四川大学继保课程设计完整版.docx
《四川大学继保课程设计完整版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四川大学继保课程设计完整版.docx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
四川大学继保课程设计完整版
35KV电网继电保护设计
【摘要】
本次继电保护设计是以35KV电网继电保护设计进行保护整定。
设计采用WXB—11C型微机保护对电网进行保护,介绍了电力系统继电保护的基础知识、基本要求及原理图,然后根据给定35KV电网的接线图及参数,进行短路电流计算,制定出反应其输电线路上相间短路、接地短路故障的继电保护配置方案。
通过对所配置的继电保护进行整定计算和校验,论证继电保护配置的正确性。
并加装自动重合闸装置,提高供电可靠性。
关键词:
继电保护原理图接地短路短路电流计算重合闸
Abstract
Thisdesignis35KVelectricgridprotectiondesign（multi-powersourcesloop,singlesidepowersourcelineprotectionsetting.
InthisdesignusingWXB-11Cmicrocomputerprotectionprotectstheelectricalnetwork.Firsttheelectricalpowersystemprotectionelementaryknowledgeisintroduced.thenaccordingtothewiringdiagramandtheparameterofthe35KVelectricalnetwork,theshort-circuitcurrentiscalculated.Protectionequipmentplanreflectingphasefaultandearthfaultonthetransmissionlinearedetermined.Throughsettingcalculationandverificationofprotectionequipped,accuracyofprotectionequipmentisproved.Inordertoimprovepowersupplyreliability,reclosingisequipped.Thebasisofthesettingvaluesworkedout,thedefinitevaluelistsofmicrocomputerprotectionarecompleted.
Keywords:
protection;short-circuitcurrentcalculation;reclosing
前言（8
1绪论（6
1.1电力系统继电保护的作用（6
1.2电力系统继电保护技术（6
1.3继电保护的基本要求（7
2系统中各元件的主要参数计算（8
2.1标幺制及标幺值计算方法（8
2.2、双绕组变压器的参数计算（8
2.3三绕组变压器的参数计算（9
2.3.1电阻参数计算（9
2.3.2电抗参数计算（9
2.4输电线路参数的计算（9
3中性点接地的选择（10
3.135KV中性点直接接地电网中线路的保护（10
3.2高频保护整定时考虑的几个问题（10
3.2.1高频信号注意事项（10
3.3高频闭锁距离保护的整定计算（11
3.3.1距离保护各段的整定计算（11
4短路电流的计算（13
4.1三相短路电流计算（14
4.2两相短路电流计算（15
5短路电流计算说明书（25
5.1三相短路电流计算（25
5.2两相短路电流计算（27
5.2.1两相短路电流负序电抗化简（29
5.3继电保护整定（30
5.3.1方向元件的设置（31
5.3.2整定原则（32
5.3.3继电保护配置成果表................错误!
未定义书签。
6零序电流保护的整定计算（32
6.1零序电流保护瞬时段（Ⅰ段的整定计算（32
6.2零序电流保护（Ⅱ段的整定计算（33
6.3零序电流保护（Ⅲ段的整定计算（33
6.4零序方向元件灵敏度的校验（34
结论（42
设计体会（39
致谢（41
参考文献（42
前言
《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化专业的重要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几大主要部分。
电能是现代设备中很重要也很方便的能源。
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分配到用户,再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式能量。
在输电的过程中,电力系统希望线路有较好的可靠性,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的供电范围。
电力系统继电保护就是为达到此目的而设置。
