500kV变电站输电线路保护配置方案设计及可靠性分析

500kV变电站输电线路保护配置方案设计及可靠性分析

500kV变电站作为枢纽变电站，是影响电力系统安全运行的一个重要组成部分。本设计以500kV福园变电站为依托，对变电站线路保护进行双重化保护配置设计，并运用马尔可夫空间状态法对其可靠性进行分析，包括继电保护不同的双重化结构模式对保护装置的可信赖性和安全性的影响和主保护双重化后，对后备保护性能要求的变化及其对系统可靠性的影响，结果表明，随着后备保护配置的完善,可用度增加了，拒动率降低率，但同时升高了误动率。

关键词：双重化保护可靠性分析马尔可夫

目录

1 绪论 (1)

1.1 课题的目的及意义 (1)

1.2 继电保护现状 (1)

1.3 论文主要工作 (1)

2 继电保护配置设计 (2)

2.1 线路故障原因 (2)

2.2 继电保护的基本概念 (2)

2.3 继电保护的分类 (2)

2.4 线路继电保护的要求 (2)

2.5 500kV福园变电站线路继电保护的配置方案 (3)

3 继电保护可靠性分析 (5)

3.1 继电保护可靠性分析的基本概念 (5)

3.2 继电保护主要可靠性指标 (5)

3.3 继电保护可靠性分析的影响因素 (5)

3.4 可靠性分析的方法——Markov空间状态法 (6)

4 不同配置方案的可靠性分析 (9)

4.1两套主保护配置 (9)

4.2两套主保护、一套后备保护配置 (11)

4.3两套主保护加近后备保护、远后备保护配置 (14)

4.4 不同配置方案可靠性分析结果 (16)

5 结论 (22)

附录 (25)

1 绪论

1.1课题的目的及意义

随着我国智能电网的建设和新能源电力的接入电网以及超高压输电的发展，现代电力系统的运行效率在不断提高，但同时也带来一系列的不稳定性，电力系统的结构变得越来越复杂，发生故障的可能性也随之越来越高。电力系统继电保护是防止故障扩大，保证电力系统稳定运行的的主要措施，是电力系统不可缺少的重要部分，特别是在超高压输电线路中，继电保护的可靠动作对系统正常运行起到重要作用。因此，保护方案的配置及其可靠性在电网中的作用极其重要。

1.2继电保护现状

当今时代，随着电力系统规模不断扩大和等级的不断进步，已经形成以500kV为主要电压等级的结构，且随着超高压输电和特高压输电的建设，以及新能源发电接入电网和无人值守变电站的建设，系统的结构和运行方式日趋复杂，对继电保护的要求也越来越高。尽管现代电网的设计运行技术近年来取得了长足发展，但仍不可能完全避免大电网瓦解事故的发生。因此,对电力系统可靠性问题的研究具有明显的工程应用价值和现实意义

1.3论文主要工作

本文通过分析继电保护保护配置原则和设计方法以及可靠性分析方法。并以惠州供电局500kV福园变电站为依托，对其500kV输电线路的保护系统进行配置，并分析其系统的可靠性，给出具体配置图纸。本文主要工作如下：

（1）介绍继电保护的分类及基本要求，延伸到对500kV线路保护配置的要求，给出主保护及后备保护的配置设计以及设备的选择，并给出设计图纸；

（2）介绍可靠性分析的基本概念，指标及影响因素，并介绍常用的可靠性分析方法，并用马尔可夫空间状态法对三种双重化模式的可靠性进行分析。

2 继电保护配置设计

2.1 线路故障原因

在电力系统运行的过程中，线路发生故障的原因可能有以下几种：

（1）雷击，大风，地震，冰雪覆盖等外部原因造成的元件损坏；

（2）设备绝缘老化，损坏造成的故障；

（3）运行人员误操作造成的故障。

2.2 继电保护的基本概念

当系统发生故障时，只靠人眼观察识别是很难及时发现故障的，且发现故障时也难以及时手动切除，因此需要继电保护来完成这些功能。继电保护是对系统的运行情况进行监测，当电力系统发生的故障时能及时发现故障，发出报警信号，或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施。

2.3 继电保护的分类

通过正确区分电力系统正常运行与发生故障或异常情况时电气量及非电气量的变化规律及特点，继电保护通常分成以下几类：

（1）反应线路电流幅值增大的过电流保护

（2）反应母线电压降低的低电压保护

（3）反应电流与电压同时变化而构成的距离保护

（4）反应电流与电压同时变化而构成的功率方向保护

（5）反应序分量变化的序分量保护

（6）反应电气元件两端电气量同时变化的纵联保护

（7）反应温度升高、气体浓度增大的非电气量保护

2.4 线路继电保护的要求

2.3.1 继电保护基本要求

（1）选择性：是指继电保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，保证系统中非故障元件仍然继续运行，尽量缩小停电范围。

（2）速动性：是指快速的切除故障，可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少

用户在电压降低的情况下的工作时间，以及缩小故障元件的损坏程度。

（3）灵敏性：是指对于保护范围内故障或不正确运行状态的反应能力。

（4）可靠性：是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作情况下，则不应该错误动作。在不同的电力系统结构和电气元件处于不同的系统位置时，评价安全性和可信赖性的侧重点会有所差别，最终目的是尽量减少误动和拒动带来的危害。

2.3.2 500kV线路保护的配置要求

对于500kV电压等级输电线路的设计应该遵照强化主保护整定配置，简化后备保护的整定配置，实行双重化保护配置。主保护通常采用高频方向保护、高频距离保护和分相电流差动保护。正常运行时，均有两套完全独立的保护装置同时并联运行，两套保护分别经不同的跳闸线圈跳闸，两套保护的直流电源分别取自两组完全独立的直流电源，当一套主保护拒动时，另一套仍能正常切除故障。同时配有近后备保护，一般配备断路器失灵保护，零序电流保护、相间距离保护作为后备保护。

2.5 500kV福园变电站线路继电保护的配置方案

2.4.1 保护配置方案

(1)保护配置

根据500kV线路保护的配置要求，决定采用两套主保护加近后备保护的配置来设计福园变电站500kV侧输电线路的继电保护。主保护配置采用分相电流差动保护和高频距离保护。

分相电流差动保护是用光纤通道实时地向对侧传递每相电流的采样数据，同时接收对侧的电流采样数据，两侧保护利用本地和对侧电流数据经过同步处理后分相进行电流差计算，一般采用允许式光纤信号，具有全线速动特性，这种保护原理具有灵敏度高，简单可靠和动作速度快，能适应电力系统振荡、非全相运行、双回线跨线故障等各种复杂的故障和不正常运行状态，满足超高压输电线路配置要求。因此主保护1采用此保护方法，同时配备三段式距离保护和零序电流保护作为后备保护构成全套保护。

高频距离保护是方向阻抗继电器，收发信机与距离保护配合构成高频距离：与距离Ⅰ段构成欠范围，与距离Ⅱ段构成超范围。欠范围方式由距离Ⅰ段发信，收到对侧载波机跳闸信号后加速Ⅱ段跳闸。超范围方式由方向元件起动由监频转为跳频发信，当收到对侧载波跳闸信号后加速Ⅱ段跳闸。由于允许式方案比闭锁式方案要快，安全性要强，