继电保护课程设计

1、.继电保护课程设计题目学院名称220kV 电网线路保护设计电气工程学院'.摘要：本文研究的是关于220kV 电网继电保护。通过本次设计掌握和巩固电力系统继电保护的相关专业理论知识，熟悉电力系统继电保护的设计步骤和设计技能，根据技术规范，选择和论证继电保护的配置选型的正确性并培养自己在实践工程中的应用能力、创新能力和独立工作能力。由于各种继电保护适应电力系统运行变化的能力都是有限的，因而，对于继电保护整定方案的配合不同会有不同的保护效果，如何确定一个最佳的整定方案，将是从事继电保护工作的工程技术人员的研究课题。总之，继电保护既有自身的整定技巧问题，又有继电保护配置与选型的问题，还有电力系

2、统的结构和运行问题。尤其，对于本文中220kV 高压线路分相电流差动保护投运前的现场试验，一直是困扰技术人员的一个问题，由于线路两端距离的限制，现场试验不能像试验室那样方便。另外，光纤保护在长距离和超高压输电线路上的应用还有一定的局限性，在施工和管理应用上仍存在不足，但是从长远看，随着光纤网络的逐步完善、施工工艺和保护产品技术的不断提高，光纤保护将占据线路保护的主导地位。关键词 ：电网、光纤网络、自动重合闸。'.目录1绪论 . .11.1电力系统继电保护概论 .11.2对继电保护动作的基本要求 .11.3继电保护的构成 .22 220KV 电网元件参数的计算 .42.1设计原则和一般规

3、定 .42.2220 V 电网元件参数计算原则 .4K2.2.1标幺值的概念 .42.3发电机参数的计算 .52.4变压器参数的计算 .62.4.1双绕组变压器参数计算公式： .62.5输电线路参数的计算 .93 输电线路上 TA、TV 及中性点接地的选择 .103.1输电线路上 TA、TV 变比的选择 .113.1.1 TA 的配置原则 .113.2变压器中性点接地方式的选择 .123.2.1变压器中性点接地的位置和数目的具体选择原则 . .124短路电流的计算 . .134.1电力系统短路计算的主要目的 . .134.1.1电力系统短路计算的主要目的是： .134.2运行方式确定的原则 .

4、144.2.1最大运行方式 .144.2.2最小运行方式 .144.3网络等效图的化简 .154.3.1正序等效图 .154.3.2零序等效图 .154.4关于相间距离保护的短路计算 .164.4.1对 1QF而言： .164.4.2最大分支系数 Kb， max的计算 .17'.4.5 关于零序电流保护的短路计算 .204.5.1零序电流 3I10 ,max 的计算 .204.5.2最大三相短路电路的计算 I k(3),max . .285 自动重合闸 . .325.1 自动重合闸的基本概述 . .325.1.1概述 .325.1.2自动重合闸的配置原则 .325.2 自动重合闸的基本

5、要求 .32结束语 . .34参考文献 . .35附录 . .37电力网主接线图 .37'.1 绪论1.1电力系统继电保护概论由于电力系统是一个整体，电能的生产、传输、分配和使用是同时实现的，各设备之间都有电或磁的联系。因此，当某一设备或线路发生短路故障时，在瞬间就会影响到整个电力系统的其它部分，为此要求切除故障设备或输电线路的时间必须很短，通常切除故障的时间小到十分之几秒到百分之几秒。 只有借助于装设在每个电气设备或线路上的自动装置，即继电保护，才能实现。因此，继电保护的基本任务有：（1） 当电力系统中发生短路故障时，继电保护能自动地、迅速地和有选择性地动作，使断路器跳闸，将故障元件

6、从电力系统中切除，并使系统无故障的部分迅速恢复正常运行，使故障的设备或线路免于继续遭受破坏。（2） 当电气设备出现不正常运行情况时，根据不正常运行情况的种类和设备运行维护条件，继电保护装置则发出信号，以便由值班人员及时处理或由装置自动进行调整。1.2对继电保护动作的基本要求继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。（1）选择性所谓继电保护装置动作的选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒绝动作时，应由相邻设备或线路的保护装置将故障切除。（2）速动性所谓速动性就

7、是指继电保护装置应能尽快地切除故障，对提高电力系统运行的可靠性具有重大的意义。（3）灵敏性所谓继电保护装置的灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反映能力。（4）可靠性所谓保护装置的可靠性是指在保护范围内发生的故障该保护应该动作时，不应该由于它本身的缺陷而拒绝动作；而在不属于它动作的任何情况下，则应该可靠不动作。'.1.3继电保护的构成继电保护装置可视为由测量部分、逻辑部分和执行部分等组成，如图1.1 所示，各部分功能如下：图 1.1模拟型继电保护装置原理框图（1）测量部分测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，

