110kV继电保护课程设计.docx

1、110kV继电保护课程设计 课 程 设 计课题：110kV电网继电保护设计及分析 前 言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。它可以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，防止或减轻设备损坏。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。

2、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。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。随着我国电力工业的迅速发展，各大电力系统的容量和电网区域不断扩大。为适应大电网发展的需要，相继出现超高压电网和大容量机组，致使电网结构日趋复杂，电力系统稳定问题日益突出，因此对电力系统继电保护提出了更高的要求。继电保护装置可视为由测量部分、逻辑部分和执行部分等部分组成

3、。对作用于跳闸的继电保护装置，在技术上有四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础。在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的绝大部分工作也是围绕着如何处理好这四个基本要求之间的辨证统一关系而进行的。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，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

4、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”保护装置等。本次设计是根据电力系统继电保护原理进行设计的，主要是110KV电网继电保护的设计。本设计共分六章：第一章 系统中各元件的主要参数的计 算；第二章 输电线路上的CT.PT变比的选择及中性点接地的选择；第三章

5、短路电流的计算；第四章 电力网相间距离保护的配置和整定计算；第五章 电力网零序电流保护的配置和整定计算；第六章 自动重合闸的选择。本次设计巩固了我所学过的专业理论知识，使我对电力系统和继电保护有了更加深刻的理解和认识！第一章 系统中各元件的主要参数的计算已知基准值为:MVA KV 则有:A 1.1 发电机参数的计算发电机的电抗有名值计算公式： （1-1）发电机的电抗标幺值计算公式： （1-2）式中： 发电机次暂态电抗 发电机的额定电压KV (4) 在电网变压器中性点接地的数目和位置不变的条件下，当系统运行方式变化时，零序电流变化较小，因此，零序电流速断保护的保护范围长而稳定。而相间短路电流速断

6、保护，受系统运行方式变化的影响较大。(5) 采用了零序电流保护后，相间短路的电流保护就可以采用两相星形接线方式，并可和零序电流保护合用一组电流互感器，又能满足技术要求，而且接线也简单。应该指出，在110KV及以上电压系统中，单相接地短路故障约占全部故障的80%90%，而其它类型的故障，也往往是由单相接地发展起来的。所以，采用专门的零序电流保护就有其更重要的意义。因而，在大接地电流系统中，零序电流保护获得广泛的应用。但是，零序电流保护也存在一些缺点，主要表现在以下两方面：(1) 于短线路或运行方式变化很大的电网，零序电流保护往往难于满足系统运行所提出的要求，如保护范围不够稳定或由于运行方式的改变

7、需要新整定零序电流保护。（2）220KV及以上电压的电力系统，由于单相重合闸的应用，影响了零序电流保护的正确工作，这时必须增大保护的起动值，或采取措施使保护退出工作，待全相运行后再投入。第二章 电网各个元件参数计算及负荷电流计算2.1基准值选择基准功率：SB=100MVA，基准电压：VB=115V。基准电流：IB=SB/1.732 VB=100103/1.732115=0.502KA；基准电抗：ZB=VB/1.732 IB=115103/1.732502=132.25；电压标幺值：E=E(2)=1.052.2电网各元件等值电抗计算2.2.1输电线路等值电抗计算(1) 线路L1等值电抗计算正序以

8、及负序电抗：XL1= X1L1=0.450=20XL1*= XL1/ ZB=20/132.25=0.1512零序电抗：XL10= X0L1= 3X1L1=30.450=60XL10*= XL10/ ZB=60/132.25=0.4537(2) 线路L2等值电抗计算正序以及负序电抗：XL2= X1L2=0.440=16XL2*= XL2/ ZB=16/132.25=0.121零序电抗：XL20= X0L2= 3X1L2=30.440=48XL20*= XL20/ ZB=48/132.25=0.363(3) 线路L3等值电抗计算正序以及负序电抗：XL3= X1L3=0.490=36XL3*= XL

9、3/ ZB=36/132.25=0.2722零序电抗：XL30= X0L3= 3X1L3=30.490=108XL30*= XL30/ ZB=108/132.25=0.8166(4) 线路L4等值电抗计算正序以及负序电抗：XL4= X1L4=0.425=10XL4*= XL4/ ZB=10/132.25=0.0756零序电抗：XL40= X0L4= 3X1L4=30.425=30XL40*= XL40/ ZB=30/132.25=0.22682.2.2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)(VN2103/ SN)40.333XT1*= XT2

