继电保护课程设计报告书.doc

广西大学电气工程学院继电保护课程设计报告110区域电网继电保护设计 指导老师：廖碧莲专业班级：电气工程及其自动化093姓 名：汪超群学 号：0902100639设计时间：2013年1月一、根据功率平衡情况确定系统运行方式计算短路电流时，运行方式的确定非常重要，因为它关系到所选的保护是否经济合理、简单可靠，以及是否能满足灵敏度要求等一系列问题。保护的运行方式是以通过保护装置的短路电流的大小来区分的。 最大运行方式根据系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行（或大部分投入运行）以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。 最小运行方式根据系统最小负荷，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式。对过量保护来说，通常都是根据系统最大运行方式来确定保护的整定值，以保证选择性，因为只要在最大运行方式下能保证选择性，在其他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进行，因为只要在最小运行方式下，灵敏度符合要求，在其他运行方式下，灵敏度也一定,灵敏度也一定能满足要求。综上所述：发电机G1、G2和G3全部投入运行为最大运行方式，只投入发电机G1和G2（G3停运）为最小运行方式。二、确定变压器中性点接地运行方式目前我国的电力系统采用中性点运行方式主要有三种，中性点不接地，经过消弧线圈和直接接地，前两种称不接地电流系统；后一种又称为大接地电流系统。110kV电网变压器中性点接地运行方式应尽量保持变电所零序阻抗基本不变。遇到使变电所零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时，应根据运行规程规定或根据当时的实际情况临时处理。根据3110kV电网继电保护装置运行整定规程【1】DL/T 58495中华人民共和国电力工业部19951127批准19960601实施1】之规定，变压器中性点的接地原则如下：a.发电厂只有一台主变压器，则变压器中性点宜直接接地运行，当变压器检修时，按特殊情况处理。 b.发电厂有接于母线的两台主变压器，则宜保持一台变压器中性点直接接地运行。如由于某些原因，正常运行时必须两台变压器中性点均直接接地运行，则当一台主变压器检修时，按特殊情况处理。 c.发电厂有接于母线的三台及以上主变压器，则宜两台变压器中性点直接接地运行，并把它们分别接于不同的母线上，当不能保持不同母线上各有一个接地点时，按特殊情况处理。 视具体情况，正常运行时也可以一台变压器中性点直接接地运行，当变压器全部检修时，按特殊情况处理。 d.变电所变压器中性点的接地方式应尽量保持地区电网零序阻抗基本不变，同时变压器中性点直接接地点也不宜过分集中，以防止事故时直接接地的变压器跳闸后引起其余变压器零序过电压保护动作跳闸。 e.自耦变压器和绝缘有要求的变压器中性点必须直接接地运行，无地区电源的单回线供电的终端变压器中性点不宜直接接地运行。 f.当某一短线路检修停运时，为改善保护配合关系，如有可能，可以用增加中性点接地变压器台数的办法来抵消线路停运时对零序电流分配的影响。 根据上述原则本次设计的变压器中性点的接地方式为：T2、T3、T4、T5接地，T1和T6不接地。三、发电机保护的配置发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性作用，同时发电机本身也是十分贵重的电气设备，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完备的继电保护装置。主要包括以下几方面：1、对 300MW及以上汽轮发电机变压器组，应装设双重快速保护，即装设发电机纵联差动保护、变压器纵联差动保护和发电机变压器组共用纵联差动保护; 当发电机与变压器之间有断路器时，应装设双重发电机纵联差动保护；2、1MW 以上的发电机，应装纵联差动保护；3、对发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单 100MW 及以下发电机， 独的纵联差动保护; 当发电机与变压器之间没有断路器时，可装设发电机变压器组共用纵联差动保护，100MW 及以上发电机，除发电机变压 器组共用纵联差动保护外， 发电机还应装设单独的纵联差动保护， 200300MW 对 的发电机变压器组可在变压器上增设单独的纵联差动保护，即采用双重快速保护；4、对于采用发电机变压器组单元接线的发电机，容量在对 100MW 以下的， 应装设保护区小于 90%的定子接地保护; 容量在 100MW 以上的， 应装设保护区为 100%的定子接地保护；5、1MW 以上的水轮发电机，应装设一点接地保护装置；6、与母线直接连接的发电机，当单相接地故障电流大于允许值时，应装设有选择性的接地保护装置；7、转子内冷汽轮发电机和 100MW 及以上的汽轮发电机，应装设励磁回路 一点接地保护装置，每台发电机装设一套;并可装设两点接地保护装置，每台发电机装设一套，对旋转整流励磁的发电机，应装设一点接地故障定期检测装置；8、100MW 以下，不允许失磁运行的发电机，当采用半导体励磁系统时，宜装设专用的失磁保护；9、100MW 以下的汽轮发电机，对一点接地故障，可采用定期检测装置。