电力系统继电保护课程设计.docx

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1、电力系统继电保护课程设计继电保护原理课程设计任务书一课程设计指导书35110千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算。 进行步骤1短路电流及残余电压计算考虑到35110千伏单电源环形网络相间短路保护有可能采用带方向或不带方向的电流电压保护，因此在决定保护方式前，必须较详细地计算各短路点短路时，流过有关断路器的短路电流和保护安装处的残余电压。然后根据计算结果，在满足“继电保护和安全自动装置技术规程”和题目给定的要求的条件下，尽可能采用最简单的保护方式。计算及的步骤及注意事项如下。系统运行方式的考虑除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式下，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时流过保

2、护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值和保护的灵敏度。在需采用电流电压联锁速断保护时，还必须考虑介于最大和最小之间的系统运行方式。 表1 流经某一保护的短路点的考虑 为了绘制和曲线，每一线路上的短路点至少要取三点，即线路的始端、中点和末端三点。一般为了简化计算取此三点即可。短路点确定之后，即标上、.等符号。短路类型的考虑由于设计系相间短路保护的整定计算，因此，在最大系统运行方式下，应计算三相短路电流用于整定保护动作，而在最小系统运行方式下，计算两相短路电流，用于计算保护的灵敏系数。在介于最大和最小之间的系统运行方式，则根据需要计算或。的计算选用三相短路或两相短路进行计算

3、均可，因为对保护所采取的残余线电压而言，。和列表为了便于整定计算时，查找每一点短路保护安装处的和，必须将计算结果列成表。如表1形式的表格。其中运行方式、短路点和短路类型的考虑如前述。流过保护的应考虑后备保护的计算需要，即除列入本线路各点短路时流过保护的外，还要列入相邻线路各点短路时流过保护的。列表与相似。计算和时，用标幺值还是用直接有名值，学生可自行选择，或指导教师指定。计算中电压一律采用平均电压。2保护方式的考虑及整定计算采用什么保护方式，主要视其能否满足规程及题目给定的要求决定。能满足要求时，所采用保护就算合格，不能满足要求时，就必须采取措施使其符合要求或改用其他保护方式。选用保护方式时，

4、应首先考虑采用最简单的保护，以提高保护的可靠性。当采用简单保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，还必须检验与相邻设备的保护之间能否保证选择性和速动性的要求。当采用的保护不能很好的满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸装置来校正选择性或加速保护动作。当灵敏性不能满足要求时，在满足速动性的前提下，可考虑利用保护的相继动作，以提高保护的灵敏性。在用保护的动作时限或电流、电压整定值能保证选择性时，不要采用方向元件以简化保护。后备保护的必须互相配合，要保证上一元件保护的动作电流大于下一元件保护的动作电流，且要留有一定的裕度，以保证选择性。整定计算结果与灵敏度校验应列成如表2和表3的形式以

5、备查。表2 整定计算结果备注1一次值二次值3拟接线图为了锻炼学生拟接线图及看图能力，课程设计中要求每个学生要自拟一个断路器的保护接线图。要求绘制三相原理接线图及展开图。在图上必须标出电流互感器及方向继电器的极性。同时还必须选出所用继电器的型号规格和统计出数量，并用表格列出。4整理说明书 说明书应包括下列部分。设计题目和计算。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，以及计算时应考虑的其他因素。计算结果用表格列出外，并须列出计算时采用的公式及计算举例。没有必要列出每个计算值的计算过程。保护方式的选择及整定计算结果。这一部分要求说明选用保护方式的原则，每个保护的整定计算条件，并用表格

