110kv單側(cè)電源環(huán)形網(wǎng)絡繼電保護設(shè)計

1、目 錄引言11 運行方式的選擇21.1 運行方式的選擇原則21.1.1 發(fā)電機、變壓器運行方式選擇的原則21.1.2 變壓器中性點接地選擇原則21.1.3 線路運行方式選擇原則21.1.4 流過保護的最大、電小短路電流計算方式的選擇21.1.5 選取流過保護的最大負荷電流的原則31.2 本次設(shè)計的具體運行方式的選擇31.3 自動裝置配置31.3.1 簡述31.3.2 系統(tǒng)安全自動裝置的配置42 電網(wǎng)各個元件參數(shù)計算及短路電流計算42.1 基準值選擇42.2 電網(wǎng)各元件等值電抗計算42.2.1 輸電線路等值電抗計算42.2.2 變壓器等值電抗計算52.2.3 發(fā)電機等值電抗計算52.2.4 各線

2、路運行方式下流過斷路器的最大負荷電流62.2.5 短路計算62.3 距離保護整定計算112.3.1 電力網(wǎng)相間距離保護的整定計算步驟112.3.1 計算網(wǎng)絡參數(shù)：142.3.2 距離保護整定值計算：143 距離保護的綜合評價194 課程設(shè)計總結(jié)21參考文獻22引言電力系統(tǒng)繼電保護作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門主要課程,主要包括課堂講學、課程設(shè)計等幾個主要部分。在完成了理論的學習的基礎(chǔ)上，為了進一步加深對理論知識的理解，本專業(yè)特安排了本次課程設(shè)計。電能是現(xiàn)代社會中最重要、也是最方便的能源。而發(fā)電廠正是把其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)過變壓器和不同電壓等級的輸電線路輸送并被分配給用戶，再通過各

3、種用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合用戶需要的其他形式的能量。在輸送電能的過程中,電力系統(tǒng)希望線路有比較好的可靠性,因此在電力系統(tǒng)受到外界干擾時,保護線路的各種繼電裝置應該有比較可靠的、及時的保護動作,從而切斷故障點極大限度的降低電力系統(tǒng)供電范圍。電力系統(tǒng)繼電保護就是為達到這個目的而設(shè)置的。其中短路電流的計算和電氣設(shè)備的選擇是本設(shè)計的重點。通過此次線路保護的設(shè)計可以鞏固我們本學期所學的電力系統(tǒng)繼電保護這一課程的理論知識，能提高我們提出問題、思考問題、解決問題的能力1 運行方式的選擇1.1 運行方式的選擇原則1.1.1 發(fā)電機、變壓器運行方式選擇的原則(1)一個發(fā)電廠有兩臺機組時，一般應考慮全停方式，一臺檢修，

4、另一臺故障；當有三臺以上機組時，則選擇其中兩臺容量較大機組同時停用的方式。對水電廠，還應根據(jù)水庫運行方式選擇。(2)一個發(fā)電廠、變電站的母線上無論接幾臺變壓器，一般應考慮其中容量最大的一臺停用。1.1.2 變壓器中性點接地選擇原則(1)發(fā)電廠、變電所低壓側(cè)有電源的變壓器，中性點均要接地。(2)自耦型和有絕緣要求的其它變壓器，其中性點必須接地。(3)t接于線路上的變壓器，以不接地運行為宜。(4)為防止操作過電壓，在操作時應臨時將變壓器中性點接地，操作完畢后再斷開，這種情況不按接地運行考慮。1.1.3 線路運行方式選擇原則(1)一個發(fā)電廠、變電站線線上接有多條線路，一般考慮選擇一條線路檢修，另一條

