电气自动化_电力设计毕业论文.pdf

本文由泰山小秒贡献 p d f 文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机 查看。 烟台职业学院 专科毕业设计（论文） 题 目：开发区 110k V 电力系统继电保护设计 张洪伟 学生姓名： 专业班级： 自 动 化 生 产 设 备 应 用 XX 班 学 号： 电 XXXXX 工 张俊山 2011 年 3 月 28 日 程 系 院 （系） 机 ： 指导老师： 完成时间： 某 110k V 电力系统继电保护设计 摘 要： 本次毕业设计的主要内容是 110k V 电力系统继电保护的配置，并依据 继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验，确定方案中的保 护。 设计分为八个章节，第三、四章是计算系统的短路电流，确定运行方式； 第五 章是各种设备的保护配置。其中变压器保护包括保护原理分析、保护整定 计算和灵敏 性校验，主保护采用的是纵联差动保护和瓦斯保护，两者结合做到 优势互补，后备保 护是复合电压启动过电流保护。母线保护包括保护原理分析， 采用了完全电流差动保 护，简单可靠。110k V 侧的输电线路采用了距离、保 护，由于它的电压等级较高 ，还考虑了零序电流、保护。对于发电机主保 护采用了纵差动保护，后备保护采 用了发电机定子绕组接地保护。 关键词：短路电流，整定计算，灵敏度，继电保护，微机保护 目 录 1 开题报告 2 方案比较 3 确定运行方式 3.1 标幺值计算 3.2 短路电流的计算 3.3 确定运行方式 1 4 短路计算 2 4.1 各种运行方式下各线路电流计算 2 4.2 各输电线路两相短路和三相短 路电流计算 2 5 继电保护的配置 2 5.1 继电保护的基本知识 2 52 变压器的保护配置 2 5.2.1 变压器 配置2 5.2.2 保护配置的整定2 5.3 母线的保护配置 3 5.3.1 保护配置 的原理3 5.3.2 电流差动保护配置的整定3 5.4 输电线路保护配置 3 5 .4.1 保护配置的原理3 5.4.2 保护配置的整定3 5.5 发电机保护配置 4 5.5.1 保护配置的原理4 5.5.2 保护配置的整定4 6 结论 4 7 总结与体会 4 8 谢辞 5 9 参考文献 5 1 开题报告 由于电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术，计算机技术 趋势是向计算化，网络化及保护，控制，测量，数据通信一体化智能化发展。 通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入新的活力。未来继电保护 的发 电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配 使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。 发电输电配电用电构成 一个有机系统。 通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能 生产与 p a g e 1 费系统称为电力系统。电力系统在运行中 ,各种电气设备可能出现故障和不正常 运行 态。 不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但是没有发 生故障 线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线 等。 运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。 故障主要包括各种类型的 短路和 本次毕业设计的主要内容是对 110k V 电力系统继电保护的配置，参照电力系 统继 性校验从而来确定方案中的保护是否适用来编写的。 电保护配置及整定计算 ，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整 定和灵敏 设计分八大章节，其中第三、四章是计算系统的短路电流，确定运行方式；第五 章 是对各种设备保护的配置，首先是对保护的原理进行分析 ,保护的整定计算及灵 敏性校 验。其中对变压器保护包括保护原理分析以及保护整定计算和灵敏性校验，其中 主保护 采用的是纵联差动保护和瓦斯保护，用两者的结合来做到优势互补，后备保护有 复合电 压启动过电流保护。母线保护包括保护原理分析， 采用了完全电流差动保护， 简单可靠 110k V 输电线路采用了距离、保护，同时由于它的电压等级较高，我还考虑 了零序 组接地保护。 由于本人水平有限，设计之中难免有些缺陷或错误，望批评指 正。 电流、保护。对于发电机主保护采用了纵差动保护，后备保护采用了发电机 定子绕 2 方案比较 本次毕业设计的主要内容是对 110k V 电力系统继电保护的配置。 可以依据继电 保 护配置原理，根据经验习惯，先选择两套初始的保护方案，通过论证比较后认可 其中 的一套方案，再对这套方案中的保护进行确定性的整定计算和灵敏性校验，看看 它们 和校验。 确定两个初始方案如下： 方案 1： 保护对象 变压器 母线 输电线路 发电机 保护对象 变压器 母线 输电线路 发电机 主保护 纵联差动保护、瓦斯保护 电流相位比较式母线差动保护 距离、保护 纵联差动保护 方案 2： 是否能满足要求，如果能满足便可以采用，如果不能满足则需要重新选择，重新 整定 后备保护 过负荷保护 零序电流、保护 定子绕组接地保护 后备保护 复合电压启动过电流保护、 主保护 电流速断保护、 瓦斯保护 电流相位比较式 母线差动保护 距离、 保护 纵联差动保护 复合电压启动过电流保护、零序电流保护 零序电流、保护 定子绕组接地保 护 对于变压器而言，它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护，用两 者 的结合来做到优势互补。