电网继电保护的整定计算.docx
《电网继电保护的整定计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电网继电保护的整定计算.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电网继电保护的整定计算
110KU电网继电保护的整定计算——距离保护
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、课程设计等几个主要部分。
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范围。
电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。
本次设计的任务主要包括了运行方式的选择、电网各个元件参数、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。
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计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]：
继电保护、短路电流、整定计算、距离保护
目录
第一章绪论3
第二章运行方式的选择4
§2.1运行方式的选择原则4
§2.1.1发电机、变压器运行方式选择的原则4
§2.1.2变压器中性点接地选择原则4
§2.1.3线路运行方式选择原则4
§2.1.4流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择4
§2.1.5选取流过保护的最大负荷电流的原则5
§2.2本次设计的具体运行方式的选择5
第三章电网各个元件参数计算及负荷电流计算7
§3.1基准值选择7
§3.2电网各元件等值电抗计算7
§3.2.1输电线路等值电抗计算7
§3.2.2变压器等值电抗计算8
§3.2.3发电机等值电抗计算8
§3.2.4最大负荷电流计算9
§3.2.5各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流9
第四章继电保护距离保护的整定计算和校验11
§4.1断路器1距离保护的整定计算和校验11
§4.1.1距离保护І段的整定计算11
§4.1.2距离保护П段的整定计算和校验11
§4.1.3距离保护Ш段的整定计算和校验12
§4.2断路器2距离保护的整定计算和校验14
§4.2.1距离保护І段的整定计算14
§4.2.2距离保护П段的整定计算和校验14
§4.2.3距离保护Ш段的整定计算和校验16
§4.3断路器3距离保护的整定计算和校验17
§4.4断路器4距离保护的整定计算和校验17
§4.4.3距离保护Ш段的整定计算和校验19
§4.5断路器5距离保护的整定计算和校验20
§4.5.1距离保护І段的整定计算20
§4.5.2距离保护П段的整定计算和校验20
§4.5.3距离保护Ш段的整定计算和校验21
§4.6断路器6距离保护的整定计算和校验22
§4.7断路器7距离保护的整定计算和校验22
§4.7.1距离保护І段的整定计算22
§4.7.2距离保护П段的整定计算和校验22
§4.7.3距离保护Ш段的整定计算和校验23
第六章选择合适的微机保护装置25
第七章对所选择的保护装置进行综合评价26
第八章总结与体会27
参考文献28
第一章绪论
《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、课程设计等几个主要部分。
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范围。
电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。
本次设计的任务主要包括了两大部分，继电保护距离保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。
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。
总之这次课程设计不仅锻炼了自己和同学间的交流和合作，而且增加了本专业的相关知识，拓展了自己的专业领域。
第二章运行方式的选择
§2.1运行方式的选择原则
§2.1.1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。
§2.1.2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。
§2.1.3线路运行方式选择原则
（1）一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，另一条线路又故障的方式。
（2）双回路一般不考虑同时停用。
§2.1.4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。
§2.1.5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。
§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。
第三章电网各个元件参数计算及负荷电流计算
§3.1基准值选择
基准功率：
SB=100MU·A，基准电压：
UB=115U。
基准电流：
IB=SB/1.732UB=100×103/1.732×115=0.502KA；基准电抗：
ZB=UB/1.732IB=115×103/1.732×502=132.25Ω；电压标幺值：
E=E
（2）=1.05
§3.2电网各元件等值电抗计算
§3.2.1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=0.35×50=17.5Ω
XL1*=XL1/ZB=17.5/132.25=0.1321
零序电抗：
XL10=X0L1=3.5X1L1=3.5×0.35×50=61.25Ω
XL10*=XL10/ZB=61,25/132.25=0.4631
（2）线路L2等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL2=X1L2=0.35×40=14Ω
XL2*=XL2/ZB=14/132.25=0.1059
零序电抗：
XL20=X0L2=3.5X1L2=3.5×0.35×40=49Ω
XL20*=XL20/ZB=49/132.25=0.3705
（3）线路L3等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL3=X1L3=0.35×110=38.5Ω
XL3*=XL3/ZB=38.5/132.25=0.2911
零序电抗：
XL30=X0L3=3.5X1L3=3.5×0.35×110=134.75Ω
XL30*=XL30/ZB=134.75/132.25=1.O189
（4）线路L4等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL4=X1L4=0.35×40=14Ω
XL4*=XL4/ZB=14/132.25=0.1059
零序电抗：
XL40=X0L4=3.5X1L4=3.5×0.35×40=49Ω