8、根据比较的结果，判断保护是否应该启动的部件。（2）逻辑部分逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分的部件。（3）执行部分执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的对外操作的任务的部件。如检测到故障时，发出动作信号驱动断路器跳闸；在不正常运行时发出告警信号；在正常运行时，不产生动作信号。1.4微机继电保护的特点（1）维护调试方便微机保护的硬件是一台计算机，各种复杂的功能是由相应的软件来实现的。如果硬件完好，对于以成熟的软件，只要程

9、序和设计时一样（这很容易检查），就必然会达到设计的要求，用不着逐台作各种模拟试验来检验每一种功能是否正确。（2）可靠性高计算机在程序指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可以实现常规保护很难办到的自动纠错。另外，它有自诊断能力，能够自动检测出本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动，因此可靠性很高。（3）易于获得附加功能应用微型计算机后，如果配置一个打印机，或者其它显示设备，可以在系统发生故障后提供多种信息。（4）灵活性大'.由于计算机保护的特性主要由软件决定，因此，只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。（ 5）保护性能得到很好改善

10、由于计算机的应用，使很多原有形式的继电保护中存在的技术问题，可找到新的解决办法。例如对接地距离的允许过度电阻的能力，距离保护如何区别振荡和短路等问题都以提出许多新的原理和解决办法。'.2 220kV 电网元件参数的计算2.1设计原则和一般规定电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分，对保证电力系统的正常运行，防止事故发生或扩大起了重要作用。应根据审定的电力系统设计（二次部分）原则或审定的系统接线及要求进行电网继电保护和安全自动装置设计，设计应满足继电保护和安全自动装置技术规程（SDJ6-83）、110220kV电网继电保护与安全自动装置运行条例等有关专业技术规程的要求。继电保

11、护和安全自动装置由于本身的特点和重要性，要求采用成熟的特别是符合我国电网要求的有运行经验的技术。电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、安全性、灵敏性、速动性的要求。要结合具体条件和要求，从装置的选型、配置、整定、实验等方面采取综合措施，突出重点，统筹兼顾，妥善处理，以达到保证电网安全经济运行的目的。2.2 220kV 电网元件参数计算原则标幺值的概念（1）参数计算需要用到标幺值或有名值，因此做下述简介。在标幺制中，单个物理量均用标幺值来表示，标幺值的定义如下：标幺值 =实际有名值（任意单位）/ 基准值（与有名值同单位）当选定电压、电流、阻抗和功率的基准值分别为UB、 IB 、ZB和 SB时，

12、相应的标幺值为：U*=U/UBI*=I/IBZ*=Z/ZBS*=S/SB使用标幺值，首先必须选定基准值。电力系统的各电气量基准值的选择，在符合电路基本关系的前提下，原则上可以任意选取，但四个基准值只能任选两个，其余两个则由上述关系式决定。 至于先选定哪两个基准值， 原则上没有限制， 但习惯上多选定 UB 和SB。这样电力系统主要涉及三相短路的IB 、ZB， 可得；I 3 U U3 U2B'.UB和 SB原则上选任何值都可以，但应根据计算的内容及计算方便来选择。通常UB多选为额定电压或平均额定电压，B 可选系统的或某发电机的总功率；有时也可取一整数，如 100、 1000MVA等。（2）

13、标幺值的归算本网络采用近似计算法近似计算：标幺值计算的近似归算是用平均额定电压计算。标幺值的近似计算可以就在各电压级用选定的功率基准值和各平均额定电压作为电压基准来进行。结合本网络选取基准值： SB=1000MVA； U B=230kV；Z BU B22302SB52.910002.3发电机参数的计算发电机的电抗有名值：XX d (%)UN2100SN发电机的电抗标幺值：XXd (%) SB100SN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；SB 基准容量 1000MVA；SN 发电机额定容量235.294MVA.已知： P N = 200MW

14、UN =15.8 kVcos = 0.85X d" =0.1444则： SN=PN= 200 = 235.294 MVACOS0.85Xd" (%) SB1000XG* = 0.1444=0.614235.294100SNX d" (%)U B22X G= 0.1444230=32.46 （）100SN235.294表 2.1发电机参数结果'.发电机容 量功 率出口电X d电 抗电 抗编号（MW）因 数压（ kV）有名值标幺值1#2000.8515.80.144432.46 0.6142#2000.8515.80.144432.46 0.6142.4变压器