6、列出整定计算结果。整定计算时所采用的整定计算公式及各种系数的数值也应列出。不必详细列出各个保护的整定计算过程，但必须举例说明计算方法。附表3 灵敏度校验结果备注1近后备远后备对保护的评价。这一部分主要是根据“继电保护和安全自动装置技术规程”及题目给定的要求，从选择性、灵敏性、速动性及可靠性四个方面评价所采用保护的质量。当某一方面不能满足要求时，要分析它可能产生的后果，并提出补救措施。接线图及设备清单。绘制一个断路器保护的原理接线图及展开图。用表格列出该保护需用设备的型号、规格及数量。二、时间分配1. 和计算 16小时2.保护方式选择及整定计算 30小时3.拟绘接线图 8小时4.整理说明书 16

7、小时合计 70小时三、题目110千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算已知：1.网络接线如图1所示；2.网络中各线路均采用带方向或不带方向的电流电压保护，所有变压器均采用纵差动保护作为主保护，变压器均为Y，d11接线；3.发电厂的最大发电容量为350兆瓦，最小发电容量为250兆瓦；4.网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行；5.允许的最大故障切除时间为0.85秒；6.110千伏断路器均采用型断路器，它的跳闸时间为0.050.08秒；7.线路AB、BC、AD和CD的最大负荷电流分别为230、150、230和140安，负荷自起动系数=1.5；8.各变电所引出线上后备保护的动作时间如图1

8、所示，t=0.5秒；9线路的正序电抗均为每公里0.4欧；10.电压互感器的变比=110000/100；11其他参数见图1。试决定：1保护1、3、5、7的保护方式，以及它们的、和；2保护5或4的接线图。并对本网络所采用的保护进行评价。110千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算已知：1. 网络的接线图如图2所示；2所用变压器及母线均装有纵差动保护；3负荷的自起动系数=1.3；4其他参数见题条件及图2标示。设计要求：决定断路器1、3、5与7的相间短路的保护方式；校验保护的灵敏度；绘制断路器7的保护装置的原理接线图及展开图，并列出设备清单；对所选用的保护方式进行评价。 图中母线E、F、G各个条出线

9、过流保护的动作时限均为1.8秒。 110KV单电源环形网络相间短路保护的整定计算摘要通过此次课程设计，要求我们理解这次课程设计的课题内容，熟悉并掌握电力系统的三段式保护，能看懂电力系统网络图，查阅其他资料了解电流互感器和电压互感器的选择，以及主保护和后备保护的配置等，进一步理解了继电保护的重要性，及其对继电保护的选择的原则有了进一步的理解。关键词电流保护、单电源、整定计算目录第一章 计算网络各参数11.1、计算方法11.2、基准值确定11.3、电机参数的计算11.4变压器参数的计算21.5输电线路参数的计算2第二章 运行方式的选定原则3第三章 短路电流的计算4第四章 线路保护的确定64.1线路

10、保护配置的一般原则64.2保护等效电路图64.3线路AC段1QF整定74.4线路CB段5QF整定84.5线路BA段3QF整定104.6线路CD段6QF整定11第五章 保护5的接线图115.1 原理接线图115.2交流回路展开图115.3直流回路展开图12第六章 保护的评价13第八章 设计心得15参考文献16第一章 计算网络各参数1.1、计算方法计算短路电流时，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。 标么值计算法 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。

11、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，在使用此方法计算短路电流时，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。1.2、基准值确定基准功率：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。1.3、电机参数的计算(1)发电机G1、G2电抗标幺值计算XG1* = XG2*=Xd1Sd/Sn=0.132100/50=0.264(2)发电机G3电抗标幺

12、值计算XG3*=Xd3Sd/Sn= 0.129100/50=0.2581.4变压器参数的计算(1)变压器T1、T2等值电抗计算XT1*= XT2=UK% Sd/SN)=0.317 变压器T3等值电抗计算XT3=UK% Sd/SN)=0.167 变压器T4、T5、T6、T7等值电抗计算XT4=XT5=XT6=XT7=XT8=UK% Sd/SN)=0.5251.5输电线路参数的计算Z*LAB=Z*LABSd/U2d=0.460100/1.52=1.181Z*LBC=Z*LBCSd/U2d=0.440100/1.52=0.121Z*LCD=Z*LCDSd/U2d=0.425100/1.52=0.07

