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1、综合控制系统工程设计说 明 书电网继电保护设计目 录第一章 设计题目3第二章 电网继电保护的配置62.1 电网继电保护的作用62.2 电网继电保护的配置和原理7第三章 继电保护整定计算83.1 继电保护整定计算的与基本任务及步骤83.2 继电保护整定计算的研究与发展状况93.3 继电保护整定计算的计算机实现10第四章d5点短路电流计算104.1三相短路电流计算114.2两相短路电流计算15第五章35kv电网继电保护配置设计215.1对保护5进行整定计算225.2护3进行整定计算245.3对保护1进行整定计算255.4对保护2进行整定计算275.5对保护4进行整定计算295.6对保护6进行整定计
2、算315.7各个短路点的最大短路电流和最小短路电流数据表335.8方案设定34第六章 输电线路继电保护回路设计366.1阶段式电流保护的构成366.2阶段式电流保护的配合376.3三段式电流保护的评价376.4三段式电流保护装置接线图386.5输电线路继电保护回路设计40总结42参考文献43摘要 本次继电保护设计是35KV电网继电保护设计。本文首先介绍了电力系统继电保护的基础知识，根据给定35KV电网的接线图及参数，进行短路电流计算，制定出反应其输电线路上相间短路、接地短路故障的继电保护配置方案。通过对所配置的继电保护进行整定计算和校验，论证继电保护配置的正确性。并加装自动重合闸装置，提高供电
3、可靠性。并对部分输电线路继电保护回路进行了设计。【关键词】 短路电流 电网继电保护 输电线路继电保护 重合闸 第一章 设计题目一、设计题目：电网继电保护设计1原始资料某县有1#和2#两座电站，装机容量分别为和，各以单回输电线路向城关变电所供电。1#电站还以一回联络线经中心变电所与省电网连接。电网的结线示意如下：2主要参数见下表：发电机：额定容量额定电压功率因数暂态电抗标么电抗6308020.333 6308024主变压器：额定容量额定电压接线组别短路电压标么电抗Y，dll7.51Y，dll7.50.754 Y，dll7.50.75Yn, yno, dllX*1=0.55X*2=0X*3=0.3
4、5输电线路：名称导线型号长度（）电抗标么值有名值（）1#-中线1#-城线2#-城线 最大运行方式：两电站的六台机组全部投入运行，中心变电所在地母线上的系统等值标么电抗为。城关变电所总负荷为（侧），由1#电站供给、2#电站供给。剩余的经中心变电所送入系统。 最小运行方式：两电站都只有一台机组投入运行，中心变电所母线上的系统等值标么电抗为城关变电所总负荷为（侧），由1#电站供给、2#电站供给。剩余的经中心变电所送入系统。二、设计目的：1在巩固电力系统继电保护课程所学理论知识的基础上，锻炼学生运用所学知识分析和解决生产实际问题的能力。2通过设计使学生初步掌握继电保护设计的内容、步骤和方法。和应用电力
5、系统继电保护的设计、整定计算、资料整理查询和电气绘图方法。在此过程中培养学生对各门专业课程整体观念综合能力。3通过较为完整的工程实践基本训练，提高计算、制图和编写技术文件的技能。为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。本课程主要设计35KV线路、变压器、发电机继电保护的原理、配置及整定计算，给今后继电保护的工作打下良好的基础。三、设计要求1理论联系实际对书本理论知识的运用和对规程、规范的执行必须考虑到任务书所规定的实际情况，切忌机械地搬套。2独立思考在课程设计过程中，既要尽可能参考有关资料和主动争取教师的指导，也可以在同学之间展开讨论，但必须坚持独立思考，独自完成设计成果。3
