继电保护专业课程设计.doc

1. 前言
《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化专业一门重要课程,重要涉及课堂讲学、课程设计等几种重要某些。在完毕了理论学习基本上，为了进一步加深对理论知识理解，本专业特安排了本次课程设计。电能是当代社会中最重要、也是最以便能源。而发电厂正是把其她形式能量转换成电能，电能通过变压器和不同电压级别输电线路输送并被分派给顾客，再通过各种用电设备转换成适合顾客需要其她形式能量。在输送电能过程中,电力系统但愿线路有比较好可靠性,因而在电力系统受到外界干扰时,保护线路各种继电装置应当有比较可靠、及时保护动作,从而切断故障点极大限度减少电力系统供电范畴。电力系统继电保护就是为达到这个目而设立。本次110kv电网继电保护设计任务重要涉及了五大某些，运营方式分析，电路保护配备和整定，零序电流保护配备和整定，距离保护配备和整定，原理接线图及展开图。通过本次线路保护设计可以巩固咱们本学期所学《电力系统继电保护》这一课程理论知识，能提高咱们提出问题、思考问题、解决问题能力。

2. 运营方式分析
电力系统运营方式变化，直接影响保护性能，因而，在对继电保护进行整定计算之前，一方面应当分析运营方式。需要着重阐明是，继电保护最大运营方式是指电网在某种连接状况下通过保护电流值最大，继电保护最小运营方式是指网在某种连接状况下通过保护电流值最小。

图1 110kV电网系统接线图
系统接线图如图1所示，发电机以发电机—变压器组方式接入系统，最大开机方
式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6也许2台
也也许1台运营。参数如下：
电动势：Ej = 115/kv；
发电机：X1.G1 = X2.G1 = X1.G2 = X2.G2 = 5 + (15 - 5)/14=5.71，
X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 8 + (9 - 8)/14=8.07；
变压器：X1.T1 ~ X1.T4 = 5 + (10 - 5)/14=5.36，
X0.T1 ~ X0.T4 = 15 + (30 - 15)/14=16.07.，
X1.T5 = X1.T6 = 15 + (20 - 15)/14=15.36，
X0.T5 = X0.T6 = 20 + (40 - 20)/14=21.43；
线 路：LA-B = 60km，LB-C = 40km，线路阻抗z1 = z2 = 0.4W/km，z0 = 1.2W/km，
X1.A-B=60km× 0.4W/km=24W，X1.B-C=40km×0.4W/km=16W；
X0.A-B=60km×1.2W/km=72W，X0.B-C=40km×1.2W/km=48W；
IA-B.L.max = IC-B.L.max = 300A；
Kss = 1.2，Kre = 1.2；
电流保护：KIrel = 1.2，KIIrel = 1.15，
距离保护：KIrel = 0.85，KIIrel = 0.75
负荷功率因数角为30°，线路阻抗角均为75°，变压器均装有迅速差动保护。
2.1 保护1运营方式分析
保护1最小运营方式就是指流过保护1电流最小即是在G1和G2只有一种工作，变压器T5、T6两个中有一种工作时运营方式，则=（+）=5.71+5.36 =11.07；最大运营方式就是指流过保护1电流最大即两个发电机共同运营，而变压器T5、T6两个都同步运营运营方式，则=（+）=（5.71+5.36）=5.54。
2.2 保护2运营方式分析
对于保护2，它最小运营方式就是指流过保护2电流最小即是在G3和G4只有一种工作时运营，则=（+）=8.07+5.36=13.43；最大运营方式就是指流过保护2电流最大即两个发电机共同运营，则=（+）=（8.07+5.36）=6.72。
2.3 保护3运营方式分析
保护3最小运营方式就是指流过保护3电流最小即是在G1和G2只有一种工作时运营运营方式，则=（+）=5.71+5.36=11.07；最大运营方式就是指流过保护3电流最大即两个发电机共同运营，则=（+）=（5.71+5.36）=5.54。
2.4 保护4运营方式分析
保护4最小运营方式就是指流过保护4电流最小即是在G3和G4只有一种工作，变压器T5、T6两个中有一种工作时运营方式，则=（+）=8.07+5.36=13.43；最大运营方式就是指流过保护4电流最大即两个发电机共同运营，而变压器T5、T6两个都同步运营运营方式，则=（+）=（8.07+5.36）=6.72。
3. 电流保护配备和整定
三段式电流保护分为电流速断保护、限时电流速断保护和过电流速断保护。三段式电流保护在配合过程中，如果电流速断保护能保护线路全长，则不再需要配备限时电流速断保护。对于每一段保护，她整定值得满足敏捷系数和其她规定。因而，配备完后来得检查这个配备与否符合规定。
3.1 电流速断保护配备和整定
对于反映与短路电流负值增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。为了保证选取性，电流速断普通只能保护线路一某些。电路速断保护规定一旦短路电流超过整定值，就及时将离短路点近来断路器跳开，例如，在本设计中，当线路A-B上发生短路时，则保护1、2都要瞬时动作，使1、2处断路器跳开。
由系统图可知，假设保护1、2、3和4都需要配备电流数段保护。则：
对于保护1：动作电流：==，
动作时间tI1=0s，
敏捷性校验：=×，100%=35.08%>15%，满足规定。
对于保护2：动作电流：==，动作时间：tI2=0s，
敏捷性校验：==1.83=6.57（km）
100%=45%>15% 满足规定
对于保护3：动作电流：IIset.3=，动作时间tI3=0s，

