继电保护课程设计.doc

河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 目录 一一.初始条件初始条件 1 1.1.主接线图.1 1.2.相关参数.1 1.3.设计任务.2 二二.三段式电流整定计算三段式电流整定计算 3 2.1.计算网络参数.3 2.2.最大短路电流计算和整定计算.4 2.2.1.K1点发生三相短路4 保护 8QF 的整定.6 2.2.2.K2点发生三相短路7 保护 6QF 的整定.9 2.2.3.K3点发生三相短路10 保护 4QF 的整定.11 2.2.4保护2QF的整定.12 三三. 差动保护整定计算差动保护整定计算 13 3.1 计算网络参数.13 3.2 整定值计算.13 3.2.1 8QF差动保护整定值计算14 3.2.2 6QF的差动保护整定15 3.2.3 4QF的差动保护整定16 四四.评价与总结评价与总结 17 参考文献参考文献 .18 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 1 第一章.初始条件 1.1.主接线图 下图为某电力系统主接线。该系统由某发电厂的三台发电机经三台升压变 压器由 A 母线与单侧电源环形网络相连，其电能通过电网送至 B、C、D 三个 降压变电所给用户供电。 20MVA 60MVA cos0.85 X 240MVA 350MVA 220MVA 220MVA 1.2.相关参数 网络中各线路采用带方向或不带方向的电流电压保护，所有变压器均采 用纵联差动保护作为主保护，变压器均为，d11 接线； 发电厂的最大发电容量为 350，最小发电容量为 250； 网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行； 允许的最大故障切除时间为 0.85s； 线路 AB、BC、AD、CD 的最大负荷电流分别为 230、150、230 和 140，负荷自起动系数；5 . 1 ss K 各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示，t0.5s； 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 2 线路正序电抗每公里均为 0.2； 1.3.设计任务 差动保护配置与计算； 2、4、6、8 差动保护的接线图； 对本网络所采用的保护进行评价。 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 3 第二章.三段式电流整定计算 2.1.计算网络参数 选取基准功率B=100MVA 和基准电压为 VN=115V 258.0 50 100 129.0 S S X X X X N B F(N)*F3(B)*F2(B)*F1(B)* 263.0 40 100 100 5.10 S S X X X N B B1(N)*B2(B)*1(B)*B 175.0 60 100 100 5.10 S S X X N B B3(N)*3(B)*B 061.0 115 100 402.0 V S XL X 22 N B 1*(B)L1 091.0 115 100 602.0 V S XL X 22 N B 2*(B)L2 076.0 115 100 502.0 V S XL X 22 N B 3*(B)L3 076.0 115 100 502.0 V S XL X 22 N B 4*(B)L4 525.0 20 100 100 5.10 S S XX X X X N B B4(N)*B7(B)*6(B)*BB5(B)*4(B)*B 最大运行方式下的最大电源阻抗： 163 . 0 433 . 0 |261 . 0 175 . 0 258 . 0 | 2 263 . 0 2 258 . 0 X1）（）（ 最小运行方式下的最大电源阻抗： 261 . 0 2 263 . 0 2 258 . 0 X1 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 4 2.2.最大短路电流计算和整定计算 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，为校验 灵敏度要计算最小运行运行方式下两相短路电流。为计算 2OF、4OF、6QF、8QF 的整定值根据如上系统图可知，最大运行方式要求 1QF 断开，等值阻抗图如下： 图 2.1.2 系统等值电抗图 2.2.1.K1 点发生三相短路 （1）电力系统网络等值电抗图为： 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 5 图 2.2.1- K1 点短路时等值电抗图 最大运行方式时： 计算 K1 点短路时的短路电流，系统的等效阻抗为： 239 . 