继电保护课程设计.docx
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继电保护课程设计
《电力系统继电保护课程设计》
任务书
院系：
电信学院
专业：
电气工程及其自动化
班级：
090413
学号：
080413113
姓名：
峁兵兵
前言
《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。
在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。
电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。
而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。
在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。
电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。
通过设计使学生初步掌握继电保护设计的内容、步骤和方法。
和应用电力系统继电保护的设计、整定计算、资料整理查询和电气绘图方法。
在此过程中培养学生对各门专业课程整体观念综合能力。
通过较为完整的工程实践基本训练，提高计算、制图和编写技术文件的技能。
为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。
本课程主要设计110KV线路、变压器、发电机继电保护的原理、配置及整定计算，给今后继电保护的工作打下良好的基础。
通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的《电力系统继电保护》这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。
1原始资料
1.1电网接线图
（1）各变电站、发电厂的操作直流电源电压U=220V。
（2）发电厂最大发电容量50+2×25=100MW，最小发电容量为50MW，正常发电容量为50+25=75MW。
（3）线路X1=0.4Ω/km,X0=0.4Ω/km。
（4）变压器均为YN，D11，110±2.5%/10.5KV,UK=10.5%
（5）△t=0.5S,负荷侧后备保护tdz=1.5S,变压器和母线均配置护，Kzq=1.3
（6）发电厂升压变中性点直接接地，其他变压器不接地。
1.2任务
（1）电网运行方式分析。
（2）各开关保护配置方案，计算配置各线路的保护及计算出各（设X1=X2）。
（3）检验各保护的灵敏度。
（4）设计一套电压二次回路断线闭锁装置，二次断线时闭锁，故障时开放。
（选做）
（5）绘制7DL保护的展开图。
（选做）
1.3要求
设计说明书一份（含短路电流计算，保护整定，校验，绘制保护配置原理图等）。
110KV线路继电保护课程设计
1运行方式的选择
1.1运行方式的选择原则
1.1.1发电机、变压器运行方式选择的原则
（1）一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故障；当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。
对水电厂，还应根据水库运行方式选择。
（2）一个发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量最大的一台停用。
1.1.2变压器中性点接地选择原则
（1）发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要接地。
（2）自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。
（3）T接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。
（4）为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后再断开，这种情况不按接地运行考虑。
1.1.3线路运行方式选择原则
（1）一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，另一条线路又故障的方式。
（2）双回路一般不考虑同时停用。
1.2本次设计的具体运行方式的选择
电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。
因此，在对继电保护进行整定计弊之前，首先应该分析运行方式。
这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。
因此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。
现结合本次设计具体说明如下，系统的最大运行方式是所有设备全部投入运行；系统的最小运行方式为发电机G1和G2投入，发电机G3停运。
对保护1而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式下线路L1回路断开，其他设备全投；保护1的最小运行方式应该是：
在系统的最小运行方式下线路L1+L2与L3并联运行。
2继电保护距离保护的整定计算和校验
2.1断路器1距离保护的整定计算和校验
2.1.1距离保护І段的整定计算
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85；Zdz'=KK'ZL3=0.85×36=30.6Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
2.1.2距离保护П段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按下列三个条件选择。
①与相邻线路L4的保护的І段配合
Zdz''=KK''（ZL3+K'Kfh·minZL4）
式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1于是
Zdz''=KK''（ZL3+K'Kfh·minZL4）=0.8×（36+0.85×1×10）=35.6Ω；
