电力系统继电保护课程设计.docx

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电力系统继电保护课程设计

学号2010*****0

《电力系统继电保护》

课程设计

（2010级本科）

题目：

110KV电网线路继电保护课程设计

系（部）院：

物理与机电工程学院

专业：

电气工程及其自动化

作者姓名：

XXXX

指导教师：

xxx

完成日期：

2013年12月25日

110KV电网线路继电保护课程设计任务书

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

BS1

LGJ－185/15

LGJ－240/25

LGJ－185/18

LGJ－240/28

ф＝670

ф＝710

ф＝670

ф＝710

（3）变压器参数

序号

1B、2B

3B、4B

5B、6B

型号

SF－15000/110

SF－20000/110

SF－15000/110

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

5.线路自动综合重合闸

6.保护的综合评价

7.110KV系统线路保护配置图

1系统运行方式和变压器中性点接地的选择

1.1选择原则

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。

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。

对保护501而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式；保护501的最小运行方式应该是在系统的最小运行方式。

所有变压器星型侧接地。

2故障点的选择和正、负、零序网络的制定

如图2.1所示，在整个系统中选择了4个短路点d1、d2、d3、d4。

之所以选这四个点是因为本系统需要零序电流保护，通过这四点算出最大最小零序电流为后面的零序电流整定奠定基础。

图2.2、2.3、2.4是d1短路时的正、负、零序网络图。

图2.1等值电路图和各短路点

图2.2d2短路时的正序网络图

图2.3d2短路时的负序网络图

图2.4d2短路时的零序网络图

2.1、基准值选择

基准功率：

SB=100MV·A；

基准电压：

VB=115KV；

基准电流：

IB=SB/

VB=100×103/1.732×115=0.502KA；

基准电抗：

ZB=VB/

IB=115×103/1.732×502=132.25Ω；

电压标幺值：

E=E

（2）=1.05

2.2、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=0.4×18=7.2Ω

XLAC*=XAC/ZB=7.2/132.25=0.054

零序电抗：

XLAC0=3XLAC=21.6Ω

XLAC0*=XLAC0/ZB=21.6/132.25=0.163

（2）线路AS2等值电抗计算

正序以及负序电抗：

XLAS2=XAS2LAS2=0.4×15=6Ω

XLAS2*=XLAS2/ZB=6/132.25=0.045

零序电抗：

XLAS20=3XLAS2=18Ω

XL20*=XLAS20/ZB=18/132.25=0.136

（3）线路AB等值电抗计算

正序以及负序电抗：

XLAB=XABLAB=0.4×25=10Ω

XLAB*=XLAB/ZB=10/132.25=0.075

零序电抗：

XLAB0=3×10=30Ω

XLAB0*=XLAB0/ZB=30/132.25=0.227

（4）线路BS1等值电抗计算

正序以及负序电抗：

XLBS1=XBS1LBS1=0.4×28=11.2Ω

XLBS1*=XLBS1/ZB=11.2/132.25=0.085

零序电抗：

XLBS0=3XLBS1=3×11.2=33.6Ω

XLBS0*=XLABS0/ZB=33.6/132.25=0.254

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）=（10.2/100）×（

/15）=82.28Ω

XT1*=XT2*=XT1/ZB=82.28/132.25=0.622

（2）变压器T3/T4等值电抗计算

XT3=XT4=（UK%/100）×（VN2/SN）=（10.41/100）×（

/20）=62.98Ω

XT3*=XT3*=XT3/ZB=62.98/132.25=0.476

（3）变压器T5、T6等值电抗计算

XT5=XT6=（UK%/100）×（VN2/SN）=（10.4/100）×（

/15）=83.89Ω

XT5*=XT6*=XT6/ZB=83.89/132.25=0.6344

发电机等值电抗计算：

发电机G1、G2电抗标幺值计算

XG1=XG2=X%SB/SG=13.33*100/15=88.87Ω

XG1=XG2=88.87/132.25=0.67

2.3、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（折算到110KV）

（2）S1母线最大负荷电流

（3）S2母线最大负荷电流

3零序短路电流的计算

根据最大负荷电流可求出对应的负荷阻抗

XLD1=E/1.732Id1·max=265.6Ω

XLD2=E/1.732Id2·max=330.7Ω

XLD3=E/1.732Id3·max=189.7Ω

XLD4=E/1.732Id4·max=209.9Ω

3.1d2点短路的零序电流

根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出

X0∑=24.36ΩX1∑=X2∑=43.83Ω

I0·min=E/（2Z2∑+Z0∑）=115/（2×43.83+24.36）=0.898KA

I0·max=E/（2Z0∑+Z1∑）=115/（2×24.36+43.83）=1.097KA

4线路保护方式的选择、配置方案的确定

4.1保护的配置原则

小电流接地系统（35KV及以下）输电线路一般采用三段式电流保护反应相间短路故障：

由于小电流接地系统没有接地点，故单相接地短路仅视作异常运行状态，一般利用母线上的绝缘检查装置发信号，由运行人员分区停电寻找接地设备。

对于变电站来讲，母线上出线回路较多，也涉及供电的连续性问题，故一般采用零序电流保护反应接地故障。

110KV输电线路一般采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。

对于极个别非常短的线路，如有必要也可以采用纵差保护作为主保护。

4.2配置方案的确定

根据题目的要求和保护的配置原则，从经济性出发：

本系统线路的保护方式采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。

其中，第一段作为线路的主保护，二、三段作为后备保护。

5继电保护距离保护的整定计算和校验

