110kV系统电网继电保护及自动装置设计.docx

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110kV系统电网继电保护及自动装置设计

第二章计算各元件的各序阻抗

选取基准容量SB为1000MVA，基准电压B为115KV

BB

2.1计算1#与2#发电机的正负序阻抗：

正序：

Xi=Xd%/100>SB/SN=0.162氷000/31.5=5.14

负序：

X2=X2〃/100B/SN=0.1621000/31.5=5.14

2.2计算变压器的各序阻抗

计算1#2#双绕组变压器的各序阻抗：

X1=X2=X0=U%/100XSB/SN=7.99/1001000/31.5=2.54

计算3#4#三绕组变压器的各序阻抗：

各绕组短路电压百分数分别为

UK1%=1/2（UK12%+UK13%-UK23%）=1/2（10.1+17.5-6.5）=10.55

Uk2%=1/2（UK12%+UK23%-Uk13%）=1/2（10.1+6.5-17.5）=-0.45

UK3%=1/2（UK23%+UK13%-UK12%）=1/2（17.5+6.5-10.1）=6.95各绕组电抗分别为

10.55汉1000

XT1=UK1%S/100SN==2.11

10050

「0.451000

XT2=UK2%S/100SN==-0.09

SB100x50

6.95X1000

XT3=Uk3%s/100SN==1.39

SB100X50

2.3计算各线路的各序阻抗

线路AB:

1000

X1=X2=x1ISb/Ub=0.4X45X2=1.36

115

X0=3X1=3X1.36=4.08

线路BC:

1000cccr

X1=X2=x1|Sb/Ub=0.4X30X2=0.907

115

X0=3X1=3X0.907=2.721

线路CA:

