l10千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算.docx
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l10千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算
国际学院
课程设计报告
（2012~2013学年第二学期）
题目110千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算
院（系、部）电气工程系
课程名称电力系统综合课程设计
专业电气自动化技术
班级2011级电气工程1班
学号************
姓名john
指导教师魏老师
第一章原始资料3
第二章设计内容5
1、计算网络各参数5
2、运行方式的选定6
3、最大短路电流计算7
4、线路保护方式的确定9
（1）AB线路1QF的整定9
（1）BC线路3QF的整定10
（1）DB线路5QF的整定12
（1）DA线路7QF的整定13
5、继电保护的主接线图14
6、继电保护综合评价16
第三章设计心得17
第四章参考文献17
第一章原始资料
（1）网络的接线如图1-1所示
图1—1
（2）网络中各线路均采用带方向或不带方向的电流电压保护，变压器均采用纵差动保护作为主要保护。
其中变压器均为Y∆11接线。
（3）发电厂的最大发电容量为3×50兆瓦，最小发电容量为2×50兆瓦。
（4）网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行。
（5）允许的故障切除时间为0.7秒。
（6）110千伏开关均采用DW3—110型（MKM-110型），它的跳闸时间为0.05～0.03
秒。
（8）线路A2、B3、A4、D2的最大负荷电流分别为230A、150A．、230A、140A，负荷的自启动系数均为K3=1.5。
（9）各变电所引出线上后备保护的动作时间如图示，后备保护的∆t=0.5s。
（10）线路的电抗均为0.4欧/公里。
电压互感器的变比为110000/100。
其它参数如图1—1所示。
设计内容
（1）选择相应计算短路点，并计算各段路点的短路电流IK和残余电压Ures。
注意：
计算U和I时，必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原
resK
则或依据，以及计算时考虑的其他因素。
计算结果除用表格列出外，并需列出计算时采用的公式及计算举例（不必列出每个计算值的计算过程）。
表格形式如表1-1所示，残余电压表格和短路电流表格一样。
（2）确定保护1、3、5、7（或2、4、6、8）的保护方式，以及它们的Ipu（动作电流整定值）、Upu（动作电压整定值）、Kesn（灵敏系数）和tpu（动作时限整定值）。
注意：
在做保护方式的选择及整定计算时，应说明所选用保护方式的原则，每
个保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。
整定计算时所采用的整定
计算公式及各种系数的数值也应列出（可不必详细列出各个保护的整定计算过程，只需举例说明一下计算方法）。
表格形式如表1-2和表1-3所示。
（3）绘出保护5（或4）的继电保护接线图（包括原图和展开图），并要用表格列出
该保护需要设备的型号、规格及数量。
（4）根据“继电保护和安全自动装置技术规程”及题目给定的要求，从选择性、灵敏性、速动性及可靠性四个方面来对本网络所采用的保护进行评价。
1、计算网络各参数
第二章设计内容
计算短路电流时，各电气量如电流、电压、功率和电抗等的数值，可用有名
值表示，也可用标么值表示。
为了计算方便，在低压系统中宜用有名值计算法，在高压系统中宜用标么值计算法。
标么值计算法标么值就是相对值算法，用新选单位进行某物理量的衡量，衡量的值称标么
值。