②与相邻线路L2的保护的І段配合
Zdz''=KK''（ZL3+K'Kfh·minZL2）
式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护5的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。
当保护5的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1
于是Zdz''=KK''（ZL3+K'Kfh·minZL2）=0.8×（36+0.85×1×16）=39.68Ω；
③按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定
Zdz''=KK''（ZL3+Kfh·minZTC）
式中，取KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=（XL1+XL2+XL3）/2XL1=1
于是Zdz''=KK''（ZL3+K'Kfh·minZL4）=0.7×（36+1×63.5）=69.65Ω；
取以上三个计算值中最小者为П段整定值，即取Zdz''=35.6Ω；
（2）动作时间，与相邻保护7的І段配合，则
t1"=t7'+Δt=0.5s
它能同时满足与相邻线路L2和变压器保护配合的要求。
（3）灵敏性校验：
Klm=Zdz''/ZL3=35.6/36=0.99<1.5,不满足要求。
此时，对动作阻抗重新进行整计算，取下一线路保护第П段相配合的原则选择动作阻抗，即选择断路器7的第П段相配合进行整定。
Kfh·min=1
Zdz7''=KK''（ZL4+Kfh·minZTC）=0.7×（10+1×84.7）=66.29Ω
Zdz''=KK''（ZL3+KfZ·minZdz7''）=0.8×（36+1×66.29）=81.832Ω
Klm=Zdz''/ZL3=81.832/36=2.273>1.5,满足要求。
2.1.3距离保护Ш段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按躲开最小负荷阻抗整定；
Kzq=1,Kh=1.15,KK"'=1.2，If·max=0.326KA
Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×115/1.732×0.326=183.3Ω
于是Zdz'''=Zf·min/KK"'KhKzq=183.3/1.2×1.15×1=132.8Ω
（2）动作时间：
断路器5的动作时间为：
t'''5=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
断路器5的动作时间为：
t'''7=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
变压器保护的动作时间为：
t'''=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
取其中较长者，于是
断路器1的动作时间为：
t'''1=t'''5+Δt=2+0.5=2.5s
（3）灵敏性校验：
①本线路末端短路时的灵敏系数为：
Klm=Zdz'''/ZL3=132.8/36=3.68>1.5，满足要求
②相邻元件末端短路时的灵敏系数为：
І相邻线路L4末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=（XL1+XL2+XL3）/（XL1+XL2）=（36+16+20）/（20+16）=2
Klm=Zdz'''/（ZL3+Kfh·maxZL4）=132.8/（36+2×10）=2.37>1.2，满足要求
П相邻线路L2末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=IL3/IL4=（XL1+XL2+XL3）/XL1=（36+16+20）/20=3.6
Klm=Zdz'''/（ZL3+Kfh·maxZL2）==132.8/（36+3.6×16）=1.42>1.2，满足要求
Ш相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=（XL1+XL2+XL3）/（XL1+XL2）=（36+16+20）/（20+16）=2
Klm=Zdz'''/（ZL3+Kfh·maxZL2）==132.8/（36+2×63.5/2）=1.33>1.2，满足要求
2.2断路器2距离保护的整定计算和校验
2.2.1距离保护І段的整定计算
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85
Zdz'=KK'ZL1=0.85×20=17Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
2.2.2距离保护П段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按下列三个条件选择。
①与相邻线路L2的保护的І段配合
Zdz''=KK''（ZL1+K'Kfh·minZL2）
式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1
于是
Zdz''=KK''（ZL1+K'Kfh·minZL2）=0.8×（20+0.85×1×16）=26.88Ω；
②按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定
Zdz''=KK''（ZL1+Kfh·minZTC）
式中，取KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1
于是
Zdz''=KK''（ZL1+Kfh·minZL4）=0.7×（20+1×63.5）=58.45Ω；
取以上二个计算值中最小者为П段整定值，即取Zdz''=26.88Ω；
（2）动作时间，与相邻保护7的І段配合，则
t1"=t4'+Δt=0.5s
它能同时满足与相邻线路L2和变压器保护配合的要求。
（3）灵敏性校验：
Klm=Zdz''/ZL3=26.88/36=1.34<1.5,不满足要求。