10、*=XT1/ ZB=40.333/132.25=0.3050(2) 变压器T3等值电抗计算XT3=(UK%/100)(VN2103/ SN)21.175XT3*=XT3/ ZB=21.175/132.25=0.1601(3) 变压器T4、T5、T6、T7等值电抗计算XT4= XT5=XT6= XT7=(UK%/100)(VN2103/ SN)63.5XT6*= XT7* = XT4*= XT5*=0.4802(4) 变压器T8等值电抗计算XT1=(UK%/100)(VN2103/ SN)84.7XT8*= XT8/ ZB=84.7/132.25=0.64052.2.3发电机等值电抗计算(1)发

11、电机G1、G2电抗标幺值计算XG1* = XG2*=Xd1SB/ SG1= Xd1SB COS/ PG1=0.1321000.8/25=0.4224(2)发电机G3电抗标幺值计算XG3*=Xd3SB/ SG3= Xd3SB COS/ PG3=0.1291000.8/50=0.20642.2.4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110KV)IfhB max = IfhCmax = PfhBmax Vav2 / 1.732 U COS=20103/1.7321150.80.1255KA；(2) D母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算(拆算到110KV)Ifh

12、D max = PfhDmax Vav2 / 1.732 U COS=12103/1.7321150.80.0753KA2.2.5 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、P2、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、P2、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、F 2、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

13、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。(5) 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。第三章 短路电流计算3.1电网等效电路图 由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式(三台发电机全部投入,系统环网取开网运行)时各线路未端短

14、路的情况,最小运行方下(三台中最小的一台投入,系统按环网计算)时各线路未端短路的情况。电网等效电路图如图3.1所示图3.1电网等效电路图3.2短路电流计算3.2.1 d1点发生短路时流过断路1(1) d1点短路最大运行方式下等值图如图3.2.1(a)3.2.1(a)d1点短路时最大运行方式下的等值电路图进一步简化后得图3.2.1(b)3.2.1(b)简化图XGT=(XG1+XT1)(XG2+XT2)/(XG1+XT1+XG2+XT2)=0.3637XGT3=XG3+XT3=0.2064+0.1601=0.3665XL=XL1+XL2+XL3=0.1512+0.121+0.2722=0.5444

15、 图3.2.1(b) 正序短路电路图 其中：XdT=XGTXGT3/(XGT+XGT3)=0.36370.3665/(0.3637+0.3665)=0.18255 Xff1=XdT+XL=0.18255+0.5444=0.72695Id1max*=E/Xff1=1.05/0.726951.4444Id1max=Id1max*IB=1.44440.5020.725KA(2)最小运行方式两相短路正序短路电流Xff1=Xd1+XT1XL=0.4224+0.3050+0.5444=1.2718Xff1(2)(2)=Xff1Ifa(1)(2)=Vf(0)/(Xff1Xff1(2)(2)=Vf(0)/2X

16、ff1=1.05/21.2718=0.4128If(2)*=1.732Ifa(1)(2)=1.7320.4128=0.7150If(2)=If(2)*IB=0.71500.502=0.3589KA(3)最大运行方式两相短路零序短路电流.图3.2.1(c)零序短路电路图XTT(0)=XT1(0) /2=0.1525XT(0) =0.15250.1601/(0.1525+0.0.1601)=0.0781XTBL(0) =(0.4536+0.0781)0.2401/(0.4536+0.0781+0.2401)=0.167XTL(0) =(0.2268+0.6405)0.2401/(0.2268+0.

