110KV電網(wǎng)繼電保護課程設計成稿

1、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、課程設計等幾個主要部分。在完成了理論的學習的基礎上，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，再通過各種用電設備轉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

2、的而設置的。本次設計的任務主要包括了六大部分，分別為運行方式的選擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負荷電流計算、短路電流計算、繼電保護距離保護的整定計算和校驗、繼電保護零序電流保護的整定計算和校驗、對所選擇的保護裝置進行綜合評價。其中短路電流的計算和電氣設備的選擇是本設計的重點。通過此次線路保護的設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 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，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

3、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。 變壓器中性點接地選擇原則(1)發(fā)電廠、變電所低壓側有電源的變壓器，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。 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，另一條線路又故障的方式。(2)雙回路一般不考慮同時停用。 流過保護的最大、電小短路電流計算方

4、式的選擇(1)相間保護對單側電源的輻射形網(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）與對側電源的運行方式無關，可按單側電源的方法選擇。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

5、路中所述，其重點也是考慮變壓器接地點的變化。 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，負荷的轉移。(3)環(huán)狀網(wǎng)絡的開環(huán)運行，負荷的轉移。(4)對于雙側電源的線路，當一側電源突然切除發(fā)電機，引起另一側增加負荷。1.2 本次設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

6、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?，F(xiàn)結合本次設計具體說明如下，系統(tǒng)的最大運行方式是所有設備全部投入運行；系統(tǒng)的最小運行方式為發(fā)電機G1投入，發(fā)電機G2停運。2.電網(wǎng)各元件參數(shù)計算及負荷電流計算基準值選擇基準功率：SB=100MVA 基準電壓：VB=115KV 基準電流：IB= SB/ 基準阻抗：ZB= 電壓標幺值：E=2.2 電網(wǎng)各元件等值電抗計算輸電線路等值電抗計算Xl， （1）線段AS2段 正序以及負序電抗： 零序阻抗： XL1(0)*=XL1(0)/ZB （2）線段AB（L2）等值電抗計算：正序以及負序電抗：零序阻抗： （3）

7、線段AB（L3）等值電抗計算：正序以及負序電抗：零序阻抗：（4）線段AB（L4）等值電抗計算：正序以及負序電抗：零序阻抗： 變壓器等值阻抗計算（1）變壓器1B，2B等值阻抗計算： （2）變壓器3B，4B等值阻抗計算：（3）變壓器5B，6B等值阻抗計算：發(fā)電機等值電抗計算（1）發(fā)電機G1，G2電抗標幺值計算： 最大負荷電流計算（1）5B，6B允許的最大額定電流為： 3B，4B允許的最大額定電流為： （2）依要求可知BS1，AS2 CT變比為：600/5,600/5 故可取AS2線路的最大負荷電流為：500AKA BS1線路取最大負荷電流為：400A各線路運行方式下流過斷路器的最大負荷電流（1）保

8、護1的最大方式：發(fā)電機G1，G2全投入，通過保護1的最大負荷電流為： 保護1的最小運行方式：發(fā)電機G2停，線路全部運行。 （2）保護3的最大運行方式：發(fā)電機G1，G2全投入，通過保護3的最大負荷電流為：Ifhmax3=0.5KA，保護3 的最小運行方式：發(fā)電機G2停，全線運行。 （3）保護4的最大運行方式：發(fā)電機G1，G2全投入，通過保護4的最大負荷電流為：Ifhmax4=0.4+0.16*2=0.4+0.33=0.73KA，保護4 的最小運行方式：發(fā)電機G2停，全線運行。 （4）保護6的最大運行方式：發(fā)電機G1，G2全投入，通過保護6的最大負荷電流為：Ifhmax6=0.4KA。 （5）保護

