继电保护课程设计图文精.docx

1、继电保护课程设计图文精 电 力 系 统 继 电 保 护 原 理课 程 设 计作者姓名学 号指导教师所在院系专业班级第一章 绪论 2 第 1.1节 电力系统继电保护概论 2 第 1.2节 继电保护的构成与分类 3第二章 数据分析 3 第 2.1节 数据的分析和整理 3 第 2.2节 继电保护的作用 . 4 第 2.3节 计算系统中个原元件主要参数 4 第 2.4节 节元件参数一览表 5 第 2.5节 输电线路 PT 和 CT 的选择 10第三章 短路电流计算 11 第 3.1节 短路计算的目的规定和步骤 11 第 3.2节 运行方式的确定 11 第 3.3节 短路电流周期计算 12第四章 电力网

2、电流保护整定和灵敏度检验 23 第 4.1节 对继电保护装置的基本要求 23 第 4.2节 电流保护整定计算 24第五章 电力网相间距离保护整定计算与灵敏度检验 29 第 5.1节 继电保护的基本要求 29 第 5.2节 距离保护整定计算 30第六章 电力网零序继电保护整定计算 35 第 6.1节 概述 35 第 6.2节 零序电流保护整定计算 36 第 6.3节 零序接地距离保护 38第七章 高频保护的整定 40第八章 自动重合闸装置的配置 43 第 7.1节 自动重合闸的作用和要求 43 第 7.2节 自动重合闸的配置 43附录 44 参考文献 48第一章 绪 论第 1.1节 电力系统继电

3、保护概论从科学技术的角度,电力系统继电保护隶属于电力系统及其自动化专业领域;从工业生产 的角度,电力系统继电保护是电力工业的一个必不可少的组成部分,担负着保障电力系统安全 运行的重要职责。继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。 继电保护技术是一个完整的电力技术理论体 系。它主要由电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计与继电保护运行及 维护等技术构成。1.1.1 继电保护的基本概念电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源,电力系统的安全稳定运行对国民经 济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。电力系统由各种电气元件组成。这里电气 元件是一个常用术语,它泛指电力系统中

4、的各种在电气上的独立看待的电气设备、线路、器具 等。由于自然环境,制造质量运行维护水平等诸方面的原因,电力系统的各种元件在运行中不 可能一直保持正常状态。因此,需要有专门的技术为电力系统建立一个安全保障体系,其中最 重要的专门技术之一就是继电保护技术。1.1.2 继电保护的基本作用电力系统继电保护的基本作用是:在全系统范围内,按指定分区实时的检测各种故障和不 正常运行状态,快速及时地采取故障隔离或告警等措施,以求最大限度地维持系统的稳定,保 持供电的连续性,保障人身的安全,防止或减轻设备的损坏。1.1.3继电保护装置的基本任务(1 自动、 迅速、 有选择地将故障元件从电力系统中切除并最大限度地

5、保证其他无故障部分 恢复正常运行;(2能对电气元件的不正常运行状态作出反应,并根据运行维护规范和设备承受能力动作, 发出告警信号,或减负荷,或延时跳闸;(3条件许可时,可采取预定措施,尽快地恢复供电和设备运行。由于最初的继电保护装置是又机电式继电器为主构成的, 故称为继电保护装置。 尽管现代继 电保护装置已发展成为由电子元件或微型计算机为主构成的,但仍沿用次名称。目前常用继电 保护一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。1.1.4 电网继电保护的设计原则关于电网继电保护的选择在“技术规程”中已有具体的规定,一般要考虑的主要规则为: (1 电力设备和线路必须有主保护和后备保护

6、, 必要时增加辅助保护, 其中主保护主要考 虑系统稳定和设备安全;后备保护主要是考虑主保护和断路器拒动时用于故障切除;辅助保 护是补充前二者的不足或在主保护退出时起保护作用;(2 线路保护之间或线路保护与设备保护之间应在灵敏度、 选择性和动作时间上相互配合, 以保证系统安全运行;(3 对线路和设备所有可能的故障或异常运行方式均应设置相应的保护装置, 以切除这些 故障和给出异常运行的信号;(4 对于不同电压等级的线路和设备,应根据系统运行要求和技术规程要求 , 配置不 同的保护装置 . 一般电压等级越高 , 保护的性能越高越完善 , 如 330KV 以上线路或设备的主保 护采用“双重化”保护装置

7、等。1.1.5继电保护的基本原理为了完成上述第一个任务,继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状 态还是发生了故障,是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能,需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。电力系统发生故障后,工频电气量变化的主要特征是:(1电流增大。短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增 大至大大超过负荷电流。(2 电压降低。 当发生相间短路和接地短路故障时, 系统各点的相间电压或相电压值下降, 且越靠近短路点,电压越低。(3电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数 角,一

