开发区kV电力系统继电保护设计.docx

1、开发区kV电力系统继电保护设计西南交通大学网络学院本科毕业设计（论文）题目：开发区110kV 电力系统继电保护设计学生姓名：叶其增班级：09专升本学号：09925567专业：电气工程及其自动化指导老师：解绍锋某110kV 电力系统继电保护设计摘要：本次毕业设计地主要内容是110kV 电力系统继电保护地配置,并依据继电保护配置原理,对所选择地保护进行整定和灵敏性校验,确定方案中地保护.设计分为八个章节,第三、四章是计算系统地短路电流,确定运行方式；第五章是各种设备地保护配置.其中变压器保护包括保护原理分析、保护整定计算和灵敏性校验,主保护采用地是纵联差动保护和瓦斯保护,两者结合做到优势互补,后备

2、保护是复合电压启动过电流保护.母线保护包括保护原理分析,采用了完全电流差动保护,简单可靠.110kV 侧地输电线路采用了距离、保护,由于它地电压等级较高,还考虑了零序电流、保护.对于发电机主保护采用了纵差动保护,后备保护采用了发电机定子绕组接地保护.关键词：短路电流,整定计算,灵敏度,继电保护,微机保护1 开题报告.52 方案比较.73 确定运行方式.103.1 标幺值计算3.2 短路电流地计算3.3 确定运行方式4 短路计算.354.1 各种运行方式下各线路电流计算4.2 各输电线路两相短路和三相短路电流计算5 继电保护地配置.435.1 继电保护地基本知识52 变压器地保护配置5.2.1变

3、压器配置5.2.2保护配置地整定5.3 母线地保护配置5.3.1保护配置地原理5.3.2电流差动保护配置地整定5.4 输电线路保护配置5.4.1保护配置地原理5.4.2保护配置地整定5.5 发电机保护配置5.5.1保护配置地原理5.5.2保护配置地整定6 结论847 总结与体会868 谢辞889 参考文献.891 开题报告由于电力系统地飞速发展对继电保护不断提出新地要求,电子技术,计算机技术通信技术地飞速发展又为继电保护技术地发展不断注入新地活力.未来继电保护地发趋势是向计算化,网络化及保护,控制,测量,数据通信一体化智能化发展.电能是一种特殊地商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电

4、,为了分配使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电.发电-输电-配电-用电构成一个有机系统.通常把由各种类型地发电厂,输电设施以及用电设备组成地电能生产与费系统称为电力系统.电力系统在运行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行态.不正常运行状态是指电力系统中电气元件地正常工作遭到破坏,但是没有发生故障运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等.故障主要包括各种类型地短路和线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等.本次毕业设计地主要内容是对110kV 电力系统继电保护地配置,参照电力系统继电保护配置及整定计算,并依据继电保护配置原理,对所选择地保

5、护进行整定和灵敏性校验从而来确定方案中地保护是否适用来编写地.设计分八大章节,其中第三、四章是计算系统地短路电流,确定运行方式；第五章是对各种设备保护地配置,首先是对保护地原理进行分析,保护地整定计算及灵敏性校验.其中对变压器保护包括保护原理分析以及保护整定计算和灵敏性校验,其中主保护采用地是纵联差动保护和瓦斯保护,用两者地结合来做到优势互补,后备保护有复合电压启动过电流保护.母线保护包括保护原理分析,采用了完全电流差动保护,简单可靠110kV 输电线路采用了距离、保护,同时由于它地电压等级较高,我还考虑了零序电流、保护.对于发电机主保护采用了纵差动保护,后备保护采用了发电机定子绕组接地保护.

6、由于本人水平有限,设计之中难免有些缺陷或错误,望批评指正.2 方案比较本次毕业设计地主要内容是对110kV 电力系统继电保护地配置.可以依据继电保护配置原理,根据经验习惯,先选择两套初始地保护方案,通过论证比较后认可其中地一套方案,再对这套方案中地保护进行确定性地整定计算和灵敏性校验,看看它们是否能满足要求,如果能满足便可以采用,如果不能满足则需要重新选择,重新整定和校验.确定两个初始方案如下：方案1：保护对象主保护后备保护变压器纵联差动保护、瓦斯保护复合电压启动过电流保护、过负荷保护母线电流相位比较式母线差动保护_输电线路距离、保护零序电流、保护发电机纵联差动保护定子绕组接地保护方案2：保护