对两点接地故障，应装设两点接地保护装置；10、100MW 以下但失磁对电力系统有重大影响的发电机及 100MW 及以上 的发电机应装设专用的失磁保护。对 600MW 的发电机可装设双重化的失磁保护。11、对于由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50MW及以上的发电机上装设负序过电流保护。本次课题中发电机G1和G2的额定有功功率=cos=500.85=42.5MW，G3的额定有功功率=cos=700.85=59.5MW，均小于100MW，因此根据上述原则，本次设计的发电机保护为：反映相间短路的纵联差动保护（与发电机变压器共用）；反映定子绕组匝间短路的匝间短路保护；反映定子单相接地短路的定子接地保护；G3可多装设一组负序过电流保护。四、变压器保护的配置变压器是现代电力系统中的主要设备之一。电力变压器的可靠性要求很高。由于变压器发生故障造成的影响很大，因此应加强其继电保护装置的功能，以提高电力系统的安全运行。按技术规程的规定电力变压器继电保护装置的配置原则一般为：（1）针对变压器内部的各种短路及油面下降应装设瓦斯保护，其中轻瓦斯瞬时动作于信号，重瓦斯瞬时动作于断开各侧断路器；（2）应装设反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护作为主保护，瞬时动作于断开各侧断路器；（3）对由外部相间短路引起的变压器过电流，根据变压器容量和运行情况的不同以及对变压器灵敏度的要求不同，可采用过电流保护，复合电压启动的过电流保护、负序电流和单相式低电压起动的过电流保护或阻抗保护作为后备保护，带时限动作于跳闸。（4）对110kv及以上中性点直接接地的电力网，应根据变压器中性点接地运行的具体情况和变压器的绝缘情况装设零序电流保护和零序电压保护，带时限动作于跳闸；（5）为防御长时间的过负荷对设备的损坏，应根据可能的过负荷情况装设过负荷保护，带时限动作于信号（容量400kVA以上）；（6）对变压器温度升高和冷却系统的故障，应按变压器标准的规定，装设作用于信号和动作于跳闸的装置。因此，根据上述原则并结合经济安全条件，变压器的主保护配置为瓦斯保护纵联保护，后备保护为复合电压启动的过电流保护（相间后备）零序电流电压保护（接地后备）过负荷保护。根据要求对其中一台变压器（T4）采用微机型保护，差动保护整定过程如下：（1）差动保护整定采用二次谐波制动以躲过变压器空投时励磁涌流造成保护的误动，装置按三段折线式比率制动特性要求，其动作特性如图。图1 动作特性 计算各侧一、二次额定电流，选择CT变比=131.2160A=1312.1597A又低压侧为三角形接=757.5758A名称各侧数值额定电压（KV）11011额定电流（A）131.2160757.5758CT接线方式YY使用CT变比500/5=1001000/5=200各侧额定(A)（二次侧）1.31223.7879 差动速断保护ISD为差动速断电流定值，应按躲过主变空载投入时可能出现的最大励磁涌流整定，一般为23Ie(Ie为变压器高压侧的二次额定电流)。ISD=2.6244A 比率差动保护按三段折线实现比率制动差动保护。Icd为差动电流，一般选取0.20.3Ie，并应实测最大负载时差动回路中的不平衡电流。可通过装置菜单查看三相差电流，Icd应大于此电流。Icd=0.3937AIr1、Ir2为两拐点对应的制动电流。对于Ir1一般选取等于Ie，或实际整定范围取0.81.2Ie；对于Ir2应大于Ir1，实际整定范围取1.2Ie以上。Ir1=1.050AIr2=1.5746AK1、K2对应折线斜率1和折线斜率2。K1一般取0.30.7,但应满足K1Icd/Ir1；K2一般大于K1，实际取0.5以上。K1=0.3；K2=0.5Kd2为涌流时二次谐波制动比，一般实际整定为0.150.2。Kd2=0.2综上所述，保护动作方程为：0.3937A，1.050A0.3(1.050) + 0.3937A，1.050A0.5(1.5746) + 0.5511A，1.5746A 平衡系数计算各侧电流互感器二次电流平衡补偿由软件完成,中、低压侧平衡补偿均以高压侧二次电流不变为基准，平衡系数计算公式如下：KPM=Ihe/ImeKPL=Ihe/Ile式中：KPM中压侧平衡系数；KPL低压侧平衡系数；Ihe、Ime、Ile分别为变压器高、中、低压侧二次额定电流。低压侧=0.3464（2）复合电压启动的过电流保护整定l 采用低电压继电器后，电流继电器的整定值就可以不再考虑并联运行变压器切除或电动机自启动时可能出现的最大负荷，而是按大于变压器的额定电流整定，即185.2461Al 按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定，计算式为KV式中最低工作电压，一般取0.9；可靠系数，取1.11.2；低电压继电器的返回系数，取1.151.25。l 负序过电压继电器的动作电压按躲开正常运行时负序过滤器出现的最大不平衡电压来整定，通常取本次取0.06，则KV，灵敏度校验略。五、110kv线路保护配置线路上的故障一般分为相间故障和接地故障。