電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課設(shè)

1、目 錄第1章 引言- 1 -1.1 設(shè)計(jì)題目基礎(chǔ)資料- 1 -1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容- 2 -1.3 設(shè)計(jì)要求- 2 -第2章 電力網(wǎng)絡(luò)短路計(jì)算- 3 -2.1確定電網(wǎng)最大和最小運(yùn)行方式- 3 -2.2 計(jì)算各元件基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值- 3 -2.3 求各點(diǎn)短路電流（最大運(yùn)行方式）- 4 -2.4 最小運(yùn)行方式下- 6 -2.5 短路電流計(jì)算- 6 -2.5.1 正向運(yùn)行短路數(shù)據(jù)- 6 -2.5.2 反向運(yùn)行短路數(shù)據(jù)- 7 -第3章 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)各元件選擇- 8 -3.1 50MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)方式選擇- 8 -3.2 20MW電力變壓器繼電保護(hù)方式選擇- 9 -3.3 110kV單側(cè)電源雙開網(wǎng)絡(luò)

2、輸電線路繼電保護(hù)方式選擇- 9 -第4章 輸電線路繼電保護(hù)整定計(jì)算- 11 -4.1 三段式方向電流保護(hù)- 11 -4.2 三段式距離保護(hù)（正向）- 12 -4.3 三段式距離保護(hù)（反向）- 13 -第五章 110kV高壓輸電線路繼電保護(hù)裝置配置- 14 -5.1距離保護(hù)方框圖- 14 -5.2 重合閘邏輯方框圖- 15 -5.3 主要技術(shù)指標(biāo)- 15 -5.3.1 整組動(dòng)作時(shí)間- 15 -5.3.2 啟動(dòng)元件- 16 -5.3.3 距離保護(hù)- 16 -5.3.4 過流保護(hù)- 16 -5.4 保護(hù)配置- 16 -收獲體會(huì)- 17 -參考文獻(xiàn)- 18 -第1章 引言1.1 設(shè)計(jì)題目基礎(chǔ)資料如圖1

3、.3所示110kV單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)：（1)所有變壓器和母線裝有縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，變壓器均為，d11接線；（2）發(fā)電廠的最大發(fā)電容量為（2×25+50），最小發(fā)電容量為2×25；（3）網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行方式為發(fā)電廠發(fā)電容量最大且閉環(huán)運(yùn)行；（4）允許的最大故障切除時(shí)間為0.85s；（5)線路AC、BC、AB、CD的最大負(fù)荷電流分別為230、150、230和140，負(fù)荷自起動(dòng)系數(shù)；（6）時(shí)間階梯t0.5s；（7）線路正序電抗每公里為0.4；設(shè)計(jì)任務(wù)：1）確定保護(hù)1、3、5、7(或2、4、6、7)的保護(hù)方式，以及它們的動(dòng)作電流、動(dòng)作電壓、靈敏度和動(dòng)作時(shí)間；2）繪制保護(hù)5或保護(hù)4的原理接線圖和

4、展開接線圖；圖1.3設(shè)計(jì)題目三的網(wǎng)絡(luò)圖1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）短路電流計(jì)算1）確定電力系統(tǒng)最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式，計(jì)算最大短路電流值和最小短路電流值。2）確定短路計(jì)算點(diǎn)，畫出計(jì)算電路圖。3）選取基準(zhǔn)值，用標(biāo)幺值計(jì)算各元件參數(shù)，畫出等效電路?；喌刃щ娐?，求各短路點(diǎn)的等效電抗。4）求各短路點(diǎn)的計(jì)算電抗。用運(yùn)算曲線計(jì)算各短路點(diǎn)的短路電流，包括次暫態(tài)（t=0s）和穩(wěn)態(tài)(t=4s)的短路電流值。（2）確定電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線路的保護(hù)方案。1）根據(jù)GB50062-1992（規(guī)范名稱：電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范）選擇繼電保護(hù)的方式。應(yīng)優(yōu)先選擇最簡單的保護(hù)，不滿足基本要求時(shí)再采用較復(fù)

