继电保护课程设计正文

1、摘 要11.绪论21.1继电保护的发展21.2电力系统继电保护的作用32系统运行方式和变压器中性点接地方式的选择52.1系统运行方式的选择52.2变压器中性点接地选择53.故障点选择，各序网络制定及短路计算63.1网络的制定63.2系统等值参数及短路的计算84 变电站保护的配置104.1变压器保护的配置104.2变压器保护整定计算和校验114.3 线路保护的配置124.4母线与线路保护整定计算与校验134.5 母线保护的配置145保护的综合评价155.1 变压器保护的综合评价155.2线路保护的综合评价165.3母线保护综合评价16总结17参考文献19摘 要本次设的题目是110kv降压变电站的

2、继电保护设计。根据设计的要求，在设计的过程中，用到了110kV降压变电站的绝大多数的基础理论和设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养。设计可分为几部分：设计方案的确定；系统短路电流的计算；主变压器继电保护的配置、整定及校验的确定。 通过本次设计，学习了设计的基本方法，巩固三年以来学过的知识，培养独立分析问题的能力，而且加深对变电站的全面了解。【关键词】短路计算、 整定计算、保护配置1.绪论 1.1继电保护的发展继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的电力系统中出现短路是不可避免的，短路的特征就是电流增大。为了保护发电机免受短路的破坏，首先出现了电流超过一预定值就动作的过电流保

3、护装置。熔断器就是最早的、最简单的过电流保护装置，这种保护装置时至今日仍广泛应用于低压线路和用电设备上。熔断器的特点是融保护装置和切断电流装置于一体，因而最为简单。由于电力系统的发展，使用电设备的功率增大，发电厂、变电站和供电网的接线不断复杂，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置（断路器）的过电流继电器。19世纪90年代出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式（直接反应于一次短路电流）的电磁型过电流继电器20 世纪初随着电力系统的发展，继电器开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。20

4、世纪50年代后，由于半导体晶体管的发展，开始出现了晶体管式继电保护装置。这种保护装置体积小、功率损耗小、动作速度快、无机械转动部分，称为电子式静态保护装置。晶体管保护装置易受电力系统中或外界的电磁干扰的影响而误动或损坏，当时其工作可靠性低于机电式保护装置。但经过20余年长期的研究和实践，抗干扰问题从理论和实践上都得到了满意的解决，使晶体管继电保护装置的正确动作率达到了与机电式保护装置同样20 世纪70 年代是晶体管继电保护装置在我国大量采用的的水平。时期，满足了当时电力系统向超高压、大容量方向发展的需要。随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电

5、力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。此外，机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。因此，系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力，机、炉设备的设计制造也 应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护，还应研究、

6、推广故障预测技术。1.2电力系统继电保护的作用电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路。在发生短路时可能产生以下的后果：1. 通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；2. 短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；3. 电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；4. 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振动，甚至使整个系统瓦解；电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。例如，因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升

7、高（一般又称过负荷），就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能发展成故障。此外，系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。系统事故的发生，除了由于自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般者是由于设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。因此，只

8、要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可能大大减少事故发生的机率，把事故消灭在发生之前。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。在电力式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器已被电力元件计算机所代替，但仍沿用此名称。在电业部门常

9、用继电保护一词泛指继电保护技术式由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置一词则指各种具体的装置。继电保护装置，就是指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。它的基本任务是：1. 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破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；2. 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。2系统运

10、行方式和变压器中性点接地方式的选择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。

11、(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。3.故障点选择，各序网络制定及短路计算3.1网络的制定本次设计是110KV A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3.2系统等值参数及短路的计算基准功率：SB=100MV

12、3;A； 基准电压：VB=115KV；基准电流：IB=SB/1.732 VB=100×103/1.732×115=0.502KA；基准电抗：ZB=VB/1.732 IB=115×103/1.732×502=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=0.4×30=12； XL*= 12/132.25=0.09074 线路AS2正序以及负序电抗：XAS2= X1LAS2=0.4×15=6； XAS2*= 6/132.25=0.04537

13、零序电抗：XAS20=X1LAS2= 3X1LAS2=3×6=18；XAS20*= XAS20/ZB=18/132.25=0.1361 线路AB正序以及负序电抗：XAB= X1LAB=0.4×25=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=0.4×18=7.2；XAC*= XAC/ ZB=7.2/132.25=0.05444零序电抗：XAC0= 3XAC=21.6； XAC0*= 3XAC* =0.16

14、33 线路BS1正序以及负序电抗：XBS1= 0.4×28=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)×(VN2×103/ 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

15、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=0.7109×132.25=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=2×20000/(1.732×115)=200.8234A B母线最大负荷电流 IfhB ·max =2 S2B /U =2×15000/(1.732×115)=150.62A A站