1000

X1=X2=x1|Sb/Ub=0.4X25X-=0.756

115

X0=3X1=3X0.756=2.268

第三章选择变压器的接地点画出对应的阻抗图

3.1采取零序过流保护的原因以及如何选择变压器的接地点

1.采取零序过流保护的原因分析

本系统属于高压大容量系统，因为是高压，所以要兼顾系统中的绝缘耐压，又因为是

大容量系统，所以必须让它的保护动作的时间更加短•由以上可知，本系统比较适合用大

接地电流电网的零序保护

采用专门的零序电流保护的三大优点：

仁灵敏性高：

相间短路的过流保护动作电流按躲过最大负荷电流来整定，电流继电器动

作值一般为5A，而零序过流保护是按躲过最大不平衡电流来整定，一般为0.5A.另外在线路

起端和末端接地短路的零序电流的差别比相间短路电流差别要大很多，从而零序电流保护的

保护区要大于相间短路电流速断保护的保护区

2.延时时间短：

对于同一线路，因为零序保护的动作时限不必考虑与Y-d接线变压器后面的保护配合，所以动作时限比较短

3.零序电流保护受系统运行方式变化的影响小

2.系统接地地点的选择，以及接地方式的选择

本系统属于大容量高压系统故采取对#1和#2号变压器中性点直接接地的大电流接地

方式,在正常运行时仅有其中一台变压器的中性点接地线路上的断路器合上，另一台变压器的

中性点上的断路器处于分闸状态，以致于它们可以互相切换.保证网络的各个参数不会变

3.2各序阻抗图如下：

1.正序阻抗图如下

.负序阻抗图如下

第四章零序电流标幺值的计算：

我们现在将要计算本网络的每条母线发生短路时的最大与最小零序电流的

标幺值，然后就可以计算出流过每个保护的最大短路电流与最小短路电流,（将在

下一章介绍如何计算流过每个保护最大短路电流与最小短路电流），因为我们在整

定各个保护的动作电流时，是需要用本级线路末端发生短路时的最大与最小短路电流来整定和校验

4.1求A母线发生短路时的最大短路电流与最小短路电流

一，求出A母线发生短路时的最大各序阻抗（我们知道在最小运行方式下的各序阻抗最大）

在最大运行方式下，各序阻抗求法如下：

XMax.吃=xMax.2£=[0.76+1.36〃（0.9十0.76）]〃（2.54+5.14）//（2.54十5.14）=1.08

XMax0=[1.15+4.08//（2.7+2.28）]//2.54=0.76

2.求出A母线发生短路时的最小各序阻抗（我们知道在最大运行方式下的各序阻抗最小）

在最大运行方式下，各序阻抗求法如下：

XMin.吃=XMin.2£=[0.50+1.36〃（0.9+0.76）]//（2.54+5.14）//（2.54+5.14）=0.94

XMin.0J0.95仏08〃*7仅28）]〃2.54"⑷

3,求A母线发生短路时的最大短路电流

，根据在最大运行方式下发生单相接地短路时零序

电流最大，所以有

max.A.0-

2

1j=0.3

X八X0、

4.求A母线发生短路时的最小短路电流

，根据在最小运行方式下发生两相接地短路时零序

MIN.A.0

Z2、

JL

电流最小，所以有

——E於——0.22

Z^Z^7/Z^Z^Z0-

4.2求B母线发生短路时的最大短路电流与最小短路电流

一，求出B母线发生短路时的最大各序阻抗（我们知道在最小运行方式下的各序阻抗最大）

在最大运行方式下，各序阻抗求法如下

X2“灯=0.50//:

1.36//（0.907+0.756）+（2.54+

5.14）//（2.54+5.14）:

=0.45

X2、=Xr=°.76〃:

1.36//（0.907+0.756）+（2.54+5.14）:

=0.7

+2.268）+2.54:

=0.97

，根据在最大运行方式下发生单相接地短路时零序

Xo旷1.15〃:

4.08//（2.722

3,求B母线发生短路时的最大短路电流电流最大，所以

0,max

=0.59

2X1、X。

20.45-0.79

4.求B母线发生短路时的最小短路电流，根据在最小运行方式下发生两相接地短路时零序

电流最小，所以有

I1

1

XrX^7/X2-

1

0.7-0.7//0.97

=0.9

0,min

0.7

0.70.97

=0.38

同理，可求得C母线短路时的零序电流

4.3本网络各个母线短路时的最大与最小短路电流如下表所示:

项目

B母线发生短

路时

A母线发生短

路时

C母线发生短

路时

I0,max

0.59

0.3

0.25

|0,min

0.38

0.22

0.18

第五章计算流过各保护的电流

根据继电保护的动作电流的整定原则，本网络的每一个保护都以本级线路末端发生短

路时的最大与最小短路电流来整定和校验，比方说，我们以B母线发生短路时的短路电流来整

定保护1和保护4,因为B线是保护1和保护4所保护的线路的末端，同理我们以A母线发生短路时的短路电流来整定保护2和保护5,因为A母线是保护2和保护5所保护的线路的末