有名值计算法每个电气参数的单位是有名的，而不是相对值。
在比较简单的网络中计算短
路电流也常常采用此方法，在使用此方法计算短路电流时，应特别注意的是:
必须将各电压等级的电气参数都归算到同一电压等级上来。
（1）电机参数的计算发电机的电抗有名值：
"
X=Xd
（%）UN2
发电机的电抗标幺值：
100SN
Xd"（%）SB
X*=
100SN
d
式中X
"（%）——发电机次暂态电抗；
UN——发电机的额定电压；
UB——基准电压230KV；
SB——基准容量100MVA；
SN——发电机额定容量，单位MVA。
（2）变压器参数的计算双绕组变压器电抗有名值：
UK（%）UN2
XT=
100SN
双绕组变压器电抗标幺值：
XT*=
Uk（%）SB
100SN
式中UK（%）——变压器短路电压百分值；
UN——发电机的额定电压；
UB——基准电压230KV；SB——基准容量100MVA；SN——变压器额定容量。
假设选取基准功率Sd=100MV∙A，基准电压Ud=115V，基准电流
I=Sdd√3UD
=100×103
√3×115
=0.502KA,基准电抗Z=Ud
d√3Id
=115×103
√3×502
=132.25Ω。
（1）电机及变压器参数的计算
∗=X∗=X∗=X"∙Sd=0.129×100=0.258
XG1G2
G3dSN50
∗=X∗=Uk
Sd10.5100
∙=×=0.263
XT1
T2100SN
10040
∗=Uk
Sd10.5100
∙=×=0.175
XT3
100SN
10060
∗=X∗=X∗=X∗=X∗=Uk
Sd10.5100
∙=×=0.525
XT4
T5T6
T7T8
100SN
10020
（2）输电线路参数的计算
∗
L∙AB
∗=Z
L∙AB
Sd100
=0.4×40×
21152
Sd100
∙=0.4×60×
=0.121
=0.181
ZL∙BC
L∙BC2
d
1152
∗
L∙CD
L∙CD
Sd100
=0.4×50×
21152
=0.151
∗
L∙DA
L∙DA
Sd100
=0.4×50×
21152
=0.151
2、运行方式的选定原则
确定运行方式就是确定最大和最小运行方式，通常都是根据最大运行方式来确定保护的
整定值，以保证选择性，在其它运行方式下也一定能保证选择性，灵敏度的校验应根据最小运行方式来校验，因为只要在最小运行方式下灵敏度一定能满足要求。
（1）最大运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最大，对继电保护而言称为系统最大运行方式，对应的系统等值阻抗最小。
它是指供电系统中的发电机，变压器，并联线路全投入的运行方式。
系统在最大运行方式工作的时候，等值阻抗最小，短路电流最大，发电机容量最大。
（2）最小运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最小，对继电保护而言称为系统最小运行方式，对应的系统等值阻抗最大。
它是指供电系统中的发电机，变压器，并联线路部分投入的运行方式。
系统在最小运行方式工作的时候，等值阻抗最大，短路电流最小，发电机容量最小。
最大运行方式下的最小电源阻抗
Zs∙min=�
0.258
+2
0.263
2�∥（0.258+0.175）=0.261∥0.433=0.163
最小运行方式下的最大电源阻抗
Zs∙min=
0.258+
2
0.263=0.261
2
3、最大短路电流计算，并计算各段路点的短路电流Ik和残余电压Ures。
为计算动作电流，应该计算最大运行方式下的三相短路电流，为检验灵敏度
要计算最小运行方式下的两相短路电流。
为计算1QF、3QF、5QF、7QF的整定值，根据如上系统图可知，最大运行方式要求8QF断开，等值阻抗图如下：
k
计算三相短路电流：
I（3）
=Id
Z∗+Z∗
s⋅min
L⋅∑
（2）
√3（3）
计算两项短路电流：
Ik=2I
resk
