电网继电保护设计

河南科技大学课程设计说明书课程名称 继电保护课程设计电网继电保护设计——电流保护学院 农业工程学院 班级 学生姓名 指导教师 邱兆美日期 课程设计任务书课程设计名称继电保护课程设计学生姓名—专业班级 设计题目 电网继电保护设计一一电流保护 一、 课程设计目的专业课程设计，一方面使学生获得综合运用学过的知识进行电力变电所、牵引变电所各主要元件的保护设计及整定和保护设备的选型的基本能力，另一方面能巩固与扩大学生的电气综合设计知识，为毕业设计做准备，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。学生通过专业课程设计,应在下述各方面得到锻炼：1•掌握继电保护保护方案的确定原则，整定计算的一般步骤，了解系统运行方式的确定，保护整定系数的分析与应用，前后级整定配合的基本原则；2•掌握保护、控制、测量、信号回路阅读和设计基本方法；3.学习相关保护设备的选择和一般的维护。二、 设计内容和要求短路计算。必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原则或依据。保护方式的选择及整定计算。要求说明选用保护方式的原则，各保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。绘制保护原理接线图。要求绘制单线原理接线图及某一元件保护原理展开图。4•对保护的评价。要求从选择性、灵敏性和速动性、可靠性四个方面来评价所采用保护的质量。5.编写设计说明书。不少于2000字的说明书。三、 设计任务和要求原始资料：A电站装机容量分别为10MW,以单回35kV联络线经110kV的B变电所与某电网连接。电站发电机功率因数为0.65，暂态电抗X〃d为0.25；线路电抗标幺值为：0.725；变压器均为Yn，D11，标幺电抗为X*]=0.55,X*2=0,X*3=0.35，短路电压Ud%=10.5%。电网的接线示意如下:

系统40KM110KV7500KVA6.3KV10.5KVB变电所2X3000KWA系统40KM110KV7500KVA6.3KV10.5KVB变电所2X3000KWA电站2X2000DKVA2.设计任务•系统保护配置方案与计算•40KM保护的接线图；•对本网络所采用的保护进行评价。2•短路计算：2•短路计算：2天4.绘制保护原理接线图：2天6.准备答辩及答辩：1天1•明确任务和文献查找：1天3•保护方式选择及整定计算：2天5•编写说明书：2天五、 主要参考文献1•崔家佩.《电力系统继电保护及安全自动整定计算》•北京：中国电力出版社,20062•张保会，尹项根.《电力系统继电保护》（第二版）.北京：中国电力出版社,20093•许建安.《继电保护整定计算》.北京：中国水利水电出版社，20034•李光琦.《电力系统暂态分析》（第三版）•北京：中国电力出版社，2007指导教师签字： 年月日摘要当电力系统中的电力元件，如发电机、线路等或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。继电保护的基本原理和构成方式。继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量,电流、电压、功率、频率等的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分和定值调整部分、逻辑部分、执行部分。我做的课程题目是电网继电保护设计一一电流保护。关键词：继电保护短路电力系统目录第一章绪论 错误！未定义书签。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.1课程设计题目 1\o"CurrentDocument"1.2设计目的 1\o"CurrentDocument"1.3课程设计要求与内容 2\o"CurrentDocument"第二章课程设计步骤 4\o"CurrentDocument"2.1继电保护的基本要求 4\o"CurrentDocument"35KV电网继电保护的设计原则 435kV线路保护配置原则 435kV母线保护配置原则 535kV断路器保护配置原则 5\o"CurrentDocument"2.3短路电流 52.3.1主要参数 6\o"CurrentDocument"2.3.2短路电流计算 7\o"CurrentDocument"2.4继电保护整定计算 10\o"CurrentDocument"2.5对保护的评价 13第三章总结 15参考文献 16第一章绪论继电保护装置能反应电气设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地、有选择地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证不故障设备继续正常运行，将事故限制在最小范围，提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全、连续供电。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。