16、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 Id1·max=265.6； XLD2= E/1.732 Id2·max=330.7XLD3= E/1.732 Id3·max=189.7； XLD4= E/1.732 Id4·max=209.9（6） 零序电流d1点短路的零序电流：X0=16.75 X1= X2=48.23I0·min=E/(2Z2+Z0)= 115/(2×48.23+16.75)=1.066 KAI0·max=E/(2Z0+Z1)= 115/(2×

17、;16.75+48.23)=1.477KAd2点短路的零序电流：X0=24.36 X1= X2=43.83I0·min= 115/(2×43.83+24.36)=0.898 KA； I0·max= 115/(2×24.36+43.83)=1.097 KAd3点短路的零序电流：X0=56.8 X1= X2=47.2I0·max= 115/(2×47.2+56.8)=0.799 KA； I0·min= 115/(2×56.8+47.2)=0.712 KAd4点短路的零序电流：X0=34.8 X1= X2=45.6I0&

18、#183;min= 115/(2×45.6+34.8)=0.958 KA； I0·max= 115/(2×34.8+45.6)=1.048 KA4 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

19、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

20、保护III段4.2变压器保护整定计算和校验变压器一次额定电流110KV侧：IN=15000/(1.732×110)=0.105KA10KV侧：IN=15000/(1.732×10)=1.15473KA电流互感器变比 110KV侧：nTA =1.732×105/5= 181.86；选用nTA =250/510KV侧：nTA=1154.73/5；选用 nTA =1250/5电流互感器二次电流 110KV侧：10KV侧：I2N=1154.73/250=4.6189A选用二次电流大的一侧作为基本侧,确定10KV侧为基本侧（1）差动保护整定计算按躲过励磁涌流来整定：Iset

21、=KrelKuIN=1.3×4×1154.73=6.004596KA式中Krel取1.3；IN变压器的额定电流；Ku励磁涌流的最大倍数，取48，根据变压器的额定容量ST关系曲线取4按躲过电流互感器二次回路断线整定：=1.3×1154.73=1.501149KA按躲开不平衡电流整定Iset=Krel（fza+U+0.1KnpKst）Ikmax =1.3×(0.27+0.05+0.1×1×1)×1154.73=0.63048KA；取数值大的，Iset为6004.596A灵敏度Ksen=Imin/Iset>=2,满足要求（2

22、）零序电流差动保护整定计算按躲过变压器外部发生接地短路故障时发生不平衡电流计算Iset0=Krel（fh+fi+fII）3I0max=1.3×(0.1+0.05+0.05)×1477=384.02A Fi为电流互感器误差，取0.1；fII取0.05；3I0max为外部故障时流过变压器的零序电流的最大值按躲过变压器外部三相短路故障所产生的最大不平衡电流计算Iset0=KrelfhIdmax=1.5×0.1×332.08=49.81A 取数值较大者Iset0=384.02A校验：Ksen0=3I0min/Iset0=2.312，满足要求（3）零序过电流保护整

23、定=0.25×2×1154.73/50=23.09A Kk可靠系数，取2； I2e变压器二次侧额定电流；Ki零序电流互感器变比灵敏系数Ksen>2；满足要求4.3 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

24、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.

25、4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=3.5×0.378×105=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=1.1×1477=1.624K7A Iset为1.6247KA； 动作时间：t'=0s零序电流保护III段I0IIIdz=KIIIK Ibp·max=1.2×0.864=1.0368KA；tIII=t=0.5（2）断

26、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'=KK'ZLAS2=0.85×6=5.1； 动作时限:t'=0s。距离保护段的整定计算：Zf·min =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'=KK'ZLAB=0.85×10=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

27、护的段配合ZdzII=KKII(ZLAB+KIKfh·minZLBS1) Kfh·min= 1 ZdzII= 0.8×(1.07+0.85×11.2)=15.62按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定 ZdzII=KKII(ZLAB+Kfh·minZTC) Kfh·min= 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

28、抗整定Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×115×1000/350=170.74ZdzIII= Zf·min/KKIIIKh Kzq=170.74/1.2×1.15×1=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=12.3>1.5， 满足要求相邻元件末端短路时的灵敏系数为： Kfh·max=1 Ksen=Zdz'''/(ZLAB+ Kfh·maxZLBS1

29、)= 5.8>1.2，满足要求II相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；Kfh·max=1 Ksen= Zdz'''/(ZLAB+ Kfh·maxZTC)= 123.3(10+42)=2.4>1.2， 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 ,I0I·dz=KK'3I0·max=1.2×3×1.097=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I0II·dz为：取KK'&

30、#39;=1.2，I0II·dz= KK'' I0I·dz =1.2×2.876=3.45KA动作时限0.5s； 灵敏度校验：Ksen=3I0·min/ I0II·dz=3×1.898/3.45=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I0III·dz=K"'KI0'''·dz下一线=1.1×1.04=1.144KA灵敏度校验:作为本线路近后备保护时，Ksen=3 I0'

31、''·min/ I0'''·dz=3×0.898/1.144=2.42,符合要求 动作时限:t4'"=2t=1s4.5 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

32、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

33、。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：

34、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。 （2）距离保护：优点是能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高