继电保护整定计算课程设计

课程设计报告

名称：继电保护定值计算

院系：电气与电子工程学院

班级：_________

学号：__________

学生姓名：___________

指导教师：___________

设计周数：2周

成绩：__________________

日期：年月日

华，E电濯程f课程设计（综合实验）报告

一、课程设计（综合实验）的目的与要求

1.课程设计的目的

1.1巩固《电力系统继日保护原理》课程的理论知识，掌握运用所学知识分析和解决生产实际问题

的能力。

1.2通过对国家行业颁布的有关技术规程、规范和标准学习，建立正确的设计思想，理解我国现行

的技术政策。

1.3初步掌握继电保护设计的内容、步骤和方法。

1.4提高计算、制图和编写技术文件的技能。

2.对课程设计的要求

1.1理论联系实际。对书本理论知识的运用和对规程、规范的执行必须考虑到任务书所规定的实际

情况，切忌机械地搬套。

1.2独立思考。在课程设计过程中，既要尽可能参考有关资料和主动争取教师的指导，也可以在同

学之间展开讨论，但必须坚持独立思考，独自完成设计成果。

1.3认真细致。在课程设计中应养成认真细致的工作作风，克服马虎潦草不负责的弊病，为今后的

工作岗位上担当建设任务打好基础。

1

华，上电濯程学课程设计（综合实验）报告

二、设计（实验）正文

1.某一水电站网络如图4所示。

已知：

a.发电机为水轮立式机组，功率因数为0.8、额定电压6.3kV、次暂态电抗为0.2,负序限抗为0.24：

b.水电站的最大发电容量为2X5000kW,最小发电容量为5000kW,正常运行方式发电容量为2X

5000kW：

c.平行线路L1、L2同时运行为正常运行方式；

d.变压器的短路电压均为10%,接线方式为Yd-11,变比为38.5/6.3kV.

e.负荷自起动系数为1.3；

f.保护动作是限级差=0.5s；

g.线路正序电抗每公里均为0.4Q,零序电抗为3倍正序电抗；

6900KVA

城关变

56kM无穷大

6QF

25O0kVA10kV

5000kVIQkM

7QF

图4

试求：（注：由于电压互感器和电流互感器的变比未知，计算结果均为一次值）

a.确定水电站发电机、变压器相间短路主保护、后备保护的配置方式；

（一）对于水电站发电机，相间短路保护的主保护采用纵联差动保护，后备保护应配置低电压启动的过

电流保护、及合电压启动的过电流保护、负序电流保拧和阻抗保护。发电机主保护采用比率制动式

纵联差动保护，整定计算如下：

1）计算发电机额定电流

P5（）

一次侧额定电流1~7—e=亍=0.573kA

GNCOS<P<3x6.3x0.8

GN

2）确定最小动作电流

I=（0.1~0.3）/=（0.1~0.3）x0.573M=57.3~171.9（A）

sei.minGN

取0.2倍额定电流，动作值为114.6A

3）制动特性拐点电流

I=0.87=0.8x573=458.4。）

res.minGN

4）确定制动特性曲线斜率K

机端保护区外三相短路时流过发电机的最大短路电流

I⑸=--x——---=—x———----=2.86^/?

A.maxX”cos（p0.2\'3x6.3x0,8

dGN

差动I可路最大不平衡电流/=KKK/（3）=2.0x0.5x0.1x2864=286.4G）

卬力.maxunpsiTA.max

2

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最大动作电流/=KI=1.3x286.4=372.3（A）