6、认真细致在课程设计中应养成认真细致的工作作风，克服马虎潦草不负责的弊病，为今后的工作岗位上担当建设任务打好基础。4按照任务规定的内容和进度完成，整个保护方案应满足任务书中提出的各项要求，可靠性高。保护配置的可行性方案有创新，计算方案正确，按时完成设计任务。5设计说明书内容完整、文字流畅、字迹端正、图纸规范。6 报告要求3000-5000字，电路图由Visio软件绘制，报告由A4纸打印。三课程设计内容本课程设计的内容包括：短路电流计算、电网继电保护配置设计、输电线路继电保护回路设计三部分。1短路电流计算；计算最大短路电流和最小短路电流，为保护配置设计提供必要的基础数据（要求计算d5短路点）。2电
7、网继电保护配置设计；对输电线路进行三段继电保护整定计算，根据计算结果配置继电保护装置推荐出最合理的方案，提交线路三段继电保护配置表和计算书。3输电线路继电保护回路设计；在已有控制和测量回路的条件下设计出装设在1#电站的线1#站至中心变电站的继电保护回路展开式原理图（包括设备表）第二章 电网继电保护的配置继电保护是电网不可分割的一部分，它的作用是当电力系统发生故障时，迅速地有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统的其余部分快速恢复正常运行; 当发生不正常工作情况时，迅速地有选择地发出报警信号，由运行人员手工切除那些继续运行会引起故障的电气设备。可见，继电保护对保证电网安全、稳定和经济运行，阻
8、止故障的扩大和事故的发生，发挥着极其重要的作用。因此，合理配置继电保护装置，提高整定和校核工作的快速性和准确性，对于满足电力系统安全稳定的运行具有十分重要的意义。继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作。不同的部门其整定计算的目的是不同的。对于电网，进行整定计算的目的是对电网中已经配置安装好的各种继电保护装置，按照具体电力系统的参数和运行要求，通过计算分析给出所需的各项整定值，使全网的继电保护装置协调工作，正确地发挥作用。因此对电网继电保护进行快速、准确的整定计算是电网安全的重要保证。2.1 电网继电保护的作用电网在运行过程中，可能会遇到各种类型的故障和不正常运行方式，这些都可能在电网中
9、引起事故，从而破坏电网的正常运行，降低电力设备的使用寿命，严重的将直接破坏系统的稳定性，造成大面积的停电事故。为此，在电网运行中，一方面要采取一切积极有效的措施来消除或减小故障发生的可能性:另一方面，当故障一旦发生时，应该迅速而有选择地切除故障元件，使故障的影响范围尽可能缩小，这一任务是由继电保护与安全自动装置来完成的。电网继电保护的基本任务在于:1有选择地将故障元件从电网中快速、自动切除，使其损坏程度减至最轻，并保证最大限度地迅速恢复无故障部分的正常运行。2反应电气元件的异常运行工况，根据运行维护的具体条件和设各的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。3根据实际情况，尽快自动恢复停电部分
10、的供电。由此可见，继电保护实际上是一种电网的反事故自动装置。它是电网的一个重要组成部分，尤其对于超高压，超大容量的电网，继电保护对保持电网的安全稳定运行起着极其重要的作用。 2.2 电网继电保护的配置和原理电力系统各元件都有其额定参数(电流、电压、功率等)，短路或异常工况发生时，这些运行参数对额定值的偏离超出极限允许范围，对电力设备和电网安全构成威胁。故障的一个显著特征是电流剧增，继电保护的最初原理反应电流剧增这一特征，即熔断器保护和过电流保护。故障的另一特征是电压锐减，相应有低电压保护。同时反应电压降低和电流增大的一种保护为阻抗(距离保护)，它以阻抗降低的多少反应故障点距离的远近，决定保护的
11、动作与否。随着电力系统的发展，电网结构日益复杂，机组容量不断增大，电压等级也越来越高，对继电保护的要求必然相应提高，要求选择性更好，可靠性更高，动作速度更快。因而促进了继电保护技术的发展，使保护的新原理、新装置不断问世。一般来说，电网继电保护装置包括测量部分和定值调整部分、逻辑部分和执行部分。测量部分从被保护对象输入有关信号，与给定的整定值相比较，决定保护是否动作。根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，最后确定保护应有的动作行为，由执行部分立即或延时发出警报信号或跳闸信号。35kV线路保护配置原则 （1）每回35kV线路应按近后备原则配置双套
