110kV区域电网的继电保护设计要点
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110kV区域电网的继电保护设计
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110kV区域电网的继电保护设计
1系统运行方式及元件保护配置
1.1系统运行方式制定
电力系统中，为使系统安全、经济、合理运行，或者满足检修工作的要求，需要经常变更系统的运行方式，由此相应地引起了系统参数的变化。在设计变、配电站选择开关电器和确定继电保护装置整定值时，往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路电流值来计算和校验所选用电器的稳定度和继电保护装置的灵敏度。
最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性。
最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。
综合上述：根据功率平衡情况和题目图，G1、G2、G3全部投入为最大运行方式；G1、G2投入（G3停运）为最小运行方式。
1.2变压器中性点接地运行方式确定
110kV 电网变压器中性点接地运行方式应尽量保持变电所零序阻抗基本不变，遇到使变电所零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时应根据运行规程规定或根据当时的实际情况临时处理。根据国家《3——110KV 电网继电保护装置运行整定规程》4.1.3.4条：
a.发电厂只有一台主变压器，则变压器中性点宜直接接地运行，当变压器检修时，按特殊情况处理。
b.发电厂有接于母线的两台主变压器，则宜保持一台变压器中性点直接接地运行。如由于某些原因，正常运行时必须两台变压器中性点均直接接地运行，则当一台主变压器检修时，按特殊情况处理。
c.发电厂有接于母线的三台及以上主变压器，则宜两台变压器中性点直接接地运行，并把它们分别接于不同的母线上，当不能保持不同母线上各有一个接地点时，按特殊情况处理。
视具体情况，正常运行时也可以一台变压器中性点直接接地运行，当变压器全部检修时，按特殊情况处理。 d.变电所变压器中性点的接地方式应尽量保持地区电网零序阻抗基本不变，同时变压器中性点直接接地点也不宜过分集中，以防止事故时直接接地的变压器跳闸后引起其余变压器零序过电压保护动作跳闸。
e.自耦变压器和绝缘有要求的变压器中性点必须直接接地运行，无地区电源的单回线供电的终端变压器中性点不宜直接接地运行。
f.当某一短线路检修停运时，为改善保护配合关系，如有可能，可以用增加中性点接地变压器台数的办法来抵消线路停运时对零序电流分配的影响。
由上分析可知：选取T1、T2、T4、T5接地，而T3、T6不接地。
1.3发电机保护配置
发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身也是十分贵重的电气设备，因此，应该针对各种不同的故障和不正常工作状态，装设性能完善的继电保护装置。
1、对 300MW 及以上汽轮发电机变压器组，应装设双重快速保护，即装设发电机纵联差动保护、变压器纵联差动保护和发电机变压器组共用纵联差动保护; 当发电机与变压器之间有断路器时，应装设双重发电机纵联差动保护；
2、1MW 以上的发电机，应装纵联差动保护；
3、对发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单 100MW 及以下发电机，独的纵联差动保护; 当发电机与变压器之间没有断路器时，可装设发电机变压器组共用纵联差动保护，100MW 及以上发电机，除发电机变压器组共用纵联差动保护外，
发电机还应装设单独的纵联差动保护，200～300MW 对的发电机变压器组可在变压器上增设单独的纵联差动保护，即采用双重快速保护；
4、对于采用发电机变压器组单元接线的发电机，容量在对 100MW 以下的，应装设保护区小于 90%的定子接地保护; 容量在 100MW 以上的，应装设保护区为 100%的定子接地保护；
5、1MW 以上的水轮发电机，应装设一点接地保护装置；
6、与母线直接连接的发电机，当单相接地故障电流大于允许值时，应装设有选择性的接地保护装置；
7、转子内冷汽轮发电机和 100MW 及以上的汽轮发电机，应装设励磁回路一点接地保护装置，每台发电机装设一套;并可装设两点接地保护装置，每台发电机装设一套，对旋转整流励磁的发电机，应装设一点接地故障定期检测装置；
8、100MW 以下，不允许失磁运行的发电机，当采用半导体励磁系统时，宜装设专用的失磁保护；
9、100MW 以下的汽轮发电机，对一点接地故障，可采用定期检测装置。对两点接地故障，应装设两点接地保护装置；
10、100MW 以下但失磁对电力系统有重大影响的发电机及 100MW 及以上 的发电机应装设专用的失磁保护。对 600MW 的发电机可装设双重化的失磁保护。
11、对于由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50MW及以上的发电机上装设负序过电流保护。
