220kv电网继电保护设计

220kv电网继电保护设计

目录

一、 题目 ................................................................. 1

二、 系统中各元件的主要参数 .............................. 2

三、 正序、负序、零序等值阻抗图 ...................... 4

四、 继电保护方式的选择与整定计算 .................. 7

（A） 单电源辐射线路（AB）的整定计算 ..... 7

（B） 双回线路BC和环网线路主保护的整定计算 12

（C） 双回线路CE、ED、CD主保护的整定计算（选做） 错

误！未定义书签。

（D） 双回线路和环网线路后备保护的整定计算（选做） 错误！

未定义书签。

2

五、 220kV电网中输电线路继电保护配置图 .... 13

3

一、题目

选择图1所示电力系统220kV线路的继电保护方式并进行整定计算。图1所示系统由水电站W、 R和两个等值的110kV系统S、N，通过六条220kV线路构成一个整体。整个系统的最大开机总容量为1509.29MVA，最小开机总容量为1007.79 MVA，两种情况下各电源的开机容量如表1所示。各发电机、变压器容量和连接方式已在图1中示出。

表1 系统各电源的开机情况

代号 第一种运行情况 开机情况 说明 W、R水电厂所有机组、变压器均投入，S、N等值系统最大开机情况 按最大容量发电、变压器均投入 W厂停2×30MVA机组，R厂停77.5MVA机组一台，S系最小开机情况 统发电容量是300MVA，N系统发电容量为240MVA 第二种运行情况

图1 220kV系统接线图

二、系统中各元件的主要参数

计算系统各元件的参数标么值时，取基准功率Sb=60MVA，基准电压Ub＝220kV，基准电流Ib=Sb3Ub=0.157kA，基准电抗xb = 806.67。

(一) 发电机及等值系统的参数

用基准值计算所得的发电机及等值系统元件的标么值参数见表2所列。 表2 发电机及等值系统的参数 发电机发电机及系统的总每台机额额定功正序电抗 每台机额定容量MVA 或系统定电压率因数 功率MVA 名称 kV 最大 最小 cos % 标么值 负序电抗 % 标么值 30.1 W厂 259.5 235.3 11 15 13.8 115 115 235.3 77.5 0. 70 0.06 0.85 0.25 0.83 0.35 0.84 0.3 0.5 0.5 0.51 0.36 0.44 1.01 0.09 0.54 0.08 0.12 0.09 0.15 R厂 S系统 N系统 310 476 428 232.5 300 240 0.37 0.06 0.10 0.07 0.12 0.61 0.61 ，系统x21.22xd。注：系统需要计算最大、最小方式下的电抗值；水电厂发电机x21.45xd

(二) 变压器的参数

变压器的参数如表3所列。

表3 变压器参数

变压器容量 变电站名称 变压器类型 (MVA) A 变 B变 B-1 B-2 C 变 D 变 E 变 变比 220/35 220/15 220/11 220/11 回路电压 I－II I－III II－III 10.5% 绕组电抗标么值 xI xII xIII 20 240 60 120 90 120 双绕组 双绕组 双绕组 三绕组 双绕组 三绕组 0.3150 0.0300 12% 12% 0.1200 220/115/35 6.25% 0% 10.75% 0.03125 0 0.05375

12% 0.0800 220/115/35 6.25% 0% 10.75% 0.03125 0 0.05375

(三) 输电线的参数

线路单位电抗 x1＝x2＝0.41/km，x0＝3x1，线路阻抗角80o。

表4 输电线参数

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正负序电抗 线路名称 长度(km) 零序电抗 有名值 标么值 有名值 标么值 AB BC BC CD DE EC 60 230 250 185 170 30 24.6 94.3 102.5 75.85 69.7 12.3 0.03 73.8 0.12 282.9 0.13 307.5 0.09 227.55 0.09 209.1 0.015 36.9 0.09 0.35 0.38 0.28 0.26 0.046

(四) 电流互感器和电压互感器变比

220kV线路的所有电流互感器均采用同一变比600：5＝120，电压互感器的变比均为220000：100＝2200。 (五) 变压器中性接地点的数目和位置 变电站名称 变压器台数 220kV侧变压器中性点接地台数

R 4 2 N 2 1 W 2 1 S 3 2 3

三、正序、负序、零序等值阻抗图

根据系统各元件参数计算结果和变压器中性点接地的情况，作出系统的正序、负序、零序阻抗图。

1、 正序网

4

2、

负序网

5

3、

零序网（设AF线路末端变压器低压侧发生短路）

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继电保护方式的选择与整定计算

根据规程规定和所给系统的具体情况，选择220kV线路保护时作了如下考虑。

由于本系统允许切除故障的时间为0.2s，为保证系统运行稳定，当220kV输电线路任何低点发生短路故降时，继电保护切除故障线路的时间都必须小于0.2s。因而，凡是不能在0.2S内切除线路故障的保护装置都不宜用作主保护。基于这种考虑，对双电源的双回线路和环网内的线路采用高频保护作为主保护。后备保护釆距离保护比较合适。对于单电源的辐射线路AB，可采用距离保护作为相间短路保护，零序电流保护作为接地短路保护。

