110KV单电源环形网络继电保护设计246保护.docx
《110KV单电源环形网络继电保护设计246保护.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《110KV单电源环形网络继电保护设计246保护.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
110KV单电源环形网络继电保护设计246保护
科牧女曇
课程设计说明书
课程名称-继电保护课程设计
题目IIoKV单电源环形网络
继电保护课程设计一2、4、6保护
学院农业工程学院
班级_
学生
指导教师邱兆美
日期2014.11.29
课程设计任务书
课程设计名称继电保护课程设计学生—专业班级
设计题目IIoKV单电源环形网络继电保护设计一一2、4、6保护
一、课程设计目的
专业课程设计，一方面使学生获得综合运用学过的知识进行电力变电所、牵引变电所各主要元件的保护设计及整定和保护设备的选型的基本能力，另一方面能巩固与扩大学生的电气综合设计知识，为毕业设计做准备，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。
学生通过专业课程设计，应在下述各方面得到锻炼：
1.掌握继电保护保护方案的确定原则，整定计算的一般步骤，了解系统运行方式的确定，保护整定系数的分析与应用，前后级整定配合的基本原则；
2.掌握保护、控制、测量、信号回路阅读和设计基本方法；
3.学习相关保护设备的选择和一般的维护。
二、设计容和要求
1.短路计算。
必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原则或依据。
2.保护方式的选择及整定计算。
要求说明选用保护方式的原则，各保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。
3.绘制保护原理接线图。
要求绘制单线原理接线图及某一元件保护原理展开图。
4.对保护的评价。
要求从选择性、灵敏性和速动性、可靠性四个方面来评价所采用保护的质量。
5.编写设计说明书。
不少于2000字的说明书。
三、设计任务和要求
1.原始数据
•线路AB、BC、CA的最大负荷电流分别为220A、130A、220A,负荷的自起动系数K”=1.5；
•网络中各线路釆用带方向或不带方向的电流电压保护，变压器采用纵联差动保护作为主保护，变压器为Y,dll接线；
•发电厂的最大发电容量为3×5OMW,最小发电容量为2X50MW（发变组
停运）;
•各变电所引岀线上的后备保护动作时间如图示，后备保护的时限级差
=0.5s;
•线路的电抗每公里均为0.4Q；
•电压互感器的变比h7v=110/0.1,AB.AC线路电流互感器变比
ZrM=300/5,其它参数如图所示。
2.设计要求
•确定保护2、4、6的保护方式，以及它们的/缈、%、KE和口;
•绘制保护4的接线图及网络单线图；
•对本网络所釆用的保护进行评价。
四、时间进度安排
1∙
明确任务和文献查找：
1天
2-短路计算：
2天
3.
保护方式选择及整定计算：
2天
4.绘制保护原理接线图：
2天
5.
编写说明书：
2天
6-准备答辩及答辩：
1天
五、主要参考文献
1.家佩.《电力系统继电保护及安全自动整定计算》•：
中国电力，2006
2.保会，项根.《电力系统继电保护》（第二版）•中国电力,2009
3•许建安.《继电保护整定计算》・：
中国水利水电，2003
4.光琦.《电力系统暂态分析》（第三版）.：
中国电力，2007
指导教师签字：
年月日
单电源环形网络继电保护设计——2、4、6保护
摘要
《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设汁等儿个主要部分。
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理解，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，电能经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，电力系统希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，保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作，从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电用。
电力系统继电保护就是为达到这个Ll的而设置的。
其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。
通过此次线路保护的设讣可以巩固我们本学期所学的《电力系统继电保护》这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。
关键词：
电力系统，继电保护，环形网络
第一章绪论1
§1.1设计的意义1
§1.2设计的目的1
♦l∙IjX.1*I3
§2.1计算网络各参数3
§2.2运行方式的选定原则4
§2.3短路电流计算5
§2.3.1计算BC线路其最大运行方式短路电流5
§2.3.2计算BC线路其最小运行方式短路电流7
§2.4线路保护配置的一般原则9
§2.5IIOKV线路继电保护和自动装置的配置9
§2.5.1保护装置的配置9
§2.5.2自动装置配置10
§2.6距离保护整定计算11
§2.6.1AC线路6QF的整定11
§2.6.2BC线路4QF的整定13
§2.6.3AB线路2QF的整定14
