电力系统继电保护设计.docx
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电力系统继电保护设计
电气工程系课程设计说书
电力系统继电保护设计
专业班级：
学生姓名：
指导教师：
完成日期：
电气工程系课程设计任务书
2011/2012学年上学期年月日
专业
继保
班级
课程名称
继电保护
设计题目
电力系统继电保护设计
指导教师
起止时间
周数
设计地点
继电保护实验室
设计目的：
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
设计任务或主要技术指标：
设计进度与要求：
12月20号上网收集资料
12月23号整理资料并进行设计
12月25号对报告进行整理
主要参考书及参考资料：
[1]李丹王新第杜维.光电耦合器的实用技巧（J）自动化仪表2003，6
[2]陈有卿谢刚新颖电子模块应用手册（M）机械工业出版社2003
[3]姚勇李忠勤水箱水位的模拟控制装置（J）煤炭技术2004，12
[4]刘瑞新单片机原理及应用教程（M）机械工业出版社2003,7
[5]汤光华宋涛电子技术（M）化学工业出版社2005
[6]武庆生仇梅单片机原理与应用（M）电子科技大学出版1998,12
[7]朱定华单片机原理与接口技术（M）电子工业出版社2001,4
教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日
课程设计评定意见
设计题目：
电力系统继电保护设计
学生姓名：
__________专业__________班级____________
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）：
年月日
评定意见参考提纲：
1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。
2.学生的勤勉态度。
3.设计或说明书的优缺点，包括：
学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。
摘要
为给电力系统进行继电保护设计，首先根据厂、所继电保护、自动装置、励磁装置、同期装置及测量表计的要求，配置相应的电流互感器及电压互感器，并选择出相应的电流互感器及电压互感器的型号和变比。
编制3—4种运行方式。
决定变压器中性点接地的位置及台数。
根据发电机、变压器的形式和容量及出线的电压等级，配置发电机，变压器、母线及出线的继电保护方案，并计算出相应的继电保护整定值。
对电网各线路配置继电保护及重合闸方案，并计算出相应的继电保护定值。
在原主接线图的基础上，绘制发电机，变压器（或发一变组），母线及出线继电保护，自动装置配置方案接线图一张。
[关键词]：
继电保护、短路电流、整定
目录
1运行方式的选择1
1.1运行方式的选择原则1
1.1.1发电机、变压器运行方式选择的原则1
1.1.2变压器中性点接地选择原则1
1.1.3流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择1
1.1.4选取流过保护的最大负荷电流的原则2
1.2本次设计的具体运行方式的选择2
2．电网各个元件参数计算及负荷电流计算2
2.1基准值选择2
2.2电网各元件等值电抗计算2
2.2.1输电线路等值电抗计算2
2.2.2变压器等值电抗计算3
2.2.3最大负荷电流计算3
3短路电流计算4
3.1电网等效电路图4
3.2短路电流计算4
3.2.1d1点发生短路时流过断路4
3.2.2d2发生短路时流过断路6
3.2.3d3发生短路时流过断路7
3.2.4d4点发生短路时流过断路8
3.2.5d4点发生短路时流过断路器9
3.2.6d5点发生短路时流过断路器11
3.2.7d6点发生短路时流过断路器11
3.2.8d6点发生短路时流过断路器12
3.2.9d8点发生短路时流过断路器13
3.2.10d8点发生短路时流过断路器15
3.2.11d9点短路时流过断路器16
3.2.12d9点短路时流过断路器17
4对所选择的保护装置进行综合评价19
4.1对零序电流保护的评价19
4.2电流保护的综合评价19
4.3距离保护的综合评价19
总结20
谢辞21
参考文献22
1运行方式的选择
1.1运行方式的选择原则
1.1.1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。
1.1.2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。
1.1.3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。
对于环状网络中的线路，流过保护的电大短路电流应选取开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一线线路上。
而对于电小短路电流，则应选闭环运行方式，同时再合理停用该保护背后的机组、变压器及线路。
（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。
1.1.4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。
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弊之前，首先应该分析运行方式。
这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。
因此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。