本题目中的G1、G2、G3发电机额定容量分别为50MW、50MW 、70MW，均小于100MW，因此要装设的保护有：纵联差动保护（与发电机变压器共用）、匝间短路保护、定子接地保护G3可多装设一组负序过电流保护。
1.4变压器保护配置
电力变压器运行的可靠性很高。由于变压器发生故障时造成的影响很大，因此应加强其继电保护装置的功能，以提高电力系统安全运行，按技术规程的规定电力变压器继电保护装置的配置原则一般为：
(1)针对变压器内部的各种短路及油面下降应装设瓦斯保护，其中轻瓦斯瞬时动作于信号，重瓦斯瞬时动作于断开各侧断路器;
(2)应装设反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护作为主保护，瞬时动作于断开各侧断路器;
(3)对由外部相间短路引起的变压器过电流，根据变压器容量和运行情况的不同以及对变压器灵敏度的要求不同，可采用过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流和单相式低电压起动的过电流保护或阻抗保护作为后备保护， 带时限动作于跳闸;
(4)对 110kV 及以上中性点直接接地的电力网，应根据变压器中性点接地运行的具体情况和变压器的绝缘情况装设零序电流保护和零序电压保护，带时限动作于跳闸;
(5)为防御长时间的过负荷对设备的损坏，因根据可能的过负荷情况装设过负荷保护，带时限动作于信号;
(6)对变压器温度升高和冷却系统的故障，应按变压器标准的规定，装设作用于信号或动作于跳闸的装置。 由此可得：本次设计的变压器主保护为：瓦斯保护、纵联差动保护；后备保护为：复合电压启动的过电流保护、零序电流电压保护、过负荷保护。
1.5线路保护配置
在110-220kV中性点直接接地电网中，线路的保护以以下原则配置：
（1）对于相间短路，单侧电源单回线路，可装设三相多段式电流电压保护作为相间短路保护。如不满足灵敏度要求，应装设多段式距离保护。双电源单回线路，可装设多段式距离保护，如不能满足灵敏度和速动性的要求时，则应加装高频保护作为主保护，把多段式距离保护作为后备保护。
（2）对于接地短路，可装设带方向性或不带方向性的多段式零序电流保护，在终端线路，保护段数可适当减少。对环网或电网中某些短线路，宜采用多段式接地距离保护，有利于提高保护的选择性及缩短切除故障时间。
（3）对于平行线路的相间短路，一般可装设横差动电流方向保护或电流平衡保护作主保护。当灵敏度或速动性不能满足要求时，应在每一回线路上装设高频保护作为主保护。装设带方向或不带方向元件的多段式电流保护或距离保护作为后备保护，并作为单回线运行的主保护和后备保护。
（4）对于平行线路的接地短路，一般可装设零序电流横差动保护作为主保护；装设接于每一回线路的带方向或不带方向元件的多段式零序电流保护作为后备保护。
（5）对于电缆线路或电缆与架空线路混合的线路，应装设过负荷保护。过负荷保护一般动作于信号，必要时可动作于跳闸。
根据以上原则，本系统中采用相间距离保护作为反映相间短路的保护装置；反映接地短路的保护装置采用接地距离保护并辅之以阶段式（四段式）零序电流保护。
系统元件保护配置表
保护对象 主保护 后备保护
发电机 纵联差动保护、匝间短路保护 定子接地保护
变压器 瓦斯保护、纵联差动保护 复合电压启动的过电流保护、零序电流电压保护、过负荷保护
输电线路 相间距离保护 零序电流保护 2系统中各元件的主要参数的计算
2.1基准值选择
基准功率：MVASB100
基准电压：BavUU（avU取各母线平均电压，例如110kV为115 kV；35 kV为37 kV ；10 kV为10.5 kV）avU取115 kV时。
基准电流：AUSIBBB5023
基准电抗：25.1322BBBSUZ
2.2电网各个元件参数计算及负荷电流计算
2.2.1发电机等值电抗计算
发电机的电抗标幺值计算公式：
NBdGSSXX*
式中： ''dX—— 发电机次暂态电抗
BS—— 基准容量100MVA
NS——发电机额定容量MVA
对发电机G1、G2进行计算：
已知：MVASN50，125.0Xd
25.050100125.0*1NBdGSSXX
0625.3325.13225.0*11BGGZXX
对发电机G3进行计算：
已知：MVASN70，135.0Xd 1929.070100135.0*2NBdGSSXX
25.505425.1321929.02*2BGZXX
2.2.2变压器等值电抗计算
变压器电抗标幺值计算公式：
NBKTSSUX100(%)*
式中：(%)KU —— 变压器短路电压百分值
BS—— 基准容量100MVA
NS ——变压器额定容量MVA
(1)对T1,T2进行计算：
已知：MVASN60 5.10(%)KU，则
175.0601001005.10100(%)*NBKTSSUX
1438.2325.132175.0*BTTZXX
(2) 对T3进行计算：
已知：MVASN63 75.9(%)KU，则
1548.06310010075.9100(%)*NBKTSSUX
4673.2025.1321548.0*BTTZXX
(3) 对T4进行计算：
已知：MVASN25 5.13(%)KU，则
54.0251001005.13100(%)*NBKTSSUX
415.7125.13254.0*BTTZXX
(4) 对T5、T6进行计算：
