继电保护课程设计论文-110KV电网线路保护设计.docx

继电保护课程设计（论文）题 目 110KV电网线路保护设计 学院名称 电气工程学院 指导教师 职 称 教授 班 级 电力1201班 学 号 学生姓名 2016年 1 月 21 日摘要31. 继电保护设计任务和要求41.1 继电保护装置及其任务41.2 对继电保护的基本要求42.设计资料分析与参数计算52.1基准值选择52.2电网各元件等值电抗计算53.短路电流计算73.1流经保护2的短路计算73.2流经保护3的短路计算123.3流经保护5的短路计算164.电流保护整定计算214.1保护1的电流保护整定215.电网线路继电保护整定计算225.1距离保护的整定计算225.1.1保护6的距离保护整定计算235.1.2保护2的距离保护整定计算265.1.3保护3的距离保护整定计算285.1.4保护5的距离保护整定计算306.继电保护零序电流保护的整定计算和校验336.1整定结果337.输电线路的自动重合闸装置347.1自动重合闸概述347.2单侧电源线路的三相一次自动重合闸装置357.3双侧电源线路的自动重合闸357.4自动重合闸与继电保护的配合358.综合评价368.1对电流保护的综合评价368.2对零序电流保护的评价368.3对距离保护的综合评价369.结束语37参考文献38 摘要: 电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，也使得继电保护得以飞速的 发展。继电保护装置必须具备继电保护的“四性”要求，即安全性，可靠性，迅速性，灵敏性。继电保护能够在系统运行过程中发生故障和出现不正常现象时，迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。本设计以某地区110KV电网（环网）线路为例，通过对其等值电路的正（负）序和零序网络计算，详细说明了短路电流保护、距离保护和零序保护的具体整定计算方法；并简要介绍了110KV继电保护线路保护的配置方法。关键词：110KV电网、电流保护、距离保护、零序保护一、继电保护设计任务和要求1.1 、继电保护装置及其任务 为防止电力系统中发生事故一般采取如下对策：（1）改进设计制造，加强维护检修，提高运行水平和工作质量。采取各项积极措施消除或者减少发生故障的可能性。（2）一旦发生故障，迅速而有选择地切除故障元件，保证无故障部分正常运行。继电保护装置，就是指反应电力系统中电器元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。它的基本任务是：（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件（设备）从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。（2）对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护条件（如有无经常值班人员），而动作于发出信号（减负荷或跳闸），且能与自动重合闸相配合。1.2 、对继电保护的基本要求继电保护根据电力系统的要求，对于直接作用于断路器跳闸的保护装置，有以下几个基本要求：1、选择性电力系统发生故障时，继电保护的动作应具有选择性，它仅切除故障部分，不影响非故障部分的继续运行，保证最大范围的供电，尽量缩小停电范围。2、快速性电力系统由于其实时性的特点，当发生故障时要求继电保护装置尽快动作，切除故障，这样可以系统电压恢复快，减少对广大用户的影响电气设备的损坏程度降低防止故障进一步扩大有利于闪络处绝缘强度的恢复，提高了自动重合闸的成功率。一般主保护的动作时间在12s以内，后备保护根据其特点，动作时间相应增加。3、灵敏性继电保护装置反映故障的能力称为灵敏性，灵敏度高，说明继电保护装置反映故障的能力强，可以加速保护的起动。4、可靠性根据继电保护的任务和保护范围，如果某一保护装置应该动作而未动作则称为拒动；如果电力系统在正常运行状态或故障不在保护范围内，保护装置不应动作而动作了则称为误动。继电保护的拒动和误动将影响装置的可靠性，可靠性不高，将严重破坏电力系统的安全稳定运行。装置的原理、接线方式、构成条件等方面都直接决定了保护装置的可靠性，因此现在的保护装置在选用时尽量采用原理简单、运行经验丰富、装置可靠性高的保护。二、设计资料分析与参数计算2.1、基准值选择选取基准功率为 SB=100MVA，基准电压为 VB=115V，则基准电流：2.2、电网各元件等值电抗计算 本设计所选取的的发电机型号：G1G4是额定容量为12 MW的汽轮机，所采用的型号为QF2122；G5额定容量为25 MW的汽轮机，所采用型号为QF2252,具体参见表2.1。