课程设计说明书(论文)

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1、成绩南京工程学院课程设计说明书（论文）题 目某110kv电网继电保护配置与整定计算的部分设计课程名称电力系统继电保护B院（系、部、中心）专业电气工程及其自动化班级学生姓名学号设计地点东 C403指导教师顾艳设计起止时间：2013 年 11 月 25 日至 2013 年 12 月 6 日目录1 概述 11.1 llOkV电网继电保护、自动装置配置原则xx1.2本区域电网的运行方式说明xx1.3本区域电网继电保护、自动装置配置方案xx2元件参数计算和系统等值网路图xx2.1发电机、变压器、线路的参数的计算xx2.2正序、零序网络图xx3短路电流和分支系数计算xx3.1分支系数的计算xx3.2接地短

2、路时零序电流的计算xx4线路继电保护的整定计算xx4.1线路相间保护的整定计算xx4.2线路接地保护的整定计算xx5变压器保护的配置xx6结论xx附录1 概述1.1 110kV 电网继电保护、自动装置配置原则1.11 发电机、变压器运行方式选择的原则(1) 一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故 障；当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。对水电厂，还应根据水 库运行方式选择。(2) 一个发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量 最大的一台停用。1.12 变压器中性点接地选择原则(1)发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要

3、接地。(2)自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。(3) 接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。(4) 为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后 再断开，这种情况不按接地运行考虑(5) 每段母线上均有接地运行主变压器，终端变电所主变压器不接地，中间变电所可取一台主 变压器接地方式。1.13 线路运行方式选择原则(1)一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，另一条线路又故障的 方式。(2)双回路一般不考虑同时停用。1.14 保护配置原则1) 根据国家电网公司防止电力生产重大事故的二十五项重点要求(国电发 2000589号)第20.1.4条

4、规定，“为提高继电保护的可靠性，对重要的路线和设备必 须 坚持设立两套独立的主保护的原则，并且两套保护宜为不同原理和不同厂家的产品，对重 要元件应充分考虑后背保护的设置，200MW及以上容量的发电机设备应配置两套完整的互 相独立的主保护和后备保护”。2) 根据国电公司25 项反措第11.6条要求精神，防止发电机变压器组和变压器的主断路器 出现非全相运行，引起设备事故或扩大为系统事故， 220KV 及以上发电机变压器组和变压 器的主断路器及母联、母线分段断路器应选用三相联动的双跳断路器。3) 发变组保护技术要求高，对运行安全性，可靠性有严格的要求，必须选用有良好运行实 绩的危机发变组保护。4)

5、.110220kV 中性点直接接地电力网中的线路保护应按规定装设反应相间短路的保护和 接地短路的保护。5) .对相间保护，应按下列规定装设保护装置;a. 单侧电源单回路线路，可装设三相电流电压保护，如不能满足要求，则装设距离保护；b. 双侧电源线路宜装设距离保护；c. 正常运行方式下，保护安装处短路，电流速断保护的灵敏系数在1.2以上时，可装设电 流速断保护作为辅助保护；对于并列运行的平行线，宜装设横联保护。6) . 对接地短路，应按下列规定之一装设保护；a. 宜装设阶段式或反时限零序电流保护。b. 可采用接地距离保护，并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。7) . 全线速动保护应按下列原则配置

6、，符合下列条件时，应装一套全线速断保护。a. 根据系统稳定要求有必要时:b. 线路发生三相短路，如使发电厂厂用母线电压低于允许值(一般约为70额定电压)， 且其他保护不能无时限和有选择地切除短路时;c. 如电力网的某些主要线路采用全线速动保护后，不仅改善整个电网保护的性能。8) . 后备保护应按下列原则配置， 110kV 线路宜采用远后备方式。9) .对带分支的 110220kV 线路，可装设与不带分支时相同的保护，但应考虑下述特点， 并采取必要措施：a. 当线路有分支时，线路侧保护对线路分支上的故障，应首先满足速动性，对分支变压器 故障，允许跳线路侧断路器。1.15 安全自动装置配置原则1)