8、般约为 20,三相短路时,电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的,一般为 6085, 而在保护反方向三相短路时, 电流与电压之间的相位角则是 180+(6085 。 (4 测量阻抗发生变化。 测量阻抗即测量点 (保护安装处 电压与电流之比值。 正常运行时, 测量阻抗为负荷阻抗;金属性短路时,测量阻抗转变为线路阻抗,故障后测量阻抗显著减小, 而阻抗角增大。不对称短路时, 出现相序分量, 如两相及单相接地短路时, 出现负序电流和负序电压分量; 单相接地时,出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。第 1.2节 继电保护的构成与分类1.2.1 继电保护装置的构成继电保护装置

9、可视为由测量部分、逻辑部分和执行部分等部分组成,各部分功能如下。 (1测量部分测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量,并与已给定的整定值进行比较,根据比 较的结果,判断保护是否应该启动的部件。(2逻辑部分逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组 合,使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑关系工作,最后确定是否应该使断路器跳闸或发 出信号,并将有关命令传给执行部分的部件。(3执行部分执行部分是根据逻辑部分传送的信号, 最后完成保护装置所担负的对外操作的任务的部件。 如检测到故障时,发出动作信号驱动断路器跳闸;在不正常运行时发出告警信号;在正常运行 时,不产

10、生动作信号。1.2.2 继电保护的分类常用继电保护的分类方法有以下几种:(1按被保护对象的类别,继电保护分为线路保护和设备保护等俩种。(2按保护原理可,继电保护可以分为电流保护,电压保护,距离保护(基于线路阻抗 , 差动保护,纵联保护,方向保护及负(零序保护。(3按故障或不正常运行的类型,继电保护可以分为相间短路保护,接地故障保护,匝间 短路保护,断线保护,失步保护,失磁保护及过励磁保护等。(4按继电保护的实现技术,继电保护可分为机电型保护,整流型保护,晶体管型保护, 集成电路型保护及微机型保护等。(5按故障继电保护的职责和重要性,继电保护可分为主保护和后备保护。(6按继电保护测量值和整定值之

11、间的关系,继电保护可分为过量继电保护装置和欠量继电保护装置。第二章 数据分析第 2.1节 数据的分析和整理电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是,电力系统的组成元件数量 多,结构各异,运行情况复杂,覆盖的地域辽阔。因此,受自然条件、设备及人为因素的影响, 可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见,危害最大的是各种型式的短路。为此, 还应设置以各级计算机为中心,用分层控制方式实施的安全监控系统,它能对包括正常运行在 内的各种运行状态实施控制。这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。本次设计按照设计要求对原始数据进入分析整理可知:本次设计按照设计要求对原始数据进 入分析整理

12、可知:本次设计包括两个发电厂和三个变电站, 两个 220KV 的变电所之间采用了双 回架空线联接, 220KV 系统视作无限容量系统,其内阻抗为零。第 2.2节 继电保护的作用继电保护装置,就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态,并动作于 断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是:(1 当电力系统中发生短路故障时, 继电保护能自动地、 迅速地和有选择性地动作,使断 路器跳闸,将故障元件从电力系统中切除,以系统无故障的部分迅速恢复正常运行,并使故障 的设备或线路免于继续遭受破坏。(2 当电气设备出现不正常运行情况时, 根据不正常运行情况的种类和设备运行维护条件, 继电保

13、护装置则发出信号,以便由值班人员及时处理,或由装置自动进行调整。由此可见, 继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运 行的可靠性, 最大限度地保证向用户安全供电。 在现代的电力系 统中, 如果没有专门的继 电保护装置,要想维持系统的正常运行是根本不可能的。第 2.3节 计算系统中个原元件主要参数2.3.1标幺值参数计算需要用到标幺值或有名值, 在实际的电力系统中, 各元件的电抗表示方法不统一, 基值也不一样。 如发电机电抗, 厂家给出的是以发电机额定容量 N S 和额定电压 N U 为基值的标 幺电抗 Xd (% ;而输电线路电抗,通常是用有名值。在标幺制中,单个

14、物理量均用标幺值来表示,标幺值的定义如下:标幺值 =实际有名值(任意单位 /基准值(与有名值同单位显然,同一个实际值,当所选的基准值不同是,其标幺值也不同。所以当诉说一个物理量的标 幺值是,必须同时说明起基准值多大,否则仅有一个标幺值是没意义的。当选定电压、电流、阻抗、和功率的基准值分别为 B U 、 B I 、 B Z 和 B S 时 , 相应的标幺值 为B U U U /*= (2-1B I I I /*= (2-2B Z Z Z /*= (2-3B S S S /*= (2-4浙江工业大学信息学院电气工程及其自动化5使用标幺值 , 首先必须选定基准值 . 电力系统的各电气量基准值的选择

