l10千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算

1、l10 千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算国际学院 课程设计报告( 20122013 学年 第 二 学期 ）题 目 110 千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算 院（系、部） 课 程 名 称电气工程系电力系统综合课程设计电气自动化技术 2 0 1 1级电气工程 1 班201179310213 john魏老师业级号名指导教师 目录 第一章 原始资第二章 设计内料31、计算网络各参2、运行方式的选3、最大短路电流计4、线路保护方式的确1) AB 线路 1QF 的整1) BC 线路 3QF 的整1) DB 线路 5QF 的整1) DA 线路 7QF 的整5、继电保护的主接线6、继电保护综合

2、评第三章 设计心1012131417价1617第四章 参考文17 2 /第一章 原始资料1）网络的接线如图 1-1 所示图 1 12）网络中各线路均采用带方向或不带方向的电流电压保护，变压器均采用纵 差动保护作为主要保护。其中变压器均为 ?11 接线。发电厂的最大发电容量为3X 50兆瓦，最小发电容量为2X 50兆瓦。网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行。6）允许的故障切除时间为 0.7 秒。110 千伏开关均采用 DW3110 型 （MKM-110 型），它的跳闸时 间为0.050.03秒。8）线路 A2、B3、A4、D2 的最大负荷电流分别为230A、150A、230A、140

3、A， 负荷的自启动系数均为 K3 ?1.5 。9）各变电所引出线上后备保护的动作时间如图示，后备保护的 ?t ?0.5s 。10）线路的电抗均为 0.4 欧/ 公里。电压互感器的变比为110000/100 。其它参 数如图 11 所示。设计内容1）选择相应计算短路点， 并计算各段路点的短路电流 IK 和残余电压 Ures 。 注意：计算 U 和 I 时，必须说明系统运行方式、短路点与短 路类型的决定原res K则或依据，以及计算时考虑的其他因素。计算结果除用表格列出外， 并需列出计 算时采用的公式及计算举例（不必列出每个计算值的计算过 程）。表格形式如表 1-1 所示，残余电压表格和短路电流表

4、格一样。3 / 172）确定保护 1、3、5、7（或 2、 4、 6、8）的保护方式，以及它们的Ipu （动作电流整定值）、Upu （动作电压整定值）、Kesn （灵敏系数）和tpu （动 作时限整定值） 。注意：在做保护方式的选择及整定计算时，应说明所选用保护方式的 原则，每个保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。整定计算时所 采用的整定计算公式及各种系数的数值也应列出（可不必详细列出各个保护的整 定计算过程， 只需举例说明一下计算方法） 。表格形式如表 1-2 和表 1-3所示。3）绘出保护 5（或 4）的继电保护接线图 （包括原图和展开图 ），并要该保护需要设备的型号、规格及数量

5、。4）根据“继电保护和安全自动装置技术规程” 及题目给定的要求，用表格列出 4 / 17=0.151 L?CD L?CD d Sd 100 ? = 0.4 X 50 X Z = Z ?U d L?DA L?DA 2从选择性、 灵敏性、速动性及可靠性四个方面来对本网络所采用的保护 进行评价。第二章 设计内容1、计算网络各参数计算短路电流时，各电气量如电流、电压、功率和电抗等的数值，可 用有名 值表示，也可用标么值表示。为了计算方便，在低压系统中宜用 有名值计算法， 在高压系统中宜用标么值计算法。标么值计算法 标么值就是相对值算法，用新选单位进行某物理量的 衡量，衡量的值称标么值。有名值计算法 每

6、个电气参数的单位是有名的，而不是相对值。在比 较简单的网络中计算短路电流也常常采用此方法，在使用此方法计算短路电流时，应特别注 意的是 :必 须将各电压等级的电气参数都归算到同一电压等级上来。1) 电机参数的计算 发电机的电抗有名值：?2(%)UN X 100SN?100SN 发电机的电抗标幺值：式中 X d ?(%) 发电机次暂态电抗；UN发电机的额定电压；UB基准电压 230KV；SN发电机额定容量，单位MVA。2) 变压器参数的计算 双绕组变压器电抗有名值：2X T 100SN双绕组变压器电抗标幺值：k B X T * ?100SN式中 UK (%) 变压器短路电压百分值；5 / 17U

