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专业课程设计.doc

110KV单电源环形网络相间(接地)短路电流保护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设计110KV单电源环形网络接地短路电流保护设计一、 已知条件二、 b=20 c=30 d=40 e=401 网络中各线路均采用带方向或不带方向电流电压保护，所有变压器均采用纵差动作为主保护，变压器采用接线。2 发电厂最大发电容量为，最小发电容量为。3 网络正常运营方式为发电厂容量最大且闭环运营。4 容许最大故障切除时间为0.9S.5 110千伏断路器均采用型断路器，它跳闸时间为0.05S，段保护动作时间0.4 S。6 线路AB、BC、AD和CD最大负荷电流请自行计算，负荷自启动系数为1.5。7 各变电所引出线上后备保护动作时间如图所示，。8 线路正序电抗均为。9 主保护敏捷系数规定：线路长度200公里以上不不大于1.3，线路长度50200公里不不大于1.4，50公里如下不不大于1.5。10 后备保护敏捷系数规定：近后备保护不不大于1.3；远后备保护不不大于1.2。三、 设计任务1 拟定保护1、3、5、7保护方式（三段式）、各段保护整定值及敏捷度。2 绘制保护1接线图（涉及原理图和展开图）。3 撰写阐明书，涉及短路计算过程（公式及计算举例）、成果和保护方式选取及整定计算成果（阐明计算办法）。四、 设计要点1 短路电流及残压计算，考虑如下几点1.1 运营方式考虑1.2 最大负荷电流计算1.3 短路类型考虑1.4 曲线绘制2 保护方式选取和整定计算1.1 保护拟定应从线路末端开始设计。1.2 优先选取最简朴保护（三段式电流保护），以提高保护可靠性。当不能同步满足选取性、敏捷性和速动性时，可采用较为复杂方式，例如采用电流电压连锁保护或方向保护等。1.3 将最后整定成果和敏捷度校验成果列成表格。摘要电力系统飞速发展对继电保护不断提出新规定，电子技术、计算机技术与通信技术飞速发展又为继电保护技术发展不断地注入了新活力。因而，继电保护技术得天独厚，在40余年时间里完毕了发展4个历史阶段：继电保护萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器集成电路保护和计算机继电保护。继电保护技术将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发展。继电保护原理是运用被保护线路或设备故障先后某些突变物理量为信号量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应跳闸脉冲或信号。对电力系统继电保护基本性能规定是有选取性，速动性，敏捷性，可靠性。这次课程设计以最常用110KV电网线路保护设计为例进行分析设计，规定对整个电力系统及其自动化专业方面课程有综合理解。特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂电气某些有一定研究。重点进行了电路化简，短路电流求法，继电保护中电流保护、距离保护详细计算。核心字：继电保护，电流保护，距离保护引言11运营方式选取3 1.1 运营方式选取原则3 1.1.1 发电机、变压器运营方式选取原则31.1.2 变压器中性点接地选取原则31.1.3 线路运营方式选取原则31.1.4 流过保护最大、电小短路电流计算方式选取31.1.5 选用流过保护最大负荷电流原则42 保护装置选定原则43 电网各个元件参数计算及负荷电流计算53.1 计算网络参数63.2 元件等值电抗计算73.2.1输电线路等值电抗计算73.2.2变压器等值电抗计算73.2.3 发电机等值电抗计算83.2.4 最大负荷电流计算84 最大运营方式与最小运营方式选定原则95 短路电流计算和残存电压 Ures计算96 线路保护方式拟定126.1 线路保护配备普通原则126.2保护方式拟定及动作值整定126.2.1 AB线路1QF整定126.2.2 BC线路3QF整定146.2.3 BD线路5QF整定166.2.4 DA线路7QF整定18设计心得21参照文献221运营方式选取1.1 运营方式选取原则1.1.1 发电机、变压器运营方式选取原则(1)一种发电厂有两台机组时，普通应考虑全停方式，一台检修，另一台故障；当有三台以上机组时，则选取其中两台容量较大机组同步停用方式。对水电厂，还应依照水库运营方式选取。(2)一种发电厂、变电站母线上无论接几台变压器，普通应考虑其中容量最大一台停用。1.1.2 变压器中性点接地选取原则(1)发电厂、变电所低压侧有电源变压器，中性点均要接地。