小电流接地系统（35kv及以下）输电线路采用三段式电流保护反应相间故障；由于小电流接地系统没有接地点，故单相接地短路仅视为异常运行状态，一般利用母线上的绝缘监视装置发信号，由运行人员分区停电寻找接地设备。但是它们的保护范围和灵敏度受系统运行方式变化的影响很大，难以满足更高电压等级复杂网络的要求。110kv输电线路一般采用三段式相间距离保护作为相间短路故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。对极个别非常短的线路，如有必要也可以考虑纵差保护作为主保护。注意：在双侧电源的输电线路上，当反方向短路时，如果保护可能失去选择性，就应该增设方向元件。本系统中采用相间距离保护作为反映相间短路的保护装置；反映接地短路的保护装置采用接地距离保护并辅之以阶段式零序电流保护。六、发电机、变压器、线路参数计算取= 100MVA =115kv 则基准值=132.2500（1） 发电机阻抗计算标幺值：=0.125=0.2500 =0.135=0.1929有名值：=0.25132.25=33.0625 =0.1929132.25=25.5110（2） 变压器阻抗计算标幺值： =0.1750 =0.8=0.80.1750=0.1400 =0.1548 =0.8=0.80.1548=0.1238 =0.5400 =0.8=0.80.5400=0.4320 =0.3333 =0.8=0.80.3333=0.2666有名值：=0.1750132.25=23.1438 =0.1400132.25=18.5150 =0.1548132.25=20.4723 =0.1238132.25=16.3726 =0.5400132.25=71.4150 =0.4320132.25=57.1320 =0.3333132.25=44.0789 =0.2666132.25=35.2579（3） 线路阻抗计算=0.460=24 =/=24/=0.1815(单回)=1.460=84 =/=84/=0.6352=0.440=16 =/=16/=0.1210=1.240=48 =/=48/=0.3629计算结果如下表：名称符号正序阻抗负序阻抗标幺值有名值()标幺值有名值()发电机1G10.250033.0625发电机2G20.250033.0625发电机3G30.192925.5110变压器1T10.175023.1438变压器2T20.175023.14380.140018.5150变压器3T30.154820.47230.123816.3726变压器4T40.540071.41500.432057.1320变压器5T50.333344.07890.266635.2579变压器6T60.333344.0789线路MN0.181524.00000.635284.0000线路MP0.121016.00000.362948.0000系统I最大值0.4559.51250.3242.3200最小值0.2533.06250.113.2250表1 电力系统设备参数表七、输电线路TA、TV的选择（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。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。电流互感器二次回路必须有一点接地，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。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一次回路电流：I1nIgmaxIgmax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。准确等级：用于保护装置为0.5级，用于仪表可适当提高。 二次负荷：S2SnS2-电流互感器二次负荷Sn-电流互感器额定负荷输电线路上TA的选择：l 线路MN最大工作电流=0.7088kA故单条线路最大工作电流为0.3544kAl 线路MP最大工作电流=0.5020kA表2 电流互感器额定一次电流标准值（单位A）151015203040506075100160（150）200315（300）400500630（600）800（750）1000125（1200）1600（1500）200025003150（3000）400050006300（6000）8000（7500）1000012500（12000）16000（15000）2000025000注：表中括号内为老产品。选择结果如下：长度,km最大负荷电流变比MN60708.8400/5MP40502.0600/5表3 电流互感器变比选择（3）电压互感器的作用电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例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：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。一次电压的波动范围：1.1UnU10.9Un二次电压：100V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.继电器与自动置及设备对准确等级的要求来确定。