在发生短路时可能产生一下的后果：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；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；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的质量；破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使整个系统的瓦解。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，并动作与断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：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；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。1.1课程设计题目电网继电保护设计一电流保护1.2设计目的专业课程设计，一方面使学生获得综合运用学过的知识进行电力变电所、牵引变电所各主要元件的保护设计及整定和保护设备的选型的基本能力，另一方面能巩固与扩大学生的电气综合设计知识，为毕业设计做准备，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。学生通过专业课程设计，应在下述各方面得到锻炼：.掌握继电保护保护方案的确定原则，整定计算的一般步骤，了解系统运行方式的确定，保护整定系数的分析与应用，前后级整定配合的基本原则；.掌握保护、控制、测量、信号回路阅读和设计基本方法；.学习相关保护设备的选择和一般的维护。1.3课程设计要求与内容.短路计算。必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原则或依据。.保护方式的选择及整定计算。要求说明选用保护方式的原则，各保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。.绘制保护原理接线图。要求绘制单线原理接线图及某一元件保护原理展开图。.对保护的评价。要求从选择性、灵敏性和速动性、可靠性四个方面来评价所采用保护的质量。具体设计题目如下：A电站装机容量为10MW,以当回35kv联络线经110kv的B变电所与某电网连接。电站发电机功率因数为0.65，暂态电抗X”d为0.25；线路电抗标幺值为0.725；变压器均为YN,D11，标幺电抗为X*1=0.55，X*2=0，X*3=0.35,短路电压为10.5%。35kv电网的接线示意图：40KM110KV系统35KV2*20000KVA10.5KVB变电所图1-135kv电网接线图6.3KV2*3000KWA电站第二章课程设计步骤2.1继电保护的基本要求对继电保护装置有哪些基本要求要求是：选择性、快速性、灵敏性、可靠性。⑴选择性：系统中发生故障时，保护装置应有选择地切除故障部分，非故障部分继续运行；⑵快速性“短路时，快速切除故障这样可以①缩小故障范围，减少短路电流引起的破坏；②减少对用记的影响；③提高系统的稳定性；⑶灵敏性：指继电保护装置对保护设备可能发生的故障和正常运行的情况，能够灵敏的感受和灵敏地作，保护装置的灵敏性以灵敏系数衡量。⑷可靠性：对各种故障和不正常的运方式，应保证可靠动作，不误动也不拒动，即有足够的可靠。2.235KV电网继电保护的设计原则2.2.135kV线路保护配置原则1） 每回35kV线路应按近后备原则配置双套完整的、独立的能反映各种类型故障、具有选相功能全线速动保护。2） 每回35kV线路应配置双套远方跳闸保护。断路器失灵保护、过电压保护和不设独立电抗器断路器的500kV高压并联电抗器保护动作均应起动远跳。3） 根据系统工频过电压的要求，对可能产生过电压的500kV线路应配置双套过电压保护。4） 装有串联补偿电容的线路，应采用双套光纤分相电流差动保护作主保护。5） 对电缆、架空混合出线，每回线路宜配置两套光纤分相电流差动保护作为主保护，同时应配有包含过负荷报警功能的完整的后备保护。6） 双重化配置的线路主保护、后备保护、过电压保护、远方跳闸保护的交流电压回路、电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路、起动远跳和远方信号传输通道均应彼此完全独立没有电气联系。7） 双重化配置的线路保护每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。8） 线路主保护、后备保护应起动断路器失灵保护。35kV母线保护配置原则1） 每条500kV母线按远景配置双套母线保护，对500kV—个半断路器接线方式，母线保护不设电压闭锁元件。2） 双重化配置的母线保护的交流电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路均应彼此完全独立没有电气联系。3） 每套母线保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。4） 母线侧的断路器失灵保护需跳母线侧断路器时，通过起动母差实现。35kV断路器保护配置原则1） 一个半断路器接线的500kV断路器保护按断路器单元配置，每台断路器配置一面断路器保护屏（柜）。2） 当出线设有隔离开关时，应配置双套短引线保护。