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和G2投入，发电机G3停运。
对保护1而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式下线路L1回路断开，其他设备全投；保护1的最小运行方式应该是：
在系统的最小运行方式下线路L1+L2与L3并联运行。
2．电网各个元件参数计算及负荷电流计算
2.1基准值选择
基准功率：
SB=100MV·A，基准电压：
VB=115V。
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
2.2电网各元件等值电抗计算
2.2.1输电线路等值电抗计算
（1）线路L1等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL1=X1L1=0.4×50=20Ω
XL1*=XL1/ZB=20/132.25=0.1512
零序电抗：
XL10=X0L1=3X1L1=3×0.4×50=60Ω
XL10*=XL10/ZB=60/132.25=0.4537
（2）线路L2等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL2=X1L2=0.4×40=16Ω
XL2*=XL2/ZB=16/132.25=0.121
零序电抗：
XL20=X0L2=3X1L2=3×0.4×40=48Ω
XL20*=XL20/ZB=48/132.25=0.363
（3）线路L3等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL3=X1L3=0.4×90=36Ω
XL3*=XL3/ZB=36/132.25=0.2722
零序电抗：
XL30=X0L3=3X1L3=3×0.4×90=108Ω
XL30*=XL30/ZB=108/132.25=0.8166
（4）线路L4等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL4=X1L4=0.4×25=10Ω
XL4*=XL4/ZB=10/132.25=0.0756
零序电抗：
XL40=X0L4=3X1L4=3×0.4×25=30Ω
XL40*=XL40/ZB=30/132.25=0.2268
2.2.2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）×（VN2×103/SN）≈40.333Ω
XT1*=XT2*=XT1/ZB=40.333/132.25=0.3050
（2）变压器T3等值电抗计算
XT3=（UK%/100）×（VN2×103/SN）≈21.175Ω
XT3*=XT3/ZB=21.175/132.25=0.1601
（3）变压器T4、T5、T6、T7等值电抗计算
XT4=XT5=XT6=XT7=（UK%/100）×（VN2×103/SN）≈63.5Ω
XT6*=XT7*=XT4*=XT5*=0.4802
（4）变压器T8等值电抗计算
XT1=（UK%/100）×（VN2×103/SN）≈84.7Ω
XT8*=XT8/ZB=84.7/132.25=0.6405
2.2.3最大负荷电流计算
（1）B、C母线最大负荷电流计算
最大负荷电流计算（拆算到110KV）
IfhB·max=IfhC·max=PfhBmaxVav2/1.732UCOSφ
=20×103/1.732×115×0.8≈0.1255KA；
（2）D母线最大负荷电流计算
最大负荷电流计算（拆算到110KV）
IfhD·max=PfhDmaxVav2/1.732UCOSφ
=12×103/1.732×115×0.8≈0.0753KA
3短路电流计算
3.1电网等效电路图
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（三台发电机全部投入,系统环网取开网运行）时各线路未端短路的情况,最小运行方下（三台中最小的一台投入,系统按环网计算）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短路电流计算
3.2.1d1点发生短路时流过断路
（1）d1点短路最大运行方式下等值图如图3.2.1（a）
3.2.1（a）d1点短路时最大运行方式下的等值电路图
进一步简化后得图3.2.1（b）
3.2.1（b）简化图
XGT=（XG1+XT1）×（XG2+XT2）/（XG1+XT1+XG2+XT2）=0.3637
XGT3=XG3+XT3=0.2064+0.1601=0.3665
XL=XL1+XL2+XL3=0.1512+0.121+0.2722=0.5444
图3.2.1（b）正序短路电路图
其中：
XdT=XGT×XGT3/（XGT+XGT3）=0.3637×0.3665/（0.3637+0.3665）=0.18255
Xff1=XdT+XL=0.18255+0.5444=0.72695
Id1·max*=E/Xff1=1.05/0.72695≈1.4444
Id1·max=Id1·max*IB=1.4444×0.502≈0.725KA
（2）最小运行方式两相短路正序短路电流
Xff1=Xd1+XT1＋XL=0.4224+0.3050+0.5444=1.2718
Xff1
（2）
（2）=Xff1
Ifa
（1）
（2）=Vf（0）/（Xff1＋Xff1
（2）
（2））=Vf（0）/2Xff1=1.05/2×1.2718=0.4128
If
（2）*=1.732Ifa
（1）
（2）=1.732×0.4128=0.7150
If
（2）=If
（2）*IB=0.7150×0.502=0.3589KA
（3）最大运行方式两相短路零序短路电流.
