110KV单电源环形网络相间接地短路电流保护的设计继电保护-课程设计

1、110KV单电源环形网络相间（接地）短路电流保护的设计继电保护课程设计任务书110KV单电源环形网络相间短路电流保护的设计110KV单电源环形网络接地短路电流保护的设计一、巳知条件2x315AfT-EZKIXJ-3X60J/JF7es= 0.85 fj-eX5X= 10.5%口 口& 二10,5%31.5A/E42x315AfT-EZKIXJ-3X60J/JF7es= 0.85 fj-eX5X= 10.5%口 口& 二10,5%31.5A/E4葭= 105% =10.5%b=20 c=30 d=40 e=40% =10.5%-eXExj-.网络中各线路均采用带方向或不带方向的电流电压保护，所有

2、变压器均采用纵差动作为主保护，变压器采用y / A-11接线。.发电厂最大发电容量为3 x 60 MW，最小发电容量为2 x 60 MW。.网络正常运行方式为发电厂容量最大且闭环运行。.允许最大故障切除时间为0.9S.110千伏断路器均采用W22 -110型断路器，它的跳闸时间为0.05S,II总结资料 段保护动作时间0.4 S。6.线路AB、BC、AD和CD的最大负荷电流靖自行计算，负荷自启动系数为.各变电所弓|出线上后备保护的动作时间如图所示，加=0.5 S。.线路的正序电抗均为0.4Q/KM。.主保护灵敏系数的规定：线路长度200公里以上不小于1.3,线路长度 50200公里不小于1.4

3、, 50公里以下不小于1.5。. 后备保护灵敏系数的规定：近后备保护不小于1.3;远后备保护不小 于 1.2。三、设计任务.确定保护1、3、5、7的保护方式（三段式）、各段保护整定值及灵敏度。.绘制保护1的接线图（包括原理图和展开图）。.撰写说明书，包括短路计算过程（公式及计算举例）、结果和保护方式的 选择及整定计算结果（说明计算方法）。四、设计要点.短路电流及城压计算，考虑以下几点运行方式的考虑最大负荷电流的计算短路类型的考虑曲线绘制.保护方式的选择和整定计算保护的确定应从线路末端开始设计。总结资料优先选择最简单的保护（三段式电流保护），以提高保护的可靠性。当 不能同时满足选择性、灵敏性和速

4、动性时，可采用较为复杂的方式，比 如采用电流电压连锁保护或方向保护等。将最终整定结果和灵敏度校验结果列成表格。总结资料摘要电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术 与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。因此， 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。继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测 量和数据通信一体化的发展。继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信号 量，当突变量到达一定值时，起

5、动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。 对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性，速动性，灵敏性，可靠性。 这次课程设计以最常见的110KV电网线路保护设计为例进行分析设计，要求对 整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、电 力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了电路的化简，短路 电流的求法，继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。关键字：继电保护，电流保护，距离保护总结资料 TOC o 1-5 h z 弓I言11运行方式的选择3 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 运行方式的选择原则3 HYPER

6、LINK l bookmark4 o Current Document 发电机、变压器运行方式选择的原则3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 变压器中性点接地选择原则3线路运行方式选择原则3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 选取流过保护的最大负荷电流的原则42保护装置的选定原则43电网各个元件参数计算及负荷电流计算5计算网络参数6元件等值电抗计算7输电线路等值电抗计算7

7、 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 变压器等值电抗计算7 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 发电机等值电抗计算8 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 最大负荷电流计算84最大运行方式与最小运行方式的选定原则95短路电流计算和残余电压Ures计算9总结资料 TOC o 1-5 h z 6线路保护方式的确定12线路保护配置的一般原则12保护方式的确定及动作值的整定12AB线路1QF的整定12BC线路3QF的整定14BD线路5QF的整定16DA线路7QF

8、的整定18设计心得21参考文献221运行方式的选择运行方式的选择原则发电机、变压器运行方式选择的原则总结资料(1)一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台枪修，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。变压器中性点接地选择原则发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要接地。自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。(3)1接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。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