7、 . 在电力系统中，应装设安全自动装置，以防止系统稳定破坏或事故扩大，造成大面积停 电，或对重要用户的供电长时间中断。2) . 电力系统安全自动装置，是指在电力网中发生故障或异常运行时，起控制作用的自动装 置。如自动重合闸、备用电源和备用设备自动投入、自动切负荷、自动低频减载、火电厂事故减出 力、水电厂事故切机、电气制动、水轮发电机自动起动和调相改发电、抽水蓄能机组由抽水改发电 自动解列及自动调节励磁等。3) . 安全自动装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。4) . 自动重合闸装置应按下列规定装设：a. 3kV 及以上的架空线路和电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，如用电设备

8、允许 且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置。b. 必要时，母线故障可采用母线自动重合闸装置。5) .110kV 及以下单侧电源线路的自动重合闸装置，按下列规定装设：采用三相一次重合闸方式。1.2 本区域电网的运行方式说明电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。一般考虑环网为闭环运行，平行双回线分开 单独装设两套独立的双线保护。最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值， 发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验 所选用的开关电器的稳定性。最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值， 发生短路后产生的短路电

9、流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验 继电保护装置的灵敏度。现结合本次设计具体说明如下，系统的最大运行方式是所有设备全部投入运行；系统的最小运行方式为发电机G1投入，发电机G2停运。T1或T2变压器中性点接地，系统中性点等效接地。1.3 本区域电网继电保护、自动装置配置方案本次设计电网为llOkV电网根据规程要求，为稳定运行相间故障采用距离保护作为主保护，接 地故障采用零序电流保护作为主保护。11OKV输电线路系统，按照要求，每一个断路器都应该装有 ARD 装置，并与继电保护后加速配合形成重合闸后加速保护，保证电力系统最大限度的正常供电。 采用三相一次重合闸方式。2

10、 元件参数计算和系统等值网路图2.1 发电机、变压器、线路的参数的计算取基准容量和基准电压：S =100MVA , U =115kVBBS基准电流：I 二=100MVA/G-;3 X115kV）=0.502kAB&3UB基准阻抗：Z = U 2 / S =115 2/100=132.25KoB BB2.11 发电机阻抗（归算到基准容量下的表幺值）SN公式：例如：设发电机参数为：50MVA，cos=0. 8, X ” = 0.1347，贝IdXG =X ” S /S 0.1347 X100 =0.1347X100/(50/0.8)=0.2155G d B N 50 / 0.8各发电机等值阻抗计算

11、结果见表2.1表2.1发电机正序、负序阻抗（标幺值）2.2 变压器阻抗(归算到基准容量下的表幺值)公式：X =U % S /S , X =o.8XT1 K B NT.0T .1设变压器参数：UK= 10.5,容量63MVA,则正负序阻抗为:SX = X = U %B =0 105X 100/63=0.1667T1T 2K SNX = 0.8 X = 0.8X0.1667=0.1334T .0T1各变压器阻抗见表2.2.表 2.2变压器正序、负序、零序阻抗（标幺值）4L5X (p.u.)0.16670.16670.33330.33330.5250X(p.u.)20.16670.16670.333

12、30.33330.5250x(p.u.)0_L0.13340.13340.26670.26670.42002.3 线路正、负序计算公式：X = X = x丄(S : U2B) L.1L.21 . B B零序计算公式：X = x L (S /U 2B )L.00B B例如：设有线路MN： LMN=54km。恥/畑X = X = xL (S ,/U2B) = 0.4X54X(100/1152)=0.1633MN .1MN .21 MN B BX = xL (S U2)二 12X54X100/1152二0.4900MN .00 MN B B列表得表 2.3 输电线路主要参数MNMPMQX 1( pu

13、)0.16330.18140.1512X 2( p.u)0.16330.18140.1512X 0( pu)0.49000.54440.4537表A2参数计算结果总汇名称元件原始数据标幺值有名值（Q）正序负序零序正序负序零序发电机G1/G2容量100MW次电 抗 0.1347功率 因数0.80.21550.215528.44628.446变压器T1/T2容量63MVA短路电压百分 数 10.5%0.16670.16670.133422.046122.046217.6421变压器T3/T4容量31.5MVA短路电压百分 数 10.5%0.33330.33330.266744.078944.078

