110KV电网线路继电保护课程设计.doc
《110KV电网线路继电保护课程设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《110KV电网线路继电保护课程设计.doc（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
.
110KV电网线路继电保护课程设计
一、设计资料
1．110KV系统电气主接线
110KV系统电气主接线如下图所示
2．系统各元件主要参数：
（1）发电机参数
机组
容量（MVA）
额定电压（KV）
额定功率因数
X%
＃1、＃2
2×15
10．5
0．8
13.33
（2）输电线路参数
AS2
AB
AC
BS2
LGJ－185/5
LGJ－240/3
LGJ－185/1
LGJ－240/6
ф＝670
ф＝710
ф＝670
ф＝710
（3）变压器参数
序号
1B、2B
3B、4B
5B、6B
型号
SFZ－12500/110
SF－20000/110
SFZ－31500/110
接线组别
Y0/△－11
Y0/△－11
Y0/△－11
短路电压
10.2%
10.41%
10.4%
变比
110±8×1.5%
110±2×2.5%
110±8×2.5%
（4）CT、PT变比
AB线
AC线
AS2线
BS1线
CT变比
600/5
150/5
600/5
600/5
PT变比
110000/100
110000/100
110000/100
110000/100
变压器绝缘采用分段绝缘。
中性点不允许过电压，经动稳定计算，110KV线路切除故障时间<0.5秒可满足系统稳定要求。
二、设计内容
1.CA线路保护设计
2.、AC、AB线路保护设计
3.BA、线路保护设计
三、设计任务
1.系统运行方式和变压器中性点接地的选择
2.故障点的选择及正、负、零序网络的制定
3.短路电流计算
4．线路保护方式的选择、配置与整定计算（选屏）
*5．主变及线路微机保护的实现方案
6．线路自动综合重合闸
7．保护的综合评价
*8、110KV系统线路保护配置图，主变保护交、直流回路图
参考资料:
[1]韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册[M].北京:
中国水利电力出版社，2003
[2]何仰赞，温增银.电力系统分析上、下册[M].武汉:
华中科技大学出版社，2002
[3]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:
中国电力出版社，1994
[4]尹项根，曾克娥.电力系统继电保护原理与应用上册[M].武汉:
华中科技大学出版社，2001
[5]陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:
中国水利出版社,1992
[6]孙国凯，霍利民.电力系统继电保护原理[M].北京:
中国水利出版社，2002
[7]有关国家标准、设计规程与规范、图纸
.
二、设计内容
1.CA线路保护设计
2.、AC、AB线路保护设计
3.BA、线路保护设计
三、设计任务
1.系统运行方式和变压器中性点接地的选择
2.故障点的选择及正、负、零序网络的制定
3.短路电流计算
4．线路保护方式的选择、配置与整定计算（选屏）
*5．主变及线路微机保护的实现方案
6．线路自动综合重合闸
7．保护的综合评价
*8、110KV系统线路保护配置图，主变保护交、直流回路图
随着电力系统的飞速发展，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段：
继电保护的萌芽期、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。
电力系统的运行中最常见也是最危险的故障是发生各种形式的各种短路。
发生短路时可能会产生以下后果：
（1）电力系统电压大幅度下降，广大用户负荷的正常工作遭到破坏。
（2）故障处有很大的短路电流，产生的电弧会烧坏电气设备。
（3）电气设备中流过强大的电流产生的发热和电动力，使设备的寿命减少，甚至遭到破坏。
（4）破坏发电机的并列运行的稳定性，引起电力系统震荡甚至使整个系统失去稳定而解列瓦解。
因此在电力系统中要求采取各种措施消除或减少发生事故的可能性，一旦发生故障，必须迅速而有选择性的切除故障，且切除故障的时间常常要求在很短的时间内（十分之几或百分之几秒）。
实践证明只有在每个元件上装设保护装置才有可能完成这个要求，而这种装置在目前使用的大多数是由单个继电器或继电器及其附属设备的组合构成的，因此称为继电保护装置，它能够反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发生告警信号。
继电保护的任务就是在系统运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等），能够自动、迅速、有选择性且可靠的发出跳闸命令将故障切除或发出各种相应信号，从而减少故障和不正常现象所造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统安全稳定的运行。
本次的课程设计是针对电力系统110KV电网（环网）线路继电保护的设计，涉及的内容比较广泛，几乎综合了大学期间本专业所学的所有相关课程，既然是继电保护，就必然涉及到了强电与弱电的相互配合，故也串行了电子、通信、自动化等相关专业的知识。
正因为其涉及的知识面广，故对于即将毕业的我们是一次很好的实习机会，也是一次培养对知识的综合运用的机会，更是一种挑战。