set.maxrelunb.max

则K=/…-Lmm=372.3-114.6=0⑼

/（3）-I2864-458.4

k.maxres.min

5）灵敏度校验

按发电机与系统断开且机端保护区内两相短路时的短路电流校核

流入差动回路的电流/=/[XJN=FX5_____=2.255（公）

人7X—XJ3Ucos<p0.2+0.24J5x63x0.8

2GN

制动电流/=0.5/=1127A

resk

相应的动作电流/=/+K（/-/）=114.6+0.107x（1127-458.4）=186.1G）

opxer.mirreszw.min

j1127

灵敏系数K=_£=«6,满足要求。

如I186.1

op

6）差动速断动作电流/=4/=4x573=2292（A）

iGN

（二）对于变压器，相间短路的主保护采用纵联差动保护，并配置复合电压启动的过电流保护或低电压闭

锁的过电流保护作为后备保护。

b.确定6QF断路器的保护配置方式，计算它们的动作定值、动作时限，并进行灵敏度校验；

电流速断保护定值计算如下：

系统等值电路的参数标么值，选取S=6.3MVA,各部分等值参数如下:

B

6.3x0.8

发电机X“=0.2x--------0.202变压器X=0.105

56.3T*

6.3

输电线路X©=0.4X40X—=0.074X=0.4x56x—=0.103

372CD*372

系统等值阻抗图如下:

JfL=0^02=0.074

0103

^=0_105Xq=0074

无时限电流速断保护按躲过本线路末端发生短路时的最大短路电流整定。最大短路电流

1S6.3

e0.5X+0.5X+0.5X+X'方^V3x37x（0.101+0.052+0.037+0.103）

G冷r*BUCD

动作定值/=K/=1.2x335.5=402.6（A）

set6relk.max

电流速断保护保护范围校验:

3

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1(Uu7\T737372、

L2

min612〃I0.412x0.40266.3)

CD'set.6H7v/

保护范围校验不满足要求

因为该保护位于保护的最后一级，且因为系统运行方式变化大，一般的电流保护均无法满足要求，故

采用距离保护。配置距离保护1段和山段，整定计算如下：

距离保护I段为无时限的速动段，整定阻抗Zi=K\LZ=0.8x56x0.4=17.92(Q)

set6relCD1

距离保护in段按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定

0.95(70.95X加20.95X4x372x0.8(\

Z=_____37N=______y___________=180.2。

%minIS2x5

LCD・maxmax

Z180.2()

距离保护IH段整定值Z"i=？-----------=96.26Q

sei6KKK=,-,-,c

re!sxre1.2X1.3X1.2

Zill9626

距离保护IB段灵敏度校验K=—=——=4.3>1.5

Z56x0.4

CD

灵敏度满足要求

距离保护in段动作时间：，=0

6

c.确定平行线路LI、L2的的1QF、3QF相间短路主保护和后备保护，计算它们的动作定值、动作时

限，并进行灵敏度校验；

因为系统运行方式变化大，一般的电流保护均无法满足要求，故采用距离保护。由于距离保护II

段在霜回线并列运行时线路末端短路时易误动，故配置距离保护【段和HI段。以1QF为例，整定计算

如下：

距离保护I段为无时限的速动段，整定阻抗Zi=K\Lz=0.8x40x0.4=12.8(Q)

setrelBC1

距离保护HI段按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定

0.95(/0.95x做20.95x3x372x0.8(\

Z__匚=_____1___________=180.2^1

噎,min/S2x5

Bl-maxmax

Z180.2()

距离保护III段整定值Zni="'郎------------=96.26。

set\KKK=

relssre1.2X1.3X1.2

Z川9626

距离保护in段灵敏度校验K=L-=—2―=6>1.5

•的Z40x0.4

BC

灵敏度满足要求

距离保护in段动作时间：，=t+4=0.5s

I6

3QF的整定计算过程和结果与1QF相同

d假设平行线路LI、L2两侧配置有三相重合闸，计算三相重合闸装置的整定值.