3） 重合闸沟三跳回路在断路器保护中实现。4） 断路器三相不一致保护应由断路器本体机构完成。5） 断路器的跳、合闸压力闭锁和压力异常闭锁操作均由断路器本体机构实现，分相操作箱仅保留重合闸压力闭锁回路。6） 断路器防跳功能应由断路器本体机构完成。2.3短路电流在三相系统中可能发生的短路有：1、三相短路f（3）2、两相短路f（2）3、两相接地短路f（1,1）。三相短路也称为对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。其它类型的短路都是不对称的路。电力系统的运行经验表明,在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路机会最少。从短路计算方法来看,一切不对称短路的计算在米用对称分量法后，都归结为对称短路的计算。短路计算的目的：1） 选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析•在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值，还必须知道在网络中的分布情况•有时还要知道系统中某些节点的电压值。2） 在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施，都要进行必要的短路电流计算。3） 进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算。4） 在实际工作中，根据一定的任务进行短路计算时必须首先确定计算条件.所谓计算条件是指短路发生时系统的运行方式，短路的类型和发生地点，以及短路发生后所采取的措施。2.3.1主要参数1）发电机额定容量KW额定电压KV功率因数暂态电抗X”d标幺电抗X*F30006.30.650.255.42表2-1发电机参数2）主变压器额定容量KVA接线组别短路电压Ud%d标幺电抗X*B7500Yndii10.51.420000Yn，dii0.5500.35表2-2主变压器参数最大运行方式：A电站的两台机组全部投入运行。最小运行方式：A电站只有一台机组投入运行。2.3.2短路电流计算在计算短路电流时，首先求出短路点前各供电元件的电抗值，并通过给出的系统接线图，做出其等效电抗图，并假设有关的短路点。系统中元件包括发电机、变压器、电抗器及架空线路（包括电缆线路）等。首先选择基准值，取全系统的基准功率S=100MVA。同时在工程计算中规定,各个电压等级都以其平均额定电压Van作为基准电压VB。根据我国现行的电压等级，各级平均额定电压规定为：3.15,6.3,10.5,15.75,37,115,230，345,525（kv）。通过给出的原始资料主要参数表，可以计算出发电机、主变压器和输电线路的标幺阻抗值。简化电路图如下:图2-1图2-1简化电路图X3,X6等于0,不考虑B变电所，电路可以简化为X9K3X13K4X9K3X13K4图2-2简化电路图最大运行方式：A电站的两台机组投入运行，中心变电所在地110kv母线上的系X=X+X+X+X=5.11AK12 8 9 13X=X+X+X+X=5.11AK12 8 9 13X=X=0.225SK1X=X*X/(X+X)=0.216总SKAKSKAKI=1/X=4.63K1min 总

最小运行方式：A电站的一台机组投入运行，中心变电所在地llOkv母线上的系X=X+X+X+X=7.82AK12 8 9 10统等值标么电抗为0.35X=X+X+X+X=7.82AK12 8 9 10X=X=0.35SK1X=X*X/(X+X)=0.335总SKAKSKAKI=1/X总=2.985K1min最大运行方式下k2点短路时X=X+X=0.5SK1 12总电抗为X=X+X=0.5SK1 12总电抗为XAK=X+X+X=4.835： 8 9 13X=X*X/(X+X)=0.453总SKAKSKAKI=1/X总=2.208K2max 总最小运行方式下k2点短路时X=X+X=0.625X=X*X/(X+X)=0.453总SKAKSKAKI=1/X总=2.208K2max 总最小运行方式下k2点短路时X=X+X=0.625SK1 12X=X*X/(X+X)=0.577总SKAKSKAKI=1/X=1.733K2min 总X=X+X+X=7.545AK8 9 10最大运行方式下k3点短路时X=X+X+X=1.225SK1 12 8总电抗为X二X+X=4.11AK9 13X=X*X/(X+X)=0.944总SKAKSKAKI=1/X总=1.06K3max最小运行方式下k3点短路时X=X+X+X=1.35SK1 12 8总电抗为X=X+X=6.67AK9 10X=X*X/(XSK+XAK)=1.123总SKAKI=1/X=0.89K3min 总最大运行方式下k4点短路时X=X+X+X+X=2.625SK 1 12 8 9X=X=2.71AK 13总电抗为X=X*X/(X+X)=1.333总SKAKSKAKI=1/X总=0.75K4max最小运行方式下k4点短路时X=X=5.42AKX=X=5.42AK10SK1 12 8 9总电抗为X=X*X/(X+X)=1.824总SKAKSKAKI=1/X总=0.548K4min 