电力系统及电保护毕业论文.docx
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电力系统及电保护毕业论文
电力系统及电保护毕业论文
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
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8）致谢
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2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
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任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
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2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
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建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
第一章绪论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4
第二章线路的故障类型及常用保护配置┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4
第三章高压传输线路继电保护系统设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5
一、110KV及以上线路继电保护原理介绍┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5
二、系统运行方式和变压器中性点接地的选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄6
2.1选择原则┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄6
2.1.1发电机、变压器运行方式选择的原则┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄6
2.1.2变压器中性点接地选择原则┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7
2.1.3线路运行方式选择原则┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7
2.2本次设计的具体运行方式的选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7
三、网络中发电机、变压器、及线路的保护配置┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7
3.1网络中发电机G1、G2、G3的保护配置┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7
3.2网络中变压器T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7的保护配置┄┄┄┄┄┄7
四、网络等值计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8
4.1发电机参数的计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8
4.2变压器参数的计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9
4.3输电线路参数的计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9
五、短路电流计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄10
5.1母线A处故长进行短路电流计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄10
5.2母线E处故长进行短路电流计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11
六、线路保护整定计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13
6.1相间短路三段式距离保护整定计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13
6.1.1保护2的三段式距离保护整定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13
6.1.2保护3的三段式距离保护整定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13
6.1.3保护4的三段式距离保护整定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄17
6.2相间短路的三段式零序电流保护整定的计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄20
6.2.1保护2的三段式零序电流保护整定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄20
6.2.2保护3的三段式零序电流保护整定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄21
6.2.3保护4的三段式零序电流保护整定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄22
七、综合评价┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄22
7.1距离保护的总和评价┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄23
7.2对零序电流保护的综合评价┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄23
参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄25