因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电 压侧电 流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互 感器和 低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域 ，从而 p a g e 2 可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短 路故 障。考虑到与发电机的保护配合，所以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护 ，不考 虑用电流速断保护。瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由于一方面简 单，灵 敏，经济；另一方面动作速度慢，且仅能反映变压器油箱内部故障，就注定了它 只有与 动过电流保护，这主要是考虑到低电压启动的过电流保护中的低电压继电器灵敏 系数不 够高。由于发电机-变压器组中发电机才用了定子绕组接地保护，所以，变压器 不采用 零序电流保护。110k V 侧的母线接线可以采用完全电流差动保护，简单，可靠也 经济。 对于 110k V 侧的输电线路， 可以直接考虑用距离保护， 因为在电压等级高的 复杂网络中 电流保护很难满足选择性，灵敏性以及快速切除故障的要求，因此这个距离保护 也选择 得合理，同时由于它的电压等级较高，我们还应该考虑给它一个接地故障保护， 先选择 零序电流保护，因为当中性点直接接地的电网(又称大接地电流系统)中发生短路 时,将 出现很大的零序电流,而在正常运行情况下它们是不存在的。因此,利用零序电流 来构成 接地保护作为后备保护。 些保护进行整定与校验，是否符合设计要求。 接地短路的保护,就有显著的优点。发电机则采用纵联差动保护作为主保护，定 子绕组 综上所述，方案 1 比较合理，方案 1 保护作为设计的初始保护，在后续章节对 这 3 确定运行方式 3.1 标幺值计算 本次设计中取 S B =100MVA, u B = u a v ,系统用一个无限大功率电流代表，它到 母 线的电抗标幺值 X s = S B = 100 = 0.125 。 S d 800 各元件的电抗标幺值计算 如下： 发电机F1 和F2 变压器 B1 x F1 = x F 2 = x d x B = 1 SB 100 = 0 .1 3 = 0 .5 2 SN 25 Vs % SB 1 0 .5 1 0 0 = = 0 .3 3 100 S N 1 0 0 3 1 .5 变压器 B2 的各绕组短路电压分别为： V s 1 % = V s (1? 2 ) % + V s ( 3? 1) % ? V s ( 2 ? 3 ) % = 1 7 + 1 0 .5 ? 6 .0 = 2 1 .5 Vs 2 % = Vs (1? 2) % + Vs ( 2 ?3) % ? Vs ( 3?1) % = 17 + 6.0 ? 10.5 = 12.5 Vs 3 % = Vs ( 2 ?3) % + Vs ( 3 ?1) % ? Vs (1 ?2) % = 6.0 + 10.5 ? 17 = ?0.5 所以，变压器 B2 的电抗值为 x B = 21 Vs % S B 21.5 100 = = 0.67 100 S N 100 31.5 x B 22 = x B 23 = Vs % S B 12.5 100 = = 0.40 100 S N 100 31.5 Vs % S B ? 0.5 100 = = ?0.016 0 100 S N 100 31.5 p a g e 3 变压器 B3 x B3 = Vs % S B 10.5 100 = = 0.525 100 S N 100 20 Vs % S B 10.5 100 = = 0.525 100 S N 100 20 变压器 B4 x B = 4 线路 L1 线路 L2 线路 L3 x L = 0.4 100 1 SB 100 = 0.4 100 = 0.33 2 VB 110 2 x L 2 = 0.4 50 x L 3 = 0 .4 3 0 100 = 0.17 110 2 100 = 0 .0 9 9 1102 线路 L4 x L 4 = 0.4 60 100 = 0.2 110 2 所以，110k V 电力系统继电保护的等值网络如图 3.1 所示。 图 3.1 110k V 电力系统等值网络 3.2 短路电流的计算 110k V 电力系统正常运行时，发电机存在三种运行情况，即：两台发电机同时运 行 一台发电机退出运行另一台单独运行和两台同时运行；变压器有两种运行方式， 即：一 系统运行时的转移电抗，计算电抗和短路电流。 （一）两台发电机同时运行 ，变压器 B1、 B2、 B3、 B4 同时投入运行。 进行网络化简： x 14 = ( x 3 / x 6 ) + x 5 = x 3 .x 6 + x 5 = 0.52 0.40 + 0.67 = 0.90 x 3 + x 6 0.52 + 0.40 台变压器退出另一台变压器单独运行和两台变压器同时运行。