课程设计（论文）35KV电网继电保护的设计

1、目录目录 1 1 概述概述 .1 1 1.1 继电保护的基本要求.1 1.2 35kv 电网继电保护的设计原则 .1 1.2.1 35kv 线路保护配置原则.1 1.2.2 35kv 母线保护配置原则.1 1.2.3 35kv 断路器保护配置原则.2 2 2 计算书计算书.3 3 2.1 短路电流.3 2.2 35kv 电网三相短路电流计算 .3 2.21 在最大运行方式下三相短路电流的计算.3 2.22 在最小运行方式下两相短路电流的计算.8 2.3 继电保护整定计算 .13 2.3.1 对保护进行整定计算.13 2.3.2 对保护进行整定计算.15 2.3.3 对保护进行整定计算.16 2

2、.3.4 对保护进行整定计算.18 2.3.5 对保护进行整定计算.19 2.3.6 对保护进行整定计算.20 3 3 说明书说明书.2222 3.1 短路电流数据表.22 3.2 方向元件的设置.23 3.3 整定原则.23 3.4 继电保护配置.23 4 4 总结和体会总结和体会 .2525 5 5 致谢致谢 .2626 6 6 参考文献参考文献 .2727 附录：附录： .2828 1 1 概述概述 1.11.1 继电保护的基本要求继电保护的基本要求 对继电保护装置有哪些基本要求 要求是：选择性、快速性、灵敏性、可靠性。 选 择性：系统中发生故障时，保护装置应有选择地切除故障部分，非故障

3、部分继续运行； 快速性“短路时，快速切除故障这样可以缩小故障范围，减少短路电流引起的破 坏；减少对用记的影响；提高系统的稳定性； 灵敏性：指继电保护装置对保护 设备可能发生的故障和正常运行的情况，能够灵敏的感受和灵敏地作，保护装置的灵 敏性以灵敏系数衡量。 可靠性：对各种故障和不正常的运方式，应保证可靠动作， 不误动也不拒动，即有足够的可靠。 1.21.2 35kv35kv 电网继电保护的设计原则电网继电保护的设计原则 1.2.11.2.1 35kv35kv 线路保护配置原则线路保护配置原则 （1）每回 35kv 线路应按近后备原则配置双套完整的、独立的能反映各种类型故障、 具有选相功能全线速

4、动保护 （2）每回 35kv 线路应配置双套远方跳闸保护。断路器失灵保护、过电压保护和不 设独立电抗器断路器的 500kv 高压并联电抗器保护动作均应起动远跳。 （3）根据系统工频过电压的要求，对可能产生过电压的 500kv 线路应配置双套过电 压保护。 （4）装有串联补偿电容的线路，应采用双套光纤分相电流差动保护作主保护。 （5）对电缆、架空混合出线，每回线路宜配置两套光纤分相电流差动保护作为主保 护，同时应配有包含过负荷报警功能的完整的后备保护。 （6）双重化配置的线路主保护、后备保护、过电压保护、远方跳闸保护的交流电压 回路、电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路、起动远跳和远方信号传

5、输通道 均应彼此完全独立没有电气联系。 （7）双重化配置的线路保护每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。 （8）线路主保护、后备保护应起动断路器失灵保护。 1.2.21.2.2 35kv35kv 母线保护配置原则母线保护配置原则 （1）每条 500kv 母线按远景配置双套母线保护，对 500kv 一个半断路器接线方式， 母线保护不设电压闭锁元件。 （2）双重化配置的母线保护的交流电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路均 应彼此完全独立没有电气联系。 （3）每套母线保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。 （4）母线侧的断路器失灵保护需跳母线侧断路器时，通过起动母差实现。 1.2.31.2.3 35