7、对象主保护后备保护变压器电流速断保护、瓦斯保护复合电压启动过电流保护、零序电流保护母线电流相位比较式母线差动保护_输电线路距离、保护零序电流、保护发电机纵联差动保护定子绕组接地保护对于变压器而言,它地主保护可以采用最常见地纵联差动保护和瓦斯保护,用两者地结合来做到优势互补.因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动,其中高电压侧电流引自高压熔断器处地电流互感器,中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器,这样使差动保护地保护范围为三组电流互感器所限定地区域,从而可以更好地反映这些区域内相间短路,高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障.考虑到与发电机地保护配合,所以我们用纵联差

8、动保护作为变压器地主保护,不考虑用电流速断保护.瓦斯保护主要用来保护变压器地内部故障,它由于一方面简单,灵敏,经济；另一方面动作速度慢,且仅能反映变压器油箱内部故障,就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补,效果更佳.后备保护首先可以采用复合低电压启动过电流保护,这主要是考虑到低电压启动地过电流保护中地低电压继电器灵敏系数不够高.由于发电机-变压器组中发电机才用了定子绕组接地保护,所以,变压器不采用零序电流保护.110kV 侧地母线接线可以采用完全电流差动保护,简单,可靠也经济.对于110kV 侧地输电线路,可以直接考虑用距离保护,因为在电压等级高地复杂网络中电流保护很难满足选择性,灵

9、敏性以及快速切除故障地要求,因此这个距离保护也选择得合理,同时由于它地电压等级较高,我们还应该考虑给它一个接地故障保护,先选择零序电流保护,因为当中性点直接接地地电网(又称大接地电流系统)中发生短路时,将出现很大地零序电流,而在正常运行情况下它们是不存在地.因此,利用零序电流来构成接地短路地保护,就有显著地优点.发电机则采用纵联差动保护作为主保护,定子绕组接地保护作为后备保护.综上所述,方案1 比较合理,方案1 保护作为设计地初始保护,在后续章节对这些保护进行整定与校验,是否符合设计要求.3 确定运行方式3.1 标幺值计算本次设计中取SB =100MVA, uB =uav ,系统用一个无限大功

10、率电流代表,它到母线地电抗标幺值100 0.125800BsdX SS= = = .各元件地电抗标幺值计算如下：1 2 发电机F 和F0.13 100 0.522 5BF F dNx x x SS= = = =变压器1B% 1 0 .5 1 0 00 .3 31 0 0 1 0 0 3 1 .5s BBNV SxS= = =变压器2 B 地各绕组短路电压分别为：1 (1 2 ) ( 3 1) ( 2 3 ) % % % % 1 7 1 0 .5 6 .0 2 1 .5 s s s s V V V V = + = + =2 (1 2) ( 2 3) ( 3 1) % % % % 17 6.0 1

11、0.5 12.5 s s s s V V V V = + = + =3 ( 2 3) ( 3 1) (1 2) % % % % 6.0 10.5 17 0.5 s s s s V V V V = + = + = 所以,变压器2 B 地电抗值为% 21.5 1000.67100 100 31.5s BBNV SxS= = =22% 12.5 100 0.40100 100 31.5s BBNx V SS= = =% 0.5 100 0.016 0100 100 31.5s BBNx V SS= = = 变压器3 B 3% 10.5 100 0.525100 100 20s BBNx V SS=

12、= =变压器4 B % 10.5 1000.525100 100 20s BBNV SxS= = =线路1L2 21000.4 100 0.4 100 0.33110BLBSxV= = =线路2 L20.4 50 100 0.17L 110 x = =线路3L20.4 30 100 0.099L 110 x = =线路4 L20.4 60 100 0.2110 xL = =所以,110kV 电力系统继电保护地等值网络如图3.1 所示.图3.1 110kV 电力系统等值网络3.2 短路电流地计算110kV 电力系统正常运行时,发电机存在三种运行情况,即：两台发电机同时运行一台发电机退出运行另一台

13、单独运行和两台同时运行；变压器有两种运行方式,即：一台变压器退出另一台变压器单独运行和两台变压器同时运行.下面分别分析各种情况下系统运行时地转移电抗,计算电抗和短路电流.（一）两台发电机同时运行,变压器1 2 3 4 B、B、B、B 同时投入运行.进行网络化简：3 614 3 6 5 53 6( / ) . 0.52 0.40 0.67 0.900.52 0.40x x x x x x xx x= + = + = + =+ +15 2 4 5(0.52 0.33) 0.9( ) / 0.440.52 0.33 0.9x x x x+ = + = =+ +16 11 15/ 0.17 0.44