本设计是对电力系统110KV电网线路进行继电保护初步设计，首先对继电保护的现状、发展和趋势以及继电保护在电力系统中的作用作了简要的介绍；然后详细介绍了运行方式的选择，变压器中性点的接地方式，短路电流的计算，电流保护、差动保护和距离保护等多种线路保护的具体整定方法及计算，并对输电网络做了较详细的分析；最后介绍了电网线路的自动重合闸装置的配置原则。
1.1系统运行方式的确定：
（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。
1.2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。
1.3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
1.4流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择
（1）相间保护
对单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大短路电流出现在最大运行方式；
而最小短路电流，则出现在最小运行方式。
对于双电源的网络，一般（当取Z1=Z2时）与对侧电源的运行方式无关，可按单侧电源的方法选择。
（2）零序电流保护
对于单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大零序短路电流与最小零序电流，其选择方法可参照相间短路中所述，只需注意变压器接地点的变化。
对于双电源的网络及环状网，同样参照相间短路中所述，其重点也是考虑变压器接地点的变化。
选取流过保护的最大负荷电流的原则
选取流过保护的最大负荷电流的原则如下：
（1）备用电源自动投入引起的增加负荷。
（2）并联运行线路的减少，负荷的转移。
（3）环状网络的开环运行，负荷的转移。
（4）对于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增加负荷。
2电网各个元件参数计算及负荷电流计算
基准值选择
基准功率：
SB=100MV·A，基准电压：
VB=115kv。
基准电流：
IB=SB/1.732VB=100×103/1.732×115=0.502KA；基准电抗：
ZB=VB/1.732IB=115×103/1.732×502=132.25Ω；电压标幺值：
E=E
（2）=1.05
电网各元件等值电抗计算
（1）线路AC等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XLAC=XACLAC=0.402×1=0.402Ω
XLAC*=XAC/ZB=0.402/132.25=0.003
零序电抗：
XLAC0=3XLAC=1.206Ω
XLAC0*=XLAC0/ZB=1.206/132.25=0.009
（2）线路AS2等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XLAS2=XAS2LAS2=0.402×5=2.01Ω
XLAS2*=XLAS2/ZB=2.01/132.25=0.015
零序电抗：
XLAS20=6.03Ω
XL20*=3*0.015=0.045
（3）线路AB等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XLAB=XABLAB=0.37×3=1.11Ω
XLAB*=XLAB/ZB=1.11/132.25=0.008
零序电抗：
XLAB0=3×1.11=3.33Ω
XLAB0*=XLAB0/ZB=3.33/132.25=0.024
（4）线路BS1等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XLBS1=XBS1LBS1=0.37×6=2.22Ω
XLBS1*=XLBS1/ZB=2.22/132.25=0.017
零序电抗：
XLBS0=3×2.22=6.66Ω
XLBS0*=XLABS0/ZB=6.66/132.25=0.051
变压器等值电抗计算
（1）变压器T1、T2等值电抗计算
XT1=XT2=（UK%/100）×（VN2/SN）≈98.76Ω
XT1*=XT2*=XT1/ZB=98.76/132.25=0.747
（2）变压器T3/T4等值电抗计算
XT3=XT4=（UK%/100）×（VN2/SN）≈62.98Ω
XT3*=XT3*=XT3/ZB=62.98/132.25=0.476
（3）变压器T6、T7等值电抗计算
XT6=XT7=（UK%/100）×（VN2/SN）≈39.95Ω
XT6*=XT5*=0.302
发电机等值电抗计算
发电机G1、G2电抗标幺值计算
XG1=XG2=0.711*132.25=94.03Ω
XG1*=XG2*=0.711
最大负荷电流计算
（1）A母线最大负荷电流计算
最大负荷电流计算（拆算到110KV）
IfhA·max=PfhAmaxVav2/1.732U=25/1.732×115≈0.1569KA；
（2）B母线最大负荷电流计算
最大负荷电流计算（拆算到110KV）
IfhB·max=PfhBmaxVav2/1.732U=63/1.732×115≈0.3954KA
短路电流计算
短路计算的目的
a、选择电气设备的依据；
b、继电保护的设计和整定；
c、电气主接线方案的确定；
d、进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响；
3短路电流计算