图3.2.1（c）零序短路电路图
XTT（0）=XT1（0）/2=0.1525
XT（0）=0.1525×0.1601/（0.1525+0.0.1601）=0.0781
XTBL（0）=（0.4536+0.0781）×0.2401/（0.4536+0.0781+0.2401）=0.167
XTL（0）=（0.2268+0.6405）×0.2401/（0.2268+0.6405+0.2401）=0.188
XTLB（0）=（0.363+0.167）×0.188/（0.363+0.167+0.188）=0.1388
Xff1（0）=XL3（0）+XTLB（0）=0.8166＋0.1388=0.9554
Iff1（0）*=E（0）/Xff1（0）=1.05/0.9554=1.099
Iff1（0）=Iff1（0）*IB=1.099×0.502=0.552KA
3.2.2d2发生短路时流过断路
（1）最大运行方式正序短路电流
Xff2=XdT+XL3=0.18255+0.2722=0.45475
Id2·max*=E/Xff2=1.05/0.45475≈2.309
Id2·max=Id2·max*IB=2.309×0.502≈1.159KA
（2）最小运行方式两相短路正序短路电流
X2=（XL1+XL2）×XL3/（XL1+XL2+XL3）=XL3/2=0.1361
Xff2=Xd1+X2=0.18255+0.1361=0.31865
If（3）*=E/2Xff1=1.05/2×0.31865=1.6475
If（3）=If（3）*IB=3.295×0.502=0.827KA
If
（2）*=1.732E/4Xff1=1.732×1.05/4×0.31865=1.429
流过断路器1、2、3、4、5和6的短路电流为：
If
（2）=If
（2）*IB=1.429×0.502=0.7163KA
（3）最大运行方式两相短路零序短路电流,如图3.2.2示
图3.2.2短路等值电路
XBL（0）=XL1（0）×XTB（0）/（XL1（0））+XTB（0））=0.4536×0.2401/（0.4536+0.2401）=0.157
XTL（0）=（XL4（0）+XT8（0））×XTC（0）/（XL4（0）+XT8（0）+XTC（0））=0.188
XLB（0）=（XL2（0）+XBL（0））×XTL（0）/（XL2（0）+XTBL（0）+XTC（0））=0.138
Xff2（0）=（XL3（0）+XT（0））×XLB（0）/（XL3（0）+XT（0））+XLB（0））=0.1208
Iff2（0）*=E（0）/Xff2（0）=1.05/0.1208=8.692
Iff2（0）=Iff2（0）*IB=8.692×0.502=4.3634KA
3.2.3d3发生短路时流过断路
（1）最大运行方式正序短路电流
Xff3=XdT+XL=0.18255+0.5444=0.72695
Id3·max*=E/Xff3=1.05/0.72695≈1.4444
Id3·max=Id3·max*IB=1.4444×0.502≈0.725KA
（2）最小运行方式两相短路正序短路电流
Xff3=Xd1+XT1＋XL=0.4224+0.3050+0.5444=0.9996
If
（2）*=1.732E/2Xff1=1.732×1.05/2×0.9996=0.9097
If
（2）=If
（2）*IB=0.9097×0.502=0.4567KA
（3）最大运行方式两相短路零序短路电流,如图3.2.3示
图3.2.3短路等值电路
XTL4（0）=（XL4（0）+XT8）×（XL3（0）+XT）/（XL4（0）+XT8+XL3（0）+XT）
=（0.2268+0.6405）×（0.8166+0.0781）/（0.2268+0.6405+0.8166+0.0781）
=0.4404
XTL2（0）=（XL2（0）+XTC）×XTB/（XL2（0）+XTC+XTB）
=（0.363+0.2401）×0.2401/（0.363+0.2401+0.2401）
=0.1717
XBL（0）=XTL4（0）×XTL2（0）/（XTL4（0）+XTL2（0））=0.4404×0.1717/（0.4404+0.1717）
=0.1235
Xff3（0）=XL1（0）+XBL（0）=0.4536＋0.1235=0.5771
Iff3（0）*=E（0）/Xff3（0）=1.05/0.5771=1.819
Iff3（0）=Iff3（0）*IB=1.89×0.502=0.913KA
3.2.4d4点发生短路时流过断路
（1）最大运行方式正序短路电流
Xff4=XdT+XL1=0.18255+0.1512=0.33375
Id4·max*=E/Xff4=1.05/0.33375≈3.146
Id4·max=Id4·max*IB=3.146×0.502≈1.579KA
（2）最小运行方式短路正序短路电流
X3=（XL3+XL2）×XL1/（XL1+XL2+XL3）
=（0.2722+0.121）×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）
=0.1156
Xff2=Xd1+X3=0.18255+0.1156=0.2981
If（3）*=E/Xff1=1.05/0.2981=3.522
If（3）=If（3）*IB=3.522×0.502=1.768KA