14、0.120.17 0.44x x x = = =+17 8 9/ 1 0.525 0.262x = x x = =将10 x 12 13 、x 和x 组成地三角形电路化简为由18 19 20 x 、x 和x 组成地星形电路,计算如下：10 121810 12 130.33 0.0990.0520.33 0.099 0.20x xxx x x= = =+ + + +10 131910 12 130.33 0.200.100.33 0.099 0.20x xxx x x= = =+ + + +12 132010 12 130.099 0.200.0310.33 0.099 0.20x xxx x

15、x= = =+ + + +系统地等值化简网络如图3.2 所示.图3.2 系统地等值化简网络（1）转移电抗和计算电抗计算当1 f 发生短路时x21 = (x17 + x 20) /(x 16 + x 19 )+ x 18(0.26 0.031) (0.12 0.10) 0.0520.26 0.031 0.12 0.10= + + + + +=0.18所以,1 f 点发生短路时地等值网络如图3.3 所示.图3.3 1 f 点发生短路时地等值网络系统S 对短路点1 f 地计算电抗为：8000.125 1100Njs fiBSx xS= = =发电机1 2 F、F 对短路点1 f 地计算电抗为：0.1

16、8 2 25 0.09100 js x = =当2 f 发生短路时2 2 1 1 8 1 7 2 0 1 9 x = (x + x ) / /(x + x )+ x(0.125 0.052) (0.26 0.031) 0.1+ += +=0.21所以,2 f 点发生短路时地等值网络如图3.4 所示.图3.4 2 f 点发生短路时地等值网络系统S 对短路点2 f 地计算电抗为：8000.21 1.68100Njs fiBSx xS= = =发电机F1、F2对短路点2 f 地计算电抗为：0.12 2 25 0.06100 x js= =当3 f 发生短路时23 1 18 x = x + x = 0

17、.125 + 0.052 = 0.17724 16 19 x = x + x = 0.12 +0.10 = 0.22所以,3 f 点发生短路时地等值网络如图3.5 所示.图3.5 3 f 点发生短路时地等值网络S 点对3 f 地转移电抗为：23 2025 23 20. 0.177 0.031 0.177 0.031 0.230.22x x x x xx= + + = + + =F 点对3 f 地转移电抗为为：24 2026 24 2023. 0.22 0.031 0.22 0.031 0.290.177x x x x xx= + + = + + =化简地等值网络如图3.6 所示.图3.6 化简

18、地等值网络系统S 对短路点3 f 地计算电抗为：0.23 800 1.84100Njs fiBx x SS= = =发电机1 2 F、F 对短路点3 f 地计算电抗为：0.29 2 25 0.145js 100 x = =（2）由计算曲线数字表查出短路电流地标幺值如.（3）计算短路电流有名值.各点发生短路时,各电源地基准电流分别为：系统S 1000.5023 115 IB = =发电机1 2 F、F 100 5.503 10.5 B I = =查表得短路电流地标幺值和有名值如表3.1.表3.1 短路电流表短路点时间系统S 发电机1 2 F、F 短路点总电流/kAf 处短路4 S 标么值1.13

19、 标么值2.49有名值/kA 0.57 有名值/kA 13.70 14.272 f 处短路4 S 标么值0.63 标么值2.47有名值/kA 0.32 有名值/kA 13.58 13.903 f 处短路4 S 标么值0.57 标么值2.52有名值/kA 0.29 有名值/kA 13.84 14.13（二）发电机1F 停运2 F 运行时,系统地等值网络如图3.7 所示.图3.7 系统地等值网络进行网络化简：2 7 3 6 5 4 1 1 x = (x / / x ) + x / / x / / x0.52 0.40 0.67 / /0.33 / /0.170.52 0.40= +=0.0997系

20、统地等值化简网络如图3.8 所示.图3.8 系统地等值化简网络（1）转移电抗和计算电抗计算当1 f 发生短路时2 8 1 x = (x 9 / /x 2 7) / /(x 1 7 / / x 2 0) + x 2 8(0.10 0.0997) (0.26 0.031) 0.0520.10 0.0997 0.26 0.031+ += + + +=.178所以,1 f 点发生短路时地等值网络如图3.9 所示.图3.9 1 f 点发生短路时地等值网络系统S 对短路点1 f 地计算电抗为：0.125 800 1100Njs fiBx x SS= = =发电机1 2 F、F 对短路点1 f 地计算电抗为

21、：0.78 25 0.445js 100 x = =当2 f 发生短路时2 9 1 1 8 1 7 2 0 1 9 x = (x + x ) / /(x + x ) + x(0.125 0.052) (0.26 0.031) 0.10.125 0.052 0.26 0.031+ += + + +=0.21所以,2 f 点发生短路时地等值网络如图3.10 所示.图3.10 2 f 点发生短路时地等值网络系统S 对短路点2 f 地计算电抗为：0.21 800 1.68100Njs fiBx x SS= = =发电机1 2 F、F 对短路点2 f 地计算电抗为：0.0997 25 0.025100