3.1短路电流计算步骤
1．确定计算条件，画计算电路图
1）计算条件：
系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。
2）运行方式：
系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。
根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。
选电气设备：
选择正常运行方式画计算图；
短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。
继电保护整定：
比较不同运行方式，取最严重的。
2．画等值电路，计算参数；
分别画各段路点对应的等值电路。
3．网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗
由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式时各线路未端短路的情况,最小运行方下时各线路未端短路的情况。
电网等效电路图如图3.1所示
图3.1电网等效电路图
3.2各短路点的短路计算
D1短路流经保护501的短路计算：
图3.2d1短路的等值网络图
最大运行方式的短路：
最小运行方式下的两相短路：
=
由于最小运行方式下河最小运行方式下的短路电流等值图相同，可得最小运行方式下的两相短路的电流为最大运行方式的短路电流的一半。
D2短路流经保护502的短路计算：
图3.3d2短路的等值网络图
最大运行方式的短路：
最小运行方式下的两相短路：
由501同理可得：
两相短路的零序电流：
图3.4两相短路的零序电流等值网络图
D3短路流经保护503的短路计算：
图3.5d2短路的等值网络图
最大运行方式的短路：
最小运行方式下的两相短路：
同上
两相短路的零序电流：
图3.6两相短路的零序电流等值网络图
D4短路流经保护502的短路计算：
最大运行方式的短路：
图3.7最大运行方式下d4短路的等值网络图
最小运行方式下的两相短路：
图3.8最小运行方式下d4短路的等值网络图
D5短路流经保护504的短路计算：
图3.9d5短路的等值网络图
最大运行方式的短路：
最小运行方式下的两相短路：
同理由501可得：
两相短路的零序电流：
图3.10两相短路的零序电流等值网络图
D6短路流经保护505的短路计算：
图3.11d6短路的等值网络图
最大运行方式的短路：
最小运行方式下的两相短路：
两相短路的零序电流：
图3.12两相短路的零序电流等值网络图
D7短路流经保护506的短路计算：
图3.13d7短路的等值网络图
最大运行方式的短路：
最小运行方式下的两相短路：
流经保护各短路点的短路电流计算如表：
短路点
最大运行方式
最小运行方式
Xff
（1）
Eeq
Xff
（2）
Xff（0）
IfKA
Xff
（1）
Eeq
Xff
（2）
Xff（0）
IfKA
d1
0.729
1.05
0.729
2.187
0.723
0.729
1.05
0.729
2.187
0.362
d2
0.732
1.05
0.732
2.196
0.720
0.732
1.05
0.732
0.720
0.36
d3
0.747
1.05
0.747
2.241
0.706
0.747
1.05
0.747
0.706
0.353
d4
0.97
1.05
0.97
2.91
0.543
1.208
1.05
1.208
3.624
0.218
d5
0.74
1.05
0.74
2.22
0.712
0.74
1.05
0.74
2.22
0.356
d6
0.891
1.05
0.891
2.673
0.537
1.042
1.05
1.042
3.126
0.253
d7
0.757
1.05
0.757
2.271
0.696
0.757
1.05
0.757
2.271
0.348
表1短路电流计算表
4距离保护的整定计算
4.1距离保护整定计算的方法及原理：
距离保护第一段
1.动作阻抗
（１）对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定，即取
图4.1电力系统接线图
2．动作时限
秒。
距离保护第二段
1．动作阻抗
（1）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即
式中为分支系数
（2）与相邻变压器的快速保护相配合
取
（1）、
（2）计算结果中的小者作为。
2.动作时限
保护第Ⅱ段的动作时限，应比下一线路保护第Ⅰ段的动作时限大一个时限阶段，即
3.灵敏度校验
如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第Ⅱ段相配合的原则选择动作阻抗，即
这时，第Ⅱ段的动作时限应比下一线路第Ⅱ段的动作时限大一个时限阶段，即
距离保护的第三段
1．动作阻抗
按躲开最小负荷阻抗来选择，若第Ⅲ段采用全阻抗继电器，其动作阻抗为
2．动作时限
保护第Ⅲ段的动作时限较相邻与之配合的元件保护的动作时限大一个时限阶段，即
3．灵敏度校验
作近后备保护时
作远后备保护时
式中，Kfz为分支系数，取最大可能值。
4.2各断路器的距离整定计算
对501距离保护的整定计算:
距离保护的Ⅰ段：
动作阻抗：
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
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
