重庆大学电气工程及其自动化2015毕业设计#5号电力系统继电保护

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1、毕 业 设 计题目 5 # 电力系统继电保护设计学生所在学院 电气信息学院 专 业 电气工程及其自动化 学 号 20110104 学 生 姓 名 蒋 衍 圣 指 导 教 师 李 佑 光 助理指导教师 起 止 日 期 2015.01.06-2014.05.18毕业设计摘要摘 要继电保护作为电力系统中发生故障或者异常状况监测的主要设施，通过对故障现象进行分析，从而发出相关警报信号或者暂时隔离、切除这一缺陷状态的。就一般情况而言，当电力系统发生故障或者处于非正常运行状态的时候，将对用电设备的安全生产造成巨大的威胁，甚至会造成更加严重的后果。因此为了在工作中确保电力设备的运行安全和稳定，减少由电力事故

2、引起的大面积停电或者重要设施破坏，必须在工作中对继电保护装置进行研究与优化，确保其能够可靠、准确、快速的控制线路。本文以某（110kv）系统为例，详细讲述了该系统的设计过程。为保证继电保护所应该具有的可靠性、选择性、灵敏性、速动性,充分发挥继电保护装置的作用，保证系统安全稳定地运行，做好短路电流计算以及各保护的整定计算工作是本系统设计的必要条件。关键词：继电保护 短路计算 整定计算毕业设计摘要AbstractIn power system relay protection as a failure or abnormal condition monitoring of the main fac

3、ilities, through analyze the fault phenomenon, to make relevant alarm signal or temporary isolation, removal of the defect status. In terms of the general situation, when the abnormal operation of the power system failure or when the poses a great threat to the safety in production of electrical equ

4、ipment, will be even more serious consequences. So in order to ensure the operation of the power equipment in the work safety and stability, reduce blackouts caused by power accident or important facilities damaged, must work in study and optimization of relay protection device, ensure it can be rel

5、iable, accurate and fast control circuit.In this paper a (110 kv) system as an example, the system design process is described in detail. In order to ensure the reliability of relay protection should have, selectivity, sensitivity, quick action, give full play to the role of the relay protection dev

6、ice, ensure the safe and stable operation of system, completes the short circuit current calculation and protection setting calculation work is a necessary condition for the system design. Keywords: Relay protection Short circuit calculation Setting calculation毕业设计目录目 录第一章 引 言 .11.1 综述 .11.2 继电保护研究情

7、况及未来发展趋势 .11.2.1 研究现状 .11.2.2 未来趋势 .21.3 设计的主要内容 .2第二章 保护配置原则及方案选择 .22.1 配置原则 .22.1.1 发-变组保护配置原则 .32.1.2 变压器保护配置原则 .52.1.3 线路保护配置原则 .62.2 选择方案 .7第三章 短路计算 .83.1 系统情况 .93.1.1 #5 电力系统图 .93.1.2 系统参数 .93.2 基准值选择 .93.3.1 各元件等值电抗计算 .103.3.2 最大负荷电流计算 .123.4 短路电流计算 .133.4.1 线路 1 始端发生三相短路时的短路电流 .133.4.2 线路 1

8、末端发生三相短路时的短路电流 .143.4.3 线路 2 始端发生三相短路时的短路电流 .153.4.4 线路 2 末端发生三相短路时的短路电流 .153.4.5 线路 3 始端发生三相短路时的短路电流 .163.4.6 线路 3 末端发生三相短路时的短路电流 .173.4.7 线路 4 始端发生三相短路时的短路电流 .183.4.8 线路 4 末端发生三相短路时的短路电流 .19毕业设计目录第四章 保护配置及整定计算 .204.1 变压器保护配置 .204.1.1 变压器配置 .204.1.2 保护配置的整定 .224.2 发电机保护配置 .254.2.1 保护配置的原理 .254.2.2