14、925.1710变压器T5容量20MVA短路电压百分 数 10.5%0.52500.52500.420069.431269.431255.545系统S最大运行方式0.140.140.4218.51518.51555.545最小运行方式0.270.270.75635.707535.707599.981线MN长度54km0.16330.16330.490021.596421.596464.8025线MP长度60km0.18140.18140.544423.990123.990171.9969线MQ长度50 km0.15120.15120.453719.996219.996260.00182.4 正

15、序、零序网络图由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础，因此考虑最大运运行方式（两台电机全 部投入）时各线路末端短路的计算情况，最小运行方式（只有一台电机投入）时各线路末端短路的 计算情况，电网等效电路图如下：电网等效电路图2.41 K1点短路时正序、零序网络图XsEgEs正序网络图零序网络图2.42 K2 点短路时正序、零序网络图正序网络图零序网络图2.43 K3 点短路时正序、零序网络图零序网络图2.44 K4 点短路时正序、零序网络图零序网络图3 短路电流和分支系数计算3.1 相间短路时短路电流及分支系数的计算3.31、距离保护中助增分支系数的计算：系统最大运方X= ( X + X

16、)/2=0.19111minG1T 1系统最小运方X= ( X + X )=0.38221mazG1T 1最大分支系数：K =1+ 1maz MN = 2.69727, maxrrma 矿亠xxs min+最小分支系数：=i + xim.n + Xmn = 1.7851b, minxxsmaz + mp3.32、零序保护分支系数的计算：最大分支系数：ImazMN=0.5081xxs minbMpx+ x+1mazMNK最小分支系数：Kb, min=0.3643x1minmnx x + x + xsmaz + Mp1minMN3.2 接地短路时零序电流的计算3.21 最大运方下 K1 点发生接地

17、故障的电流正序网络正序综合阻抗:X1 = X1(Xnm+Xmp + Xs ) 其中 X = ( X + X )/21G1T 1其中UK10为故障前故障点的相电压K10零序网络零序综合阻抗：X十X/ (Xnm+Xmp + XS )其中 X1= XT13.22单相接地短路时零序电流的求取(金属性短路)设K点A相接地短路，A相为特殊相，B、C两相无电流 1.边界条件:U KA =0 ，I KB = I KC =0由上边界条件和对称分量法得知：U KA1+U KA2+U KA0=U KA =0I 二 I 二 I =1 IKA1KA 2KA 0 3 KA2.零序电流表达式I = I = I U KA0K

18、A1KA 2KA 0 z + Z + ZZS1 十 Z 2 十 Z 01标幺值表达：I0*=， 其中阻抗均为标幺值。0* 41 + 4 2 + 4 03.23两相金属性接地短路设 BC 相接地短路 1 边界条件I KA=0， U KB=U KC=0用对称分量法得：1 kai + 1 kA2 + 1 KA0 =0， U KA1 U KA2 U KA02.零序电流表达式正序电流：KA0KA1ZX1 + Zx 2 ZX0标幺值：I=KA1*零序电流：I = IKA0* KA1*52 + 50 绻2 绻0 + U2 + U0 Zz 0 + z壮 + 乎Z 2El= ZE2 时IKA0*1ZE1 + 2

19、 ZE 0系统运行方式接地短路 类型短路 占 八、零序电流标么值有名值/kA最大运行方式单相接地K12.5701.2901最小运行方式1.71650.8616最大运行方式两相接地2.79791.4045最小运行方式2.09771.0530最大运行方式单相接地K21.48730.7466最小运行方式1.13910.5718最大运行方式两相接地1.14400.5743最小运行方式0.95020.4770最大运行方式单相接地K30.90230.4529最小运行方式0.58340.2929最大运行方式两相接地0.77390.3885最小运行方式0.44030.2210最大运行方式单相接地K42.456