三相重合闸时间，=心

e.继电保护6QF的接线图及展开图。

4

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2.已知一配电网络如图1所示。

已知：

a.系统中各变压器参数如图所示，忽略变压器电阻；

b.变压器T1与T2之间的电缆L1参数：

力=0.153(C/ZM)xl=0.119(C/ZM)K)=3-rlxO=3-xl

''，

母线LA与LE之间的电缆L2参数：

rl=0.163(。/AM)=0.087(Q/H)=3・川x()=3.xl

，x\kM)，,。

c.变压器Tl、T2参数如图中所示，其中变压器T1中性线阻抗Z0=20C。

d.高压母线HA以上部分的在10kV电压等级下系统阻抗为：

X=2.0QX=1.0。

s.HA.max,s.HA.nin

e.低压0.4kV开关CB510下级直接与负荷相连,4(X)A为其额定电流。低压开关CB5O4、CB5O5也是

如此。

母及电视HA

3X12Onn2(18km)LIKM103f)315»r

0.4kV竽

CB506

400A

3X1?Chml(02kM)

图1

试求：

a.电力系统中各断路器所配置的电流三段式保护进行定值整定，进行灵敏性校验;

(-)短路计算

系统各部分的等值阻抗标么值，选取基准容量SR=4ML4,基准电压为平均电压

高压母线HA以上部分

X===0.0726X==0,0363

s.HAnuix*U210.52[J2105

变压器T1和T2

5

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--------------4----------------4-------

X=0.06x_=0.06X=0.06x_=0.12

71*472*2

电缆线路L1和L2

44

R=0.153xl8x一二（）.。（）8（）5X=0.119x18x一=0.00626

372372

44

R=0.163x0.2x——=0.815X=0.087x0.2x——=0.435

L2*0.42L2*0.42

系统等值阻抗图如下:

%=0-215

^=0435

00726丫.“资妨=000805

七一二Q0363"一%=（M»626

系统最大运行方式下电缆线路L1末端三相短路时

1S4=606.7。）

x_g=

0.103x6x37

A-.£1.maxX+X+Z《3U

s.AMinin*TPLP

系统最小运行方式下电缆线路L1末端两相短路时

54=388.9（A）

xx_u_

Jt.Ll.min2x+x+z2x0.139x37

s.HAmax*Tl*A.P

系统最大运行方式下变压器T2末端三相短路时

IS4=280.3、）

F0.223x<3x37

k.T2.maxX+X+Z+X

s.AMmin*71*/.I*72*

系统最小运行方式下变压器T2末端两相短路时

1s4=208.7（4）

，士一___________________________XR=

+x+z+x4iu

k.T2.n\in2X2x0.259x37

s.HAmax今rrLI*r2*

系统最大运行方式下电缆线路L2末端三相短路时

1S4=5.48”

X

k.L2.maxX+X+Z+X+Z1.05x6x0.4

s./Mmin*Tl*M*TVZ.2*

系统最小运行方式下电缆线路L2末端两相短路时

1S4=4.645s）

x___________________________________XR=__________________

jt.L2.min2X+X+Z+X+Z石U2x1.08x0.4

s.HAmax*Tl*LI*T2*L2*

（-）整定计算

电流保护I段整定

6

华，tr电喉森管课程设计(综合实验)报告

对CB107动作电流/I=K\I=1.2x606.7=728.04G)

$<7,107relk.LI.max

IT=K\I=1.2x280.3=336.36(71)

对CB108动作电流

se，.108relk.T2.max

7i=K\I=1.2x5.48=6.576(M)

对CB503动作电流

set.503relk,L2.max

/i=87=8x400=3.2(M)

对CB506动作电流

$々506max

对CB504动作电流〃=8/=8x400=3.2(M)

max

对CB505动作电流/'=87=8x500=4(M)

set505max

电流保护I段保护范围校验

1uU2)-1(37-0.1326x372、

对CB1074nm二厂|01941

2/1-4J<0

B，

L\、5P/.107

g,0,404,、

对CB503L=1'u_1=1D7.7(M)

-z-0.2628x,

I2x6.576

min503ZI2/1().1854

B)>/

L2、set.5O3

电流保护II段整定

对CB107动作电流/H=^11/1=l.lx336.36=37OG)

5^107relset108

Q4

对CB108动作电流/H=Kw/I=1.1X6576X-=78.2(A)

s"108rels"50337

对CB107动作时间川=fi+Ar=0.5s

sei\msetUW

对CB108动作时间”=!I+Ar=0.55

ml€>86曰503

电流保护n段灵敏度校验

对CB107Kl【=4/l.min-峭々=]05

$切107/[]

$"107

对CB108K】i=4/2.min=2°&7-2.67

.的H08/II78.2

setA08

电流保护III段整定

KniK1.2x130.4

对CB107动作电流/川xl300x一二24.36

.yrt.107KLI.max0.937

re

Kw\K1.2xl.30.4()

7

对CBI08动作电流/川—ad--------xl3()()x——=24.36A

5^.108KT2.max0.937

re

K111K1.2x13

对CB503动作电流/川--------x900=1.