表2.1发电机型号及参数编号发电机型号额定容量功率因数额定电压G1G4QF2-12-212MW0.86.3kV1.080.1221G5QF2-25-225MW0.86.3kV1.080.1222L1：X1(1)=460.4=18.4，X1(0) *= 3X1(1) *=30.139=0.417L2：X2(1)=510.4=20.4 ，X2(0) *= 3X1(1) *=30.154=0.462L3：X3(1)=390.4=15.6，X3(0) *= 3X3(1) *=30.118=0.354L4：X4(1)=580.4=23.2 ，X4(0) *= 3X4(1) *=30.175=0.525T1 ,T2 , T7： T3T6：G1-G4: G1-G4:G5 : 经计算得以下电力系统设备参数表2.2。表2.2电力系统设备参数表正序阻抗（有名值，）正序阻抗（标幺值）负序阻抗（标幺值）零序阻抗（标幺值）L118.40.1390.1390.417L220.40.1540.1540.462L315.60.1180.1180.354L423.20.1750.1750.525T1T244.030.3330.3330.333T744.030.3330.3330.333T3T692.580.7000.7000.700G1G40.320.8140.8140.000G50.160.3910.3910.000三、短路电流计算将系统的正序、负序阻抗图画出如图3.1所示,已知，110kV侧的额定电流为。图3.1 正负序阻抗图3.1、流经保护2的短路计算（1）最大运行方式经以上最大运行方式原则的分析，当d3点短路时，开环点在L2上，流经保护2的短路电流最大。正负序阻抗等值图如图3.2所示：图3.2 d3点短路时最大运行方式正负序阻抗所以在最大运行方式下d3点短路时流经保护2的三相短路电流为：零序阻抗等值图如图3.7所示： 单相短路接地时流过保护2的零序电流为 两相短路接地时流过保护2的零序电流为图3.3 d1点短路时最大运行方式零序阻抗（2）最小运行方式经以上最小运行方式原则的分析可得，最小运行方式是系统闭环运行，其正负序阻抗图如图3.4所示。图3.4 d2点短路时最小运行方式正负序阻抗由图得：Xff(1)=X (G1/G2)+XT1+ XL1/（XL3(1)+ XL2(1)）=0.829Eeq =1.08Xff(2)= Xff(1)=0.829所以在最小运行方式下d4点短路时总的两相短路电流为：流经保护2的两相短路电流为：零序阻抗等值图如图3.5所示：图3.5 d1点短路时最小运行方式零序阻抗则单相短路接地时总的零序电流为 则流过保护2的零序电流为 两相短路接地时总的零序电流为则流过保护2的零序电流为3.3、流经保护3的短路计算（1）最大运行方式经以上最大运行方式原则的分析，当d3点短路时，开环点在L3上，流经保护3的短路电流最大。正负序阻抗等值图如图3.6所示：所以在最大运行方式下d3点短路时流经保护3的三相短路电流为：图3.6 d3点短路时最大运行方式正负序阻抗零序阻抗等值图如图3.7所示：单相短路接地时流过保护3的零序电流为 两相短路接地时流过保护3的零序电流为图3.7 d3点短路时最大运行方式零序阻抗（2）最小运行方式经以上最小运行方式原则的分析可得，最小运行方式是系统闭环运行，其正负序阻抗图如图3.8所示。图3.8 d3点短路时最小运行方式正负序阻抗则由图可得所以在最小运行方式下d3点短路时总的两相短路电流为：流经保护3的两相短路电流为：零序阻抗等值图如图3.9所示：图3.9 d3点短路时最小运行方式零序阻抗则单相短路接地时总的零序电流为 则流过保护3的零序电流为 两相短路接地时总的零序电流为则流过保护3的零序电流为 3.4、流经保护5的短路计算最大运行方式下的正负序阻抗图如下图：图3.10 保护5末端短路最大运行方式下短路电路由图可得：=(0.814/0.814)+0.33/(0.814/0.814+0.33)+0.118/0.391+0.33+0.175+0.154=0.469，110kv侧：所以在最大运行方式下d5点短路时流经保护5的三相短路电流为：最小运行方式下的正负序阻抗图如下图：图3.11 保护5末端短路最小运行方式由图可得：=(0.814/0.814)+0.33+(0.118+0.154)/0.139=0.832,所以在最小运行方式下d5点短路时流经保护5的两相短路电流为：1. 保护5的段保护的整定计算保护按躲开下一条路口处的短路时的启动电流：保护5的段保护的整定计算按躲开下级相邻元件电流速断保护的的最大动作范围来整定：按线路L1整定按变压器整定：取最大的整定值灵敏度校验由于电流段不符合要求，所以电流保护不满足本设计的需要，下面我们将以距离保护进行整定。计算流经保护各短路点最大运行方式下的开环点，如表3.1所示。表3.1流经保护各短路点最大运行方式下的开环点d1d2d3d4d5d6d7d8开环点L2L2L3L3L1L1当中性点直接接地系统中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流，我们利用零序电压、电流来构成接地短路的保护，具有显著地优点，被广泛应用在110kV及以上电压等级的电网中。电网接地的零序电流保护也可按三段式电流保护的模式构成，可分为无时限零序电流速断保护、带时限零序电流速断保护和零序过电流保护三段。具体应用中考虑到零序网络的特点而有所变化。根据上面的分析，把各保护的最大运行方式和最小运行方式下的单相接地及两相接地短路下的零序电流计算出来，以便进行零序电流保护的整定。