继电保护设计.doc

9XX大学电气工程学院继电保护课程设计摘要:本设计主要是围绕110KV升压变电站（C变电站）的继电保护，要根据提供的原始资料和变电站的一次系统图，进行继电保护的相关计算，电压保护，电流保护，根据国家标准和规范对变压器、母线、线路配置合适的保护。一般110KV的线路直接选择距离保护，接地故障选择零序电流保护，同时对距离保护、零序电流保护进行整定计算，并通过计算和比较，按照继电保护选择性、速动性、可靠性、灵敏性的要求，确定了C变电站电气设备、母线、线路的保护的初步设计方案，最后并对主要保护进行了综合评价和绘出变电站的保护配置图。关键词：继电保护、短路计算、 整定计算、保护配置图1 概述继电保护装置是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护基本任务：自动，迅速，有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。继电保护系统作用：（1）断开电力故障元件，最大限度地减少对电力元件本身的损坏。（2）反应电力元件不正常工作状态，便于监视与调整。（3）支持电力系统安全运行。特别是保护快速动作对提高电网暂态稳定的特殊作用，其他稳定措施是不能与其相比拟。 继电保护基本要求:选择性、速动性、灵敏性、可靠性。 这四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿全设计的一个基本线索。它们之间既矛盾，又在一定条件下统一。继电保护的配置原则 ：超高压（220kV及以上），双重化原则，近后备+断路器失灵。高压（220kV以下），主、备独立，远后备。主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择性地切除被保护设备和线路故障的保护。 后备保护是主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。近后备保护当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。 2系统方式选择 根据给出的任务书和国家规程可以做以下选择：2.1系统运行方式的选择 变电站运行方式选择原则：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。线路运行方式选择原则：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；双回路一般不考虑同时停用。 系统运行方式的确定：本系统的最大运行方式是所有设备全部投入运行；系统的最小运行方式为发电机只有G1或G2一台投入。所有变压器星型侧接地。2.2变压器中性点接地选择(1)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。2.3选取流过保护最大负荷电流的原则(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。2.4 流过保护的最大、最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。而对于最小短路电流，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。 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；系统的最小运行方式为发电机G1和G2投入，发电机G3停运。对保护1而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式下线路L1回路断开，其他设备全投；保护1的最小运行方式应该是：在系统的最小运行方式下线路L1+L2与L3并联运行。 3系统的分析计算本次设计是110KV C站变电站继电保护，如图3.1所示，整个系统中选择了6个短路点d1、d2、d3、d4、d5、d6。根据整定计算的需要，保护的整定原则选择的短路点。图3.2、3.3、3.4是d1短路时的正、负、零序网络图，其他短路点的网络图原理一致。图3.1 等值电路图和各短路点图3.2 d1短路时的正序网络图图3.3 d1短路时的负序网络图图3.4 d1短路时的零序网络图4 变电站保护的配置4.1变压器保护的配置根据 GB/T142852006继电保护和安全自动装置技术规程第4.3.2条规定：电力变压器应装设如下保护：0.4 MV.A 及以上的车间内油浸式变压器和0.8 MV.A及以上的油浸式变压器均应装设瓦斯保护。 根据第4.3.3.2条规定：电压在10KV以上，容量在10MV.A及以上的变压器，应装设纵联差动保护。根据第4.3.8.2条规定：分级绝缘变压器应装设用于中性点直接接地和经放电间隙接地的两套零序过电流保护。