此时，对动作阻抗重新进行整计算，取下一线路保护第П段相配合的原则选择动作阻抗，即选择断路器4的第П段相配合进行整定。
按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定
Kfh·min=1
Zdz4''=KK''（ZL2+Kfh·minZTC）=0.7×（16+1×63.5）=55.65Ω
与相邻线路L4的保护的І段配合
Kfh·min=1
Zdz4''=KK''（ZL2+K'Kfh·minZL4）=0.8×（16+0.85×1×10）=19.6Ω
取小者为整定值，即Zdz''=19.6Ω
所以断路器2的整定值为
Zdz''=KK''（ZL1+KfZ·minZdz7''）=0.8×（20+1×19.6）=31.68Ω
Klm=Zdz''/ZL1=31.68/20=1.584>1.5,满足要求。
2.2.3距离保护Ш段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按躲开最小负荷阻抗整定；
Kzq=1,Kh=1.15,KK"'=1.2，If·max=0.326KA
Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×115/1.732×0.326=183.3Ω
于是：
Zdz'''=Zf·min/KK"'KhKzq=183.3/1.2×1.15×1=132.8Ω
（2）动作时间：
断路器4的动作时间为：
t'''5=t'''dz+Δt=2+0.5=2.5s
变压器保护的动作时间为：
t'''=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
取其中较长者，于是
断路器2的动作时间为：
t'''1=t'''5+Δt=2.5+0.5=3s
（3）灵敏性校验：
①本线路末端短路时的灵敏系数为：
Klm=Zdz'''/ZL3=132.8/20=6.64>1.5，满足要求
②相邻元件末端短路时的灵敏系数为：
І相邻线路L2末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=（XL1+XL2+XL3）/XL3=（36+16+20）/36=2
Klm=Zdz'''/（ZL1+Kfh·maxZL4）=132.8/（20+2×16）=2.55>1.2，满足要求
П相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=（XL1+XL2+XL3）/（XL3+XL2）=（36+16+20）/（36+16）=1.38
Klm=Zdz'''/（ZL1+Kfh·maxZL2）==132.8/（20+1.38×63.5）=1.23>1.2，满足要求
2.3断路器3距离保护的整定计算和校验
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85
Zdz'=KK'ZL1=0.85×20=17Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
由于断路器3没有下一线路，所以悉路器3就无需进行第П段和第Ш段的整定计算。
2.4断路器4距离保护的整定计算和校验
2.4.1距离保护І段的整定计算
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85；Zdz'=KK'ZL2=0.85×16=13.6Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
2.4.2距离保护П段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按下列三个条件选择。
①与相邻线路L4的保护的І段配合
Zdz''=KK''（ZL2+K'Kfh·minZL4）
式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1于是
Zdz''=KK''（ZL2+K'Kfh·minZL2）=0.8×（16+0.85×1×10）=19.6Ω；
②与相邻线路L4的保护的І段配合
Zdz''=KK''（ZL2+K'Kfh·minZL3）
式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1于是
Zdz''=KK''（ZL2+K'Kfh·minZL3）=0.8×（16+0.85×1×36）=37.28Ω；
③按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定
Zdz''=KK''（ZL2+Kfh·minZTC）
式中，取KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=0.5
于是Zdz''=KK''（ZL3+Kfh·minZL4）=0.7×（16+0.5×63.5）=33.425Ω；
取以上三个计算值中最小者为П段整定值，即取Zdz''=19.6Ω；
（2）动作时间，与相邻保护7的І段配合，则
t4"=t7'+Δt=0.5s
它能同时满足与相邻线路L4和变压器保护配合的要求。
（3）灵敏性校验：
Klm=Zdz''/ZL2=19.6/16=1.225<1.5,不满足要求。
此时，对动作阻抗重新进行整计算，取下一线路保护第П段相配合的原则选择动作阻抗，即选择线路L4的第П段相配合进行整定。
Kfh·min=1
Zdz7''=KK''（ZL4+Kfh·minZTC）=0.7×（10+1×84.7）=66.29Ω
Zdz''=KK''（ZL2+KfZ·minZdz7''）=0.8×（16+1×66.29）=65.8Ω
Klm=Zdz''/ZL2=65.8/16=4.11>1.5,满足要求。
2.4.3距离保护Ш段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按躲开最小负荷阻抗整定；
Kzq=1,Kh=1.15,KK"'=1.2，If·max=0.326KA
Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×115/1.732×0.326=183.3Ω
于是Zdz'''=Zf·min/KK"'KhKzq=183.3/1.2×1.15×1=132.8Ω