下面分别分析各种 情况下 x 15 = ( x 2 + x 4 ) / x 5 = (0.52 + 0.33) 0.9 = 0.44 0.52 + 0.33 + 0.9 x 16 = x 11 / x 15 = 0.17 0.44 = 0.12 0.17 + 0.44 1 x 17 = x 8 / x 9 = 0.525 = 0.26 2 将 x 10 、x 12和x 13 组成的三角形电路化简为由 x 18、x 19 和x 20 组成的星形 电路，计算 如下： x 18 = x 10 x 12 0.33 0.099 = = 0.052 x 10 + x 12 + x 13 0.33+ 0.099 + 0 .20 x 10 x 13 0.33 0.20 = = 0.10 x 10 + x 12 + x 13 0.33 + 0.099 + 0.20 x 12 x 13 0.099 0.20 = = 0.031 x 10 + x 12 + x 13 0.33 + 0.099 + 0.20 x 19 = x 20 = 系统的等值化简网络如图 3.2 所示。 图 3.2 系统的等值化简网络 （1）转移电抗和计算电抗计算 当 f 1 发生短路时 x 21 = ( x 17 + x 20 ) / /(x 16 + x 19 ) + x 18 = (0.26 + 0.031) (0.12 + 0.10) + 0.052 0.26 + 0.031 + 0.12 + 0.10 =0.18 所以， f 1 点发生短路时的等值网络如图 3.3 所示。 图 3.3 f 1 点发生短路时的等值网络 系统 S 对短路点 f 1 的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0.125 =1 SB 100 发电机 F1、F2 对短路点 f 1 的计算电抗为： p a g e 4 x j s = 0.18 2 25 = 0.09 100 当 f 2 发生短路时 x 2 2 = ( x 1 + x 1 8 ) / /( x 1 7 + x 2 0) + x 1 9 ( 0.125 + 0.052) (0.26 + 0.031) =0.21 所以， f 2 点发生短路时的等值网络如图 3.4 所示。 图 3.4 f 2 点发生短路时的等值网络 系统 S 对短路点 f 2 的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0.21 = 1.68 SB 100 发电机 F1、F2 对短路点 f 2 的计算电抗为： x j s = 0.12 2 25 = 0.06 100 当 f 3 发生短路时 x 23 = x 1 + x 18 = 0.125 + 0.052 = 0.177 x 24 = x 16 + x 19 = 0.12 + 0.10 = 0.22 所以， f 3 点发生短路时的等值网络如图 3.5 所示。 图 3.5 f 3 点发生短路时的等值网络 S 点对 f 3 的转移电抗为： x 23 .x 20 0.177 0.031 F 点对 f 3 的转移电抗为为： x 26 = x 24 + x 20 + x 24 . x 20 0.22 0.031 = 0.22 + 0.031 + = 0.29 x 23 0.177 化简的等值网络如图 3.6 所示。 图 3.6 化简的等值网络 系统 S 对短路点 f 3 的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0.23 = 1.84 SB 100 发电机 F1、F2 对短路点 f 3 的计算电抗为： x j s = 0.29 2 25 = 0.145 100 （2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值如。 （3）计算短路电流有名值 。 各点发生短路时，各电源的基准电流分别为： 系统 S 发电机 F1、F2 IB = 100 = 0.502 3 115 100 IB = = 5.50 3 10.5 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3.1。 表 3.1 短路电流表 短路点 时间 4 S 标么值 系统 S 1.13 发电机 F1、F2 标么值 2.49 短路点总电流/k 有名值/k A 0.57 0.63 0.32 0.57 0.29 有名值/k A 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 13.70 2.47 13.58 2.52 13.84 14.27 13.90 14.13 f 2 处短路 4 S f 3 处短路 4 S 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A （二）发电机 F1 停运 F2 运行时，系统的等值网络如图 3.7 所示。 图 3.7 系统的等值网络 p a g e 5 进行网络化简： x 2 7 = ( x 3 / / x 6 ) + x 5 / / x 4 / / x 1 1 = 0.5 2 0.40 + 0.67 / /0.33 / /0.17 0.52 + 0.40 =0.0997 系统的等值化简网络如图 3.8 所示。 图 3.8 系统的等值化简网络 （1）转移电抗和计算电抗计算 当 f 1 发生短路时 x 2 8 = ( x 1 9 / / x 2 7 ) / /( x 1 7 / / x 2 0) + x 2 8 (0.10 + 0.0997) (0.26 + 0.031) + 0.052 0.10 + 0.0997 + 0.26 + 0.03 1 =.178 = 所以， f 1 点发生短路时的等值网络如图 3.9 所示。 