流经保护各短路点的短路计算结果如表3.2所示，零序电流如表3.3所示：表3.2 流经保护各短路点的短路计算结果短路点最大运行方式最小运行方式(kA)(kA)d10.4881.080.4880.5191.110.8241.080.8240.5820.41d20.1521.080.1520.5623.720.9791.080.9791.7170.35d31.1921.081.1921.7340.450.9991.080.9991.1070.13d40.6631.080.6631.0440.820.8371.080.8370.5820.63d50.4691.080.4690.7851.210.8321.080.8321.3170.59d61.0171.081.0171.2090.530.9831.080.9831.1070.34d70.6291.080.6290.9380.861.2081.081.2081.7340.39d80.6261.080.6260.8550.730.9951.080.9951.6100.49表3.3 流经保护各短路点的零序电流短路点最大运行方式（kA）最小运行方式（kA）单相接地两相接地单相接地两相接地d10.3630.3550.1740.195d20.3930.3540.1470.123d30.130.170.050.05d40.2290.3590.1430.198d50.3380.2740.1640.15d60.1670.1580.1260.122d70.3090.2370.1860.152d80.3240.2560.250.34四、电流保护整定计算4.1、保护1的电流保护整定（1）电流速断保护（电流段）的整定计算动作电流：按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定。 （可靠系数）动作时间保护范围的校验即在保护安装处15%处最小运行方式下两相短路即保护1的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。（2）限时电流速断保护（电流段）的整定计算动作电流：按照躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定。与保护5配合=0.96KA与保护7配合=0.94KA与变压器配合=0.71KA KA(为下一级保护安装处0.85处短路电流最大电流)动作时间+灵敏度的校验不满足要求。由以上整定计算结果可知，电流保护不能作为本设计的主保护，我们改用距离保护作为主保护，下面将以距离保护进行整定。五、电网线路继电保护整定计算5.1、距离保护的整定计算如图5.1所示，因为本设计的110kV电网线路主保护采用距离保护，现对其进行整定计算。图5.1 110kV电网线路保护5.1.1、保护6的距离保护整定计算（1）段的整定计算动作阻抗按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。动作延时距离保护段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即。（2）段的整定计算动作阻抗：a.与相邻线路L1的保护2的段配合式中，取，为保护2的段末端发生短路时对保护6而言的最小分支系数，如图5.2所示。当保护2的段末端发生短路时，分支系数为：图5.2 保护2的段末端短路时的等值电路灵敏性校验：按本线路末端短路求灵敏系数为，满足要求。动作延时，与相邻保护2的段配合，则（3）段的整定计算动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定取，于是灵敏性校验：a.本线路末端短路时的灵敏系数为：，满足要求。b.相邻线路L1末端短路时（如图5.3）：最大分支系数：当G1G4单独作用时，流过保护6的电流为:当G5单独作用时，流过保护6的电流为:图5.3线路L1末端短路时的等值电路于是，满足要求。动作延时：保护6的动作时间为：5.1.2、保护2的距离保护整定计算（1）段的整定计算动作阻抗按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。动作延时距离保护段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即。(2）段的整定计算动作阻抗：a.与相邻线路L2的保护4的段配合当保护4的段末端发生短路时，分支系数为：b.按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定（如图5.4所示）：图5.4变压器低压侧短路时的等值电路当变压器低压侧发生短路时，分支系数为：于是取以上三个计算值中较小者为段整定值，即取灵敏性校验：按本线路末端短路求灵敏系数为，满足要求。动作延时，与相邻保护4的段配合，则（3）段的整定计算动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定取，于是灵敏性校验：a.本线路末端短路时的灵敏系数为：，满足要求。b.相邻线路L2末端短路时：最大分支系数为：，满足要求。c.