继电保护毕业设计开题报告.doc

110kV电网继电保护整定计算及仿真研究

一、选题背景与意义

目前，我国110kV输电网担负城市供电的艰巨任务，是我国输电网中的主干网。随着经济社会的高速发展和现代工业建设的迅速崛起，对其供电可靠性、经济性、灵活性和自动化水平的要求也在不断提高。但是，传统的110kV电网多为单侧电源网，其可靠性必然就要受到多方面的限制。随着电网建设与运维模式改革的不断推进与深化，近年来,小电源并网现象在各地市公司普遍存在,小水电、小热电、太阳能、秸秆电厂等具体形式不尽相同。由于110kV电网一般配置有距离与零序电流保护，分布电源的存在，以及实际生活中系统运行状态的不断变化，会导致保护范围变化甚至保护失效。这就给给保护整定带来很大难度。

针对110kV电网一般配置有距离与零序电流保护所存在的问题，本次设计通过对典型110kV配电网进行合理建模，研究系统中性点接地方式、系统最大最小运行状态以及分支系数对保护整定产生的影响，从而解决由系统变化导致的保护范围变化的问题。将对电网的安全稳定运行产生积极的意义。

二、课题关键问题及难点

本设计在分析继电保护原理的基础上，研究数字距离保护和零序电流保护，并针对线路实际运行时可能出现的各种故障，计算相应的监测量在故障时的参数，为保护方法提供相应的理论依据，提出合理的保护方案。

（1）等值阻抗计算与网络简化问题

合理的参数选择与网络化简，在保证精确性的前提下能大大减少整定计算中的工作量。（2）短路电流计算问题

针对典型故障点以及故障类型计算相应的故障电流，以此作为保护整定值的参考。（3）保护整定配合问题

相间短路故障不会产生零序电流，而单相接地故障在接地点有零序电流产生。零序电流保护灵敏

度较高，装置简单可靠，因此对于单相接地故障采用零序保护，相间短路故障采用距离保护。

（4）PSCAD仿真验证问题

模拟实际可能出现的各种故障，对保护进行校验，以此验证继电保护是否可靠，是否高效。

难点：

本课题的难点有三个，一是分支系数的求取。其包括助增分支和外汲分支的计算。二是系统运行方式的确定。无论系统如何工作，继电保护都必须可靠动作。这就需要在整定过程中考虑系统的最大最小运行方式，进而确定相应的参数。三是PSCAD仿真验证问题。参数的设定，故障类型以及故障点的选取等都会直接影响方针的效果。

三、文献综述

要保证电力系统有良好的供电质量，就要求电力系统能够安全稳定地运行。在实际运行过程中，会因为某些自然条件或人为因素，造成设备故障或不正常运行状态。对这些故障或不正常的运行状态，若不采取有效措施及时处理，会造成事故和损失。继电保护是维持电力系统安全稳定运行的重要防线。它是能反应电气设备的故障或不正常运行状态，相应地动作于跳闸以切除故障或发出信号告警的一种自动装置。继电保护定值则是继电保护装置的直接依据，一个能正常运行的电力系统必须配备继电保护并整定继电保护定值。

目前我国110kV等级的输电线路主保护通常由距离保护、零序电流保护配合构成。文献[1-3]中指出，在结构复杂、运行方式变化大的系统中，距离保护是性能较为完善的保护元件之一，因其受运行方式变化影响小，保护范围固定，具有明确的方向性，整定计算相对简易。但其不可避免的受到以下问题的困扰：1）110kV线路运行方式变化较大，负荷变化频繁，剧烈。而现有的微机距离保护Ⅲ段定值必须躲开最小负荷阻抗整定，因此常不能满足灵敏度的要求；2）保护区域外的高阻抗接地有可能引起保护误动作；3）对于短线路或者系统阻抗较大的线路时，常常会因为超越而误动。

针对以上问题，近年来国内外的专家学者们对距离保护的自适应问题进行了深入研究。对于第一个问题，文献[5]提出，距离Ⅲ段的定值由最小负荷阻抗决定，如果此时保护定值不能满足灵敏度的要求，就可以考虑按躲开实际负荷阻抗，实时地整定距离保护Ⅲ段的定值，而不是按照最小负荷阻抗整定，这样就能增大保护范围，提高保护的灵敏度。同时文献[5]中还提到，针对第二个问题，引入故障时的零序电流对阻抗继电器的动作特性进行修正，消除接地阻抗的影响。

随着电网的不断建设，高压输电短线路不断增多，当输电线路较短或者系统阻抗较大时，影响距离保护测量的各个因素的绝对误差对阻抗测量的影响会大于相对误差的影响。对于这个问题，各大电网采取的措施各不相同，但总的来说主要有以下两种解决方案：1）仍按照常规距离保护的整定原则，将距离保护I段的可靠系数整定为0.8-0.85，通过较大的延时來避免保护的超越；2）利用现场经验值直接将距离保护Ⅰ段的可靠系数整定为较小的数值，虽然能避免保护误动，但是这种方法降低了距离保护的动作灵敏度。文献[6]对此问题做出了创新性的研究，在充分研究电压互感器误差、非周期分量、电压电流变换器误差等因素的影响之后，提出在发生故障后利用在线求得的系统阻抗实时调整保护Ⅰ段的可靠系数，实现可靠系数整定的自适应性，从而可靠保证保护的选择性，避免距离保护因超越而误动作。