5、雜的保護(hù)。2）選擇保護(hù)方式時(shí)，先選擇主保護(hù)，然后選擇后備保護(hù)。通過整定計(jì)算，檢驗(yàn)?zāi)芊駶M足靈敏性和速動(dòng)性的要求。如不滿足，允許采用自動(dòng)重合閘補(bǔ)救。1.3 設(shè)計(jì)要求1）確定保護(hù)1、3、5、7(或2、4、6、7)的保護(hù)方式，以及它們的動(dòng)作電流、動(dòng)作電壓、靈敏度和動(dòng)作時(shí)間；2）繪制保護(hù)5或保護(hù)4的原理接線圖和展開接線圖；第2章 電力網(wǎng)絡(luò)短路計(jì)算2.1確定電網(wǎng)最大和最小運(yùn)行方式 畫出計(jì)算電路，確定短路計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算各點(diǎn)三相對(duì)稱短路的最大和最小短路電流值。2.2 計(jì)算各元件基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值最大運(yùn)行方式計(jì)算電路，如圖2.1。圖 2.1 最大運(yùn)行方式計(jì)算電路選 基準(zhǔn)電壓 發(fā)電機(jī)：變壓器： 線路： 2.3 求各點(diǎn)短

6、路電流（最大運(yùn)行方式）求點(diǎn)點(diǎn)等效電路圖，如圖2.2。圖 2.2 點(diǎn)等效電路圖查汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線，求查t=0時(shí) t=4s 點(diǎn)點(diǎn)等效電路圖，如圖2.3。圖 2.3 點(diǎn)等效電路圖最大運(yùn)行方式下短路數(shù)據(jù)，如表2.1。表 2.1 最大運(yùn)行方式下短路數(shù)據(jù)短路點(diǎn) 1 2 3 4 5 6 7 80,.22440.19220.33550.49410.37370.62370.57030.97030.1320.22610.39470.58130.43970.73380.6711.14168.14.952.61.762.421.471.521.8843.6592.9241.535811.3861.42959.510

7、.897912.16232.52.412.21.942.181.71.80.9613.4751.42361.312.551.287710.99781.06336.21055.390.59070.59076.46930.59076.46930.59076.46932.4 最小運(yùn)行方式下最小運(yùn)行方式計(jì)算電路，如圖2.4。圖 2.4 最小運(yùn)行方式計(jì)算電路最小運(yùn)行方式下短路數(shù)據(jù)，如表2.2。表 2.2 最小運(yùn)行方式下短路數(shù)據(jù)短路點(diǎn)123456780.22440.3830.65520.81380.56450.81450.76111.16110.1320.22530.30960.40290.3320.47

8、910.3540.58938.14.872.612.13.22.122.31.4843.6591.43810.77076.7830.956.84760.67924.78042.52.382.412.192.32.082.121.813.4750.70280.71176.7830.67926.71840.6265.8145.390.29530.29533.230.29533,.230.29533.232.5 短路電流計(jì)算2.5.1 正向運(yùn)行短路數(shù)據(jù)正向運(yùn)行短路數(shù)據(jù)，如表2.3表 2.3 正向運(yùn)行短路數(shù)據(jù) 最大運(yùn)行方式最小運(yùn)行方式參數(shù)短路點(diǎn)ABAB00.54640.68870.45660.3854

9、2.31.52.182.71.971.82.12.211.35860.88610.64380.79731.13411.06330.62010.65262.5.2 反向運(yùn)行短路數(shù)據(jù) 反向運(yùn)行短路數(shù)據(jù)， 如表2.4。表 2.4 反向運(yùn)行短路數(shù)最大運(yùn)行方式最小運(yùn)行方式參數(shù)短路點(diǎn)ABAB0.5820.43970.40320.3321.732.372.313.21.932.32.42.61.02191.40.68210.9451.141.35860.70870.7678第3章 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)各元件選擇3.1 50MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)方式選擇發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的核心元件，要保護(hù)發(fā)電機(jī)的安全、可靠運(yùn)行，就

10、必須裝設(shè)完善的繼電保護(hù)裝置。同步發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)： 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線相間短路的主保護(hù)。 定子繞組匝間短路保護(hù)。定子繞組為星形連接，每相有兩個(gè)并聯(lián)分支且中性點(diǎn)有分支引出線端子的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)單機(jī)電氣式橫差保護(hù)。50MW以上的發(fā)電機(jī)，當(dāng)定子繞組為星形連接，中性點(diǎn)只有三個(gè)引出端時(shí)，應(yīng)裝設(shè)專用匝間短路保護(hù)裝置（如BFZ-1型和BFZ-2型）。 定子接地保護(hù)。與母線直接相連接的發(fā)電機(jī)，當(dāng)單相接地故障電流（不考慮消弧線圈的補(bǔ)償作用）大于表1.1中的元件允許電流值時(shí)，應(yīng)裝設(shè)有選擇性的接地保護(hù)裝置。表 1.1 發(fā)電機(jī)選擇發(fā)電機(jī)額定電壓(kV)發(fā)電機(jī)額定容量（MW）接地