相邻变压器低压侧短路时：最大分支系数为：于是，不满足要求。变压器增加近后备保护，整定计算略。动作延时：变压器保护的动作时间为：保护4的动作时间为：取其中较长者，有保护2的动作时间为：5.1.3、保护3的距离保护整定计算（1）段的整定计算动作阻抗按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。动作延时距离保护段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即。（2）段的整定计算动作阻抗：按下列三个条件选择：a. 与相邻线路L3的保护1的段配合式中取0.8，为保护1的段末端发生短路时对保护1而言的最小分支系数，如图5.5所示。图5.5 保护3与保护1配合灵敏性校验：按本线路末端短路求灵敏系数为，满足要求。动作延时，与相邻保护1的段配合，则（3）段的整定计算动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定取，于是灵敏性校验：a.本线路末端短路时的灵敏系数为：，满足要求。b. 相邻线路L3末端短路时（如图5.6）：图5.6 保护3与保护1最大分支系数最大分支系数：于，满足要求。动作延时：5.1.3、保护5的距离保护整定计算距离段整定：动作阻抗：动作时间：距离段整定：单独考虑线路L1时动作阻抗： 独考虑变压器时图5.7 保护5与相邻变压器配合=2.0动作阻抗：即取：距离段整定：灵敏度校验：（1）本线路末端短路时的灵敏系数:满足(2) 相邻元件短路时的灵敏系数:满足（3）与变压器低压侧相配合:图5.8 保护5与变压器配合最大分支系数=2.69=满足动作时间：各个保护的距离保护整值如表5.1所示：表5.1距离保护整定值阶段段保护点第段第段第段整定值（）时限（s）整定值（）时限（s）整定值（）时限（s）保护1点13.26028.260.5107.893.0保护2点15.64028.602.5107.894.5保护3点15.64025.330.5107.893.5保护4点17.34026.930.5215.784.0保护5点17.34028.830.5215.784.0保护6点13.26042.30.5107.893.5保护7点19.72047.090.5364.101.0保护8点19.72052.41.0205.504.5六、继电保护零序电流保护的整定计算和校验当中性点直接接地系统中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流，我们利用零序电压、电流来构成接地短路的保护，具有显著地优点，被广泛应用在110kV及以上电压等级的电网中。电网接地的零序电流保护也可按三段式电流保护的模式构成，可分为无时限零序电流速断保护、带时限零序电流速断保护和零序过电流保护三段。具体应用中考虑到零序网络的特点而有所变化。6.1、整定结果 按照零序电流保护整定计算的原则，可算出各点保护的零序电流整定值如下表6.1所示：表6.1 各点的零序整定值短路点零序I段零序II段起动电流（kA）动作时限(s)起动电流（kA）动作时限(s)d11.3000.100.5d21.4100.120.5d30.6100.050.5d41.2900.100.5d51.2100.140.5d60.6000.520.5d71.1102.940.5d81.1600.360.5七、输电线路的自动重合闸装置7.1、自动重合闸概述（1）必要性和可能性在电力系统中，输电线路，特别是架空线路是最容易发生短路故障的元件。因此，设法提高输电线路供电的可靠性是非常重要的。而自动重合闸装置正是提高线路供电可靠性的有力工具。电力系统运行经验证明，架空线路的故障大多数是瞬时性故障，因此在线路断开以后，再进行一次重合闸，就有可能大大提高供电的可靠性。为了自动、迅速地将断开的线路断路器重新合闸，在电力系统中广泛采用自动重合闸装置。（2）基本要求正常运行时，当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后，自动重合闸装置均应动作，使断路器重新合上。自动重合闸动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次动作。由运行人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时，自动重合闸不应启动，不能将断路器重新合上。当手动投入断路器或自动投入断路器时，若线路上有故障，随即被继电保护将其断开时，自动重合闸不应启动，不发出重合闸脉冲。继电保护动作切除故障后，在满足故障点绝缘恢复及断路器消弧室和传动机构准备好再次动作所必须时间的条件下，自动重合闸装置应尽快发出重合闸脉冲，以缩短停电时间，减少因停电而造成的损失。在断路器跳开之后，自动重合闸一般延时0.51s后发出重合闸脉冲。自动重合闸装置动作次数应符合预先规定。如一次式重合闸就应该只动作一次，当重合于永久性故障而再次跳闸以后，就不应该再动作；对二次式重合闸就应该能够动作两次，当第二次重合于永久性故障而跳闸以后，它不应该再动作。重合闸装置损坏时，不应将断路器多次重合于永久性故障线路上，以避免系统多次遭受故障电流的冲击，使断路器损坏，扩大事故。