15、参数的计算双绕组变压器参数计算公式：双绕组变压器电抗有名值：XT双绕组变压器电抗标幺值：UK(%)UN100SN2Uk(%) SBXT100SN式中：U K (%) 变压器短路电压百分值；UN 发电机的额定电压；UB 基准电压 230kV；SB 基准容量 1000MVA；SN 变压器额定容量 .三绕组变压器参数的计算公式（1）各绕组短路电压百分值1UK1（%）=Ud （%） +Ud （%）-Ud （%）UK2（%）= 1 Ud （%） +Ud （%）-Ud （%）2UK3（%）= 1 Ud （%） +Ud （%）-Ud （%）2式中： Ud （%）、 Ud （ %）、 Ud （ %）分别为高压

16、与中压，高压与低压，中压与低压之间的短路电压百分值。（2）各绕组的电抗有名值：XT1 = UK1(%)UN2100SN'.XT2=UK 2(%)UN2100SNXT3=UK 3(%)UN2100SN各绕组的电抗标幺值：X=Uk1(%)SBT1*100SNX=Uk 2(%) SBT2*100SNXT3*=U(%) Sk 3B100SN式中：SB 基准容量 1000MVA；SN 变压器额定容量；UN 发电机的额定电压；UB 基准电压 230kV。（3）大同厂变压器参数计算：已知： S N = 240MWU K 12 % =14.12则： XT1UK1%SB14.12%10000.588ST

17、1 N240X TX T*Z B0.588 52.934.72611（4）西万庄变压器参数计算：已知： S N = 240MWU K 12 % =11.50U K 23 % =7.60U K 13 % =23.70则：各绕组的阻抗百分值为：K11（U K12%+U K13% - U K23%）U % =2=1 （ 11.50 + 23.7 - 7.60）2= 13.8K21（U K23%+UK12%- U K13%）U % =2=1 （ 7.60 + 11.50 23.70）2'.=2.3K11（U K13%+UK23%- U K12% ）U % =2=1 （ 23.70 + 7.60

18、 11.50 ）2= 9.9X=U k1(%) SB=13.81000= 0.575T1*100 SN100240XT2* =Uk2(%) SB=2.31000 = 0.096100SN100 240XT3* =Uk3(%)S=9.9 1000= 0.412B100SN100240对于高碑店变压器参数计算原则与2.4.2(4)相同，计算结果如表 2.2所示：表 2.2各变压器参数计算结果变压器容量绕组型式短路电压百分值等值电抗编号（MVA）Uk （%）标幺值T1240双相双绕组14.12%0.588T2240双相双绕组14.12%0.588Ud （%）= 11.50 %0.575T3240三相

19、三绕组Ud （%）= 7.60 %0Ud （%）= 23.70 %0.412Ud （%）= 14.07 %1.675T490三相三绕组Ud （%）= 7.65 %0Ud （%）=23.73 %0.962Ud （%）= 14.07 %1.675T590三相三绕组Ud （%）= 7.65 %0Ud （%）=23.73 %0.962说明：对普通（非自耦）三绕组变压器，按如上方法求得的三个电抗中，有一个可能是负值，这是由于这种变压器的三个绕组中，必有一个在结构上处于其它两个绕组之间，而这个处于居中位置的绕组与位于它两侧两个绕组间的两个漏抗之和又小于该两绕组'.相互间的漏抗。例如，中压绕组居中，

20、且有Ud （ %） + Ud （ %） Ud （%） 的关系。因此，这种等值电抗为负值的现象并不真正表示该绕组有容性漏抗。普通三绕组变压器出现这种现并不少见，但因这一负值电抗的绝对值往往很小，在近似计算中常取其为零。2.5输电线路参数的计算线路零序阻抗为：Z 0=3Z 1负序阻抗为：Z 2=Z1线路阻抗有名值的计算：正、负序阻抗：Z 1 = Z 2 = (r1 +j x1 )L零序阻抗：Z 0=3Z 1线路阻抗标幺值的计算：正、负序阻抗： Z 1* = Z 2* = （ r1 +j x1 )LSB2UB零序阻抗： Z 0* = 3Z 1*式中：r1 每公里线路正序电阻值 /KM；x1 每公里线