计算残余电压：
U=I（3）
以K1点发生三相短路为例
（3）=Id
·
ZL
IK1
Z∗+Z∗+Z∗+Z∗+Z∗
s∙min
L⋅AB
=
L⋅BC
L⋅CD
0.502
L⋅CD
=0.654KA
0.163+0.121+0.181+0.151+0.151
（2）=√3I（3）=√3×0.654=0.567KA
IK1
2K1
（3）∙Z
2
=0.654×0.151×132.25=10.46KV
Ures∙1=Ik1
L∙DA
同理得K2、K3、K4G各个短路点短路电流和残余电压
保
系短
统
Ik
运
I（3）（KA）
I
（2）（KA）
护
行
最大运行方式
最小运行方式
路
方
代
式
号
点
K1
0.654
0.567
K2
0.815
0.7058
K3
1.08
0.9353
K4
1.768
1.5311
K5
3.08
2.667
1
Ik
Ures（KA）
Ures（KA）
保
系
短
统
运
护
行
最大运行方式
最小运行方式
路
方
代
式
号
点
K1
10.46
10.46
K2
16.30
16.30
K3
25.85
25.85
K4
28.29
28.29
K5
49.29
49.29
电网的短路电流分布图
4、线路保护方式的确定
（一）线路保护配置的一般原则
（1）考虑经济的优越性：
可以尝试配三段式电流保护，同时由于系统是环网运行，相当于双电源运行一定要加方向元件。
在110KV等级电力网络中，三段式电流保护可能在系统最小运行方式下没有保护范围，如果系统在最小运行方式下运行的几率不大的情况下，而且资金不够的情况下可以尝试三段式电流保护，基本可以保证系统正常运行。
（2）对于110KV及以上的电压电网的线路继电保护一般都采用近后备原则。
当故障元件的一套继电保护装置拒动时，由相互独立的另一套继电保护装置动作切除故障。
而当断路器拒绝动作时，启动断路器失灵保护，断开与故障元件相连的所有联接电源的断路器。
（3）对瞬时动作的保护或瞬时段保护，其整定值应保证在被保护元件发生外部故障时，继保装置可靠且不动作，但单元或线路变压器组的情冰况除外。
（4）110KV线路保护应按加强主保护简化后备保护的基本原则配置和整定。
其中两套全线速动保护的交流电流、电压回路和直流电源彼此独立；每一套全线速动保护对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除故障；两套全线速动保护应具有选相功能；两套主保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈；两套全线速动保护分别使用独立的远方信号传输设备；具有全线速动保护的线路，其主保护的整组动作时间应为：
对近端故障不大于20毫秒；对远端故障不大于30毫秒。
（5）考虑系统的运行方式：
110KV高压输电网络应该属于大接地电力系统，需要配置零序保护。
如上考虑到环网运行，也要加方向元件。
保证保护不误动作。
（二）保护方式的确定及动作值的整定
保护1、3、5、7的等效电路图如下图所示。
（1）AB线路1QF的整定
①瞬时电流速断保护
K∙B∙MAX
线路AB末端的最大三相短路电I（3）
=1.768KA
rel
取KⅠ=1.3，则保护1的电流保护第I段动作电流为
I=KⅠ∙I（3）=1.3×1.768=2.298KA
Iop∙1
rel
K∙B∙MAX
保护范围的校验
最小运行方式下，AB线路X处两相短路的电流为：
（2）=UN
=1.5311KA
IK∙MIN
2（Z
s∙max
+X%×Z
L∙AB）
X%×ZL∙AB=
UN
2I
—Z=
（2）s∙max
k∙min
1102×1.5311
−0.261×132.25=1.4Ù
X%=1.4
0.121×132.25
=8.7%<15%
灵敏度不满足要求，可采用电流电压联锁保护来提高保护的灵敏度。
②带时限电流速断保护:
与保护3的第I段相配合
K∙C∙MAX