6、kv35kv 断路器保护配置原则断路器保护配置原则 （1）一个半断路器接线的 500kv 断路器保护按断路器单元配置，每台断路器配置一 面断路器保护屏（柜） 。 （2）当出线设有隔离开关时，应配置双套短引线保护。 （3）重合闸沟三跳回路在断路器保护中实现。 （4）断路器三相不一致保护应由断路器本体机构完成。 （5）断路器的跳、合闸压力闭锁和压力异常闭锁操作均由断路器本体机构实现，分 相操作箱仅保留重合闸压力闭锁回路。 （6）断路器防跳功能应由断路器本体机构完成。 2 2 计算书计算书 2.12.1 短路电流短路电流 在三相系统中可能发生的短路有：1、三相短路 f(3) 2、两相短路 f(2)

7、3、两相 接地短路 f(1,1)。 三相短路也称为对称短路,系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。其它类型 的短路都是不对称的路。 电力系统的运行经验表明,在各种类型的短路中,单相短路占大多数,两相短路较少,三 相短路机会最少。从短路计算方法来看,一切不对称短路的计算在采用对称分量法后, 都归结为对称短路的计算。 短路计算的目的： 1 选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备 为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数,必须对电力网中发生的各 种短路进行计算和分析.在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值,还必须知道在 网络中的分布情况.有时还要知道系统中某些节点的电压值 2 在设

8、计和选择发电厂和电力系统电气主接线时,为了比较各种不同方案的接线图,确 定是否需要采取限制短路电流的措施,都要进行必要的短路电流计算。 3 进行电力系统暂态稳定计算,研究短路对用户工作的影响等,也包含有一部分短路计 算. 4 在实际工作中,根据一定的任务进行短路计算时必须首先确定计算条件.所谓计算条 件是指短路发生时系统的运行方式,短路的类型和发生地点,以及短路发生后所采取的 措施. 2.22.2 35kv35kv 电网三相短路电流计算电网三相短路电流计算 2.22.21 1 在最大运行方式下三相短路电流的计算在最大运行方式下三相短路电流的计算 最大运行方式：两电站的六台机组全部投入运行，中心

9、变电所在地母 线上的系统等值标么电抗为。城关变电所总负荷为（侧） ， 由金河电站供给、青岭电站供给。剩余的经中心变电 所送入系统。 （一）系统化简 （一）系统化简 35kv 电网结构示意图如下图 1 所示： 图 1 35kv 电网结构示意图 将图 1 电网进行电抗转换，转换的各电抗标幺值如下图 2 所示。 图 2 根据题意已知系统各部分电抗标幺值分别为： x1=0.225 x2=0.55 x3=0 x4=0.35 x5=0.55 x6=0 x7=0.35 x8=1.168 x9=0.292 x10=1 x11=1 x12=x13=x14=x15=0.333 x16=0.876 x17=x18=

10、0.75 x19=0.7 x20=x21=4 将城关变电所排除，由其它电抗标幺值合并整理得到图 3。 图 3 将青岭发电站发电机电抗标幺值合并： x22=x20/x21=2 (4 4) (44) 金河发电站发电机的电抗标幺值合并： x23=x24=0.1665 (0.333 0.333) (0.3330.333) 将青岭电站和金河电站线路上各电抗标幺值合并整理，如下图 4 所示。 图 4 青岭电站线路电抗标幺值合并得： x25=x9+x16+x19+x22=0.292+0.876+0.75+2=3.918 金河电站线路电抗标幺值合并得： x26=(x10+x23)/(x11+x24)=(1.1

11、665)/(1.1665)=0.583 因为 x3=x6=0，所以 20mva 变压器处电抗标幺值等值电路如图 5 所示。 图 5 将 20mva 变压器电抗标幺值 x2 和 x5 合并得： x27=x2/x5=0.275 (0.55 0.55) (0.550.55) 将 20mva 变压器电抗标幺值 x4 和 x7 合并得： x28=x4/x7= =0.175 (0.35 0.35) (0.350.35) 系统电抗合并整理后如图 6 所示。 图 6 以中心变电短路点 k1 为基准合并系统电抗值： x29=x1+x27=0.225+0.275=0.5 x30=x8+x25+=1.168+3.9