（A）单电源辐射线路（AB）的整定计算

1. 反应相间短路的距离保护的整定计算

（1）距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的，t为保护装置的固有动作时间，当线路AF出口处短路时，AB段的的保护第Ⅰ段是不应该动作的，为此其动作阻抗的整定值ZⅠ必须躲过这一点短路时所测量到的阻抗ZAB，即错误！未找到引用源。。set考虑阻抗继电器和电流、电压互感器的误差和保护装置本身的误差，需引入可靠系数错误！未找到引用源。。

一次侧标幺值

ZsetAB0.85ZAB0.850.030.026Ⅰ

二次侧标幺值

ⅠZsetabZⅠsetABnTAnTV0.02612022000.0014

所以线路AB的距离保护的Ⅰ段整定值为0.0014806.671.13 （2）线路AB段的距离保护的Ⅰ段不能保护线路全长，所以继续整定距离保护Ⅲ段，按躲过最小负荷阻抗整定。

最大负荷电流

Ifhmax1.3SN3UN1.320322068.23A

7

标幺值为

IfhmaxfhmaxII68.230.43

B157当系统处于最小开机情况时

B段母线上的最小电压标幺值

U0.030.315B0.030.3150.050.873

有名值

UB0.873220192.06kV

最小负荷电阻

Z.061000fhmin192368.231625.18

ZⅢmin18整定值

setZfhkkkfhk1625.zq1.251.151.5753.71

因为在线路的末端，所以动作时间只需附加一个t0.5S。 校验灵敏性ⅢKsetab753.71senZ

Zab24.630.64满足要求。

2. 反应接地短路的零序电流保护的整定计算

根据之前的正负零序网图画出相应的各序等值电路 正序等值电路

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负序等值网络

零序等值网络

零序电流瞬时速断整定要求躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流，并引入可靠系数Krel

（1）单相短路时 复合序网图

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零序电流标幺值(一次侧)

If01Z1Z2Z(0)10.070.080.123.704

（2）两相接地短路时 复合序网图

零序电流标幺值(一次侧)

If0Z11ZZ(2)2Z(0)0ZZ22Z00.0710.080.120.080.120.080.080.123.39Z取二者的较大值If03.704 二次侧标幺值If0'If0maxnTA3.7041200.0309

所以零序电流保护Ⅰ段的整定值为1.2530.030680.15718.19A

（2）零序Ⅱ段保护：与相邻线路I段配合

正序等值电路

负序等值网络

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零序等值网络

零序电流瞬时速断整定要求躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流，并引入可靠系数Krel

（3）单相短路时 复合序网图

零序电流标幺值(一次侧)

If01Z1Z2Z(0)10.390.400.430.820

（4）两相接地短路时 复合序网图

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零序电流标幺值(一次侧)

If0Z11ZZ(2)2Z(0)0ZZ22Z00.3910.400.430.400.430.400.430.400.807Z取二者的较大值If00.820 二次侧标幺值If0'If0maxnTA0.8201200.0068

所以线路AB的零序电流保护Ⅱ段的整定值为

IⅡ0set1.151.2530.00680.1574.60A

Ksen0.00680.1574.600.232

（B）双回线路BC和环网线路主保护的整定计算

1. 双回线路BC主保护的整定计算

采用相差高频保护。 双回线分别装设保护 （1）对于250Km的线路

为了在外部故障时保证动作的选择性，确保闭锁角b22取闭锁角bBC25022lBC2501006y2225010061552

l1006

所以整定动作角为actBC250180bBC25018052128

考虑最不利的情况下发生保护范围内部故障，设

BEC滞后于EB的角度70,设短路点靠近与C侧，则电流I滞后于EB的角

度由发电机、变压器以及线路的总阻抗决定，取总阻抗角k60。在N侧，电

流IC的角度取决于发电机和变压器的阻抗，一般由于电阻很小，故取k90。电流互感器最大的误差角为TA7，保护装置的误差角可达PD15。则B侧和C侧高频信号之间的相位差最大可达100715122，考虑线路传输延迟，线路长度为l时，则总延迟角为ll1006，所以

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超前一端B250122滞后一端C250122lBC250100lBC250100612261222501002501006137 6107

可知在最不利的情况下超前一端B将大于act，此时B端将不能动作，然而C端的相位差随长度的增加而减小，因此C端的相角差必小于act，所以C端仍可以可靠动作。

为了解决B端保护在内部故障时不能跳闸的问题，在保护的接线中采用当C端保护动作跳闸后，停止自己发信机所发送的高频信号，在C端停信以后，B端的收信机就只能收到自己所发的信号，由于信号时间断的，间断角接近180，因此B端保护可以立即动作跳闸。即采用相继动作。

所以最终整定的结果为，动作角128，闭锁角52，B侧相继C侧而动作。 （2）对于230Km的线路 整定方法同上闭锁角b23022lBC2301006y2223010061550.8

所以整定动作角为act230180b23018050.8129.2。

考虑考虑最不利的情况下发生保护范围内部故障： 超前一端B230122滞后一端C230122lBC230100lBC230100612261222301002301006135.8 6108.2

可知在最不利的情况下超前一端B将大于act，此时B端将不能动作，为了解决B端保护在内部故障时不能跳闸的问题，在保护的接线中采用当C端保护动作跳闸后，停止自己发信机所发送的高频信号，在C端停信以后，B端的收信机就只能收到自己所发的信号，由于信号时间断的，间断角接近180，因此B端保护可以立即动作跳闸。即采用相继动作。

所以最终整定的结果为，动作角129.2，闭锁角50.8，B侧相继C侧而动作。

220kV电网中输电线路继电保护配置图

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