电力系统继电保护毕业论文设计.docx
《电力系统继电保护毕业论文设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统继电保护毕业论文设计.docx（59页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电力系统继电保护毕业论文设计
1前言
《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化的一门主要课程，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，本专业特进行了此次的继电保护课程设计。
电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态。
最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路，它严重的危机设备的安全和系统的可靠运行。
此外，电力系统还会出现各种不正常的运行状态，最常见的如过负荷等。
在电力系统中，除了采取各项积极措施，尽可能地消除或减少发生故障的可能性以外，一旦发生故障，如果能够做到迅速地、有选择性地切除故障设备，就可以防止事故的扩大，迅速恢复非故障部分的正常运行，使故障设备免于继续遭受破坏。
然而，要在极短的时间内发现故障和切除故障设备，只有借助于特别设置的继电保护装置才能实现。
伴随着电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算
机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入了新的活力。
因此，继电保护技术得天独厚，在接近半个世纪里的时间里完成了发展的4个历史阶段：
继电保护萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。
继电保护技术未来趋势是计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化的发展。
电力系统继电保护的基本作用是：
在全系统范围内，按指定分区实时的检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最大限度地维持系统的稳定，保持供电的连续性，保障人身的安全，防止或减轻设备的损坏。
第1页，共33页
2设计资料分析与参数计算
电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。
但是，电力系统的
组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。
因此，受自然条
件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。
故障中最常
见，危害最大的是各种型式的短路。
为此，还应设置以各级计算机为中心，用分
层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施
控制。
这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。
C
2×20MVAUk=10.5%
G1
T1
A
L1
40Km
5
6
T5
1
2×60MVA
7
U=10.5%
G2
T2
2
2×18Km
L3
L2
2×50MW
25Km
CosΨ=0.85
Un=10.5
L5
20Km
L4
Ud"=0.13
3
4
10
9
8
B
D
10Km
120MW
15Km
T4
T3
Uk=10.5%
100MW
CosΨ=0.85
2
×31.5MVA
Un=10.5
G3
Uk=10.5%
Ud"=0.12
图2.1.1电网接线
2.1参数分析及计算
2.1.1原始资料分析
本次设计按照设计要求对原始数据进入分析整理可知：
⑴各变电站、发电厂的操作直流电源电压U220V；
⑵发电厂最大发电电容为2×50+1×100=200MW，最小发电容量为50MW
正常发电容量为100+1×50=150MW；
⑶线路X1=0.4
/km，X0=3X1
/km；
⑷变压器均为Y
，
，
±×
，Y
10.5%；
N
D11
1102
2.5%10.5KV
N
第2页，共33页
⑸△t=0.5S,负荷侧后备保护tdz=1.5S，变压器和母线均配置有差动保护，
Kzq=1.3。
⑹发电厂升压变中性点直接接地，其他变压器不接地。
⑺降压变压器差动保护时限为0″。
过电流保护为1″。
2.1.2输电线路等值电抗计算
选取基准功率：
SB
100
A，基准电压：
VB115V，基准电流：
MV
IB
SB/1.732VB
100
103/1.732
115KA；基准电抗：
ZB
VB/（1.732
IB）
115
103/（1.732
502）
132.25
；电压标幺值：
EE
（2）1.08