12、18+=12.935 (825) 26 xx x (1.168 3.918) 0.583 x31=x8+x26+=1.168+0.583+=1.925 (826) 25 xx x (1.168 0.583) 3.918 将系统进行星型-三角形等值转换如图 7 所示。 图 7 最后化简的电抗: (2829) 322829 (30/ /31) xx xxx xx (0.175 0.5) 0.1750.50.727 (12.935/ /1.925) (2830) 332830 (29/ /31) xx xxx xx (0.175 12.935) 0.175 12.93518.812 (0.5/ /1

13、.925) (2831) 342831 (29/ /30) xx xxx xx (0.175 1.925) 0.175 1.9252.8 (0.5/ /12.935) （二）三相短路电流的计算（二）三相短路电流的计算 取基准功率=1000mv a，基准电压=。由此可算出基准电流： b s b v av v 1000 5.02 33 115 b b b sm ika v 对于系统：基准条件下的电流标幺值 32 1 1.376 b i x 系统三相短路电流 3 .max 1.367 5.026.862 xbb iiika 青岭电站：发电机的额定容量，选取发电机基准容量8 e smw80 b smw

14、 计算电抗标幺值 8 18.8121.881 80 e jsj b s xx s 由水轮机运算曲线数字表查得额定电流标幺值0.56 e i 电站三相短路电流 3 .max 8 0.560.309 1.731.73 8.376 e qe p s iika u (式中 up 为电网线电压平均值) 金河电站：发电机的额定容量12 e smw 计算电抗标幺值 12 2.80.42 80 e jsj b s xx s 由水轮机运算曲线数字表查得额定电流标幺值2.627 e i 电站三相短路电流 3 .max 12 2.6272.175 1.731.73 8.376 e je p s iika u 2.2

15、2.22 2 在最小运行方式下两相短路电流的计算在最小运行方式下两相短路电流的计算 最小运行方式：两电站都只有一台机组投入运行，中心变电所母线上 的系统等值标么电抗为城关变电所总负荷为（侧） ，由金河 电站供给、青岭电站供给。剩余的经中心变电所送入系统。 （一）系统化简（一）系统化简 1、两相短路电流正序电抗化简： 将图 1 电网进行电抗转换，转换的各电抗标幺值如下图 8 所示。 图 8 根据题意已知系统各部分电抗标幺值分别为： x1=0.35 x2=0.55 x3=0 x4=0.35 x5=0.55 x6=0 x7=0.35 x8=1.168 x9=0.292 x10=1 x12=0.333

16、 x16=0.876 x19=0.75 x20=4 将金中线、青中线、中心变电站的标幺电抗合并，如图 9 所示。 图 9 合并各部分电抗： 212/ /50.55/ /0.550.275xxx 224/ /70.35/ /0.350.175xxx 2391619205.918xxxxx 2410121.333xxx 图 10 合并各部分电抗： 251210.625xxx (823)(1.168 5.918) 268231.1685.91812.271 241.333 xx xxx x (824)(1.168 1.333) 278241.168 1.3332.764 235.918 xx xxx

17、 x (2225) 282225 (26/ /27) xx xxx xx (0.175 0.625) 0.1750.6250.848 (12.271/ /2.764) (2226) 292226 (25/ /27) xx xxx xx (0.175 12.271) 0.175 12.27117.559 (0.625/ /2.764) (2227) 302227 (25/ /26) xx xxx xx (0.175 2.764) 0.1752.7643.752 (0.625/ /12.271) 2、两相短路电流负序电抗化简： 最小运行方式下转换的负序电抗标么值如图 11 所示。 图 11 x1=