9、保护配置的整定 .264.3 接地距离保护的配置和整定 .274.3.1 保护 1 的配置和整定 .274.3.2 保护 2 的配置和整定 .294.3.3 保护 3 的配置和整定 .304.3.4 保护 4 的配置和整定 .31第五章 总 结 .34致 谢 .35毕业设计正文1第 1 章 引 言1.1 综述在我国,地区级电网主要是指 35110kV 电网，它具有电压等级低，接入的电厂容量较小，输电距离短等特点。110kV 电网在各地区的普及度越来越高，在电网中承担了很大一部分的电力传输。110kV 电网的形成和不断拓展的过程，体现了电网结构不断与电力负荷增长、城市规划以及供电可靠性相适应的过

10、程。在电网的运行过程中，故障是不可避免的，为了电网能够在出现故障时，也能及时排除并安全稳定的继续运行，继电保护装置是不可缺少的。继电保护作为电力系统中发生故障或者异常状况监测的主要设施，是通过对故障现象进行分析，从而发出相关警报信号或者暂时隔离、切除这一缺陷状态的。就一般情况而言，当电力系统发生故障或者处于非正常运行状态的时候，将对用电设备的安全生产造成巨大的威胁，甚至会造成更加严重的后果。因此为了在工作中确保电力设备的运行安全和稳定，减少由电力事故引起的大面积停电或者重要设施破坏，必须在工作中对继电保护装置进行研究与优化，确保其能够可靠、准确、快速的控制线路。继电保护装置是电力系统安全稳定运

11、行的重要防线，为保证继电保护充分发挥作用，继电保护必须满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求，而除了可靠性需要依赖于继电保护装置本身，选择性、灵敏性、速动性都是由保护定值决定的，因此做好电网继电保护定值的整定计算工作对于保证电力系统的安全运行是非常重要的。1.2 继电保护研究情况及未来发展趋势1.2.1 研究现状电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。我国从 70 年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。重庆大学、华中科技大学、东南大学、华北电力大学、西安交通大学、天津大

12、学、上海交通大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同形式的微机保护装置。华北电力大学在 1984 年研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道毕业设计正文2路。在主设备保护方面，东南大学和华中科技大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和变压器组保护也相继于 1989、1994 年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于 1991 年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于 1

13、993、1996 年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从 90 年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。1.2.2 未来趋势继电保护技术未来发展趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和通信一体化发展。随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，出现了一些引人注目的新

14、趋势。1.3 设计的主要内容(1)用标准图符重做系统图，并标出各元件的标识；(2)用标幺制计算个元件参数，写出过程，列出参数表；(3)画出全系统等值电路图，标出编号和参数；(4)选择短路点计算各短路电流周期分量，写出计算公式、过程步骤，列出结果数据表；(5)计算流过各保护的最大负荷电流，列出数据表；(6)发电机只配定子绕组主保护、变压器只配电气量主保护、线路配置完整保护、母线保护不要求，闭环网络按开环运行方式考虑保护的配置与整定。(7)对各保护进行整定计算，写出整定计算过程与结果，列出保护配置及定值清单表；第二章 保护配置原则及方案选择2.1 配置原则电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力

15、、绝缘老化、过电压、误操作、毕业设计正文3设计制造缺陷等原因会发生如短路、断路等故障。最常见同时也是最危险的故障是发现各种类型的短路。故障和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故。为了避免不必要的损失，在电力系统的各部分配置各种保护，保证电力系统安全稳定的运行。本文以 110KV 电力系统为例，进行保护配置，110KV 系统见图 2.1.图 2.1 110KV 电力系统图2.1.1 发-变组保护配置原则按照继电保护和安全自动装置技术规程可知：对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，应按下列规定配置相应的保护作为发电机的主保护；(1) 1MW 及以下单独运行的发电机，如中性点侧有引出线，则在

16、中性点侧装设过电流保护，如中性点侧无引出线，则在发电机端装设低电压保护。(2) 1MW 及以下与其它发电机或与电力系统并列运行的发电机，应在发电机端装设电流速断保护。如电流速断灵敏系数不符合要求，可装设纵联差动保护；对中性点侧没有引出线的发电机，可装设低压过流保护。(3) 1MW 以上的发电机，应装设纵联差动保护。(4) 对 100MW 以下的发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机与变压器宜分别装设单独的纵联差动保护功能。(5) 对 100MW 及以上发电机变压器组，应装设双重主保护，每一套主保护宜具有发电机纵联差动保护和变压器纵联差动保护功能。毕业设计正文4(6) 在穿越性短