XL40*=XL40/ZB=49/132.25=0.3705
§3.2.2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）×（UN2×103/SN）≈40.0833Ω
XT1*=XT2*=XT1/ZB=40.333/132.25=0.3333
（2）变压器T3等值电抗计算
XT3=（UK%/100）×（UN2×103/SN）≈21.144Ω
XT3*=XT3/ZB=21.144/132.25=0.1751
（3）变压器T4、T5、T6、T7等值电抗计算
XT4=XT5=XT6=XT7=（UK%/100）×（UN2×103/SN）≈63.5Ω
XT6*=XT7*=XT4*=XT5*=0.4802
（4）变压器T8等值电抗计算
XT1=（UK%/100）×（UN2×103/SN）≈92.5750Ω
XT8*=XT8/ZB=84.7/132.25=0.6999
§3.2.3发电机等值电抗计算
（1）发电机G1、G2电抗标幺值计算
XG1*=XG2*=Xd1SB/SG1=Xd1SBCOSφ/PG1=0.132×100×0.8/25=0.4224
（2）发电机G3电抗标幺值计算
XG3*=Xd3SB/SG3=Xd3SBCOSφ/PG3=0.129×100×0.8/50=0.2064
§3.2.4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110KU）
IfhB·max=IfhC·max=PfhBmaxUaU2/1.732UCOSφ
=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110KU）
IfhD·max=PfhDmaxUaU2/1.732UCOSφ
=12×103/1.732×115×0.8≈0.0753KA
§3.2.5各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流
（1）保护1的最大运行方式：
发电机FI、F2、F3全投入，继开线路L1；通过保护1的最大负荷电流为
；保护1的最小运行方式：
发电机F3停，线路全部运行。
（2）保护2的最大运行方式：
发电机Fl、F2、F3全投入，断开L3回路；通过保护2最大负荷电流为
。
保护2的最小运行方式；F3停，线路全部运行。
（3）保护4的最大运行方式：
Fl、F2、F3全投，继开线路L3；通过保护4的最大负荷电流为
。
保护4的最小运行方式：
F3停，线路全部运行。
（4）保护5的最大运行方式：
F1、F2、F3全投入，断开线路L1；通过保护5的最大负荷电流为
。
保护5的最小运行方式：
F3停，线路全部运行。
保护7的最大运行方式：
F1、F2、F3全投，线路全部运行；通过保护7的最大负荷电流为
。
（6）保护3和保护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，在保护3和保护7上只需判别电流（功率）的方向即可，故不用分析保护3和保护6的运行方式。
第四章继电保护距离保护的整定计算和校验
§4.1断路器1距离保护的整定计算和校验
§4.1.1距离保护І段的整定计算
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85；Zdz'=KK'ZL3=0.85×38.5=32.7250Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
§4.1.2距离保护П段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按下列三个条件选择。
①与相邻线路L4的保护的І段配合
Zdz''=KK''（ZL3+K'Kfh·minZL4）
式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1于是
Zdz''=KK''（ZL3+K'Kfh·minZL4）=0.8×（38.5+0.85×1×14）=40.32Ω；
②与相邻线路L2的保护的І段配合
Zdz''=KK''（ZL3+K'Kfh·minZL2）
式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护5的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。
当保护5的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1
于是Zdz''=KK''（ZL3+K'Kfh·minZL2）=0.8×（38.5+0.85×1×14）=40.32Ω；
③按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定
Zdz''=KK''（ZL3+Kfh·minZTC）
式中，取KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=（XL1+XL2+XL3）/2XL1=（17.5+14+38.5）/（2×14）=2.5
于是Zdz''=KK''（ZL3+Kfh·minZTC）=0.7×（38.5+2.5×69.4）=148.4Ω；
取以上三个计算值中最小者为П段整定值，即取Zdz''=40.32Ω；
（2）动作时间，与相邻保护7的І段配合，则
t1"=t7'+Δt=0.5s
它能同时满足与相邻线路L2和变压器保护配合的要求。
（3）灵敏性校验：
Klm=Zdz''/ZL3=40.32/38.5=1.05<1.5,不满足要求。
此时，对动作阻抗重新进行整计算，取下一线路保护第П段相配合的原则选择动作阻抗，即选择断路器7的第П段相配合进行整定。
Kfh·min=1
Zdz7''=KK''（ZL4+Kfh·minZTC）=0.7×（14+1×69.4）=58.38Ω
Zdz''=KK''（ZL3+KfZ·minZdz7''）=0.8×（38.5+1×58.38）=77.464Ω
Klm=Zdz''/ZL3=77.464/24=2.01>1.5,满足要求。
§4.1.3距离保护Ш段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按躲开最小负荷阻抗整定；
Kzq=1,Kh=1.15,KK"'=1.2，If·max=0.326KA
Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×115/1.732×0.326=183.3Ω
于是Zdz'''=Zf·min/KK"'KhKzq=183.3/1.2×1.15×1=132.8Ω
（2）动作时间：
断路器5的动作时间为：
t'''5=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
断路器5的动作时间为：
t'''7=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
变压器保护的动作时间为：
t'''=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
取其中较长者，于是
断路器1的动作时间为：
t'''1=t'''5+Δt=2+0.5=2.5s
（3）灵敏性校验：
