继电保护课程设计110KV电网线路继电保护

1、 110kv继电保护课程设计继电保护课程设计题 目： 110kv继电保护课程设计 学院名称： 电 气 工 程 学 院 学生姓名： 班 级： 电力 073 班 学 号： 20074450323 指导老师： 职 称： 教 授 2011年1月6日目录摘要31 继电保护概述31.1 系统运行方式的确定：31.2 变压器中性点接地选择原则31.3 线路运行方式选择原则31.4 流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择32 电网各个元件参数计算及负荷电流计算33 短路电流计算33.1 短路电流计算步骤33.2各短路点的短路计算34 距离保护的整定计算34.1 距离保护整定计算的方法及原理：34.2 各断

2、路器的距离整定计算35 输电线路的自动重合闸装置36 对所选择的保护装置进行综合评价36.1 对零序电流保护的评价36.2 电流保护的综合评价36.3 距离保护的综合评价3总结3参考文献3附件错误！未定义书签。110kv电网线路继电保护课程设计任务书110kv电网线路继电保护课程设计一、设计资料1110kv系统电气主接线110kv系统电气主接线如下图所示2系统各元件主要参数：（1）发电机参数 机组容量（mva）额定电压（kv）额定功率因数x%1、22151050813.33（2）输电线路参数 as2abacbs1lgj185/15lgj240/25lgj185/18lgj240/2867071

3、0670710（3）变压器参数 序号1b、2b3b、4b5b、6b型号sf15000/110sf20000/110sf15000/110接线组别y0/11y0/11y0/11短路电压10.2%10.41%10.4%变比11081.5%11022.5%11082.5%（4）ct、pt变比 ab线ac线as2线bs1线ct变比600/5150/5600/5600/5pt变比110000/100110000/100110000/100110000/100变压器绝缘采用分段绝缘。中性点不允许过电压，经动稳定计算，110kv线路切除故障时间0.5秒可满足系统稳定要求。二、设计内容1. ca线路保护设计2

4、. 、ac、ab线路保护设计3. ba、线路保护设计三、设计任务1. 系统运行方式和变压器中性点接地的选择2. 故障点的选择及正、负、零序网络的制定3. 短路电流计算4线路保护方式的选择、配置与整定计算（选屏）*5主变及线路微机保护的实现方案6线路自动综合重合闸7保护的综合评价8、110kv系统线路保护配置图，*主变保护交、直流回路图参考资料: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 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，19944 尹项根，曾克娥

5、.电力系统继电保护原理与应用上册m.武汉:华中科技大学出版社，20015 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 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，20027 有关国家标准、设计规程与规范、图纸摘要本次继电保护设计的是110kv电网线路上继电保护的方式进行的选择及整定计算。系统包括：两个发电厂和四个变压站分别构成辐射形多电源网络。主要对lab、lac线路进行相间继电保护方式、零序保护的选择和整定计算。说明书主要对整定计算的原理、原则及计算结果表进行说明总结。设计内容包括：第一章继电保护概述，主要介绍了短路故障引起的后果和继电保护最新的主

6、要任务以及本电网中的运行方式的选择、最大负荷电流的计算原理等。第二章电网各个元件参数计算及负荷电流计算，第三章短路电流计算步骤，第四章距离保护的整定计算，第五章输电线路的自动重合闸装置，第六章对所选择的保护装置进行综合评价，最后总结，包括此次课程设计查找的资料以及对继电保护最新的认识。设计中的整定原则及原理是通用的，但是由于继电保护的形式和原理在不断跟新，即由感应、电磁式逐渐发展到集成、微机，由单一变量单一元件发展到复合多变量元件。因而整定也有发展变化，应当指出继电保护整定是一项系统工程，要依据系统结构的不同，运行方式的不同在满足继电保护四性的前提下采取最佳方案。关键字：电力系统继电保护、短路