保护3的电流保护第I段动作电流为I（3）
I=KⅠ∙I（3）=1.3×1.08=1.404KA
=1.08KA
Iop∙3
rel
K∙C∙MAX
Ⅱ=1.1，则IⅡ=KⅡ∙II=1.1×1.404=1.544KA
3
取Krel
op∙1
rel
op∙3
1
动作时限为tⅡ
灵敏度校验
=tI+∆t=∆t=0.5s
K∙B∙MIN
本线路AB末端的最小两相短路电流I
（2）
=1.5311KA
故Ksen=
I
（2）
K∙B∙MIN�=1.0<1.3
op∙1
灵敏度不满足要求，可与保护3的电流保护第II段相配合。
③定时限过电流保护的整定计算动作电流的整定
rel
取Kre=0.85，KIII
=1.2，Kst=1.5
III∙Kst
III=Krel∙I
=1.2×1.5×230=487.1A
Iop∙1
Kre
III
L∙MAX
III
1.85
动作时限为t1
灵敏度校验
=t3
+∆t=1+2∆t=2s
K∙B∙MIN
作近后备时，按本线路AB末端的最小两相短路电流I
（2）来校验，即
（2）
I
K∙B∙MIN�=1.5311
I
Ksen=
III
op∙1
�0.4871=3.1>1.5
K∙C∙MIN
作远后备时，按相邻线路BC末端的最小两相短路电流I
（2）来校验，
（2）
I
K∙C∙MIN�=0.9353
I
Ksen=
III
op∙1
�0.4871=1.9>1.2
（2）BC线路3QF的整定
①瞬时电流速断保护
K∙C∙MAX
线路BC末端的最大三相短路电I（3）
=1.08KA
取Krel
Ⅰ=1.3，则保护3的电流保护第I段动作电流为
I=KⅠ∙I（3）=1.3×1.08=1.404KA
Iop∙3
rel
K∙C∙MAX
保护范围的校验
最小运行方式下，BC线路X处两相短路的电流为：
（2）=UN
=0.9353KA
IK∙MIN
2（Z
s∙max
+X%×Z
L∙BC）
X%×ZL∙BC=
UN
2I
—Z=
（2）s∙max
k∙min
110
2×0.9353
−0.261×132.25=24.29Ù
X%=24.29
0.181×132.25
=100%>15%
②带时限电流速断保护:
与保护5的第I段相配合
K∙D∙MAX
保护5的电流保护第I段动作电流为I（3）
=0.815KA
I=KⅠ∙I（3）=1.3×0.815=1.0595KA
Iop∙5
rel
K∙D∙MAX
Ⅱ=1.1，则IⅡ=KⅡ∙II=1.1×1.0595=1.165KA
5
取Krel
op∙3
rel
op∙5
3
动作时限为tⅡ
灵敏度校验
=tI+∆t=∆t=0.5s
K∙C∙MIN
本线路BC末端的最小两相短路电流I
（2）
=0.9353KA
故Ksen=
I
（2）
K∙C∙MIN�=0.8<1.3
op∙3
灵敏度不满足要求，可与保护5的电流保护第II段相配合。
③定时限过电流保护的整定计算动作电流的整定
rel
取Kre=0.85，KIII
=1.2，Kst=1.5
III∙Kst
III=Krel∙I
=1.2×1.5×150=317.6A
Iop∙3
Kre
III
L∙MAX
III
1.85
动作时限为t3
灵敏度校验
=t5
+∆t=1+2∆t=2s
K∙C∙MIN
作近后备时，按本线路BC末端的最小两相短路电流I
（2）来校验，即
（2）
I
K∙C∙MIN�=0.9353
I
Ksen=
III
op∙3
�0.3176=2.9>1.5
K∙D∙MIN
作远后备时，按相邻线路BD末端的最小两相短路电流I
（2）来校验，
（2）
I
K∙D∙MIN�=0.7058
I
Ksen=
III
op∙3
�0.3176=2.2>1.2
（3）DB线路5QF的整定
①瞬时电流速断保护
K∙D∙MAX
线路DB末端的最大三相短路电I（3）
=0.815KA
rel
取KⅠ=1.3，则保护5的电流保护第I段动作电流为
I=KⅠ∙I（3）=1.3×0.815=1.0595KA
