《电力系统继电保护》课程设计.doc

目 录前言21 运行方式的选择31.1 运行方式的选择原则31.1.1 发电机、变压器运行方式选择的原则31.1.2 变压器中性点接地选择原则31.1.3 线路运行方式选择原则31.1.4 流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择31.1.5 选取流过保护的最大负荷电流的原则41.2 本次设计的具体运行方式的选择41.3电流互感器变比的选择51.4电压互感器变比的选择52电网各元件参数计算及负荷电流计算52.1基准值选择52.2电网各元件等值电抗计算53短路电流计算73.1电网等效电路图73.2短路电流计算73.3短路计算结果114电流保护计算115距离保护整定计算125.1距离保护整定计算所用公式125.2电网线路参数135.3断路器7qf的距离保护整定计算及灵敏度校验135.4断路器1qf的距离保护整定计算及灵敏度校验145.5断路器4qf的距离保护整定计算及灵敏度校验165.6断路器2qf的距离保护整定计算及灵敏度校验175.7整定计算结果186保护4三段式电流保护原理接线图19参考文献20致 谢21前言电力系统继电保护作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的电力系统继电保护这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。1 运行方式的选择1.1 运行方式的选择原则1.1.1 发电机、变压器运行方式选择的原则(1)一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故障；当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。对水电厂，还应根据水库运行方式选择。(2)一个发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量最大的一台停用。1.1.2 变压器中性点接地选择原则(1)发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要接地。(2)自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。(3)t接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。(4)为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后再断开，这种情况不按接地运行考虑。1.1.3 线路运行方式选择原则(1)一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，另一条线路又故障的方式。(2)双回路一般不考虑同时停用。1.1.4 流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择(1)相间保护对单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大短路电流出现在最大运行方式；而最小短路电流，则出现在最小运行方式。对于双电源的网络，一般（当取z1=z2时）与对侧电源的运行方式无关，可按单侧电源的方法选择。对于环状网络中的线路，流过保护的电大短路电流应选取开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一线线路上。而对于小短路电流，则应选闭环运行方式，同时再合理停用该保护背后的机组、变压器及线路。(2)零序电流保护对于单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大零序短路电流与最小零序电流，其选择方法可参照相间短路中所述，只需注意变压器接地点的变化。对于双电源的网络及环状网，同样参照相间短路中所述，其重点也是考虑变压器接地点的变化。1.1.5 选取流过保护的最大负荷电流的原则 选取流过保护的最大负荷电流的原则如下：(1)备用电源自动投入引起的增加负荷。(2)并联运行线路的减少，负荷的转移。(3)环状网络的开环运行，负荷的转移。(4)对于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增加负荷。1.2 本次设计的具体运行方式的选择电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。因此，在对继电保护进行整定计弊之前，首先应该分析运行方式。这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。