本次设计的任务主要包括了电网中元件参数及负荷电流计算、锻炼电流计算、继电保护距离保护的整定计算及校验等。
1绪论
1.1电力系统继电保护的作用
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发生各种型式的短路。
在发生短路时,可能产生以下后果。
（1通过故障点的短路大电流和所燃起的电弧,使故障元器件损坏或烧坏;
（2短路电流通过非故障元件,由于发热和点动力的作用,引起元器件损坏和缩短寿命;
（3电流系统中部分地区的电压大大减低,破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量;
（4破坏电流系统并列运行的稳定性,引起系统振荡,甚至瓦解整个系统。
所以电力系统继电保护作用重大,使运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。
1.2电力系统继电保护技术要求
（1起动失灵的保护为线路、过电压和远方跳闸、母线、短引线、变压器（高抗的电气量保护。
（2断路器失灵保护的动作原则为:
瞬时分相重跳本断路器的两个跳闸线圈;经延时三相跳相邻断路器的两个跳闸线圈和相关断路器（起动两套远方跳闸或母差、变压器保护,并闭锁重合闸。
（3失灵保护应采用分相和三相起动回路,起动回路为瞬时复归的保护出口接点（包括与本断路器有关的所有电气量保护接点。
（4断路器失灵保护应经电流元件控制实现单相和三相跳闸,判别元件的动作时间和返回时间均不应大于20ms。
（5重合闸仅装于与线路相联的两台断路器保护屏（柜内,且能方便地整定为一台断路器先重合,另一台断路器待第一台断路器重合成功后再重合。
（6断路器重合闸装置起动后应能延时自动复归,在此时间内断路器保护应沟通本断路器的三跳回路,不应增加任何外回路。
（7闭锁重合闸的保护为变压器、失灵、母线、远方跳闸、高抗、短引线保护。
（8短引线保护可采用和电流过流保护方式,也可采用差动电流保护方式。
（9短引线保护在系统稳态和暂态引起谐波分量和直流分量影响下不应误动作。
（10短引线保护的线路或变压器隔离刀闸辅助接点开入量不应因高压开关场强
电磁干扰而丢失信号。
对隔离刀闸辅助接点的通断应有监视指示。
1.3继电保护的基本要求
对继电保护装置有哪些基本要求要求是:
选择性、快速性、灵敏性、可靠性。
⑴选择性:
系统中发生故障时,保护装置应有选择地切除故障部分,非故障部分继续运行;
⑵快速性“短路时,快速切除故障这样可以①缩小故障范围,减少短路电流引起的破坏;②减少对用记的影响;③提高系统的稳定性;
⑶灵敏性:
指继电保护装置对保护设备可能发生的故障和正常运行的情况,能够灵敏的感受和灵敏地作,保护装置的灵敏性以灵敏系数衡量。
⑷可靠性:
对各种故障和不正常的运方式,应保证可靠动作,不误动也不拒动,即有足够的可靠。
1.4继电保护的基本原理
（135KV双回路接线图
（235KV双回路线路的继电保护的原理图
2系统中各元件的主要参数计算
2.1标幺制及标幺值计算方法
所谓标幺制,就是把各个物理量均用标幺制来表示的一种相对单位制
2.2、双绕组变压器的参数计算
变压器的参数一般是指其等值电路中的电阻RT,电抗XT,电导GT和电纳BT,变压器的变比K。
根据铭牌上所给的短路损耗△PS,短路电压VS%,空载损耗△PO,空载电流IO%。
前两个数据由短路试验得到,用以确定RT和XT;后两个数据由空载试验得到,用以确定GT和BT。
电阻RT:
变压器作短路试验时,将一侧绕组短接,在另一侧绕组施加电压,使短路绕组的电流达到额定值.由于此时外加电压较小,相应的铁耗也小,可以认为短路损耗即等于变压器通过额定电流时原、副方绕组电阻的总损耗.在电力系统计算中,常用变压器三相额定容量和额定线电压进行参数计算,则公式为:
{RT}Ω={ΔPS}KW{VN2}KV×103/{SN2}KVA
电抗XT:
当变压器通过额定电流时,在电抗上产生的电压降的大小,可以用额定电压的百分数表示,对于大容量变压器,其绕组电阻比电抗小得多,则公式:
{XT}Ω=VS%×{VN2}KV×103/100/{SN}KVA
电导GT:
变压器的电导是用来表示铁芯损耗的.由于空载电流相对额定电流来说是很小的,绕组中的铜耗也很小,所以近似认为变压器的铁耗就等于空载损耗,则公式为:
{GT}S={ΔP0}KW×10-3/{VN2}KV
电纳BT:
变压器的电纳代表变压器的励磁功率.变压器空载电流包含有功分量和无功分量,与励磁功率对应的是无功分量.由于有功分量很小,无功分量和空
载电流在数值上几乎相等.{BT}S=I0%×{SN}KVA×10-3/100/{VN2}KV变压比KT:
在三相电力系统计算中,变压器的变压比通常是指两侧绕组空载线电压的比值.对于星形和三角形接法的变压器,变压比与原副方绕组匝数比相等;对于星三角形接法的变压器,变压比为原副方绕组匝数比的3倍.根据电力系统运行调节的要求,变压器不一定工作在主抽头上,因此,变压器运行中的实际变比,应是工作时两侧绕组实际抽头的空载线电压之比.
2.3三绕组变压器的参数计算
三绕组变压器等值电路中的参数计算原则与双绕组变压器的相同,下面分别确定各参数的计算公式.