9、后再断开，这种情况不按接地运行考虑。1.1.3 线1.1.3 线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。(2)双回路一般不考虑同时停用。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 按单侧电源的方法选择。总结资料对于环状网络中的线路，流过保护的电大短路电流应选取开环运行方式，开 环点应选在所整定保护线路的相邻下一线线路上。而对于电小短路电流，则

10、应选 闭环运行方式，同时再合理停用该保护背后的机组、变压器及线路。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，弓I起另一侧增加负 有。计算整定过程的几个注意点：.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题目的要求条件下，尽可 能采用简单的保护方式。.系统运行方式的

11、考虑除了发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时渡过保护装置的短路电流 最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值灵敏度。.在求不同保护的整定值和灵敏度时，应该注意短路点的选择。总结资料.后备保护的动作电流必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的 动作电流大于下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度，以保证选择性。2保护装置的选定原则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

12、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。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总结资料速动性要求。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。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

13、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：.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题目的要求条件下，尽可 能采用简单的保护方式。.系统运行方式的考虑除了发电厂发电容量的最大和最小运

14、行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时渡过保护装置的短路电流总结资料 最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值灵敏度。.在求不同保护的整定值和灵敏度时，应该注意短路点的选择。.后备保护的动作电流必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的 动作电流大于下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度，以保证选择性。3电网各个元件参数计算及负荷电流计算计算网络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

15、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。总结资料(1)电机参数的计算发电机的电抗有名值：V X ”()U 2X = dN100 SN发电机电抗的电抗标幺值：100S式中(%)发电机次暂态电抗;(2)变压器参数的计算双绕组变压器电抗有名值:U (%)U2X = KNT100 SN双绕组变压器电抗标幺值：XJU (%o) XJ1o0 S BN式中UK (%)变压器的短路电压百分比;UN发电机额定电压;U

16、 基准电压230KV； BS 基准容量100MVA；BSN_发电机额定容量，单位MVA；元件等值电抗计算基准功率：Sb=100MV-A,基准电压：Vb=115V。基准电流：Ib=Sb/1.732 VB=100 x103/1.732x115=0.502KA；基准电抗：ZjV/1.732 IB=115x103/1.732x502=132.25 Q；电压标幺值:E=E(2)=1，05总结资料3.2.1输电线路等值电抗计算(1)线路AB等值电抗计算:Xab=XiLab=0.4x42=8.8QXab*=XabxSb/Vb= 8.8x100/1152 =0,067(2)线路BC等值电抗计算：Xbc= 0.

17、4x32=12.8。X *= X / Z =12.8/132.25=0.0945 BC BC B(3)线路CD等值电抗计算Xcd= X1Lcd=0.4x42=16.8QX *= X / Z =16.8/132.25=0,127 CD CD B(4)线路DA等值电抗计算：Xda= X1Lda=0.4x42=16.8QX *= X / Z =16.8/132.25=0,127 DA DA B变压器等值电抗计算(1)变压器T1、T2、T3等值电抗计算Xt1= 丸=(久/100)*82/ S)-23.14X *= X *= X *X / Z =23.14/132.25=0,175 T1 T2 T3 =

18、 T1 B(2)变压器T4、T5、T6、T7、T8等值电抗计算X = X =X = X =(U %/100)x(V 2x103/ S )-43.640T4T5 T6T7KNNX *= X * = X *= X *=0.33 T6 T7 T4 T5发电机等值电抗计算总结资料发电机G1、G2、G3电抗标幺值计算XgrXG2*=Xd1sB/ Sgi= Xd1sB COS。/ Pgi=0.129x100/60=0.215最大负荷电流计算在巳知结点功率的条件下，求取闭式网的潮流、电压分布，需要迭代求解 复数方程式。在人工计算的条件下常用近似方法。在本设计中的原始环形网络经 过简化后已成为仅含串联阻抗支路