二次负荷：S2Sn（5）输电线路上TV变比的选择线路电均为110KV,故选用三相屋外的TV，变比为=110/0.1。八、序网络图（1）正序网络：由电力系统正序网络拓扑和元件的正序参数确定的计算网络。G1G2G3NMP变电所1变电所2图2 系统正序网络图（2）零序网络：由电力系统零序网络拓扑和元件的零序参数确定的计算网络。图3 系统零序网络图九、距离保护的整定以线路NM为例对保护1进行整定计算距离保护段的整定距离保护段为瞬时动作的速断保护，按选择性要求，其保护区不能延伸出本线路末端，所以其测量元件的整定阻抗，应该按躲过本线线路末端短路时的测量阻抗来整定。=0.85=20.4式中被保护线路单位正序阻抗，/km； 可靠系数，由于距离保护为欠量动作，所以考虑到继电器误差、互感器误差和参数测量误差等因素，一般取0.80.85。距离保护段的整定1） 与相邻线路距离保护段相配合图4 分支系数计算图故在G1、G2和G3全部投入且为最大值时才能取到。=2.9895在只投入G1和G2且为最小值时才能取到。保护定值为=0.8=51.7258式中 可靠系数，一般取0.8 最小分支系数，为相邻线路距离保护段保护范围末端短路时，流过相邻线路的短路电流与流过被保护线路的短路电流实际可能的最小比值。 2） 与相邻的变压器配合式中 可靠系数，考虑变压器阻抗误差较大，一般取0.70.75； 变压器低压侧母线故障时，实际可能的最小分支系数。3） 综上所述，应取两者中较小值即51.7258。4） 灵敏度检验：距离保护段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足如果不满足要求，则距离保护1的段应改为与相邻线路的保护段相配合。距离保护段的动作时间，应比与之配合的相邻元件保护动作时间大一个时间级差即式中 与本保护配合的相邻元件保护段（x为或段）最大的动作时间。距离保护第段的整定1）按躲过正常运行时最小负荷阻抗整定 考虑到电动机自启动的情况下，保护段必须立即返回的要求，若采用全阻抗特性，则整定为故： 若采用方向圆特性的阻抗继电器，由躲开的负荷阻抗换算成整定阻抗值，即式中可靠系数，一般取0.80.85，本次取0.83；整定阻抗的阻抗角，本次取70；负荷阻抗的阻抗角，本次取2) 按与相邻下级线路距离保护或段配合整定 与段配合=0.7注：此处没有助增或外汲分支的影响，因而取1。距离段整定为=可靠系数的取法与段整定类似，分支系数应取各中情况下的最小值。如果与相邻下级线路距离保护段配合灵敏系数不满足要求，则应改为与相邻下级线路距离保护段配合。（从灵敏度计算可知与段配合不满足要求，应与段配合。） 与段配合全阻抗圆特性：方向圆特性：式中负荷阻抗的阻抗角，本次取24+2.9895=182.24573）综上所述，应取两者中较小值即98.7634。（采用方向圆特性） 4）灵敏度校验距离保护的段，既作为本线路、段保护的近后备，又作为相邻下级设备保护的远后备，灵敏度应分别进行校验。作为近后备 作为远后备 线路MP末端短路灵敏度校验不满足要求，因此不能作为线路MP的远后备保护。解决办法是线路MP增加近后备保护。 相邻变压器T4低压侧出口短路灵敏度校验不满足要求，变压器需增加近后备保护，整定计算略。式中 分支系数最大值动作时间式中 与本保护配合的相邻元件保护段最大的动作时间；一般取0.5S。补充:保护2的计算图5 分支系数计算图1) 当T1低压侧短路时 G2和G3都投入运行代入数据计算得11.6444，=13.7360。 G2投入运行G3停运代入数据计算得3.6035，=4.5447。2) 当T2低压侧短路时（与T1一致，计算略）3) 当T3低压侧短路时（此时G1和G2均投入运行）代入数据计算得11.2071，=13.0894。 =0.775.1790计算结果如下表：名称距离段距离段距离段定值时限定值灵敏度时限定值近后备远后备时限保护1、320.40.0S51.7258满足0.5S98.7634满足不满足t+1S2、420.40.0S75.1790满足0.5S98.7634满足不满足1.0S513.60.0S26.6276满足0.5S65.4200满足不满足t+0.5S注：保护6无需整定。表4 距离保护整定结果十、接地短路保护整定计算以保护1为例 零序电流保护躲开下级线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3，引入可靠系数（一般取为1.21.3），即 G1、G2和G3均投入运行时M母线上的零序电流计算 代入数据得到0.1178、0.1489。 G1和G2投入运行时M母线上的零序电流计算代入数据得到0.1370（15.5791）、0.1812(23.9637)。 零序阻抗计算代入数据得到0.0606（8.0092）、0.1038(13.7276)。 综上所述,故两相接地短路零序电流大于单相接地短路零序电流。 3=KA3=KAKAKA =1.20.5271=0.6325KA 零序电流段保护=0.23880.3022=0.1646=0.1723KAKAKAKAKAKA灵敏度校验：按被保护线路末端短路时，流过保护的最小三倍零序电流校验1.5,满足要求。 零序电流段保护此段保护一般是起后备保护作用。III段保护通常是作为零序电流保护II段保护的补充作用。对后备保护的要求是在相邻下一级线路末端达到规定的灵敏系数。零序电流保护III段保护按