21、路正序电抗值 /KM；L 线路长度 KM；SB 基准容量 1000 MVA；UB 基准电压 230 kV 。大同神头线（ AB段）有名值：Z =R+ jX= (R + jX1)× LAB1AB1AB11AB=(0.0785+j0.4)×80=6.28+j32= 32.61078.9ZAB2 =Z AB1 =6.28+j32= 32.61078.9ZAB0= RAB0+ jX AB0=3 Z AB1= 3 ×(6.28+j32)=18.84+j96=97.83078.9标幺值： ZAB1*= Z AB1/ Z B =(6.28+j32) /52.9 =0.119 +

22、j0.605=0.61778.9ZAB2* =Z AB1* =0.119 +j0.605=0.61778.9ZAB0*= RAB0*+ jX AB0*=3 Z AB1*=3×(0.119 +j0.605)=0.357+j1.815=1.85178.9对于其它线路：大同西万庄线（BC 段），神头西万庄线（ AC 段），神头'.南郊线（ AD段），南郊高碑店线（ DE段），高碑店房山线（ EF段），房山天津线回（ FG段），房山天津线回（ FG段）的计算原则与 2.5(2) 相同，计算结果如表 2.3 所示：表 2.3 线路参数计算结果线路型号长 度正、负序阻正、负序阻抗零序阻抗

23、零序阻抗名称/Km抗（标幺值） （有名值）（标幺值）（有名值）大神LGJQ-400800.119+j0.66.28+j320.357+j1.8118.84+j96(AB 段）055大西LGJQ-2230.034+j0.11.806+j7.360.102+j0.415.418+j22.08(BC 段）240397神西LGJQ-300500.074+j0.33.925+j200.222+j1.1311.775+j60(AC 段）784神南LGJQ-4001000.148+j0.77.85+j400.444+j2.2623.55+j120(AD 段）568南高LGJQ-2790.117+j0.46.

24、202+j25.20.351+j1.4318.606+j75.8(DE 段）30078844房高LGJQ-2510.076+j0.34.004+j16.30.228+j0.9212.012+j48.9(EF 段）24009276房天 1LGJQ-21200.178+j0.79.42+j38.40.534+j2.1728.26+j115.2(FG 段）300268房天 2LGJQ-21200.178+j0.79.42+j38.40.534+j2.1728.26+j115.2(FG 段）3002683 输电线路上TA、 TV 及中性点接地的选择'.3.1输电线路上 T A 、TV变比的选择

25、的配置原则（1）型号：电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择。（2）一次电压： Ug=UnUg电流互感器安装处一次回路工作电压；Un电流互感器的额定电压.（3）一次回路电流： I1n IgmaxIgmax电流互感器安装处一次回路最大电流；I1n 电流互感器一次侧额定电流.（4）准确等级：用于保护装置为0.5 级，用于仪表可适当提高。（5）二次负荷： S2 SnS2电流互感器二次负荷；Sn电流互感器额定负荷.（6）输电线路上 CT的选择：根据最大极限电流来选择。变比及型号的选择TA二次侧的电流为5A（1）对大神线而言其最大工作电流为：I gmax = S max =250000 = 6

26、28A3UN3230所以线路 AB上 TA变比选为 1200/5 。对于大西线，神西线，神南线，南高线，房高线同3.1(2) 的选择原则及结果相同，TA 变比均为： 1200/5 ，由发电厂电气部分课程设计参考资料查的型号为LCW220型其中， L 电流互感器；C 瓷绝缘；W 户外式。（2）对房天 1 线及房天 2 线而言其最大工作电流均为：I gmax =S=50000 = 125Amax3UN3 230所以线路 DE上 TA变比选为 600/5 ， 由发电厂电气部分课程设计参考资料查的型号为 LCLWD2220 型。'.其中， L 电流互感器；C 瓷绝缘； L （第三个字母）电缆型

27、；W户外式； D2差动保护用。(3) TV 的配置原则型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择，在需要检查与监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有三绕组的单相互感器组。一次电压的波动范围： 1.1Un>U1>0.9Un二次电压： 100V准确等级：电压互感器应在哪一准确度等级下工作，需根据接入的测量仪表。继电器与自动装置及设备对准确等级的要求来确定。二次负荷： S2Sn(4) TV 变比及型号的选择线路电压均为220kV，由发电厂电 气部 分课设参考资料 查 得变比为220000 / 100 / 100 ， 型号为 YDR220； Y 电压互感器； D单相； R