0 076. 0163 . 0 1X 由上面已经计算出，基准电流为：， KVA502 . 0 1153 100 V3 B B B S I 基准电抗为：； 26.132 502. 03 115 3 Z B B B I V 三相短路电流标幺值为： 393. 4 239. 0 05 . 1 1 )3( max1 X E Ik 三相短路电流的有名值为: KAIII BkK 205 . 2 502 . 0 393 . 4 )3( max1 )3( max1 最小运行方式时： 337. 0076 . 0 261 . 0 1X 三相短路电流的标幺值为： 116 . 3 337 . 0 05 . 1 1 )3( min1 X E Ik 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 6 三相短路电流的有名值为: KAIII BkK 564. 1502 . 0 116. 3 )3( min1 )3( min1 （2）保护 8QF 的整定 对保护 8QF 的三段式电流保护整定计算，三段式包括:瞬时性电流速断保护、 限时电流速断保护以及定时限电流速断保护。 下面首先对 8QF 进行瞬时性电流速断保护的整定： s0t KA1 . 268 . 1 25 . 1 IKI 8 3 K1maxrelset8 ）（ 下面对一段保护的灵敏度进行校验： 1 max 8 min 2 3 z X I E L s set 代入已知数据得： 0 261 . 0 34 . 3 2 . 1 05. 1 2 3 2 3 11 max 8 min zz X I E L s set 由于 Lmin0,因此灵敏度不够。 8QF 的限时电流速断保护整定： KAIKKIKI K I relrelsetrelset 85 . 1 29. 125 . 1 15. 1 max268 sttt5 . 0 88 对 8QF 的二段保护进行灵敏度校验： ,可知不满足条件 3 . 169. 0 85 . 1 28 . 1 8 min1 8 set K sen I I K 因此，针对上面的情况，则 8QF 与相邻下一段的二段保护相互配合，则得 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 7 到其整定值为： KAIKKKIKI Krelrelrelsetrelset 36. 182 . 0 25 . 1 15 . 1 15. 1 max368 灵敏度校验: ,仍然不能满足要求。 3 . 194. 0 36. 1 28. 1 8 min1 8 set K sen I I K 8QF 的定时限电流整定： 由初始条件知道线路 AD 的最大负载电流为 230A,因此有下式： KAI K KK I L re ssrel set 49 . 0 23 . 0 85 . 0 5 . 12 . 1 max8 stt435 . 2 8 对 8QF 的定时限速断保护进行灵敏度校验： 近后备：,满足灵敏度要求。 5 . 161. 2 49 . 0 28 . 1 8 min1 8 . set K sen I I K 远后备：，也满足灵敏性的要求。 2 . 19 . 1 49 . 0 94 . 0 8 min2 8 . set K sen I I K 总结：对于保护 8QF 的三段式电流保护的整定，由上面的计算过程可以看 到，、段保护都不能满足灵敏性要求，可以获取更多条件来进行整定,同时 也可以通过其他保护来整定，例如距离保护等；而段保护可以满足灵敏性的 要求。 2.2.2.K2 点发生三相短路 （1）电力系统网络等值电抗图如下： 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 8 图 5-3 K2 点短路时等值电抗图 最大运行方式下有： 系统的等效阻抗为：.3150076 . 0 076 . 0 163. 01X 三相短路电流标幺值为： 333 . 3 315 . 0 05 . 1 1 )3( max2 X E Ik 而三相短路电流有名值为： KAIII BkK 673 . 1 502. 0333 . 3 )3( max2 )3( max2 最小运行方式下： 系统等效阻抗为：413 . 0 760 . 0076. 0261. 01X 三相短路电流的标幺值为： 542 . 2 413 . 0 05 . 1 1 )3( min2 X E Ik 三相短路电流的有名值为: KAIII BkK 276 . 