2.3.1电阻参数计算
电阻R1,R2,R3:
为了确定三个绕组的等值阻抗,要有三个方程,为此,需要有三种短路试验的数据.三绕组变压器的短路试验是依次让一个绕组开路,按双绕组变压器来作.通过查手册可得短路损耗分别为,则有
ΔPS1=1/2（ΔPS（1-2+ΔPS（3-1-ΔPS（2-3
ΔPS2=1/2（ΔPS（1-2+ΔPS（2-3-ΔPS（3-1
ΔPS3=1/2（ΔPS（2-3+ΔPS（3-1-ΔPS（1-2
求出各绕组的短路损耗后,便可导出双绕组变压器计算电阻相同形式的算式,即:
{Ri}Ω={Psi}KW{VN2}KV×103/{SN2}KVA
2.3.2电抗参数计算
电抗X1,X2,X3:
和双绕组变压器一样,近似地认为电抗上的电压降就等于短路电压.在给出短路电压力后,与电阻的计算公式相似,各绕组的短路电压为
VS1%=1/2（VS（1-2%+VS（3-1%-VS（2-3%
VS2%=1/2（VS（1-2%+VS（2-3%-VS（3-1%
VS3%=1/2（VS（2-3%+VS（3-1%-VS（1-2%
各绕组的等值电抗为:
{Xi}Ω=Vsi%×{VN2}KV×103/100/{SN}KVA
2.4输电线路参数的计算
输电线路的参数有四个:
反映线路通过电流时产生有功功率损失效应的电阻;反映载流导线周围产生磁场效应的电感;反映线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流及导线附近空气游离而产生有功功率损失的电导;反映带电导线周围电场效应
的电容.输电线路的这些参数通常可以认为是沿全长均匀分布的,每单位长度的参数为r、x、g及b.当线路长为l（km时,R=rl;X=xl;G=gl;B=bl由于沿绝缘子的泄漏很小,可设G=0.
3中性点接地的选择
3.135KV中性点直接接地电网中线路的保护
目前,我省220KV线路均采用微机保护,配置两套不同原理的全线速动主保护及后备保护。
其中一套主保护为高频闭锁相差保护,或高频闭锁方向保护,另一套为高频闭锁距离保护。
A:
两套保护都应具有全线速动并带有完整的后备保护。
每套保护均应具有独立的选相功能。
B:
两套主保护的交流回路,直流电源跳闸回路及信号传输通道彼此独立。
C:
配置两套后备保护,后备保护按近后备原则配置。
选用相间及接地距离保护,零序电流方向保护。
可与主保护结合在一套装置内。
3.2高频保护整定时考虑的几个问题
系统中发生故障时高频保护将某种电量（简称判别量转换为高频电波,借助于通道传给对侧,然后,线路每一侧按照对侧与本侧判别量之间之间的关系来判断区内或区外故障。
由于选取的判别量不同,判别量的传送方式和采用通道的情况不同,就出现了各种形式的高频保护装置。
高频保护是利用线路两侧的高频讯号情况来决定是否应动作的,故线路两侧高频保护必须同时运行,不能单侧运行。
由于线路两侧高频保护相当一个整体,故要求:
（1:
线路两侧采用型号采用相同的保护装置。
（2:
线路两侧高频保护的整定值相同。
由于高频保护的构成方向不同,故必须根据所采用的保护方式决定整定方法。
目前高频保护主要有以下几种:
相差高频保护、高频闭锁方向、零序电流保护、高频闭锁距离
3.2.1高频信号注意事项
高频信号频率和通道的选择将对保护的动作性能带来很大的影响,因此在选择频率和通道时必须注意:
（1高频信号在线路上传输过程中,有能量衰耗,线路愈长,衰耗愈大,选用的频率愈高,衰耗也愈大。
如果高频信号的衰耗过大,将使高频收讯机不能正常准
确工作。
为此,在线上要使用较低频率,在短线上要使用较频率,通常使用频率为150—200KHz。
（2为了消除相邻线路之间的高频干扰,相邻线路高频保护的信号频率不应相同,要有5—10KHz左右的差别。
（3在电力系统中,载波通讯和高频保护都要使用高频信号,这两者的频率不能相同,高频设备要单独设置,高频加工设备最好分别装在不同的相别上。
为了提高高频信号的传输效率,在长线路的高频保护中还可考虑采用相—相式的高频通道。
3.3高频闭锁距离保护的整定计算
高频闭锁距离保护主要由起讯元件、停讯元件和高频收发讯机构成。
采用距离保护的起动元件兼做高频保护的起讯元件,而利用方向阻抗元件兼做高频保护的停讯元件。
利用半导体距离保护构成高频闭锁距离保护,其中的复合电流元件兼做高频保护的起讯元件,同时兼做断线闭锁和振荡闭锁元件。
高频主保护和后备保护复合为一体。
既有整套高频主保护的功能,又有整套后备保护的作用。