图 3.9 f 1 点发生短路时的等值网络 系统 S 对短路点 f 1的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0.125 =1 SB 100 发电机 F1、F2 对短路点 f 1的计算电抗为： x j s = 0.78 25 = 0.445 100 当 f 2 发生短路时 x 2 9 = ( x 1 + x 1 8 ) / /( x 1 7 + x 2 0) + x 1 9 = (0.125 + 0.052) (0.26 + 0.031) + 0.1 0.125 + 0.052 + 0.26 + 0.031 =0.21 所以， f 2 点发生短路时的等值网络如图 3.10 所示。 图 3.10 f 2 点发生短路时的等值网络 系统 S 对短路点 f 2 的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0.21 = 1.68 SB 100 发电机 F1、F2 对短路点 f 2 的计算电抗为： x j s = 0.0997 25 = 0.025 100 当 f 3 发生短路时 x 3 0 = x 1 + x 1 8 = 0.125 + 0.052 = 0.177 x 3 1 = x 1 9 + x 2 7 = 0.10 + 0.0.0997 = 0.1997 S 点对 f 3 的转移电抗为： x 32 = x 30 + x 20 + x 30 .x 20 0.177 0.031 = 0.177 + 0.031 + = 0.24 x 31 0.1997 F2 点对 f 3 的转移电抗为： x 3 3 = 0 .0 3 1 + + 0 .1 9 9 7 + 0 .0 3 1 0 .1 9 9 7 = 0 .2 7 0 .1 7 7 化简的等值网络如图 3.11 所示。 图 3.11 化简的等值网络 系统 S 对短路点 f 3 的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0.24 = 1.92 SB 100 发电机 F1、F2 对短路 f 3 点的计算电抗为： x j s = 0.27 25 = 0.067 100 （2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值。 （3）计算短路电流有名值。 （同上） 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3.2。 表 3.2 短路电流表 短路点 时间 系统 S 短路点总电流/k f 1 处短路 4 S p a g e 6 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 1.13 0.57 0.63 0.32 0.54 0.27 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 2.11 11.6 2.45 13.47 4.83 26.53 26.80 13.79 12.17 f 2 处短路 4 S f 3 处短路 4 S （三）线路 L1 处开环运行时，系统的等值网络如图 3.12 所示。 图 3.12 系统的等值网络 （1）转移电抗和计算电抗计算 当 f 1 发生短路时，F 点对 f 1 的转移电抗为 ： x 34 = x 12 + ( x 13 + x 16 ) + x 12 .( x 13 + x 16 ) x 17 0.099 (0.20 + 0.12) 0.26 = 0.099 + (0.20 + 0.12) + =0.54 所以， f 1 点发生短路时的等值网络如图 3.13 所示。 图 3.13 f 1 点发生短路时的等值网络 系统 S 对短路点 f 1 的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0.135 = 1.08 SB 100 发电机 F1、F2 对短路点 f 1 的计算电抗为： x j s = x f i SN 25 2 = 0.54 = 0.27 SB 100 当 f 2 发生短路时，S 点对 f 2 的转移电抗为： x 35 = (0.135 + 0.099) + 0.20 + =0.614 (0.135 + 0.099) 0.20 0.26 所以， f 2 点发生短路时的等值网络如图 3.14 所示。 图 3.14 f 2 点发生短路时的等值网络 系统 S 对短路点 f 2 的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0.614 = 5.526 SB 100 发电机 F1、F2 对短路点 f 2 的计算电抗为： x j s = 0.12 25 2 = 0.06 100 当 f 3 发生短路时，S 点对 f 3 的转移电抗为： x 3 6 = 0.135 + 0.099 = 0.234 F2 点对 f 3 的转移电抗为： x 3 7 = 0.20 + 0.12 = 0.32 系统 S 对短路点 f 3 的计算电抗为： x j s = 1.872 （2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值。 （3）计算短路电流有名值。 （同上） 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3.3。 表 3.3 短路电流表 短路点 时间 4 S 标么值 系统 S 1.03 0.52 0.08 0.04 2.43 1.22 发电机 F1、F2 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 2.39 31.44 2.47 13.59 2.32 12.74 短路点总电流/k f 1 处短路 有名值/k A 31.96 13.63 13.96 p a g e 7 f 2 处短路 4 S f 3 处短路 4 S 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A （四）线路 L3 处开环运行时，系统的等值网络如图 3.15 所示。 