毕业设计（论文）-110电网继电保护设计.doc

（论文）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。本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。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。1 运行方式的选择1.1 运行方式的选择原则1.1.1 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。1.1.2 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)t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。1.1.3 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。1.1.4 流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择(1)相间保护对单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大短路电流出现在最大运行方式；而最小短路电流，则出现在最小运行方式。对于双电源的网络，一般（当取z1=z2时）与对侧电源的运行方式无关，可按单侧电源的方法选择。对于环状网络中的线路，流过保护的电大短路电流应选取开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一线线路上。而对于电小短路电流，则应选闭环运行方式，同时再合理停用该保护背后的机组、变压器及线路。(2)零序电流保护对于单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大零序短路电流与最小零序电流，其选择方法可参照相间短路中所述，只需注意变压器接地点的变化。对于双电源的网络及环状网，同样参照相间短路中所述，其重点也是考虑变压器接地点的变化。1.1.5 选取流过保护的最大负荷电流的原则 选取流过保护的最大负荷电流的原则如下：(1)备用电源自动投入引起的增加负荷。(2)并联运行线路的减少，负荷的转移。(3)环状网络的开环运行，负荷的转移。(4)对于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增加负荷。1.2 本次设计的具体运行方式的选择电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。因此，在对继电保护进行整定计弊之前，首先应该分析运行方式。这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。因此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。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。2. 电网各元件参数计算及负荷电流计算2.1 基准值选择 基准功率：sb=100mva 基准电压：vb=115kv 基准电流：ib= sb/ 基准阻抗：zb= 电压标幺值：e=2.2 电网各元件等值电抗计算2.2.1 输电线路等值电抗计算而xl 取为0.4， （1）线段as2段 正序以及负序电抗： 零序阻抗： xl1(0)*=xl1(0)/zb=0.45 （2）线段ab（l2）等值电抗计算：正序以及负序电抗： 零序阻抗： （3）线段ab（l3）等值电抗计算： 正序以及负序电抗： 零序阻抗： （4）线段ab（l4）等值电抗计算： 正序以及负序电抗： 零序阻抗： 2.2.2 变压器等值阻抗计算 （1）变压器1b，2b等值阻抗计算： （2）变压器3b，4b等值阻抗计算： （3）变压器5b，6b等值阻抗计算： 2.2.3 发电机等值电抗计算 （1）发电机g1，g2电抗标幺值计算： 2.2.4 最大负荷电流计算 （1）5b，6b允许的最大额定电流为： 3b，4b允许的最大额定电流为： （2）依要求可知bs1，as2 ct变比为：600/5,600/5 故可取as2线路的最大负荷电流为：500a即0.5ka bs1线路取最大负荷电流为：400a即0.4ka2.2.5 各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流为 （1）保护1的最大方式：发电机g1，g2全投入，通过保护1的最大负荷电流为： 保护1的最小运行方式：发电机g2停，线路全部运行。 （2）保护3的最大运行方式：发电机g1，g2全投入，通过保护3的最大负荷电流为：ifhmax3=0.5ka，保护3 的最小运行方式：发电机g2停，全线运行。 （3）保护4的最大运行方式：发电机g1，g2全投入，通过保护4的最大负荷电流为：if hmax4=0.4+0.16*2=0.4+0.33=0.73ka，保护4 的最小运行方式：发电机g2停，全线运行。 （4）保护6的最大运行方式：发电机g1，g2全投入，通过保护6的最大负荷电流为：ifhmax6=0.4ka。 （5）保护2和保护5因正常运行时不可能有正向电流流过，要是有正向电流通过，定是电路发生故障，即在保护2和保护5上装设方向功率继电器即可。