⑴线路L1（断路器1和5之间的线路）等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL1
（1）
XL1
（2）
X1L1
40
0.4
16
XL1
（1）
XL1
（2）
XL1
（2）
16
0.121
ZB
132.25
零序电抗：
XL1（0）
X
L0
13XL1
31
0.4
4048
XL1（0）
XL1（0）
48
0.454
ZB
132.25
⑵线路L2（断路器6和8之间的线路）等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL2
（1）
XL2
（2）
X1L2
0.4
18
7.2
XL2
（1）
XL
XL2
（1）
7.2
0.054
2
（2）
ZB
132.25
零序电抗：
XL2（
0）
X
L0
23XL1
32
0.4
1821.6
XL2（0）
XL2（0）
21.6
0.163
ZB
132.25
⑶线路L3（断路器7和9之间的线路）等值电抗计算（与
L2相同）
⑷线路L4（断路器4和10之间的线路）等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL4
（1）
XL4
（2）
X1L4
0.4
20
8
第3页，共33页
XL4
XL4
（1）
8
（1）
XL4
（2）
ZB
0.060
132.25
零序电抗：
XL4
（0
）
XL043
XL134
0.42
024
XL4
（0
）
XL4（0）
24
0.181
ZB
132.25
⑸线路L5（断路器2和3之间的线路）等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL5
（1）
XL5
（2）
X1L5
0.4
25
10
XL5
XL
XL5（
1）
10
0.076
（1
）
5
（2）
ZB
132.25
零序电抗：
XL5
（0
）
X
L0
53XL1
35
0.4
2530
XL5（0）
XL5
（0）
30
0.227
ZB
132.25
2.1.3变压器等值电抗计算
⑴变压器T1、T2标幺值计算
XT1
XT2
UK%
SB
10.5
100
100
SK
100
0.175
60
⑵变压器T3标幺值计算
XT3
10.5
100
0.0875
100
120
⑶变压器T4标幺值计算
XT4
10.5
100
0.333
100
31.5
⑷变压器T5标幺值计算
10.5
100
0.525
XT3
20
100
2.1.4发电机等值电抗计算
⑴发电机G1、G2电抗标幺值计算
第4页，共33页
XG1XG2
Xd"
SB
0.13
100
0.221
P/cos
50/0.85
a
⑵发电机G3电抗标幺值计算
XG3
0.29
100
0.204
120/0.85
2.2系统运行方式和变压器中性点接地方式的确定
电力系统的中性点是指：
三相电力系统中星形连接的变压器或发电机中性
点。
目前我国的电力系统采用中性点运行方式主要有三种，中性点不接地，经过消弧线圈和直接接地，前两种称不接地电流系统；后一种又称为大接地电流系统。
如何选择发电机或变压器中性点的运行方式，是一种比较复杂的综合性的技术经济问题，不论采用哪一种运行方式，都涉及到供电可靠性，过电压绝缘配合，继
电保护和自动装置的正确动作，系统的布置，电讯及无线电干扰，接地故障时对生命的危险以及系统稳定等一系列问题。
本课程设计网络是110KV。
电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。
主变压器的110KV侧采用中性点直接接地方式：
⑴凡是中低压有电源的升压站和降压站至少有一台变压器直接接地；⑵终端变电所的变压器中性点一般接地；⑶变压器中性点接地点的数量应使用电网短路点的综合零序电抗；⑷变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地，当变压器检修时，可做特
殊运行方式处理；
⑸选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地系统，双母线界限有两台及以上变压器时，可考虑两台主变压器中性点接地。
根据上述原则本次设计的变压器中性点的接地方式可为：
⑴发电厂1有两台变压器，可只将其中一台中性点直接接地，也可将两台都直接接地，为提高可靠性将本次设计选择将两台变压器都直接接地；
发电厂2只有一台变压器应中性的直接接地。
⑵两变电站都只有一台变压器，应中性点直接接地。
第5页，共33页
3线路保护配置
3.1线路保护的一般原则
⑴装设母线保护的几种情况：
1）3～10KV分段母线及并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器后备保
护实现对母线的保护，下列情况应装设母线保护：
①需快速油选择性地切除一段或一组母线上的故障，以保证发电厂及电力
网安全运行和重要负荷的可靠供电时；
②当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。