20、51.2331最小运行方式1.30810.6567最大运行方式两相接地1.78060.8939最小运行方式0.99510.4995ZE1 时，1(1.1) 1.25(4.3)sen ZL 动作时间的整定距离保护II段的动作时间，应比与之配合的相邻元件保护动作时间大一个时间级差人丫。t ii = 11 + At(4.4)(3) 距离III段的整定计算 考虑到电动机子启动的情况下，保护III段必须立即返回的要求，采用全阻抗特性，则整定值为Z in 二set1K K Krel ss reZL.min（4.5）式中 K 可靠系数，一般取 1.21.25；relK 电动机自启动系数，取 1.5 ；ssK

21、 阻抗测量元件的返回系数，取 1.15； reZ0.9UL. m i i最小负荷阻抗，一般Z N。L.min I L.max 灵敏度校验。距离保护的III段既作为本线路1、11段保护的近后备，又作为相邻下级设备的远后备保护, 灵敏度应分别进行校验。作为近后备时，按本线路末端短路校验，计算式为Ksen（近）Z iiisetZ cos（屮屮）SC1 L 1.54.6）作为远后备时，按相邻设备末端短路校验，计算式为式中K =sen（远）（Z + K ZSCb-m ax nZnext相邻设备的阻抗；Z inset 1.2）co骚屮）x t 1 L4.7）b.max 分支系数最大值。 动作时限4.8）t

22、iii 二 tx + At式中tx 与本保护配合的相邻元件保护段(X为I或II段)最大的动作时间。距离保护整定阻抗、动作时限及灵敏度计算结果：项目保护1保护2保护3整定 阻抗 (Q)I段17.2717.2715.99II段40.12/III段18294.66298动作 时限(s)I段000II段0.90.60.3III段1.80.91.3灵敏 度I段0.80.80.8II段1.85/III段近后备8.454.3814.9III段远后备2.161.881.4864.2 线路接地保护的整定计算4.2.1 整定原则零序电流保护I段的整定计算 动作电流按躲过区外接地短路的最大三倍零序电流整定位I =

23、K 31心小0.setrel 0.max (4.9)式中Krel可靠系数，取值不小于1.3;310.max区外接地短路的最大三倍零序电流，对于单回线一般取本线路末端接地短路时Z Z的最大三倍零序电流。必须考虑正序等值阻抗和零序等值阻抗的比值，当Z1E Z0E时取单相接地Z X ,故单相接地短路的零序电流I(1)大于两相接地短路的零序电流 02-min12-minK0I (1，1)K0单相接地正序、零序电流：I (1) I (1) 1/(X+2X) 1/(2*0.1339 + 0.1213) 2.57K10K1102-min12-min两相接地正序、零序电流：I (1，1) 1/(X+ X /X

24、 ) 1/(0.1334+ 0.1334/ 0.1212) 5.0786K1112-min22-min02-minI (1，1) 1/(X+2X) 1/(0.1213*2 + 0.1334) 2.7979K1012-min02-min三相短路电流：I(3)1/ X 1/ 0.1339 7.4683K 1.max12-min最小运方X二(X + X )二 0.382211. maxG1T 1X 二 X 二 0.133410. maxT 1.0正序阻抗X 二 X /(X + X + X )二 0.3822/(0.1663 + 0.1814 + 0.23)二 0.2295 1S-max11.maxS

25、 1.maxMN1MP1零序阻抗X 二 X /(X + X + X )二(0.1334)/(0.49 + 0.5444 + 0.644)二 0.1236 02-max10. maxS 0.maxMN 0MP0单相接地正序、零序电流：I 二 I 二 1/(X+ 2X)二 1/(2*0.2295+0.1236)二 1.7165K10K110S-max1S-max两相接地正序、零序电流：I(1，)二 1/(X+ X /X )二 1/(0.2295+0.2295/0.1236)二 3.2275K111S-max2S-max0S-maxI (1,1)二 1/(X+ 2X )二 1/(0.1236*2 +