7、N 发电机的额定电压；UB 基准电压 230KV；SB 基准容量 100MVA；SN 变压器额定容量。假设选取 基准功率 Sd = 100MV ? A ，基准电 压 Ud = 115V ， 基11 5X 103 d I准电流 U 10 0X 103 = 0.502KA, 基准电抗 Z =d 3I3X 115Vd V V3X 502 = 132.25Q。 (1)电机及变压器参数的计 算 Sd 100 ? = X? = X? = X" ? = 0.129 X = 0.258XG1 ? = XG2 ?T2 = UkG3 ? Sd d N10.5 100 = X = 0.263 XT1XT3

8、 ? ? N UkSd 10.5 100 ? ? ? ? = X= X= X= X=? = X = 0.525N S10.5 100 d Uk ? = X = 0.175 XT4 T5 T6 T7 T8 N( 2)输电线路参数的计算 Sd 100 ? = 0.4 X 40 X Z = Z ? = 0.121 L?AB Sd 100 ? = Z L?AB ?d= 0.4 X 60 X = 0.181 L?BC ZL?BC d Sd 100 ? = 0.4 X 50 X Z = Z ?1152 = 0.1512、运行方式的选定原则确定运行方式就是确定最大和最小运行方式，通常都是根据最大运行 方式来

9、确定保护的 整定值，以保证选择性，在其它运行方式下也一定能 保证选择性，灵敏度的校验应根据最小 运行方式来校验，因为只要在最 小运行方式下灵敏度一定能满足要求。1 ）最大运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最大，对继 电保护而言称为系统最大运行方式，对应的系统等值阻抗最小。它是指供电系统中的发电机，变压器，并联线路全投入的运行方式。系统在最大运行方式工作的时候，等值阻抗最小，短路电流最大，发电机容量最大。2）最小运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最小，对继 电保护而言称为系统最小运行方式，对应的系统等值阻抗最大。它是指供电系统中的发电机，变压器，并联线

10、路部分投入的器，短路电流/ (0.258运行方式。系统在最小运行方式工作的时候，等值阻抗最大， 最小，发电机容量最小。最大运行方式下的最小电源阻抗 0.258 0.263 Zs?min + 0.175) = 0.261 / 0.433 = 0.163 26 / 17最小运行方式下的最大电源阻抗 0.263 0.258 = 0.261 +Zs?min = 2 27 / 173、最大短路电流计算，并计算各段路点的短路电流 Ik 和残余电压Ures。 为计算动作电流，应该计算最大运行方式下的三相短路电流，为检验灵敏度 要计算最小运行方式下的两相短路电流。为计算1QF、 3QF、 5QF、7QF 的整

11、定 值，根据如上系统图可知，最大运行方式要求 8QF 断开，等 值阻抗图如下：3计算三相短路电流：Ik (2) ()L ?E k s ?min 计算两项短路电流： Ik = 2 Ires (k )计算残余电压：U = I3 Z以K1点发生三相短路为例LId (3) IK1 = L?CD L?ABL?BC = 0.654KA 0.502 L?CD = 0.163 + 0.121 + 0.181 + 0.151 + 0.151 (2)V(3) V = I= X 0.654 = 0.567KA s?minK1 2(3) = 0.654 X 0.151 X 132.25 = 10.46KV ? ZUr

12、es ?1 = Ik1 L?DA同理得 K2、K3、K4G 各个短路点短路电流和残余电压IK18 / 179 / 174、 线路保护方式的确定一)线路保护配置的一般原则1) 考虑经济的优越性：可以尝试配三段式电流保护，同时由于系统是环网运 行，相当于双电源运行一定要加方向元件。在 110KV 等级电力网络中，三段式电 流保护可能在系统最小运行方式下没有保护范围， 如果系统在最小运行方式下运 行的几率不大的情况下，而且资金不够的 情况下可以尝试三段式电流保护，基本 可以保证系统正常运行。2）对于 110KV 及以上的电压电网的线路继电保护一般都采用近后备原则。当 故障元件的一套继电保护装置拒动时