还应增设零序过电压保护。根据第4.3.3.2条规定：相间短路后备保护宜采用过电流保护和复合电压启动的过电流保护或复合电流保护。本保护变压器容量为15MV.A ，变压器绝缘采用分段绝缘，中性点不允许过电压。应装设瓦斯保护、纵联差动保护、变压器中性点侧装设零序过电流保护和零序过电压保护，采用复合电压闭锁、过电流保护作为其后备保护。本变电站具体保护配置见表4.1所示。表4.1变电站保护的配置保护对象主保护后备保护变压器差动保护、瓦斯保护零序过电流、零序过电压、零序电流差动保护母线110KV侧完全电流差动保护断路器失灵保护线路断路器501零序电流保护I段、II段零序电流保护III段4.2 线路保护的配置 根据 GB/T142852006继电保护和安全自动装置技术规程第4.4条3KV 10KV线路保护4.4.2.1条规定：单侧电源线路，可装设两段过电流保护，第一段为不带时限的电流速断保护：第二段为带时限的的过电流保护；保护可采用定时限或反时限特性。保护的选择性，灵敏性，可靠性，速动性，经济性，C站10KV馈线配置电流速断保护和定时限过电流保护。小电流接地系统（35KV及以下）输电线路一般采用三段式电流保护反应相间短路故障：由于小电流接地系统没有接地点，故单相接地短路仅视作异常运行状态，一般利用母线上的绝缘检查装置发信号，由运行人员分区停电寻找接地设备。对于变电站来讲，母线上出线回路较多，也涉及供电的连续性问题，故一般采用零序电流保护反应接地故障。110KV输电线路一般采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。对于极个别非常短的线路，如有必要也可以采用纵差保护作为主保护。本系统线路的保护方式采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。其中，第I段作为线路的主保护，II、III段作为后备保护。4.3 母线保护的配置 根据 GB/T142852006继电保护和安全自动装置技术规程第4.8.4条规定：对3KV10KV分段母线宜采用不完全电流差动保护，保护装置仅接入有电源支路的电流保护装置由2段构成，第一段宜采用无时限或带时限的电流速断保护，当灵敏系数不符合要求时，采用电压闭锁电流速断保护；第二段采用过电流，当灵敏系数不符合要求时，可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路，以降低保护的启动电流。所以A站10KV侧母线配置不完全差动保护即简易母差保护。根据 GB/T142852006继电保护和安全自动装置技术规程第4.8.2条规定：110KV单母线需要快速切除母线上的的故障时，应装设专用的母线保护。根据4.9.1规定:110KV电力网的个别重要部分应装设断路器失灵保护。所以，C站110KV母线配置母联差动保护和断路器失灵保护，断路器失灵保护作为其近后备保护。5保护的综合评价5.1 变压器保护的综合评价 （1）瓦斯保护：瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，优点是简单，灵敏，经济；缺点是动作速度慢，且仅能反映变压器油箱内部故障，瓦斯保护只有与差动保护配合使用才能做到优势互补，效果更佳。瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成。变压器内部发生轻微故障时，继电器触点闭合，发出瞬时“轻瓦斯动作”信号。变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触点闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器各侧断路器。变压器严重漏油使油面降低时，继电器动作，同样发出“轻瓦斯动作”信号。 （2）差动保护：差动保护是一切电气主设备的主保护，优点是灵敏度高、选择性好、实现简单，它不但能正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件配合，可以无延时地切除区内各种故障。缺点是当大型变压器内部产生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，差动保护不能动作。 （3）零序电流差动保护：中性点直接接地电网的变压器装设零序（接地）保护作为变压器住保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。当变压器中性点同时装设有避雷器和放电间隙时，应装设零序电流保护作为变压器中性点直接接地运行时的保护，并增设一套反映间隙放电电流的零序电流保护和一套零序电压保护作为变压器中性点不接地运行时的保护。后者作为间隙放电电流的零序电流保护的后备保护。