1 502 . 0 542 . 2 )3( min2 )3( min2 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 9 （2）保护 6QF 的整定 同 8QF 的过程一样对 6QF 进行相同的整定计算。 首先进行瞬时性电流速断保护: KAIKI Krelset 35 . 1 08 . 1 25 . 1 max2 6 . st0 6 灵敏度校验： 0 412 . 0 26 . 2 2 . 1 05. 1 2 3 2 3 11 max 6 min zz X I E L s set 因此段保护不满足灵敏度要求。 对 6QF 进行限时速断保护: KAIKKIKI Krelrel I setrelset 18. 182 . 0 25. 115 . 1 max3 4 . 6 . 灵敏性校验： ，不满足灵敏性要求。 3 . 180 . 0 18 . 1 94 . 0 6 min2 6 . set K sen I I K 由于缺乏必要的条件，不能对 6QF 进行与相邻下一段的二段保护进行配合 的整定计算。 定时限电流速断保护： 由初始条件可知线路 CD 最大负荷电流为 120A,因此进行下面的整定： KAI K KK I L re ssrel set 25 . 0 12 . 0 85 . 0 5 . 12 . 1 max8 stt5 . 325 . 2 8 对 8QF 的定时限速断保护分别进行近后备和远后备的灵敏度校验： 近后备灵敏度校验: 5 . 176 . 3 25 . 0 94 . 0 8 min2 6 . set K sen I I K 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 10 远后备灵敏度校验： 2 . 184. 2 25 . 0 71 . 0 8 min3 6 . set K sen I I K 总结:通过上面的整定计算，可以看到 6QF 的保护满足灵敏度要求，可以 对线路进行保护；而、段保护不能达到要求，由于缺乏必要的计算条件， 没有继续往下整定，而也可以采用距离保护等保护。 2.2.3.K3 点发生三相短路 （1）本电力系统的等值电抗电路如下图所示： 图 5-4 K3 点短路时电抗图 最大运行方式下有： 图 5-4 所示的等效电抗为： 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 11 406. 0091. 0076 . 0 076 . 0 163. 01X 则 K3 点发生三相短路时的短路电流为： 586 . 2 406 . 0 05 . 1 1 )3( max3 X E Ik 三相短路电流的有名值为： KAIII BkK 298 . 1 502. 0586 . 2 )3( max3 )3( max3 最小运行方式下： 图 5-4 所示的等效为: 504. 0091 . 0 076 . 0 076 . 0 261 . 0 1X 所以 K3 点发生三相短路时最小运行方式下短路电流标幺值为： 083 . 2 504 . 0 05. 1 1 )3( min3 X E Ik 三相短路电流有名值计算为： KAIII BkK 046 . 1 502 . 0 083 . 2 )3( min3 )3( min3 （2）保护 4QF 的整定 对于 4QF 的瞬时性电流速断保护整定有： KAIKI Krelset 03 . 1 82 . 0 25 . 1 max3 4 . st0 4 保护 4QF 的灵敏性校验： 0 00303 . 0 563 . 0 63 . 1 2 . 1 05 . 1 2 3 2 3 1 max 4 . min z X I E L s set 由以上计算知 4QF 的段保护灵敏性要求不满足。 而对于 4QF 的、段的保护，因为题目中没有给出详细的数据，所以不 能进行、段的整定计算。 同时针对于保护 4QF，因为正常运行时有正向电流和反向电流流过，为了 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 12 增大其工作的可靠性，可以增加一个功率方向继电器，以防止线路 XL2 上某一 点发生短路时流过 4QF 的正向短路电流小于系统正常运行是流过 4QF 的反向单 电流（注：这里正向电流方向是指由母线流向线路） 。 2.2.4 保护 2QF 的整定 保护 2QF 的整定，根据图 2-1 的电力系统网络图可以看出，当系统正常运 行时不可能有正向电流通过，因此要是有正向电流通过，则线路一定发生故障。 为此只需要在保护 2QF 处加一个功率方向继电器就可以实现线路的保护，而不 用分析线路的运行方式。 