l10千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算

1、 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）电气工程系课程名称电力系统综合课程设计专业电气自动化技术班级20 1 1级电气工程1班学号3某john指导教师老师23 / 23目录第一章原始资料3第二章设计容51、计算网络各参数52、运行方式的选定63、最大短路电流计算74、线路保护方式的确定9（1）AB线路1QF的整定9（1）BC线路3QF的整定 10（1）DB线路5QF的整定 12（1）DA线路7QF的整定 135、继电保护的主接线图 146、继电保护综合评价 16第三章设计心得17第四章参考文献17第一章原始资料（1）网

2、络的接线如图1-1所示图11（2）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YD 11接线。（3）发电厂的最大发电容量为3×50兆瓦，最小发电容量为2×50兆瓦。（4）网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行。（5）允许的故障切除时间为0.7秒。（6）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、140A，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

3、图示，后备保护的Dt= 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resK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格一样。（2）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）、K

4、esn（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)，并要用表格列出该保护需要设备的型号、规格及数量。（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，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。1、计算网络各参数第二章设计容计算

5、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：²X= Xd(%)UN2发电机的电抗标幺值：100SN Xd² (%)SBX* =100SNd式中

6、X² (%)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100MVA；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： UK(%)UN2XT =100SN双绕组变压器电抗标幺值：XT* =Uk(%)SB100SN式中UK(%)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100MVA；SN变压器额定容量。假设选取基准功率Sd=100MVA，基准电压Ud =115V，基准电流I = Sd d3UD=100×1033×115=0.502KA,基准电抗Z = Ud d3I

7、d=115×1033×502=132.25。（1）电机及变压器参数的计算=X=X=X"Sd=0.129×100=0.258XG1G2G3d SN50=X= UkSd10.5100=×=0.263XT1T2100 SN10040= UkSd10.5100=×=0.175XT3100 SN10060=X=X=X=X= UkSd10.5100=×=0.525XT4T5T6T7T8100 SN10020（2）输电线路参数的计算Z= ZLAB=ZLABSd100=0.4×40×Ud21152Sd100=0.4

8、15;60×=0.121=0.181ZLBCLBC2Ud1152Z= ZLCDLCDSd 100=0.4×50×Ud21152=0.151Z= ZLDALDASd 100=0.4×50×Ud21152=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

9、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，并联线路部分投入的运行方式。系统在最小运行方式工作的时候，等值阻抗最大，短路电流最小，发电机容量最小。最大运行方式下的最小电源阻抗Zsmin=0.258+ 20.2632(0.258+0.175)=0.2610.433=0.163最小运行方式下的最大电源阻抗Zsmi

10、n=0.258+20.263=0.26123、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：k计算三相短路电流：I(3)=IdZ+ZsminL(2)3(3)k计算两项短路电流：Ik= 2 Iresk计算残余电压：U=I(3)以K1点发生三相短路为例(3) =Id· ZLIK1Z+Z+ Z+ Z+ZsminLAB=LBCLCD0.502LCD=0.654

11、KA0.163+0.121+0.181+0.151+0.151(2)=3I(3)=3 ×0.654=0.567KAIK12 K1(3) Z2=0.654×0.151×132.25=10.46KVUres1 =Ik1LDA同理得K2、K3、K4G各个短路点短路电流和残余电压保系短统Ik运I(3)（KA）I(2)（KA）护行最大运行方式最小运行方式路方代式号点K10.6540.567K20.8150.7058K31.080.9353K41.7681.5311K53.082.6671IkUres（KA）Ures（KA）保系短统运护行最大运行方式最小运行方式路方代式号点K

12、110.4610.46K216.3016.30K325.8525.85K428.2928.29K549.2949.29电网的短路电流分布图4、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号传输设备；具有全线速动保

14、护的线路，其主保护的整组动作时间应为：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。保证保护不误动作。（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KBMAX线路AB末端的最大三相短路电I(3)=1.768KArel取K=1.3，则保护1的电流保护第I段动作电流为I=KI(3)=1.3×1.768=2.298KAIop1relKBMAX保护围的校验最小运行方式下，AB线路X处两相短路

15、的电流为：(2)=UN=1.5311KAIKMIN2(Zsmax+X%×ZLAB)X% ×ZLAB=UN 2I Z=(2)smaxkmin110 2×1.53110.261×132.25=1.4ÙX%=1.40.121×132.25=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KCMAX保护3的电流保护第I段动作电流为I(3)I=KI(3)=1.3×1.08=1.404KA=1.08KAIop3relKCMAX=1.1 ，则I=KII=1.1&#

16、215;1.404=1.544KA3取Krelop1relop31动作时限为t灵敏度校验=tI+ t=t=0.5sKBMIN本线路AB末端的最小两相短路电流I(2)=1.5311KA故Ksen=I(2)IKBMIN=1.0<1.3op1灵敏度不满足要求，可与保护3的电流保护第II段相配合。定时限过电流保护的整定计算动作电流的整定rel取Kre=0.85，KIII=1.2，Kst=1.5III KstIII=Krel I=1.2×1.5× 230=487.1AIop1KreIIILMAXIII1.85动作时限为t1灵敏度校验=t3+ t=1+2t=2sKBMIN作近后备

17、时，按本线路AB末端的最小两相短路电流I(2)来校验，即(2)IKBMIN=1.5311IKsen=IIIop10.4871=3.1>1.5KCMIN作远后备时，按相邻线路BC末端的最小两相短路电流I(2)来校验，(2)IKCMIN=0.9353IKsen=IIIop10.4871=1.9>1.2（2）BC线路3QF的整定瞬时电流速断保护KCMAX线路BC末端的最大三相短路电I(3)=1.08KA取Krel=1.3，则保护3的电流保护第I段动作电流为I=KI(3)=1.3×1.08=1.404KAIop3relKCMAX保护围的校验最小运行方式下，BC线路X处两相短路的电