26、 0.2295)二2.0977K101S-max0S-max三相短路电流I 二 1/X 二 1/0.2295 二 4.3573K1.min1S-max2.32 k2点短路时短路电流的计算最大运方X 二(X + X )/2二(0.2155 + 0.1637)/2二0.191111. min G1T 1X 二 X 二 0.133410. minT1.0正序阻抗X 二(X + X)/(X+ X )二(0.1911 + 0.1633)/(0.1814 + 0.1)二 0.15691S-min11.minMN1S1.minMP1零序阻抗X 二(X+ X)/(X+ X)二(0.1334 + 0.49)/(

27、0.5444 + 0.3)二 0.358602-min10. minMN 0S 0.min MP 0因为X X,故单相接地短路的零序电流I (1)大于两相接地短路的零序电流0S-min1S-minK 0I (1，1)K0单相接地正序、零序电流：I 二 I 二 1/(X+ 2X)二 1/(2*0.1569+0.3586)二 1.4873K 20K 210S-min1S-min两相接地正序、零序电流：I (1，)二 1/(X + X /X)二 1/(0.1569+0.1569/0.3586)二 3.7588K 211S-min2S-min0S-minI (1，)二 1/(X + 2X )二 1/(

28、0.3586*2 + 0.1569)二 1.1440K 201S-min0S-min三相短路电流：I (3)二 1/X 二 1/0.1569 二 6.3735K 2. max_ 1S-min最小运方X二(X + X )二 0.382211. maxG1T 1X 二 X 二 0.133410. maxT1.0 正序阻抗X 二(X+ X)/(X+ X )二(0.3822 + 0.1633)/(0.1814 + 0.23)二 0.23451S-max11.maxMN1S1. maxMP1 零序阻抗X 二(X + X )/(X + X )二(0.1334 + 0.49)/(0.5444 + 0.644

29、)二 0.40890Emax10. max MN 0S 0.maxMP 0单相接地正序、零序电流：I 二 I二 1/(X+ 2X)二 1/(2*0.2345 + 0.4089)二 1.1391K 20K 210S-max1S-max两相接地正序、零序电流：I (1，)二 1/(X+ X / X )二 1/(0.2345+0.2345/0.4089)二 2.6073K 211S-max2S-max0S-maxI (1,1)二 1/(X + 2X)二 1 /(0.4089*2 + 0.2345)二0.9502K 201S-max0S-max三相短路电流I 二 1/X 二 1/0.2345 二 4.

30、264423点短路路时短路电流的计算最大运方X 二(X + X )/2二(0.2155 + 0.1637)/2二0.191111. min G1T 1X 二 X 二 0.133410. minT1.0正序阻抗X 二 X + (X + X)/(X+ X )1S-minMQ11.min MN 1S1.minMP1=0.1512 + (0.1911 + 0.1633)/(0.1814 + 0.1) = 0.3081零序阻抗X 二 X + (X+ X)/(X+ X )02-minMQ10. minMN 0S 0.minMP 0=0.1512 + (0.1334 + 0.49)/(0.5444 + 0.

31、3) = 0.4920因为X X ,故单相接地短路的零序电流I (1)大于两相接地短路的零序电流 0S-min1S-minK 0I (1，1)K0单相接地正序、零序电流：I =I =1/( X+ 2 X )K 30K 3102-min1S-min=1/(2*0.3081+0.4920) = 0.9023两相接地正序、零序电流：I (1,1)= 1/( X+ X / X )K 3112-min2 2-min0 2-min=1 /(0.3081+0.3081 / 0.4920) = 2.0098I (1，)二 1/(X+ 2X)二 1/(0.4920*2 + 0.3081)二 0.7739K301

32、2-min02-min三相短路电流：I 二 1/X 二 1/0.3081 二 3.2457K 3.max12-min最小运方X 二(X + X )二 0.382211. maxG1T 1X 二 X 二 0.133410. maxT1.0 正序阻抗X 二 X+ (X+ X )/(X + X )1 2 -maxMQ 11.maxMN1S1.maxMP1二 0.1512 + (0.3822 + 0.1633)/(0.1814 + 0.23)二 0.3857 零序阻抗X 二 X + (X + X )/(X + X )02-maxMQ 10.maxMN0S0.maxMP0=0.1512 + (0.133