3 短路电流计算3.1 电网短路等效电路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：图3.1.1 电网短路等效电路图3.2 短路电流计算3.2.1 1点短路时流过断路 （1）d1点短路最大运行方式下等值电路图如下： 图3.2.1 d1点短路时最大运行方式下等值电路图进一步简化可得： 图3.2.2 正负序短路电路图而: 其中 （2）d1点两相短路时最小运行方式下短路电流（3）最大运行方式下两相短路零序短路电流图3.2.3最大运行方式下亮相短路零序短路电流3.2.2 d2短路时流过短路（1） 最大运行方式下正序短路电流图3.2.4 d2 发生短路时最大运行方式下等值电路图从而做出正负序短路电路图如下：图3.2.5做出正负序短路等值电路图而：（2） 最小运行方式下两相短路的正序电流（3）最大运行方式下两相短路的零序电流图3.2.6最大运行方式下两相短路的零序短路电流3.2.3 d3 短路时流过断路器（1）d3 短路最大运行方式下等值电路图如下：图3.2.7最大运行方式下d点短路是等值电路图从而做出正负序短路电路图如下：图3.2.8正负序短路电路图而：(2)最小运行方式下两相短路的正序电流（3） 最大运行方式下两相短路的零序电流图3.2.9最大运行下两相短路的零序电流 3.2.4 d4点短路时流过短路器（1）d4 点短路最大运行方式下等值带南路图如下：图3.2.0最大运行方式下d4 点短路时的等值电路图从而做出正负序短路电路如下：图3.3.1正负序短路电路图而（2）最小运行方式下两相短路的正序电流（3）最大运行方式下两相短路的零序电流图3.3.2 最大运行方式下两相短路零序电路图3.2.5 d5短路时流过断路（1）d5点短路时，最大运行方式下等值电路图如下：图3.3.3 最大运行方式下等值电路图从而作出其正负序短路电路图如下：图3.3.4 正负序电路图从而:（2）最小运行方式下两相短路的正序电流（3）最大运行方式下两相短路的零序电流图3.3.5 最大运行方式下两相短路的零序电路图3.3.6 d6 点短路时流过断路器（1）d6点短路时，最大运行方式下等值电路图如下：图3.3.6 d6短路时最大运行方式下等值电路图从而作出其正负序短路电路图如下： 图3.3.7 正、负序电路图而:（2）最小运行方式下两相短路的正序电流（3）最大运行方式下两相短路的零序电流图3.3.8 最大运行方式下两相短路的零序电路图4.继电保护的整定计算和校验4.1断路器1距离保护的整定计算和校验4.1.距离保护段的整定计算（1）动作阻抗：对输电线路按躲过本线路末端短路来整定。取（2）动作时限：距离保护段的动作时限是有保护装置有动作时限决定，人为延时为0，即4.1.2距离保护段的整定计算（1）动作阻抗：按下列三个条件选择（取）与相邻线路l1（as2）的保护段相配合，并作出等效电路图，如下：图4.1.1 整定段时求的电路显然由图可知：与相邻线路l2（ab）的保护段相配合，并作出等效电路图，如下：图4.1.2整定段时求的电路显然由图可知：与相邻变压器快速保护相配合，作出等效电路图，如下：图4.1.3整定段时求的电路显然由图可知：取以上三个计算值中最小值为段整定值，即（2）动作时间：与相邻保护段相配合，则它恰能满足与相邻线路l2和变压器保护配合要求（3）灵敏性检验：满足保护要求。4.1.3距离保护段整定计算（1）动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗来选择，取于是（2）动作时间：（3）灵敏性检验：本线路末端短路时的灵敏系数为：满足要求相邻元件末端时的灵敏系数： 段相邻元件l1（as2）段末端灵敏系数为：作出等效电路图，如下：图4.1.4整定段时求的电路显然如图可知：不满足要求段相邻元件l2（ab）段末端灵敏系数为：klm=zdz1zl3+kfhmaxzl2 做出等效电路图如下图4.1.5图4.1.5相邻元件l2时，整定等效电路显然由图可知kfz=i2i1=1=kfzmax所以 klm=24.1844+112 =1.51.2 满足要求 与相邻变压的快速保护相配合 klm=zdz1zl3+kfhmaxzt3 做出等效电路图如下图4.1.6图4.1.6相邻线路为变压器时，整定等效电路显然由图可知 kfz=i2i1=12=kfzmax 所以 klm=24.1844+1262.92 =0.6771.2 不符合要求4.2 断路器2距离保护的整定计算和校验 动作阻抗：取 kk=0.85 zdz2=kkzl3=0.854=3.4 动作时限：t=0s 由于断路器2没有下一线路，所以断路器2无需进行第段和第段整定，只需在保护上装设方向功率继点保护即可。4.3 断路器3距离保护的整定计算和校验 动作阻抗：取 kk=0.85 zdz3=kkzl1=0.8520=17 动作时限：t=0s由于断路器3没有下一线路，所以断路器3无需进行第段和第段整定。4.4 断路器4距离保护的整定计算和校验 4.4.1距离保护的段的整定计算 动作阻抗：取 kk=0.85 zdz4=kkzl2=0.8512=10.2 动作时限：t4=0s 4.4.2距离保护的段的整定计算 动作阻抗：按下列两种情况选择（取k=0.8，kk=0.85）与相邻线路l4bs1段线路的段相配合，并作出等效电路图如下图1.4.7图4.1.7相邻线路l4时的整定等效电路显然由图可知： kfz=i2i1=1=kfzmax 所以zfz4=kkzl2+kkkfzminzl4 =0.812+0.85110.4 =16.672与相邻变压器保护相配合，并作出等效电路图如图1.4.8图4.1.8相邻线路为变压器时的整定等效电路 显然由图可知： kfz=i2i1=12=kfzmin 所以zdz4=kkzl2+kfzminzt5=0.812+1239.95=25.59 取上式计算其中最小值的整定值，即zdz4=16.672 动作时限 t4=t6+t=0.5s 灵敏度校验 klm=zdz4zl2=16.67212=1.5891.5 满足要求4.4.3距离保护段整定计算（1）动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗来选择(方向阻抗继电器)取 且又知即知（2）动作时间：（3）灵敏度检测本线路末端的灵敏度系数 符合要求相邻元件灵敏度系数：.