端

5・1求B母线发生短路时的流过保护1和保护4的最大与最小短路电

流

一，画出B母线短路时的零序阻抗图，并标出零序电流的流向

\—I-

保护1

I1

IiI「、

一\0——*I

保护4F

二，用单位电流法，求保护1和保护4的最大与最小电流分支系数

设11=1

1,求电流最小分支系数

在最大运行方式下

UB=10.95=0.95

0.95

4.78

=0.2

UB

4.08//（2.7222.268）2.54

4.99

4.08-4.99

=0.11

14=0.2-0.11=0.09

总电流|F=1+0.2=1.2

因此流过保护1的最小电流分支系数

上=°21=0.09

CIf1-2

因此流过保护4的最小电流分支系数

C1=1^=0.09=0.075

C1If1-2

2求最大电流分支系数

在最小运行方式下

UB=1x1.15=1.15

山=1-15=0.24

4.08//（2.7222.268）2.544.78

I3=|2

4.99

4.08-4.99

=0.13

|4=0.24-0.13=0.11

总电流]F=1+0.24=1.24

因此流过保护1的最大电流分支系数

=L

=0.13=0.1

1和保护4

1最小电流

1最大电流

1.24

因此流过保护4的最大电流分支系数

C1=-I^==0.09

C1If

三.用所求得的电流最大分支系数与电流最小分支系数求B母线短路时流过保护

的最大与最小短路电流的有效值

由前面的计算可知，B母线短路时

I0=0.59，I0i=0.38，且Sb=1000MVA,Ub=115KV

I0,maxI0,minBB

所以流过保护1的电流有效值为

Imax=3I0=30.590.091000=0.8（KA）0.09为保护

V3"15

分支系数

Imin=3]0=3汇0.38沃0.1沃琴亠=0.57（KA）0.1为保护

、3115

分支系数

流过保护4的电流有效值为

Imax=3|o=30.590.0751000=0.67（KA）0.075为保护4最小

13X115

电流分支系数

Ii=3|0=3沢0.3旷0.09沢；000=0.52（KA）0.09为保护4最大电

.3115

流分支系数

同理，可解得流经其他保护的电流，用A母线短路电流来整定保护2

和保护5,,用C母线的短路电流来整定保护3和保护6

5.2求得的数据如下表：

项目

保护1

保护2

保护3

保护4

保护5

保护6

|（KA）

0.8

1.08

2.15

0.67

0.9

1.62

|i（KA）

|min\/

0.57

0.76

1.49

0.52

0.63

1.22

第六章零序电流速断保护整定

在上一章我们求得了流过各个保护的一次电流，在这一章我们先根据线路的正常负荷

电流来选择电流互感器的变比，接着用电流互感器的变比来求各个保护的二次短路电流值。

然后根据相应的原则来整定和校验各段保护。

那么如何整定呢，有以下原则：

1.零序I段电流速断保护整定原则

与反应相间短路故障的电流保护相似，零序电流保护只反应电流中的零序分量。

躲过被保护

线路末端发生接地短路时保护安装处测量到的最大零序电流。

即

2零序II段电流速断保护整定原则

基本原理与相间短路时阶段式电流保护相同，

配合整定，即要躲过下段线路零序电流保护

电流。

因为有分流所以两条线路的电流不同,

零序II段的动作电流应与相邻线路I段保护相

I段范围末端接地短路时流经本保护的最大零序

所以要用到电流最小分支系数，电流的最小分

支系数等于下一段线路零序一段保护范围末端接地短路时，流过故障线路与被保护线路的零

序电流之比的最小值。

3•零序III段电流速断保护的整定原则

我们现在用的是与相邻线路的II段配合，

不过常规是

①躲过下级线路相间短路时的最大不平衡电流

严二rHIz

②零序川段保护之间在灵敏度上要逐级配合

6・1选择电流互感器TA的变比的选择

AB段TA的选择

（KA）

P40

AB段的负荷电流===0.27

cos申：

＜勺；3xUN汇°.950.8疋丁3疋110X0.95

0.271000

Kab==270:

5

（3-1）

5

因此AB段选择变比K=60的电流互感器。

BC段TA的选择

同理，先求正常的负荷电流。

BC

P

段的负荷电流=—

cos®XV3汉UN疋0.95

30

=0.207

0.8“31100.95

（KA）

0.2071000

bc==207:

5

5

因此BC段选择变比K=50的电流互感器。

CA段TA的选择

同理，先求正常的负荷电流。

P

CA段的负荷电流=一

cos申X丁3汉Ux0.95

50

=0.345

0.8、31100.95

（KA）（3-1）

0.3451000

Kca==345:

5

5

因此CA段选择变比K=80的电流互感器

6.2各个保护的零序I段保护整定

，保护1的零序I段保护整定

按躲过被保护线路的末端发生接地短路时,即

1）

流过保护的最大零序电流进行整定,

I

1OP1

OP1

I

KREL|max1.20.81000

KAB

60

=16（A）

2）灵敏度校验

零序I段的灵敏系数按保护的长度来校验，要求最小的保护范围不小于线路全长的15%。

系统最小电抗值

115

Xs‘max=X*Xb=1.15贡=15.2

（3-2）

lmin

亠空旦

Xo2IOP1

XS,max

（3-3）

30.4

1

115

.30.96

-15.2）

=37.2（Km）

lmn

l

100%=82.7%,满足要求。

保护2的零序I段保护整定

2）按躲过被保护线路的末端发生接地短路时，流过保护的最大零序电流进行整定,即

/=K

IOP2op1

I

XI

RELmax

KAB

_1.21.081000

60

=21.6（A）

2）灵敏度校验

零序I段的灵敏系数按保护的长度来校验，要求最小的保护范围不小于线路全长的15%。

系统最小电抗值

1152

Xs,max=X*Xb=1.15忒=15・2

lmin

13

（

Xo2

Es

I

OP1

S,MAX

1.3115

（15.2）

3X0.42衬3汉1.296

=24.3（Km）

Imn

l

100%=54%，满足要求。

3保护3的零序I段保护整定

3）按躲过被保护线路的末端发生接地短路时，流过保护的最大零序电流进行整定,即

OP3op1

I

RELInax

KBC

1.22.151000

50

=51.6（A）

2）灵敏度校验

零序I段的灵敏系数按保护的长度来校验，要求最小的保护范围不小于线路全长的15%。

系统最小电抗值

1、.3

=（-

min

X一2I

Xo

Es

XS,MAX

OP1

1152

XS,MAX

=X*Xb=1.151000=15.2

1

30.4

115

.32.58

lmn

l

100%=156%，满足要求。

-15.2）

=5.9（Km）

100%=19.7%,满足要求。

4保护4的零序I段保护整定

4）按躲过被保护线路的末端发生接地短路时，流过保护的最大零序电流进行整定,即

I

1OP4op1

=KrELImax=「2。

厲1000十亦⑴

Kbc50

2）灵敏度校验

零序I段的灵敏系数按保护的长度来校验，要求最小的保护范围不小于线路全长的15%。

系统最小电抗值

1152

XS,MAX

-X*XB=1.15=15.2

1000

1

.3

Fs

lmin=—

（-

I

—XS,MAX丿

X0

2

IOP1

1

3

115

—

（

r~

15.2）

30

.42

-3

0.804

=46.9（Km）

5保护5的零序I段保护整定

5）按躲过被保护线路的末端发生接地短路时，流过保护的最大零序电流进行整定,即

I

1OP5°pi

i

KREL|max

Kca

1.20.91000

80

=13.5（A）

2）灵敏度校验

零序I段的灵敏系数按保护的长度来校验，要求最小的保护范围不小于线路全长的15%。

系统最小电抗值

115

Xs,MAX=X*XB=1.15圖=15*2

1,3

=（

min

2

X。

I

OP1

XS,max

115

.31.08

-15.2）

max

OP6op1

Kca

1.21.621000

80

=24.3（A）

13

（一30.42

=31.7（Km）100%=126.8%，满足要求。

保护6的零序I段保护整定

6）按躲过被保护线路的末端发生接地短路时，流过保护的最大零序电流进行整定,即

2）灵敏度校验

零序I段的灵敏系数按保护的长度来校验，要求最小的保护范围不小于线路全长的15%。

系统最小电抗值

1152

Xs,max=X*Xb=1.15忒=15・2

lmin=「（丁

X。

1i3

115

（汉

厂

30.42.

31.944

Es

I

OP1

XS,max

-15.2）

=12（Km）

lmn

l

100%=48%,满足要求。

6.3各个保护的零序H段保护整定

一保护1的零序H段保护整定

1）计算最小分支系数

如下图，假设AC段断开后，在C母线发生接地短路时

图3-1

1x0.95

使用单位电流法：

设|2=1，则|3==0.14

4.08-2.54

|1=|2+|3=1+0.14=1.14

则最小分支系数kfz1=L=8.14

I3

2）保护1的零序H段整定

IIII

I。

"=Krel

I

0.CAL

I

=1.1■I^PA=1.1^116=6.97（A）Kfz18.14（3-4）

I

0.CAL

相邻线路末端发生接地短路时，流过本保护的最大零序电流计算值。

2）灵敏度校验

Imin0.57X1000,cc,c»,

Ksen=厂==1.36>1.3,满足要求

606.97

OP1

保护2的零序H段保护整定

3）计算最小分支系数

如下图，假设BC段断开后，在C母线发生接地短路时

II'