Iop∙5
rel
K∙D∙MAX
保护范围的校验
最小运行方式下，DB线路X处两相短路的电流为：
（2）=UN
=0.7058KA
IK∙MIN
2（Z
s∙max
+X%×Z
L∙DB）
X%×ZL∙DB=
UN
2I
—Z=
（2）s∙max
k∙min
110
2×0.9353
−0.261×132.25=43.4Ù
X%=43.4
0.332×132.25
=98.8%>15%
②带时限电流速断保护:
与保护7的第I段相配合
K∙A∙MAX
保护7的电流保护第I段动作电流为I（3）
=0.654KA
I=KⅠ∙I（3）=1.3×0.654=0.8502KA
Iop∙7
rel
K∙A∙MAX
Ⅱ=1.1，则IⅡ=KⅡ∙II=1.1×0.8502=0.9352KA
7
取Krel
op∙5
rel
op∙7
5
动作时限为tⅡ
灵敏度校验
=tI+∆t=∆t=0.5s
K∙D∙MIN
本线路DB末端的最小两相短路电流I
（2）
=0.7058KA
故Ksen=
I
（2）
K∙D∙MIN�=0.75<1.3
op∙5
灵敏度不满足要求，可与保护7的电流保护第II段相配合。
③定时限过电流保护的整定计算动作电流的整定
rel
取Kre=0.85，KIII
=1.2，Kst=1.5
III∙Kst
III=Krel∙I
=1.2×1.5×140=296.5A
Iop∙5
Kre
III
L∙MAX
III
0.85
动作时限为t5
灵敏度校验
=t7
+∆t=0.5s
K∙D∙MIN
作近后备时，按本线路DS末端的最小两相短路电流I
（2）来校验，即
（2）
I
K∙D∙MIN�=0.7058
I
Ksen=
III
op∙5
�0.2965=2.4>1.5
K∙A∙MIN
作远后备时，按相邻线路DA末端的最小两相短路电流I
（2）来校验，
（2）
I
K∙A∙MIN�=0.567
I
Ksen=
III
op∙5
�0.2965=1.9>1.2
（3）DA线路7QF的整定
保护7在网络的末端，所以不存在与下级保护的配合问题，其速断保护（第一段）的整定电流按躲过本线路的最大负荷电流来整定，保护线路全长，第二段按过负荷的方式整定，所以不需要第三段。
①瞬时电流速断保护
K∙A∙MAX
线路DA末端的最大三相短路电流I（3）
=0.654KA
rel
取KⅠ=1.3，则保护7的电流保护第I段动作电流为
I=KⅠ∙I（3）=1.3×0.654=0.8502KA
Iop∙7
rel
K∙A∙MAX
保护范围的校验
最小运行方式下，DA线路X处两相短路的电流为：
（2）=UN
=0.567KA
IK∙MIN
2（Z
s∙max
+X%×Z
L∙DA）
X%×ZL∙DA=
UN
2I
—Z=
（2）s∙max
k∙min
110
2×0..567
−0.261×132.25=62.5Ù
X%=62.5
0.151×132.25
=300%>15%
②过负荷保护的整定
动作电流的整定
rel
取Kre=0.85，KIII
=1.2，Kst=1.5
III∙Kst
II=Krel∙I
=1.2×1.5×230=487.1A
Iop∙7
Kre
II
L∙MAX
0.85
动作时限为t7=0
灵敏度校验
K∙A∙MIN
作近后备时，按本线路DA末端的最小两相短路电流I
（2）来校验，即
（2）
I
K∙A∙MIN�=0.567
I
Ksen=
III
op∙5
�0.4871=1.2<1.5
整定参数号
Ksen
5、绘出保护5（或4）的继电保护接线图（包括原图和展开图），并要用表格列出该保护需要设备的型号、规格及数量。
KA1
KA2
KA3
KA4
KA5
KA6
KA7
KT1
KT2
KCO
KCO
KT1
KT2
5DLYR
直流控制电源母线无时限电流速断保护
带时限电流速断保护
定时限过流速断保护
延时速度按时限定时时限
跳闸回路
设
设备
备
要
型号
数量
电流继电器KA
LL-5C
7
时
升级会员 