13、，由相互独立的另一套 继电保护装置动作切 除故障。而当断路器拒绝动作时，启动断路器失灵 保护，断开与故障元件相连的 所有联接电源的断路器。3）对瞬时动作的保护或瞬时段保护，其整定值应保证在被保护元件发生外部 故障时，继保装置可靠且不动作，但单元或线路变压器组的 情冰况除外。4）110KV 线路保护应按加强主保护简化后备保护的基本原则配置和整定。其 中两套全线速动保护的交流电流、电压回路和直流电源彼此 独立；每一套全线速 动保护对全线路内发生的各种类型故障，均能快速 动作切除故障；两套全线速动 保护应具有选相功能；两套主保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈；两套全 线速动保护分别使用独立的远方信

14、号传输设备；具有全线速动保护的线路，其主保护的整组动作时间应保证保护不误动作。为：对近端故障不大于 20 毫秒；对远端故障不大于 30 毫秒。5）考虑系统的运行方式： 110KV 高压输电网络应该属于大接地电力系统，需 要配置零序保护。如上考虑到环网运行，也要加方向元件。二）保护方式的确定及动作值的整定保护 1、 3、5、7 的等效电路图如下图所示。1)AB 线路 1QF 的整定瞬时电流速断保护线路 AB 末端的最大三相短路电 lK?B?MAX (3) = 1.768KAI rel取K= 1.3,则保护1的电流保护第I段动作电流为 I (3) I =K? I= 1.3 X 1.768 = 2.

15、298KAIop ?1 rel K?B?MAX保护范围的校验XZ L ?AB最小运行方式下， AB 线路 X 处两相短路的电流为：UN (2) = 1.5311KA = IK?MIN 2(Z s ?max +X%10 / 17X% X ZL?AB=X% = 1.4 2I (2) k ?min s?max- Z = ? 0.261 X 132.25 = 1.4 u= 8.7% < 15%灵敏度不满足要求，可采用电流电压联锁保护来提高保护的灵敏度。带时限电流速断保护 :与保护 3 的第 I 段相配合 0.121X132.253K?C?MAX 保护 3 的电流保护第 I 段动作电流为

16、I = 1.08KA () I = K? I3= 1.3 X 1.08 = 1.404KA ()lop ?3 nKrel = 1.1 ,则 In = Kn ? II op ?1 31 rel op ?3 rel K?C?MAX = 1.1 X 1.404 = 1.544KA 动作时限为 tn = tl + ?t = ?t = 0.5s灵敏度校验I = 1.5311KA (2)2K?B?MIN 本线路 AB 末端的最小两相短路电流IK?B?MIN? = 1.0 &It; 1.3 n I 故 Ksen op ?1 ()灵敏度不满足要求，可与保护 3 的电流保护第II 段相配合。 定时限过电

17、流保护的整定计算动作电流的整定 取 Kre = 0.85，KIII230 = 487.1AIII III ?KKreI st rel = 1.2 Kst = 1.5 = 1.2X 1.5 1.85 Iop ?1 = Kre III L?MAX III ? I动作时限为= t3 + ?t = 1 + 2?t = 2s t1 灵敏度校验 作近后备时，按本线路 AB 末端的最小两相短路电流 I2 (2) K?B?MIN? III = 1.5311 II Ksen = ?op ?1 0.4871 = 3.1 > 1.511 / 17 K?B?MIN () 来校验，即 作远后备时，按相邻线

18、路 BC 末端的最小两相短路电流 I2 (2) K?C?MIN? III = 0.9353 II Ksen = ?op ?1 0.4871 = 1.9 > 1.22) BC 线路 3QF 的整定瞬时电流速断保护线路 BC 末端的最大三相短路电 I取I K?C?MAX (3) K?C?MIN ()来校验， 二 1.08KAK= 1.3，则保护 3 的电流保护第 I 段动作电流为12 / 17I = KI ? 1(3) = 1.3 X 1.08 = 1.404KAIop ?3 rel K?C?MAX保护范围的校验最小运行方式下， BC 线路 X 处两相短路的电流为：UN (2) =