图3-2

［乂254

使用单位电流法：

设|=1，贝UI=.=0.5

4.08+0.95

I1=I2+I3=1+0.5=1.5

则最小分支系数Kfz1=b=3

I3

2）保护1的零序n段整定

IIII

IOP1=Krel

I

0.CAL

I

=1.1=1.1竺=8.91（A）

Kfz13

I

0.CAL

相邻线路末端发生接地短路时，流过本保护的最大零序电流计算值。

4）灵敏度校验

Imin

II

IOP2

0.761000

608.91

=1.42>1.3,满足要求。

三保护3的零序n段保护整定

保护3的零序n段保护应与相邻线路的零序I进行配合整定（即与保护5的I段配

合）。

1）保护3的零序n段整定

IIIII

IoP3=KrELMOP5=1.113.5=14.85（A）2）灵敏度校验

Imn1.49X1000

Ksen=~i!

~==1.67>1.3,满足要求。

6014.85

IOP3

四保护4的零序n段保护整定

1）计算最小分支系数

如下图，假设1QF断开后，在BA线路末端发生接地短路时

4.08

图3-3

10.95

=0.126

-2.268-2.54

使用单位电流法：

设I2=1，则I3=

2.722

|1=|2+|3=1+0.126=1.126

则最小分支系数k

fz3

L=8.94

I3

2）保护4的零序n段整定

IIIII

I°P4=KrE|_'I0.CAL=1.1/

K

I

|OP2

=1.1空^=2.66（A）

8.94

fz3

i

I0.CAL

相邻线路末端发生接地短路时，流过本保护的最大零序电流计算值。

3）

灵敏度校验

n=Imin=0.521000=3.26>1.3,满足要求。

nII602.66

IOP4

五保护5的零序n段保护整定

1）计算最小分支系数

如下图，假设2QF断开后，在AB线路末端发生接地短路时

ll'

-1.

图3-4

12.54

使用单位电流法：

设I2=1，贝yI3==0.43

12.722+2.268+0.95

I1=|2+I3=1+0.43=1.43

则最小分支系数k

fz4

4=3.33

I3

I

0.CAL

4）

灵敏度校验

2）保护5的零序n段整定

I

iOp5=KRel心=1.1拦=1.1丘=5邮）

Imn0.63X1000,cc,c

n=—==1.98>1.3,满足要求。

605.29

IOP5

保护6的零序n段保护整定

2）保护6的零序n段整定

IIIII

I°P6=KrELTOP4=1.116.08=17.7（A）

2）灵敏度校验

Imin1.221000

sen

晋==1.15<1.3,不满足要求。

6017.7

OP6

因此考虑与保护4的II段配合（时限为1S）

IIIIII

I°p6=KrElTop4=1.12.66=2.93

灵敏度校验

IKsen

Imin

II

OP6

_1.221000

602.93

=6.94>1.3,满足要求。

6.4各个保护的零序皿段保护整定

保护1的零序段皿保护整定

1）保护1的零序iii段整定

III

OP1

=K

III

REL

II

IOP314.851OP3=1.2=2.2（A）

K8.14

Kfz1

2）灵敏度校验

作本线路的近后备，Ksen=AF==4.3>1.3，满足要求。

602.2

OP1

由图3-1,计算最大分支系数，运行方式改变为最大运行方式下。

1X115

使用单位电流法：

设|=1，贝U|=.=0.17

4.08+2.54

|1=|2+|3=1+0.17=1.17

则最大分支系数k

fz5

L=6.9

13

|min

作相邻线路的远后备

，|Ksen

I0,cal,min

III

|OP1

Kfz5

III

|OP1

0.57X1000

山=0.63<1.25,

602.2

不满

足要求。

1）保护1的零序III

段整