图 3.15 系统的等值网络如 （1）转移电抗和计算电抗计算 当 f 1 发生短路时，F 点对 f 1 的转移电抗为 ： x 36 = 0 .3 3 + 0 .1 2 + 0 .3 3 0 .1 2 0 .2 0 + 0 .2 6 =0.45 所以， f 1 点发生短路时的等值网络如图 3.16 所示。 图 3.16 f 1 点发生短路时的等值网络 系统 S 对短路点 f 1 的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0.135 = 1.08 SB 100 x j s = x f i SN 25 2 = 0 .4 5 = 0 .2 2 5 SB 100 当 f 2 发生短路时，等值网络如图 3.17 所示。 图 3.17 等值网络 系统 S 对短路点 f 2 的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0 .3 6 5 = 2 .9 2 SB 100 发电机 F1、F2 对短路点 f 2 的计算电抗为： x j s = 0.12 25 2 = 0.06 100 当 f 3 发生短路时，系统 S 对短路点 f 3 的计算电抗为： x j s = 1.27 800 = 10.16 100 发电机 F1、F2 对短路 f 3 点的计算电抗为： x j s = 0.37 25 2 = 0.185 100 （2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值。 （3）计算短路电流有名值。 （同上） 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3.4。 表 3.4 短路电流表 短路点 时间 4 S 标么值 系统 S 1.03 0.52 0.35 0.18 0.38 0.19 发电机 F1、F2 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 2.44 13.42 2.47 13.59 2.47 13.59 短路点总电流/k f 1 处短路 有名值/k A 13.94 13.76 13.78 f 2 处短路 4 S f 3 处短路 4 S 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A （五）线路 L4 处开环运行时，系统的等值网络如图 3.18 所示。 图 3.18 系统的等值网络 （1）转移电抗和计算电抗计算 当 f 1 发生短路时，等值网络如图 3.19 所示 。 图 3.19 等值网络 系统 S 对短路点 f 1 的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0.135 = 1.08 SB 100 p a g e 8 发电机 F1、F2 对短路点 f 1 的计算电抗为： x j s = x f i SN 25 2 = 0.45 = 0.225 SB 100 当 f 2 发生短路时，S 点对 f 2 的转移电抗为： x 41 = 0 .1 3 5 + 0 .3 3 + 0 .1 3 5 0 .3 3 0 .0 9 9 + 0 .2 6 =0.787 f 2 发生短路时，等值网络如图 3.20 所示。 图 3.20 等值网络如 系统 S 对短路点 f 2 的计算电抗为： x j s = x f i SN 800 = 0.787 = 6.296 SB 100 发电机 F1、F2 对短路点 f 2 的计算电抗为： x j s = 0.12 25 2 = 0.06 100 当 f 3 发生短路时，等值网络如图 3.21 所示。 图 3.21 等值网络 系统 S 对短路点 f 3 的计算电抗为： x j s = 0.264 800 = 2.11 100 发电机 F1、F2 对短路 f 3 点的计算电抗为： x j s = 0.879 25 2 = 0.439 100 （2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值。 （3）计算短路电流有名值。 （同上） 查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3.5。 表 3.5 短路电流表 短路点 时间 4 S 标么值 系统 S 1.03 0.52 0.29 0.15 0.49 0.25 发电机 F1、F2 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 2.44 13.42 2.47 13.59 2.01 11.06 短路点总电流/k f 1 处短路 有名值/k A 13.94 13.73 11.31 f 2 处短路 4 S f 3 处短路 4 S 标么值 有名值/k A 标么值 有名值/k A 3.3 确定运行方式 由 3.2 节的计算过程，统计系统各短路点短路时的短路电流如表 3.6。 表 3.6 各短路点短路时的电流总结表 运行方式 两台发电机同时运行 一台变压器停运，另 一台变压器单独工作 线路 L1 处开环运行 线路 L3 处开环运行 线路 L4 处开环运行 f 1 处短路时的 短路电流/k A 14.27 12.167 31.96 13.93 13.92 f 2 处短路时的 短路电流/k A 13.90 13.79 13.63 13.76 13.73 f 3 处 短路 时的 短路电流/k A 14.13 26.80 13.96 13.78 11.31 综上所述： 系统 S 侧（ f 1 处短路时）的最大运行方式为：线路 L1 处开环 运行。 