电力专业 毕业论文 继电保护配置 继电保护整定计算Word格式文档下载.docx
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(二)对距离保护的评价…………………………………………………………23
结束语……………………………………………………………………………………23
致谢………………………………………………………………………………………24
参考文献…………………………………………………………………………………24
附录………………………………………………………………………………………25
一、概述
(一)继电保护发展现状
电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求,电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力,因此,继电保护技术得天独厚,在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。
建国后,我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有,在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。
50年代,我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术,建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍,对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。
因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。
这是机电式继电保护繁荣的时代,为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。
自50年代末,晶体管继电保护已在开始研究。
60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。
其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护,运行于葛洲坝500kV线路上,结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。
在此期间,从70年代中,基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。
到80年代末集成电路保护已形成完整系列,逐渐取代晶体管保护。
到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位,这是集成电路保护时代。
在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用,天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kV和500kV线路上运行。
我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究,高等院校和科研院所起着先导的作用。
华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。
1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定,并在系统中获得应用,揭开了我国继电保护发展史上新的一页,为微机保护的推广开辟了道路。
在主设备保护方面,东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机?
变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定,投入运行。
南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。
天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护,西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。
至此,不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色,为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。
随着微机保护装置的研究,在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。
可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。
(二)继电保护的未来发展
继电保护技术未来趋势是向计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
1、计算机化
随着计算机硬件的迅猛发展,微机保护硬件也在不断发展。
原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段:
从8位单CPU结构的微机保护问世,不到5年时间就发展到多CPU结构,后又发展到总线不出模块的大模块结构,性能大大提高,得到了广泛应用。
华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU,发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。
电力系统对微机保护的要求不断提高,除了保护的基本功能外,还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间,快速的数据处理功能,强大的通信能力,与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力,高级语言编程等。
这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。
在计算机保护发展初期,曾设想过用一台小型计算机作成继电保护装置。
由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差,这个设想是不现实的。
现在,同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机,因此,用成套工控机作成继电保护的时机已经成熟,这将是微机保护的发展方向之一。
天津大学已研制成用同微机保护装置结构完全相同的一种工控机加以改造作成的继电保护装置。
继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。
但对如何更好地满足电力系统要求,如何进一步提高继电保护的可靠性,如何取得更大的经济效益和社会效益,尚须进行具体深入的研究。
2、网络化
计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱,使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。
它深刻影响着各个工业领域,也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。
到目前为止,除了差动保护和纵联保护外,所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。
继电保护的作用也只限于切除故障元件,缩小事故影响范围。
这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。
对于一般的非系统保护,实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。
继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多,则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。