11、電流允許值（A)6.3504 100MW以下發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)保護(hù)區(qū)不小于90%的定子接地保護(hù)，保護(hù)裝置帶時(shí)限動(dòng)作與信號(hào)。 為了檢查發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并聯(lián)前有無接地故障及發(fā)電機(jī)定子繞組與發(fā)電機(jī)電壓回路的絕緣狀態(tài)，應(yīng)在發(fā)電機(jī)機(jī)端裝設(shè)測量零序電壓的電壓表。 機(jī)間短路的后備保護(hù)。對(duì)于150MW的發(fā)電機(jī)，宜裝設(shè)復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)。電流元件的動(dòng)作電流可取1.31.4倍額定電流，低電壓元件的動(dòng)作電壓對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)可取0.60.7倍額定電壓，負(fù)載電壓取0.060.12倍額定電壓。 發(fā)電機(jī)相間短路的后備保護(hù)宜帶兩段時(shí)限，以短時(shí)限動(dòng)作于母線斷路器或母線分段斷路器跳閘，以縮小故障影響范圍，以較長時(shí)限動(dòng)作于跳開發(fā)電機(jī)。 定

12、子繞組過負(fù)荷保護(hù)。定子繞組非直接冷卻的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)定時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)。保護(hù)裝置接一相電流，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)。電子繞組非直接冷卻且負(fù)荷能力較低（60s內(nèi)不大于1.5倍額定電流）的發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)由定時(shí)限和反時(shí)限兩部分組成。定時(shí)限部分動(dòng)作電流發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)荷電流下可靠返回條件整定，動(dòng)作于信號(hào)且可減少出力；反時(shí)限部分動(dòng)作特性按發(fā)電機(jī)定子繞組的過負(fù)荷能力確定，動(dòng)作于解列。 失磁保護(hù)。100MW以下及不允許失磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī)以及根據(jù)電力保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定條件不允許異步運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，當(dāng)采用直流勵(lì)磁機(jī)時(shí)，在自動(dòng)滅磁開關(guān)斷開后應(yīng)聯(lián)動(dòng)斷開發(fā)電機(jī)斷路器；當(dāng)采用半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)，則應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護(hù)。對(duì)于100MW以

13、下但對(duì)電力系統(tǒng)有重大影響的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專用的失磁勵(lì)磁保護(hù)。 失磁保護(hù)由阻抗元件、母線低電壓元件和閉鎖元件組成。阻抗元件用于檢測出失磁故障；母線低電壓元件用于檢測母線電壓，保護(hù)系統(tǒng)元件；閉鎖元件用于保證保護(hù)裝置在外部短路、系統(tǒng)故障、自同步及電壓回路斷線時(shí)不誤動(dòng)作。 對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)，失磁后母線電壓低于允許值，帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘；當(dāng)母線電壓未低于允許值時(shí)，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)，同時(shí)動(dòng)作于切換勵(lì)磁回路和自動(dòng)減少出力。3.2 20MW電力變壓器繼電保護(hù)方式選擇 氣體保護(hù)。對(duì)于0.8MWA及以上的油浸式變壓器和0.4MVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)安裝氣體保護(hù)。當(dāng)油箱內(nèi)故障產(chǎn)生瓦斯或油面下降時(shí)，應(yīng)延時(shí)動(dòng)作于

14、信號(hào)；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯氣體時(shí)，應(yīng)動(dòng)作斷開變壓器各側(cè)斷路器。 電流速斷保護(hù)。對(duì)于6.3MVA及以下廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，以及10MVA以下廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，當(dāng)后備時(shí)限大于0.5s時(shí)應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。 差動(dòng)保護(hù)。對(duì)于6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，以及100MVA及以上廠用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（簡稱縱差保護(hù)）。對(duì)高電壓側(cè)電壓為330kV及以上的變壓器，可裝設(shè)雙重縱差保護(hù)?？v差保護(hù)應(yīng)能躲過勵(lì)磁涌流和外部產(chǎn)生的不平衡電流，應(yīng)在變壓器過勵(lì)磁時(shí)不誤動(dòng)。差動(dòng)保護(hù)范圍應(yīng)包括變壓器繞組，套管及其引出線。電力變壓器的后備保護(hù)。 對(duì)降壓變壓器宜