13、6Z*LCA=Z*LCASd/U2d=0.490100/1.52=0.272第二章 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，灵敏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敏度一定能满足要求。 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。 最小运行方式在相

14、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。最大运行方式下的最小电源阻抗 Zsmin=(0.264/2+0.317/2)(0.258+0.167)=0.2910.452=0.179最小运行方式下的最大电源阻抗 Zsmin=0.264/2+0.317/2=0.291 第三章 短路电流的计算3.1 等值阻抗图为计算动作电流，应该计算最大运行方式下的三相短路电流，为检验灵敏度要计算最小运行方式下的两相

15、短路电流。为计算1QF、3QF、5QF、7QF的整定值，根据系统图可知，最大运行方式要求2QF断开，等值阻抗图如下： 3.2、K1点发生短路I(3)k1=Id/ =0.736KAI(2)k1=I(3)k10.732/2=0.637KA3.3、K2点发生短路I(3)k2=Id/ =0.878KAI(2)k2=I(3)k20.732/2=0.760KA3.4、K3点发生短路I(3)k3=Id/ =1.113KAI(2)k3=I(3)k30.732/2=0.964KA3.5、K4点发生短路I(3)k4=Id/ =2.804KAI(2)k4=I(3)k40.732/2=0.428KA3.6、K5点发生

16、短路I(3)k5=Id/ =0.953KAI(2)k5=I(3)k50.732/2=0.825KA第四章 线路保护的确定4.1线路保护配置的一般原则考虑经济的优越性：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110KV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范围，如果系统在最小运行方式下运行的几率不大的情况下，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。对于110KV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

17、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。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，继保装置可靠且不动作，但单元或线路变压器组的情冰况除外。 110KV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、电压回路和直流电源彼此独立；每一套全线速动保护对全线路内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

18、毫秒；对远端故障不大于30毫秒。考虑系统的运行方式：110KV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。4.2保护等效电路图保护1、3、5、7的等效电路图如下图所示4.3线路AC段1QF整定1、瞬时电流速断保护线路AC末端的最大三相短路电流I(3)KCMAX=1.113KA取Krel=1.3，则保护1的电流保护第I段动作电流为 Iop1=Krel*IK=1.31.113=1.447KA保护范围的校验 最小运行方式下，AB线路X处两相短路的电流为：IK=UN/2(Zsmax+X%Z*LCA)=2.428KAX%ZLAB=UN/2I

19、kmin-Zsmax=110/2*0.96-0.291*132.25=18.569X%=18.569/(0.272*132.25)=10.2%<15%灵敏度不满足要求，可采用电流电压联锁保护来提高保护的灵敏度。2、带时限电流速断保护:与保护3的第I段相配合保护3的电流保护第I段动作电流为IkCMAX=1.08KAIop3=Krel*IkCMAX=1.30.878=1.141KA取Krel=1.1，则 Iop1=KrelIop3I=1.11.141=1.256KA动作时限为t1=t3I+t=t=0.5灵敏度校验本线路AC末端的最小两相短路电流IKBMIN(2)=0.964KA故Ksen=IK

20、BMIN(2)/Iop1=0.964/1.256<1.3灵敏度不满足要求，可与保护5的电流保护第II段相配合。3、定时限过电流保护的整定计算 动作电流的整定 取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kst=1.5 Iop1III=KrelIIIKst/KreILMAX=1.21.5/1.85230=487.1A动作时限为t1III=t3III+t=1+2t=2s 灵敏度校验 作近后备时，按本线路AC末端的最小两相短路电流IKBMIN(2)来校验，即Ksen=IKBMIN(2)/Iop1III=0.964/0.4871=1.9>1.5 作远后备时，按相邻线路CB末端的最小两相短路电流

21、IKCMIN(2)来校验，Ksen=IKCMIN(2)/Iop1III=0.760/0.4871=1.6>1.2 4.4线路CB段5QF整定1、瞬时电流速断保护线路CB末端的最大三相短路电流I(3)KBMAX=0.878KA取Krel=1.3，则保护5的电流保护第I段动作电流为 Iop1=Krel*I(3)KBMAX=1.30.878=1.141KA保护范围的校验 最小运行方式下，AB线路X处两相短路的电流为： IK=UN/2(Zsmax+X%Z*LCA)=0.760KAX%ZLCB=Un/2Ikmin-Zsmax=110/2*0.760-0.291*132.25=33.912X%=33.

