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摘 要

在110kV电网中，为了保证电网的安全运行和继电保护的应具有的可靠性、灵敏性、选择性和速动性，应该充分发挥继电保护装置的作用，并确定合理的保护值，以及确保各个保护之间的延时和配合关系。在确保电网的安全运行下，为了提高电网的供电可靠性和电网的运行效率，应在电网中合适的位置加入分布式电源。做好电网的继电保护整定工作是保障电力系统安全运行的必要条件。本文详细描述了110kV电网中输电线路和电力变压器的继电保护类型的如何选择，并分别对输电线路和电力变压器的主保护和后备保护进行了整定计算，利用灵敏度校验来判断是否满足实际要求。通过MATLAB软件进行仿真并对加入分布式电源后110kV电网的运行情况和加入分布式电源前的情况做对比。

关键词：继电保护；保护配置；整定计算；仿真研究

The setting calculation and The research of relating questions about the 110kV grid relay including The new power grid

（sub-project 1）

Abstract

AT The 110kV power grid,in order To ensure safe operation of power grid and the reliability，sensitivity,selectivity and speed of relay protection.We should take good advantage of the relay protection device protection and confirm the reasonable protection value to ensure the protection and coordination relations between The delay protection.The circumstances of the safe operation of power gird,in order To improve the efficiency and reliability of power supply grid,we should distribute power in The right position.The power grid relay protection setting is The necessary conditions to ensure the safe operation of the power system.This essay,fist put forwards how to select relay protection type of the transmission line and power transformer under the 110kV power system,then,it gives a solution of the setting calculation of the transmission line and power transformer’s main protection and backup protection.Finally,we use sensitivity check to determine whether transmission line and power transformer can meet the actual requirements,By MATLAB simulation software and operation after adding 110kV Distributed Power Grid and accessions distributed power before doing comparison.

Key words: relay protection; Protection configuration; Setting calculation; simulation

目录

摘要 I

ABsTracT II

第一章 绪论 1

第二章 保护的配置和选型 3

2.1 配置的原则 3

2.1.1 线路保护的配置原则 3

2.1.2 变压器保护的配置原则 5

第三章 短路计算 6

3.1 参数计算 6

3.1.1 基准参数 6

3.1.2 各线路参数计算 7

3.1.3 变压器参数计算 7

3.2 运行方式分析 8

3.2.1 最大最小运行方式的选择 8

3.3 相间短路电流的计算 9

3.3.1 最大运行方式 10

3.3.2 最小运行方式 11

3.4 本章小结 12

第四章 线路保护的整定计算 13

4.1 线路距离保护整定 13

4.1.1 互感器的选择 13

4.1.2 线路SA的整定 13

4.2 零序保护线路整定 16

4.2.1 线路SA的整定 16

S侧BH1的整定 16

4.3 本章小结 19

第五章 变压器保护的整定计算 20

5.1 变压器保护的整定 20

5.1.1 变压器差动保护 20

5.1.2 变压器的后备保护 23

5.2 本章小结 25

第六章 MATLAB仿真研究 26

6.1 MATAB软件简介 26

6.2 仿真系统的模型 26

6.2.1 A相单相短路接地故障 26

6.2.2 BC两相短路接地短路 27

6.2.3 三相短路接地故障 28

6.3 加入分布式电源后的仿真系统模型 28

6.3.1 加入分布式电源后的A相单相短路接地故障 29

6.3.2 加入分布式电源后的BC两相短路接地故障 30

6.3.3 加入分布式电源后的三相短路接地故障 31

6.4 本章小结 31

第七章 结束语 33

致谢 34

第一章 绪论

在我国，110kV电网是变配电系统的重要组成部分，一般是作为中小电力系统的主干网。近些年来，110kV电网在不断的发展和完善的过程当中，对我国的大部分地区的用电负荷增长，城乡的规划与电网的结构以及供电可靠性相适应起了很大的作用。在各地区的110kV电网使用率也越来越高，这也使得它担负了电网电力传输的很大一部分。而伴随着经济的飞速发展和能源结构的不断变化，我国也需要对含新型电源的110kV电网进行研究。但是总的来说，针对110kV输电线路的保护还有很多的问题需要解决，比如距离保护等多种保护相互配合的问题。因此，在此范围内的主保护和后备保护的必须协调工作，这样才能及时排除并安全稳定的继续运行，在总体考虑的前提下，有效的保护各元件。