12、完整的、独立的能反映各种类型故障、具有选相功能全线速动保护 （2）每回35kV线路应配置双套远方跳闸保护。断路器失灵保护、过电压保护和不设独立电抗器断路器的500kV高压并联电抗器保护动作均应起动远跳。 （3）根据系统工频过电压的要求，对可能产生过电压的500kV线路应配置双套过电压保护。 （4）装有串联补偿电容的线路，应采用双套光纤分相电流差动保护作主保护。 （5）对电缆、架空混合出线，每回线路宜配置两套光纤分相电流差动保护作为主保护，同时应配有包含过负荷报警功能的完整的后备保护。 （6）双重化配置的线路主保护、后备保护、过电压保护、远方跳闸保护的交流电压回路、电流回路、直流电源、开关量输入
13、、跳闸回路、起动远跳和远方信号传输通道均应彼此完全独立没有电气联系。 （7）双重化配置的线路保护每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。 （8）线路主保护、后备保护应起动断路器失灵保护。第三章 继电保护整定计算3.1 继电保护整定计算的与基本任务及步骤继电保护整定计算的基本任务，就是要对系统装设的各种继电保护装置进行整定计算并给出整定值。任务的实施需要对电力系统中的各种继电保护，编制出一个整体的整定方案。整定方案通常按两种方法确定，一种是按电力系统的电压等级或设备来编制，另一种按继电保护的功能划分方案来编制。因为各种保护装置适应电力系统运行变化的能力都是有限的，所以继电保护整定方案也不是一成不变
14、的。随着电力系统运行情况的变化(包括基本建设发展和运行方式变化)，当其超出预定的适应范围时，就需要对全部或部分保护定值重新进行整定，以满足新的运行需要.如何获得一个最佳的整定方案，要考虑到继电保护的快速性、可靠性、灵敏性之间求得妥协和平衡。因此，整定计算要综合、辨证、统一的运用。进行整定计算的步骤大致如下:(1) 按继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式，选择短路类型，选择分支系数的计算条件。(2) 进行短路故障计算。(3) 按同一功能的保护进行整定计算，如按距离保护或按零序电流保护分别进行整定计算，选取出整定值，并做出定值图。(4) 对整定结果进行比较，重复修改，选出最佳方案。最后归纳出存在
15、的问题，并提出运行要求。(5) 画出定稿的定值图，并编写整定方案说明书。3.2 继电保护整定计算的研究与发展状况继电保护整定计算的工具和方法随着科学技术的不断进步而不断地改进。无论国际还是国内，就其发展历程而言，大致可归纳为三个阶段:第一阶段是全人工计算阶段。整定人员通过Y/变换简化网络，计算出分支系数和短路电流，在按照整定规则对各种继电保护装置逐一整定，工作难度很大，效率十分低下。第二阶段是半人工计算阶段.即:人工计算十故障电流计算程序。保护定值计算中各种故障电流的分析计算用计算机来完成，保护定值的计算还需要整定人员手工完成.第三阶段是计算机整定阶段。较为成熟可靠的整定计算程序完全取代了整定
16、人员的手工劳动，使继电保护整定计算工作变得准确和快捷。目前，在我国各大电网继电保护整定过程中，计算机的应用还比较少，其主要工作还是由人工来完成的。继电保护整定计算时，一般先对整个电网进行分析，确定继电保护的整定顺序以及各继电器之间的主/从保护顺序，然后应用计算机进行故障计算，按照继电保护的整定规程，在考虑了各种可能发生的故障情况下，获取保护的整定值，同时应注意到各继电器之间的配合关系，以保证继电保护的速动性、选择性和灵敏性的要求。3.3 继电保护整定计算的计算机实现（一）自定义规则的实现。由于在电力系统中，电网结构复杂多变，保护配置和系统运行方式也不是一成不变的，因此，整定规则也日趋复杂很多规