3.3.1距离保护各段的整定计算（1第Ⅰ段整定计算动作阻抗按下述情况计算。
对输电线路,按保护范围不伸出线路末端整定,即
l
kI
dzZKZ⋅=
式中kK——可靠系数,一般取0.8~0.85;
l
Z——被保护线路l的阻抗。
第一段的动作时限为继电器本身的固有时限,通常取s
tas06.0<。
（2第Ⅱ段的整定计算
动作阻抗按如下条件计算,一般选其中最小者为整定值。
按躲过相邻变压器其他侧母线故障整定b
zkblkdz
ZKKZKZ'+=Ⅱ
式中:
l
Z——本线路正序阻抗
bZ'
——相邻变压器阻抗kK——可靠系数。
取0.8~0.85kbK——可靠系数。
取0.7~0.75zK——助增系数,一般大于1
按保证保护范围末端短路时有足够的灵敏度整定,即
l
llmdz
ZZKZ5.1==Ⅱ
第Ⅱ段保护的灵敏系数为:
ⅡⅡ
l
dz
lmZZK=>1.3
（3第Ⅲ段的整定计算
动作阻抗通常按躲过最小负荷阻抗
min
⋅fhZ
整定。
对全阻抗继电器
zq
hkfhdzKKKZ
Zmin
⋅=
Ⅲ
对方向阻抗继电器
cos（min
fh
lmzqhkfhdz
KKKZ
Z
ϕ
ϕ-=
⋅Ⅲ
上两式中
min
⋅fhZ
——最小负荷阻抗,max
min
3
/
95.0~9.0（⋅⋅=
fhefhI
UZ
;
k
K——可靠系数,取1.3;
hK——继电器的返回参数,取1.15~1.25;zq
K——负荷自起动参数;取1.5~2.5
e
U
——电网额定相电压;lm
ϕ、
fh
ϕ
——分别为阻抗元件的最灵敏角和负荷阻抗角。
第Ⅲ段保护的灵敏系数:
作近后备时
5
.1≥=
l
dzlmZZKⅢ
作远后备时
2
.12
max
≥+=
⋅lfzldz
lmZK
ZZKⅢ
式中
max
⋅fzK
——相邻线路末端短路时,实际可能的最大分支系数。
保护的动作时限
t
ttxldzdz∆+⋅=maxⅢ
Ⅲ
（4、继电器阻抗值:
jx
YH
LHI
dz
jdzK
nnZZ=⋅
（5、起动元件的整定:
负序电流与零序电流元件作为装置的起动元件,与相电流元件辅助起动元件配合,起动发信并构成振荡闭锁回路。
负序与零序电流元件按以下原则整定:
1、本线路末端两相短路负序电流元件灵敏度大于4
2、本线路末端单相或两相接地短路,负序零序电流元件灵敏度均大于43、距离保护第Ⅲ段保护范围末端两相短路,负序电流元件灵敏度大于24、距离保护第Ⅲ段保护范围末端单相或两相接地短路,负序或零序电流元件灵敏度均大于2,相电流元件的整定为:
f
fhkdzK
IKImax⋅=
max
⋅fhI
——最大负荷电流
kK——可靠系数,取1.2~1.3
f
K
——返回系数,取0.85
4短路电流的计算
短路是电力系统的严重故障。
所谓短路,是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。
产生短路的原因有以下几个方面:
1、元件损坏2、气象条件恶化3、人为事故4、其它
在三相系统中可能发生的短路有:
1、三相短路f（3
2、两相短路f（2
3、两相接地短路f
（1,1
。
三相短路也称为对称短路,系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。
其它类型的短路都是不对称的路。
电力系统的运行经验表明,在各种类型的短路中,单相短路占大多数,两相短路较少,三相短路机会最少。
从短路计算方法来看,一切不对称短路的计算在采用对称分量法后,都归结为对称短路的计算。
短路计算的目的
1选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备
为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数,必须对电力网中发
生的各种短路进行计算和分析.在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值,还必须知道在网络中的分布情况.有时还要知道系统中某些节点的电压值
1在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时,为了比较各种不同方案的接线图,确定是否需要采取限制短路电流的措施,都要进行必要的短路电流计算。
1进行电力系统暂态稳定计算,研究短路对用户工作的影响等,也包含有一部分短路计算.