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 13 第三章. 差动保护整定计算 3.1 计算网络参数 由电力系统网络图有下列参数： 10502.0XLZ 3L3 10502.0XLZ 44 L 12602 . 0XLZ 22 L 43.69 20 115 100 5.10 S XX Z N T6(N)*T66T 3.2 整定值计算 3.2.1 8QF 差动保护整定值计算 1）距离段整定阻抗 5 . 81085 . 0 ZKZ L4rel8set st0 8 2）距离段整定阻抗 与相邻下级 L3 配合有： 5 . 81085 . 0 ZKZ L3rel6set 856. 0 431.69 10 1 X -1 K 6 L4 bmin T X ）（）（ 821.135 . 8856. 0108 . 0ZKXKZ 6set bminL4rel8set 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 14 按躲过相邻变压器出口短路整定有： 0 10 10 1 X X -1K L3 L4 bmin ）（）（ ）（）（ 95. 5431.6905 . 870. 0ZKXKZ 6TbminL4rel8set 取以上两个计算中较小者为段整定值，因此 8QF 的段整定值为： 。 95 . 5 8set Z 进行灵敏度校验有： ，不满足灵敏度要求。 25 . 1 595. 0 10 95 . 5 Z Z Ksen L4 8set 由于上述不满足灵敏度条件，所以改为相邻下一段的段保护相配合。因 此 6QF 的段整定值为： 12.22Z 6set 则按照相邻下一段整定有： ）（）（ 148.2312.22856 . 0 108 . 0ZKXKZ 6set bminL4rel8set ，满足要求。 25 . 1 148. 2 10 148 . 2 Z Z Ksen L4 8set 所以延时整定为:。 sttt1 68 3.2.2 6QF 的差动保护整定 同理，6QF 的整定计算过程同 8QF： 1）距离段整定阻抗 5 . 81085 . 0 ZKZ L3rel6set st0 6 2）距离段整定阻抗 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 15 与相邻下级 L3 配合有： 2 . 101285. 0ZKZ L2rel4set 712. 0 431.69 210 1 2/ X -1 K 7 L3 bmin T X ）（）（ 81.132 .10712 . 0 108 . 0ZKXKZ 4set bminL3rel6set 按躲过相邻变压器出口短路整定有： 167. 0 12 10 1 2 1 X X -1 2 1 K L2 L3 bmin ）（）（ ）（）（ 116.15431.69167. 01070 . 0 ZKXKZ T7bminL3rel6set 取以上两个计算中较小者为段整定值，因此 8QF 的段整定值为： 。 81.13 6set Z 灵敏度校验有： ，满足灵敏性 25 . 1 381 . 1 10 81.13 Z Z Ksen L3 6set 要 求，但由于缺少相邻下一段的段整定值，故不能进行校正。 3.2.3 4QF 的差动保护整定 4QF 的段距离整定为： 2 . 101285. 0ZKZ L2rel4set st0 4 因为 2QF 仅需要加装一个功率方向继电器或者方向阻抗继电器即可，所以 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 16 4QF 不需要和 2QF 的距离保护装置配合，4QF 仅需要和 T4 的保护配合： 29)2/431.6985.012(7.0)2/(Z 424set T I relLrel ZKZK 灵敏度校验： ，满足灵敏度要求。 25 . 1 417 . 2 12 29 Z Z Ksen L2 4set 同三段式电流保护整定，2QF 的距离保护只需增加一个功率继电器或方向 阻抗继电器即可。 河南科技大学电力系统继电保护课程设计说明书 17 第四章.评价与总结 根据系统网络图分析，1QF、3QF、5QF 的整定要在 8QF 断开的情况下求得 最大短路电流，然后在进行整定计算，其电流反方向是顺时针旋转的，而 2QF、4QF、6QF 的整定则是要在 8QF 闭合去情况下计算的，其电流方向是逆时 针旋转。 灵敏系数不能满足要求，当发生内部故障时可能启动不了， 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