敏捷性校验：IIset.3=×，不满足规定。
对于保护4：动作电流IIset.4=，动作时间tI4=0s，
敏捷性校验：IIset.4=×，100%=15.63%>15%，满足规定。
由以上计算成果可知，保护1、2和4需要安装电流速断保护装置，保护3不需要。
3.2 限时电流速断保护配备和整定
限时电流速断保护即电流II段保护范畴是与下一级I段保护相配合。即从本级I段保护范畴开始端始终延伸到下一级I段2/3处，既涉及了本级I段保护范畴又包括了下一级I段大某些范畴。
由限时电流速断计算成果可知，假设保护4处需安装限时电流速断保护，其她保护处不需要安装限时电流速断保护。则：
IIISET.4=KIIrel×IIset.2=1.15×1.83=2.105KA，tII2=0.5S，
KIIsen.4==0.949<1.3，不满足敏捷系数。故保护4也不装设限时电流速断保护。由此，保护2处不需要装设电流速断保护装置。
3.3 过电流保护配备和整定
假设保护1、2、3和4处都装设过电流保护。则：tIII1=0.5s，tIII2=0s，tIII3=0s，tIII4=0.5s；保护2和3处都配备一种时间为0s定期限过电流保护装置，保护1和4处各装置一种延时为0.5s定期限过电流保护装置。下面分别对个保护进行电流整定。
对于保护1：动作电流：IIIIset.1=;
近后备：KIIIsen.1=，满足规定。
远后备：KIIIsen.1=，满足规定。
同理，保护2、3和4处整定电流IIIIset.2=IIIIset.3=IIIIset.4=0.36KA。
且敏捷系数都满足规定。
4. 零序电流保护配备和整定
电力系统正常运营时是三相对称，其零序、负序电流值理论上是零。多数短路故障是不对称，其零、负序电流电压会很大，运用故障不对称性可以找到正常与故障区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差别更为明显。因此零序电流保护被广泛应用在110KV及以上电压级别电网中。
所有元件全运营时三序电压等值网络图如下图所示：

（a）：正序网络 图（b）：负序网络

（c）负序网络
4.1 零序I段配备和整定
零序电流I段按照躲开下级线路出口处单相或两相接地末端短路时也许浮现最大零序电流3I0.max和躲开断路器三相触头不同期合闸时浮现最大零序电流3I0.unb以及非全相运营状态下发生系统震荡时所浮现最大零序电流来整定。
经分析，B母线单相接地短路时，故障端口正序阻抗
=
=12.84;
，
==8.09；
因此故障端口零序电流为：=1.650KA；
因此B相单相接地短路时流过保护1、4零序电流分别为：
I0.1=1.82=0.199KA；
I0.4=1.82=0.282KA;
同理得出：B母线两相接地短路时流过保护1、4零序电流分别为：
I0.1= 0.147KA； I0.4= 0.209KA；
因此I0.max.1=0.199KA，I0.4.max=0.282KA；故零序I段整定为：
IIset.1=3I0.max.1KIrel=1.230.199=0.717KA；
IIset.4=IIset.43I0.4.max=1.230.282=1.014KA，
同理可得：IIset.2=1.173KA；IIset.3=1.452KA；
4.2 零序II段配备和整定
先求保护1分支系数：
==1+=1+ ，对，当只有一台发电机变压器组运营时最大，有
=+=16.07+72=88.07（）；当两台发电机变压器组运营时最小，有
=+=16.07/2+72=80.04（）;
对，当、只有一台运营时最大，=24（）；当、两台全运营时最小，=12（）。因而，保护1最大分支系数=1+=1+=8.5
最小分支系数=1+=1+=4.4.975。
同理可得：=7.45；=3.775.
保护1零序II段定值为：
校验敏捷度：母线B接地故障流过保护1最小零序电流：
敏捷系数： >1.3.
保护4零序II段定值为：
校验敏捷度：母线B接地故障流过保护4最小零序电流：
敏捷系数：>1.3;
4.3 零序III段配备和整定
假设保护1、2、3和4处都装设零序III段电流保护。则：tIII1=0.5s，tIII2=0s，tIII3=0s，tIII4=0.5s；保护2和3处都配备一种时间为0s定期限过电流保护装置，保护1和4处各装置一种延时为0.5s定期限过电流保护装置。下面分别对个保护进行电流整定。
1、保护1零序III段整定计算：
B母线三相短路电流：=
由于是110kv线路，可不考虑非全相运营状况，按躲开末端最大不平衡电流整定。
则=10.50.11.77=0.0885（kA）
=1.250.0885=0.111（kA）
作为近后备保护 满足规定
作为远后备保护 满足规定
2、保护2零序III段整定计算：
A母线三相短路电流：=
由于是110kv线路，可不考虑非全相运营状况，按躲开末端最大不平衡电流整定。
则=10.50.11.118=0.0559（kA）
=1.250.062=0.0699（kA）
作为近后备保护 满足规定
同理：对保护3和4进行整定，且敏捷系数均满足规定。
综上可知：在零序电流保护配备和保护中，保护1和保护4均有I段、II段和III段，而保护2和保护3只配备III段保护，整个系统安全稳定运营。
5. 距离保护配备和整定
距离保护是运用短路发生时电压、电流同步变化特性，测量电压与电流比值，该比值反映故障点到保护安装处距离，如果短路点距离不大于整定值，则保护装置动作。
在保护1、2、3和4处配备三段式距离保护：选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式：它们I、II、段选取具备方向距离保护，III选取具备偏移特性距离保护。
5.1 距离I段配备和整定
线路AB得正序阻抗ZAB=z1LA-B=0.460=24;
线路BC得正序阻抗ZBC=z1LB-C=0.440=16；
保护1、2距离I段ZIset.1,2=KIrelZAB=0.8524=20.4；
保护3、4距离I段ZIset.3,4=KIrelZBC=0.8516=13.6；
5.2 距离II段配备和整定
1）整定阻抗：按下面两个条件选取。
对保护1：
1） 当与相邻下级线路距离保护I段配合时，有，
2） 当与相邻变压器迅速保护相配合时，有，
对保护4：、
1） 当与相邻下级线路距离保护I段配合时，有，
2） 当与相邻变压器迅速保护相配合时，有，
（a）当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，有
;
(b)当与相邻变压器迅速保护相配合时，有
;
;
因此，取；
2)敏捷度校验：,满足敏捷度规定。
3）动作时限：与相邻保护3I段配合，有，它能同步满足与相邻线路保护以及相邻变压器保护配合规定。
保护4距离II段整定：
1）整定阻抗：按下面两个条件选取。
（a）当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，有
;
(b)当与相邻变压器迅速保护相配合时，有；
因此取。
2)敏捷度校验：；
3）动作时限：与相邻保护2I段配合，有，它能同步满足与相邻线路保护以及相邻变压器保护配合规定。
5.3 距离III段配备和整定
保护1距离III段整定：
1）整定阻抗：按躲过正常运营时最小负荷阻抗整定，有
，
取，，和，，于是