18、流为：(2)=UN=0.9353KAIKMIN2(Zsmax+X%×ZLBC)X% ×ZLBC=UN 2I Z=(2)smaxkmin110 2×0.93530.261×132.25=24.29ÙX%=24.290.181×132.25=100%>15%带时限电流速断保护:与保护5的第I段相配合KDMAX保护5的电流保护第I段动作电流为I(3)=0.815KAI=KI(3)=1.3×0.815=1.0595KAIop5relKDMAX=1.1 ，则I=KII=1.1×1.0595=1.165KA5取Krelo

19、p3relop53动作时限为t灵敏度校验=tI+ t=t=0.5sKCMIN本线路BC末端的最小两相短路电流I(2)=0.9353KA故Ksen=I(2)IKCMIN=0.8<1.3op3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rel取Kre=0.85，KIII=1.2，Kst=1.5III KstIII=Krel I=1.2×1.5× 150=317.6AIop3KreIIILMAXIII1.85动作时限为t3灵敏度校验=t5+ t=1+2t=2sKCMIN作近后备时，按本线路BC末端的最小两相短路电流I(2)来

20、校验，即(2)IKCMIN=0.9353IKsen=IIIop30.3176=2.9>1.5KDMIN作远后备时，按相邻线路BD末端的最小两相短路电流I(2)来校验，(2)IKDMIN=0.7058IKsen=IIIop30.3176=2.2>1.2（3）DB线路5QF的整定瞬时电流速断保护KDMAX线路DB末端的最大三相短路电I(3)=0.815KArel取K=1.3，则保护5的电流保护第I段动作电流为I=KI(3)=1.3×0.815=1.0595KAIop5relKDMAX保护围的校验最小运行方式下，DB线路X处两相短路的电流为：(2)=UN=0.7058KAIKM

21、IN2(Zsmax+X%×ZLDB)X% ×ZLDB=UN 2I Z=(2)smaxkmin110 2×0.93530.261×132.25=43.4ÙX%=43.40.332×132.25=98.8%>15%带时限电流速断保护:与保护7的第I段相配合KAMAX保护7的电流保护第I段动作电流为I(3)=0.654KAI=KI(3)=1.3×0.654=0.8502KAIop7relKAMAX=1.1 ，则I=KII=1.1×0.8502=0.9352KA7取Krelop5relop75动作时限为t灵敏度校验=

22、tI+ t=t=0.5sKDMIN本线路DB末端的最小两相短路电流I(2)=0.7058KA故Ksen=I(2)IKDMIN=0.75<1.3op5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rel取Kre=0.85，KIII=1.2，Kst=1.5III KstIII=Krel I=1.2×1.5× 140=296.5AIop5KreIIILMAXIII0.85动作时限为t5灵敏度校验=t7+t=0.5sKDMIN作近后备时，按本线路DS末端的最小两相短路电流I(2)来校验，即(2)IKDMIN=0.7058IKse

23、n=IIIop50.2965=2.4>1.5KAMIN作远后备时，按相邻线路DA末端的最小两相短路电流I(2)来校验，(2)IKAMIN=0.567IKsen=IIIop50.2965=1.9>1.2（3）DA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。瞬时电流速断保护KAMAX线路DA 末端的最大三相短路电流I(3)=0.654KArel取K=1.3，则保护7 的电流保护第I 段动作电流为I=K I(3)=1.3×0.654

24、=0.8502KAIop7relKAMAX保护围的校验最小运行方式下，DA线路X处两相短路的电流为：(2)=UN=0.567KAIKMIN2(Zsmax+X%×ZLDA)X% ×ZLDA=UN 2I Z=(2)smaxkmin110 2×0.5670.261×132.25=62.5ÙX%=62.50.151×132.25=300%>15%过负荷保护的整定动作电流的整定rel取Kre=0.85，KIII=1.2，Kst=1.5III KstII=Krel I=1.2×1.5× 230=487.1AIop7Kre

25、IILMAX0.85动作时限为t7=0灵敏度校验KAMIN作近后备时，按本线路DA末端的最小两相短路电流I(2)来校验，即(2)IKAMIN=0.567IKsen=IIIop50.4871=1.2<1.5保 护 编I（KA）1QF3QF5QF7QF备注第 I 段IIop2.2981.4041.05950.8502保护X围（%）8.7%100%98.8%300%第 II 段IIIop1.5441.1650.93520.4871tII0.5s0.5s0.5s0KIIsen1.00.80.751.2第 III 段IIIIop0.48710.31760.2965-tIII2.0s2s0.5s-I

26、II3.12.92.4-近后备1.92.21.9-远后备是否加电流电压互锁环节加不加不加不加整定参数号Ksen5、绘出保护5(或4)的继电保护接线图(包括原图和展开图)，并要用表格列出该保护需要设备的型号、规格及数量。KA1KA2KA3KA4KA5KA6KA7KT1KT2KCOKCOKT1KT25DLYR直流控制电源母线无时限电流速断保护带时限电流速断保护定时限过流速断保护延时速度按时限定时时限跳闸回路设设备备要型号数量电流继电器KALL-5C7时间继电器KTSS-21B2出口继电器KCODZ-824E1信号继电器KSDX-19E1电流互感器TA2电压互感器TV2跳闸线圈YR16、根据“继电保

27、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

28、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，渡过有关保护的短路电流和保护安装处的残余电压，然后根据计算结果和