9、2和保護5因正常運行時不可能有正向電流流過，要是有正向電流通過，定是電路發(fā)生故障，即在保護2和保護5上裝設方向功率繼電器即可。3 短路電流計算由于短路電流計算是電網(wǎng)繼電保護配置設計的基礎，因此考慮最大運運行方式（兩臺電機全部投入）時各線路末端短路的計算情況，最小運行方式（只有一臺電機投入）時各線路末端短路的計算情況，電網(wǎng)等效電路圖如下：圖 電網(wǎng)短路等效電路圖3.2 短路電流計算 d1點短路時流過斷路（1）d1點短路最大運行方式下等值電路圖如下：圖 d1點短路時最大運行方式下等值電路圖進一步簡化可得：圖 正負序短路電路圖而:其中（2）d1點兩相短路時最小運行方式下短路電流（3）最大運行方式下兩相

10、短路零序短路電流圖最大運行方式下亮相短路零序短路電流 d2 發(fā)生短路時流過短路1（1） 最大運行方式下正序短路電流圖 d2 發(fā)生短路時最大運行方式下等值電路圖從而做出正負序短路電路圖如下：圖做出正負序短路等值電路圖而：（2） 最小運行方式下兩相短路的正序電流（3）最大運行方式下兩相短路的零序電流圖最大運行方式下兩相短路的零序短路電流d3短路時流過斷路器1（1）d3 短路最大運行方式下等值電路圖如下：圖最大運行方式下d3 點短路是等值電路圖從而做出正負序短路電路圖如下：圖正負序短路電路圖而：(2)最小運行方式下兩相短路的正序電流（3） 最大運行方式下兩相短路的零序電流圖最大運行下兩相短路的零序電

11、流 d4 點短路時流過短路器1（1）d4 點短路最大運行方式下等值帶南路圖如下：圖最大運行方式下d4 點短路時的等值電路圖從而做出正負序短路電路如下：圖正負序短路電路圖而（2）最小運行方式下兩相短路的正序電流（3）最大運行方式下兩相短路的零序電流圖 最大運行方式下兩相短路零序電路圖 d5點短路時流過斷路器（1）d5點短路時，最大運行方式下等值電路圖如下：圖 最大運行方式下等值電路圖從而作出其正負序短路電路圖如下：圖 正負序電路圖從而:（2）最小運行方式下兩相短路的正序電流（3）最大運行方式下兩相短路的零序電流圖 最大運行方式下兩相短路的零序電路圖 d6點短路時流過斷路器（1）d6點短路時，最大

12、運行方式下等值電路圖如下：圖 d6短路時最大運行方式下等值電路圖從而作出其正負序短路電路圖如下：圖 正、負序電路圖而:（2）最小運行方式下兩相短路的正序電流（3）最大運行方式下兩相短路的零序電流圖 最大運行方式下兩相短路的零序電路圖.1距離保護段的整定計算（1）動作阻抗：對輸電線路按躲過本線路末端短路來整定。取（2）動作時限：距離保護段的動作時限是有保護裝置有動作時限決定，人為延時為0，即距離保護段的整定計算（1）動作阻抗：按下列三個條件選擇（?。┡c相鄰線路L1（AS2）的保護段相配合，并作出等效電路圖，如下：圖 整定段時求的電路顯然由圖可知：與相鄰線路L2（AB）的保護段相配合，并作出等效電

13、路圖，如下：圖整定段時求的電路顯然由圖可知：與相鄰變壓器快速保護相配合，作出等效電路圖，如下：圖整定段時求的電路顯然由圖可知：取以上三個計算值中最小值為段整定值，即（2）動作時間：與相鄰保護段相配合，則它恰能滿足與相鄰線路L2和變壓器保護配合要求（3）靈敏性檢驗：滿足保護要求。距離保護段整定計算（1）動作阻抗：按躲開最小負荷阻抗來選擇，取于是（2）動作時間：（3）靈敏性檢驗：本線路末端短路時的靈敏系數(shù)為：滿足要求相鄰元件末端時的靈敏系數(shù)：段相鄰元件L1（AS2）段末端靈敏系數(shù)為：作出等效電路圖，如下：圖整定段時求的電路顯然如圖可知：不滿足要求段相鄰元件L2（AB）段末端靈敏系數(shù)為：做出等效電路

