220kv输电线路继电保护

银川能源学院

课程设计

课程名称：电力系统继电保护原理

设计题目：220kV输电线路继电保护设计

院（部）：电力学院

专业：电气工程及其自动化

班级：1203

姓名：马祥

学号：1210240104

成绩：______________________________ 指导教师：李莉李静

日期：2015年6月8日——6月21日

目录

1、引言 (1)

2、220KV电网元件参数的计算 (1)

2.1 设计原则 (1)

2.2 220KV电网元件参数计算原则 (2)

2.3 发电机参数的计算 (2)

2.4 变压器参数的计算 (2)

2.5 输电线路参数的计算 (4)

3、中性点接地的选择 (5)

3.1 输电线路上T A、TV变比的选择 (5)

3.2变压器中性点接地方式的选择 (6)

4、短路电流的计算 (7)

4.1 运行方式确定的原则 (7)

4.2 网络等效图的化简 (7)

4.3 关于相间距离保护的短路计算 (8)

5、自动重合闸 (11)

5.1 自动重合闸的基本概述 (11)

5.1.1 概述 (11)

5.1.2 自动重合闸的配置原则 (12)

5.2 自动重合闸的基本要求 (12)

心得 (13)

参考文献 (14)

附录 (14)

1、引言

继电保护是一种电力系统的反事故自动装置，它在电力系统中的地位十分重要。继电保护伴随着电力系统而生，继电保护原理及继电保护装置的应用，是电力系统实用技术的重要环节。继电保护技术的应用繁杂广泛，伴随着现代科技的飞速发展，继电保护在更新自身技术的基础上与现代的微机、通信技术相结合，使继电保护系统日趋先进。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发展不断地注入新的活力，继电保护技术未来发展趋势是计算机化、网络化、智能化和数据通信一体化发展。

本次设计主要内容是220KV输电线路继电保护的配置和整定，设计内容包括：220KV电网元件参数的计算、中性点接地的选择、短路电路的计算、自动重合闸等。

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。

2 、 220KV电网元件参数的计算

2.1 设计原则

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）》、《110~220kV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。

2.2 220KV 电网元件参数计算原则 标幺值的归算

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值和各平均额定电压作为电压基准来进行。

B

B

B S U Z 2=

2.3 发电机参数的计算 发电机的电抗有名值：

N

N S U X X d

100(%)2"= （2-7）

发电机的电抗标幺值：

N

B

d S S X X 100(%)"=* （2-8）

式中： (%)

"X d —— 发电机次暂态电抗; N U —— 发电机的额定电压;

B U ——基准电压; B S —— 基准容量; N S ——发电机额定容量. 已知： P N U N ?c o s "d X 则： S N =

Φ

COS P N

*G X = N B S S 100(%) Xd" G X = N

B

S U 100(%)X 2

"d

2.4 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：

N

N K T S U U X 100(%)2

= （2-9）

双绕组变压器电抗标幺值：

N

B

k T S S U X 100(%)=

* （2-10）

式中： (%)K U ——变压器短路电压百分值;

N U ——发电机的额定电压; B U ——基准电压;

B S ——基准容量;

N S ——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

U K1（%）=21

〔Ud Ⅰ—Ⅱ（%）+Ud Ⅰ—Ⅲ（%）-Ud Ⅱ—Ⅲ（%）〕 （2-11）

U K2（%）=21

〔Ud Ⅰ—Ⅱ（%）+Ud Ⅱ—Ⅲ（%）-Ud Ⅰ—Ⅲ（%）〕 （2-12）

U K3（%）=21

〔Ud Ⅰ—Ⅲ（%）+Ud Ⅱ—Ⅲ（%）-Ud Ⅰ—Ⅱ（%）〕 （2-13）

式中：Ud Ⅰ—Ⅱ（%）、Ud Ⅰ—Ⅲ（%）、 Ud Ⅱ—Ⅲ（%）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:

X T1 = N N K S U U 100(%)2

1 （2-14）

X T2 =N N K S U U 100(%)2

2 （2-15）

X T3 =N

N K S U U 100(%)2

3 （2-16）

各绕组的电抗标幺值:

X T1* =

N B

k S S U 100(%)1 （2-17）

X T2* = N B

k S S U 100(%)2 （2-18）

X T3* = N

B

k S S U 100(%)3 （2-19）

式中： S B —— 基准容量MV A ；

S N —— 变压器额定容量;

N U —— 发电机的额定电压;

B U —— 基准电压. (3) B 变压器参数计算：

已知： S N %12K U 则： N

T B K T S S U X 111%?=* B T T Z X X ?=*

1

1 (4) C 变压器参数计算：

已知: S N %12K U %23K U %13K U 则: 各绕组的阻抗百分值为：

U K1% = 21

（%12K U +%13K U -%23K U ）

U K2% = 21

（%23K U +%12K U -%13K U ）

U K1% = 2

1

（%13K U +%23K U -%12K U ）

X T1* = N

B

k S S U 100(%)1 X T2* = N B k S S U 100(%)2 X T3* = N B k S S U 100(%)3

对于E 变压器参数计算原则与2.4(4)相同。

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: Z 0 = 3Z 1 （2-20）

负序阻抗为: Z 2 = Z 1 （2-21） 线路阻抗有名值的计算：

正、负序阻抗: Z 1 = Z 2 = (1r +j 1x )L （2-22）

零序阻抗: Z 0 = 3Z 1 （2-23） 线路阻抗标幺值的计算：

正、负序阻抗: Z 1* = Z 2* =（1r +j 1x )L

2

B

B U

S （2-24） 零序阻抗: Z 0* = 3Z 1* （2-25）

式中： 1r —— 每公里线路正序电阻值Ω/KM;

x——每公里线路正序电抗值Ω/KM;

1

L ——线路长度KM;

S B ——基准容量;

U B ——基准电压.