2）35～66KV电网中，主要变电所的35～66KV双母线或分段母线，需快速
而有选择地切除一段或一组母线上故障，以保系统规定运行和可靠供电时，应装
设母线保护。
3）110KV母线中，下列情况应装设母线保护：
①110KV双母线装设专用母线保护；
②110KV单母线、重要发电厂或110KV以上重要变电所的110KV单母线，需要快切除母线上故障时，应装设母线保护。
4）220～500KV母线，对双母线接线，应装设能快速有选择切除故障的母线
保护，对一个半断路器接线，每组母线装设两套母线保护。
⑵目前国内110KV以上母线保护装置的原理有以下几种：
1）完全电流差动。
由母线内部或外部故障时流入母线电流之差或和电流为
判据，采用速饱和变流器防止区外故障一次电流中的直流分量导致TA饱和引起
母差误动。
2）母联电流相位比较式母线保护。
比较母线差动电流和流过母联断路器的
电流相位不同为判据。
3）电流差动利用带比率制动特性的电流继电器构成，解决了TA饱和引起
母差保护在区外故障时误动问题。
4）中阻抗快速母差保护。
以电流瞬时值测定和比较为基础，其差动和启动
元件在TA饱和前动作，动作速度快，有利于系统稳定。
5）以电压公频变化量幅值和低电压元件为启动元件，差流元件保持的母差
保护。
第6页，共33页
微机型母线保护一般均具有低电压或复合电压闭锁，启动断路器失灵保护、母线充电保护及TA断线闭锁装置等功能。
3.2接地故障采取的措施
电力系统中采用的中性点接地方式，通常有中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地和中性点不接地三种。
一般110KV以上电压等级的电网均采用中性点直接接地方式，称为大接地电流系统。
110KV以下电压等级的电网采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式，称为小接地电流系统
大接地电流系统中发生单相接地短路时，故障相流过的短路电流较大，对设备造成的危害较大，继电保护必须通过断路器切除故障。
根据我国电力系统几十年的故障情况统计，在大接地电流系统中，接地故障的次数为所有故障的90%左右。
因此，采用专门的零序电流保护以保护接地故障，具有显著的优越性。
小接地电流系统中发生单相接地时，因不能形成短路电流的通道，不会产生大的电流，设备允许继续运行。
因此，不要求继电保护快速动作切除故障。
但是，由于单相接地后，完好相对地电压升高，往往造成设备绝缘击穿故障扩大。
因此，继电保护必须及时发现单相接地故障，发出信号，使运行人员采取措施消除故障。
小电流接地系统单相接地（以下简称单相接地）是配电系统最常见的故障，多发生在潮湿、多雨天气。
由于树障、配电线路上绝缘子单相击穿、
单相断线以及小动物危害等诸多因素引起的。
单相接地不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故。
因此，熟悉接地故障的处理方法对值班人员来说十分重要。
3.2.1几种接地故障的特征
⑴当发生一相（如A相）不完全接地时，即通过高电阻或电弧接地，这时
故障相的电压降低，非故障相的电压升高，它们大于相电压，但达不到线
电压。
电压互感器开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出
接地信号。
⑵如果发生A相完全接地，则故障相的电压降到零，非故障相的电压
升高到线电压。
此时电压互感器开口三角处出现100V电压，电压继电器动
作，发出接地信号。
第7页，共33页
⑶电压互感器高压侧出现一相（A相）断线或熔断件熔断，此时故障相的
指示不为零，这是由于此相电压表在二次回路中经互感器线圈和其他两相
电压表形成串联回路，出现比较小的电压指示，但不是该相实际电压，非
故障相仍为相电压。
互感器开口三角处会出现35V左右电压值，并启动继电
器，发出接地信号。
⑷由于系统中存在容性和感性参数的元件，特别是带有铁芯的铁磁电
感元件，在参数组合不匹配时会引起铁磁谐振，并且继电器动作，发出接
地信号。
⑸空载母线虚假接地现象。
在母线空载运行时，也可能会出现三相电
压不平衡，并且发出接地信号。
但当送上一条线路后接地现象会自行消失。
3.2.2单相接地故障的处理
⑴处理接地故障的步骤：
①发生单相接地故障后，值班人员应马上复归音响，作好记录，迅速报告当值调度和有关负责人员，并按当值调度员的命令寻找接地故障，但具体查找方法由现场值班员自己选择。
②详细检查所内电气设备有无明显的故障迹象，如果不能找出故障点，再进行线路接地的寻找。
③将母线分段运行，并列运行的变压器分列运行，以判定单相接地区
域。
④再拉开母线无功补偿电容器断路器以及空载线路。
对多电源线路，应采取转移负荷，改变供电方式来寻找接地故障点。
⑤采用一拉一合的方式进行试拉寻找故障点，当拉开某条线路断路器接地现象消失，便可判断它为故障线路，并马上汇报当值调度员听候处理，同时对故障线路的断路器、隔离开关、穿墙套管等设备做进一步检查。
⑵处理接地故障的要求：
①寻找和处理单相接地故障时，应作好安全措施，保证人身安全。
当
