论文总字数：13612字

摘 要

110kV电网作为我国变配电系统的重要组成部分，继电保护装置的配置与整定的正确性是电网安全稳定地运行的关键。本文在已知110kV电网网络以及电网各元件原始参数的基础上，对该110kV电网进行继电保护装置的配置与整定。通过对各线路进行相间短路计算、接地短路计算、变压器的差动保护计算，选择合理的保护定值，保证各个保护之间的相互配合，使电网安全稳定地运行。同时研究新型电源的接入对继电保护的整定产生的影响，并通过MATLAB仿真软件对该110kV电网进行仿真研究。

关键词：110kV电网、继电保护、整定计算、MATLAB仿真、新型电源

Relay protection setting calculation and related research of the 110 kV power grid with the new power supply

(sub-project15)

Abstract

110kV power grid becomes an important part of power distribution system in China, the configuration and the correctness of the setting of relay protection device is the key to the safe and steady operation of power grid.Based on the known 110 kV power network and power grid components original parameters, on the basis of the 110 kV power grid to the configuration and setting of relay protection device.Through the study of the interphase short circuit calculation of each line, grounding short circuit calculation, transformer differential protection calculation, selecting rational protection setting value, ensure the interaction between different individual protection, make the safe and steady operation of power grid.At the same time, the research of new type power supply access to the impact of the relay protection setting, and through the MATLAB simulation software for the study on the simulation 110 kV power grid.

Keywords: 110 kV power grid; The Relay Protection Setting Calculation; MATLAB simulation; The New Power Supply

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

第二章 系统的保护配置和选择 2

2.1输电线路的继电保护配置 2

2.2变压器保护配置 2

2.3 配置方案 2

第三章 短路计算 7

3.1系统参数计算 7

3.2短路电流计算 9

第四章 线路保护计算 12

4.1相间短路计算 12

4.1.1距离I段 12

4.1.2距离II段 13

4.1.3距离III段 13

4.2接地短路保护整定计算 15

4.2.1零序I段 15

4.2.2零序电流II段 17

第五章 变压器保护 21

5.1甲变电所变压器保护 21

5.1.1 差动保护整定计算 21

5.1.2变压器复合电压过流保护 23

5.2丙变电所变压器保护 23

第六章 MATLAB仿真 25

6.1 110kV电网模型 25

6.1.1仿真结果 28

6.1.2仿真结果分析 29

6.2分布式电源加入电网的影响 29

6.2.1 仿真结果 30

6.2.2仿真结果分析 32

第七章 结束语 33

第一章 绪论

110kV电网是电力系统的重要部分，担负着电力功率传输与配送的重要任务。继电保护在电力系统运行中作为切除故障、反应系统不正常运行状态的主要手段，其装置的配置与整定的正确性更是重中之重。继电保护工作一旦发生故障，将使电力系统瘫痪，引发大面积的停电，造成巨大的经济损失以及给人民的生活带来诸多不便。

对于电力系统而言，故障与不正常运行状态时不可避免的。快速有效地切除故障，将不正常运行状态及时地反馈给工作人员是继电保护的基本任务。针对110kV电网的继电保护，输电线路上一般配置有距离保护和零序电流保护分别来反应线路运行时的相间故障和接地故障，变压器则主要配置纵差动保护。这些保护均应满足可靠性、选择性、速动性和灵敏性这四个基本要求，提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性。

然而继电保护除了可靠性取决继电保护装置本身外，其他的均由保护定值决定。保护定值直接影响继电保护装置能否根据电网具体的运行状态正确地判断出电网的故障和不正常运行状态并做出响应，保证电力系统安全稳定地运行。由此可见保护定值的整定对电力系统起着关键的作用。MATLAB仿真软件为保护定值的正确性提供了一个参考。运用仿真软件搭建110kV电网模型，设置不同的故障点和故障类型进行模拟，校验所计算的保护定值，保证保护定值的正确性。

随着经济技术的发展，新能源的开发与利用成为未来趋势，分布式发电充分利用了可再生能源具有良好的环境友好性已成为重要的电力能源形式。光伏、风力等小型分布式电源接入电网，将给110kV输电线路及变压器的保护整定造成一定的影响。MATLAB仿真软件同样能够帮助我们研究分布式电源的接入对继电保护的保护整定具体会造成什么影响。