15、, 在符合电路基本关 系的前提下 , 原则上可以任意选取。四个物理量的基准值都要分别满足以上的公式。因此,四个基准值只能任选两个,其余两 个则由上述关系式决定。 至于先选定哪两个基准值, 原则上没有限制; 但习惯上多先选定 B U 和B S 。这样电力系统主要涉及三相短路的 B I , B Z 可得 :B B B U S I 3/= (2-5B B B B B S U I U Z /2= (2-6B U 和 B S 原则上选任何值都可以,但应根据计算的内容及计算方便来选择。通常 B U 多选为额定电压或平均额定电压。 B S 可选系统的或某发电机的总功率; 有时也可取一整数, 如 100、 1

16、000MVA 等。2.3.2标幺值的归算 精确的计算法, 再标幺值归算中, 不仅将各电压级参数归算到基本级, 而且还需选取同样的基准值来计算标幺值。1 将各电压级参数的有名值按有名制的精确计算法归算到基本级, 再基本级选取统一的电压基 值和功率基值。2 各电压级参数的有名值不归算到基本值而是再基本级选取电压基值和功率基值后将电压基值 向各被归算级归算, 然后就在各电压级用归算得到的基准电压和基准功率计算各元件的标幺值。 近似计算:标幺值计算的近似归算也是用平均额定电行计算。标幺值的近似计算可以就在各 电压级用选定的功率基准值和各平均额定电压作为电压基准来计算标幺值即可。第 2.4节 元件参数一

17、览表(1变压器参数的有名值由 书中可知,短路电抗标幺值等于短路电压 %100T Vs X =; 1. 变压器 T1:由表 1-1-1的参数表可得11*12*13%T T X X -+= 11*13*23%T T X X -+=浙江工业大学信息学院电气工程及其自动化 612*13*8%T T X X -+=由上面方程可得 11*14%T X -=, 12*1%T X -=-, 13*9%T X -=有名值:221111*22014%56.467120N T T N V X X S -=221212*2201%4.033120N T T N V X X S -=-=-221313*2209%36.

18、3120N T T N V X X S -=2. 变压器 T2由表 1-1-1的参数表可得21*22*13%T T X X -+= 21*23*23%T T X X -+= 22*23*8%T T X X -+=由上面方程可得 21*14%T X -=, 22*1%T X -=-, 23*9%T X -=有名值:222121*22014%13550N T T N V X X S -=222222*2201%9.6850N T T N V X X S -=-=-222323*2209%87.1250N T T N V X X S -=3. 变压器 T3由表 1-1-1的参数表可得31*32*10

19、.5%T T X X -+= 31*33*17.5%T T X X -+= 32*33*6.5%T T X X -+=由上面方程可得 31*10.75%T X -=, 32*0.25%T X -=-, 33*6.75%T X -=有名值:223131*11010.75%41.29431.5N T T N V X X S -=浙江工业大学信息学院电气工程及其自动化7223232*1100.25%0.9631.5N T T N V X X S -=-=-223333*1106.75%25.92931.5N T T N V X X S -=(2线路参数的有名值计算线路采用钢芯铝绞线,等边三角形排列线

20、间距离 D=6m。 因此可得互几何间距 6eq D D m =自几何间距 (0.770.9 S D r =;在此取 0.88S D r = 由表 1-1-2线路参数表可得线路参数的有名值线路 T1 T2(L1/L2:0.880.8822.400.59.856S D r mm =线路电抗:1260000.1445lg0.1445lg0.4024/9.856eq SD x Km D -= 线路电阻取:120.1198/r Km -= 线路电纳:666127.587.5810102.77810/lg lg 22.40.5eqb S Km r-= 线路总阻抗:121212( 150(0.11980.4

21、024 17.9760.36Z l r jx j j -=+=+=+ 线路总电纳:6412121502.778104.16710B l b S -= 线路 T1 T3(L3: 0.880.8818.880.58.3072S D r mm =线路电抗:1360000.1445lg0.1445lg0.4131/8.3072eq SD x Km D -=线路电阻取:130.1592/r Km -= 线路电纳:666137.587.5810102.70410/lg lg18.880.5eq b S Km r-= 线路总阻抗:131313( 100(0.15920.4131 15.9241.31Z l