总2.4继电保护整定计算6.3kv35kv35kv326.3kv35kv35kv32图2-3整定简化图保护1的整定计算瞬时电流速断保护I段的定值为Ii=KiI=1.25*1.06=1.3250P.1 relK3max最小保护长度计算Xs.max=0.866*(Es/I )=10.675k2.minXs.min二Es/I =9.674k2.maxXs.main=0.5*(Xs,max+Xs.min)=10.175检验：L1=1/K[0.866L-(KX-0.866X )/X]=23.15>0.15Lmin k ks.min s.max 1故满足要求；限时电流速断保护II段的定值为与相邻单回路的限时电流电压速断保护配合最小分支系数的值为K=(0.624+0.157)/0.624=1.252fz.minIn=K11/K=1.1X0.441/1.252=0.387KAop.1 phop.3fz.min灵敏度校验：K=I(2)K/In=0.753/0.387=1.95>1.3sen 2.min op.1满足要求动作时限t1n=ti+At=1slx定时限过电流保护III段的定值为Ini=KiiiKIK=1.15Xop.1 relssL.max/re20.11/0.85=0.298KA灵敏度校验：作为近后备保护K=I(2)K/In=0.753/0.298=2.53>1.3sen 2.min op.1满足要求作为远后备保护K=I(2)K/In =(0.624+0.157)/0.298=2.621>1.2sen 3.min op.1满足要求保护III段动作时间tn二tn+At=2.5s+0.5s=3sxl对保护2的整定计算瞬时电流速断保护I段的定值为Ii=KiI=1.25X(0.7+0.602)OP.3 relK3.max=1.628KA最小保护长度计算Xxt.min二ES/I(3)k2.min=(37/73)/(0.201+0.23)=49.565'QXxt.max二ES/I(3)k2.max=(37/73)/(0.72+0.37)=19.60Ql=1/K[0.866L-(KX-0.866X )/X]min rel rels.min s.max 1=[0.866X40-(1.25X49.565-0.866X19.6)/0.4]/1.25=-62.253KM不满足要求采用瞬时电流电压联锁速断保护的定值为主要运行方式时的最大保护区是：LImain=L/K~0.75L=0.75X40=30KMK主要运行方式使得等效电阻:X=(X+X)/2=(49.565+19.60)/2=34.582Qs.main s.min s.max电流元件动作电流值为Iii=E/(X+X1Li)=(37/73)/(34.582+0.4X30)=0.459KAop.2S xt.main main电压元件动作电压值为Ui=73Ii XLi=73X0.459X0.4X30=9.54KVop.2 op.21mainf.校验：Li=X Ui/X(Up-Ui)max S.maxop.21 op.2=19.60X9.54/0.4(37—9.54)=17.02KM<50%L不满足要求LImin=(0.886E—XIi)/XIiSS.minop.2 1op.2=(0.886X37/73—49.565X0.459)/(0.4X0.459)=—20.822KM不满足要求因此，保护2不装设瞬时电流速断I段保护。限时电流速断保护II段的定值为In=I(2)K/Kop.2 1.minsen=(0.143+0.159)/1.3=0.232KA动作时限 t5n=ti+At二0.5slx定时限过电流保护III段的定值为Ini二Kin KI/K=1.15X2X0.11/0.85=0.298KAop.2 relssL.maxre灵敏度校验：作为近后备保护K=I(2)K /In=0.302/0.298=1.01<1.3不满足要求sen 1.min op.2采用低电压闭锁定时限过电流保护的定值为电流元件动作电流值为Iiii =KI/K=1.2X0.11/0.85=0.155KAop.2 kL.maxh电压元件动作电压值为Ui=KU/K=0.9X0.9X35/0.85=33.353KVop.2kg.minh灵敏度校验K=I（2）K/Ii=0.302/0.155=1.948>1.3满足要求sen l.min op.2保护III段动作时间tin二tin+At=1.5s+0.5s=2sxl2.5对保护的评价评价继电保护主要是从选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个方面出发，看其是否满足电力系统安全运行的要求，是否符合有关规程的规定。1） 选择性在三段式电流保护中，电流速断保护的选择性是靠动作电流来实现的；限时电流速断保护和过电流保护则是靠动作电流和动作时限来实现的。它们在35kV及以下的单侧电源辐射形电网中具有明显的选择性，但在多电源网络或单电源环网中，则只有在某些特殊情况下才能满足选择性要求。2） 速动性I电流速断保护以保护固有动作时限动作于跳闸；II限时电流速断保护动作时限一般在0.5S以内，因而动作迅速是这两种保护的优点。III过电流保护动作时限较长，特别是靠近电源侧的保护动作时限可能长达几秒，这是过电流保护的主要缺点。3） 灵敏性I电流速断保护不能保护本线路全长，且保护范围受系统运行方式影响较大；II限时电流速断保护虽能保护本线路全长，但灵敏性依然要受系运行方式的影响;II