17、则都带有一定的个性，无法适用于所有的电网，整定计算人员希望整定计算软件能够提供一定的人机干预功能，使整定工作变得更加灵活，可靠。例如:可以人为千预网络的断点、保护整定顺序、可靠系数、分支系数等。（二）数据库技术的应用。由于整定计算软件在工作的过程中需要处理形形色色的数据，保存并输出中间计算结果和最终定值，应对用户的各种添加、查询、修改、删除等数据操作，这就要求软件必须具备一个强大的稳定的数据库引擎，再辅以合理的数据结构，来保证这些数据调用的可靠性和快速性。日前，Oracle，Access等大中型数据库系统在继电保护整定计算软件的开发中得到了广泛的应用。总之，继电保护整定计算软件正朝着在线实时化
18、、可视化、智能化、网络化、最优化方向发展，开发人员的任务就是朝着这一目标努力，开发出最能满足用户需求，最能适应现代电力发展的新一代功能强大的继电保护整定计算软件。第四章 d5点短路电流计算短路是电力系统的严重故障。所谓短路,是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。产生短路的原因有以下几个方面：1、元件损坏2、气象条件恶化3、人为事故4、其它在三相系统中可能发生的短路有：1、三相短路 2、两相短路 3、两相接地短路、4单相短路三相短路也称为对称短路,系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。其它类型的短路都是不对称的路。电力系统的运行经验表明,在各种类型的短路中,单相短路占大多数,两
19、相短路较少,三相短路机会最少。从短路计算方法来看,一切不对称短路的计算在采用对称分量法后,都归结为对称短路的计算。短路计算的目的：1、选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数,必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值,还必须知道在网络中的分布情况。有时还要知道系统中某些节点的电压值。2、在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时,为了比较各种不同方案的接线图,确定是否需要采取限制短路电流的措施,都要进行必要的短路电流计算。3、进行电力系统暂态稳定计算,研究短路对用户工作的影响等,也包含有一部分短路计
20、算。4、在实际工作中,根据一定的任务进行短路计算时必须首先确定计算条件。所谓计算条件是指短路发生时系统的运行方式,短路的类型和发生地点,以及短路发生后所采取的措施。4.1三相短路电流计算：最大运行方式：两电站的六台机组全部投入运行，中心变电所在地母线上的系统等值标么电抗为。城关变电所总负荷为（侧），由1#电站供给、2#电站供给。剩余的经中心变电所送入系统。根据题意转换出电抗标么值：X1=0.225 X2=0.55 X3=0 X4=0.35 X5=0.55X6=0 X7=0.35 X8=1.168 X9=0.292 X10=1X11=1 X12=5.33 X13=X14=X15=5.33 X16
21、=0.876X17=X18=0.75 X19=0.75 X20=X21=4排除城关变电所，合并整理其它电抗值得：整理合并得：X25=3.918 X26=1.833整理合并得：进一步得到X27=0.275 X28=0.175合并、星三角等值转换：X29=0.5 X30=7.583 X31=3.547等值电抗转换：X32=0.712X33=10.791X34=5.047解：根据题意解得三相短路电流系统：I*j= 1/X*j = 1/0.712 =1.406I(3)s.max=IjI*j =7.7312#： X*js= X*jSe/Sj = 1.079 查表得：I*e=0.98 I(3)q.max=
22、I ” = I*eSe/1.73Up =0.5411#： X*js= X*jSe/Sj = 0.757 查表得：I*e=1.353 I(3)j.max=I ” = I*eSe/1.73Up =1.1154.2两相短路电流计算最小运行方式：两电站都只有一台机组投入运行，中心变电所母线上的系统等值标么电抗为城关变电所总负荷为（侧），由1#电站供给、2#电站供给。剩余的经中心变电所送入系统。 1、两相短路电流正序电抗化简：最小运行方式下转换的电抗标么值：X1=0.35 X2=0.55 X3=0 X4=0.35 X5=0.55 X6=0X7=0.35 X8=1.168 X9=0.292 X10=1 X