18、0.35 x2=0.55 x3=0 x4=0.35 x5=0.55 x6=0 x7=0.35 x8=1.168 x9=0.292 x10=1 x12=0.333 x16=0.876 x19=0.75 x20=4 由两相短路电流正序电抗化简同理可得负序电抗图，详细计算过程这里就不在赘 述，化简图如图 12 所示。 计算得各电抗如下所示： 212/ /50.55/ /0.550.275xxx 224/ /70.35/ /0.350.175xxx 2391619205.918xxxxx 2410121.333xxx 251210.625xxx 2623/ /241.088xxx 278262.256

19、xxx 2825/ /270.489xxx 2928220.664 f xxxx 图 12 3、合并附加电抗，得出电抗图，如图 13 所示。 图 13 (28) 31281.694 (29/ /30) f f xx xxx xx (29) 322935.072 (28/ /30) f f xx xxx xx (30) 32307.496 (28/ /29) f f xx xxx xx （二）两相短路电流的计算（二）两相短路电流的计算 取基准功率=1000mv a，基准电压=。由此可算出基准电流： b s b v av v 1000 5.02 33 115 b b b sm ika v 对于系统

20、：基准条件下的电流标幺值 31 1 0.590 b i x 5.02 0.592.962 xbb iii 系统短路电流 3 .min 1.731.73 2.9625.124 xx iika 青岭电站：发电机的额定容量，选取发电机基准容量4 e smw80 b smw 计算电抗标幺值 4 35.0721.754 80 e jsj b s xx s 由水轮机运算曲线数字表查得额定电流标幺值0.598 e i 电站三相短路电流 4 0.5980.165 1.731.73 8.376 e e p s iika u 3 .min 1.730.285 q iika 金河电站：发电机的额定容量3 e smw

21、 计算电抗标幺值 3 7.4960.281 80 e jsj b s xx s 由水轮机运算曲线数字表查得额定电流标幺值3.993 e i 电站三相短路电流 3 3.9930.827 1.731.73 8.376 e e p s iika u 3 .min 1.731.431 j iika 2.32.3 继电保护整定计算继电保护整定计算 总电路转换图（图 14）及变换成单侧电源简化图（图 15、16） 图 14 图 15 图 16 2.3.12.3.1 对保护进行整定计算对保护进行整定计算 图 17 由题中已知条件得： xs.max=0.866( es/i(2)d3.min ) = 43.28

22、 xs.min= es/i(3)d3.max = 19.44 xs.main= 0.5(xs.max + xs.min) = 31.36 （1）保护的）保护的段段 iop2=krel i(3)d1.max=0.7728 检验：lmin=1/x1(0.866es/ iop2xs.max) =48.271.3 所以不满足要求； 采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算： lmain = 0.75l = 30 km 电流元件的动作电流： iop2= es/( xs.main+ x1 lmain)=0.493 低电压元件的动作电压： uop2=1.73iop2 x1 lmain=10.1 最小运行方式时的

23、保护区： lmin = (0.866esxs.max iop2)/ x1 iop5=15.063km lmin0.15l 不满足要求,所以不设段保护。 (2) 保护的保护的段：段： ksen= i(2)d1.min/ iop21.3 (满足要求) 故：iop2= i(2)d1.min/ ksen0.249 top2top2+t0.5s (3) 保护的保护的段：段： iop2krelkss il.max /kre=0.298 灵敏度校验： 近后备：(取本线路末端) ksen = i(2)d1.min/ iop21.08 1.3 满足要求 top5top5+t2s 。 2.3.22.3.2 对保护

24、进行整定计算对保护进行整定计算 图 18 xs.max=0.866( es/i(2)d3.min ) = 79.741 xs.min= es/i(3)d3.max = 53.54 xs.main= 0.5(xs.max + xs.min) = 66.641 (1) 保护的保护的段：段： iop4=krel i(3)d2.max=0.4512 检验：lmin=1/x1(0.866es/ iop4xs.max) =24.89350%l 满足要求； 最小运行方式时的保护区： lmin = (0.866esxs.mas iop4)/ x1 iop2=48.618km 故不满足要求,所以不设段。 (2)