14、圖如下圖圖相鄰元件L2時，整定等效電路顯然由圖可知所以 滿足要求 與相鄰變壓的快速保護相配合 做出等效電路圖如下圖圖相鄰線路為變壓器時，整定等效電路顯然由圖可知 所以 不符合要求 斷路器2距離保護的整定計算和校驗動作阻抗：取 動作時限： 由于斷路器2沒有下一線路，所以斷路器2無需進行第段和第段整定，只需在保護上裝設方向功率繼點保護即可。4.3 斷路器3距離保護的整定計算和校驗動作阻抗：取 動作時限：由于斷路器3沒有下一線路，所以斷路器3無需進行第段和第段整定。4.4 斷路器4距離保護的整定計算和校驗距離保護的段的整定計算 動作阻抗：取 動作時限：距離保護的段的整定計算 動作阻抗：按下列兩種情況

15、選擇（取，）與相鄰線路段線路的段相配合，并作出等效電路圖如下圖圖相鄰線路L4時的整定等效電路顯然由圖可知： 所以與相鄰變壓器保護相配合，并作出等效電路圖如圖圖相鄰線路為變壓器時的整定等效電路 顯然由圖可知： 所以 取上式計算其中最小值的整定值，即 動作時限 靈敏度校驗 滿足要求4距離保護段整定計算（1）動作阻抗：按躲開最小負荷阻抗來選擇(方向阻抗繼電器)取且又知即知（2）動作時間：（3）靈敏度檢測本線路末端的靈敏度系數(shù) 符合要求相鄰元件靈敏度系數(shù)：.相鄰線路L（BS）的末端靈敏度系數(shù)：作出等效電路圖如下：圖相鄰線路為L4時的整定等效電路顯然由右圖可知： 符合要求相鄰變壓器的末端靈敏度系數(shù)：又知

16、符合要求（1）動作阻抗：按躲過線路末端短路時整定。即（2）動作時間：由于斷路器沒用下一線路，所以斷路器就無需進行第段和第段的整定計算。只需在斷路器5裝設一個功率方向繼電器即可。（1）動作阻抗：按躲過線路末端短路時整定。即(2)動作時限：由于斷路器6沒有下一線路，所以斷路器6就無需進行第段和第段的整定計算。5繼電保護的零序電流保護的整定計算和校驗零序電流保護段的整定計算（1）躲開下一線路出處單相接地或兩相接地短路時可能出現(xiàn)的最大零序電流即（2）躲開線路的三相觸頭不同期各閘時出現(xiàn)的零序電流 各一相，相當于斷開兩相，流過斷路器的零序電流： 各兩相，相當于斷開一相，流過斷路器的零序電流(3)取兩種情況

17、較大值，即故整定值為：.2 零序電流保護II段的整定計算（1）起動電流零序II段的起動電流應與下一段路的零序I段相配合。該保護與下一線段保護之間有中性點接地變壓的，該保護的起動電流I0dZ,取KK=1.2 ,I0Id03s*=XL1 cos/XT1/2+XL3（0）+XT5/2/XL1（0）+XL2(0)+XL1(0)=0.45/0.373+0.09+0.073+0.45+0.27I*=I*I0即I0dZ=KK*Id03s(2)動作時限零序II段的動作時限與相零線路零序I（3）靈敏度檢驗零序II段的靈敏系數(shù)應按照本線路末端接地短路時的最小零序電流校驗，并滿足Kem1.5的要求，即Kem=3I0