因此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。现结合本次设计具体说明如下，系统的最大运行方式是所有设备全部投入运行，系统最小运行方式为发电机g1和g2投入，发电机g3停运。断路器1qf最大运行方式：发电机g1、g2、g3全投入，线路l1停；最小运行方式：发电机g3停，线路全部运行。断路器2qf最大运行方式：发电机g1、g2、g3全投入，线路l3停；最小运行方式：发电机g3停，线路全部运行。断路器4qf最大运行方式：发电机g1、g2、g3全投入，线路l3停；最小运行方式：发电机g3停，线路全部运行。断路器7qf最大运行方式：发电机g1、g2、g3全投入，线路全部运行；最小运行方式：发电机g3停，线路全部运行。1.3电流互感器变比的选择通过断路器1qf最大负荷电流为230a,电流互感器变比nta1=300/5=60通过断路器2qf最大负荷电流为230a,电流互感器变比nta2=300/5=60通过断路器4qf最大负荷电流为150a,电流互感器变比nta4=200/5=40通过断路器7qf最大负荷电流为140a,电流互感器变比nta7=150/5=301.4电压互感器变比的选择线路l1、l2、l3、l4电压等级为110kv，因此电压互感器变比ntv=110000100=11002电网各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 i b=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(1) 线路l1等值电抗计算正序以及负序电抗：xl1= x1l1=0.460=24xl1*= xl1/ zb=24/132.25=0.1815零序电抗：xl10= x0l1= 3x1l1=30.460=72xl10*= xl10/ zb=72/132.25=0.5444(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=0.1029零序电抗：xl20= x0l2= 3x1l2=30.440=48xl20*= xl20/ zb=48/132.25=0.3629(3) 线路l3等值电抗计算正序以及负序电抗：xl3= x1l3=0.495=38xl3*= xl3/ zb=38/132.25=0.2873零序电抗：xl30= x0l3= 3x1l3=30.495=114xl30*= xl30/ zb=114/132.25=0.8620(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=0.2268(1) 变压器t1、t2等值电抗计算xt1= xt2=(uk%/100)(vn2103/ sn)38.41xt1*= xt2*=xt1/ zb=38.41/132.25=0.2904(2) 变压器t3等值电抗计算xt3=(uk%/100)(vn2103/ sn)20.167xt3*=xt3/ zb=20.167/132.25=0.1525(3) 变压器t4、t5、t6、t7等值电抗计算xt4= xt5 =(uk%/100)(vn2103/ sn)60.5xt6= xt7=(uk%/100)(vn2103/ sn)38.41xt4*= xt5*=0.4575xt6*= xt7* =0.2904(4) 变压器t8等值电抗计算xt8=(uk%/100)(vn2103/ sn)40.33xt8*= xt8/ zb=40.33/132.25=0.30493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，系统环网开网运行）时各线路末端短路的情况，最小运行方式（三台中较小的两台投入，系统按环网计算）时各线路末端短路的情况。电网等效电路图如图3.1所示。图3.1电网等效电路图系统最大电抗：xsmax=0.44882+0.31752=0.38315系统最小电抗：xsmin=(0.44882+0.31752)0.2193+0.1667=0.19233.2短路电流计算3.2.1 断路器1qf（k6点发生短路）1)最大运行方式：发电机g1、g2、g3全投入，线路l1停图3.2 最大运行方式1qf阻抗图电抗标幺值：短路电流：ka2)最小运行方式：发电机g3停，线路全部运行图3.3 最小运行方式1qf阻抗图电抗标幺值：短路电流：ikcmin=3ib/2xq1*min=30.5020ka/20.5265=0.83ka3.2.2断路器2qf（k3点发生短路）1)最大运行方式：发电机g1、g2、g3全投入，线路l3停图3.4 最大运行方式2qf阻抗图电抗标幺值：xq2*max=(0.44882+0.31752)(0.2193+0.1667)+0.1815=0.3738短路电流：ikbmax=ib/xq2*max=0.5020ka/0.3738=1.34ka2)最小运行方式：发电机g3停，线路全部运行图3.5 