25、 保护的保护的段：段： kfz.min=( id2.min xt+ id2.min jh )/ id2.min xt = 1.913 iop4kph iop.xl/ kfz.min =0.494 检验：ksen= i(2)d2.min/ iop4=0.7921.3故满足要求； top4top2+t0.5s (3) 保护的保护的段：段： iop4krelkss il.max /kre=0.298 灵敏度校验： 近后备：ksen = i(2)d2.min/ iop40.7561.3 远后备：ksen = i(2)d1.min/ iop40.5691.3 远后备：ksen = i(2)d1.min/

26、 iop41.141.2 满足要求 top3top5+t2.5s 2.3.32.3.3 对保护进行整定计算对保护进行整定计算 (1) 保护的保护的段：段： 图 19 iop6=krel i(3)d3.max=0.4788 xs.max=0.866( es/i(2)d4.min ) = 69.03 xs.min= es/i(3)d4.max =43.69 xs.main= 0.5(xs.max + xs.min) = 56.36 检验：lmin=1/x1(0.866es/ iop6xs.max) =3.7625 不满足要求 采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算： lmain = 0.75l =

27、22.5 km 电流元件的动作电流： iop6= es/( xs.main+ x1 lmain)=0.3125 低电压元件的动作电压： uop6=1.73iop6x1 lmain=4.871 最大运行方式时的保护区： lmax =( xs.max uop6)/ x1 (upuop6)=16.559 km 最小运行方式时的保护区： lmin = (0.866esxs.mas iop6)/ x1 iop6=24.576 故不满足要求,所以不设段； (2) 保护的保护的段：段： iop6kph iop4/ kfz.min =0.158 检验：ksen= i(2)d3.min/ iop6=1.4681

28、.3故满足要求； top6top4+t1s (3) 保护的保护的段：段： iop6krelkss il.max /kre=0.352 灵敏度校验： 近后备：ksen = i(2)d3.min/ iop60.6551.3 远后备：ksen = i(2)d3.min/ iop61.3=1.3 低电压元件的动作电压: uop6kk ug.min /kh=26.061 均满足要求 top6top4+t3s 2.3.42.3.4 对保护进行整定计算对保护进行整定计算 图 20 (1) 保护的保护的段：段： xs.max=0.866( es/i(2)d3.min ) = 23.81 xs.min= es/

29、i(3)d3.max = 16.5 xs.main= 0.5(xs.max + xs.min) = 20.155 iop5=krel i(3)d4.max=0.9204 检验：lmin=1/x1(0.866es/ iop5xs.max) =9.280.15l 故满足要求； (2) 保护的保护的段：段： ksen= i(2)d4.min/ iop51.3 iop5= i(2)d4.min/ ksen0.395 top5top5+t0.5s (3) 保护的保护的段：段： iop5krelkss il.max /kre=0.367 灵敏度校验： 近后备：ksen = i(2)d4.min/ iop5

30、1.4 1.3 远后备：ksen = i(2)d8.min/ iop56.3 1.2 满足要求 top5top5+t2s 2.3.52.3.5 对保护进行整定计算对保护进行整定计算 图 21 (1) 保护的保护的段：段： iop3=krel i(3)d3.max=1.554 xs.max=0.866( es/i(2)d2.min ) = 19.723 xs.min= es/i(3)d2.max = 12.777 xs.main= 0.5(xs.max + xs.min) = 16.75 检验：lmin=1/x1(0.866es/ iop3xs.max) =19.5460.15l 不满足要求；