5、線路又故障的方式。(2)雙回路一般不考慮同時停用。1.1.4 流過保護的最大、最小短路電流計算方式的選擇(1)相間保護對單側(cè)電源的輻射形網(wǎng)絡，流過保護的最大短路電流出現(xiàn)在最大運行方式；而最小短路電流，則出現(xiàn)在最小運行方式。對于雙電源的網(wǎng)絡，一般（當取z1=z2時）與對側(cè)電源的運行方式無關(guān)，可按單側(cè)電源的方法選擇。對于環(huán)狀網(wǎng)絡中的線路，流過保護的電大短路電流應選取開環(huán)運行方式，開環(huán)點應選在所整定保護線路的相鄰下一線線路上。而對于電小短路電流，則應選閉環(huán)運行方式，同時再合理停用該保護背后的機組、變壓器及線路。(2)零序電流保護對于單側(cè)電源的輻射形網(wǎng)絡，流過保護的最大零序短路電流與最小零序電流，其選

6、擇方法可參照相間短路中所述，只需注意變壓器接地點的變化。對于雙電源的網(wǎng)絡及環(huán)狀網(wǎng)，同樣參照相間短路中所述，其重點也是考慮變壓器接地點的變化。1.1.5 選取流過保護的最大負荷電流的原則 選取流過保護的最大負荷電流的原則如下：(1)備用電源自動投入引起的增加負荷。(2)并聯(lián)運行線路的減少，負荷的轉(zhuǎn)移。(3)環(huán)狀網(wǎng)絡的開環(huán)運行，負荷的轉(zhuǎn)移。(4)對于雙側(cè)電源的線路，當一側(cè)電源突然切除發(fā)電機，引起另一側(cè)增加負荷。1.2 本次設(shè)計的具體運行方式的選擇電力系統(tǒng)運行方式的變化，直接影響保護的性能。因此，在對繼電保護進行整定計弊之前，首先應該分析運行方式。這里要著重說明繼電保護的最大運行方式是指電網(wǎng)在某種連

7、接情況下通過保護的電流值最大，繼電保護的最小運行方式是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過保護的電流值最小。因此，系統(tǒng)的最大運行方式不一定就是保護的最大運行方式；系統(tǒng)的最小運行方式也不一定就是保護的最小運行方式。現(xiàn)結(jié)合本次設(shè)計具體說明如下，系統(tǒng)的最大運行方式是所有設(shè)備全部投入運行；系統(tǒng)的最小運行方式為發(fā)電機g1和g2投入，發(fā)電機g3停運。對保護1而言，其最大運行方式應該是在系統(tǒng)最大運行方式下線路l1回路斷開，其他設(shè)備全投；保護1的最小運行方式應該是：在系統(tǒng)的最小運行方式下線路ac+bc與ab并聯(lián)運行。1.3 自動裝置配置1.3.1 簡述電力系統(tǒng)自動裝置是指在電力網(wǎng)中發(fā)生故障或異常時起控制作用的設(shè)備，主要

8、包括自動重合閘、備用電源自動投入裝置、低頻減載和失壓解列裝置等設(shè)備，電網(wǎng)中自動裝置的型號多、邏輯千變?nèi)f化，在實際運行中會暴露一些問題。電網(wǎng)中自動裝置的配置，需要我們進行全面的考慮。1.3.2 系統(tǒng)安全自動裝置的配置配置重合閘：在電力系統(tǒng)故障中，打多數(shù)故障是輸電線路故障。運行經(jīng)驗表明大多數(shù)線路故障是“瞬時性”故障，此時，如果把斷開的線路在合上，就能恢復正常供電。該系統(tǒng)為110kv輸電線路系統(tǒng)，按照要求，每一個斷路器都應該裝有ard裝置，并與繼電保護后加速配合形成重合閘后加速保護，保證電力系統(tǒng)最大限度的正常供電。配置備用電源自動投入裝置：當線路或用電設(shè)備發(fā)生故障時，能夠自動迅速、準確的把備用電源投