对自适应保护原理的研究已经过很长的时间,也取得了一定的成果,但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应,必须获得更多的系统运行和故障信息,只有实现保护的计算机网络化,才能做到这一点。
对于某些保护装置实现计算机联网,也能提高保护的可靠性。
天津大学1993年针对未来三峡水电站500kV超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理,初步研制成功了这种装置。
其原理是将传统的集中式母线保护分散成若干个(与被保护母线的回路数相同)母线保护单元,分散装设在各回路保护屏上,各保护单元用计算机网络联接起来,每个保护单元只输入本回路的电流量,将其转换成数字量后,通过计算机网络传送给其它所有回路的保护单元,各保护单元根据本回路的电流量和从计算机网络上获得的其它所有回路的电流量,进行母线差动保护的计算,如果计算结果证明是母线内部故障则只跳开本回路断路器,将故障的母线隔离。
在母线区外故障时,各保护单元都计算为外部故障均不动作。
这种用计算机网络实现的分布式母线保护原理,比传统的集中式母线保护原理有较高的可靠性。
因为如果一个保护单元受到干扰或计算错误而误动时,只能错误地跳开本回路,不会造成使母线整个被切除的恶性事故,这对于象三峡电站具有超高压母线的系统枢纽非常重要。
由上述可知,微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性,这是微机保护发展的必然趋势。
3、保护、控制、测量、数据通信一体化
在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下,保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机,是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。
它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据,也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。
因此,每个微机保护装置不但可完成继电保护功能,而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能,亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。
目前,为了测量、保护和控制的需要,室外变电站的所有设备,如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。
所敷设的大量控制电缆不但要大量投资,而且使二次回路非常复杂。
但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置,就地安装在室外变电站的被保护设备旁,将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后,通过计算机网络送到主控室,则可免除大量的控制电缆。
如果用光纤作为网络的传输介质,还可免除电磁干扰。
1992年天津大学提出了保护、控制、测量、通信一体化问题,并研制了以TMS320C25数字信号处理器(DSP)为基础的一个保护、控制、测量、数据通信一体化装置。
4、智能化
近年来,人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用,在继电保护领域应用的研究也已开始。
神经网络是一种非线性映射的方法,很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题,应用神经网络方法则可迎刃而解。
例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题,距离保护很难正确作出故障位置的判别,从而造成误动或拒动;
如果用神经网络方法,经过大量故障样本的训练,只要样本集中充分考虑了各种情况,则在发生任何故障时都可正确判别。
其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。
将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。
天津大学从1996年起进行神经网络式继电保护的研究,已取得初步成果。
可以预见,人工智能技术在继电保护领域必会得到应用,以解决用常规方法难以解决的问题。
继电保护装置属于二次系统,但它是电力系统中的一个重要的组成部分。
它对电力系统的安全稳定地运行起着极为重要的作用。
继电保护整计算是继电保护工作中的一项重要工作。
在电力生产运行和电力工程设计工作中,继电保护整定计算是一项必不可少的内容。
不同部门其整定计算的目的不同。
电力系统的各级调度部门,其整定计算的目的是对电力系统中已配置安装好的各种继电保护,按照具体电力系统的参数和运行要求,通过计算分析给出所需的各项整定值,使全系统各种继电保护有机协调地布置,正确地发挥作用。
电力工程的设计部门,其整定计算的目的是对电力系统进行计算分析,选择和论证继电保护的配置及选型的正确性。
继电保护是建立在电力系统基础之上的,它的构成原则和作用必须符合电力系统的内在规律。
继电保护自身在电力系统中也构成一个有严密配合关系的整体,从而形成了继电保护的系统性。
现高压电网中广泛使用的反应单侧电气量的继电保护,如零序电流保护、相间电流保护、相间距离保护和接地距离保护等,是一种具有固定动作特性的非自适应继电保护,其整定值通过离线计算获得并在运行中保持不变。
根据继电保护整定计算原则,利用计算机进行这类继电保护整定计算的步骤为:
①采用相分量法或序分量法计算电力系统故障时的电气量;
②利用故障时的电气量计算继电保护的整定值。
为确保继电保护能适应电力系统运行方式的变化,在整定计算过程中不得不按每套继电保护对应的电力系统最大运行方式计算保护的动作值,按每套继电保护对应的电力系统最小运行方式校验保护的灵敏度,且对延时动作的继电保护II段、III段和IV段,在动作时间上要满足严格的配合关系。
基于这种原则利用计算机进行继电保护整定计算的现有方法主要存在6个方面的问题:
(1)计算非全相振荡时正序网断相口的开路电压未计及网络结构的影响,造成计算结果出现严重的计算误差;
(2)计算继电保护延时段的动作值引入分支系数,造成动作值计算结果出现误差;
(3)计算分支系数时未全面考虑电力系统中分布电源运行方式的变化,导致分支系数本身存在计算误差;
(4)继电保护整定计算过程中采用线性流程,造成多次重复计算同一分支系数;
(5)继电保护整定计算过程中仅轮流开断保护所在线路母线上所连接的线路,可能查找不到电力系统最不利的运行方式;
(6)按保护装置循环安排继电保护整定计算顺序,造成多次重复开断同一条线路。
问题
(1)~(3)造成继电保护整定计算结果不正确;
问题(4)和(6)降低了继电保护整定计算的速度和效率;
问题(5)可能导致电力系统故障时扩大事故范围。
以上的的问题在实际中,应在广泛的论证和调研下加以重视和解决。
在本设计中为了简化计算都是用标厶值进行计算。
(一)参数计算
1、发电机阻抗标么值
取SB=100MVA,Ua=11KV。
XG1×
=XG2×
=XG3=Xd×
SB/Uav2=0.129×
100/11=0.11
2、变压器阻抗标么值
XT1×
=XT2×
=UK%/100×
SB/SN=10.5/100×
100/40=0.263
XT3×
100/60=0.175
XCE-Ⅰ×
=XCE-Ⅰ×
=UK%/100×
100/20=0.525
3、线路阻抗标么值
取Uav=115KV,37KV
XAB=0.4×
LAB×
SB/Uav2=0.4×
40×
100/1152=0.12
XAD=0.4×
LAD×
50×
100/1152=0.15
XBG=0.4×
LBG×
70×
100/1152=0.21
XBC=0.4×
LBC×
60×
XDC=0.4×
LDC×
4、网络的正序等值网络图如下
1.