从配电网的发展来看，目前为止，全世界的配电网正面临着很严峻的问题，那就是如何提高电网的供电可靠性并且与分布式可再生能源相结合的问题。

在当今的社会，电是无处不在的，在人民的生活当中、在在工厂的制造当中等等。配电网已在全世界担当了很重要的角色，人们不能没有电。目前，全球的配电网发展是不平衡的。据统计，如美国、俄罗斯和德国等发达国家配电网的发展已经进入顶峰的阶段，他们的负荷增长率在上个世纪就已经进入了平稳的增长阶段，其他的相关指标也类似。

相比之下，目前我国配电网还处于发展初期，其平均发展水平与发达国家和地区20世纪60～70年代负荷快速增长时的水平基本相当。我国之所以还处在发展初期，而是由于在这方面投入的研究资金有限。虽然近几年来，110kV电网在城市和农村进行了大规模的建设和改造，但是还有很多的问题需要解决。随着我国使用电能的增长，一系列等新问题也随之出现了。

负荷分布不均衡：变电站主变压器不能满足N-1，负荷分布不匹和配变电容量的引起主变压器超载，轻载变电站等供电问题。而引起负荷分布不均匀的原因主要是110kV电网运行模式存在很大问题，工作时的电压和负荷曲线不合理，变压器参数不匹配，运行方式不符合经济原则，由于上述不合理的因素导致增加了电网的无功功率的损耗。因此，要合理调整电网运行方式，以便减少电网的无功功率损耗。例如，实现无功功率平衡，合理的调节运行参数，改善潮流分布，科学调整负载，设备维护等措施。

电网结构不完善：近些年来，一些地区的经济发展过于迅速，导致电网的建设只顾满足用户用电量的需求，忽略了对电网的结构的改善，从而导致出现了110kV电网结构不规范但很复杂。我国电网的连线模式有很多种。多样化的连线模式不规范，使得电网复杂，维修困难，可靠性大大降低。随着电网的规模越来越大，线路输送能力已不能满足负荷增长，减少了电网的安全性。

而分布式电源技术与其他普通供电方式不同。主要优点有分布式发电系统具有较高的自主性，可以变电所相互独立运行，安全可靠性比较高；分布式发电技术可以帮助我国很多大电网供电稳定性的不足；该技术还能对城市和乡村电能质量和性能进行监测，很适合为城乡居民供电。分布式电源技术不仅调峰性能好、操作简便、参与运行的系统少、启动和停止迅速、便于实现全部自动化，更能减少我国环保的压力，使环境问题得到缓解。

110kV电网是变配电系统的重要组成部分之一，因为新能源机组的接入，对于110kV输电线路及变压器的整定结果造成一定的影响。因此我们要对输电线路和变压器进行继电保护整定计算和仿真工作。

在本文，主要是针对含有新型电源的110kV电网继电保护整定以及相关问题的研究，在遵守电力系统设计基本要求的前提下，根据电力系统继电保护以及电力系统故障分析的知识。对本文进行计算和仿真研究等工作。

首先对于单侧电源的110kV电网进行短路电流的计算，在完成短路计算的基础上在对输电线路的距离保护和零序保护进行整定计算，并且对于变压器的瓦斯保护和差动保护进行整定计算，确定每个保护的保护定值以及三段保护之间的延时情况；再根据实际整定和灵敏度校验情况，在合适的位置加上合理容量的分布式电源，再对双电源情况下的电网进行整定计算，比较分布式电源加入前后对于电网运行状态以及供电可靠性；最后并通过使用MATLAB软件对于整个电力系统运行状态进行模拟和仿真，根据仿真结果，对主要工作进行总结。

第二章 保护的配置和选型

2.1 配置的原则

在电力系统中所有的一次设备在实际运行过程中都会存在绝缘老化、由于外力、人员误操作、设计制造缺陷、过电压等原因而造成短路、断路等不同类型的故障。故障和不正常的运行状态都会对整个电力系统中各元件的安全稳定运行产生一定的影响，甚至引起事故。为了避免不必要的损失和人员伤害，电力系统中的各部分需配置不同的保护，以便保证电力系统各部分的安全运行。

对于系统中输电线路和电力变压器可能出现的不同类型和不同位置的故障，应按照整个电网参数整定的结果对于保护进行选择和配合，装设多级保护，使电力系统不存在保护死区。在本章中，主要是以110kV电网为例，进行保护的配置和选型。