22、r jx j j -=+=+=+ 线路总电纳:6413131002.704102.70410B l b S -=线路 T2 T3(L4:0.880.8817.100.57.524S D r mm =浙江工业大学信息学院电气工程及其自动化8线路电抗:2360000.1445lg0.1445lg0.4193/7.524eq SD x Km D -= 线路电阻取:230.1939/r Km -= 线路电纳:666237.587.5810102.66310/lg lg 17.100.5eqb S Km r-= 线路总阻抗:232323( 80(0.19390.4193 15.51233.544Z l

23、r jx j j -=+=+=+ 线路总电纳:642323802.663102.130410B l b S -=(3标幺值的计算基准值选择:V B(I=220KV; V B(II=110KV; V B(III=38.5KV; S B =120MVA ; 线路阻抗基准值:22( 110100.833120B II B BV Z S = 变压器标幺值计算:变压器 T1:110.14T x -=; 120.01T x -=-; 130.09T x -=变压器 T2:222212( 2( 1202200.140.140.33622050B T T B I T N S V x V S -=; 22120

24、0.010.02450T x -=-=-; 231200.090.21650T x -= 变压器 T3:223312( 3( 1201100.10750.10750.4111031.5T B T B II T N V S x V S -=;321200.00250.009531.5T x -=-=-; 331200.06750.25731.5T x -= 线路标幺值计算: 正序电阻:11(117.970.178100.833L L B R R Z = 同理:2(10.178L R =; 3(10.158L R =; 4(10.154L R = 正序电抗:11(160.360.599100.83

25、3L L B X X Z = 同理:2(10.599L X =; 3(10.41L X =; 4(10.333L X =负序电阻:1(20.178L R =; 2(20.178L R =; 3(20.158L R =; 4(20.154L R = 负序电抗:1(20.599L X =; 2(20.599L X =; 3(20.410L X =; 4(20.333L X =浙江工业大学信息学院电气工程及其自动化9零序电阻:1(00.624L R =; 2(00.624L R =; 3(00.553L R =; 4(00.538L R = 零序电抗:1(02.097L X =; 2(02.097L

26、 X =; 3(01.434L X =; 4(01.164L X =变压器的选择 变压器参数表 变压器 阻抗 计算表 (2线路选择钢芯铝绞线,三相线等边三角形排列 第 2.5节 输电线路 PT 和 CT 的选择2.5.1 电流互感器的作用电流互感器将高压回路中的电流变换为低压回路中的小电流,并将高压回路与低压回路隔 离,使他们之间不存在电的直接关系。额定的情况下,电流互感器的二次侧电流取为 5A ,这样可使继电保护装置和其它二次回路 的设计制造标准化。继电保护装置和其它二次回路设备工作于低电压和小电流,不仅使造价降低,维护方便, 而且也保证了运行人员的安全。注意:电流互感器二次回路必须有一点接

27、地,否则当一,二次击穿时,造成威胁人身和设 备的安全。(2电流互感器的选择和配置(1型号:电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择。(2一次电压:Ug=UnUg-电流互感器安装处一次回路工作电压Un-电流互感器的额定电压(3一次回路电流:I1n IgmaxIgmax 电流互感器安装处一次回路最大电流I1n 电流互感器一次侧额定电流。(4准确等级:用于保护装置为 0.5级,用于仪表可适当提高。(5二次负荷:S2 SnS2-电流互感器二次负荷Sn-电流互感器额定负荷 (6线路上 CT 的选择:CT 选择原则 :采用最大极限电流选择选择结果如下表所示: 电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例

28、的变换为较低的电压,实现了二次系统与一 次系统的隔离,保证了工作人员的安全。电压互感器二次侧电压通常为 100V , 这样可以做到测量仪表及继电器的小型化和标准化。(4电压互感器的配置原则(1型式:电压互感器的型式应根据使用条件选择,在需要检查与监视一次回路单相接地时,应选用三相五柱式电压互感器或具有三绕组的单相互感器组。(2一次电压的波动范围:1.1UnU10.9Un(3二次电压:100V(4准确等级:电压互感器应在哪一准确度等级下工作,需根据接入的测量仪表 . 继电器与自动装置及 设备对准确等级的要求来确定。(5二次负荷:S 2 Sn输电线路上 PT 变比的选择结果:110KV 侧 PT 选择 型号 JCC-110 变比 110000/3:100/3:100第三章 短路电流计算第 3.1节 短路计算的目的 规定和步骤3.1.1短路电流计算的目的:(1在选择电气主接线时,为了比较各种接线方案,或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等,均需进行必要的短路电流计算。(2在选择电气设备时,为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作,同时又力求节约资金,这就需要进行全面的短路电流计算。例如:计算某一时刻的短路电流有效值,用以效验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值,计算短路后较长时间短路电流