电力系统继电保护课程设计参考.docx
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电力系统继电保护课程设计参考
电力系统继电保护课程设计参考
为给电力系统进行继电爱护设计，第一依照厂、所继电爱护、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。
依照发电机、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、母线及出线的继电爱护方案，并运算出相应的继电爱护整定值。
对电网各线路配置继电爱护及重合闸方案，并运算出相应的继电爱护定值。
在原主接线图的基础上，绘制发电机，变压器〔或发一变组〕，母线及出线继电爱护，自动装置配置方案接线图一张。
要有名目、参考文献
课程设计报告大致内容如下：
前言
«电力系统继电爱护»作为电气工程及其自动化专业的一门要紧课程,要紧包括课堂讲学、课程设计等几个要紧部分。
在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的明白得，本专业特安排了本次课程设计。
电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。
而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能通过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。
在输送电能的过程中,电力系统期望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,爱护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的爱护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范畴。
电力系统继电爱护确实是为达到那个目的而设置的。
本次设计的任务要紧包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流运算、短路电流运算、继电爱护距离爱护的整定运算和校验、继电爱护零序电流爱护的整定运算和校验、对所选择的爱护装置进行综合评判。
其中短路电流的运算和电气设备的选择是本设计的重点。
通过此次线路爱护的设计能够巩固我们本学期所学的«电力系统继电爱护»这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、摸索问题、解决问题的能力。
第一章电网继电爱护的配置
1.1原始资料
1.1.1电网接线图
1.1.2电网参数
（1）各变电站、发电厂的操作直流电源电压U=220V。
（2）发电厂最大发电容量50+2×25=100MW，最小发电容量为50MW，正常发电容量为50+25=75MW。
（3）线路X1=0.4Ω/km,X0=0.4Ω/km。
（4）变压器均为YN，D11，110±2.5%/10.5KV,UK=10.5%
（5）△t=0.5S,负荷侧后备爱护tdz=1.5S,变压器和母线均配置有差动爱护，Kzq=1.3
（6）发电厂升压变中性点直截了当接地，其他变压器不接地。
1.2运行方式的选择
1.2.1运行方式的选择原那么
一、发电机、变压器运行方式选择的原那么
（1）一个发电厂有两台机组时，一样应考虑全停方式，一台检修，另一台故
障；当有三台以上机组时，那么选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。
对水电厂，还应依照水库运行方式选择。
（2）一个发电厂、变电站的母线上不管接几台变压器，一样应考虑其中容量
最大的一台停用。
二、变压器中性点接地选择原那么
（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，这种情形不按接地运行考虑。
三、线路运行方式选择原那么
（1）一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一样考虑选择一条线路检修，
另一条线路又故障的方式。
（2）双回路一样不考虑同时停用。
四、流过爱护的最大、电小短路电流运算方式的选择
（1）相间爱护
对单侧电源的辐射形网络，流过爱护的最大短路电流显现在最大运行方式；
而最小短路电流，那么显现在最小运行方式。
关于双电源的网络，一样〔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。
关于环状网络中的线路，流过爱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爱护线路的相邻下一线线路上。
而关于电小短路电流，那么应选闭环运行方式，同时再合理停用该爱护背后的机组、变压器及线路。
（2）零序电流爱护
关于单侧电源的辐射形网络，流过爱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。
关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。
五、选取流过爱护的最大负荷电流的原那么
选取流过爱护的最大负荷电流的原那么如下：
（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）关于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增加负
荷。
1.2.2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，直截了当阻碍爱护的性能。
因此，在对继电爱护进行整定计弊之前，第一应该分析运行方式。
那个地点要着重说明继电爱护的最大运行方式是指电网在某种连接情形下通过爱护的电流值最大，继电爱护的最小运行方式是指电网在某种连接情形下通过爱护的电流值最小。
因此，系统的最大运行方式不一定确实是爱护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定确实是爱护的最小运行方式。
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。
对爱护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；爱护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。
1.3电网爱护的配置
1.3.1爱护配置原那么
内容自定
1.3.2爱护方案的确定
内容自定
第二章电网参数运算及电流电压互感器的选择
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运算
2.2.1输电线路等值电抗运算
（1）线路L1等值电抗运算
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等值电抗运算
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等值电抗运算
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等值电抗运算
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变压器等值电抗运算
（1）变压器T1、T2等值电抗运算
XT1=XT2=（UK%/100）×（VN2×103/SN）≈40.333Ω
XT1*=XT2*=XT1/ZB=40.333/132.25=0.3050
（2）变压器T3等值电抗运算
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等值电抗运算
XT4=XT5=XT6=XT7=（UK%/100）×（VN2×103/SN）≈63.5Ω
XT6*=XT7*=XT4*=XT5*=0.4802
（4）变压器T8等值电抗运算
XT1=（UK%/100）×（VN2×103/SN）≈84.7Ω
XT8*=XT8/ZB=84.7/132.25=0.6405
2.2.3发电机等值电抗运算
（1）发电机G1、G2电抗标幺值运算
XG1*=XG2*=Xd1SB/SG1=Xd1SBCOSφ/PG1=0.132×100×0.8/25=0.4224
（2）发电机G3电抗标幺值运算
XG3*=Xd3SB/SG3=Xd3SBCOSφ/PG3=0.129×100×0.8/50=0.2064
2.2.4最大负荷电流运算
（1）B、C母线最大负荷电流运算
最大负荷电流运算（拆算到110KV）
IfhB·max=IfhC·max=PfhBmaxVav2/1.732UCOSφ
=20×103/1.732×115×0.8≈0.1255KA；
（2）D母线最大负荷电流运算
最大负荷电流运算（拆算到110KV）
IfhD·max=PfhDmaxVav2/1.732UCOSφ
=12×103/1.732×115×0.8≈0.0753KA
2.2.5各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流
（1）爱护1的最大运行方式：
发电机FI、P2、F3全投入，继开线路L1；通
过爱护1的最大负荷电流为
；爱护1的最小运行方式：
发电机F3停，线路全部运行。
（2）爱护2的最大运行方式：
发电机Fl、P2、F3全投入，断开L3回路；通
过爱护2最大负荷电流为
。
爱护2的最小运行方式；F3停，线路全部运行。
（3）爱护4的最大运行方式：
Fl、F2、F3全投，继开线路L3；通过爱护4
的最大负荷电流为
。
爱护4的最小运行方式：
F3停，线路全部运行。
（4）爱护5的最大运行方式：
F1、F2、F3全投入，断开线路L1；通过爱护
5的最大负荷电流为
。
爱护5的最小运行方式：
F3停，线路全部运行。
（5）爱护7的最大运行方式：
F1、F2、F3全投，线路全部运行；通过爱护7
的最大负荷电流为
。
（6）爱护3和爱护6因正常运行时不可能有正向电流通过，要是有正向电流
通过，一定是线路发生故障。
为此，在爱护3和爱护7上只需判别电流（功率）的方向即可，故不用分析爱护3和爱护6的运行方式。
2.3短路电流运算
2.3.1电网等效电路图
由于短路电流运确实是电网继电爱护配置设计的基础,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形,最小运行方下（三台中最小的一台投入,系统按环网运算）时各线路未端短路的情形。
电网等效电路图如图3.1所示
图3.1电网等效电路图
2.3.2短路电流运算
2.3.2.1d1点发生短路时流过断路1
（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
2.3.2.2d2发生短路时流过断路2
（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
2.3.2.3d3发生短路时流过断路2
（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
2.3.2.4d4点发生短路时流过断路1
（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
2.3.2.5d4点发生短路时流过断路器2
（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
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