2.1.1 线路保护的配置原则

在本文中，我们需要对SA、AB和SC三条线路分别进行线路的保护配置和计算。首先我们先进行线路保护的配置。

根据规程，在110kV线路保护中主要包括距离保护、接地距离保护、零序电流保护。在SA线路中，首先进行相间距离保护的配置，本保护配置了三段保护，虽然距离保护第一段是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长的80%～85，它不能无时限切除线路上任一点的短路，所以还得带有0.5s时限的距离Ⅱ段来切除，最后一段则用作前两段的后备保护。我们相间距离保护能满足多电源复杂电网的选择性的要求。在这三段保护当中，其中第一段保护基本不受运行方式的影响，而后两段保护则只受助増或汲出电流的影响，所以此保护的稳定性很好；然后进行零序电流保护，本保护也配置了三段保护，这个保护具有灵敏度高延时小的有点。而这个保护，整定值必选按系统最大运行方式来选择，而灵敏度则必选系统最小方式来校验，所以当灵敏度校验不满足要求时，我们则需要用接地保护Ⅰ、Ⅱ段再辅之以以完整的零序电流保护。

而在AB、SC线路中，我们可以根据SA线路的保护配置来配置这两条线路。

这里我们选择南瑞RCS-941A高压输电线路成套保护装置，具有先进的可靠振荡闭锁功能，保证了距离保护在系统振荡加区外故障时能可靠闭锁，而在振荡加区内故障时则能可靠切除故障。

下图分别为图2.1 RCS-941系列保护配置和图2.2 RCS-941A距离保护的方框图

图2.1 RCS-941系列保护具体配置

图2.2 RCS-941A距离保护的方框图

2.1.2 变压器保护的配置原则

在本次设计当中，甲、乙变电所的变压器均为双绕组变压器，而丙变电所的变压器为三绕组变压器。

变压器的运行可靠性很高。因为变压器故障时的影响是非常大的，所以我们应该加强继电保护装置的功能，从而提高电力系统的安全运行可靠性，根据变压器继电保护装置的配置原则和技术规范的规定。

在110kV等级的变压器，一般装设瓦斯保护、差动保护、110kV侧零序过电流保护、间隙保护及各侧过流保护或复介电压闭锁过流保护。通过安装这些保护，反映出变压器内部、各侧母线及母线邻近的电气设备的接地与相间故障，作为变压器自身主保护及各侧母线及母线邻近的电气设备的后备保护。

对于110kV变压器，一般配置为RCS-9671（差动保护） RCS-9681（高后备保护测控） RCS-9682（低后备保护测控） RCS-9661（非电量保护 操作回路 压切回路） RCS9603(直流量、变压器挡位控制)构成对变压器的全部保护和测控功能。适用于110kV及以下的电压等级的双绕组或三绕组变压器，并满足四侧差动的要求。

表1各部分保护配置和选型

第三章 短路计算

本章中短路电流的计算是用来对各保护方式和保护装置参数的确定。由于短路故障会对配电网的运行造成严重危害，所以要求短路电流计算更准确。在短路电流的计算之前，电力系统的运行方式确定是很重要的。

按照短路电流计算的要求，本文中规定:忽略系统中的故障电阻和接地电阻；忽略线路中负荷的变化影响和电容的电流；等效电力系统中发电机电势的标幺值设置为1；忽略发电机的强励的作用和短路电流的衰减变化；最后还要忽略等效电力系统中发电机和各台变压器等阻抗参数的电阻部分，而且我们还要假定电机的正序电抗和负序电抗相等。

3.1 参数计算

当所选择的基准值不同时，标幺值也是不同的，本文采用标幺值的目的是为了简化计算过程，使得计算过程更方便，省去不同量纲之间参数的转换，便于对计算结果做出客观合理的分析与评价。

本文中，需要整定的甲、乙、丙变电所，短路计算时，根据要求，其中系统S中性点接地，T1、T2 变压器中有一台变压器是需要接地的，而其他的不需要。

图3.1 110kV系统接线简图

3.1.1 基准参数

在短路计算中，各元件的电抗，通常采用标幺值来计算和表示，起到了简化运算的目的。

已选取基准容量： = 100 MVA，基准电压： = 115kV

基准电流： (3-1)

基准电抗： (3-2)

3.1.2 各线路参数计算

已知参数，线路的正序阻抗均为0.4Ω/kM；正、负序阻抗数值相等；零序阻抗为1.2Ω/kM；线路阻抗角为70º。

线路单位长度标幺值为：

（1）正序阻抗计算

各线路阻抗标幺值（以线路SA为例）： (3-3)

（2）零序阻抗计算

各线路阻抗标幺值（以线路SA为例）： (3-4)

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