个原则考虑：一是使零序电流保护装置在系统的各种运行方式下保护范围基本保持
23、不变，且具有足够的灵敏度和可靠性；二是不使变压器承受危险的过电压。为此，应使变压器中性点接地数目和位置尽可能保持不变。(1) 变压器中性点接地的位置和数目的具体选择原则1）对单电源系统，线路末端变电站的变压器一般不应接地，以提高保护的灵敏度和简化保护线路；对多电源系统，要求每个电源点都有一个中性点接地，以防止接地短路的过电压对变压器产生危害。2）电源端的变电所只有一台变压器时，其变压器的中性点应直接接地；变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，再将另一台中性点不接地的变压器改为中性点直接接地运行。若由于某些原因，变电所正常情况下必须有二台变压器中性点直
24、接接地运行，则当其中一台中性点直接接地变压器停运时，应将第三台变压器改为中性点直接接地运行。3）双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地的方式运行，并把他们分别接于不同的母线上。当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，应将另一台中性点不接地的变压器改为中性点直接接地运行；低电压侧无电源的变压器中性点应不接地运行,以提高保护的灵敏度和简化保护接线。4）对于其他由于特殊原因不满足上述规定者，应按特殊情况临时处理。例如，可采用改变保护定值、停运保护或增加变压器接地运行台数等方法进行处理，以保证保护和系统的正常运行。根据变压器的台数和接地点的分布原则，结合该系统的具体情况，
25、中性点接地的选择结果如下： 大同发电厂A的两台为T1、T2；西万庄变电站C端的一台为T3；高碑店变电站E端的两台为T4、T5。T1接地； T2不接地； T3接地； T4接地； T5不接地。距离保护整定计算3.4.1 整定计算（1） 距离保护I段整定计算躲过本线路的末端相间故障。 （3-3）式中,线路本侧断路器处距离保护段的整定阻抗,且整定阻抗角与线路阻抗角相同;距离保护第段的可靠系数,取0.8-0.85;线路的正序阻抗.距离保护第段动作时间为:=0s （3-4）距离保护第段灵敏度用保护范围表示,即为被保护线路全长的80%-85%.（2）距离保护第段的整定: 1) 与相邻变压器的纵差保护配合,有
26、: （3-5）式中,距离保护第段的可靠系数,取0.80.86;距离保护第段的可靠系数, ;相邻变压器的正序阻抗相邻变压器另侧母线短路时流过变压器的短路电流与被保护线电流之比的最小值.2)与相邻线路距离保护第段整定值配合,有 （3-6）分支系数最小值,为相邻线第段距离保护范围末端短路时流过故障线电流与保护线电流之比的最小值.取之中最小值=1.796；。 =2.23；。 =1；距离保护第段灵敏度:1.3-1.5 （3-7）（3）相间距离保护第段的整定:1）被保护线路的最小负荷阻抗,有当采用方向阻抗元件时,整定阻抗为: （3-8）距离保护第段的可靠系数,取1.3 返回系数,取1.1负荷的自启动系数.
27、取1.3;保护线路所在电网的额定电压;被保护线路的最大事故流;线路的负荷功率因素角.取26度;线路阻抗角,这里为67度.2）与相邻线路距离保护第段配合,有 （3-9）式中,距离保护第段的可靠系数,取0.80.85;取其中较小值, 近后备： 远后备： 灵敏度校验:当作为近后备时, （3-10）当作为远后备时 （3-11） 距离保护整定计算表（表3-1）I段II段III段定值时限整定值灵敏度时限整定值近后备远后备时限118.360.035.341.640.5209.14满足满足T6+0.5229.240.038.561.120.5315.300.029.701.650.5183.77满足满足T1+
28、0.5 零序电流保护的整定计算4.3.1 无时限零序电流保护 (零序电流保护I段)躲过相邻下一线路出口,即本线路末端单相或两相接地短路时可能出现的最大3倍零序电流,即 （4-1）式中,;应考虑系统在最大运行方式下故障点的,最小,其次应取单相接地短路和两相接地短路中零序电流最大的接地短路类型,一般, 时采用两相接地短路时的短路计算公式计算短路电流,反之用单相接地短路时的短路计算公式计算短路电流.以在距断路器15%处短路最小零序电流来检验灵敏度: （4-2）当线路长度太短致使零序I段保护范围很小，甚至没有保护范围时，则零序I段保护应停用。 4.3.2带时限零序电流速断保护（零序保护II段）此段保护
29、一般担负主保护任务，要求在本线路末端达到规定的灵敏系数。(1) 与相邻下一级线路零序电流保护第段配合 （4-3）式中,-分支系数最小值；-相邻下一级线路零序电流保护第段整定值。(2) 躲过线路末端母线上变压器另一侧母线接地短路时流过保护的最大零序电流,即 （4-4）选其中最大值 （4-5）结果达不到规定灵敏系数时，可改为与相邻下一级线路的零序电流保护II段配合整定。4.3.3零序过电流保护（零序电流保护III段）此段保护一般是起后备保护作用。III段保护通常是作为零序电流保护II段保护的补充作用。对后备保护的要求是在相邻下一级线路末端达到规定的灵敏系数。1.与下一级线路零序电流保护第段配合,有 （4-6） (2) 对于110KV网络,应躲过线路末端变压器另一侧短路时可能出现的最大不平衡电流,即 （4-7）非周期分量系数,取1;电流互感器的同型系数,取1;电流互感器的10%误差,取0.1;线路末端变压器另一侧短路时流经保护的最大保护电流.取其中最大值当作为近后备时,用被保护线路末端接地短路的最小3倍零序电流进行校验,应满足;作为远后备时,用相邻线路末端接地短路的最小3倍零序电流进行校验，.当作为近后备时, （4-8）当作为远后备时, （4-9）， 正序等效网络图