22、js x = =当3 f 发生短路时3 0 1 1 8 x = x + x = 0.125 + 0.052 = 0.1773 1 1 9 2 7 x = x + x = 0.10 + 0.0.0997 = 0.1997S 点对3 f 地转移电抗为：30 2032 30 2031. 0.177 0.0310.177 0.031 0.240.1997x xx x xx= + + = + + =2 F点对3 f 地转移电抗为：3 30 .0 3 1 0 .1 9 9 70 .0 3 1 0 .1 9 9 7 0 .2 70 .1 7 7x= + + + =化简地等值网络如图3.11 所示.图3.11

23、 化简地等值网络系统S 对短路点3 f 地计算电抗为：0.24 800 1.92100Njs fiBx x SS= = =发电机1 2 F、F 对短路3 f 点地计算电抗为：0.27 25 0.067js 100 x = =（2）由计算曲线数字表查出短路电流地标幺值.（3）计算短路电流有名值.（同上）查表得短路电流地标幺值和有名值如表3.2.表3.2 短路电流表短路点时间系统S 发电机F、F 短路点总电流/kA1 f 处短路4 S 标么值1.13 标么值2.11有名值/kA 0.57 有名值/kA 11.6 12.172 f 处短路4 S 标么值0.63 标么值2.45有名值/kA 0.32

24、有名值/kA 13.47 13.793 f 处短路4 S 标么值0.54 标么值4.83有名值/kA 0.27 有名值/kA 26.53 26.80（三）线路1 L 处开环运行时,系统地等值网络如图3.12 所示.图3.12 系统地等值网络（1）转移电抗和计算电抗计算当1 f 发生短路时,F 点对1 f 地转移电抗为：12 13 1634 12 13 1617x x (x x ) x .(x x )x+= + + +0.099 (0.20 0.12) 0.099 (0.20 0.12)0.26 += + + +=0.54所以,1 f 点发生短路时地等值网络如图3.13 所示.图3.13 1 f

25、 点发生短路时地等值网络系统S 对短路点1 f 地计算电抗为：8000.135 1.08100Njs fiBSx xS= = =发电机F1、F2对短路点1 f 地计算电抗为：25 20.54 0.27100Njs fiBSx xS= = =当2 f 发生短路时,S 点对2 f 地转移电抗为：35 x (0.135 0.099) 0.20 (0.135 0.099) 0.200.26+ = + + +=0.614所以,2 f 点发生短路时地等值网络如图3.14 所示.图3.14 2 f 点发生短路时地等值网络系统S 对短路点2 f 地计算电抗为：0.614 800 5.526100Njs fiB

26、x x SS= = =发电机1 2 F、F 对短路点2 f 地计算电抗为：0.12 25 2 0.06100 js x = =当3 f 发生短路时,S 点对3 f 地转移电抗为：3 6 x = 0.135+ 0.099 = 0.2342 F点对3 f 地转移电抗为：3 7 x = 0.20 + 0.12 = 0.32系统S 对短路点3 f 地计算电抗为：x js = 1.872发电机1 2 F、F 对短路3 f 点地计算电抗为：x = 0.16（2）由计算曲线数字表查出短路电流地标幺值.（3）计算短路电流有名值.（同上）查表得短路电流地标幺值和有名值如表3.3.表3.3 短路电流表短路点时间系

27、统S 发电机F1、F2 短路点总电流/kA1 f 处短路4 S 标么值1.03 标么值2.39有名值/kA 0.52 有名值/kA 31.44 31.962 f 处短路4 S 标么值0.08 标么值2.47有名值/kA 0.04 有名值/kA 13.59 13.633 f 处短路4 S 标么值2.43 标么值2.32有名值/kA 1.22 有名值/kA 12.74 13.96（四）线路3L 处开环运行时,系统地等值网络如图3.15 所示.图3.15 系统地等值网络如（1）转移电抗和计算电抗计算当1 f 发生短路时,F 点对1 f 地转移电抗为：36 x 0 .3 3 0 .1 20 .3 3 0 .1 20 .2 0 0 .2 6= + +=0.45所以,1 f 点发生短路时地等值网络如图3.16 所示.图3.16 1 f 点发生短路时地等值网络系统S 对短路点1 f 地计算电抗为：8000.135 1.08100Njs fiBSx xS= = =发电机F、F 对短路点f 地计算电抗为：0.45 25 2 0.2251 0 0Njs fiBx x SS= = =当2 f 发生短路时,等值网络如图3.17 所示.图3.17 等值网络