9、入用電設(shè)備中或把設(shè)備切換到備用電源上，不至于讓用戶斷電的一種裝置。該系統(tǒng)為110kv輸電線路系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)要求，如果b變電站或c變電站中的兩臺變壓器，為了保證負荷可以長時間的正常運行，應該加入aat裝置。配置低頻、低壓減載裝置：它在電力系統(tǒng)發(fā)生事故出現(xiàn)功率缺額使電網(wǎng)頻率、電壓急劇下降時,自動切除部分負荷,防止系統(tǒng)頻率、電壓崩潰,使系統(tǒng)恢復正常,保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和對重要用戶的連續(xù)供電。如圖所示：該系統(tǒng)為110kv輸電線路系統(tǒng)，根據(jù)當?shù)叵到y(tǒng)運行狀況和系統(tǒng)要求，為了保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，防止系統(tǒng)頻率、電壓崩潰應該在變電站b、c、d中配置低頻、低壓減載裝置。2 電網(wǎng)各個元件參數(shù)計算及短路電流計算

10、2.1 基準值選擇基準功率：sb=100mv·a，基準電壓：vb=115v?；鶞孰娏鳎篿b=sb/1.732 vb=100×103/1.732×115=0.502ka；基準電抗：zb=vb/1.732 ib=115×103/1.732×502=132.25；2.2 電網(wǎng)各元件等值電抗計算2.2.1 輸電線路等值電抗計算(1) 線路ab等值電抗計算正序以及負序電抗：xl1= x1l1=0.4×40=16xl1*= xl1/ zb=16/132.25=0.121零序電抗：xl10= x0l1= 3x1l1=3×0.4×

11、40=48xl10*= xl10/ zb=48/132.25=0.363(2) 線路bc等值電抗計算正序以及負序電抗：xl2= x1l2=0.4×55=22xl2*= xl2/ zb=22/132.25=0.166零序電抗：xl20= x0l2= 3x1l2=3×0.4×55=66xl20*= xl20/ zb=66/132.25=0.499(3) 線路cd等值電抗計算正序以及負序電抗：xl3= x1l3=0.4×50=20xl3*= xl3/ zb=20/132.25=0.1512零序電抗：xl30= x0l3= 3x1l3=3×0.4

12、15;50=60xl30*= xl30/ zb=60/132.25=0.4537(4) 線路da等值電抗計算正序以及負序電抗：xl4= x1l4=0.4×50=20xl4*= xl4/ zb=20/132.25=0.1512零序電抗：xl40= x0l4= 3x1l4=3×0.4×50=60xl40*= xl40/ zb=50/132.25=0.45372.2.2 變壓器等值電抗計算(1) 變壓器t1、t2，t3等值電抗計算xt1= xt2= xt3=uk%/100×un2/ sn=1o.5/100×110×110/6021.175x

13、t1*= xt2*= xt3* =xt1/ zb=31.7625/132.25=0.175(2) 變壓器t4、t5、t6，t8等值電抗計算xt4= xt5=xt6= xt7= xt8= uk%/100×un2/ sn63.525xt6*= xt7* = xt4*= xt5*= xt8*=63.525/132.25=0.5252.2.3 發(fā)電機等值電抗計算(1) 發(fā)電機g1、g2、g3電抗標幺值計算xg1* = xg2*= xg3*=0.1292.2.4 各線路運行方式如下：(1) 保護1的最大運行方式：發(fā)電機g1、g2、g3全投入，斷開線路ad；通過保護1的負荷電流最大；保護1的最小

14、運行方式：發(fā)電機g3停，線路全部運行。(2) 保護3的最大運行方式：發(fā)電機g1、g2、g3全投入，斷開線路ad；通過保護3的負荷電流最大。保護3的最小運行方式：g3停，線路全部運行。(3) 保護6的最大運行方式：發(fā)電機g1、g2、g3全投入，斷開線路ab；通過保護6的負荷電流最大。保護6的最小運行方式：g3停，線路全部運行。(4) 保護8的最大運行方式：發(fā)電機g1、g2、g3全投入，斷開線路ab；通過保護8的負荷電流最大。保護8的最小運行方式：g3停，線路全部運行。2.2.5 短路計算 圖2.1 電路阻抗圖故障點母線a：最大運行方式 三相短路： 有名值 ：圖2.2 母線a短路零序阻抗圖x0=0