距离保护的Ⅱ段：
与下一线路LAS2保护一段配合：
其中最大分支系数：
图
与变压器T3、T4配合：
其中：
与下一线路AB整定：
其中：
动作时限：
取以上三个计算值中最小者为П段整定值，
灵敏度校验：
满足要求。
它能同时满足与相邻线路LAS2和LAB以及变压器保护配合的要求。
距离保护的Ⅲ段：
动作时限：
故其动作时限为2.5s
灵敏度校验：
本线路末端灵敏度校验：
满足要求。
相邻元件末端发生短路时灵敏度校验：
AB末端：
满足要求
AS2末端：
满足要求
对504距离保护的整定计算：
距离保护的Ⅰ段：
动作阻抗：
动作时限：
距离保护的Ⅱ段：
与变压器T5、T6配合：
其中：
与下一线路BS1整定：
其中：
动作时限：
取以上二个计算值中最小者为П段整定值，
灵敏度校验：
满足要求。
它能同时满足与相邻线路LBS1和变压器保护配合的要求。
距离保护的Ⅲ段：
按躲开最小负荷的整定计算：
动作时限：
灵敏度校验：
本线路末端灵敏度校验：
满足要求。
相邻元件末端发生短路时灵敏度校验：
与变压器末端：
满足要求
BS1末端：
满足要求
5输电线路的自动重合闸装置
必要性和可能性
在电力系统中，输电线路，特别是架空线路是最容易发生短路故障的元件。
因此，设法提高输电线路供电的可靠性是非常重要的。
而自动重合闸装置正是提高线路供电可靠性的有力工具。
电力系统运行经验证明，架空线路的故障大多数是瞬时性故障，因此在线路断开以后，再进行一次重合闸，就有可能大大提高供电的可靠性。
为了自动、迅速地将断开的线路断路器重新合闸，在电力系统中广泛采用自动重合闸装置。
基本要求
（1）正常运行时，当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后，自动重合闸装置均应动作，使断路器重新合上。
自动重合闸动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次动作。
（2）由运行人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时，自动重合闸不应启动，不能将断路器重新合上。
当手动投入断路器或自动投入断路器时，若线路上有故障，随即被继电保护将其断开时，自动重合闸不应启动，不发出重合闸脉冲。
（3）继电保护动作切除故障后，在满足故障点绝缘恢复及断路器消弧室和传动机构准备好再次动作所必须时间的条件下，自动重合闸装置应尽快发出重合闸脉冲，以缩短停电时间，减少因停电而造成的损失。
在断路器跳开之后，自动重合闸一般延时0.5—1s后发出重合闸脉冲。
（4）自动重合闸装置动作次数应符合预先规定。
如一次式重合闸就应该只动作一次，当重合于永久性故障而再次跳闸以后，就不应该再动作；对二次式重合闸就应该能够动作两次，当第二次重合于永久性故障而跳闸以后，它不应该再动作。
重合闸装置损坏时，不应将断路器多次重合于永久性故障线路上，以避免系统多次遭受故障电流的冲击，使断路器损坏，扩大事故。
（5）自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便更好地和继电保护相配合，加速故障的切除。
如用控制开关手动合闸并合于永久性故障上时，也宜于采用加速继电保护动作的措施，以加速故障的切除。
（6）在双侧电源的线路上实现重合闸时，重合闸应满足同期合闸条件。
（7）当断路器处于不正常状态（例如操动机构中使用的气压、液压降低等）而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。
单侧电源线路的三相一次自动重合闸装置
单侧电源线路广泛应用三相一次自动重合闸方式。
所谓三相一次自动重合闸方式，就是不论在输电线路上单相、两相或三相短路故障时，继电保护均将线路的三相断路器一起断开，然后AAR装置起动，经预定延时将三相断路器重新一起合闸。
若故障为瞬时的，则重合成功；若故障为永久性的，则继电保护再次将三相断路器一起断开，且不再重合。
双侧电源线路的自动重合闸
在这种线路上采用自动重合闸装置时，除了应满足前述基本要求外，还必须考虑以下两点：
（1）当线路发生故障时，线路两侧的保护可能以不同的时限断开两侧短路器。
（2）在某些情况下，当线路发生故障，两侧断路器断开之后，线路两侧电源之间有可能失去同步。
因此后合闸一侧的断路器在进行重合闸时，必须确保两电源间的同步条件，或者校验是否允许非同步重合闸。
由此可见，双侧电源线路上的三相自动重合闸，应根据电网的接线方式和运行情况，采用不同的重合闸方式。
国内采用的有：
非同步自动重合闸；快速自动重合闸；检定线路无电压和检定同步的自动化重合闸；解列重合闸及自同步重合闸等。
自动重合闸装置在电网中的运行,直接影响电力系统的安全,又直接影响大型发电机组的安全。
从对系统暂稳有利来讲,有“最佳重合闸时间”;而从对轴系扭振有利来看,又存在理想的重合时刻。
如何协调大电网与大机组安全运行的关系,寻求“最佳重合闸时间”和理想的重合时刻之间的统一,使得重合闸对系统暂稳和轴系扭振都只有利而无害,保系统安全与保机组安全能够两全,应该是一个很值得研究的重大问题。
自动重合闸与继电保护的配合
自动重合闸与继电保护的适当配合，能有效地加速故障的切除，提高供电的可靠性。
自动重合闸的应用在某些情况下还可以简化继电保护。
自动重合闸与继电保护的配合方式，有重合闸前加速保护和重合闸后加速保护两种。
重合闸前加速是，当线路上发生故障时，靠近电源侧的保护先无选择性的瞬时动作于跳闸，而后再借助自动重合闸来纠正这种非选择性动作。
重合闸后加速保护是当线路故障时，先按正常的继电保护动作时限有选择性地
升级会员 