17、6405+0.2401)=0.188XTLB(0) =(0.363+0.167)0.188/(0.363+0.167+0.188) =0.1388Xff1(0)=XL3(0)+XTLB(0)=0.81660.1388=0.9554Iff1(0)*=E(0)/Xff1(0)=1.05/0.9554=1.099Iff1(0)=Iff1(0)*IB=1.0990.502=0.552KA3.2.2 d2发生短路时流过断路2(1)最大运行方式正序短路电流 Xff2=XdT+XL3=0.18255+0.2722=0.45475Id2max*=E/Xff2=1.05/0.454752.309Id2max=I

18、d2max*IB=2.3090.5021.159KA(2)最小运行方式两相短路正序短路电流 X2 =(XL1+XL2)XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2=0.1361Xff2=Xd1+X2=0.18255+0.1361=0.31865If(3)*= E/2Xff1=1.05/20.31865=1.6475If(3)=If(3)*IB=3.2950.502=0.827KAIf(2)*=1.732E/4Xff1=1.7321.05/40.31865=1.429流过断路器1、2、3、4、5和6的短路电流为：If(2)=If(2)*IB=1.4290.502=0.7163KA(3)最

19、大运行方式两相短路零序短路电流,如图3.2.2示图3.2.2短路等值电路XBL(0) =XL1(0)XTB(0)/(XL1(0)+XTB(0)=0.45360.2401/(0.4536+0.2401)=0.157XTL(0) =(XL4(0)+XT8(0)XTC(0)/(XL4(0)+XT8(0)+XTC(0)=0.188XLB(0) =(XL2(0)+XBL(0)XTL(0)/(XL2(0)+XTBL(0)+XTC(0)=0.138Xff2(0) =(XL3(0)+XT(0)XLB(0)/(XL3(0)+XT(0)+XLB(0)=0.1208Iff2(0)*=E(0)/Xff2(0)=1.0

20、5/0.1208=8.692Iff2(0)=Iff2(0)*IB=8.6920.502=4.3634KA3.2.3 d3发生短路时流过断路2(1)最大运行方式正序短路电流Xff3=XdT+XL=0.18255+0.5444=0.72695Id3max*=E/Xff3=1.05/0.726951.4444Id3max=Id3max*IB=1.44440.5020.725KA(2)最小运行方式两相短路正序短路电流Xff3=Xd1+XT1XL=0.4224+0.3050+0.5444=0.9996If(2)*=1.732E/2Xff1=1.7321.05/20.9996=0.9097If(2)=If

21、(2)*IB=0.90970.502=0.4567KA(3)最大运行方式两相短路零序短路电流,如图3.2.3示图3.2.3短路等值电路XTL4(0)=(XL4(0) +XT8)(XL3(0) +XT)/(XL4(0) +XT8+XL3(0) +XT) =(0.2268+0.6405)(0.8166+0.0781)/(0.2268+0.6405+0.8166+0.0781) =0.4404XTL2(0) =(XL2(0)+XTC)XTB/(XL2(0)+XTC+XTB) =(0.363+0.2401)0.2401/(0.363+0.2401+0.2401) =0.1717XBL(0) =XTL4

22、(0)XTL2(0)/(XTL4(0)+XTL2(0)=0.44040.1717/(0.4404+0.1717) =0.1235Xff3(0)=XL1(0)+XBL(0)=0.45360.1235=0.5771Iff3(0)*=E(0)/Xff3(0)=1.05/0.5771=1.819Iff3(0)=Iff3(0)*IB=1.890.502=0.913KA3.2.4 d4点发生短路时流过断路1(1)最大运行方式正序短路电流Xff4=XdT+XL1=0.18255+0.1512=0.33375Id4max*=E/Xff4=1.05/0.333753.146Id4max=Id4max*IB=3.

23、1460.5021.579KA(2)最小运行方式短路正序短路电流X3 =(XL3+XL2)XL1/( XL1+XL2+ XL3)=(0.2722+0.121)0.1512/(0.2722+0.121+ 0.1512)=0.1156Xff2=Xd1+X3=0.18255+0.1156=0.2981If(3)*= E/Xff1=1.05/0.2981=3.522If(3)=If(3)*IB=3.5220.502=1.768KA流过断路器1、4、5的三相短路电流为：If(3)1= If(3)XL1/( XL1+XL2+ XL3)=1.7680.1512/(0.2722+0.121+ 0.1512)=

24、0.491KA流过断路器2、3的三相短路电流为：If2(3)=If(2)*If1(2)= 1.768KA-0.491KA=1.277KAIf(2)*=1.732E/2Xff1=1.7321.05/20.2981=3.0496If(2)=If(2)*IB=3.04960.502=1.531KAIf(2)1*= If(2)*XL1/( XL1+XL2+ XL3)=3.04960.1512/(0.2722+0.121+ 0.1512)=0.847流过断路器1、4、5的短路电流为：If1(2)=If(2)*IB=0.8470.502=0.425KA流过断路器2、3的短路电流为：If2(2)=If(2)