15、.121*3+(0.151*3+0.525)/+0.166*3)/=0.0527單相接地： 兩相接地： 最小運行方式兩相短路： 母線b短路：最大運行方式 x1=x2=0.131+0.121=0.252x0=0.494三相短路： 兩相短路： 圖2.3 母線b短路零序阻抗圖單相接地： 兩相接地 :最小運行方式x1=x2=0.197+0.121=0.318x0=0.451兩相短路： 母線c ： 1. 最大運行方式下：xl=0.131+0.121+0.166=0.418x0=0.131+(0.121+0.166)*3=0.992 三相短路：=； 兩相短路： =*1.261=1.092， 圖2.4 母線

16、c零序阻抗圖x0=(+0.121*3)/+0.166*3/0.127單相短路：=兩相接地： 兩相接地：=1.4221.5643=0.741ka2. 最小運行方式下：x1=x2=0.197+0.121+0.166=0.484x0=0.197+(0.121+0.166)*3=1.508 三相短路：=1.089ka； 兩相短路：=； 母線d：最大運行方式 x1=x2=0.131+0.151=0.282x0=0.131+0.151*3=0.584三相短路： 兩相短路： 圖2.5 母線d零序阻抗圖x0=0.525/(0.151單相接地： 兩相接地 := 2.80967ka最小運行方式x1=x2=0.19

17、7+0.151=0.348x0=0.650三相短路： 兩相短路： 表2.1 短路電流統(tǒng)計表母線a母線b母線c母線d最大運行方式三相短路4.9542.0921.2611.896兩相接地3.9771.8121.0921.619單相接地9.1562.561.5642.809最小運行方式兩相接地2.6761.4360.9431.312保護1零序電流（速斷）保護：2.3 距離保護整定計算2.3.1電力網(wǎng)相間距離保護的整定計算步驟（1）相間距離保護第段整定計算1）相間距離保護第段的整定值主要是要躲過本線路的末端相間故障。設(shè)線路ab首端斷路器為1qf,z則線路ab斷路器1qf處的相間距離保護第段的整定值為：

18、 （4-1）式中：ab線路首端斷路器1qf處相間距離保護第段的整定值； 相間距離保護第段的可靠系數(shù)，取0.85； 被保護線路ab的正序阻抗。 2）相間距離保護第段的動作時間為： 3）相間距離保護第段的靈敏度用范圍表示，即為被保護線路全長的80%85% （2） 相間距離保護段整定計算1） 按與相鄰線路距離保護i段配合整定 （4-2）式中， 被保護線路ab阻抗； 相鄰線路相間距離保護i段動作阻抗； 相間距離保護第段可靠系數(shù)，取0.80.85； 相間距離保護第段可靠系數(shù)，取0.8； 分支系數(shù)最小值，為相鄰線路第段距離保護范圍末端短路時流過故障線電流之比的最小值。 2）與相鄰變壓器縱差保護配合 （4-

19、3）式中， =0.7 相鄰變壓器的正序阻抗； 相鄰變壓器另側(cè)母線，如d母線短路時流過變壓器的短路電流與被保護線電流之比的最小值。取所有與相鄰元件相間短路保護配合計算值中的最小值為整定值。 3） 相間距離保護第段的動作時間為： =0.5s 4） 相間距離保護第段的靈敏度校驗： （4-4） 5） 當不滿足靈敏度要求時可與相鄰線相間距離保護第段配合。這時有： （4-5）式中， =0.800.85 相鄰線路相間距離保護第段的整定值。這時，相間距離保護第的動作時間為： =+式中， 相鄰線路相間距離保護第段的動作時間。（3） 相間距離保護段整定計算1）躲過被保護線路的最小負荷阻抗采用方向阻抗繼電器 （4-