18、min/I0dZ=3*4.973/2.136=6.9851.5符合要求。零序電流保護III段的整定計算（1）起動電流躲開下條線路出現(xiàn)三相間短路時所出現(xiàn)的最大不平衡電流Ibpmax,即Ibpmax=0.15KA Kk/ Ibp與下一線路零序電流III段相配合是本保護零序III段的保護范圍，不能超出相鄰線路上零序III段的保護范圍。起動電流整定為:I0dz/=KK/*Ibp3s而Ijs=XT4/2/XL1（0）/XL3（0）+XT1/2+XT4/2/XL1（0）Ijs=Ijs*IbpmaxbpisI0dZ/=KK/*Ibp3s取較大值作為零序III段起動電流，即I0dZ/（2）靈敏度校驗： 作為本

19、線路近后備保護時，流過本保護最小零序電流3I0min/來檢驗，要求Kemem=3I0min/I0dZ=3*0.150/0.18=2.52符合要求。（3）動作時限為保證選擇各保護的動作時限也按階梯原則選擇T1/=t4/+（1）躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可能出現(xiàn)的最大零序電流，即Kk/ I0dz/=KK/*3I0max（2）躲過斷路器三相觸頭不同期各閘間時出現(xiàn)的零序電流3I0dZ/=KK/*3I0bt先合兩相相當于斷開一相3I0bt=3*2E/（2Z1+Z0先合兩相，相當于斷開一相3I0bt=3*2E/（Z1+2Z0故整定值為：I0bt由于斷路器3無下一回線路，所以無需整定零序保

20、護第II和第III段（1）躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可出現(xiàn)的最大零序電流：I0dZ/= KK/*3I0max（2）躲開斷路器三相觸頭不同期合閘時出現(xiàn)的零序電流3I0st ，即I0dz=Kk*3I0st先合一相，相當于斷開兩相。3I0st=2*3E/（2Z1+Z0KA先合三相，相當于斷開一相。3I0st=2*3E/（Z1+2Z03I0st取較大者，即I0dz=Kk/*3I0st故整定值為：I/0dz由于線路L1為110KV電壓等級的最后一回路，故無需整定零序保護的第段和第段。 斷路器4個零序電流保護的整定計算和校驗斷路器4零序電流保護段整定計算（一）躲開下一條線路出口處單相接地

21、或兩相接地短路時可能出現(xiàn)的最大零序電流，即I/0dz=KK/.3I0（二）躲開斷路器三相觸頭不同時期合閘時出現(xiàn)的零序電流3I0.st即I/0dz= KK/3I0.st先合一相，相當于斷開兩相。3I0.st=2*3E/（2Z1+Z0先合三相，相當于斷開一相。3I0.st=2*3E/（Z1+2Z03I0st取最大者，即I/0dz=Kk/*3I0st故整定值為：I/0dz5.4.2斷路器4零序電流保護段整定計算（一）起動電流零序段的起動電流應與下一線路的零序段相配合。Id0.3s* =(XL3(0)+XT1/2)/XL1(0)/XT3/2/XL2(0)/(XL3(0)+XT1/2)/ XL1(0)/

22、XT3/2/XL2(0)+XL4(0)（三）靈敏度校驗：零序段靈敏度系數(shù)應按照本線路末端接地短路時的最小零序電流時校驗，并滿足Klm1.5要求， 即Klm=3I0.min/I/0dz=3*5.595/0.584=28.71.5 符合要求。5.4.3斷路器4零序電流保護段整定計算（一）起動電流躲開在下一條線路出處相間短路時出現(xiàn)的最大不平衡電流 I 即I=0.044KA*KK/=1.2 I/= KK/I與下一條線路零序電流段相配合就是本保護零序段的保護范圍，不能超出相鄰線路上零序段保護范圍。起動電流整定為：I/= KK/IIis*=XT5/2(XT5/2+XL4(0)Iis=Iis* I即II/=