最小运行方式2qf阻抗图电抗标幺值：xq2*min=(0.44882+0.31752)+0.1815=0.56465短路电流：ikbmin=3ib/2xq2*min=30.5020ka/20.56465=0.77ka3.2.3断路器4qf（k5点发生短路）1)最大运行方式：发电机g1、g2、g3全投入，线路l3停图3.6 最大运行方式4qf阻抗图电抗标幺值：xq4*max=(0.44882+0.31752)(0.2193+0.1667)+0.1815+0.121=0.4948短路电流：ikcmax=ib/xq4*max=0.5020ka/0.4948=1.01ka2)最小运行方式：发电机g3停，线路全部运行图3.7 最小运行方式4qf阻抗图电抗标幺值：短路电流：3.2.4 断路器7qf（k7点发生短路）1)最大运行方式：发电机g1、g2、g3全投入，线路全部运行图3.8 最大运行方式7qf正序阻抗图电抗标幺值：xq7*max=0.44882+0.317520.2193+0.1667+0.1815+0.1210.2722+0.0756=0.4112短路电流：ikdmax=ib/xq7*max=0.5020ka/0.4112=1.22ka2)最小运行方式：发电机g3停，线路全部运行图3.9 最小运行方式7qf正序阻抗图电抗标幺值：短路电流：3.3短路计算结果表3-1 短路的计算结果短路计算最大运行方式最小运行方式保护1（k6） 1.05ka0.83ka保护2（k3）1.34ka0.77ka保护4（k5）1.01ka0.82ka保护7（k7）1.22ka0.72ka4电流保护计算1.保护1整定值：最小范围校验：0由此可知保护1采用电流保护不满足要求2.保护2整定值：iset2=krelikbmax=1.31.34ka=1.742ka最小范围校验：lmin=(3e/2iset2-xsmaxzb)/x1=(3115/(321.742)-0.38315132.25)/0.4=-59.62km0由此可知保护2采用电流保护不满足要求3.保护4整定值：iset4=krelikcmax=1.31.01ka=1.313ka最小范围校验：lmin=(3e/2iset4-xsmaxzb)/x1=(3115/(321.313)-0.38315132.25)/0.4=-17.20km0由此可知保护4采用电流保护不满足要求4.保护7整定值：iset7=krelikdmax=1.31.22ka=1.586ka最小范围校验：lmin=(3e/2iset7-xsmaxzb)/x1=(3115/(321.586)-0.38315132.25)/0.4=-24.02km0由此可知保护7采用电流保护不满足要求为110kv中性点直接接地单电源环网，在配置保护时不必考虑瞬时切除全线路每一点的故障。在选择相间故障的保护时，首先考虑采用采用电流保护，经以上计算表明，断路器1qf、2qf、4qf、7qf均不能采用电流保护，因此，选择阻抗保护作为相间故障、接地故障时的保护。5距离保护整定计算5.1距离保护整定计算所用公式（1）距离段整定阻抗：zset=krelzl，其中krel=0.80.85（2）距离段整定阻抗1）与相邻线路距离保护段相配合：zset=krel(zl+kbminzset)，其中krel=0.82）与相邻变压器的快速保护相配合：zset=krel(zl+kbminzt)，其中krel=0.70.753）灵敏度校验：kset=zset/zl1.25（3）距离段整定阻抗（按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定）1）整定值(采用全阻抗继电器)： zset=krelksskrezlmin其中zlmin=0.90.95unilmax，krel=0.80.85, kss=1.5, kre=1.151.252）灵敏度校验作为近后备时：ksen1=zsetzl1.5作为远后备时：ksen2=zset/(zl+kbmaxznext)1.2（4）二次动作值：zset(2)=nta/ntvzset(1)5.2电网线路参数5.3断路器7qf的距离保护整定计算及灵敏度校验（1）距离段整定值：zset7=krelzl4=0.8510=8.5二次动作值：zset72=nta7ntvzset7=3011008.5=0.23（2）距离段与变压器t8的保护相配合分支系数：kbmin=1整定值：zset7=krelzl4+kbminzt=0.7(10+10.3333132.25)=37.85灵敏度：kset=zset7/zl4=37.85/10=3.781.25灵敏度满足要求二次动作值：zset72=nta7ntvzset7=30110037.85=1.03（3）距离段分支系数：kbmax=1最小负荷阻抗：zlmin=0.