17、路、穿越性励磁涌流及自同步或非同步合闸过程中，纵联差动保护应采取措施，减轻电流互感器饱和及剩磁的影响，提高保护动作可靠性。(7) 纵联差动保护，应装设电流回路断线监视装置，断线后动作于信号。电流回路断线允许差动保护跳闸。(8) 本条中规定装设的过电流保护、电流速断保护、低电压保护、低压过流和差动保护均应动作于停机。对发电机定子匝间短路，应按下列规定装设定子匝间保护：(1) 对定子绕组为星形接线、每相有并联分支且中性点侧有分支引出端的发电机，应装设零序电流型横差保护或裂相横差保护、不完全纵差保护。(2) 50MW 及以上发电机，当定子绕组为星形接线，中性点只有三个引出端子时，根据用户和制造厂的要

18、求，也可装设专用的匝间短路保护。对发电机外部相间短路故障和作为发电机主保护的后备，应按下列规定配置相应的保护，保护装置宜配置在发电机的中性点侧：(1) 对于 1MW 及以下与其它发电机或与电力系统并列运行的发电机，应装设过流保护。(2) 1MW 以上的发电机，宜装设复合电压(包括负序电压及线电压)起动的过电流保护。灵敏度不满足要求时可增设负序过电流保护。(3) 50MW 及以上的发电机，宜装设负序过电流保护和单元件低压起动过电流保护。(4) 自并励(无串联变压器)发电机，宜采用带电流记忆(保持)的低压过电流保护。(5) 并列运行的发电机和发电机变压器组的后备保护，对所连接母线的相间故障，应具有

19、必要的灵敏系数。(6) 本条中规定装设的以上各项保护装置，宜带有二段时限，以较短的时限动作于缩小故障影响的范围或动作于解列，以较长的时限动作于停机。(7) 对于按规定装设了定子绕组反时限过负荷及反时限负序过负荷保护，且保护综合特性对发电机变压器组所连接高压母线的相间短路故障具有必要的灵敏系数，并满足时间配合要求，可不再装设 4.2.6.2 条规定的后备保护。保护宜动作于停机。毕业设计正文5对发电机定子绕组的异常过电压，应按下列规定装设过电压保护：(1) 对水轮发电机，应装设过电压保护，其整定值根据定子绕组绝缘状况决定。过电压保护宜动作于解列灭磁。(2) 对于 100MW 及以上的汽轮发电机，宜

20、装设过电压保护，其整定值根据定子绕组绝缘状况决定。过电压保护宜动作于解列灭磁或程序跳闸。对过负荷引起的发电机定子绕组过电流，应按下列规定装设定子绕组过负荷保护：(1) 定子绕组非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护，保护接一相电流，带时限动作于信号。(2) 定子绕组为直接冷却且过负荷能力较低(例如低于 1.5 倍、60s)，过负荷保护由定时限和反时限两部分组成。定时限部分：动作电流按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定，带时限动作于信号，在有条件时，可动作于自动减负荷。2.1.2 变压器保护配置原则按照继电保护和安全自动装置技术规程可知：（1）反映变压器线圈及其引出线的相间短路

21、和在中性点直接接地侧的单相接地的纵差动保护。（2）反映变压器内部各种故障和油面降低的瓦斯保护及有载调压的瓦斯保护。（3）反映变压器外部短路引起的过电流和作为变压器主保护后备保护的相间后备保护。（4）反映大接地电网外部接地短路的零序电流、电压后备保护。（5）0.4MVA 及以上车间内油浸式变压器和 0.8MVA 及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当壳内故障产生大量瓦斯时，应瞬时动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压变压器充油调压开关，亦应装设瓦斯保护。瓦斯保护应采取措施，防止因瓦斯继电器的引线故障、震动等引起瓦斯保护误动作。（6）电压在 10kV 及以下、容量在 10MVA 及以下的变压器，采用电流速断保护。（7）电压在 10kV 以上、容量在 10MVA 及以上的变压器，采用纵差保护。