(2) AB段

有名值：Z AB1= R AB1+ jX AB1= (R1+ jX1 ) ×L AB

Z AB2 =Z AB1

Z AB0= R AB0+ jX AB0=3 Z AB1

标幺值：Z AB1*= Z AB1/ Z B

Z AB2* =Z AB1*

Z AB0*= R AB0*+ jX AB0*=3 Z AB1*

对于其它线路：BC段，AC段，AD段，DE段，EF段，FG段的计算原则与2.5(2)相同。

3、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

①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。

②一次电压：Ug=Un

Ug—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.

③一次回路电流：I1n≥Igmax

Igmax—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.

④准确等级：用于保护装置为0.5级，用于仪表可适当提高。

⑤二次负荷：S2≤Sn

S2—电流互感器二次负荷;

Sn—电流互感器额定负荷ф.

⑥输电线路上CT的选择：根据最大极限电流来选择。

(2) TV的配置原则

①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。

②一次电压的波动范围：1.1Un>U 1>0.9Un ③二次电压：100V

④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。 ⑤二次负荷：S 2≤Sn

(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

100/3

100

/3220000 , 型号为YDR —220; Y —电压互感器；D —单相; R —电容式。

3.2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，中性点接地的选择结果如下：A的两台为T1

、T2；C端的一台为T3；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。

4、短路电流的计算

4.1 运行方式确定的原则

保护的运行方式是以通过保护装置的短路电流的大小来区分的。

(1)最大运行方式

根据系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行（或大部分投入运行）以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。

(2)最小运行方式

根据系统最小负荷，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式。

表4-1 系统运行方式的结果

4.2 网络等效图的化简

(1)正序等效图

图4-1 正序等效网络图

(2)零序等效图

图4-2 零序等效网络图

4.3 关于相间距离保护的短路计算

(1)对1QF而言:

1) 最小分支系数K b,min的计算

运行方式:开机容量最小,AC 断线,系统1-6最大运行方式,双回线. 网络等效图如下所示:

调整上图位置

!

图4-3 关于最小分支系数K b,min 等效网络图

化简得:

图4-3 关于最小分支系数K b,min 等效网络化简图

∴

33

2m i n ,16X X X I I K b +==

2) 最大分支系数K b,max 的计算

运行方式:开机容量最大,闭环,系统1-6最小运行方式,单回线. 网络等效图如下所示:

b,max

图4-7 关于最大分支系数K b,max 等效网络化简图(2)

4

X

图4-5 关于最大分支系数K b,max 等效网络图

3212

112X X X X X X ++=

3213

113X X X X X X ++=

3

213

223X X X X X X ++=

413'13X X X += 23'13'12//X X X X C +=

∴ C

X I 1

23=

13

'12'13

'23

12X X X I I +=

122313I I I -=

∴ ()1131312121/X X I X I I +=

()3232313133/X X I X I I +=

∴ 1

3

m a x b, K I I =

对2QF ，7QF 和8QF 最大和最小分支系数的计算原理同4.4(1)相同。

5、 自动重合闸

5.1 自动重合闸的基本概述 5.1.1 概述

在110KV 级以上电压的大接地电流系统中，由于架空线路的线间距离较大，相间故障的机会比较少，而单相接地短路的机会比较多。在高压输电线路上，若不允许采用快速非同期三相重合闸，而采用检同期重合闸，又因恢复供电的时间太长，满足不了稳定运行的要求时，就采用单相重合闸方式。

单相重合闸是指只把发生故障的一相断开，然后再进行单相重合，而未发生故障的两相仍然继续运行，这样就可大大提高供电的可靠性和系统并列运行的稳定性。

如果线路发生的是瞬时性故障，则单相重合闸成功即恢复三相的正常运行。如果是永久性故障，单相重合不成功，则根据系统的具体情况，如不允许长期非全相运行时，则应再次切除单相并不再进行自动重合。目前一般都是采用重合不成功时跳开三相的方式。当采用单相重合闸时，如线路发生相间短路时，一般都跳开三相断路器，不进行三相重合；如有其它原因断开三相断路器时，也不进行重合。

5.1.2 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、线路上装设的继电保护装置及断路器性能，以及其它技术经济指标等因素决定。其配置原则：

（1）1KV及以上架空线路及电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，当用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置；

（2）旁路断路器和兼作旁路的母联断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置；（3）低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置；

（4）必要时，母线故障也可采用自动重合闸装置。

总结多年来自动重合闸运行的经验可知，线路自动重合闸的配置和选择应根据不同系统结构、实际运行条件和规程要求具体确定。在本此所设计的220kv中性点直接接地电网中,采用综合自动重合闸装置。

5.2 自动重合闸的基本要求

(1) 自动重合闸装置不应动作的情况有:

①由值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时。

②手动投入断路器,由于线路上存在故障,随即由保护动作将其断开.因为在这种情况下,故障大多都是属于永久性的。它可能是由于检修质量不合格、隐患未能消除或者是保安地线没有拆除等原因造成的。因此,即使再重合一次也不可能成功。 .