5.2线路保护的综合评价 （1）零序电流保护：可用做中性点直接接地系统中主要的接地短路保护，有较好的灵敏度，接线简单可靠；但不能反映三相和两相短路，受系统运行方式影响大。当零序电流保护不能满足系统要求时，应装设接地距离保护、。当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要还应配置阶段式零序电流保护。特别是零序电流保护中最小定值的保护段，对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。50南华大学电气工程学院继电保护课程设计结论 通过此次继电保护的课程设计，对变电站保护的进行设计。这是对我们所学基本知识、基本理论和基本技能掌握程度的一次测验。它要求我们对继电保护这门专业课程十分了解，同时也对国家有关继电保护的规范有所了解。但课程设计并不是单一地对学生进行某一学科已学知识的考核，而是着重考查我们运用所学知识对某一问题进行探讨和研究的能力。通过此次课程设计，使我了解了继电保护设计与分析的研究过程，掌握了如何收集、整理和利用资料，如何利用有用的信息。所以要做好一次课程设计，既要系统地掌握和运用专业知识，还要有较宽的知识面并有一定的逻辑思维能力和写作功底。不仅是单个的课程设计，更是对专业课程的有效检验。同时通过此次课程设计也让我发现自己的不足，我希望在今后的工作和生活中改正不足，不断进步，谢谢！5南华大学电气工程学院继电保护课程设计参考文献1 韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册M.北京:中国水利电力出版社，20032 何仰赞，温增银.电力系统分析上、下册M.武汉:华中科技大学出版社，20023 孙国凯，霍利民.电力系统继电保护原理M.北京:中国水利出版社，20024 贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理M.北京:中国电力出版社，19945 陈德树.计算机继电保护原理与技术M.北京:中国水利出版社,19926 崔家佩，陈永芳.继电保护安全与自动装置整定计算.北京:中国电力出版社，1990附录一 系统等值参数计算基准功率：SB=100MVA； 基准电压：VB=115KV；基准电流：IB=SB/1.732 VB=100103/1.732115=0.502KA；基准电抗：ZB=VB/1.732 IB=115103/1.732502=132.25；电压标幺值：E=E(2)=1.05（1）输电线路等值电抗计算 A站10KV馈线(设线路长30km)正序以及负序电抗：XL= X1L=0.430=12； XL*= 12/132.25=0.09074 线路AS2正序以及负序电抗：XAS2= X1LAS2=0.415=6； XAS2*= 6/132.25=0.04537零序电抗：XAS20=X1LAS2= 3X1LAS2=36=18；XAS20*= XAS20/ZB=18/132.25=0.1361 线路AB正序以及负序电抗：XAB= X1LAB=0.425=10；XAB*= XAB/ ZB=10/132.25=0.07561零序电抗：XAB0= X0LAB= 3XAB=30； XAB*=3 XAB*=0.2268 线路AC正序以及负序电抗：XAC=X1LAC=0.418=7.2；XAC*= XAC/ ZB=7.2/132.25=0.05444零序电抗：XAC0= 3XAC=21.6； XAC0*= 3XAC* =0.1633 线路BS1正序以及负序电抗：XBS1= 0.428=11.2； XBS1*= 11.2/132.25=0.08469零序电抗：XBS10= 3XBS1=33.6； XBS20*= 3XBS1*/ ZB=0.2541（2）变压器等值电抗计算 变压器1B、2BXT1= XT2=(UK%/100)(VN2103/ SN)98.736XT1*= XT2*=XT1/ ZB=98.736/132.25=0.7466 变压器3B、4BXT3= XT4 62.9805； XT3*= XT4*=XT3/ ZB=62.9805/132.25=0.4762 变压器5B、6B等值电抗计算XT5=XT6= XT7=(UK%/100)(VN2/ SN)83.89； XT6*= XT5*=0.6305（3）发电机等值电抗计算XG1=0.7109132.25=94.0165； XG1* = XG2*=X%SB /SG=0.7109(4) 最大负荷电流计算A母线最大负荷电流 IfhA max = 2S3B/U=220000/(1.732115)=200.8234A B母线最大负荷电流 IfhB max =2 S2B /U =215000/(1.732115)=150.62A A站10KV母线最大负荷电流按变压器额定电流取1154.73A（5）负荷阻抗XLD1= E/1.732 