$"503KL2.max0.9

re

7

年6上电喉森管课程设计(综合实验)报告

Kw\K1.2xl.37T

对CB506动作电流八1二—/=--------x400=693.3%，

$ei.5O6K506.inax0.9

re

Kw\K1.2x1.3_

xAA

对CB504动作电流/川=1=_______5。。=866.7VU

$"5<MK504.max().9

re

Kw\K1.2xl,3()

对CB505动作电流/山=-41=-------x400=693.3W

sef.505K505.max0.9

电流保护II【段动作时间整定

对CB107动作时间/川=MII+Ar=2.0s

m!07se/108

对CBI08动作时间，川=tm+Ar=1.55

ml08ser503

对CB5O3动作时间/川=0.55+Ar=1.05

sei503

对CB506动作时间/川=0.5s

sei506

对CB504动作时间，w=0.5s

set504

对CB5O5动作时间，HI=0.5s

set505

b.对系统中所配置的零序且流保护进行定值整定，进行灵敏性校验：

根据系统的中性点接地方式，可知在CB107上，可配置零序电流保护I段和III段，整定计算如下:

L1线路末端母线发生接地短珞故障时，各序阻抗分别为：

7=7—7S

Z()Z()=0.103ZZ()-az=0.0686

L\.1.min*£1.2.min*LI.0*o(J2

在系统最大运行方式下，L1线路末端发生两相接地短路故障时，零序电流

z

1()s

/(1.1)YLl

ZrO.LI.maxK_zzz2)

/J2L(2)*Z,|2XO)*

/.I，i)*zz工wj

\L\2♦LIO'

_______________x4259.8G)

________________0.103=

(0.103+0.0686)x0.103+().103x0.068斛73x37

0.103+0.0686；

在系统最大理亍方式下，L1线路末端发生里相接地短路故障时，零序电流

(1)(1)51

4=227.3(/

---------------x-R—=__________________________x-------

T乙

jtO.Ll.maxZ乙()Z()E()y[3U0.103x2+0.0686昌37

L\1*L\2•LI0*

=KiX3Z(u)=1.25X3X259.8=974.25。)

零序电流I段八

relArO./J.max

零序电流in段按躲过LI线路末端三相短路的最大不平衡电流整定

/in=KmKKKI=1.25x1.5x0.5x0.1x606.7=56.88^)

