继电保护课程设计

中北大学信息与通信工程学院电力系统自动化继电保护课程设计第 1 页 共 18 页 课程设计任务书1.1 相间保护整定计算 一、110KV 单侧电源环形网络相间短路保护整定计算进行步骤 、短路电流及残余电压计算 考虑到 35110KV 单电源环形网络相间短路保护可能采用带方向或不带方向的电流电压保护，因此在决定保护方式前，必须较详细地计算各短路点短路时，流过有关保护的短路电流 IK和保护安装处的残余电压 Ures。然后根据计算结果，在满足“继电保护和自动装置技术规程”和题目给定的要求条件下，尽可能采用简单的保护方式。计算 IK和 Ures的步骤及注意事项如下。 （1）系统运行方式的考虑 除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时流过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式， 以便计算保护的整定值和保护灵敏度。在需采用电流电压联锁速断保护时，还必须考虑系统的正常运行方式。 （2）短路点的考虑 求不同保护的整定值和灵敏度时，应注意短路点的选择。若要绘制短路电流、电压与距离的关系曲线，每一条线路上的短路点至少要取三点，即线路的始端、中点和末端三点。 （3）短路类型的考虑 相间短路保护的整定计算应取系统最大运行方式下三相短路电流，以作动作电流整定之用；而在系统最小运行方式下计算两相短路电流，以作计算灵敏度之用。U res的计算选用三相短路或两相短路进行计算均可，因为对保护所取的残余而言， 三相短路和两相短路的残余数值相同。 若采用电流电压联锁速断保护，系统运行方式应采用正常运行方式下的短路电流和电压的数值作为整定之用。 （4）I K和 Ures 为了便于整定计算时查考每一点的短路时保护安装处的 IK和 Ures，将计算结果列成表格。 流过保护安装处的短路电流应考虑后备保护的计算需要，即列出本线路各短路点短路时流过保护安装处的短路电流，还要列出相邻线路各点短路时流过保护安装处的短路电流。保护安装处的残余电压 Ures列表与短路电流 IK相似。 计算 IK和 Ures时，用标么值或用有名值均可，可根据题目的数据，用较简单的方法计算。电压一律用平均电压。 、保护方式的考虑及整定计算 采用什么保护方式，主要视其能否满足规程的要求。能满足要求时，所采用的保护就可采用；不能满足要求时，就必须采取措施使其符合要求或改用其他保护方式。 中北大学信息与通信工程学院电力系统自动化继电保护课程设计第 4 页 共 18 页 选用保护方式时，首先考虑采用最简单的保护，以便提高保护的可靠性。当采用简单保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，则可采用较复杂的保护方式。 选用保护方式时，可先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。 当采用的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸来校正选择性或加速保护动作。 当灵敏度不能满足要求时，在满足速动性的前题下，可考虑利用保护的相继动作，以提高保护的灵敏性。 在用动作电流、电压或动作时间能保证选择性时，不要采用方向元件以简化保护。 后备保护的动作电流 IOP必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电流 IOP大于下一元件保护的动作电流 IOP，且有一定的裕度，以保证选择性。 、绘制保护原理接线图 要求绘制单相接线图。 、说明书 说明书应有下列内容： （1） 题目 （2）I K和 Ures计算结果，计算结果用表格列出。必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原则或依据，以及计算时考虑的其他因素。 （3）保护方式的选择及整定计算结果 要求说明选用保护方式的原则，各保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。整定计算时所采用的公式及各种系数的数值也应列出。 (4)对保护的评价 主要根据“继电保护和自动装置技术规程”及题目给定的要求，从选择性、灵敏性和速动性、可靠性四个方面来评价所采用保护的质量。当某一方面不能满足要求时，要分析它可能产生的后果，并提出补救措施。 1.2 时间安排 、I K和 Ures计算 .1.5 天 中北大学信息与通信工程学院电力系统自动化继电保护课程设计第 5 页 共 18 页 、保护方式选择及整定计算 .1 天 、绘制保护原理接线图 .1 天 、整理说明书 .0.5 天 、课程设计考核 .1 天 1.3 题目 1.3.1 110k 单电源环形网络如图所示，已知： （1）线路 AB 、 BC 、 CA 的最大负荷电流分别为 230 、 150 、 230 ，负荷的自起动系数 KSS=1.5； （2）网络中各线路采用带方向或不带方向的电流电压保护，变压器采用纵联差动保护作为主保护，变压器为， d11 接线； （3）发电厂的最大发电容量为 3 50 ，最小发电容量为 2 50 ( 60MVA 发变组停运 ) ； （4）各变电所引出线上的后备保护动作时间如图示，后备保护的时限级差 t 0.5s ； （5）线路的电抗每公里均为 0.4 ； （6）电压互感器的变比 n TV=110/0.1， AB 、 AC 线路电流互感器变比 nTA=300/5， BC 线路电流互感器变比 nTA=200/5，其它参数如图所示。 试确定： （1）保护 1 、 3 、 5( 或 2 、 4 、 6) 的保护方式，以及它们的 I OP、 U OP、 K sen和 T OP； （2）保护 3(或 4) 的保护原理接线图； （3）对本网络所采用的保护进行评价。 