§2.7保护4的继电保护接线图17
第三章保护评价19
第四章设计心得21
参考文献22
第一章绪论
专业课程设计，一方面使学生获得综合运用学过的知识进行电力变电所、牵引变电所各主要元件的保护设计及整定和保护设备的选型的基本能力，另一方面能巩固与扩大学生的电气综合设计知识，为毕业设计做准备，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。
§1.1设计的意义
通过专业课程设计，应在下述各方面得到锻炼：
1.掌握继电保护保护方案的确定原则，整定计算的一般步骤，了解系统运行方式的确定，保护整定系数的分析与应用，前后级整定配合的基本原则；
2.掌握保护、控制、测量、信号回路阅读和设计基本方法；
3.学习相关保护设备的选择和一般的维护。
§1.2设计的目的
根据原理图及数据：
（1）确定保护2、4、6的保护方式，以及它们的
（2）绘制保护4的接线图及网络单线图；
Kien,和t°pO
护进行评价。
（3）对本网络所采用的保
第二章设计容
§2.1计算网络各参数
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。
标么值讣算法：
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，在使用此方法讣算短路电流时，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
发电机的电抗标幺值：
X*=X"d（%）Sβ/IoOSN
式中X〃d（%）——发电机次暂态电抗；
UN——发电机的额定电压；
SB——基准容量100MVA：
SN——发电机额定容量，单位MVAo
（2）变压器参数的汁算
双绕组变压器电抗标幺值：
Xt*=Uk（%）Sb/IOOSN
式中Uκ（%）——变压器短路电压白分值；
UN——发电机的额定电压；
SB——基准容量100MVA；
SN——变压器额定容量，单位MVAO
假设选取基准功率Sd=IoOMVA；基准电压Ud=115KV；
基准电流Id=Sd/3Ud=100×IO3/（3×115）=0.525KA,
基准电抗Zd=Ud/3Id=115×1O3/（3×0.502）=132.25Q。
（3）电机及变压器参数的计算
X*Gi=X*G2=X*G3=X,d×Sd∕SN=O.129×100×0.85/50=0.219
∙X*τι=X*τ2=Uκ（%）XSd/100SN=10.5X100/（100X40）=0.263
∙X*T3=UK（%）×ScI∕100Sn=10.5∕60=0.175
∙X*τ4=X*τ5=X*τ6=Uκ（%）×Sd/IOOSn=10.5/20=0.525
（4）输电线路参数的计算
Z*l∙AB=Zl×AB×Sd∕Ud2=0.4×40Xl00/1152=0.121
Z*lBC=Zl×BC×SdAJd2=0.4×30×l00/1152=0.091
Z*l∙CA=Zl×CA×Sd∕Ud2=0.4×50×100/115^=（1151
§2.2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，灵敬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敬度一定能满足要求。
（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。
其计算如下：
最大运行方式下的最小电源阻抗为：
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为：
ZSnIaX=0.258/2+0.263/2=0.261
§2.3短路电流计算
讣算最大短路电流,并计算各段路点的短路电流IkO
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，为检验灵敬度要计算最小运行方式下的两相短路电流。
而对于短路点的选择一般选择在高、低压母线上和电气设备接线处。
为计算2QF、4QF、6QF的整定值，根据如上系统图可知，最大运行方式要求IQF断开，等值阻抗图如图2.3.1。
XG2
---
图2.3.1最大运行方式下三相短路等值阻抗图
§2.3.1计算BC线路其最大运行方式短路电流
CA线路断开，C端发生短路故障，各序网图如下所示正序
负序
零序
正序阻抗ziς^≡22±≡Z2+o.12+O.12=O.371=Z2∑*
罕仝+0.36）Il9^+0.36=0.521
故障点C：
化为有名值=2.334×150=350.15A
单相Ik）
-937Q
0.37x2+0.521-
化为有名值I；D=2.379X150=356.85^
两相接地：
…0.371+0.521
化为有名值：
I严=384.604
§2.3.2计算BC线路其最小运行方式短路电流
各序网络图如下所示
正序
Xoe=0.289
正序阻抗：
Zι∑*=Z2∑∙=+（0.12+0.12）Il0.15=0.289
零序阻抗：
Zθ∑*二（甞+0.138）Il（孚+0」1）+0.138=0.129
故障点C短路电流计算如下:
有名值Ij=3.46x150=519.03A
I严=^X
1I_0・289X0.129
O28g+°∙289X°∙129{（o.289+0.129,
•0.289+0.129
=4.062
有名值：
¾W）=609.28A
同理得K2、K3、K4各个短路点短路电流为:
短路电流
短路点
最大运行方式
最小运行方式
Kl
1.057
0.931
K2
1.236
1.070
K3
1.594
1.380
K4
2.100
1.819
表2.3短路电流值