5.1断路器504距离保护的整定计算和校验

1距离保护Ⅰ段整定计算

（1）动作阻抗

对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。

取

（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

秒。

2距离保护Ⅱ段整定计算

（1）动作阻抗：

按下列三个条件选择。

①与相邻线路BS1的保护的I段配合

②按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定

取以上二个计算值中最小者为II段整定值，即取

；

（2）动作时间：

秒

（3）灵敏性校验：

满足要求。

3距离保护Ⅲ段的整定计算

（1）动作阻抗：

按躲开最小负荷阻抗整定；

（2）动作时间：

s

（3）灵敏性校验：

①按本线路末端短路时的灵敏系数为：

满足要求

②按II相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；

满足要求

6继电保护零序电流保护的整定计算成果

6.1断路器504零序电流保护的整定计算和校验

1零序电流保护I段的整定计算

（1）躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流,

即

2零序电流保护П段的整定计算

（1）起动电流

零序II段的起动电流应与下一段线路的零序І段保护相配合。

该保护的起动电流为：

（2）动作时限：

零序II段的动作时限与相邻线路零序І段保护范围相配合，动作时限一般取0.5s。

（3）灵敏度校验：

零序П段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足

≥1.5的要求，即

3零序电流保护Ш段的整定计算

（1）起动电流

与下一线路零序电流Ш段相配合就是本保护零序Ш段的保护范围，不能超出相邻线路上零序Ш段的保护范围。

当两个保护之间具有分支电路时（有中性点接地变压器时），起动电流整定为

（2）灵敏度校验

作为本线路近后备保护时，按相邻线路保护范围末端发生接地故障时、流过本保护的最小零序电流

来校验，要求

≥2,即

符合要求。

（3）动作时限

零序Ш段电流保护的起动值一般很小，在同电压级网络中发生接地地短路时，都可能动作。

为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。

s

6.2零序电流保护原理图

零序Ⅰ段（由KA1、KM和KS7构成），零序Ⅱ段（由KA3、KT4和KS8构成）零序Ⅲ段（由KA5、KT6和KS9构成）。

图6.1三段式零序电流保护原理接线图

7输电线路的自动重合闸装置

7.1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。

7.2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动作于断路器跳闸，然后AAR装置动作将断路器重合，同时将过电流保护的时限解除。

这样，当断路器重合于永久性故障时，电流保护将无时限地作用于断路器跳闸。

实现后加速的方法是，在被保护的各条线路上都装设有选择性的保护和自动重合闸装置。

8保护的综合评价

8.1距离保护的综合评价

主要优点：

能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。

其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。

主要缺点：

不能实现全线瞬动。

对双侧电源线路，将有全线的30﹪～40﹪的第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。

阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。

8.2对零序电流保护的评价

零序电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根椐运行需要增减段数。

为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。

接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理。

接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大。

当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流保护。

特别是零序电流保护中最小定值的保护段，它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。

因此，零序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数。

零序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成，其整定配合遵循反映同种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则，主要考虑与相邻下一级的接地保护相配合；当装设接地短路故障的保护时，则一般在同原理的保护之间进行配合整定。

总结

通过本次课程设计，对继电保护的设计有了进一步的了解和掌握。

通过对课本和参考书籍的翻阅，进一步提高了独立自主完成设计的能力。

本课程设计是针对与110kv电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析和整定，因此它可以保护发生上述各种故障和事故时的系统网络，再设计思路中紧扣继电保护的四要求：

1速动性2灵敏性3可靠性4选择性。

在本次课程设计中，重新回顾了电力系统分析，电路，电机学等专业课。

因为这次课程设计涉及的知识面较广，基本上涵盖了所有专业课知识，对短路计算，电路的化简进一步加深了认识，通过和同学的讨论加强了团队合作意识。

参考文献

[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

电力系统继电保护课程设计成绩评定表

姓名

辛维彬

学号

2010210350

班级

电气工程101

题目

110KV电网线路继电保护课程设计

摘要：

本设计以110KV线路继电保护为例，简述了零序电流保护和距离保护的具体整定方法和有关注意细节，对输电网络做了较详细的分析，同时对于不同运行方式各个断路器的情况进行了述说。

根据电力线路的短路类型不同，分别进行了距离保护和零序电流保护。

成绩评定依据

评定项目

1.设计方案可行性及其优选

2.设计过程及结果

3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）

4.设计报告的规范性、参考文献充分

5.答辩

6.总分

该同学课程设计最终成绩评定为（优、良、中、及格、不及格）

备注：