自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便更好地和继电保护相配合，加速故障的切除。如用控制开关手动合闸并合于永久性故障上时，也宜于采用加速继电保护动作的措施，以加速故障的切除。在双侧电源的线路上实现重合闸时，重合闸应满足同期合闸条件。当断路器处于不正常状态（例如操动机构中使用的气压、液压降低等）而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。7.2、单侧电源线路的三相一次自动重合闸装置单侧电源线路广泛应用三相一次自动重合闸方式。所谓三相一次自动重合闸方式，就是不论在输电线路上单相、两相或三相短路故障时，继电保护均将线路的三相断路器一起断开，然后AAR装置起动，经预定延时将三相断路器重新一起合闸。若故障为瞬时的，则重合成功；若故障为永久性的，则继电保护再次将三相断路器一起断开，且不再重合。7.3、双侧电源线路的自动重合闸在这种线路上采用自动重合闸装置时，除了应满足前述基本要求外，还必须考虑以下两点：（1）当线路发生故障时，线路两侧的保护可能以不同的时限断开两侧短路器。（2）在某些情况下，当线路发生故障，两侧断路器断开之后，线路两侧电源之间有可能失去同步。因此后合闸一侧的断路器在进行重合闸时，必须确保两电源间的同步条件，或者校验是否允许非同步重合闸。由此可见，双侧电源线路上的三相自动重合闸，应根据电网的接线方式和运行情况，采用不同的重合闸方式。国内采用的有：非同步自动重合闸；快速自动重合闸；检定线路无电压和检定同步的自动化重合闸；解列重合闸及自同步重合闸等。7.4、自动重合闸与继电保护的配合自动重合闸与继电保护的适当配合，能有效地加速故障的切除，提高供电的可靠性。自动重合闸的应用在某些情况下还可以简化继电保护。自动重合闸与继电保护的配合方式，有重合闸前加速保护和重合闸后加速保护两种。重合闸前加速是，当线路上发生故障时，靠近电源侧的保护先无选择性的瞬时动作于跳闸，而后再借助自动重合闸来纠正这种非选择性动作。重合闸后加速保护是当线路故障时，先按正常的继电保护动作时限有选择性地动作于断路器跳闸，然后AAR装置动作将断路器重合，同时将过电流保护的时限解除。这样，当断路器重合于永久性故障时，电流保护将无时限地作用于断路器跳闸。实现后加速的方法是，在被保护的各条线路上都装设有选择性的保护和自动重合闸装置。八、综合评价8.1、对电流保护的综合评价三段式电流保护的主要优点是简单、可靠、经济，并且一般情况下都能较快的切除故障。但是一般用于35KV及以下的电压等级的电网中，对于容量大、电压高或者结构复杂的网络，它难于满足电网对保护的要求。缺点是它的灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路类型的影响，此外，它只在单侧电源电网中才有选择性。8.2、对零序电流保护的评价零序电流保护比相间短路的电流保护有较高的灵敏度。对于零序一段，由于线路的零序阻抗大于正序阻抗，使的线路始末两端电流变化较大，因此使零序一段保护范围增大，即提高了灵敏度；对于零序三段，由于起动值是按不平衡电流来整定的，所以比相间短路的电流保护的起动值小，即灵敏度高；零序过电流保护的动作时限较相间保护短；零序电流保护不反映系统振荡和过负荷；零序功率元件无死区，副方电压断线时，不会误动作；接线简单可靠。其缺点是不能反应相间短路。8.3、对距离保护的综合评价主要优点：能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求，阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。其中段距离保护基本不受运行方式的影响，而、段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。主要缺点：不能实现全线瞬动。对双侧电源线路，将有全线的3040的第段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。九、结束语本次设计过程主要是针对110KV电网接线，重点介绍了距离保护整定计算和零序电流保护整定计算，从不同的短路情况进行分析和计算，首先选择过电流保护，对电网进行短路电流计算，包括电流的正序、负序、零序电流的短路计算，整定电流保护的整定值。在过电流保护不满足的情况下，相间故障选择距离保护，接地故障选择零序电流保护，同时对距离保护、零序电流保护进行整定计算，并用AUTOCAD绘制出保护配置原理图。对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择。内容结构层次清晰，并对该设计进行了理论分析，在理论上证实了继电保护设计的实际可行性。但是，在本次设计中，存在很多计算的不够正确，这主要是自己对理论知识的掌握不够熟练所导致。最后，感谢老师在本次设计中对我们的指导,感谢同组同学的帮助。参考文献 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