(二)三相短路电流的计算
1、运行方式说明:
(1)本线路最大运行方式为三台机组、变压器全部投入运行即发电厂最大发电容量为3×
50MW的情况,此运行方式下系统发生三相短路时的短路电流最大,此时电源的阻抗标么值为:
Xmax=[(0.11+0.263)/2]//(0.11+0.175)
=0.113
(2)最小运行方式为发电厂为最小发电容量2×
50的情况即1号机、3号机投入运行2号机故障或检修的情况,此运行方式下系统发生三相短路时的短路电流最小,此时电源的阻抗标么值为:
Xmax=(0.11+0.263)//(0.11+0.175)=0.373
2、110KV电压级的基准电流为:
Ib=100000/(√3×
115)=502A
3、短路电流的计算
(1)B母线短路时,最大三相短路电流:
Ikmax=1/(0.113+0.12)×
Ib=502×
1/0.233
=2155A
最小两相短路电流:
Ikmin=1/(0.162+0.12)×
Ib×
√3/2=502×
1/0.282
=1542A
(2)D母线短路时,最大三相短路电流:
Ikmax=1/(0.113+0.15)×
1/0.263
=1909A
Ikmin=1/(0.162+0.15)×
1/0.523
=941A
(3)C母线短路时,闭环运行即ABC和ADC两条线路同时投入运行时的短路电流最大,此时
Xmax=0.113+0.3/2=0.265
最大三相短路电流:
Ikmax=1/0.265×
Ib=1894A
开环运行即ABC和ADC两条线路中任意一条投入运行时的短路电流最小:
Xmin=0.162+0.3=0.462
Ikmin=1/0.462×
√3/2
(4)E母线短路时,最大三相短路电流:
Ikmax=1/(0.113+0.3/2+0.525/2)×
502
=955A
Ikmin=1/(0.162+0.3+0.525)×
1/0.987
=440A
(5)G母线短路时,最大三相短路电流:
Ikmax=502×
1/(0.113+0.12+0.21)
=1133A
Ikmin=1/(0.162+0.12+0.21)×
502×
=884A
由以上计算可得各短路数据汇总如下:
短路点
B母线
D母线
C母线
E母线
G母线
最大三相短路电流(A)
2155
1909
1894
955
1133
最小两相短路电流(A)
1542
1393
941
440
884
(三)线路AB、BC、AD、CD、BG的保护配置
1、BG线路保护整定
先考虑装设无时限电流速断保护、过电流保护二段式电流保护
(1)无时限电流速断保护的整定
按躲过BG线路末端即G母线短路的最大三相短路电流整定:
Iop=1.3×
1133=1473A
灵敏度校验:
Ksen=884/1473<
1
可见灵敏度不满足要求,改用无时限电流闭锁电压速断保护。
(2)无时限电流闭锁电压速断保护的整定
为保证BG线路末端短路时,保护装设具有灵敏度,电流元件的动作电流可按保护G母线短路时具有足够的灵敏度整定,即:
Iop=Ikmin/Ksen=884/1.5=590A
电压元件
Uop=2×
Ikmin×
Zl/Krel=2×
884×
16/1.3=38080V
(3)过电流保护
1)按躲过本线路最大负荷电流整定:
Ilmax=200A
Iop=Krel×
Ilmax/Kre
=1.2×
1.5×
200/0.85=424A
灵敏度校验:
按本线路即BG线路末端最小两相短路电流校验
Ksen=884/487=1.81>
1.5
2)保护时限
t=0.5s
2、DC线路保护整定
考虑装设无时限电流速断保护、过电流保护二段式电流保护
(1)无时限电流速断保护的整定
按躲过变压器低压侧最大三相短路电流整定:
955=1242A
Ksen=1894/1242=1.524>
可见灵敏度满足要求。
(2)过电流保护整定
Ilmax=140A
140/0.85=296A
a)近后备:
按本线路即DC线路末端最小两相短路电流校验
Ksen=941/296=3.18>
b)远后备:
按相邻线路即CE末端最小两相短路电流校验
Ksen=440/296=1.48>
1.2
3、BC线路保护整定
Ilmax=150A
150/0.85=318A
按本线路即BC线路末端最小两相短路电流校验
Ksen=941/318=2.96>
Ksen=440/318=1.38>
可见灵敏度满足要求。
4、AD线路保护整定
考虑装设瞬时电流速断、限时电流速断、过电流三段式保护。
按躲过AD线路末端即D母线短路的最大三相短路电流整定:
1909=2482A
Ksen=1393/2482<
为保证AD线路末端短路时,保护装设具有灵敏度,电流元件的动作电流可按保护D母线短路时具有足够的灵敏度整定,即:
Iop=Ikmin/Ksen
=1393/1.5=929A
电压元件
Zl/Krel
=2×
1393×
20/1.3
=42861V
(3)延时电流速断保护整定
与相邻线路只有电流元件作为测量元件的速断保护相配合,因此动作电流与瞬时电流速断的定值相同。
即Iop=554A。
电压元件
UopⅡ=(√3Es-2×
Kbmax×
IopⅠZsmax)/1.3
=(110000-2×
1242×
20)/1.3
=46400V
(4)过电流保护整定
Ilmax=230A
230/0.85=487A
按本线路即AD线路末端最小两相短路电流校验
Ksen=1393/487=2.86>
按相邻线路即CD末端最小两相短路电流校验
Ksen=941/487=1.93>
2)保护时限按阶梯原则,比CD线路过电流保护大一个时限级差△t
t=0.5+0.5=1.0s
5、AB线路保护整定
考虑装设无时限电流闭锁电压速断、限时电流速断、过电流三段式保护。
(1)无时限电流闭锁电压速断保护的整定
为保证AB线路末端短路时,保护装设具有灵敏度,电流元件的动作电流可按保护B母线短路时具
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