在本课题设计中，按照继电保护的基本原则，将在第二章中对110kV电网进行保护装置的配置与选择，分别在第三章和第四章中详细地对110kV电网可能发生相间短路故障和接地故障的输电线路进行距离保护的整定计算及三段式零序电流保护的整定计算。在第五章中针对甲、丙变电所的双绕组变压器和三绕组变压器进行纵差动保护的整定计算，并在第六章中采用MATLAB仿真软件对本文的110kV电网的继电保护整定计算实施校验核对，保证整定计算的正确性。同时将研究分布式电源的接入对110kV电网的输电线路及变压器的继电保护整定结果的影响。

第二章 系统的保护配置和选择

当电力系统发生故障或不正常运行状态时，继电保护应可靠、迅速、正确地将故障切除或发出信号。本文以110kV电网为例，进行保护配置，110kV电力系统如图2.1所示。

图2.1 110kV电力系统图

2.1输电线路的继电保护配置

110kV电网的输电线路一般需要配置三段式距离保护和三段式零序电流保护来反应相间故障和接地短路故障。

距离保护的保护区较为稳定，灵敏度较高，动作情况受电网运行变化的影响小。同时因为距离保护的阻抗测量原理，能够作为变压器保护的后备保护。但是距离保护的装置构成、接线和算法相较于其他保护比较复杂，可靠性比较差。

方向性零序电流保护由于其简单、可靠作为辅助保护和后备保护被运用在大多数110kV电网输电线路中。此外，零序电流保护不会受到如系统振荡等不正常运行状态的影响。

2.2变压器保护配置

规程规定对于容量为800kVA及以上的油浸式变压器应装设瓦斯保护，对于容量6300kVA及以上的变压器，应装设纵差动保护。本课题设计中，甲、乙变电所为双绕组变压器，高压侧为110kV，低压侧为10kV，两台变压器分列运行。丙变电所为三绕组变压器，高、中、低压侧分别为110kV、35kV、10kV。

所以在本课题中，变压器主要配置有纵差动保护作为主保护，相间短路和接地短路作为后备保护。

2.3 配置方案

在本次课题设计中，110kV的输电线路配置有三段式距离保护和三段式零序电流保护。变压器配置有纵差动保护和瓦斯保护。

南瑞RCS-941保护装置包括完整的三段相间和接地距离保护，四段零序方向过电流保护，可用作110kV电网输电线路的主保护和后备保护。RCS-9671CS装置为变压器差动保护装置，适用于110kV电网的双绕组变压器和三绕组变压器。 RCS-9681CS为用于110KV电压或以下等级变压器的110kV或35kV或10kV侧后备保护装置。

经过查阅相关资料，本文将选用南瑞RCS-941保护装置作为输电线路的继电保护装置，其距离保护、零序过电流保护的逻辑框图分别如图2.2、图2.3所示。

图2.2 RCS-941距离保护方框图

图2.3 RCS-941零序电流保护方框图

选用南瑞RCS-9671CS、RCS-9681CS作为本文110kV变压器的继电保护装置，保护逻辑方框图如图2.4、2.5所示。

图2-3 RCS-9671CS变压器差动保护逻辑框图

图2-4 RCS-9681CS变压器差动保护逻辑框图

第三章 短路计算

3.1系统参数计算

图3.1 110kV电力系统图

已知参数：

（1）基准容量选择S= 100MVA，电压选择所在电压等级的平均额定电压，各元件负序电抗均等于其正序电抗。系统最大及最小的正序、零序等值阻抗都已折算到100MVA标准容量下，具体参数见任务安排表。

（2）各变电所引出线上的后备保护最长动作时间均为1.5s，后备保护的时限级差△t＝0.5s；

（3）线路的正序阻抗每公里均为0.4Ω/kM；负序阻抗等于正序阻抗；零序阻抗为1.2Ω/kM；线路阻抗角为70º。

（4）电压互感器的变比kV，线路电流互感器变比可根据线路最大负荷电流选择，负荷阻抗角为30º。各线路的负荷自起动系数；其它参数按书上选择。

（5）系统S中性点接地，T1、T2 变压器中有一台中性点接地。变压器的具体参数如表3.1所示。

表3.1 各元件原始参数

线路的阻抗标幺值为：

(3-1)

(3-2)

式中 --线路的每公里正序阻抗

--线路的每公里零序阻抗

变压器的电抗标幺值为：

(3-3)

变压器的电抗有名值为：

(3-4)

三绕组变压器电抗标幺值为：

(3-5)

三绕组变压器电抗有名值为：

(3-6)

各数据如表3.2所示。

表3.2各元件电抗的标幺值

3.2短路电流计算

计算C点最大、最小运行方式下的短路电流。计算过程如下：

(1)最大运行方式：

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