7、计算、距离整定保护、零序网络1 继电保护概述随着电力系统的飞速发展，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段：继电保护的萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。电力系统的运行中最常见也是最危险的故障是发生各种形式的各种短路。发生短路时可能会产生以下后果：(1) 电力系统电压大幅度下降，广大用户负荷的正常工作遭到破坏。(2) 故障处有很大的短路电流，产生的电弧会烧坏电气设备。(3) 电气设备中流过强大的电流产生的发热和电动力，使设备的寿命减少，甚至遭到破坏。(4) 破坏发电机的并列运行的稳定性，引起电力系统震荡甚至使整个系统失去稳定而解列瓦解

8、。因此在电力系统中要求采取各种措施消除或减少发生事故的可能性，一旦发生故障，必须迅速而有选择性的切除故障，且切除故障的时间常常要求在很短的时间内（十分之几或百分之几秒）。实践证明只有在每个元件上装设保护装置才有可能完成这个要求，而这种装置在目前使用的大多数是由单个继电器或继电器及其附属设备的组合构成的，因此称为继电保护装置，它能够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生告警信号。继电保护的任务就是在系统运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等），能够自动、迅速、有选择

9、性且可靠的发出跳闸命令将故障切除或发出各种相应信号，从而减少故障和不正常现象所造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统安全稳定的运行。本次的课程设计是针对电力系统110kv电网（环网）线路继电保护的设计，涉及的内容比较广泛，几乎综合了大学期间本专业所学的所有相关课程，既然是继电保护，就必然涉及到了强电与弱电的相互配合，故也串行了电子、通信、自动化等相关专业的知识。正因为其涉及的知识面广，故对于即将毕业的我们是一次很好的实习机会，也是一次培养对知识的综合运用的机会，更是一种挑战。本设计是对电力系统110kv电网线路进行继电保护初步设计，首先对继电保护的现状、发展和趋势以及继电保护在电力系

10、统中的作用作了简要的介绍；然后详细介绍了运行方式的选择，变压器中性点的接地方式，短路电流的计算，电流保护、差动保护和距离保护等多种线路保护的具体整定方法及计算，并对输电网络做了较详细的分析；最后介绍了电网线路的自动重合闸装置的配置原则。1.1 系统运行方式的确定(1)一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故障；当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。对水电厂，还应根据水库运行方式选择。(2)一个发电厂、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。1.2 变压器中性点接地选择原则(1)发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要

11、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。1.3 线路运行方式选择原则(1)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。(2)双回路一般不考虑同时停用1.4 流过保护的最大、电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

12、按单侧电源的方法选择。 (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。选取流过保护的最大负荷电流的原则 选取流过保护的最大负荷电流的原则如下：(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 电网各个元件参数计算及负荷电流计算基准值选择基准功率：sb=100mva，基准电压：

13、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电网各元件等值电抗计算(1) 线路ac等值电抗计算正序以及负序电抗：xlac= xaclac=0.40215=6.03xlac*= xac/ zb=6.03/132.25=0.046零序电抗：xlac0= 3xlac=18.9xlac0*= xlac0/ zb=1.206/132.25=0.14(2) 线路as2等值电抗计算正序以及负序电抗：xlas2= xas2las2

14、=0.40225=10.05xlas2*= xlas2/ zb=10.05/132.25=0.08零序电抗：xlas20= 30.1xl20*= 3*0.015=0.24(3) 线路ab等值电抗计算正序以及负序电抗：xlab= xablab=0.3718=6.66xlab*= xlab/ zb=6.66/132.25=0.05零序电抗：xlab0=36.66=19.98xlab0*= xlab0/ zb=19.98/132.25=0.15(4)线路bs1等值电抗计算正序以及负序电抗：xlbs1= xbs1lbs1=0.3728=10.36xlbs1*= xlbs1/ zb=10.36/132.