2）敏捷度校验：
（a）本线路末端短路时敏捷系数为
；
3）动作时限：与相邻设备保护配合，有，它能同步满足与相邻线路保护和相邻线路保护和相邻变压器保护配合规定。
保护4距离III段整定：
1）整定阻抗：按躲过正常运营时最小负荷阻抗整定，有
， ；
取，，和，,于是
。
2）敏捷度校验：
本线路末端短路时敏捷系数为
；
因此敏捷度校验满足规定。
3）动作时限：与相邻设备保护配合有，它能同步满足与相邻线路保护和相邻变压器保护配合规定。

6. 原理接线图及展开图
6.1 保护1原理接线图及展开图
保护1为电流速断I和过电流保护III配合保护：其原理接线图如下图所示：

原理接线图

交流电流回路 直流回路

6.2 保护2原理接线图及展开图
保护2处需要装置功率方向继电器，且2处安装过电流保护即可。因而采用接线三相式过电流保护接线方式。其原理图如下所示。

6.3 保护3原理接线图及展开图

交流电流回路 直流回路

6.4 保护4原理接线图及展开图

原理接线图

交流电流回路 直流回路

7.结 论
本次设计是针对与110KV电网在不同运营方式以及短路故障类型状况下进行分析计算和整定。通过详细短路电流计算发现电流三段式保护不能满足规定，故依照本次设计实际规定，以及继电保护“四性”总规定故采用了反映相间短路距离保护和反映接地故障零序电流三段式保护。由于本次设计涉及到不同运营方式下不同类型短路电流计算，这对本次设计增长了难度。在整定期对每一种保护分别进行零序电流保护整定和距离保护阻抗整定，并且对其进行敏捷度较验。通过这次设计，在获得知识之余，还加强了个人独立提出问题、思考问题、解决问题能力，从中得到了不少收获和心得。在思想方面上更加成熟，个人能力有进一步发展，本次课程设计使本人对自己所学专业知识有了新了、更深层次结识。在这次设计中，我深深体会到理论知识重要性，只有牢固掌握所学知识，才干更好应用到实践中去。这次设计提高了咱们思考问题、解决问题能力，它使咱们思维更加缜密，这将对咱们此后学习、工作大有裨益。

8.参照文献
[1] 张保会，尹项根. 电力系统继电保护－2版. 北京：中华人民共和国电力出版社，. 12
[2] 刘介才.《工厂供用电手册》.机械工业出版社，.3
[3] 方大千《实用继电保护技术》.人民邮电出版社，.10
[4] 郭仲扎《低压电工实用技术》.机械工艺出版社，.6