(2)自耦型和有绝缘规定其他变压器，其中性点必要接地。(3)T接于线路上变压器，以不接地运营为宜。(4)为防止操作过电压，在操作时应暂时将变压器中性点接地，操作完毕后再断开，这种状况不按接地运营考虑。1.1.3 线路运营方式选取原则(1)一种发电厂、变电站线线上接有多条线路，普通考虑选取一条线路检修，另一条线路又故障方式。(2) 双回路普通不考虑同步停用。1.1.4 流过保护最大、电小短路电流计算方式选取(1)相间保护对单侧电源辐射形网络，流过保护最大短路电流出当前最大运营方式；而最小短路电流，则出当前最小运营方式。对于双电源网络，普通（当取Z1=Z2时）与对侧电源运营方式无关，可按单侧电源办法选取。对于环状网络中线路，流过保护电大短路电流应选用开环运营方式，开环点应选在所整定保护线路相邻下一线线路上。而对于电小短路电流，则应选闭环运营方式，同步再合理停用该保护背后机组、变压器及线路。1.1.5 选用流过保护最大负荷电流原则 选用流过保护最大负荷电流原则如下：(1)备用电源自动投入引起增长负荷。(2)并联运营线路减少，负荷转移。(3)环状网络开环运营，负荷转移。(4)对于双侧电源线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增长负荷。 计算整定过程几种注意点： 1 单电源环形网络相间短路保护可采用带方向或不带 方向 电流电压保护，因而在决定保护方式前，必要详细地计算短路点短路时，渡过关于保护短路电流和保护安装处残存电压，然后依照计算成果和题目规定条件下，尽可能采用简朴保护方式。 2系统运营方式考虑除了发电厂发电容量最大和最 小运 行方式外，还必要考虑在设备检修或故障切除状况下，发生短路时渡过保护装置短路电流最大和最小系统运营方式，以便计算保护整定值敏捷度。 3在求不同保护整定值和敏捷度时，应当注意短路点选取。 4后备保护动作电流必要配合，要保证较接近电源 上一 元件保护动作电流不不大于下一元件保护动作电流，且有一定裕度，以保证选取性。2 保护装置选定原则 一种继电保护装置好坏，重要是从它选取性、敏捷性、速动性及可靠性等方面衡量。 1、选取性 电流速断保护只能保护线路一某些，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后备保护，因而必要采用定期限过电流保护作为本线路和相邻下一线路后备保护。事实上，电流速断保护 I 段经常不能通过敏捷度校验，重要是由于系统运营方式变化比较大，在最小运营方式下，保护 I 段往往没有保护范畴，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主保护，能满足网络主保护速动性规定。而第三段保护则由于越接近电源，动作时间越长，有时动作时间长达好几秒，因而普通状况下只能作为线路后备保护。 3、敏捷度 电流保护敏捷度因系统运营方式变化而变化。普通状况下能满足敏捷度规定。但在系统运营方式变化很大，线路很短和线路长而负荷重等状况下，其灵敏度也许不容易满足规定，甚至浮现保护范畴为零状况。三段式电流保护主要长处是简朴、可靠，并且普通状况下都能较快切除故障。缺陷是它敏捷度受保护方式和短路类型影响，此外在单侧电源网络中才有选取性。 4、可靠性 电流保护电路构成，整定计算及调试维修都较为简朴，因而，它是最可靠一种保护。 计算整定过程几种注意点： 1 单电源环形网络相间短路保护可采用带方向或不带 方向 电流电压保护，因而在决定保护方式前，必要详细地计算短路点短路时，渡过关于保护短路电流和保护安装处残存电压，然后依照计算成果和题目规定条件下，尽可能采用简朴保护方式。 2系统运营方式考虑除了发电厂发电容量最大和最 小运 行方式外，还必要考虑在设备检修或故障切除状况下，发生短路时渡过保护装置短路电流最大和最小系统运营方式，以便计算保护整定值敏捷度。 3在求不同保护整定值和敏捷度时，应当注意短路点选取。 4后备保护动作电流必要配合，要保证较接近电源 上一 元件保护动作电流不不大于下一元件保护动作电流，且有一定裕度，以保证选取性。 3 电网各个元件参数计算及负荷电流计算3.1 计算网络参数计算短路电流时，各电气量如电流、电压、功率和电抗等数值，可用有名值表达，也可用标么值表达。为了计算以便，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，用新选单位进行某物理量衡量，衡量值称标么值。 有名值计算法：每个电气参数单位是有名，而不是相对值。在比较简朴网络中计算短路电流也经常采用此办法，在使用此办法计算短路电流时 ，应 特别注意是:必须将各电压级别电气参数都归算到同一电压级别上来。 （1）电机参数计算 发电机电抗有名值： 发电机电抗电抗标幺值： 式中_发电机次暂态电抗； （2）变压器参数计算 双绕组变压器电抗有名值： 双绕组变压器电抗标幺值： 式中_变压器短路电压比例； _ 发电机额定电压； _ 基准电压230KV； _ 基准容量100MVA； _ 发电机额定容量，单位MVA；3.2 元件等值电抗计算基准功率：SB=100MVA，基准电压：VB=115V。基准电流：IB=SB/1.732 VB=100103/1.732115=0.502KA；基准电抗：ZB=VB/1.732 IB=115103/1.732502=132.25；电压标幺值：E=E(2)=1.053.2.1输电线路等值电抗计算(1) 线路AB等值电抗计算: XAB=X1LAB=0.442=8.8XAB*=XABSB/VB= 8.8100/1152 =0.067 (2) 线路BC等值电抗计算:XBC= X1LBC=0.432=12.8XBC*= XBC/ ZB=12.8/132.25=0.0945(3) 线路CD等值电抗计算XCD= X1LCD=0.442=16.8XCD*= XCD/ ZB=16.8/132.25=0.127(4) 线路DA等值电抗计算: XDA= X1LDA=0.442=16.8XDA*= XDA/ ZB=16.8/132.25=0.1273.2.2变压器等值电抗计算(1) 变压器T1、T2、T3等值电抗计算 XT1= XT2=XT3=(UK%/100)(VN2/ SN)23.14 XT1*= XT2*= XT3*=XT1/ ZB=23.14/132.25=0.175(2) 变压器T4、T5、T6、T7、T8等值电抗计算XT4= XT5=XT6= XT7=(UK%/100)(VN2103/ SN)43.64XT6*= XT7* = XT4*= XT5*=0.333.2.3 发电机等值电抗计算(1)发电机G1、G2、G3电抗标幺值计算XG1* = XG2*=Xd1SB/ SG1= Xd1SB COS/ PG1=0.129100/60=0.2153.2.4 最大负荷电流计算 在已知结点功率条件下，求取闭式网潮流、电压分布，需要迭代求解复数方程式。在人工计算条件下惯用近似办法。在本设计中原始环形网络通过简化后已成为仅含串联阻抗支路网路，待解只有一种回路电压方程 Iaej30ZAB+（Ia-I1）ej30ZBC+（Ia-I1-I2）ej30ZCD+（Ia-I1-I2-I3）ej30ZAD=0式中，Ia为流经阻抗ZAB支路电流；I1、I2、I3分别为结点1、2、3负荷电流。 对上式取共轭并乘以UN，则可得下述近似式：ZAB*Sa+ZBC*（Sa-S1）+ZCD*（Sa-S1-S2）+ZAD*（Sa-S1-S2-S3）=0由上式可解得流经阻抗ZAB支路功率为Sa=ZBC*S1+ZCD（S1+S2）+ZAD（S1+S2+S3）/ZAB+ZBC+ZCD+ZAD则可求得线路AB最大负荷功率。同理可得线路AD最大负荷功率。进而求得线路BC、CD最大负荷功率。分别为 SAB=65.08MVA,SAD=12.92MVA,SBC=35.08MVA,SCD=7.08MVA,此即该网路潮流分布。依照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) = SaCOS/ 1.732 U =65.080.8/(1.732115)0.326KA；(2) BC线路最大负荷电流计算 = SBCCOS/ 1.732 U =35.080.8/(1.732115)0.176KA；(3) CD最大负荷电流计算(拆算到110KV)= SCDCOS/ 1.732 U =7.080.8/(1.732115)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)= SADCOS/ 1.732 U =12.920.8/(1.732115)0.0649KA4 最大运营方式与最小运营方式选定原则 拟定运营方式就是拟定最大和最小运营方式，普通都是依照最大运营方式来拟定保护定值，以保证选取性，在其他运营方式下也一定能保证选取性，敏捷度校验应依照最小运营方式来校验，由于只要在最小运营方式下敏捷度一定能满足规定。 （1）最大运营方式在相似地点发生相似类型短路时流过保护安装处电流最大，对继电保护而言称为系统最大运营方式，相应系统等值阻抗最小。它是指供电系统中发电机，变压器，并联线路全投入运营方式。系统在最大运营方式工作时候，等值阻抗最小，短路电流最大，发电机容量最大。 （2）最小运营方式在相似地点发生相似类型短路时流过保护安装处电流最小，对继电保护而言称为系统最小运营方式，相应系统等值阻抗最大。它是指供电系统中发电机，变压器，并联线路某些投入运营方式。