①本线路末端短路时的灵敏系数为：
Klm=Zdz'''/ZL3=132.8/38.5=3.45>1.5，满足要求
②相邻元件末端短路时的灵敏系数为：
І相邻线路L4末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=（XL1+XL2+XL3）/（XL1+XL2）=（17.5+14+38.5）/（17.5+14）=2.22
Klm=Zdz'''/（ZL3+Kfh·maxZL4）=132.8/（38.5+2.22×14）=1.91>1.2，满足要求
П相邻线路L2末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=IL3/IL4=（XL1+XL2+XL3）/XL1=（17.5+14+38.5）/17.5=4
Klm=Zdz'''/（ZL3+Kfh·maxZL2）==132.8/（38.5+4×14）=1.41>1.2，满足要求
Ш相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=（XL1+XL2+XL3）/（XL1+XL2）=（17.5+14+38.5）/（17.5+14）=2.22
Klm=Zdz'''/（ZL3+Kfh·maxZL2）==132.8/（38.5+2.22×69.4/2）=1.15<1.2，不满足要求
§4.2断路器2距离保护的整定计算和校验
§4.2.1距离保护І段的整定计算
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85
Zdz'=KK'ZL1=0.85×17.5=14.875Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
§4.2.2距离保护П段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按下列三个条件选择。
①与相邻线路L2的保护的І段配合
Zdz''=KK''（ZL1+K'Kfh·minZL2）
式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1
于是
Zdz''=KK''（ZL1+K'Kfh·minZL2）=0.8×（17.5+0.85×1×14）=23.52Ω；
②按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定
Zdz''=KK''（ZL1+Kfh·minZTC）
式中，取KK''=0.8，Kfh·min为保护7的І段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。
当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1
于是
Zdz''=KK''（ZL1+Kfh·minZTC）=0.7×（17.5+1×69.4）=60.83Ω；
取以上二个计算值中最小者为П段整定值，即取Zdz''=23.52Ω；
（2）动作时间，与相邻保护7的І段配合，则
t1"=t4'+Δt=0.5s
它能同时满足与相邻线路L2和变压器保护配合的要求。
（3）灵敏性校验：
Klm=Zdz''/ZL3=23.52/38.5=0.61<1.5,不满足要求。
此时，对动作阻抗重新进行整计算，取下一线路保护第П段相配合的原则选择动作阻抗，即选择断路器4的第П段相配合进行整定。
按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定
Kfh·min=1
Zdz4''=KK''（ZL2+Kfh·minZTC）=0.7×（14+1×69.4）=58.38Ω
与相邻线路L4的保护的І段配合
Kfh·min=1
Zdz4''=KK''（ZL2+K'Kfh·minZL4）=0.8×（14+0.85×1×14）=20.72Ω
取小者为整定值，即Zdz''=20.72Ω
所以断路器2的整定值为
Zdz''=KK''（ZL1+KfZ·minZdz7''）=0.8×（17.5+1×20.72）=30.576Ω
Klm=Zdz''/ZL1=30.576/17.5=1.747>1.5,满足要求。
§4.2.3距离保护Ш段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按躲开最小负荷阻抗整定；
Kzq=1,Kh=1.15,KK"'=1.2，If·max=0.326KA
Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×115/1.732×0.326=183.3Ω
于是：
Zdz'''=Zf·min/KK"'KhKzq=183.3/1.2×1.15×1=132.8Ω
（2）动作时间：
断路器4的动作时间为：
t'''5=t'''dz+Δt=2+0.5=2.5s
变压器保护的动作时间为：
t'''=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
取其中较长者，于是
断路器2的动作时间为：
t'''1=t'''5+Δt=2.5+0.5=3s
（3）灵敏性校验：
①本线路末端短路时的灵敏系数为：
Klm=Zdz'''/ZL3=132.8/38.5=3.45>1.5，满足要求
②相邻元件末端短路时的灵敏系数为：
І相邻线路L2末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=（XL1+XL2+XL3）/XL3=（17.5+14+38.5）/38.5=1.818
Klm=Zdz'''/（ZL1+Kfh·maxZL4）=132.8/（17.5+1.818×14）=3.092>1.2，满足要求
П相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=（XL1+XL2+XL3）/（XL3+XL2）=（17.5+14+38.5）/（38.5+14）=1.333
Klm=Zdz'''/（ZL1+Kfh·maxZL2）==132.8/（17.5+1.33×69.4）=1.21>1.2，满足要求
§4.3断路器3距离保护的整定计算和校验
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85
Zdz'=KK'ZL1=0.85×17.5=14.875Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
由于断路器3没有下一线路，所以悉路器3就无需进行第П段和第Ш段的整定计算。
§4.4断路器4距离保护的整定计算和校验
§4.4.1距离保护І段的整定计算
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85；Zdz'=KK'ZL2=0.85×14=11.9Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
§4.4.2距离保护П段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按下列三个条件选择。
①与相邻线路L4的保护的І段配合
Zdz''=KK''（ZL2+K'Kfh·minZL4）
升级会员 