流过断路器1、4、5的三相短路电流为：
If（3）1=If（3）×XL1/（XL1+XL2+XL3）
=1.768×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）
=0.491KA
流过断路器2、3的三相短路电流为：
If2（3）=If
（2）*－If1
（2）=1.768KA-0.491KA=1.277KA
If
（2）*=1.732E/2Xff1=1.732×1.05/2×0.2981=3.0496
If
（2）=If
（2）*IB=3.0496×0.502=1.531KA
If
（2）1*=If
（2）*×XL1/（XL1+XL2+XL3）
=3.0496×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）
=0.847
流过断路器1、4、5的短路电流为：
If1
（2）=If
（2）*IB=0.847×0.502=0.425KA
流过断路器2、3的短路电流为：
If2
（2）=If
（2）*－If1
（2）=1.531KA-0.425KA=1.106KA
（3）最大运行方式两相短路零序短路电流
图3.2.4短路等值电路
X2（0）=（XL4（0）+XT8）×XTC/（XL4（0）+XT8+XTC）
=（0.8166+0.6405）×0.2401/（0.8166+0.6405+0.2401）
=0.2061
X1（0）=（XL1（0）+XT）×XTB/（XL1（0）+XT+XTB）
=（0.4536+0.0781）×0.2401/（0.4536+0.0781+0.2401）
=0.1654
Xff4（0）=X1（0）×（X2（0）+XL2（0））/（X1（0）+XL2（0）+X2（0））
=0.1654×（0.2061+0.363）/（0.1654+0.2061+0.363）
=0.1282
Iff4（0）*=E（0）/Xff4（0）=1.05/0.1282=8.193
Iff4（0）=Iff4（0）*IB=8.193×0.502=4.113KA
3.2.5d4点发生短路时流过断路器
（1）最大运行方式正序短路电流
其中：
Xff5=XdT+XL3+XL2=0.18255+0.2722+0.121=0.57575
Id5·max*=E/Xff5=1.05/0.57575≈1.824
Id5·max=Id5·max*IB=1.824×0.502≈0.9155KA
（2）最小运行方式短路正序短路电流
X3=（XL3+XL2）×XL1/（XL1+XL2+XL3）
=（0.2722+0.121）×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）
=0.1156
Xff2=Xd1+X3=0.18255+0.1156=0.2981
If（3）*=E/Xff1=1.05/0.2981=3.522
If（3）=If（3）*IB=3.522×0.502=1.768KA
流过断路器1、4、5的三相短路电流为：
If（3）1=If（3）×XL1/（XL1+XL2+XL3）
=1.768×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）
=0.491KA
流过断路器2、3的三相短路电流为：
If2（3）=If
（2）*－If1
（2）=1.768KA-0.491KA=1.277KA
If
（2）*=1.732E/2Xff1=1.732×1.05/2×0.2981=3.0496
If
（2）=If
（2）*IB=3.0496×0.502=1.531KA
If
（2）1*=If
（2）*×XL1/（XL1+XL2+XL3）
=3.0496×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）
=0.847
流过断路器1、4、5的短路电流为：
If1
（2）=If
（2）*IB=0.847×0.502=0.425KA
流过断路器2、3的短路电流为：
If2
（2）=If
（2）*－If1
（2）=1.531KA-0.425KA=1.106KA
（3）最大运行方式两相短路零序短路电流
图3.2.5短路等值电路
X50（0）=（XL4（0）+XT8）×（XL3（0）+XT）/（XL4（0）+XT8+XL3（0）+XT）
=（0.2268+0.6405）×（0.8166+0.0781）/（0.2268+0.6405+0.8166+0.0781）
=0.4404
X32（0）=X50（0）×XTC/（X50（0）+XTC）=0.4404×0.2401/（0.4404+0.2401）=0.1554
Xff5（0）=（XL2（0）+X32（0））×XTB/（XL2（0）+X32（0）+XTB）=0.1641
Iff5（0）*=E（0）/Xff5（0）=1.05/0.1641=6.399
Iff5（0）=Iff5（0）*IB=6.399×0.502=3.212KA
3.2.6d5点发生短路时流过断路器
（1）最大运行方式正序短路电流
其中：
Xff6=XdT+XL1+XL2=0.18255+0.1512+0.121=0.
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