22、912/(0.121*132.25)=212%>15%2、带时限电流速断保护:与保护5的第I段相配合 保护5的电流保护第I段动作电流为IkBMAX=0.736KAIop5=Krel*IkBMAX=1.30.736=0.957KA取Krel=1.1，则 Iop1=KrelIop3I=1.10.957=1.052KA动作时限为t5=t3I+t=t=0.5s灵敏度校验 本线路AC末端的最小两相短路电流IKBMIN(2)=0.946KA故Ksen=IKBMIN(2)/Iop1=0.946/1.052=0.899<1.3灵敏度不满足要求，可与保护3的电流保护第II段相配合。3定时限过电流保护的整

23、定计算 动作电流的整定 取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kst=1.5Iop5III=KrelIIIKst/KreILMAX=1.21.5/1.85150=317.6A动作时限为t1III=t3III+t=1+2t=2s灵敏度校验作近后备时，按本线路CB末端的最小两相短路电流IKBMIN(2)来校验，即Ksen=IKBMIN(2)/Iop1III=0.760/0.4871=1.6>1.5 作远后备时，按相邻线路BA末端的最小两相短路电流IKAMIN(2)来校验，Ksen=IKCMIN(2)/Iop1III=0.637/0.4871=1.6>1.2 4.5线路BA段3QF整定

24、保护3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，第二段按过负荷的方式整定，所以不需要第三段1、瞬时电流速断保护线路CB末端的最大三相短路电流I(3)KBMAX=0.736KA取Krel=1.3，则保护5的电流保护第I段动作电流为 Iop1=Krel*I(3)KBMAX=1.30.736=0.957KA保护范围的校验 最小运行方式下，AB线路X处两相短路的电流为： IKAMAX=UN/2(Zsmax+X%Z*LBA)=0.637KAX%ZLBA=UN/2Ikmin-Zsmax=110/2*0.637-0.291*132.25

25、=47.857X%=44.857/(0.181*132.25)=200%>15%2、过负荷保护的整定计算 动作电流的整定 取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kst=1.5 Iop3III=KrelIIIKst/KreILMAX=1.21.5/0.85230=487.1A动作时限为t3II=0s 灵敏度校验 作近后备时，按本线路BA末端的最小两相短路电流IKAMIN(2)来校验，即Ksen=IKAMIN(2)/Iop5III=0.627/0.4871=1.287<1.5 4.6线路CD段7QF整定保护7在网络的末端，所以不存在与下级保护的配合问题，其速断保护的整定电流按躲过本线

26、路的最大负荷电流来整定，保护线路全长，第二段按过负荷的方式整定，所以不需要第三段1、瞬时电流速断保护线路CD末端的最大三相短路电流I(3)KDMAX=0.953KA取Krel=1.3，则保护5的电流保护第I段动作电流为 Iop5=Krel*I(3)KDMAX=1.30.953=1.239KA保护范围的校验 最小运行方式下，AB线路X处两相短路的电流为： IKAMAX=UN/2(Zsmax+X%Z*LCD)=0.825KAX%ZLCD=UN/2Ikmin-Zsmax=110/2*0.964-0.291*132.25=22.537X%=22.537/(0.076*132.25)=224%>15