§2.4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IloKV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圉，如果系统在最小运行方式下运行的儿率不大的情况下，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IloKV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，继保装置可黑且不动作，但单元或线路变压器组的情冰况除外。
（4）IIOKV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、电圧回路和直流电源彼此独立；每一套全线速动保护对全线路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亳秒；对远端故障不大于30毫秒。
（5）考虑系统的运行方式:
IIOKV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。
§2.5IIOKV线路继电保护和自动装置的配置
§2.5.1保护装置的配置
（1）主保护的配置
山系统可知IloKv线路配置有众联保护，全线路上任意点故障都能快速切除,保证系统稳定安全运行。
（2）后备保护的配置
考虑保护性能优越性：
IlO线路应该配距离保护，但是距离保护复朵而且价格昂贵，维护困难。
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IlOKV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圉，如果系统在最小运行方式下运行的儿率不大的情况下，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。
考虑系统的运行方式：
IloKV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。
结论：
继电保护保护装置的配置不是一层不变的，要考虑系统运行惜况、经济状况、人员技能、环境影响等等情况，但是电力系统继电保护的基本任务不变：
1.自动、迅速、有选择的将故障元件冲系统中切除。
2.反应电力设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，动作于发出信号或跳闸。
§2.5.2自动装置配置
⑴简述
电力系统自动装置是指在电力网中发生故障或异常时起控制作用的设备，主要包括自动重合闸、备用电源自动投入装置、低频减载和失圧解列装置等设备，电网中自动装置的型号多、逻辑千变万化，在实际运行中会暴露一些问题。
电网中自动装置的配置，需要我们进行全面的考虑。
（2）系统安全自动装置的配置
配置重合闸：
在电力系统故障中，打多数故障是输电线路故障。
运行经验表明大多数线路故障是“瞬时性”故障，此时，如果把断开的线路在合上，就能恢复正常供电。
结论：
如图所示：
该系统为IloKV输电线路系统，按照要求，每一个断路器都应该装有ARD装置，并与继电保护后加速配合形成重合闸后加速保护，保证电力系统最大限度的正常供电。
配置备用电源自动投入装置：
当线路或用电设备发生故障时，能够自动迅速、准确的把备用电源投入用电设备中或把设备切换到备用电源上，不至于让用户断电的一种装置。
结论：
如图所示：
该系统为IloKV输电线路系统，根据系统要求，如果B变电站或C变电站中的两台变压器，为了保证负荷可以长时间的正常运行，应该加入AAT装置。
配置低频、低压减载装置：
它在电力系统发生事故出现功率缺额使电网频率、电压急剧下降时，自动切除部分负荷,防止系统频率、电压崩溃,使系统恢复正常,保证电网的安全稳定运行和对重要用户的连续供电。
结论：
如图所示：
该系统为IloKY输电线路系统，根据当地系统运行状况和系统要求，为了保证系统能够稳定运行，防止系统频率、电压崩溃应该在变电站B、C、D中配置低频、低压减载装置。
§2.6距离保护整定计算
§2.6.1AC线路6QF的整定
（1）保护6的丨段保护（电流速断保护）
线路AC末端的最大三相短路电流说畑住=I冒=2.1OOKA
动作电流1臨=K爲XI釋皿
取K；°]=：
L3,则保护6的电流保护第I段动作电流为
IOPS=Krel×f=1∙3×2.100=2.72OKA
保护用的校验最小运行方式下，AC线路X处两相短路的电流为:
=2（Zs.MAX+X%×Zl.AC）=1∙819KA
Uλr110
X%XZLAD=———ZSnWt=0.261X132.25=-4.28Ω
21（S）2X1.819
4.28Ω
k-miin
X%=0.076XU2.25=42-6%>15%
灵敬度满足要求。
（2）保护6的］［段保护邙R时电流速断保护）：
与保护5的笫I段相配合
保护5的电流保护第I段动作电流为IW仁ax=谓=1∙594A
Iop6=K爲∙I^.max=13X1.594=2.072KA
取K治=1.2,贝∣J⅛8=KhEP6=1-2X2.072=2.279
动作时限=tg+△t=Δt=0.5s
灵敬度校验
本线路AC末端的最小两相短路电流InrI=1.819KA
故K嘶=⅛‰n∕‰=0∙8<1.3
灵敏度不满足要求，可与保护5段的电流保护笫II段相配合。
（3）保护6的1【1段保护（定时限过电流保护）
动作电流的整定
取Kre=0-85,K^I=1.2,K55=1.5
动作时限t/=4π+∆t=l+∆t=1.5s
灵敬度校验作近后备时，按本线路AC末端的最小两相短路电流Ik2Lin=4?