③在某些不允许重合的情况下例如,断路器处于不正常状态(如气压、液压降低等)以及变压器内部故障,差动或瓦斯保护动作使断路器跳闸时,均应使闭锁装置不进行重合闸。

（2）除上述条件外,当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后,重合闸都应该动作,使断路器重新合闸。在某些情况下(如使用单相重合闸时),也允许只在保护动作于跳闸后进行重合闸。

（3）基于以上的要求,应优先采用断路器操作把手与断路器位置不对应启动方式,即当断路器操作把手在合闸位置而断路器处在跳闸位置时启动重合闸。这种方式可以保证无论什么原因使断路器跳间后(包括偷跳和误跳),都能进行一次重合闸。当手动操作断路器跳闸,由于两者的位置是对应的,因此,不会启动重合闸。

当利用保护来启动重合闸时,由于保护动作很快,可能使重合闸来不及启动。因此,必须采取措施(如设置自保持回路或记忆回路等)来保证装置可靠动作。

（4）自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。如一次重合闸就只应该动作一次。当重合于永久性故障而再次跳间后,就不应该再动作。

装置本身也不允许出现元件损坏或异常时,使断路器多次重合的现象,以免损坏断路器设备和扩大事故范围。

（5）自动重合闸在动作以后,应能够自动复归。

对于10kV及以下的线路,当经常有值班人员时,也可采用手动复归方式。

（6）自动重合间时间应尽可能短,以缩短停电的时间.因为电源中断后,电动机的转速急剧下降,停电时间越长,电动机转速越低,重合闸后自起动就越困难,会拖延恢复正常工作的时间。但重合闸的时间也不能太短,因为:

①要使故障点的绝缘强度来得及恢复。

②要使断路器的操作机构来得及恢复到能够重新合闸的状态。重合闸的动作时间一般采用0.5～1.5s。

（7）自动重合闸装置应有与继电保护配合加速切除系统故障的回路。加速方式可分为前加速和后加速。

前加速方式就是在重合闸前保护以瞬时或缩短ΔT时间,快速切除故障。重合于永久性故障时保护将延时切除故障。

后加速方式就是在重合闸前保护瞬时或后备时间切除故障,重合于永久性故障时,保护将瞬时或后备缩短△T时间,快速切除故障。

（8）在两侧电源的线路上采用重合闸时应考虑同步问题。

心得

本次课程设计主要是针对220kV输电线路，要求我们设计一个220kV输电线路继电保护方案。在做这次继电保护课程设计的时候，我通过查找有关于这方面的资料，对此次的设计题目先进行了分析，而且进行了如下的具体设计，其内容为：计算系统中各元件参数；确定输电线路上TA，TV变比的选择及变压器中性点接地的选择；绘

制电力系统等值阻抗图，确定系统运行方式并进行短路计算；确定电力系统继电保护的主保护和后备保护的选择及整定计算。然后我就开始着手准备所需要的各种资料，并且进行了整理。

由于对所学的内容都没有掌握的很透彻，在做设计的过程中遇到了很多问题，我通过网络资料和有关书籍解决了一部分问题，后来我又向老师和同学虚心请教，解决了问题，其实，我遇到的最大的问题就是画电路图，因为对专业的画图软件不了解，不能运用专业的画图软件，所以在画图的时候耗费的时间比较长，我认为现在熟悉这些画图软件是非常有用的，对我们将来的毕业设计会有很大的帮助。

通过本次设计，我对电力系统继电保护这门课程有了更深刻的理解，对所学到的内容也有了进一步的掌握，熟悉了电力系统继电保护的设计步骤和设计技能并掌握了运用各种整定原则，提高了设计电力系统继电保护整定的计算能力。

对于各种继电保护适应电力系统变化的能力都是有限的，因此继电保护整定方案也不是唯一的，而且本次设计的时间比较紧，我的能力也很有限，难免会有一些不足之处，希望各位老师指出错误，我将虚心地接受并加以改进。

参考文献

1、崔家佩.等《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》[M].北京：水利电

力出版社，1993

2、李骏年.《电力系统继电保护》[M].北京：中国电力出版社，1993

3、王维俭.《电气主设备继电保护原理与应用》[M].北京：中国电力出版社，1996

4、吕继绍.《继电保护整定计算与实验》[M].湖北华中理工大学出版社，1983

5、韩笑.《电力系统继电保护》[M].机械工业出版社.2011

附录

电力网主接线图