1在实际工作中,根据一定的任务进行短路计算时必须首先确定计算条件.所谓计算条件是指短路发生时系统的运行方式,短路的类型和发生地点,以及短路发生后所采取的措施.
4.1三相短路电流计算
最大运行方式:
两电站的六台机组全部投入运行,中心变电所在地110KV母线上的系统等值标么电抗为0.225。
城关变电所总负荷为240A（35KV侧,由金河电站供给110KA、青岭电站供给130KA。
剩余的110A经中心变电所送入系统。
最后化简所得的电抗为:
X32=0.712;X33=10.791;X34=5.047
解:
根据题意解得三相短路电流
系统:
I*j=1/X*j=1/0.712=1.406
I（3s.max=Ij×I*j=7.731
青岭:
X*js=X*j×Se/Sj=1.079
查表得:
I*e=0.98
I（3q.max=I”=I*e×Se/1.73Up=0.541
金河:
X*js=X*j×Se/Sj=0.757
查表得:
I*e=1.353
I（3j.max=I”=I*e×Se/1.73Up=1.115
IS=7.731Iq=0.541Ij=1.115
4.2两相短路电流计算
最小运行方式:
两电站都只有一台机组投入运行,中心变电所110KV母线上的系统等值标么电抗为0.35城关变电所总负荷为105A（35KV侧,由金河电站供给40A、青岭电站供给65A。
剩余的15A经中心变电所送入系统。
化简电抗图,得出两相正负序电抗图后,合并得出:
X31=0.826;X32=10.804;X33=11.562
解:
根据题意解得三相短路电流
系统:
I*j=1/X*j=1/1.661=0.602
Is=Ij×I*j=3.310
I（3s.min=1.73×Is=5.733
青岭:
X*js=X*j×Se/Sj=1.163
查表得:
I*e=0.911
I”=I*e×Se/1.73Up=0.25
I（3q.min=1.73×I”=0.433
金河:
X*js=X*j×Se/Sj=0.815
查表得:
I*e=1.265
I”=I*e×Se/1.73Up=0.261
I（3j.min=1.73×I”=0.452
IS=5.733Iq=0.433Ij=0.452
5继电保护整定（以下电流值的单位为:
KA;电压值的单位为:
KV。
根据下图对各保护进行整定:
分别对单侧电源进行保护的整定:
A、对下面单侧电源进行保护整定:
5.1对保护5进行整定计算
解:
根据题意所得:
5.1.1保护5的Ⅰ段
Xs.max=0.866×（Es/I（2d3.min=23.81
Xs.min=Es/I（3d3.max=16.5
Xs.main=0.5（Xs.max+Xs.min=20.155
IⅠop5=KⅠrelI（3d4.max=0.9204
检验:
LⅠmin=1/X1（0.866Es/IⅠop5-Xs.max
=-9.28<0.15L
故不满足要求;
采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算:
LⅠmain=0.75L=22.5km
电流元件的动作电流:
IⅠop5=Es/（Xs.main+X1LⅠmain=0.733IⅠop5=0.733低电压元件的动作电压:
UⅠop5=1.73×IⅠop5X1LⅠmain=11.426UⅠop5=11.426最大运行方式时的保护区:
LⅠmax=（Xs.maxUⅠop5/X1（Up-UⅠop5=26.59km
最小运行方式时的保护区:
LⅠmin=（0.866Es-Xs.masIⅠop5/X1IⅠop5=21.85km
LⅠmin>0.15L故满足要求;
5.1.2保护5的Ⅱ段
Ksen=I（2d4.min/IⅡop5=1.3（满足要求
故:
IⅡop5=I（2d4.min/Ksen=0.395IⅡop5=0.395
tⅡop5=tⅠop5+△t=0.5stⅡop5=0.5s
5.1.3保护5的Ⅲ段
IⅢop5=KrelKssIL.max/Kre=0.367IⅢop5=0.367
灵敏度校验:
近后备:
Ksen=I（2d4.min/IⅢop5=1.4>1.3
远后备:
Ksen=I（2d8.min/IⅢop5=6.3>1.2
满足要求
t
升级会员 