相邻线路l（bs）的末端灵敏度系数：作出等效电路图如下：图4.1.9相邻线路为l4时的整定等效电路显然由右图可知： 符合要求相邻变压器的末端灵敏度系数：又知 符合要求4.5断路器5与距离保护的整定计算（1）动作阻抗：按躲过线路末端短路时整定。即（2）动作时间：由于断路器没用下一线路，所以断路器就无需进行第段和第段的整定计算。只需在断路器5装设一个功率方向继电器即可。4.6断路器6距离保护的整定与计算（1）动作阻抗： 按躲过线路末端短路时整定。即(2)动作时限：由于断路器6没有下一线路，所以断路器6就无需进行第段和第段的整定计算。5继电保护的零序电流保护的整定计算和校验5.1继电保护的零序电流保护的整定计算和校验5.1.1零序电流保护段的整定计算（1）躲开下一线路出处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流即 （2）躲开线路的三相触头不同期各闸时出现的零序电流 各一相，相当于断开两相，流过断路器的零序电流： 各两相，相当于断开一相，流过断路器的零序电流取两种情况较大值，即 故整定值为：5.1. 2零序电流保护ii段的整定计算（1）起动电流零序ii段的起动电流应与下一段路的零序i段相配合。该保护与下一线段保护之间有中性点接地变压的，该保护的起动电流i0dz,取kk=1.2 ,i0=4.973uaid03s*=xl1 cos/xt1/2+xl3（0）+xt5/2/xl1（0）+xl2(0)+xl1(0) =0.45/0.373+0.09+0.073+0.45+0.27=0.358id0.is*=id0.3s*i0=0.358*4.973=1.780ka即i0dz=kk*id03s=1.2*1.780=2.136ka(2)动作时限零序ii段的动作时限与相零线路零序i段保护相配合，动作时限一般取0.5s（3）灵敏度检验零序ii段的灵敏系数应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流校验，并满足kem1.5的要求，即kem=3i0min/i0dz=3*4.973/2.136=6.9851.5符合要求。5.1.3零序电流保护iii段的整定计算（1）起动电流躲开下条线路出现三相间短路时所出现的最大不平衡电流ibpmax,即ibpmax=0.15ka kk/ ibp=1.2*0.15=0.18ka与下一线路零序电流iii段相配合是本保护零序iii段的保护范围，不能超出相邻线路上零序iii段的保护范围。起动电流整定为:i0dz/=kk/*ibp3s而ijs=xt4/2/xl1（0）/xl3（0）+xt1/2+xt4/2/xl1（0）=0.252ijs=ijs*ibpmax=0.252*0.15=0.038ka即ibpis=0.038kai0dz/=kk/*ibp3s=1.2*0.038=0.0456ka取较大值作为零序iii段起动电流，即i0dz/=0.18ka（2）灵敏度校验： 作为本线路近后备保护时，流过本保护最小零序电流3i0min/来检验，要求kem2.即kem=3i0min/i0dz=3*0.150/0.18=2.52符合要求。（3）动作时限为保证选择各保护的动作时限也按阶梯原则选择 t1/=t4/+t=1.5s5.2断路器2零序电流保护的整定计算和校验（1）躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流，即kk/=1.2 i0dz/=kk/*3i0max=1.2*3*7.123=25.643ka（2）躲过断路器三相触头不同期各闸间时出现的零序电流3i0dz/=kk/*3i0bt先合两相相当于断开一相3i0bt=3*2e/（2z1+z0）=6*115/（2*4+12）=34.5ka先合两相，相当于断开一相3i0bt=3*2e/（z1+2z0）=6*115/（4+12*2）=41.4ka故整定值为：i0bt=41.4ka由于断路器3无下一回线路，所以无需整定零序保护第ii和第iii段5.3断路器3零序电流电流保护的整定计算和校验（1）躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可出现的最大零序电流：i0dz/= kk/*3i0max=1.2*0.892=1.07ka（2）躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的零序电流3i0st ，即i0dz=kk*3i0st先合一相，相当于断开两相。3i0st=2*3e/（2z1+z0）=6*115/(2*20+60)=6.9ka先合三相，相当于断开一相。3i0st=2*3e/（z1+2z0）=6*115/(20+2*60)=4.929ka3i0st取较大者，即i0dz=kk/*3i0st=1.2*6.9=8.28ka故整定值为：i/0dz=8.28ka由于线路l1为110kv电压等级的最后一回路，故无需整定零序保护的第段和第段。5.4 断路器4个零序电流保护的整定计算和校验5.4.1断路器4零序电流保护段整定计算（一）躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流，即i/0dz=kk/.3i0.max=1.2*3*1.528=5.508ka（二）躲开断路器三相触头不同时期合闸时出现的零序电流3i0.st即i/0dz= kk/3i0.st先合一相，相当于断开两相。