19、的网路，待解的只有一个回路电压方程。3 I 6j30OZ + 3 ( I -I ) 6j300Z +、.3 (I -I -I ) 6j30Z +3 ( I -I1-I2-I3)ej300ZAD=0式中，I,为流经阻抗248的支路电流；I1、;1分别为结点1、2、3的负荷电流。对上式取共轭并乘以UN,则可得下述近似式：Zab*S+ZBC* ( S-S1 ) +ZCD* ( S-S1-S2) +ZAD* ( S-S1-S2-S3) =0由上式可解得流经阻抗248支路的功率为S=Zbc*S1+Zcd ( S1+S2) +ZAD ( S1+S2+S3) /Zab+Zbc+Zcd+Zad则可求得线路48

20、的最大负荷功率。同理可得线路4口的最大负荷功率。进而求 得线路BC、CD 的最大负荷功率。分别为 Sab=65.08MVA,Sad=12.92MVA,Sbc=35.08MVA, ScD=7.08MVA,此即该网路的潮流分布。根据上述潮流分布计算可得各线路最大负 荷电流。(1)AB线路最大负荷电流计算最大负荷电流计算(折算到110KV)I= SaCOS。/1.732 U=65.08x0.8/(1.732x115)之 0,326KA ；-总结资料(2)BC线路最大负荷电流计算I= SBCCOS，/ 1.732 U=35.08x0.8/(1.732x115)-0.176KA ；(3)CD最大负荷电流

21、计算(拆算到110KV)I= SCDCOS，/ 1.732 U=7.08x0.8/(1.732x115)之 0,0355KA ；(4)AD线路最大负荷电流计算最大负荷电流计算(拆算到110KV)I= SADCOS，/ 1.732 U=12.92x0.8/(1.732x115)之 0,0649KA4最大运行方式与最小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

22、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总结资料小，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：Zs.min =(XG1 +XT1 )/3=(0.215+0.

23、175)/3=0.13最小运行方式下的最大电源阻抗：Zs.max =XG1 +XT1=0.1955短路电流计算和残余电压Ures计算计算动作电流，应为该计算最大运行方式下的三相短路电流；为检验灵敏质 要计算最小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，等值阻抗图如下总结资料图5.1电网等效电路图(1)计算三相短路电流:I II (3) - BKZ * + Z *S. minL(2)计算两短路电流:I (2) - 15%灵敏度满足要求。带时限电流速段保护：与保护3的第1段相配合保护3的电流保护第I动作电流值为：I（3）

24、= 1.702KAK. C. MAXIi = kI .I(3)= 1,3x1.702=2.213KAop .3rel K. C. MAX取 kii = 1,1，则 iii= Kii .Ii= 1,1x2.213=2.434KArelOP .1rel OP .3动作时限为：5=11+ At = Nt= 0.5S13灵敏度校验:本线路AB末端的最小短路电流为：i（2）= 1.478KAK. B. MINK =1K. B. MIN =1.478/2.434=0,6071.5senIlIIop .1作为远后备时，按相邻线路BC末端的最小短路电流I（2）校验，即：K. C. MINK = 1f C. m

25、in = 1.207/0.653=1,8481,2senIlIIop .1灵敏度满足要求。6.2.2 BC 线6.2.2 BC 线30的整定瞬时速段保护线路瞬时速段保护线路BC末端的最大三相短路电流I (3)KI (3)K. C. MAXIBZ *+ Z * + Z *S .minAB BC=0.502/(0.13+0.066+0,099)=1.702KA取k:1.3,则保护3的电流保护第取k:1.3,则保护3的电流保护第1段动作电流为:Ii = ki .I(3)= 1,3x1.702=1.404KAop .3rel K. C. MAX保护范围校验最小运行方式下BC线路X处短路电流为:I (2

26、)K. MINUN=1,207KA2(Z *+ X % Z )S .minBC总结资料总结资料X% = U-Z= 115/(2x1.207)- ( 0.195+0,066 )x132.25=13,12021 (2)S .maxK. MINX% ; 13.12/ ( 0.099x132,25 ) =100%15%灵敏度满足要求 带时限电流速段保护：与保护5的第1段相配合保护5的电流保护第I动作电流值为：I（3）= 1.173K. D. MAXIi = ki . I(3)= 1,3x1.173=1.525KAop .5rel K. D. MAX取 kii = 1,1，则 Iii = Kii .Ii