9unilmax=0.91150.14=739.28整定值： zset7=krelksskrezlmin=0.8739.28/(1.51.15)=342.85灵敏度：作为近后备时：ksen1=zset7zl4=342.85/10=34.281.5作为远后备时：ksen2=zset7/(zl4+kbmaxzt)=342.85/(10+10.3333132.25)=6.341.2二次动作值：zset72=nta7ntvzset7=301100342.85=9.355.4断路器1qf的距离保护整定计算及灵敏度校验（1）距离段整定值：二次动作值：（2）距离段1）与保护7的距离保护段相配合分支系数：kbmin=1整定值：2）与变压器t6、t7的快速保护相配合分支系数：kbmin=1-xt6*/(xt6*+xt7*)=1-0.5=0.5整定值： 选取以上整定值中较小的进行灵敏度校验灵敏度：灵敏度不满足要求3）与保护7的距离保护段相配合分支系数：kbmin=1整定值： 灵敏度：灵敏度满足要求二次动作值： （3）距离段分支系数：kbmax=1+xl3*/(xl1*+xl2*)=1+0.2722/(0.1815+0.121)=1.9最小负荷阻抗：zlmin=0.9unilmax=0.91150.23=450整定值： zset1=krelksskrezlmin=0.8450/(1.51.15)=208.70灵敏度：作为近后备时：作为远后备时：二次动作值：zset12=nta1ntvzset1=601100208.7=11.385.5断路器4qf的距离保护整定计算及灵敏度校验（1）距离段整定值：zset4=krelzl2=0.8516=13.6二次动作值：zset42=nta4ntvzset4=40110013.6=0.49（2）距离段1）与保护7的距离保护段相配合分支系数：kbmin=1整定值：zset4=krelzl2+kbminzset7=0.816+8.51=19.62）与变压器t6、t7的快速保护相配合分支系数：kbmin=0.5整定值：zset4=krelzl2+kbminzt=0.7(16+0.50.3175132.25)=25.90选取以上整定值中较小的进行灵敏度校验灵敏度：kset=zset4/zl2=19.6/16=1.2251.25灵敏度不满足要求3）与保护7的距离保护段相配合整定值：zset4=krelzl2+kbminzset7=0.816+137.85=43.08灵敏度：kset=zset4/zl2=43.08/16=2.691.25灵敏度满足要求二次动作值：zset42=nta4ntvzset4=40110043.08=1.57（3）距离段分支系数：kbmax=1+xl1*+xl2*/xl3*=1+(0.1815+0.121)/0.2722=2.11 最小负荷阻抗：zlmin=0.9unilmax=0.91150.15=690整定值： zset4=krelksskrezlmin=0.8690/(1.51.15)=320灵敏度：作为近后备时：ksen1=zset4zl3=320/16=201.5作为远后备时：ksen2=zset4/(zl2+kbmaxzl4)=320/(16+2.1110)=8.631.2二次动作值：zset42=nta4ntvzset4=401100320=11.645.6断路器2qf的距离保护整定计算及灵敏度校验（1）距离段整定值：zset2=krelzl1=0.8524=20.4二次动作值：zset22=nta4ntvzset2=60110020.4=1.11（2）距离段1）与保护4的距离保护段相配合分支系数：kbmin=1整定值：zset2=krelzl1+kbminzset4=0.824+13.61=30.08灵敏度：kset=zset2/zl1=30.08/24=1.2531.25灵敏度满足要求二次动作值：zset22=nta4ntvzset2=60110030.08=1.64（3）距离段分支系数：kbmax=1最小负荷阻抗：zlmin=0.9unilmax=0.91150.23=450整定值： zset2=krelksskrezlmin=0.8450/(1.51.15)=208.70灵敏度：作为近后备时：ksen1=zset2zl1=208.7/36=5.801.5作为远后备时：ksen2=zset2/(zl1+kbmaxzl2)=208.7/(24+16)=5.221.2二次动作值：zset22=nta4ntvzset2=601100208.7=11.385.7整定计算结果表5-1 各保护整定阻抗断路器1qf断路器2qf断路器4qf断路器7qf距离段保护32.320.413.68.5距离段保护60.6830.0843.0837.85距离段保护208.7208.7320342.856保护4三段式电流保护原理接线图图6.1三段式电流保护原理接线图参