19、0.9353KA = IK?MIN 2(Z s ?max +X%XsZ?mLa?xB(C2) Z 2IX% X ZL?BC= k ?min 24.29 = 2X 0.9353 ? 0.261 X132.25 = 24.29 u X% =100% > 15%带时限电流速断保护 :与保护 5 的第 I 段相配合0.181X132.25K?D?MAX3 保护 5 的电流保护第 I 段动作电流为I = 0.815KA I (3)I = K? I= 1.3 X 0.815 = 1.0595KA ()lop ?5 nKreI = 1.1 ，则 In = Kn ? II op ?3 53 re

20、l op ?5 rel K?D?MAX = 1.1 X 1.0595 = 1.165KA 动作时限为 tn = tI + ?t = ?t = 0.5s灵敏度校验2K?C?MIN 本线路 BC 末端的最小两相短路电流 I = 0.9353KA (2)IK?C?MIN? = 0.8 &It; 1.3 n I 故 Ksen op ?3 ()灵敏度不满足要求,可与保护 5 的电流保护第 II 段相配合。 定 时限过电流保护的整定计算动作电流的整定取 Kre = 0.85，KIIIX 150 = 317.6AIII III ?KKrel st rel = 1.2 Kst = 1.5 = 1.2X

21、 1.51.85 Iop ?3 = Kre III L?MAX III ? I动作时限为= t5 + ?t = 1 + 2?t = 2s t3 灵敏度校验13 / 17作近后备时，按本线路 BC 末端的最小两相短路电流 I2(2) K?C?MIN? III = 0.9353 II Ksen = ?op ?3 0.3176 = 2.9 > 1.5 K?C?MIN () 来校验，即作远后备时，按相邻线路 BD 末端的最小两相短路电流 I2(2) K?D?MIN? III = 0.7058 II Ksen = op ?3 ?0.3176 = 2.2 > 1.2 K?D?M

22、IN () 来校验，14 / 173) DB 线路 5QF 的整定瞬时电流速断保护线路 DB 末端的最大三相短路电 IK?D?MAX (3) = 0.815KAI rel取K= 1.3,则保护5的电流保护第I段动作电流为 I (3) I =K? I= 1.3 X 0.815 = 1.0595KAIop ?5 rel K?D?MAX保护范围的校验X sZ?mL a?xDB(2) Z 2I最小运行方式下， DB 线路 X 处两相短路的电流为：UN (2) = 0.7058KA = IK?MIN 2(Z s ?max +X%X% X ZL?DB二 k ?min 43.4 = 2 X 0.9353 ?

23、 0.261 X 132.25 = 43.4 u X% = = 988 > 15%带时限电流速断保护 :与保护 7 的第 I 段相配合 0.332X 132.253保护7的电流保护第I段动作电流为I二0.654KA I (3) I = K? 1= 1.3 X 0.654 = 0.8502KA ()K?A?MAXlop ?7 nKrel = 1.1 ，则 In = Kn ? II op ?5 75 rel op ?7 rel K?A?MAX = 1.1 X 0.8502 = 0.9352KA 动作时限为 tn = tI + ?t = ?t = 0.5s灵敏度校验2K?D?MIN 本

24、线路 DB 末端的最小两相短路电流 I = 0.7058KA (2)IK?D?MIN? = 0.75 < 1.3 n I 故 Ksen op ?5 ()灵敏度不满足要求，可与保护 7 的电流保护第 II 段相配合。 定 时限过电流保护的整定计算动作电流的整定取 Kre = 0.85，KIIIIII ?Krel = 1.2， Kst = 1.5 st 15 / 17IIIIop ?5 = Krel Kre III L?MAX III ? I = 1.2X 1.5 0.85 X 140 = 296.5A动作时限为t5 灵敏度校验 = t7 + ?t = 0.5sK?D?MIN ()