23、12=5.33X16=0.876 X19=0.75 X20= 4合并得：X21=0.275 X22=0.175 X23=5.918 X24=6.33整理、合并得X25=0.625 X26=8.178 X27=8.751整理、合并得X28=0.825X29=10.805X30=11.562、两相短路电流负序电抗化简：最小运行方式下转换的负序电抗标么值：X1=0.35 X2=0.55 X3=0 X4=0.35 X5=0.55X6=0 X7=0.35 X8=1.168 X9=0.292 X10=1 X12=5.33 X16=0.876 X19=0.75 X20= 4整理、合并得X21=0.275 X
24、22=0.175 X23=5.918 X24=6.33整理、合并得X25=0.625X26=3.568整理、合并得X27=4.736X28=0.552整理、合并得X29=Xf=0.727、合并附加电抗，得出电抗图整理、合并得出X31=0.826X32=10.804X33=11.562解：根据题意解得三相短路电流系统：I*j= 1/X*j = 1/1.661 =0.602Is=IjI*j =3.310I(3)s.min= 1.73Is5.7332#电站：X*js= X*jSe/Sj = 1.163 查表得：I*e=0.911 I ” = I*eSe/1.73Up =0.25 I(3)q.min=
25、1.73I ” = 0.4331#电站： X*js= X*jSe/Sj = 0.815 查表得：I*e=1.265 I ” = I*eSe/1.73Up =0.261 I(3)j.min=1.73I ” = 0.452 第五章 35kv电网继电保护配置设计根据下图对各保护进行整定：分别对单侧电源进行保护的整定：、对下面单侧电源进行保护整定：5.1对保护进行整定计算5.1.1 保护的段Xs.max=0.866( Es/I(2)d3.min ) = 23.81Xs.min= Es/I(3)d3.max = 16.5Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 20.155Iop5
26、=Krel I(3)d4.max=0.9204检验：Lmin=1/X1(0.866Es/ Iop5Xs.max) =9.280.15L 故满足要求；Iop5=0.733Uop5=11.4265.1.2 保护的段Ksen= I(2)d4.min/ Iop51.3 (满足要求)故：Iop5= I(2)d4.min/ Ksen0.395 top5top5+t0.5s 5.1.3 保护的段Iop5KrelKss IL.max /Kre=0.367 灵敏度校验：近后备：Ksen = I(2)d4.min/ Iop51.4 1.3远后备：Ksen = I(2)d8.min/ Iop56.3 1.2满足要求
27、top5top5+t2s 5.2护进行整定计算5.2.1 保护的段Iop3=Krel I(3)d3.max=1.554Xs.max=0.866( Es/I(2)d2.min ) = 19.723Xs.min= Es/I(3)d2.max = 12.777Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 16.75检验：Lmin=1/X1(0.866Es/ Iop3Xs.max) =19.5460.15L故不满足要求；采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算：Lmain = 0.75L = 7.5 km电流元件的动作电流：Iop3= Es/( Xs.main+ X1 Lmain)=0.