Id1max=265.6； XLD2= E/1.732 Id2max=330.7XLD3= E/1.732 Id3max=189.7； XLD4= E/1.732 Id4max=209.9（6） 零序电流d1点短路的零序电流：X0=16.75 X1= X2=48.23I0min=E/(2Z2+Z0)= 115/(248.23+16.75)=1.066 KAI0max=E/(2Z0+Z1)= 115/(216.75+48.23)=1.477KAd2点短路的零序电流：X0=24.36 X1= X2=43.83I0min= 115/(243.83+24.36)=0.898 KA； I0max= 115/(224.36+43.83)=1.097 KAd3点短路的零序电流：X0=56.8 X1= X2=47.2I0max= 115/(247.2+56.8)=0.799 KA； I0min= 115/(256.8+47.2)=0.712 KAd4点短路的零序电流：X0=34.8 X1= X2=45.6I0min= 115/(245.6+34.8)=0.958 KA； I0max= 115/(234.8+45.6)=1.048 KA附录二 母线与线路保护整定计算与校验（1）断路器501零序电流保护的整定计算和校验段按躲开变压器空载投入的励磁涌流整定：Iset=KyaIN=3.50.378105=0.389KAKy为励磁涌流系数；a为变压器端电压下降系数；IN为变压器高压侧额定电流按躲开断路器三相不同时合闸的最大零序电流整定Iset=Krel3Iomax=1.11477=1.624K7A Iset为1.6247KA； 动作时间：t=0s零序电流保护III段I0IIIdz=KIIIK Ibpmax=1.20.864=1.0368KA；tIII=t=0.5（2）断路器501距离保护的整定计算和校验距离保护段动作阻抗:Zdz=KKZLAS2=0.856=5.1； 动作时限:t=0s。距离保护段的整定计算：Zfmin =239.03 ZdzIII=173.2 t=0.5s灵敏度校验：Ksen =173.2/6=28.91.5 满足要求 (3)断路器502保护的整定计算和校验距离保护的整定计算和校验段整定计算：按躲过本线路末端短路来整定取KK=0.85 Zdz=KKZLAB=0.8510=8.5动作时限：t=0s。段整定计算：动作阻抗与相邻线路BS1的保护的段配合ZdzII=KKII(ZLAB+KIKfhminZLBS1) Kfhmin= 1 ZdzII= 0.8(1.07+0.8511.2)=15.62按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定 ZdzII=KKII(ZLAB+KfhminZTC) Kfhmin= 1 ZdzII= 0.8(10+42)=41.6取最小者，即ZdzII=15.62； 动作时间：t1=t=0.5 s灵敏性校验：Ksen= ZdzII/ZLAB=15.62/1.07=1.561.5,满足要求距离保护段：动作阻抗按躲开最小负荷阻抗整定Zfmin=0.9Ue/1.732Ifmax=0.91151000/350=170.74ZdzIII= Zfmin/KKIIIKh Kzq=170.74/1.21.151=123.3； 动作时间：tIII= 2t=1s灵敏性校验：本线路末端短路时的灵敏系数为： Ksen= ZdzIII/ZLAB=123.3/10=12.31.5， 满足要求相邻元件末端短路时的灵敏系数为： Kfhmax=1 Ksen=Zdz/(ZLAB+ KfhmaxZLBS1)= 5.81.2，满足要求II相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；Kfhmax=1 Ksen= Zdz/(ZLAB+ KfhmaxZTC)= 123.3(10+42)=2.41.2， 满足要求断路器502零序电流保护的整定计算和校验零序电流保护段： KK=1.2 ,I0Idz=KK3I0max=1.231.097=3.95KA零序电流保护II段：零序II段的起动电流应与下一段线路的零序段保护相配合该保护的起动电流I0IIdz为：取KK=1.2，I0IIdz= KK I0Idz =1.22.876=3.45KA动作时限0.5s； 灵敏度校验：Ksen=3I0min/ I0IIdz=31.898/3.45=1.651.5零序电流保护III段:与下一线路零序电流III段相配合。两个保护之间有分支电路时，起动电流整定为I0IIIdz=KKI0dz下一线=1.11.04=1.144KA灵敏度校验:作为本线路近后备保护时，Ksen=3 I0min/ I0dz=30.898/1.144=2.42,符合要求 动作时限:t4=2t