摘要
电网继电保护是保证电力系统安全运行和电能质量的重要自动装置之一，因此在规划设计时，必须考虑可靠工作和快速切除故障的继电保护实现的可能性。
对继电保护的基本要求，可概括的分为可靠性、速动性、选择性和灵敏性等方面，它们之间联系紧密，既矛盾统一。
为了保证可靠的切除故障，除了配备起主要作用的“主保护”外，还要配备起后备作用的“后备保护”。
当线路或电力设备发生故障时，主保护应该最快地把最靠近故障元件的断路器跳开，一方面尽可能减少对故障元件的损坏，另一方面把故障对电力系统的影响压缩到最小可能的范围和程度。
后备保护的作用是当主保护不能完成预定任务时，在靠近故障元件的最小可能范围内将故障点断开。
本文从所给的系统电网图着手，着重从继电保护保护设计的要求、整定计算、方式的选择3个方面分析了目前电网线路继电保护的设计方法，并从距离、零序两种保护中不同的接地故障及整定计算，来介绍线路继电保护设计中常用的主要保护配置，从而得出合理的、可行的保护方案，达到网络规划和保护配置的基本要求。
关键词：
高压输电线路继电保护设计
第一章绪论
线路继电保护是保证电力系统安全运行和电能质量的重要自动装置之一，因此在编制网络规划时，必须考虑可靠工作和快速切除故障的继电保护实现的可能性。
为了提高线路系统静态和稳态的稳定性，规划所提出的提高系统稳定的措施有一些亦必须落实在自动装置可靠工作的基础上的。
保护设备和自动装置的投资，在整个电网建设中只占极小的部分，一般说来继电保护应力求满足网络规划的要求，两者是主从的关系。
由于网络接线的不够合理将导致保护性能显著恶化，厂、所电气主接线繁杂将造成保护接线过分复杂，以至给生产运行带来很多二次线操作，引起保护设备误动、拒动，严重危害电气主设备和导致大面积停电，这些将给国民经济造成直接经济损失。
为此，必须合理地进行网络规划和合理地配置保护设备及自动装置。
对继电保护的基本要求，可概括的分为可靠性、速动性、选择性和灵敏性等方面，它们之间联系紧密，既矛盾统一。
第二章线路的故障类型及常用保护配置
（一）在中性点直接接地的系统中，线路可能出现接地故障和不接地的相间故障等情况。
对实现单相重合闸的线路，在故障相跳开后还能出现故障类型转移或是健全相再发生故障等情况。
在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，电网可能出现相间故障或是不同地点的多点接地故障。
上述各种情况均已构成短路，因此，保护装置必须尽可能迅速而有选择性地切除短路故障。
目前国内定型生产的保护设备，就其功能来说分为三种：
1．反应各种短路类型的保护装置；
2．只反应不接地的相间短路的保护装置；
3．只反应接地短路的保护装置。
根据保护装置的构成原理，某些保护只能反应被保护元件的内部短路，而对相邻元件的故障不起保护作用，因此保护装置可无延时地瞬时动作，通常作为被保护元件的主保护。
其他所有保护装置都能按时间阶段实现，即瞬动段只反应被保护元件临近保护设备安装处的一定区段内的短路故障，带时限动作段不但能反应被保护元件的内部短路，同时对相邻连接元件的部分区段内短路故障亦能反应，通常用来作为后备保护。
（二）当前电网保护设备的类型很多，下面仅就常用的线路保护设备作简单介绍。
1.多段式（一般是2~4段）带或不带方向的零序电流保护，作为被保护元件和相邻连接元件的后备保护或主保护，用于反应接地短路故障。
除瞬动第一段外，其他各段都带时限动作跳闸，动作时限一般是05~5S。
2.多段式（一般是2~3段）具有方向性的相间距离保护，用于反应相间短路故障。
除瞬动第一段外，其他段的动作时限一般为05~7S。
这种保护也作为后备保护或主保护使用。
3.多段式（一般是2~3段）具有方向性的接地距离保护，用于反应接地短路故障，起使用情况和上述零序电流保护相同。
4.多段式（一般是3段）带或不带方向的电流电压保护，用于反应相间短路故障。
由于这些保护受系统运行方式的变化影响很大，一般只考虑用在单电源放射状线路或是单电源环状的个别场合。
第三章高压传输线路继电保护系统设计
一、110KV及以上线路继电保护原理介绍
电力设备如发电机、变压器等的继电保护，除了发电机组的频率保护、失步保护、失磁保护外，其动作的正确与否和整定值如何，基本上只涉及电力设备本身的安全运行问题，这里不做研究。
而110KV及以上的线路和母线的保护，它们的选型、配置和整定等往往涉及到全网的安全运行，而且花样繁多。
现择其主要的保护原理论述如下：
（一）线路的距离保护
距离保护是高压线路的一种最基本的继电保护。
由于它的动作原理是反应保护安装地点到故障点的阻抗值，因而等价于反应到故障点的距离。
这种保护又叫阻抗保护。
距离保护一般都做成多段式的，各段有不同的整定值和动作时间。
第一段保护可以保护线路的百分之八十左右，不带人为的延时。
距离保护又分为相间距离保护和接地距离保护，分别用于保护相间故障和接地故障。
作为线路的基本保护的是相间距离保护。
（二）线路的零序电流保护
零序电流保护一般也作成阶段式的，第一段无人为延时，保护本线路的接地故障，其他段则按选择性配合整定。
实践证明，这是一种最简单的、最可靠的、动作频率最高的线路保护，也是规定110~220KV线路必备的一种基本保护。
它的特殊优点有：
1．结构与工作原理简单，试验维护方便，容易保证调试质量，因而其动作正确率也高于其他的复杂保护。
2．整套保护没有其他的中间环节，特别对于近故障区，可以实现高速动作。
3．在电网零序网络基本稳定的前提下（长期运行实践证明，这一点在110~220KV电网运行中基本得到保证），第一段保护范围基本稳定。
由于线路发生接地故障是，通过线路的零序电流随故障点的远离而显著减小，当按躲开两端母线故障整定时，其瞬时段，对于较长线路，往往可保护全线的百分之70~80，其保护性能与距离保护相近。
4．如果线路采用三相重合闸，当近故障点一侧的断路器先跳开后，通过另一侧的零序电流因零序网络的变化而突然增大，从而使远故障点侧也能随之立即跳闸，形成了无时限的全线纵续动作。
这一天然优点是任何其他保护所不具备的。
（三）线路相电流速断保护
相电流速断，其实就是瞬时过电流保护，主要用于保护出口故障。
由于他特别快速，是种极好的辅助保护，对大电源侧以及长线路，其保护效果尤佳，故已得到普遍采用。
（四）母线保护
母线的基本保护是母线差动电流保护。
由于母线保护动作于断开整条母线，因而对于双母线变电所的母线保护，应以防止误动作为首要要求；对一个半断路器接线的变电所，因为母线断开对变电所的安全运行一般不会带来直接影响，因而要求它的母线保护以可依赖性为第一要求，而且最好实现保护的双重化。
从系统稳定的观点看，要求母线保护动作快速。
（五）断路器失灵保护
当线路故障而断路器拒绝动作时，断路器失灵保护的主要作用是跳开与拒动断路器相邻的所有断路器。
其误动作的后果极其严重。
特别是最常用的双母线变电所，对这种保护的首要要求就是防止误动作。
二、系统运行方式和变压器中性点接地的选择
2.1选择原则