st1107rel〃〃werA.LI.nia\

8

华3匕电濯程学课程设计（综合实验）报告

Kni-------=4.0灵敏度满足要求

sen56.88

c.对配置.继电保护方案进行评价，如有缺陷提出改进措施。

对CB107,通过整定计算可以看出，其电流保护I段在系统最小运行方式下对于相间短路故障不

具有保护范围且电流保护H段的灵敏系数不满足要求，应加入低电压启动元件，降低动作定值，以适

应系统运行方式的变化，提高灵敏度或者采用距离保护来替代电流保护。零序电流保护作为系统接地

短路故障的主保护，由于受到系统中性点接地方式的影响，在本配电网中，智能应用在L1线路中。

这样，零序电流保护的作用范围，且无法和相邻的线路或变压器配合。

9

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2.11OkV单电源环形网络如图2所示。

已知：

a.线路AB、BC、AC的最大负荷电流分别为230A、150A、230A,负荷的自起动系数为1.5；

b,网络中各线路采用带方向或不带方向的电流电压保护、零序电流保护或距离保护，变压器采用纵联

差动保护作为主保护，变压器为Y,d11接线；

C.发电厂的最大发电容量为3X50MW,最小发电容量为1X50MW（2台发变组停运）；

d.各变电所引出线上的后备保护动作时间如图示，后备保护的时限级差△t=0.5s；

e.线路的电抗每公里均为0.4Q,忽律电阻；

f.电压互感器的变比110/0.1,AB、AC线路电流互感器变比300/5,其它参数如图所示。

2x2CMW

2x60MW

=10.5%A

40kM

30kM

50kM“F4QF

6QF

1.0S

cos%=0.9=10.5%

V=0.129

20加印a=10.5%

图2

试求：

a.确定继电保护1、3、5（或2、4、6）的保护配置方式，以及它们的动作定值和动作时限;

继电保护1、3应配置三段式距离保护：继电保护5应配置距离保护I段和HI段，整定计算如下:

系统各部分归算到11OkV侧R勺阻抗有名值

线路Z=40x0.4=16（Q）Z=30x0.4=12（Q）Z=50x0.4=20（Q）

ABBC八8

1152

母线B侧一台变压器z=°.1°5x-------=69.43（Q）

TB20

母线C侧一台变压器z=°・1°5XL包=69.43（c）

TC20

距离保护I段动作值整定

对1QFZi=KiZ=0.85x16=13.6（Q）

sei.1relAB

对3OFZi=KiZ=0.85x12=10.2（Q）

set.3reiBC

10

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对5QFZI=K\Z=0.85x20=17(Q)

set.5relAC

距离保护I段均为无时限动作，即动作时限八=0

set

距离保护11段动作值整定

对1QF与3QF距离•保护I段配合Z"=Ki【(Z+Zi)=0.8x(16+10.2)=20.96(Q)

set.1relABset3

Z+Z+Z

按躲过母线B处变压器电压侧出口短路整定，此处分支系数K=^fic4c=_=1.5

M.minZ+Z32

BCAC

Zn=Kn(Z+Kx0.5Z)=0.7x(16+1.5x0.5x69.43)=47.65(Q)

sei.1relABI.minTH

综上，取较小者，即ZH=20.96Q

setA

对3QF与5QF距离保护I段配合Z"=K"(Z+Zi)=0.8x(16+17)=26.4(Q)

set.3relBCxelS

z+z+Z_48__

按躲过母线C处变压器电压侧出口短路整定，此处分支系数K二，"_dc_=_=2-4d

>3,minZ20

AC

Zu=KH(Z+KZ)=0.7x(12+2.4x69.43)=125.04(Q)

set.3relBC3.minTC

综上,取较小者,即ZH=26.4。

set.3

距离保护n段动作实现整定

对1QF/II=ri+A；=0.55对3QF川=/1+Ar=0.55

setAset3set.3set.5

距离保护II段灵敏度校验

〃Zn20.96

对1QFKu=seu==1.31>1.25满足要求

semiZ16

AB

八"、「rnZn26.4

对3QFAII=set.3=____=2.2>1.25满足要求

sen.3Z12

AB

距离保护HI段动作值整定

0.9x110=248.51),Z248.5()

对IQFZ=IjlllZIII—/ja=_____________=120.05X1

5min指X0.23$et.iKKK1.2x1.5x1.15

r0.9X110=381.05Q),Z381.05()

对3QFZ=________则ZHI=ABC.min_=_=184.112^

ABCmin5/J0.15"3KKK1.2x1.5x1.15

Xrelxsre

0.9x110()Z248.5(\

对5OFZ==248.5Q,imi7in—-I=_____________=120.05X1)

LAC.minx0.23血5KKK1.2x1.5x1.15

relssre

距离保护n【段动作时,整定

}

对1QF，川=maxt+△「"in+Ar=2.5S

、口.1B3n.i

11

华31r电缗程学课程设计(综合实验)报告

对3QFzni=maxt+Ar,/m+Ar=2.0s

set.3

对5QF,按躲过最大振荡周期整定tw\=1.55

sei.5