15、用過電流保護(hù)，當(dāng)靈敏度系數(shù)不滿足要求時(shí)應(yīng)采用復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)；對(duì)63MVA以下的升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器宜采用復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)，當(dāng)靈敏度系數(shù)不滿足要求時(shí)應(yīng)采用阻抗保護(hù)；對(duì)63MVA以上的升壓變壓器宜采用負(fù)序電流和單相式低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)，當(dāng)靈敏度系數(shù)不滿足要求時(shí)應(yīng)采用阻抗保護(hù)。各種后備保護(hù)均帶時(shí)限作用于相應(yīng)斷路器跳閘。 根據(jù)變壓器的形式及其接線方式不同，相間短路的后備保護(hù)裝置如下； a. 雙繞組變壓器，后備保護(hù)裝在主電源側(cè)，根據(jù)主接線情況，保護(hù)可帶一段或兩段時(shí)限，以較短時(shí)限跳開母聯(lián)或分段斷路器，以較長時(shí)限斷開變壓器各側(cè)的斷路器。 b. 三繞組變壓器和自耦變壓器，后備保護(hù)要

16、分別裝在主電源側(cè)和主負(fù)載側(cè)。主電源側(cè)的保護(hù)帶兩段時(shí)限，以較短的時(shí)限斷開為裝保護(hù)側(cè)的斷路器。主負(fù)荷側(cè)的保護(hù)動(dòng)作于本側(cè)斷路器。當(dāng)上述方式不符合靈敏度系數(shù)要求時(shí)，可在各側(cè)裝設(shè)后備保護(hù)。各側(cè)保護(hù)應(yīng)根據(jù)選擇性要求考慮加裝方向元件。 c. 0.4MVA及以上的變壓器應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)，對(duì)自耦變壓器和多繞組變壓器，保護(hù)裝設(shè)應(yīng)能反映公共繞組及各側(cè)繞組的過負(fù)荷情況。過負(fù)荷保護(hù)采用單相式，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)。必要時(shí)過負(fù)荷保護(hù)也可動(dòng)作于跳閘或切除負(fù)荷。3.3 110kV單側(cè)電源雙開網(wǎng)絡(luò)輸電線路繼電保護(hù)方式選擇相間短路保護(hù)按下列原則配置： （1）保護(hù)的電流回路的電流互感器采用不完全星型接線，各線路保護(hù)用電流互感器均裝設(shè)在

17、A、C兩相上，以保證在大多數(shù)兩點(diǎn)接地情況下只切除一個(gè)故障接地點(diǎn)。 （2）采用后備保護(hù)方式。 （3）線路上發(fā)生短路時(shí)，如廠用電或重要用戶的母線電壓低于5060的額定電壓時(shí)，應(yīng)快速切除故障，以保證非故障部分的電動(dòng)機(jī)能繼續(xù)運(yùn)行。 在多電源的單回線路上，可裝設(shè)兩段或三段式電流、電壓保護(hù)，必要時(shí)保護(hù)裝設(shè)方向元件，如不能滿足選擇性、靈活性或速動(dòng)性時(shí)，可采用距離保護(hù)。 對(duì)于環(huán)形電網(wǎng)，為簡化保護(hù)可以在故障時(shí)先將網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)解環(huán)，帶故障消失后，再自動(dòng)恢復(fù)。 對(duì)于單側(cè)電源的輻射形線路，可裝設(shè)定時(shí)限或反時(shí)限過流保護(hù)，對(duì)于帶電抗器的線路，如斷路器不是按電抗器前短路來選擇的，由于斷路器遮斷容量的限制，不應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，

18、而應(yīng)由母線保護(hù)切除電抗器前的故障。對(duì)接于發(fā)電廠母線的不帶電抗器的直配線，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，其保護(hù)范圍應(yīng)保證切除所有使該母線殘余電壓低于5060額定電壓的短路故障，必要時(shí)電流速斷無選擇性動(dòng)作，而后用自動(dòng)重合閘補(bǔ)救。 繼電保護(hù)整定計(jì)算一般包括動(dòng)作值的整定、靈敏系數(shù)校驗(yàn)和動(dòng)作時(shí)限整定。第4章 輸電線路繼電保護(hù)整定計(jì)算4.1 三段式方向電流保護(hù)三段式電流保護(hù)電路圖，如圖4.1。圖 4.1 三段式電流保護(hù)電路圖已知 第I段: 保護(hù)范圍： 通過上述計(jì)算可知，不宜安裝三段式電流保護(hù)，故可慮應(yīng)用三段式距離保護(hù)。4.2 三段式距離保護(hù)（正向）三段式距離保護(hù)正向電路圖，如圖4.2。圖 4.2 三段式距離保護(hù)電路