15、25=0.08零序电抗：xlbs0=310.36=34.08xlbs0*= xlabs0/ zb=34.08/132.25=0.26变压器等值电抗计算(1) 变压器t1、t2等值电抗计算xt1= xt2=(uk%/100)(vn2/ sn)98.76xt1*= xt2*=xt1/ zb=98.76/132.25=0.747(2) 变压器t3/t4等值电抗计算xt3= xt4= (uk%/100)(vn2/ sn)62.98xt3*= xt3*= xt3/ zb=62.98/132.25=0.476(3) 变压器t6、t7等值电抗计算xt6= xt7=(uk%/100)(vn2/ sn)39.9

16、5xt6*=xt5*=0.302发电机等值电抗计算 发电机g1、g2电抗标幺值计算xg1= xg2=0.711*132.25=94.03xg1* = xg2*=0.711最大负荷电流计算(1) a母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算(拆算到110kv)ifha max = pfhamax vav2 / 1.732 u=25/1.7321150.1569ka；(2) b母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算(拆算到110kv)ifhbmax = pfhbmax vav2 / 1.732 u=63/1.7321150.3954ka(3) s1母线最大负荷电流ifhbmax =350a(4) s2母线

17、最大负荷电流ifhbmax =50a短路电流计算短路计算的目的a、选择电气设备的依据；b、继电保护的设计和整定；c、电气主接线方案的确定；d、进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响；3 短路电流计算3.1 短路电流计算步骤1确定计算条件，画计算电路图 1）计算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。 2）运行方式：系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。选电气设备：选择正常运行方式画计算图；短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。继电保护整定：比较不同运行方式，取最严重的。2画等值电

18、路，计算参数； 分别画各段路点对应的等值电路。3网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式时各线路未端短路的情况,最小运行方下时各线路未端短路的情况。电网等效电路图如图3.1所示 图3.1电网等效电路图3.2各短路点的短路计算d1短路流经保护501的短路计算：图3.2 d1短路的等值网络图最大运行方式的短路：最小运行方式下的两相短路：=由于最小运行方式下河最小运行方式下的短路电流等值图相同，可得最小运行方式下的两相短路的电流为最大运行方式的短路电流的一半。d2短路流经保护502的短路计算：图3.3 d2短路的等值网络

19、图最大运行方式的短路：最小运行方式下的两相短路：由501同理可得： 两相短路的零序电流：图3.4 两相短路的零序电流等值网络图d3短路流经保护503的短路计算：图3.5 d2短路的等值网络图最大运行方式的短路：最小运行方式下的两相短路：同上两相短路的零序电流：图3.6 两相短路的零序电流等值网络图d4短路流经保护502的短路计算：最大运行方式的短路：图3.7 最大运行方式下d4短路的等值网络图最小运行方式下的两相短路： 图 3.8 最小运行方式下d4短路的等值网络图d5短路流经保护504的短路计算：图3.9 d5短路的等值网络图最大运行方式的短路：最小运行方式下的两相短路：同理由501可得：两

20、相短路的零序电流：图3.10 两相短路的零序电流等值网络图d6短路流经保护505的短路计算：图3.11 d6短路的等值网络图最大运行方式的短路：最小运行方式下的两相短路：两相短路的零序电流：图3.12 两相短路的零序电流等值网络图d7短路流经保护506的短路计算：图3.13 d7短路的等值网络图最大运行方式的短路：最小运行方式下的两相短路：流经保护各短路点的短路电流计算如表：短路点最大运行方式最小运行方式xff（1）eeqxff（2）xff（0）if kaxff（1）eeqxff（2）xff（0）if kad10.7291.050.7292.1870.7230.7291.050.7292.18

21、70.362d20.7321.050.7322.1960.7200.7321.050.7320.7200.36d30.7471.050.7472.2410.7060.7471.050.7470.7060.353d40.971.050.972.910.5431.2081.051.2083.6240.218d50.741.050.742.220.7120.741.050.742.220.356d60.8911.050.8912.6730.5371.0421.051.0423.1260.253d70.7571.050.7572.2710.6960.7571.050.7572.2710.348表1 短