系统在最小运营方式工作时候，等值阻抗最大，短路电流最小，发电机容量最小。 最大运营方式下最小电源阻抗: Zs.min =(XG1 +XT1 )/3=(0.215+0.175)/3=0.13 最小运营方式下最大电源阻 抗: Zs.max =XG1 +XT1=0.1955 短路电流计算和残存电压 Ures计算 计算动作电流，应为该计算最大运营方式下三相短路电流；为检查敏捷度,要计算最小行方式下两相短路电流；为计算 1QF、3QF、5QF、7QF 整定值，依照如上系统图可知，最大运营方式规定 8QF 断开，等值阻抗图如下 图5.1电网等效电路图（1） 计算三相短路电流： （2）计算两短路电流: /2（3）计算残存电压： Ures =*（4）以K1点发生三相短路为例： =0.502/(0.13+0.066+O.099+0.133+0.133)=0.894KA1.732=/20.894=0.774KA Ures =*=0.8940.133132.25=15.74KV。同理可得K2、K3、K4、K5各个短路点短路电流以及残存电压；短路电流数值表与短路电流分布图分别如表1.1和图1.4所示。表5.1短路电流数值表 Ik (KA) 系统运营方式 最大运营方式 最小运营方式 短 路 点K10.894695K21.1730.882K31.7021.207K42.5611.478K53.862.229Ik (KV) 系统运营方式最大运营方式最小运营方式短 路 点K115.7415.74K220.6320.63K322.2822.28K422.3522.35K566.3666.36 图5.2 电网短路电流分布6 线路保护方式拟定6.1 线路保护配备普通原则 （1）考虑经济优越性：可以尝试配三段式电流保护， 同步 由于系统是环网运行，相称于双电源运营一定要加方向元件。在 110KV 级别电力网络中，三段式电流保护也许在系统最小运营方式下没有保护范畴，如果系统在最小运营方式下运行几率不大状况下，并且资金不够状况下可以尝试三段式电流保护，基本可以保证系统正常运营。 （2）对于 110KV 及以上电压电网线路继电保护普通都采用近后备原则。当故障元件一套继电保护装置拒动时，由互相独立另一套继电保护装置动作切除故障。而当断路器回绝动作时，启动断路器失灵保护，断开与故障元件相连所有联接电源断路器。 （3）对瞬时动作保护或瞬时段保护，其整定值应保证 在被 保护元件发生外部故障时，继保装置可靠且不动作，但单元或线路变压器组情冰况除外。 （4） 110KV 线路保护应按加强主保护简化后备保护基本原则配备和整定。其中两套全线速动保护交流电流、电压回路和直流电源彼此独立；每一套全线速动保护对全线路内发生各种类型故障，均能迅速动作切除故障；两套全线速动保护应具备选相功能；两套主保护应分别动作于断路器一组跳闸线圈；两套全线速动保护分别使用独立远方信号传播设备；具备全线速动保护线路，其主保 护整组动作时间应为：对近端故障不不不大于 20 毫秒；对 远端故障不大 于30毫秒。 (5)考虑系统运营方式：110KV 高压输电网络应当属于大接 地电力系统，需要 配备零序保护。如上考虑到环网运营，也要加方向元件。保证保护 不误动作。 6.2保护方式拟定及动作值整定 保护 1、3、5、7 等效电路图如下图所示。 图6.1 保护等效电路图6.2.1 AB线路1QF整定 瞬时速段保护线路AB末端最大三相短路电流 =0.502/(0.13+0.066)=2.561KA取1.3，则保护1电流保护第1段动作电流为：.1.32.561=3.329KA保护范畴校验:最小运营方式下AB线路X处两相短路电流为：=1.478KA115/(21.478)-0.195132.25=13.1213.12/（0.066132.25）=150.3%15%敏捷度满足规定。 带时限电流速段保护：与保护3第段相配合保护3电流保护第动作电流值为： 1.702KA.1.31.702=2.213KA取1.1,则 =1.12.213=2.434KA动作时限为：0.5S敏捷度校验：本线路AB末端最小短路电流为：1.478KA1.478/2.434=0.6071.5作为远后备时，按相邻线路BC末端最小短路电流校验，即：1.207/0.653=1.8481.2敏捷度满足规定。