最小运行方式为：当一台发电机停运，另一台单独工作时。 发电机-变压器侧 （ f 2 处短路时）的最大运行方式为：两台变压器同时运行时。 最小运行方式为： 线路 L1 处开环运行。 p a g e 9 变压器侧（ f 3 处短路时）的最大运行方式为：当一台发电机停运，另一台单 独工作时 最小运行方式为：线路 L4 处开环运行。 4 短路计算 4.1 各种运行方式下各线路电流计算 由图 3.17 可知，系统 S 对短路点 f 1 的转移电抗为： x f 1 =0.125 系统折算到 110k V 的最小阻抗为： Z s m i n = x f 1 115 2 115 2 = 0.125 = 16.53 100 100 由图 3.20 可知，系统 S 对短路点 f 1 的转移电抗为： x f 1 =0.135 系统折算到 110k V 的最小阻抗为： Z s m a x 1 115 2 115 2 = x f 1 = 0.135 = 17.85 100 100 输电线路 L1 长为 100k M， Z L = 100 0.4 = 40 ? （输电线路电阻率为 0.4 ? /k M） 短路电流为： UN I k m i n . L1 = 3 115 = 3 = 1.45 k A 40 + 17.85 115 3 = 3 = 1.17 k A 40 + 16.53 Z L1 + Z s m a x UN I k m a x . L1 = Z L1 + Z s m i n 同理，根据已知条件得： 输电线路 L2 短路电流为： Z L = 50 0.4 = 20 ? 2 UN I k m i n . L = 2 115 3 = 3 = 1.75 k A 20 + 17.85 115 3 = 3 = 1.82 k A 20 + 16.53 Z L + Z s m a x 2 UN I k m a x . L = 2 Z L + Z s m i n 2 UN I k m i n . L3 = 3 115 = 3 = 2.23k A 12 + 17.85 115 3 = 3 = 2.33 k A 12 + 16.53 Z L3 + Z s m a x UN I k m a x . L 3 = Z L 3 + Z s m i n 4 输电线路 L4 短路电流为： Z L = 60 0.4 = 24 ? UN I k m i n . L4 = 3 115 = 3 = 1.59k A 24 + 17.85 Z L4 + Z s m a x UN I k m a x . L = 4 115 3 = 3 = 1.64 k A 24 + 16.53 Z L + Z s m i n 4 4.2 各输电线路两相短路和三相短路电流计算 （一）各输电线路在最小运行方式下的两相和三相短路电流 系统电抗 发电机电 抗 x s =0.135 x F =0.13 p a g e 10 各输电线路三相短路电流为： 输电线路 L1 三相短路电流为： =( 115 115 1 + ) 0.135 + 40 0.13 + 40 3 = 3.308( k A) 同理可得，输电线路 L2 三相短路电流为： I 2 ( 3 ) = 2 .1 0 7 ( k A ) 输 电线路 L3 三相短路电流为： I 3 ( 3 ) = 1 .4 0 6 ( k A ) 输电线路 L 三相短路 电流为： I (3) = 3 .5 0 5 ( k A ) 各输电线路两相短路电流为： 输电线路 L1 两相短路电流为： I1 ( 2) = 3 ( 3) I1 = 2.865( k A) 2 3 ( 3) I 2 = 1.825(k A ) 2 输电线路 L2 两相短路电流为： I 2 ( 2) = 输电线路 L2 两相短路电流为： I 3 ( 2) = 3 I 3 ( 3) = 1.218( k A) 2 3 ( 3) I 4 = 3.035( k A) 2 输电线路 L2 两相短路电流为： I 4 ( 2) = （二）各输电线路在最大运行方式下的三相短路电流 输电线路 L1 三相短路电 流为： I1 ( 3 ) = E x (1 1 0 ) 1 115 1 = = 955( A ) x s + x L 1 3 0.135 + 40 3 = 193( A ) 同理可得，输电线路 L2 三相短路电流为： I 2 ( 3 ) 输电线路 L3 三相短路 电流为： I 3 ( 3 ) 输电线路 L4 三相短路电流为： I 4 ( 3 ) = 129( A ) = 318( A ) 5 继电保护的配置 5.1 继电保护的基本知识 电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配 和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。发电输电配电用电构 成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂 ,输电设施以及用电设备组成的 电能生 产与消费系统称为电力系统。电力系统在运行中 ,各种电气设备可能出现故障和 不正常 运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏 ,但是 没有发 生故障的运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各 种类型 断线等。