中北大学信息与通信工程学院电力系统自动化继电保护课程设计第 6 页 共 18 页 引言电力系统继电保护作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的电力系统继电保护这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。中北大学信息与通信工程学院电力系统自动化继电保护课程设计第 7 页 共 18 页 1 110KV 线路继电保护和自动装置的配置1.1保护装置的配置1.1.1 主保护的配置由系统可知 110KV 线路配置有众联保护，全线路上任意点故障都能快速切除。保证系统稳定安全运行。1.1.2 后备保护的配置考虑保护性能优越性：110 线路应该配距离保护，但是距离保护复杂而且价格昂贵，维护困难。考虑经济的优越性：可以尝试配三段式电流保护，同时由于系统是环网运行，相当于双电源运行一定要加方向元件。在 110KV 等级电力网络中，三段式电流保护可能在系统最小运行方式下没有保护范围，如果系统在最小运行方式下运行的几率不大的情况下，而且资金不够的情况下可以尝试三段式电流保护，基本可以保证系统正常运行。考虑系统的运行方式：110KV 高压输电网络应该属于大接地电力系统，需要配置零序保护。如上考虑到环网运行，也要加方向元件。保证保护不误动作。结论：继电保护保护装置的配置不是一层不变的，要考虑系统运行情况、经济状况、人员技能、环境影响等等情况，但是电力系统继电保护的基本任务不变：中北大学信息与通信工程学院电力系统自动化继电保护课程设计第 8 页 共 18 页 1.自动、迅速、有选择的将故障元件冲系统中切除。2.反应电力设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，动作于发出信号或跳闸。1.2自动装置配置1.2.1 简述电力系统自动装置是指在电力网中发生故障或异常时起控制作用的设备，主要包括自动重合闸、备用电源自动投入装置、低频减载和失压解列装置等设备，电网中自动装置的型号多、逻辑千变万化，在实际运行中会暴露一些问题。电网中自动装置的配置，需要我们进行全面的考虑。 20MVA60MVAcos.85X240VA20MVA3W1.2.2 系统安全自动装置的配置配置重合闸：在电力系统故障中，打多数故障是输电线路故障。运行经验表明大多数线路故障是“瞬时性”故障，此时，如果把断开的线路在合上，就能恢复正常供电。结论：如图所示：该系统为 110KV 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。配置备用电源自动投入装置：当 线 路 或 用 电 设 备 发 生 故 障 时 ， 能 够 自 动 迅 速 、 准确 的 把 备 用 电 源 投 入 用 电 设 备 中 或 把 设 备 切 换 到 备 用 电 源 上 ， 不 至 于 让 用 户 断 电 的中北大学信息与通信工程学院电力系统自动化继电保护课程设计第 9 页 共 18 页 一 种 装 置 。结论：如图所示：该系统为 110KV 输电线路系统，根据系统要求，如果 B 变电站或 C 变电站中的两台变压器，为了保证负荷可以长时间的正常运行，应该加入 AAT 装置。配置低频、低压减载装置：它在电力系统发生事故出现功率缺额使电网频率、电压急剧下降时,自动切除部分负荷,防止系统频率、电压崩溃,使系统恢复正常,保证电网的安全稳定运行和对重要用户的连续供电。结论：如图所示：该系统为 110KV 输电线路系统，根据当地系统运行状况和系统要求，为了保证系统能够稳定运行，防止系统频率、电压崩溃应该在变电站 B、C、D中配置低频、低压减载装置。2 110KV 线路继电保护整定计2.1 系统条件： 20MVA60MVAcos.85X240VA20MVA3W110k单电源环形网络如图所示，已知：（1）线路 AB、BC、CA 的最大负荷电流分别为 230、200、250，负荷的自起动系数 ；5.sK（2）网络中各线路采用带方向或不带方向的电流保护，变压器采用纵联差动保护作为主保护，变压器为，d11 接线；中北大学信息与通信工程学院电力系统自动化继电保护课程设计第 10 页 共 18 页 （3） 发电厂的最大发电容量为 350，最小发电容量为 250(发变组停运)；（4）各变电所引出线上的后备保护动作时间如图示，后备保护的时限级差t0.5s；（5）线路的电抗每公里均为 0.4；（6）电压互感器的变比 ，AB、AC 线路电流互感器变比 ，1.0/TVn 5/30TAn其它参数如图所示。 （把线路 AC 改为 40km）试确定：（1）保护 1、3、5(或 2、4、6)的保护方式，以及各保护的二次动作值，校验保护的灵敏系数；（2）画出保护 3(或 4)的原理接线图2.2 三段式电流保护整定计算1.计算网络参数：选取基准功率 B=100MVA 和基准电压为 VB=115Vav 219.058.1029.SX X N*G()*G3(B)*G2()*G1(B) 7.601. B*T1()*T3()*T2(B)*1()T 52.5.SX X N*T3()*6(B)T*5()T*4(B)T 1.040.VL 22BA()*LBC()*LA电路图等值图2.2.1 计算 BC 线路其最大运行方式短路电流CA 线路断开，C 端发生短路故障，各序网图如下所示正序中北大学信息与通信工程学院电力系统自动化继电保护课程设计第 11 页 共 18 页 负序零序正序阻抗 = =0.371=*1Z12.03175.029.*2Z零序阻抗 51.36.25.|)6.0.(0 故障点 C：三相 6952371.0X1I）3（ k化为有名值 A.406952）3（ k 两相 3.X1I）2（ k化为有名值 A15.01542）2（ k 单相 3