20、6）式中， 相間距離保護第段可靠系數(shù)，取1.21.3； 返回系數(shù)，取1.151.25： 自起動系數(shù)，取1； 電網(wǎng)的額定相電壓； 最大負荷電流； 阻抗元件的最大靈敏角，取。 負荷阻抗角，取。 2）相間距離保護第段動作時間為： 3）相間距離保護第段靈敏度校驗： 當作近后備時 （4-7） 當作遠后備時 （4-8） 式中， 分支系數(shù)最大值。2.3.1 計算網(wǎng)絡參數(shù)： 2.3.2 距離保護整定值計算：圖2.7 阻抗等效電路（1） 1qf距離保護整定值計算：一段整定阻抗：（2） 1qf距離保護二段整定：1) 與相鄰下級lbc段的一段配合：保護3的一段保護：2)按躲過相鄰變壓器出口短路整定： 靈敏度校驗：要

21、求=>1.25結(jié)論：=20.629 t=ts保護1段距離保護整定阻抗：按躲開正常運行時的最小負荷阻抗整定，其整定阻抗為作近后備： 滿足靈敏度校驗作遠后備：滿足靈敏度校驗2.2.3 3qf距離保護整定值計算保護3的保護：與下級相鄰線路保護配合：與下級變壓器保護配合：2.2.4 6qf的二段保護：（1）與下級相鄰線路保護配合：（2）與下級變壓器保護配合：2.3.4 8qf距離保護整定值計算（1)與相鄰下級lcd段的一段配合：（2)按躲過相鄰變壓器出口短路整定： 靈敏度校驗：要求=>1.25結(jié)論： t=s保護8段距離保護整定阻抗：作近后備： 滿足靈敏度校驗作遠后備：滿足靈敏度校驗 表4.

22、1保護1保護3保護6保護8段整定值13.618.71717段整定值21.61830.7223.42924.35段整定值72.8876.52注意根據(jù)設(shè)計要求：“系統(tǒng)允許的最大故障切除時間為 0.85s”系統(tǒng)最低等級的后備保護延時時間都已經(jīng)超過了了1.5s，如果按照階梯原則配合，不滿足設(shè)計要求，所以不需要加裝三段保護3 距離保護的綜合評價主要優(yōu)點：能滿足多電源復雜電網(wǎng)對保護動作選擇性的要求；阻抗繼電器是同時反應電壓的降低和電流的增大而動作的，因此距離保護較電流保護有較高的靈敏度。其中段距離保護基本不受運行方式的影響，而、段受系統(tǒng)運行變化的影響也較電流保護要小一些，保護區(qū)域比較穩(wěn)定。主要缺點：不能實

23、現(xiàn)全線瞬動。對雙側(cè)電源線路，將有全線的3040的第段時限跳閘，這對穩(wěn)定有較高要求的超高壓遠距離輸電系統(tǒng)來說是不能接受的。阻抗繼電器本身較長復雜，還增設(shè)了振蕩閉鎖裝置，電壓斷線閉鎖裝置，因此距離保護裝置調(diào)試比較麻煩，可靠性也相對低些。4 課程設(shè)計總結(jié)課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。隨著科學技術(shù)發(fā)展的日新日異。在這次寶貴的設(shè)計活動中，經(jīng)驗才是對于我們最大的收獲，而且還增強了自身對未知問題以及對知識的深化認識的能力，但是，僅僅是完成了作品還是不可以自我滿足的，我們要認真的思考設(shè)計過程中遇到的問題，多查資料，將理論與實際相結(jié)合思考，并在以后的學習中更要加倍注意犯過的錯誤。 對于我們這些實踐中的新手來說，這是一次考驗。怎么才能找到課堂所學與實際應用的最佳結(jié)合點？怎樣讓自己的業(yè)余更接近專業(yè)？怎樣讓自己的計劃更具有序性，而不會忙無一用？這都是我們所要考慮和努力的。這次課程設(shè)計我學到很多很多的東西，學會了怎么樣去制定計劃，怎么樣去實現(xiàn)這個計劃，并掌握了在執(zhí)行過程中怎么樣去克服心理上的不良情緒。不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識，掌握了一種系統(tǒng)的研究方法。通過這次課程設(shè)計使我懂