25、*If1(2)= 1.531KA-0.425KA=1.106KA(3)最大运行方式两相短路零序短路电流图3.2.4短路等值电路X2(0) =(XL4(0)+XT8)XTC/(XL4(0)+XT8+XTC) =(0.8166+0.6405)0.2401/(0.8166+0.6405+0.2401) =0.2061X1(0) =(XL1(0)+XT)XTB/(XL1(0)+XT+XTB) =(0.4536+0.0781)0.2401/(0.4536+0.0781+0.2401) =0.1654Xff4(0) =X1(0)(X2(0)+XL2(0)/(X1(0)+XL2(0)+X2(0) =0.16

26、54(0.2061+0.363)/(0.1654+0.2061+0.363) =0.1282Iff4(0)*=E(0)/Xff4(0)=1.05/0.1282=8.193Iff4(0)=Iff4(0)*IB=8.1930.502=4.113KA3.2.5 d4点发生短路时流过断路器2(1)最大运行方式正序短路电流 其中：Xff5=XdT+XL3+XL2=0.18255+0.2722+0.121=0.57575Id5max*=E/Xff5=1.05/0.575751.824Id5max=Id5max*IB=1.8240.5020.9155KA(2)最小运行方式短路正序短路电流X3 =(XL3+X

27、L2)XL1/( XL1+XL2+ XL3)=(0.2722+0.121)0.1512/(0.2722+0.121+ 0.1512)=0.1156Xff2=Xd1+X3=0.18255+0.1156=0.2981If(3)*= E/Xff1=1.05/0.2981=3.522If(3)=If(3)*IB=3.5220.502=1.768KA流过断路器1、4、5的三相短路电流为：If(3)1= If(3)XL1/( XL1+XL2+ XL3)=1.7680.1512/(0.2722+0.121+ 0.1512)=0.491KA流过断路器2、3的三相短路电流为：If2(3)=If(2)*If1(2

28、)= 1.768KA-0.491KA=1.277KAIf(2)*=1.732E/2Xff1=1.7321.05/20.2981=3.0496If(2)=If(2)*IB=3.04960.502=1.531KAIf(2)1*= If(2)*XL1/( XL1+XL2+ XL3)=3.04960.1512/(0.2722+0.121+ 0.1512)=0.847流过断路器1、4、5的短路电流为：If1(2)=If(2)*IB=0.8470.502=0.425KA流过断路器2、3的短路电流为：If2(2)=If(2)*If1(2)= 1.531KA-0.425KA=1.106KA(3)最大运行方式两

29、相短路零序短路电流图3.2.5短路等值电路X50(0) =(XL4(0) +XT8)(XL3(0) +XT)/(XL4(0) +XT8+XL3(0) +XT) =(0.2268+0.6405)(0.8166+0.0781)/(0.2268+0.6405+0.8166+0.0781) =0.4404X32(0) =X50(0)XTC /(X50(0)+XTC)=0.44040.2401/(0.4404+0.2401) =0.1554Xff5(0) =(XL2(0)+ X32(0)XTB/( XL2(0)+ X32(0)+XTB)=0.1641Iff5(0)*=E(0)/Xff5(0)=1.05/

30、0.1641=6.399Iff5(0)=Iff5(0)*IB=6.3990.502=3.212KA3.2.6 d5点发生短路时流过断路器1 (1)最大运行方式正序短路电流其中：Xff6=XdT+XL1+XL2=0.18255+0.1512+0.121=0.45475Id6max*=E/Xff6=1.05/0.454752.309Id6max=Id6max*IB=2.3090.5021.159KA(2)最小运行方式短路正序短路电流X2 =(XL1+XL2)XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2=0.1361Xff6=Xd1+X2=0.18255+0.1361=0.31865If(3)*= E/2Xff1=1.05/20.31865=1.648流过断路器1、2、3、4、5和6的三相短路电流为：If(3)=If(3)*IB=1.6480.502=0.827KAIf(2)*=1.732E/4Xff1=1.7321.05/40.31865=1.429流过断路器1、2、3、4、5和6的二相短路电流为：If(2)=If(2)*IB=1.4290.502=0.7