22、路电流计算表4 距离保护的整定计算4.1 距离保护整定计算的方法及原理：距离保护第一段 1.动作阻抗 ()对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定，即取 图4.1 电力系统接线图 2动作时限秒。距离保护第二段 1动作阻抗 （1）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即式中为分支系数 （2）与相邻变压器的快速保护相配合取（1）、（2）计算结果中的小者作为。2. 动作时限保护第段的动作时限，应比下一线路保护第段的动作时限大一个时限阶段，即 3.灵敏度校验 如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第段相配合的原则选择动作阻抗，即 这时，第段的动作时限应比下一

23、线路第段的动作时限大一个时限阶段，即距离保护的第三段 1动作阻抗 按躲开最小负荷阻抗来选择，若第段采用全阻抗继电器，其动作阻抗为 2动作时限 保护第段的动作时限较相邻与之配合的元件保护的动作时限大一个时限阶段，即 3灵敏度校验 作近后备保护时 作远后备保护时 式中，kfz为分支系数，取最大可能值。4.2 各断路器的距离整定计算对501距离保护的整定计算:距离保护的段：动作阻抗：对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。动作时限：距离保护段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零距离保护的段：与下一线路las2保护一段配合：其中最大分支系数：图与变压器t3、t4配合：其中：与下

24、一线路ab整定： 其中：动作时限：取以上三个计算值中最小者为段整定值，灵敏度校验： 满足要求。它能同时满足与相邻线路las2和lab以及变压器保护配合的要求。距离保护的段：动作时限：故其动作时限为2.5s灵敏度校验：本线路末端灵敏度校验： 满足要求。相邻元件末端发生短路时灵敏度校验：ab末端： 满足要求as2末端： 满足要求对504距离保护的整定计算：距离保护的段：动作阻抗：动作时限：距离保护的段：与变压器t5、t6配合：其中： 与下一线路bs1整定： 其中： 动作时限：取以上二个计算值中最小者为段整定值，灵敏度校验： 满足要求。它能同时满足与相邻线路lbs1和变压器保护配合的要求。距离保护的

25、段：按躲开最小负荷的整定计算：动作时限：灵敏度校验：本线路末端灵敏度校验： 满足要求。相邻元件末端发生短路时灵敏度校验：与变压器末端： 满足要求bs1末端： 满足要求5 输电线路的自动重合闸装置必要性和可能性在电力系统中，输电线路，特别是架空线路是最容易发生短路故障的元件。因此，设法提高输电线路供电的可靠性是非常重要的。而自动重合闸装置正是提高线路供电可靠性的有力工具。电力系统运行经验证明，架空线路的故障大多数是瞬时性故障，因此在线路断开以后，再进行一次重合闸，就有可能大大提高供电的可靠性。为了自动、迅速地将断开的线路断路器重新合闸，在电力系统中广泛采用自动重合闸装置。基本要求（1）正常运行时

26、，当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后，自动重合闸装置均应动作，使断路器重新合上。自动重合闸动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次动作。（2）由运行人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时，自动重合闸不应启动，不能将断路器重新合上。当手动投入断路器或自动投入断路器时，若线路上有故障，随即被继电保护将其断开时，自动重合闸不应启动，不发出重合闸脉冲。（3）继电保护动作切除故障后，在满足故障点绝缘恢复及断路器消弧室和传动机构准备好再次动作所必须时间的条件下，自动重合闸装置应尽快发出重合闸脉冲，以缩短停电时间，减少因停电而造成的损失。在断路器跳开之后，自动重合闸一般延时0.51s后发出重合闸脉冲

27、。（4）自动重合闸装置动作次数应符合预先规定。如一次式重合闸就应该只动作一次，当重合于永久性故障而再次跳闸以后，就不应该再动作；对二次式重合闸就应该能够动作两次，当第二次重合于永久性故障而跳闸以后，它不应该再动作。重合闸装置损坏时，不应将断路器多次重合于永久性故障线路上，以避免系统多次遭受故障电流的冲击，使断路器损坏，扩大事故。（5）自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便更好地和继电保护相配合，加速故障的切除。如用控制开关手动合闸并合于永久性故障上时，也宜于采用加速继电保护动作的措施，以加速故障的切除。（6）在双侧电源的线路上实现重合闸时，重合闸应满足同期合闸条