33、4 + 0.49)/(0.5444 + 0.644) = 0.9426 单相接地正序、零序电流：I =I =1/( X + 2 X )K 30K 310S-max1S-max=1/(2* 0.3857 + 0.9426) = 0.5834两相接地正序、零序电流：I (1，)= 1/( X+ X / X )K 311S-max2S-max0S-max=1 /(0.3857 + 0.3857/ 0.9426) = 1.5165I (1，)二 1/(X+ 2X)二 1/(0.9426*2 + 0.3857)二 0.4403K 301S-max0S-max三相短路电流I 二 1/X 二 1/0.385

34、7 二 2.592724点短路路时短路电流的计算最大运方X 二(X + X )/2二(0.2155 + 0.1637)/2二0.191111. min G1T 1X 二 X 二 0.133410. minT 1.0正序阻抗X 二 X/(X+ X + X )12-minS1.min11.minMN1MP1=0.1/(0.1663 + 0.1814 + 0.1911) = 0.0842零序阻抗X 二 X /(X + X + X )02-minS 0.min10. min MN 0MP 0=(0.3)/(0.49 + 0.5444 + 0.1334) = 0.2387因为X X ,故单相接地短路的零

35、序电流I (1)大于两相接地短路的零序电流 0S-min1S-minK 0I (1，1)K0单相接地正序、零序电流：I =I =1/( X+ 2 X )K 40K110S-min1S-min=1/(2*0.0842 + 0.2387) = 2.4565两相接地正序、零序电流：I (1,1)= 1/( X+ X / X )K 411S-min2S-min0S-min=1 /(0.0842+0.0842/ 0.2387) = 6.8286I (1，)二 1/(X + 2X )二 1/(0.2387*2 + 0.0842)二 1.7806K 401S-min0S-min三相短路电流：I (3)二 1

36、/X 二 1/0.0842 二 11.8765K4.max _ 1S-min最小运方X二(X + X )二 0.382211. maxG1T 1X 二 X 二 0.133410. maxT 1.0 正序阻抗X 二 X /(X + X + X )1S-maxS 1.max11.maxMN 1MP1二 0.23 /(0.1663 + 0.1814 + 0.3822)二 0.1747 零序阻抗X 二 X /(X + X + X )02-maxS 0.max10. maxMN 0MP 0=(0.644)/(0.49 + 0.5444 + 0.1334) = 0.4151单相接地正序、零序电流：I =I

37、 =1/( X+ 2 X )K 40K 410S-max1S-max=1/(2*0.1747 + 0.4151) = 1.3081两相接地正序、零序电流：I (1，)= 1/( X+ X / X )K 411S-max2S-max0S-max=1 /(0.1747 + 0.1747/ 0.4151) = 3.3596I (1，)二 1/(X+ 2X)二 1/(0.4151*2 + 0.1747)二0.9951K 401S-max0S-max三相短路电流I (3)二 1/X 二 1/0.1747 二 5.7241K4-min1Zmax3相间距离保护的整定计算 3.1 相间距离保护 1 整定计算

38、1)相间距离保护1的I段:Zi 二 K * Z 二 0.8 x 21.6 二 17.270 set .1rel MN动作时限：11 = 0 S 2)相间距离保护1 1 的 II 段：3)Kb, max =2.69,b , min=1.78Zi = K * Z = 0.8*20 = 160 set 3relMQZi 二 K * Z 二 0.8*24 二 19.20 set 5rel ( MPjZ + K * ZI 二 0.8*(17.27 +16*1.78)二 40.120 rel MNb minset3弘二 二 1.85 1.25Z 21.6MN 所以满足要求相间距离III段： S *1.5I = n= 0.237KAMAX U *BZ = 0UN = 2400 L min L max若为方向阻抗元件，则Zii 二 Kset1K IIsenZIII =L min= 1820set1K K K cosgG)rel ss re动作时限：thi二1.8s1Z