其中最常见且最危险的是各种类型的短路 ,电力系统的短路故障会产生 如下后 果: (1)故障点的电弧使故障设备损坏； 设备遭到破坏； 效益和人们的正常 生活； 停电的恶性循环； (2)比正常工作电流大许多的短路电流产生热效应和电动力效应,使故障回路中的 (3)部分电力系统的电压大幅度下降,使用户的正常工作遭到破坏,影响企业的经 济 (4)破坏电力系统运行的稳定性,引起系统振荡,甚至使电力系统瓦解,造成大面积 故障或不正常运行状态若不及时正确处理,都可能引发事故。为了及时正确处理 故 障和不正常运行状态,避免事故发生,就产生了继电保护,它是一种重要的反事故 措施。 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置 ,且继电保护装置是完成继电保护功 能的核 或发出信号的一种自动装置。 继电保护的任务是: 力系统中切除,避免故障元 p a g e 11 件继续遭到破坏,使非故障元件迅速恢复正常运行。 的条件发出信号或跳闸。 继电保 护装置的基本原理: 心,它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态,并动作于断路器 跳闸 (1)当电力系统中某电气元件发生故障时,能自动,迅速,有选择地将故障元件从电 (2)当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时,能及时反应并根据运行维护 我们知道在电力系统发生短路故障时,许多参量比正常时候都了变化，当然有的 变 化可能明显，有的不够明显， 而变化明显的参量就适合用来作为保护的判据， 构成保护 比如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用短路时母 线电压 降低的特点可构成低电压保护；利用短路时线路始端测量阻抗降低可构成距离保 护；利 用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护。除此之外，根据线路内部短路 时，两 些保护，如反应变压器油在故障时分解产生的气体而构成的气体保护。 侧电流相位差变化可以构成差动原理的保护。当然还可以根据非电气量的变化来 构成某 原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差 继电保护装置的组成： 别） ，即可形成某种判据，从而构成某种原理的保护，且差别越明显，保护性 能越好。 被测物理量测量逻辑执行跳闸或信号 整定值 测量元件：其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流，电压，阻抗 保护是否该起动。 功率方向等） ，并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出逻辑信号， 从而判断 逻辑元件：其作用是根据测量部分输出量的大小，性质，输出的逻辑状态，出现 的 并将有关命令传给执行元件。 如：故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行 时不动作等。 对继电保护的基本要求 仍能正常运行，以尽量减小停电范围。 断路器 的跳闸时间。 顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发 信号 执行元件：其作用是根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务 选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元 件 速动性：是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间 和 灵敏性：是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要 求 反应出来。 即不发生拒绝动作也不发生错误动作。 的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地 正确地 可靠性：是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，而在不该动作时，它 能可靠不动 52 变压器的保护配置 5.2.1 变压器配置 （一）纵联差动保护 本 次 设 计所 采 用 的 变 压 器 型号 均 分 别 为 ： SDL-31500/110 、 p a g e 12 SFSL-31500/110 、 SFL-20000/110、SFL-20000/110。对于这种大型变压器而言，它都必需装设单独 的变压 器差动保护，这是因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电压侧电 流引自 高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和 低压侧 电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而 可以更 好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障 。所以 我们用纵联差动保护作为两台变压器的主保护，其接线原理图如图 5.1 所示。 正常情况 I 1 = I 1 ? I 1 = n 2 = n T （变压器变比） n 1 n 2 I 1 n 1 所以这时 Ir =0，实际上，由于电流继电器接线方式，变压器励磁电流，变比误 差等影响 应的措施来减小。 导致不平衡电流的产生，故 Ir 不等于 0 ，针对不平衡电流产生的原因不同可 以采取相 尽管纵联差动保护有很多其它保护不具备的优点，但当大型变压器内部产生严重 漏 还需对变压器装设另外一个主保护瓦斯保护。 