28、940低电压元件的动作电压：Uop3=1.73Iop3 X1 Lmain=4.884最小运行方式时的保护区：Lmin = (0.866EsXs.min Iop3)/ X1 Iop3=30.78故不满足要求,所以不设段；5.2.2 保护的段Iop3Kph Iop5=0.8063检验：Ksen= I(2)d3.min/ Iop3=0.8181.5故满足要求；top3top5+t1s 5.2.3 保护的段IopKrelKss IL.max /Kre=0.298 灵敏度校验：近后备：Ksen = I(2)d3.min/ Iop32.607 1.5远后备：Ksen = I(2)d4.min/ Iop31
29、.725 1.5满足要求top3top5+t2.5s 5.3对保护进行整定计算5.3.1 保护的段Iop1=Krel I(3)d2.max=1.128 Xs.max=0.866( Es/I(2)d1.min ) = 8.605Xs.min= Es/I(3)d1.max = 6.845Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 7.725检验：Lmin=1/X1(0.866Es/ Iop1Xs.max) =19.40.15L 故满足要求；5.3.2 保护的段Kfz.min=( Id3.min xt+ Id3.min jh )/ Id3.min xt = 1.28Iop1Kph
30、 Iop3/ Kfz.min =0.373 检验：Ksen= I(2)d2.min/ Iop1=3.841.5故满足要求；top1top3+t0.5s 5.3.3 保护的段IopKrelKss IL.max /Kre=0.298 灵敏度校验：近后备：Ksen = I(2)d2.min/ Iop14.812 1.5远后备：Ksen = I(2)d3.min/ Iop12.033 1.5满足要求top1top3+t3s B、对下面单侧电源进行保护整定：5.4对保护进行整定计算解：根据题意所得：Xs.max=0.866( Es/I(2)d3.min ) = 43.28Xs.min= Es/I(3)d
31、3.max = 19.44Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 31.365.4.1 保护的段Iop2=Krel I(3)d1.max=0.7728 检验：Lmin=1/X1(0.866Es/ Iop2Xs.max) =48.271.3故不满足要求；采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算：Lmain = 0.75L = 30 km电流元件的动作电流：Iop2= Es/( Xs.main+ X1 Lmain)=0.493 低电压元件的动作电压：Uop2=1.73Iop2 X1 Lmain=10.1 最小运行方式时的保护区：Lmin = (0.866EsXs.max Iop
32、2)/ X1 Iop5=15.063kmLmin0.15L 故不满足要求,所以不设段；5.4.2 保护的段Ksen= I(2)d1.min/ Iop21.3 (满足要求)故：Iop2= I(2)d1.min/ Ksen0.249 top2top2+t0.5s 5.4.3 保护的段Iop2KrelKss IL.max /Kre=0.298 灵敏度校验：近后备：(取本线路末端)Ksen = I(2)d1.min/ Iop21.08 1.3满足要求top5top5+t2s 5.5对保护进行整定计算解：根据题意所得：Xs.max=0.866( Es/I(2)d3.min ) = 79.741Xs.mi
33、n= Es/I(3)d3.max = 53.54Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 66.6415.5.1 保护的段Iop4=Krel I(3)d2.max=0.4512 检验：Lmin=1/X1(0.866Es/ Iop4Xs.max) =24.89350%L故满足要求；最小运行方式时的保护区：Lmin = (0.866EsXs.mas Iop4)/ X1 Iop2=48.618km故不满足要求,所以不设段；5.5.2 保护的段Kfz.min=( Id2.min xt+ Id2.min jh )/ Id2.min xt = 1.913Iop4Kph Iop.xl/
34、 Kfz.min =0.494 检验：Ksen= I(2)d2.min/ Iop4=0.7921.3故满足要求；top4top2+t0.5s 5.5.3 保护的段Iop4KrelKss IL.max /Kre=0.298 灵敏度校验：近后备：Ksen = I(2)d2.min/ Iop40.7561.3远后备：Ksen = I(2)d1.min/ Iop40.5691.3远后备：Ksen = I(2)d1.min/ Iop41.141.2故满足要求top3top5+t2.5s 5.6对保护进行整定计算5.6.1 保护的段Iop6=Krel I(3)d3.max=0.4788 Xs.max=0.
35、866( Es/I(2)d4.min ) = 69.03Xs.min= Es/I(3)d4.max =43.69Xs.main= 0.5(Xs.max + Xs.min) = 56.36检验：Lmin=1/X1(0.866Es/ Iop6Xs.max) =3.7625故不满足要求；采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算：Lmain = 0.75L = 22.5 km电流元件的动作电流：Iop6= Es/( Xs.main+ X1 Lmain)=0.3125 低电压元件的动作电压：Uop6=1.73Iop6X1 Lmain=4.871 最大运行方式时的保护区：Lmax =( Xs.max Uop6)/ X1 (UpUop6)=16.559 km最小运行方式时的保护区：Lmin = (0.866EsXs.mas Iop6)/ X1 Iop6=24.576故不满足要求,所以不设段；5.6.2 保护的段与保护4的段配合：Iop6Kph Iop4/ Kfz.min =0.158 检验：Ksen= I(2)d3.min/ Iop6=1.4681.3故满足要求；top6t