31、采用瞬时电流电压联锁速断保护整定计算： lmain = 0.75l = 7.5 km 电流元件的动作电流： iop3= es/( xs.main+ x1 lmain)=0.940 低电压元件的动作电压： uop3=1.73iop3 x1 lmain=4.884 最小运行方式时的保护区： lmin = (0.866esxs.min iop3)/ x1 iop3=30.78 故不满足要求,所以不设段。 (2) 保护的保护的段：段： iop3kph iop5=0.8063 检验：ksen= i(2)d3.min/ iop3=0.8181.5 满足要求； top3top5+t1s (3) 保护的保护的

32、段：段： iopkrelkss il.max /kre=0.298 灵敏度校验： 近后备：ksen = i(2)d3.min/ iop32.607 1.5 远后备：ksen = i(2)d4.min/ iop31.725 1.5 足要求 top3top5+t2.5s 2.3.62.3.6 对保护进行整定计算对保护进行整定计算 (1) 保护的保护的段：段： 图 22 iop1=krel i(3)d2.max=1.128 xs.max=0.866( es/i(2)d1.min ) = 8.605 xs.min= es/i(3)d1.max = 6.845 xs.main= 0.5(xs.max +

33、 xs.min) = 7.725 检验：lmin=1/x1(0.866es/ iop1xs.max) =19.40.15l 满足要求； (2) 保护的保护的段：段： kfz.min=( id3.min xt+ id3.min jh )/ id3.min xt = 1.28 iop1kph iop3/ kfz.min =0.373 检验：ksen= i(2)d2.min/ iop1=3.841.5 满足要求； top1top3+t0.5s (3) 保护的保护的段：段： iopkrelkss il.max /kre=0.298 灵敏度校验： 近后备：ksen = i(2)d2.min/ iop14

34、.812 1.5 远后备：ksen = i(2)d3.min/ iop12.033 1.5 满足要求 top1top3+t3s 3 3 说明书说明书 3.13.1 短路电流数据表短路电流数据表 各个短路点的最大短路电流和最小短路电流数据表： 短路点up(kv)回路名称i(3)d.max(ka)i(3)d.mim(ka) 系统3.1212.15 金河0.4330.155d137 青岭0.2110.169 系统0.9400.735 金河0.7320.203d237 青岭0.3760.225 系统0.7010.608 金河0.5940.171d310.5 青岭0.3990.232 系统0.4000.

35、398 金河0.3670.116d410.5 青岭0.4890.268 系统7.7315.733 金河1.1150.452d510.5 青岭0.5410.433 系统2.5852.477 金河3.7991.365d66.3 青岭1.1360.788 系统1.7321.665 金河1.5490.483d710.5 青岭1.0430.656 系统1.7191.777 金河1.6230.534d86.3 青岭3.5431.799 3.23.2 方向元件的设置方向元件的设置 3.33.3 整定原则整定原则 根据方向元件安装原则二（对在同一母线上的定时限过电流保护，按动作时限考 虑，时限短的安装方向元件

36、，而长的不用装，若相等则均装）判断，保护和的时 限为秒，保护和的时限为 2.5 秒，所以，保护和均应安装方向元件。 根据方向元件安装原则一（对瞬时过电流速断保护，当反方向电流大于保护的动 作值时，该保护需加装方向元件） （）对于保护，当点短路时： idj1+idq1=0.433+0.211=0.644(ka) iop1=1.128(ka) 所以不需要安装方向元件。 （）对于保护，当点短路时： idj0.376(ka) iop4=0.144(ka) 所以需要安装方向元件。 (4)对于保护 6，当4 点短路时： idx4+idj4=0.4+0.367=0.767(ka) iop6 =0.158 (ka) 所以需要安装方向元件。 3.43.4 继电保护配置继电保护配置 型式 主 保 护后 备 保 护 段段段保护 瞬时电流联锁限时电流速断保护定时限过电流保护 1 iop1=1.128 top10s iop10.373 top10.5s iop10.298 top13s 2 iop2=0.249 top20.5s iop20.149 top52s 3 iop30.4345 top31s i