27、= 1,1x1.525=1.677KArelOP .3rel OP .5动作时限为:tii = 11 + A t = A t = 0-5s35灵敏度校验:本线路BC末端的最小短路电流为:I（2）= 1.207KAK. C. MINK = 1f c.min = 1.207/1.677=0.721.5senIIIIop .3作为远后备时，按相邻线路BC末端的最小短路电流1 校验，即：K. D. MINK =限.D .MIN = 0.882/0.373=2,3651,2 senIIIIop .3灵敏度满足要求。6.2.3 BD 线6.2.3 BD 线5QF的整定瞬时速段保护线路BC末端的最大三相短路

28、电流I(3)=IB=0.502/(0.13+0.066+0.099+0.133)=1.173KAK. D. MAXZ *+ Z * + Z * + Z *S .minAB BC CD取左匕=1.3,则保护5的电流保护第1段动作电流为：Ii = ki .I(3)= 1,3x1.173=1.525KAop .5rel K. D. MAX保护范围校验 最小运行方式下8口线路X处短路电流为:I (2)K. MIN=0.882KA、门U N 2( Z *+ X % ZI (2)K. MIN=0.882KAS. minBDX % = UN Z= 115/(2x0.882)- ( 0.195+0.066+0

29、,099 )x132.25=17.58 QK. MIN总结资料X% = 17.58/ ( 0.133x132,25 ) =99.95%15%灵敏度满足要求 带时限电流速段保护：与保护5的第1段相配合保护7的电流保护第I动作电流值为：/=0.894K. A. MAXIi = ki . I(3)= 1,3x0.894=1.162KAop .7rel K. A. MAX取 kii = 1,1，则 Iii = Kii .Ii = 1,1x1.162=1.278KA relOP .5rel OP .7动作时限为:tii = 11 + A t = A t = 0-5s 57灵敏度校验:本线路BD末端的最小

30、短路电流为:i（2）= 0.882KAK. D. MINK = D. min = 0.882/1.278=0.6701.5sen IlII op .5作为远后备时，按相邻线路BC末端的最小短路电流I(2)校验，即：K. D. MINK =仅.min = 0.695/0.075=9,271,2sen IlII op.5灵敏度满足要求。6.2.4 DA 线6.2.4 DA 线7QF的整定瞬时速段保护 线路口人末端的最大三相短路电流I(3)=L=0.502/(0.13+0.066+0.099+0.133+0.133)=0.8K . D. MAXZ *+ Z * + Z * + Z * + Z *S

31、.min AB BC CD DA94KA取k:1.3,则保护7的电流保护第1段动作电流为:Ii = ki .I(3)= 1,3x0.894=1.162KAop .7rel K. A. MAX保护范围校验 最小运行方式下口人线路X处短路电流为:I(2)二N=0.695KAK. MIN2( Z *+ X % Z )S. minDAX% = U- Z= 115/(2x0.695)- ( 0.195+0.066+0.099+0,133 )x132.25=17.5321 (2)s .maxK. MIN总结资料X% = 17.53/ ( 0.133x132,25 ) =98.4%15%灵敏度满足要求过负荷

32、的整定计算。动作电流的整定：取 K = 0.85, Kiii = 1.2, K = 1.5 rerelstIiii = KTKst . I = (1.2x1.5)x64.9/0.85=137Aop. 1KL. MAXre动作时限为：tm =0s 7灵敏度校验：作为近后备时，按本线路口人末端最小短路电流I (2)校验，即： K. A. MINK =.min = 0.695/0.137=5,071,5sen Iiii op .5作为远后备时，按相邻线路BC末端的最小短路电流i(2)校验，即：K. D. MINK =1K .A. min =1.207/0.137=8,811,2sen Iiiiop.5灵敏度满足要求。总结资料总结资料表6.1电流整定值表保护编号I(KA)1QF3QF5QF7QF备注整定参数第|段3.3291.4041.5251.162保护范围（）150.3%100%99.95%98.4%第1|段111op2.4341.6771.00531n (s)0.5s