19、圖4.3 三段式距離保護(hù)（反向）三段式距離保護(hù)反向電路圖，如圖4.3。圖 4.3 三段式距離保護(hù)電路圖 第五章 110kV高壓輸電線路繼電保護(hù)裝置配置5.1距離保護(hù)方框圖距離保護(hù)方框圖，如圖5.1。圖 5.1 距離保護(hù)方框圖 1.保護(hù)啟動(dòng)時(shí)，如果按躲過最大負(fù)荷電流整定的震蕩閉鎖過流元件尚未動(dòng)作或動(dòng)作不到10ms，則開放震蕩閉鎖160ms，另外不對(duì)稱故障開放元件、對(duì)稱故障開放元件任一元件開放則開放震蕩閉鎖：用戶可選擇“投震蕩閉鎖”去閉鎖1、2段距離保護(hù)，否則距離保護(hù)1、2段不經(jīng)震蕩閉鎖而直接開放。 2.合閘于故障線路時(shí)加速跳閘可由二種方式：一是受震閉控制的2段距離繼電器在合閘過程中加速跳閘，二是

20、在合閘時(shí)，還可選擇“投重合加速2段距離”、“投重合加速3段距離”、由不經(jīng)震蕩閉鎖的2段或3段距離繼電器加速跳閘。手和時(shí)總是加速3段距離。5.2 重合閘邏輯方框圖重合閘邏輯方框圖，如圖5.2。圖5.2 重合閘邏輯方框圖 1.本裝置重合閘為三相一次重合閘方式。2.三相電流全部消失時(shí)跳閘固定動(dòng)作。3.重合閘退出，則整定值中重合閘投入控制字置“0”。4.重合閘充電在正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，重合閘投入、無TWJ、無控制回路斷線、無斷線或雖有斷線但控制字“斷線閉鎖重合閘”置“0”經(jīng)10s后充電完成。5.重合閘由獨(dú)立的重合閘啟動(dòng)元件來啟動(dòng)。當(dāng)保護(hù)跳閘后或開關(guān)偷跳均可啟動(dòng)重合閘。6.重合閘條件滿足后，經(jīng)整定的重合閘延

21、時(shí)，發(fā)重合閘脈沖150ms。5.3 主要技術(shù)指標(biāo)5.3.1 整組動(dòng)作時(shí)間差動(dòng)保護(hù)全線路跳閘時(shí)間：<25ms(差流>1.5倍差動(dòng)電流高定值距離保護(hù)1段：<30ms)5.3.2 啟動(dòng)元件電流變化量啟動(dòng)元件，整定范圍0.1In0.5In過流IV啟動(dòng)元件，整定范圍0.1In0.5In 負(fù)序過流啟動(dòng)元件，整定范圍0.1In0.5In5.3.3 距離保護(hù)整定范圍：0.0125（In=5A） 0.05125（In=1A）距離元件定值誤差：<5精確工作電壓：<0.25V最小精確工作電流：0.1In最小精確工作電流：30In跳閘時(shí)間10s5.3.4 過流保護(hù)整定范圍：0.1In20In過流元件定值誤差：<5過流跳閘延時(shí)時(shí)間：010s5.4 保護(hù)配置保護(hù)配置，如圖5.3。圖 5.3 保護(hù)配置 收獲體會(huì) 忙碌而充實(shí)的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。在這段的時(shí)間里，通過課程設(shè)計(jì)，我對(duì)所學(xué)的電力系統(tǒng)分析和繼電保護(hù)的理論知識(shí)和實(shí)踐，有了系統(tǒng)而科學(xué)的鞏固；對(duì)以前有些疑惑的地方有種恍然大悟的感覺；對(duì)一些基本概念、理論有了更深一層的理解。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中更是學(xué)到了許多平時(shí)學(xué)不到的知識(shí)，自己各方面的工作能力也得到了提升。 在此我要特別感謝劉學(xué)軍老師，在設(shè)計(jì)過程中，他對(duì)我們進(jìn)行了悉心的指導(dǎo)，每當(dāng)我遇到難以解決的問題時(shí)，他都能夠不厭其煩地進(jìn)行講解。他對(duì)我們的要求也是十分嚴(yán)格的，對(duì)設(shè)計(jì)中存在的不足之處