27、%2、过负荷保护的整定计算 动作电流的整定 取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kst=1.5 Iop3III=KrelIIIKst/KreILMAX=1.21.5/0.85140=296.5A动作时限为t6II=0s 灵敏度校验 作近后备时，按本线路BA末端的最小两相短路电流IKDMIN(2)来校验，即Ksen=IKDMIN(2)/Iop5III=0.825/0.2965=3.2>1.5 第五章 保护5的接线图5.1 原理接线图5.2交流回路展开图5.3直流回路展开图第六章 保护的评价一个继电保护装置的好坏，主要是从它的选择性、灵敏性、速动性及可靠性等方面衡量的。1、选择性 电流

28、速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路和相邻下一线路的后备保护。实际上，电流速断保护I段常常不能通过灵敏度的校验，主要是因为系统运行方式变化比较大，在最小运行方式下，保护I段往往没有保护范围，为此，常使用电流电压联锁保护代替电流速断保护，实现I段的主保护。本设计中，为了保证选择性，采用了功率方向元件，并通过上下级之间的配合实现了保护的选择性。2、速动性 电流电压保护第一段及第二段共同作为线路的主保护，能满足网络主保护的速动性要求。而第三段保护则因为越接近电源，动作时间越长，有时动作时间长达好几秒，因

29、而一般情况下只能作为线路的后备保护。3、灵敏度 电流保护的灵敏度因系统运行方式的变化而变化。一般情况下能满足灵敏度要求。但在系统运行方式变化很大，线路很短和线路长而负荷重等情况下，其灵敏度可能不容易满足要求，甚至出现保护范围为零的情况。三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。缺点是它的灵敏度受保护方式和短路类型的影响，此外在单侧电源网络中才有选择性。 4、可靠性 电流保护的电路构成，整定计算及调试维修都较为简单，因此，它是最可靠的一种保护。 计算整定过程的几个注意点： 单电源环形网络的相间短路保护可采用带方向或不带方向的电流电压保护，因此在决定保护方式前，必须详细

30、地计算短路点短路时，渡过有关保护的短路设备要求，设备各路电流和保护安装处的残余电压，然后根据计算结果和题目的要求条件下，尽可能采用简单的保护方式。 2系统运行方式的考虑除了发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时渡过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值灵敏度。 3在求不同保护的整定值和灵敏度时，应该注意短路点的选择。 4后备保护的动作电流必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电流大于下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度，以保证选择性。 第八章 设计心得理解这次课程设计的课题内容，熟悉并掌握电力系统的三段式保护

31、，能看懂电力系统网络图，查阅其他资料了解电流互感器和电压互感器的选择，以及主保护和后备保护的配置等，心得如下： 进一步理解了继电保护的重要性，及其对继电保护的选择的原则有了进一步的理解。而在三段式电流保护满计算中，根据系统网络图分析，来确定系统运行的最大方式和最小方式，1QF、3QF、5QF的整定要在2QF断开的情况下求得最大短路电流，然后在进行整定计算，三段式整定计算中出现灵敏系数不能满足要求，当发生内部故障时可能启动不了。可以考虑进一步延伸限时电流速断的保护，或降低本线路限时电流速断保护的整定值，以保证灵敏性。 这次课程设计虽然花了我很多的精力和时间，但是我觉得这是很直得的，我通过这一次作

32、业，让我更深刻理解了理论上的东西，也可以说是学以致用了。我觉得这不仅仅是在教我们如何去实践理论上的知识，更重要的是教会了我们应用知识的一种方法，我认为我们之所以要上学，是因为我们需要一种思维，一种会不断发现问题然后不断去解决问题的思维，这是解决我们自立根生的根本方法。我相信通过这次课程设计都会让我们有进一步的成长。参考文献1. 崔家佩. 电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.北京：中国电力出版社，20062. 张保会，尹项根. 电力系统继电保护.中国电力出版社，20103. 韩笑. 电气工程专业毕业设计指南：继电保护分册. 北京：中国水利水电出版社，20034. 李光琦.电力系统暂态分析.北京：中国电力出版社，20075中华人民共和国国家标准化委员会. GB/T 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程