油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，纵联差动保护不能动作，这 时我们 图 5.1 纵联差动保护原理示意图 （二）瓦斯保护 瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由于一方面简单，灵敏，经济；另 一 用才能做到优势互补，效果更佳。 (1)瓦斯保护的工作原理： 方面动作速度慢，且仅能反映变压器油箱内部故障，就注定了它只有与差动保护 配合使 当变压器内部发生轻微故障时，有轻瓦斯产生，瓦斯继电器 KG 的上触点闭合， 作 用于预告信号；当发生严重故障时，重瓦斯冲出，瓦斯继电器的下触点闭合，经 中间继 闭合，也可利用切换片 XB 切换位置，只给出报警信号。 (2)瓦斯保护的整定 ： 轻瓦斯按气体容积进行整定，整定范围为：250300c m 3 电器 KC 作用于信号继电器 KS，发出警报信号，同时断路器跳闸。瓦斯继电器 的下触点 瓦斯保护有重瓦斯和轻瓦斯之分，它们装设于油箱与油枕之间的连接导管上。其 中 ,一般整定在 250c m 3 重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为：0.61.5m /s ,一般整定在 1m /s 。瓦 斯保护 图 5.2 瓦斯保护原理示意图 （三）复合电压启动的过流保护 由于这种保护可以获得比一般过流保护更高的灵敏性，所以实践中它常用来作厂 变 内部及低分支外部相间短路故障的后备保护，这里我也用来作为变压器的后备保 护，它 低电压元件构成复合电压启动元件，其保护原理接线图如图 5.3 所示。 是由负序过电压元件、低电压元件、过流元件及时间元件构成，其中负序过电压 元件与 复合电压过流保护的输入电流取高压侧电流 ,为保证选择性,复合电压启动元件 需 要配置两套,输入电压分别取自厂变低压侧两个支上的电压。 保护采用两段延时 出口 p a g e 13 以 A 分支为例: 若发生相间不对称短路故障,”U2”元件启动,常闭触点断开, 使”U”元件短时启动, ”U”元 件返回后,因”U 1.3 ，满足要求。 s e n I 2 13 o p 对于 B3 、 B4 ： I o p = k r e l I N .s t = 1.15 20000 = 135 ( A ) 0.85 3 115 k r e 最小运行方式下, 线路 L4 开环运行两相短路时,保护的灵敏性 校验: 3 (3) 3 I 2107 2 f 1. m i n K = = 2 = 13.5 1.3 ，满足要求。 s e n I 1 35 o p (2)过负荷保护的整定计算： 取可靠系数 Kr e l 为 1.05,返回系数 Kr e s 为 0. 85,IN 为保护安装侧变压器的额定电流。 对于 B1 、 B2 其额定电流为： IN = 31500 3 1 1 0 = 165 ( A ) 所以： I o p e r = 1 .0 5 k r e l 331 = 409 ( A ) IN = 0 .8 5 k r e s p a g e 15 对于 B3 、 B4 ,其额定电流为： IN = 20000 3 1 1 0 = 105 ( A ) 所以： I o p e r = 1 .0 5 k r e l 105 = 129 (A ) IN = 0 .8 5 k r e s 继电器选用 NSP712 系列多功能微机成套保护及自动装置。 5.3 母线的保护配置 5.3.1 保护配置的原理 电力系统中的母线是具有公共电气连接点,它起着汇总和分配电能的作用。所以 发 电厂和变电站中的母线是电力系统中的一个重要组成元件。 母线运行是否安全 可靠,将 会破坏整个系统的稳定。 直接影响发电厂,变电站和用户工作的可靠性,在枢纽变电所的母线上发生故障时 ,甚至 引起母线短路故障的主要原因有:由于空气污溃,导致断路器套管及母线绝缘子的 地线合断路器。 闪络；母线电压和电流互感器的故障；运行人员的误操作 ,如带负荷拉隔离开关 、带接 母线故障的类型,主要是单相接地和相间短路故障。与输电线路故障相比较,母线 障所造成的后果。 母线完全电流差动保护。 故障的几率虽较小,但造成的后果却十分严重。因此,必须采取措施来消除或减少 母线故 由设计的已知条件可知,110k V 母线均是采用单母线接线,对于单母线我们可以采 用 母线完全差动保护的原理接线图如图 5.4 所示,和其它元件的差动保护一样,也 是按 环流法的原理构成。在母线的所有连接元件上必须装设专用的电流互感器 ,而且 这些电 流互感器的变比和特性完全相同,并将所有电流互感器的二次绕组在母线侧的端 子互相 连接,在外侧的端子也互相连接,差动继电器则接于两连接线之间,差动电流继电 器中流 过的电流是所有电流互感器二次电流的相量和。这样,在一次侧电流总和为零时 ,在理想 进母线的方向为正方向。图中线路 I,II 接于系统电源,而线路 III 则接于 负载。 的情况下,二次侧电流的总和也为零。此图为母线外部 K 点短路的电流分布图, 设电流流 (1)在 正常和 外部 故障 时 (K 点), 流 入母线 与流 出母 线的 一次 电流 之和 为零 , 即 I = I + I I II I III = 0 ? ? 1 ? 2 而流入继电器的电流为: I p a g e 16 g = I + I I 3 = 1 n TA ? ? I I + I II I III ? ? 因电流互感器变比 n TA 相同,在理想情况下流入差动继电器的电流为零,即 Ig = 0 部故障时,流入差动继电器的电流为不平衡电流,即: 但实际上,由于电流互感器的励磁特性不完全一致和误差的存在 ,在正常运行或 外 ? I g = I u n b