25、作近后备时，按本线路 DS 末端的最小两相短路电流 I2(2) K III = 0.7058 I ?D?MIN?I Ksen = ?op ?5 0.2965 = 2.4 > 1.5 来校验，即16 / 172K?A?MIN 作远后备时，按相邻线路 DA 末端的最小两相短路电流 I来校验， (2) K?A?MIN? = 0.567 I ()Ksen = I IIIop ?5DA 线路 7QF 的整定保护7 在网络的末端，所以不存在与下级保护的配合问题，其速断保护(第一段)的整定电流按躲过本线路的最大负荷电流来整定，保护线路全长，第二段 按过负荷的方式整定，所以不需要第三段。瞬时电流

26、速断保护线路 DA 末端的最大三相短路电流 I3 K?A?MAX ()?0.2965 = 1.9 >1.2 = 0.654KAK? I= 1.3 X 0.654 = 0.8502KAIop ?7 rel K?A?MAX保护范围的校验最小运行方式下, DA 线路 X 处两相短路的电流为：X Z L ?DA )X 132.25 = 62.5 u = 300%UN (2) = 0.567KA = IK?MIN 2(Z s ?max +X%(2)X% X ZL?DA= 2Ik ?min X% = 62.50.151 X132.25 s?max= Z 2X0.567 ? 0.261 &am

27、p;gt; 15%过负荷保护的整定动作电流的整定取 Kre = 0.85，KIIIII III ?KKrel st rel = 1 .2， Kst = 1.5 = 1.2X1.50.85 Iop ?7 = ? I L?MAXX 230 = 487.1A II动作时限为 t7 = 0 灵敏度校验2K?A?MIN 作近后备时，按本线路 DA 末端的最小两相短路电流 I 来 校验，即 (2) K?A?MIN? = 0.567 I ()Ksen = I III op ?5 ?0.4871 = 1.2 < 1.517 / 17保护需要设备的型号、规格及数量。18 / 17KA1KA2KA3

28、KA4KCO直流控制电源母线 无时限电流速断保护KT1带时限电流速断保护KT2KA5KA6KA7KT1KT2定时限过流速断保护延时速度按时限 定时时限5DLYRKCO跳闸回路6、19 / 17根据“继电保护和安全自动装置技术规程” 及题目给定的要求， 从选择性、灵敏性、速动性及可靠性四个方面来对本网络所采用的保护进行评价。一个继电保护装置的好坏，主要是从它的选择性、灵敏性、速动性及可靠 性 等方面衡量的。1、选择性 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，电流

29、速断保护 I 段常 常不能通过灵敏度的 校验，主要是因为系统运行方式变化比较大，在最 小运行方式下，保护 I 段往往 没有保护范围，为此，常使用电流电压联 锁保护代替电流速断保护，实现 I 段的 主保护。本设计中，为了保证选 择性，采用了功率方向元件，并通过上下级之间 的配合实现了保护的选 择性。2、速动性 电流电压保护第一段及第二段共同作为线路的主保护，能满足网络主保护的速动性要求。而第三段保护则因为越接近电源，动作时间越长，有时 动作时间长 达好几秒，因而一般情况下只能作为线路的后备保护。本设计的主保护动作时间满足题目要求。3、灵敏度 电流保护的灵敏度因系统运行方式的变化而变化。一般情况下

30、能满足灵敏度要求。但在系统运行方式变化很大，线路很短和线路长而负荷重等情 况下，其灵 敏度可能不容易满足要求，甚至出现保护范围为零的情况。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。4、可靠性 电流保护的电路构成，整定计算及调试维修都较为简单， 因此，它是最可靠 的一种保护。计算整定过程的几个注意点：1单电源环形网络的相间短路保护可采用带方向或不带方向的电流电压保 护，因此在决定保护方式前，必须详细地计算短路点短路时，渡 过有关保护的短20 / 17路电流和保护安装处的残余电压，然后根据计算结果和题目的要求条 件下，尽可 能采用简单的保护方式。2系统运行方式