来校验，即
KSen=⅛2D∙mιn∕⅛p.8=1.819/0.4871=3.73>1.5
作远后备时，按相邻线路CB末端的最小两相短路电流I^.MIN=l£）来校验,
KSen=⅛c∙≡n1n∕1op∙8=1.380/0.4871=2.8>1.2§2.6.2BC线路4QF的整定
（1）保护4的I段保护（电流速断保护）
线路BC末端的最大三相短路电流I畏==1-594KA
取K需=1.3,则保护4的电流保护第I段动作电流为
聖住=1.3X1.594=2.072KA
保护用的校验最小运行方式下，BC线路X处两相短路的电流为:
1^'πiin=2（⅞raaχ+X%×⅞Dc）=ImKA
U科110….….
X%×ZLT）C=—TTTZC∖fAv=0.261X132∙25=5.340
21⑵2X1.380
5.34Ω
k∙C∙min
X%=0,076X13225=53^>15%
灵敬度满足要求。
（2）保护4的］|段保护（时限电流速断保护）：
与保护3的第I段相配合
保护3的电流保护第I段动作电流⅛lmdx=1.236KA
I□p,4=KL•谓”=1-3×1.236=1.607KA
取K^l=1.1,贝IJIllP.s=K治-⅛p,4=1.1X1.607=1.767KA
动作时限t?
=4+∆t=Δt=0.5s
灵敬度校验本线路BC末端的最小两相短路电⅛Iklmin=4380KA故K嘶=Ik2c.mιn∕1op∙6=°∙78<13
灵墩度不满足要求，可与保护4的电流保护第II段相配合。
（3）保护4的1【【段保护（定时限过电流保护）
动作电流的整定
取KPe=0.85,K^l=1.2,KSS=1.5
-K⅛∙K5t
1op∙6K1L∙max
1.2X1.5
=X140=296-5KA
0.85
动作时限=tlπ+∆t=2∆t=Is
灵敬度校验
作近后备时，按本线路BC末端的最小两相短路电流Kmn来校验，即
=1.380/0.2965=4.7>1.5
作远后备时，按相邻线路CB末端的最小两相短路电流=山?
=0∙83来校验，即
KSen=Iklrain∕⅛P6
=1.070/0.2965=3.6>1.2
§2.6.3AB线路2QF的整定
保护1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（笫一段）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，笫二段按过负荷的方式整定，所以不需要第三段。
（I）保护2的1段保护（电流速断保护）
线路AB末端的最大三相短路电流IfLnIM=1.075KA
取K^i=1.3,则保护2的电流保护第I段动作电流为
Iop2=K爲XI∞.max=13×1.075=1.4KA
保护用的校验最小运行方式下，AB线路X处两相短路的电流为:
=2（Zs.max+iXZLBA）=0,931
X%XZLBA二—
（2）ZSMAX
k∙A∙min
（2）保护2的］［段保护（过负荷保护）
动作电流的整定
取Kre=0-85,K^I=1.2,K55
Iop2
动作时限埸=0
灵敬度校验
作近后备时，按本线路AB末端的最小两相短路电流ISLm来校验,
即J=Iklrain∕⅛1p.2=0.931/0.4871=1.9>1.5
K2、K4、K6各个短路点整定值如表2.5.2
参数整定
2QF
4QF
6QF
备注
I爲
1.4
1.607
2.072
第I段
300%
140%
51.3%
保护围
Tn
IOP
0.4871
1.54
1.767
第II段
trl
0
0.5S
0.5S
LZIIrxsen
1.9
0.7
0.78
第III段
TnI
IOP
0.3176
0.2965
tπl
0.5S
IS
TZIllιγsen
3.4
4.7
近后备
TZlll
IVSen
2.9
3.6
远后备
是否加电流电压
不加
不加
不加
互锁环节
表2.5.2各短路点整定计算值
§2.7保护4的继电保护接线图
（1）原理接线图如图
2）交流回路展开图如图2.6.2
KWaTAaITAOaTAaIl
图2.6.2交流回路展开图
（3）直流回路展开图如图2.6.3
+WC
-WC
图2.6.3直流回路展开图
第三章综合评价
根据“继电保护和安全自动装置技术规程”及题Ll给定的要求，从选择性、
升级会员 