3i0.st=2*3e/（2z1+z0）=6*115/（2*12+36）=11.5ka先合三相，相当于断开一相。3i0.st=2*3e/（z1+2z0）=6*115/（12+36*2）=8.214ka3i0st取最大者，即i/0dz=kk/*3i0st=1.2*3*11.5=41.4ka故整定值为：i/0dz=41.4ka5.4.2断路器4零序电流保护段整定计算（一）起动电流零序段的起动电流应与下一线路的零序段相配合。该保护与下一条线路的保护之间有中线点接地变压器，该保护的起动电流i/0.dz取kk/=1.2,i0=7.123-1.528=5.595kaid0.3s* =(xl3(0)+xt1/2)/xl1(0)/xt3/2/xl2(0)/(xl3(0)+xt1/2)/ xl1(0)/xt3/2/xl2(0)+xl4(0) =0.087id0.3s= id0.3s*i0=0.087*5.595=0.487ka（二）动作时限：动作时限一般取0.5s（三）灵敏度校验：零序段灵敏度系数应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流时校验，并满足klm1.5要求， 即klm=3i0.min/i/0dz=3*5.595/0.584=28.71.5 符合要求。5.4.3断路器4零序电流保护段整定计算（一）起动电流躲开在下一条线路出处相间短路时出现的最大不平衡电流 ibp.max 即ibp.max=0.044ka*kk/=1.2 i/0.dz= kk/ibp.max=1.2*3*0.044=0.158ka与下一条线路零序电流段相配合就是本保护零序段的保护范围，不能超出相邻线路上零序段保护范围。起动电流整定为：i/0.dz= kk/idp.isiis*=xt5/2(xt5/2+xl4(0)=0.39iis=iis* idp.is=0.39*0.044=0.017ka即idp.is=0.017kai/0.dz= kk/idp.is=1.2*0.017ka=0.021ka取较大值作为零序段起动电流，即0/0.dz=0.158ka（二）动作时限：为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择，t4=t6+t=1s（三）灵敏度校验：要求klm2，即klm=3*0.150/0.158=2.85ka2符合要求。5.5 断路器5个零序电流保护的整定计算和校验（一）躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3i0*max，即kk=1.2，i0.dz=kk*3i0*max=1.2*3*7.132=25.657ka(二) 躲过断路器三相触头不同期各闸时出现的零序电流3i0*st即i0*dz=kk*3i0.st 先合一相，相当于断开两相。3i0st=6e/（2z1+z0）=6*115/(2*12+36)=11.5ka 先合三相，相当于断开一相。3i0st=6e/（z1+2z0）=6*115/(12+36*2)=8.21ka3i0st取较大者，即i0dz=kk/*3i0st=1.2*11.5=13.8ka故整定值为：i/0dz=13.8ka由于断路器无下一回线路，所以无需整定零序保护的第段和第段。5.6 断路器6个零序电流保护的整定计算和校验（一）躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3i0*max，即kk=1.2，i0.dz=kk*3i0*max=1.2*3*1.528=5.501ka(二) 躲过断路器三相触头不同期各闸时出现的零序电流3i0*st，即i0*dz=kk*3i0.st。 先合一相，相当于断开两相。3i0st=6e/（2z1+z0）=6*115/(2*10.4+31.2)=13.269ka 先合三相，相当于断开一相。3i0st=6e/（z1+2z0）=6*115/(10.4+31.2*2)=9.478ka3i0st取较大者，即i0dz=kk/*3i0st=1.2*13.269=15.923ka故整定值为：i/0dz=13.8ka由于线路l4为110kv电网中的最后一回线路，故不需整定零序保护的第段和第段。6对所选择的保护装置进行综合评价6.1 对零序电流保护的评价零序电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根椐运行需要增减段数。为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理。接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大。当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流保护。特别是零序电流保护中最小定值的保护段，它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。因此，零序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数。零序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成，其整定配合遵循反映同种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则，主要考虑与相邻下一级的接地保护相配合；当装设接地短路故障的保护时，则一般在同原理的保护之间进行配合整定。6.2 电流保护的综合评价 电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只