我国110kV及以上的电力系统均为大电流接地系统，单相短路将产生很大的故障相电流

和零序电流，多采用零序电流保护装置作为接地短路保护。文献[1]和文献[4]中提到，零序电流保护在接地保护方面具有较大优势：1）在正常负荷状态下，零序电流没有或很小；当接地短路时，就一定有零序电流产生。据统计，接地短路故障约占总故障次数的93%；2）零序电流保护装置简单，动作电流小，经济可靠，灵敏度高，正确动作率高。但是在实际运行中，零序电流保护也面临诸多问题：1）零序电流的分布间接地受大接地系统的运行方式的影响，直接地受中性点接地数目的影响；2）单相重合闸过程中可能出现较大的零序电流，影响零序电流保护的正确工作。3）自耦变压器广泛应用于超高压和特高压电网中，任一电网中的接地短路都将在另一网络中产生零序电流，将使零序保护的整定配合复杂化。

针对以上问题，传统的人工计算已经远远不能满足要求。随着计算机网络的飞速发展，以及设备的自动化水平的不断提高，文献[4]提出了基于计算机网络的零序电流保护计算机整定计算程序。利用计算机快速建立系统系统正常运行时的电路模型并实时监控，计算当前各个保护安装处零序电流保护的整定值。一旦系统运行方式发生改变，计算机就能立刻根据新的模型，计算相应的整定值；当系统中某条线路的自动重合闸动作时，通过计算机控制相应受影响的保护闭锁来防止误动。

参考文献

[1]张保会，尹项根．电力系统继电保护[M]．中国电力出版社，2010

[2]张如义．110kV电网继电保护的整定[J]．电气技术，2013，3：49-51

[3]王莉，苏忠阳．提高110kV线路后备保护适应能力的探讨[J]．电力设备，2005,6（2）：

52-54

[4]谢创树．110kV线路零序电流保护大的计算机整定程序[J]．人民珠江，1997，5：43-45

[5]孙长文．110kV线路自适应距离保护策略的研究与实现[D]．武汉：武汉大学，2004

[6]杨琳．相间距离保护Ⅰ段可靠系数及其自适应研究[D]．北京：华北电力大学，2012

四、方案论证

本次设计对线路输电线路SB的双侧保护（BH3，BH4）进行整定计算，对于相间短路故障采用距离保护，对于不对称接地故障采用零序电流保护。

（1）运行方式论证

对于发电厂，最大运行方式为三台发电机同时投运，最小运行方式为退出一台发电机组，变压器三台均投入，始终保持一台变压器中性点接地；两台变电所的主变，正常运行时只投入一台，高峰负荷时投入两台；等效电力系统中性点接地，计算时同样考虑最大和最小运行方式下的各序阻抗；负荷变压器采用中性点不接地的方式。

（2）短路点论证

短路点选取母线A、母线B、母线C以及母线S，以计算保护BH2,BH3以及BH5的

零序Ⅰ段整定

值，同时也使BH3的零序Ⅱ段可以与下级线路配合。选取的故障类型为不对称接地短路，即单相

接地和两相接地，由于零序电流保护属于过量保护，因此取短路时的零序电流较大值作为整定参

考值。

（3）短路电流求取

由于故障点是随机出现的，保护不可能安装在故障点处。这就需要计算出故障时流过保护安装处

的电流，即得到故障点的电流后，再计算此时流经BH3和BH4的故障电流。同时还应注意到保护

装置测量的零序电流为实际单相中流过的零序电流值的三倍。

（4）整定计算方案

保护BH3和BH4采用距离保护与零序电流保护。先进行距离保护三段式的计算，并考虑系统运行

方式及分支系数的影响；根据选取的不同故障点、故障类型以及系统运行方式，绘制相应的零序

网络图，进行三段式零序电流保护的计算。整定计算完成后要对各段保护的灵敏度进行校验，如

果灵敏度和选择性不能同时满足要求，则可以通过保证灵敏度，增加延时的方法来进行改进。

（5）仿真任务

根据整定计算的结果建立系统模型，在由实际可能出现的各种情况，对保护的可靠性，选择性，

速动性以及灵敏性进行校验，以便于发现保护的不足和可以优化的地方。

五、工作计划

第1周查阅并翻译相关资料，了解目前行业发展阶段以及未来的发展趋势，根据疑问阅读相关文献。

第2周翻译外文资料《含有分布式发电设备的配电网实时故障定位》，完成开题报告初稿。

第3周编写论文第一章，简要说明选题背景和要解决的问题，难点等。

第4周复习发电机变压器组继电保护原理，完成发电机变压器继电保护的配置。

第5周编写第二章《阻抗及短路电流计算》，绘制系统等效网络图、配置互感器，完成计算初期的准备工作。

第6周对上周计算参数内容再次审核，同时对分类保护进行学习、整理。

第7周编写第三章《继电保护整定计算》，计算相间短路电流，接地短路电流，为下周的整定做准备。

第8周进行相间保护整定计算，接地短路整定计算。学习相关软件，准备进行仿真。

第9周利用所得的参数，编写第五章《变压器保护的配》以及《继电保护仿真研究》，模拟继电保护的运行，根据仿真结果得出最合理的整定方案。

第10周总结最终结果，编写第六章《结论》，完成论文初稿，交给导师审核。

第11周根据指导教师反馈意见修改论文，完成最终定稿。

第12周整理相关资料，准备答辩。