23、 KK/I取較大值作為零序段起動電流，即0/（二）動作時限：為保證選擇性各保護的動作時限也按階梯原則來選擇，t4=t6+t=1s（三）靈敏度校驗：要求Klm2，即Klm=3*0.150/0.158=2.85KA2符合要求。 斷路器5個零序電流保護的整定計算和校驗（(二) 躲過斷路器三相觸頭不同期各閘時出現(xiàn)的零序電流3I0*st先合一相，相當于斷開兩相。KA先合三相，相當于斷開一相。KA由于斷路器無下一回線路，所以無需整定零序保護的第段和第段。 斷路器6個零序電流保護的整定計算和校驗（一）躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可能出現(xiàn)的最大零序電流3I0*MAX，即KK=1.2，I=KK*

24、3I0*MAX(二) 躲過斷路器三相觸頭不同期各閘時出現(xiàn)的零序電流3I0*st即I0*dz=Kk*3I 先合一相，相當于斷開兩相。3I0st=6E/（2Z1+Z0KA 先合三相，相當于斷開一相。3I0st=6E/（Z1+2Z0KA3I0st取較大者，即I0dz=Kk/*3I0st故整定值為：I/0dz由于線路L4為110KV電網(wǎng)中的最后一回線路，故不需整定零序保護的第段和第段。6對所選擇的保護裝置進行綜合評價6.1 對零序電流保護的評價零序電流保護通常由多段組成，一般是四段式，并可根椐運行需要增減段數(shù)。為了某些運行情況的需要，也可設置兩個一段或二段，以改善保護的效果。接地距離保護的一般是二段式

25、，一般都是以測量下序阻抗為基本原理。接地距離保護的保護性能受接地電阻大小的影響很大。當線路配置了接地距離保護時，根椐運行需要一般還應配置階段式零序電流保護。特別是零序電流保護中最小定值的保護段，它對檢測經(jīng)較大接地電阻的短路故障較為優(yōu)越。因此，零序電流保護不宜取消，但可適當減少設置的段數(shù)。零序電流保護和接地距離保護一般按階梯特性構成，其整定配合遵循反映同種故障類型的保護上下級之間必須相互配合的原則，主要考慮與相鄰下一級的接地保護相配合；當裝設接地短路故障的保護時，則一般在同原理的保護之間進行配合整定。6.2 電流保護的綜合評價 電流速斷保護只能保護線路的一部分，限時電流速斷保護只能保護線路全長，

26、但不能作為下一段線路的后備保護，因此必須采用定時限過電流保護作為本線路和相鄰下一線路的后備保護。實際上，供配電線路并不一定都要裝設三段式電流保護。比如，處于電網(wǎng)未端附近的保護裝置，當定時限過電流保護的時限不大于0.5時，而且沒有防止導線燒損及保護配合上的要求的情況下，就可以不裝設電流速斷保護和限時電流速斷保護，而將過電流保護作為主保護。三段式電流保護的主要優(yōu)點是簡單、可靠，并且一般情況下都能較快切除故障。缺點是它的靈敏度受保護方式和短路類型的影響，此外在單側電源網(wǎng)絡中才有選擇性。故一般適用于35KV以下的電網(wǎng)保護中。6.3 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

27、；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：不能實現(xiàn)全線瞬動。對雙側電源線路，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。結束語本次設計是針對與110KV電網(wǎng)在不同運行方式以及短路故障類型的情況下進行的分析計算和整定的。由于本次設計涉及到不同運行方式下的不同類型的短路電流的計算，這對本次設計增加了難度。在進行設計時首先要將各元件參數(shù)標準化，而后對每一個保護線路未端短路時進行短路電流的計算及零序電流的計算。在整定時對每一個保護分別進行零序電流保護的整定和距離保護阻抗的整定，并且對其進行靈敏度較驗。通過這次設計，在獲得知識之余，還加強了個人的獨立提出問題、思考問題、解決問題能力，從中得到了不少的收獲和心得。在思想方面上更加成熟，個人能