28、件。（7）当断路器处于不正常状态（例如操动机构中使用的气压、液压降低等）而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。单侧电源线路的三相一次自动重合闸装置单侧电源线路广泛应用三相一次自动重合闸方式。所谓三相一次自动重合闸方式，就是不论在输电线路上单相、两相或三相短路故障时，继电保护均将线路的三相断路器一起断开，然后aar装置起动，经预定延时将三相断路器重新一起合闸。若故障为瞬时的，则重合成功；若故障为永久性的，则继电保护再次将三相断路器一起断开，且不再重合。双侧电源线路的自动重合闸在这种线路上采用自动重合闸装置时，除了应满足前述基本要求外，还必须考虑以下两点：（1）当线路发生故障时，线路两侧的

29、保护可能以不同的时限断开两侧短路器。（2）在某些情况下，当线路发生故障，两侧断路器断开之后，线路两侧电源之间有可能失去同步。因此后合闸一侧的断路器在进行重合闸时，必须确保两电源间的同步条件，或者校验是否允许非同步重合闸。由此可见，双侧电源线路上的三相自动重合闸，应根据电网的接线方式和运行情况，采用不同的重合闸方式。国内采用的有：非同步自动重合闸；快速自动重合闸；检定线路无电压和检定同步的自动化重合闸；解列重合闸及自同步重合闸等。自动重合闸装置在电网中的运行, 直接影响电力系统的安全,又直接影响大型发电机组的安全。从对系统暂稳有利来讲, 有“最佳重合闸时间”; 而从对轴系扭振有利来看,又存在理想

30、的重合时刻。如何协调大电网与大机组安全运行的关系,寻求“最佳重合闸时间”和理想的重合时刻之间的统一,使得重合闸对系统暂稳和轴系扭振都只有利而无害, 保系统安全与保机组安全能够两全, 应该是一个很值得研究的重大问题。自动重合闸与继电保护的配合自动重合闸与继电保护的适当配合，能有效地加速故障的切除，提高供电的可靠性。自动重合闸的应用在某些情况下还可以简化继电保护。自动重合闸与继电保护的配合方式，有重合闸前加速保护和重合闸后加速保护两种。重合闸前加速是，当线路上发生故障时，靠近电源侧的保护先无选择性的瞬时动作于跳闸，而后再借助自动重合闸来纠正这种非选择性动作。重合闸后加速保护是当线路故障时，先按正常

31、的继电保护动作时限有选择性地动作于断路器跳闸，然后aar装置动作将断路器重合，同时将过电流保护的时限解除。这样，当断路器重合于永久性故障时，电流保护将无时限地作用于断路器跳闸。实现后加速的方法是，在被保护的各条线路上都装设有选择性的保护和自动重合闸装置。6 对所选择的保护装置进行综合评价6.1 对零序电流保护的评价零序电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根椐运行需要增减段数。为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理。接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大。当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要

32、一般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，它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。因此，零序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数。零序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成，其整定配合遵循反映同种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则，主要考虑与相邻下一级的接地保护相配合；当装设接地短路故障的保护时，则一般在同原理的保护之间进行配合整定。6.2 电流保护的综合评价 电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路和相邻下一线路的后备保护。实际上，供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护。比如，处于电网未端附近的保护装置，当定时限过电流保护的时限不大于0.5时，而且没有防止导线烧损及保护配合上的要求的情况下，就可以不装设电流速断保护和限时电流速断保护，而将过电流保护作为主保护。三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。缺点是它的灵敏度受保护方式和短路类型的影响，此外在单侧电源网络中才有选择性。故一般适用于35kv以下的电网保护中。6.3 距离保护的综合评价主要优点：能满足多电源