设备发生接地时，室内不得接近故障点4m以内，室外不得接近故障点8m以内，进入上述范围的工作人员必须穿绝缘靴，戴绝缘手套，使用专用工
具。
第8页，共33页
②为了减小停电的范围和负面影响，在寻找单相接地故障时，应先试
拉线路长、分支多、历次故障多和负荷轻以及用电性质次要的线路，然后
试拉线路短、负荷重、分支少、用点性质重要的线路。
双电源用户可先倒
换电源再试拉，专用线路应先行通知。
若有关人员汇报某条线路上有故障
迹象时，可先试拉这条线路。
③若电压互感器高压熔断件熔断，不得用普通熔断件代替。
必须用额
定电流为0.5A装填有石英砂的瓷管熔断器，这种熔断器有良好的灭弧性能
和较大的断流容量，具有限制短路电流的作用。
3.3相间短路所采取的配置
⑴电磁型继电器
电磁型继电器在35KV及以下电网的电力线路和电气设备继电保护装置中大量地被采用，电流继电器是实现电流保护的基本元件。
电磁型继电器基本结构型式有螺管线圈式、吸引衔铁式和转动舌片式三种。
⑵晶体管型继电器
晶体管型继电器的功能是有晶体管开关电路完成的。
晶体管型电流继电器由电压形成回路——电流变换器TA将输入电流变换成与之成正比的电压；整流比较回路及执行回路——单稳态触发器构成。
晶体管型时间继电器由两个三极管及阻容延时电路组成。
⑶电流互感器CT
电流互感器的作用是将高压设备中的额定大电流变换成5A或1A的小电流，以便继电保护装置或仪表用于测量电流。
电流互感器由铁芯及绕组组成。
1）CT的作用
①电流互感器将高压回路中的电流变换为低压回路中的小电流，并将高压回
路与低压回路隔离，使他们之间不存在电的直接关系。
②额定的情况下，电流互感器的二次侧电流取为5A，这样可使继电保护装
置和其它二次回路的设计制造标准化。
③继电保护装置和其它二次回路设备工作于低电压和小电流，不仅使造价降
低，维护方便，而且也保证了运行人员的安全。
2）CT的选择和配置
第9页，共33页
①型号：
电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择。
②一次电压：
UgUn
Ug---电流互感器安装处一次回路工作电压
Un---电流互感器的额定电压
③一次回路电流：
I1nIgmax
Igmax—电流互感器安装处一次回路最大电流
I1n—电流互感器一次侧额定电流。
⑷电压互感器PT
电压互感器的任务是将很高的电压准确地变换至二次保护及二次仪表的允
许电压，使继电器和仪表既能在低压情况下工作，又能准确地反映电力系统中高
压设备的运行情况。
电压互感器分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器两
种：
1）PT的作用
①电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例的变换为较低的电压，使二
次系统与一次系统的隔离，保证了工作人员的安全。
②电压互感器二次侧电压通常为100V,这样可以做到测量仪表及继电器的小
型化和标准化。
2）PT的配置原则：
①型式：
电压互感器的型式应根据使用条件选择，在需要检查与监视一次回
路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有三绕组的单相互感器组。
①次电压的波动范围：
1.1Un>U1>0.9Un
②二次电压：
100V
③准确等级：
电压互感器应在哪一准确度等级下工作，需根据接入的测量
仪表继电器与自动装置及设备对准确等级的要求来确定。
⑤二次负荷：
S2Sn
第10页，共33页
3.4重合闸
3.4.1自动重合闸在电力系统中的作用
运行经验表明，在电力系统的故障中，输电线路（尤其是架空线路）的故障占了绝大部分，而且，绝大部分是瞬时性的。
例如,由于雷电引起的绝缘子表面闪络，大风引起的短路碰线，通过鸟身体的放电以及树枝杂物掉落在到导线上引起的短路等。
当故障线路被继电保护装置的动作跳闸后，故障点的电弧即行熄灭，绝缘强度重新复原，这时如果把断开的线路重新投入，就能恢复正常供电，因此，这类故障是瞬时性故障。
此外，线路上也会发生永久性故障，例如，线路倒杆断
线，绝缘子击穿或损坏等引起的故障，在故障线路被继电保护装置断开后，由于故障依然存在，即使把断开的线路重新投入，线路还会杯继电保护装置再次断开。
鉴于输电线路上发生的故障大多数是瞬时性的，因此，在线路被断开之后再次进行一次重合闸以恢复供电，显然提高了供电的可靠性。
当然，重新合上断路器的工作也可以由运行人员手动操作，但手动合闸时，停电时间较长，大多数用户的电机可能停转，因而重新合闸所取得的效果并不显著，并且加重了运行人员
的劳动强度。
为此，在电力系统中广泛采用自动重合闸装置（缩写为ARD），当断路器跳闸后，它能自动将断路器重新合闸。
自动重合闸本身并不能判断故障是瞬时性的还是永久性的，因此，重合闸动作之后有可能成功（即恢复供电），也可能不成功。
根据多年来运行资料的统计，重合闸的成功率是相当高的，一般可达60%～90%。
根据有关规定，在1KV及以上电压的架空线路以及电缆与架空线的混合线路
上，凡装有断路器的，一般都应该装设自动重
升级会员 