28、电容式。33表 3.1 TA 、TV 选择结果线路名称长度（ km）最大工作电流（ A）TA变比TV变比大神 (AB 段）806281200/5大西 (BC 段）237531200/5神西 (AC 段）506281200/5神南 (AD 段）10011301200/5220000100/100南高 (DE 段）7910001200/533房高 (EF 段）515001200/5房天 1(FG 段）120125600/5房天 2(FG 段）120125600/53.2变压器中性点接地方式的选择通常，变压器中性接地位置和数目按如下两个原则考虑：一是使零序电流保护装置在系统的各种运行方式下保护范围基

29、本保持不变，且具有足够的灵敏度和可靠性；二是不使变压器承受危险的过电压。为此，应使变压器中性点接地数目和位置尽可能保持不变。变压器中性点接地的位置和数目的具体选择原则'.（1）对单电源系统，线路末端变电站的变压器一般不应接地，以提高保护的灵敏度和简化保护线路；对多电源系统，要求每个电源点都有一个中性点接地，以防止接地短路的过电压对变压器产生危害。（2）电源端的变电所只有一台变压器时，其变压器的中性点应直接接地；变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，再将另一台中性点不接地的变压器改为中性点直接接地运行。若由于某些原因，变电所正常情况下必须有二台

30、变压器中性点直接接地运行， 则当其中一台中性点直接接地变压器停运时，应将第三台变压器改为中性点直接接地运行。（3）双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地的方式运行，并把他们分别接于不同的母线上。当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，应将另一台中性点不接地的变压器改为中性点直接接地运行；低电压侧无电源的变压器中性点应不接地运行，以提高保护的灵敏度和简化保护接线。（4）对于其他由于特殊原因不满足上述规定者，应按特殊情况临时处理。例如，可采用改变保护定值、停运保护或增加变压器接地运行台数等方法进行处理，以保证保护和系统的正常运行。根据变压器的台数和接地点的分布原则，结

31、合该系统的具体情况，中性点接地的选择结果如下： 大同发电厂 A 的两台为 T1、 T2 ；西万庄变电站 C端的一台为 T3；高碑店变电站 E 端的两台为 T4、T5。T1接地；T 2不接地；T 3接地；T 4接地；T 5不接地。4 短路电流的计算4.1电力系统短路计算的主要目的电力系统短路计算的主要目的是：'.（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否要采取限制短路电流的措施时，需进行短路计算。（2）在选择电气设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠的工作，同时又力求节省投资，这需要全面地进行短路计算。（3）在选择继电保护装置和进行整定计算时，需进行各种短路电流计算

32、，依次据短路电流的大小及特性，来确定保护装置的型号及整定值。短路计算的假定条件本设计短路电流计算采用以下假定条件及原则：（1）故障前为空载，即负荷略去不计，只计算短路电流的故障分量。（2）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。（3）故障前所有接点的电压均等于平均额定电压，其标幺值为 1。（4）不考虑短路点的电弧阻抗和励磁电流。在本次设计中所有线路和元件的电阻都略去不计。4.2运行方式确定的原则计算短路电流时，运行方式的确定非常重要，因为它关系到所选的保护是否经济合理、简单可靠以及是否能满足灵敏度要求等一系列问题。保护的运行方式是以通过保护装置的短路电流的大小来区分的。最大运行方式根据系统最大负荷的

33、需要， 电力系统中的发电设备都投入运行 （或大部分投入运行）以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。最小运行方式根据系统最小负荷， 投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式。表 4.1系统运行方式的结果断路器编号运行方式系统运行情况1QF最大开机容量最大，线路 BC断开，系统 S 最大最小开机容量最小，闭环运行，系统S 最小'.最大开机容量最大，线路 AC断开，系统 S 最大2QFS 最小最小开机容量最小，闭环运行，

34、系统最大开机容量最大，闭环运行，系统S 最大7QFS 最小最小开机容量最小，闭环运行，系统最大开机容量最大，闭环运行，系统S 最大8QFS 最小最小开机容量最小，闭环运行，系统4.3网络等效图的化简正序等效图图 4.1正序等效网络图零序等效图'.图 4.2零序等效网络图4.4关于相间距离保护的短路计算对 1QF而言：（ 1）最小分支系数Kb， min 的计算运行方式：开机容量最小，AC断线，系统 1-6 最大运行方式，双回线 .网络等效图如下所示：图 4.3关于最小分支系数Kb， min 等效网络图化简得：'.图 4.4 关于最小分支系数Kb， min 等效网络化简图X1(0.23410.726) 0.309 / 3.3410.962 1.6750.40222X 2X10.478 / 0.5170.756/ 0.3 0.605 0.840X 30.5880.6141.202Kb,