6.2.2 BC线路3QF整定 瞬时速段保护线路BC末端最大三相短路电流 =0.502/(0.13+0.066+0.099)=1.702KA取1.3，则保护3电流保护第段动作电流为：.1.31.702=1.404KA保护范畴校验最小运营方式下BC线路X处短路电流为：=1.207KA115/(21.207)-（0.195+0.066）132.25=13.1213.12/（0.099132.25）=100%15%敏捷度满足规定 带时限电流速段保护：与保护5第段相配合保护5电流保护第动作电流值为： 1.173.1.31.173=1.525KA取1.1,则 =1.11.525=1.677KA动作时限为：0.5s敏捷度校验：本线路BC末端最小短路电流为：1.207KA1.207/1.677=0.721.5作为远后备时，按相邻线路BC末端最小短路电流校验，即：0.882/0.373=2.3651.2敏捷度满足规定。6.2.3 BD线路5QF整定 瞬时速段保护线路BC末端最大三相短路电流 =0.502/(0.13+0.066+0.099+0.133)=1.173KA取1.3，则保护5电流保护第段动作电流为：.1.31.173=1.525KA保护范畴校验最小运营方式下BD线路X处短路电流为：=0.882KA115/(20.882)-（0.195+0.066+0.099）132.25=17.5817.58/（0.133132.25）=99.95%15%敏捷度满足规定 带时限电流速段保护：与保护5第段相配合保护7电流保护第动作电流值为： 0.894.1.30.894=1.162KA取1.1,则= 1.11.162=1.278KA动作时限为：0.5s敏捷度校验：本线路BD末端最小短路电流为：0.882KA0.882/1.278=0.6701.5作为远后备时，按相邻线路BC末端最小短路电流校验，即：0.695/0.075=9.271.2敏捷度满足规定。6.2.4 DA线路7QF整定 瞬时速段保护线路DA末端最大三相短路电流 =0.502/(0.13+0.066+0.099+0.133+0.133)=0.894KA取1.3，则保护7电流保护第段动作电流为：.1.30.894=1.162KA保护范畴校验最小运营方式下DA线路X处短路电流为：=0.695KA115/(20.695)-（0.195+0.066+0.099+0.133）132.25=17.5317.53/（0.133132.25）=98.4%15%敏捷度满足规定 过负荷整定计算。动作电流整定：取0.85，1.2,1.5(1.21.5)64.9/0.85=137A动作时限为：=0s敏捷度校验：作为近后备时，按本线路DA末端最小短路电流校验，即：0.695/0.137=5.071.5作为远后备时，按相邻线路BC末端最小短路电流校验，即：1.207/0.137=8.811.2敏捷度满足规定。 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保护范畴（%）150.3%100%99.95%98.4%第段2.4341.6771.0053-(s)0.5s0.5s0.5s-仅5QF、7QF加电流电压连锁0.6070.720.67-第段0.6530.3730.0752_(s)2.0s2s0.5s_2.2633.2411.76_近后备1.8482.3659.27_远后备 设计心得依照系统网络图分析，1QF、3QF、5QF、7QF整定要在8QF断开状况下求得最大短路电流，然后在进行整定计算，其电流反方向是顺时针旋转，而2QF、4QF、6QF整定则是要在8QF闭合去状况下计算，其电流方向是逆时针旋转。敏捷系数不能满足规定，当发生内部故障时也许启动不了， 考虑进一步延伸限时电流速断保护，或减少本线路限时电流速断保护整定值，以保证敏捷性。课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力重要环节，是对学生实际工作能力详细训练和考察过程。在这次宝贵设计活动中，经验才是对于咱们最大收获，并且还增强了自身对未知问题以及对知识深化结识能力，但是，仅仅是完毕了作品还是不可以自我满足，咱们要认真思考设计过程中遇到问题，多查资料，将理论与实际相结合思考，并在后来学习中更要加倍注意犯过错误。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。本次课程设计能顺利完毕与同窗和教师协助是分不开，在对某些知识模棱两可状况下，多亏有同窗热心协助才可以度过难关；更与教师悉心辅导分不开，在有解不开难题时，多亏教师们耐心指引才使设计能顺利进行。参照文献 1 尹项根，曾克娥电力系统继电保护原理与应用M华中科技大学出版社，. 2 许建安，王风华电力系统继电保护整定计算M中华人民共和国水利水电出版社，. 3 钟自勤继电保护装置及二次回路故障检修典型实例M机械工业出版社，. 4 吴必信电力系统继电保护同步训练M中华人民共和国是力出版社， 5 刘学军继电保护原理北京M中华人民共和国电力出版社， 6 孙丽华电力工程基本M机械工业出版社， 7 刘介才工厂供电M机械工业出版社，.