（2）动作时间：
断路器6的动作时间为：
t'''6=t'''dz+Δt=0+0.5=0.5s
断路器7的动作时间为：
t'''7=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
变压器保护的动作时间为：
t'''=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
取其中较长者，于是断路器4的动作时间为：
t'''1=t'''5+Δt=2+0.5=2.5s
（3）灵敏性校验：
1）本线路末端短路时的灵敏系数为：
Klm=Zdz'''/ZL2=132.8/16=8.3>1.5，满足要求
2）相邻元件末端短路时的灵敏系数为：
①相邻线路L4末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=（XL1+XL2+XL3）/（XL1+XL2）=（36+16+20）/（20+16）=2
Klm=Zdz'''/（ZL2+Kfh·maxZL4）=132.8/（16+2×10）=3.6>1.2，满足要求
②相邻线路L3末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=1
Klm=Zdz'''/（ZL2+Kfh·maxZL3）=132.8/（16+1×36）=2.55>1.2，满足要求
③相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=（XL1+XL2+XL3）/（XL1+XL2）=（36+16+20）/（20+16）=2
Klm=Zdz'''/（ZL2+Kfh·maxZL2）==132.8/（16+2×63.5/2）=1.67>1.2，满足要求
2.5断路器5距离保护的整定计算和校验
2.5.1距离保护І段的整定计算
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85；Zdz'=KK'ZL2=0.85×16=13.6Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
2.5.2距离保护П段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按下列二个条件选择。
①与相邻线路L1的保护的І段配合
Zdz''=KK''（ZL2+K'Kfh·minZL1）
式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1
于是Zdz''=KK''（ZL2+K'Kfh·minZL1）=0.8×（16+0.85×1×20）=26.4Ω；
②按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定
Zdz''=KK''（ZL2+Kfh·minZTB）
式中，取KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=0.5
于是Zdz''=KK''（ZL3+Kfh·minZL4）=0.7×（16+0.5×63.5）=33.425Ω；
取以上二个计算值中最小者为П段整定值，即取Zdz''=26.4Ω；
（2）动作时间，与相邻保护7的І段配合，则
t4"=t3'+Δt=0.5s
它能同时满足与相邻线路L4和变压器保护配合的要求。
（3）灵敏性校验：
Klm=Zdz''/ZL2=26.4/16=1.65>1.5,满足要求。
2.5.3距离保护Ш段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按躲开最小负荷阻抗整定；
Kzq=1,Kh=1.15,KK"'=1.2，If·max=0.1255KA
Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×115/1.732×0.1255=476.2Ω
于是Zdz'''=Zf·min/KK"'KhKzq=476.2/1.2×1.15×1=345Ω
（2）动作时间：
断路器3的动作时间为：
t'''6=t'''dz+Δt=0+0.5=0.5s
变压器保护的动作时间为：
t'''=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
取其中较长者，于是断路器4的动作时间为：
t'''5=t'''5+Δt=2+0.5=2.5s
（3）灵敏性校验：
1）本线路末端短路时的灵敏系数为：
Klm=Zdz'''/ZL2=345/16=21.6>1.5，满足要求
2）相邻元件末端短路时的灵敏系数为：
①相邻线路L1末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=1
Klm=Zdz'''/（ZL2+Kfh·maxZL4）=345/（16+1×20）=9.58>1.2，满足要求
②相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=（XL1+XL2+XL3）/（XL3+XL2）=（36+16+20）/（20+16）=1.385
Klm=Zdz'''/（ZL2+Kfh·maxZL2）==345/（16+1.385×63.5）=3.32>1.2，满足要求
2.6断路器6距离保护的整定计算和校验
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85
Zdz'=KK'ZL3=0.85×36=30.6Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
由于断路器6没有下一线路，所以悉路器6就无需进行第П段和第Ш段的整定计算。
2.7断路器7距离保护的整定计算和校验
2.7.1距离保护І段的整定计算
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85
Zdz'=KK'ZL4=0.85×10=8.5Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保
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