2.1.1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。
2.1.2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。
2.1.3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。
2.2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算之前，首先应该分析运行方式。
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或G2投入运行，G3停运。
三、网络中发电机、变压器、及线路的保护配置
3.1网络中发电机G1、G2、G3的保护配置
根据发电机可能发生的故障和不正常运行状态，应根据以上发电机的容量装设以下保护：
1、纵联差动保护：
为定子绕组及其引出线的相间短路保护；
2、匝间短路保护：
为定子绕组匝间短路装设的保护；
3、单相接地保护：
为发电机定子绕组的单相接地保护；
4、励磁回路接地保护：
为励磁回路的接地故障保护；
5、过负荷保护：
发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护；中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护；
6、定子绕组过电流保护：
当发电机纵差保护范围外发生短路，而短路元件的保护或断路器拒绝动作，这种保护作为外部短路的后备，也兼作纵差保护的后备保护；
7、定子绕组过电压保护：
用于防止突然甩去全部负荷后，引起定子绕组过电压，水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护，中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护；
8、负序电流保护：
电力系统发生不对称短路，或者三相负荷不对称（如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大）时，会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热，造成转子的局部灼伤，因此应装设负序电流保护；
9、逆功率保护：
当汽轮机主汽门误关闭，或机炉保护动作关闭主汽门，发电机出口断路器未跳闸时，从电力系统吸收有功功率，造成汽轮机事故，大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护，用于保护汽轮机。
10、失磁保护：
对励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障，装设失磁保护装置。
3.2网络中变压器T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7保护配置
变压器的内部故障可以分为油箱内故障和油箱外故障两种。
油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧毁等，对变压器来讲，这些故障都是十分危险的，因为油箱内故障时产生的电弧，将引起绝缘物质的剧烈气化，从而可能引起爆炸，因此，这些故障因该尽快加以切除。
油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。
根据故障类型和不正常运行状态，对本网络内的变压器应装设以下保护：
瓦斯保护：
对变压器油箱内的各种故障以及油面降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。
其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各电源侧的断路器。
纵联差动保护：
变压器的差动保护主要用来保护双绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。
过电流保护：
对于变压器当外部相间短路时，应采用过电流保护。
过负荷保护：
对于本网络中的变压器根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。
间隙保护。
四、网络等值计算
由网络接线图可知（忽略各元件的电阻）：
用标么值方法进行计算，选SB=100MVA，UB=Uav（各级平均电压，即1.05UN）。
其中Uav取各母线平均电压，在本网络中：
110kV为115kV；10kV为10.5kV。
4.1发电机参数的计算
发电机的电抗有名值：
（4-1）
发电机的电抗标幺值：
（4-2）
式中：
——发电机次暂态电抗;
——发电机的额定电压;
——基准电压;
——基准容量;
——发电机额定容量.
G1、G2：
SN=
=20/0.8=25MVA
=
=0.138×100/25=0.54
G3：
SN=
=40/0.8=50MVA
=
=0.131×100/50=0.262
4.2变压器参数的计算
双绕组变压器电抗有名值：
（4-3）
双绕组变压器电抗标幺值：
（4-4）
式中：
——变压器短路电压百分值;
——发电机的额定电压;
——基准电压;
——基准容量;
——变压器额定容量.
T1、T2：
X*T1＝（Uk％/100）×（SB/SN）＝（10.5/100）×（100/28）＝0.375
T3：
X*T3＝（Uk％/100）×（SB/SN）＝（10.5/100）×（100/50）＝0.21
T4、T5：
X*T4＝（Uk％/100）×（SB/SN）＝（10.5/100）×（100/20）＝0.525
T6、T7：
X*T6＝（Uk％/100）×（SB/SN）＝（10.5/100）×（100/15）＝0.7
T8：
X*T8＝（Uk％/100）×（SB/SN）＝（10.5/100）×（100/15）＝0.7
4.3输电线路参数的计算
LAE：
X*L1＝χ1l×（SB/U2av）=0.4×60×100/1152＝0.18
LEF：
X*L2＝χ1l×（SB/U2av）=0.4×50×100/1152＝0.15
LAF：
X*L3＝χ1l×（SB/U2av）=0.4×100×100/1152＝0.30
经对所给网络进行等值计算，作出等效电路图（忽略各元件的电阻），各元件参数用标么值表示。
（见附图）
五、短路电流计算
选SB=100MVAUB=Uav
IB=SB/√3UB
5.1母线A处故障进行短路电流计算
1.最大运行方式下三相短路：
有
I*=1/XΣ
其中：
XΣ=0.323
则有：
I*=1/XΣ=1/0.323=3.1
归算至110kV得：
I（3）=I**IB=3.1*100/（√3*115）=1
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