课程设计报告l10千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算.docx

国际学院课程设计报告( 20122013 学年第 二 学期 )题目 110 千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算院（系、部）电气工程系 课 程 名 称电力系统综合课程设计 专业电气自动化技术班级2 0 1 1级电气工程1班 学号201179310213姓名john指 导 教 师魏老师目录第一章 原始资料3第二章 设计内容51、计算网络各参数52、运行方式的选定63、最大短路电流计算74、线路保护方式的确定9（1）ab 线路 1qf 的整定9（1）bc 线路 3qf 的整定 10（1）db 线路 5qf 的整定 12（1）da 线路 7qf 的整定 135、继电保护的主接线图 146、继电保护综合评价 16第三章 设计心得17第四章 参考文献1721 / 17第一章 原始资料（1）网络的接线如图 1-1 所示图 11（2）网络中各线路均采用带方向或不带方向的电流电压保护，变压器均采用纵 差动保护作为主要保护。其中变压器均为 y d 11 接线。（3）发电厂的最大发电容量为 350 兆瓦，最小发电容量为 250 兆瓦。（4）网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行。（5）允许的故障切除时间为 0.7 秒。（6）110 千伏开关均采用 dw3110 型(mkm-110 型)，它的跳闸时间为 0.050.03秒。（8）线路 a2、b3、a4、d2 的最大负荷电流分别为 230a、150a、230a、140a， 负荷的自启动系数均为 k3 = 1.5 。（9）各变电所引出线上后备保护的动作时间如图示，后备保护的 dt = 0.5s 。（10）线路的电抗均为 0.4 欧/公里。电压互感器的变比为 110000/100。其它参 数如图 11 所示。设计内容（1）选择相应计算短路点，并计算各段路点的短路电流 ik 和残余电压ures 。注意：计算u和 i 时，必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原resk则或依据，以及计算时考虑的其他因素。计算结果除用表格列出外，并需列出计 算时采用的公式及计算举例（不必列出每个计算值的计算过程）。表格形式如表 1-1 所示，残余电压表格和短路电流表格一样。（2）确定保护 1、3、5、7(或 2、4、6、8)的保护方式，以及它们的 ipu （动作电 流整定值）、upu（动作电压整定值）、kesn（灵敏系数）和 tpu（动作时限整定值）。 注意：在做保护方式的选择及整定计算时，应说明所选用保护方式的原则，每个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整定计算公式及各种系数的数值也应列出（可不必详细列出各个保护的整定计算过程， 只需举例说明一下计算方法）。表格形式如表 1-2 和表 1-3 所示。（3）绘出保护 5(或 4)的继电保护接线图(包括原图和展开图)，并要用表格列出该保护需要设备的型号、规格及数量。（4）根据“继电保护和安全自动装置技术规程”及题目给定的要求，从选择性、 灵敏性、速动性及可靠性四个方面来对本网络所采用的保护进行评价。1、 计算网络各参数第二章 设计内容计算短路电流时，各电气量如电流、电压、功率和电抗等的数值，可用有名值表示，也可用标么值表示。为了计算方便，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的衡量，衡量的值称标么值。有名值计算法 每个电气参数的单位是有名的，而不是相对值。在比较简单的网络中计算短路电流也常常采用此方法，在使用此方法计算短路电流时，应特别注意的是:必 须将各电压等级的电气参数都归算到同一电压等级上来。（1）电机参数的计算 发电机的电抗有名值：x = x d(%)un 2发电机的电抗标幺值：100sn xd (%)sbx * =100snd式中x (%) 发电机次暂态电抗；un 发电机的额定电压；ub 基准电压 230kv；sb 基准容量 100mva；sn 发电机额定容量，单位 mva。（2）变压器参数的计算 双绕组变压器电抗有名值： uk (%)un 2x t =100sn双绕组变压器电抗标幺值：x t * =uk (%)sb100sn式中uk (%) 变压器短路电压百分值；un 发电机的额定电压；ub 基准电压 230kv； sb 基准容量 100mva； sn 变压器额定容量。假设选取 基准功率 sd = 100mv a ，基准电 压 ud = 115v ， 基 准电流 i = s d d3ud= 10 01033115= 0.502ka, 基准电抗z = u d d3id= 11 51033502= 132.25。（1）电机及变压器参数的计算= x= x= x sd = 0.129 100 = 0.258xg1g2g3d sn50= x= uksd10.5100= 0.263xt1t2100 sn10040= uksd10.5100= 0.175xt3100 sn10060= x= x= x= x= uksd10.5100= 0.525xt4t5t6t7t8100 sn10020（2）输电线路参数的计算z= zlab= zlabsd100= 0.4 40 ud21152sd100= 0.4 60 = 0.121= 0.181zlbclbc2ud1152z= zlcdlcdsd 100= 0.4 50 ud21152= 0.151z= zldaldasd 100= 0.4 50 ud21152= 0.1512、 运行方式的选定原则确定运行方式就是确定最大和最小运行方式，通常都是根据最大运行方式来确定保护的整定值，以保证选择性，在其它运行方式下也一定能保证选择性，灵敏度的校验应根据最小 运行方式来校验，因为只要在最小运行方式下灵敏度一定能满足要求。（1）最大运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最大，对继 电保护而言称为系统最大运行方式，对应的系统等值阻抗最小。它是指供电系统中的发电机， 变压器，并联线路全投入的运行方式。系统在最大运行方式工作的时候，等值阻抗最小，短 路电流最大，发电机容量最大。（2）最小运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最小，对继 电保护而言称为系统最小运行方式，对应的系统等值阻抗最大。它是指供电系统中的发电机， 变压器，并联线路部分投入的运行方式。系统在最小运行方式工作的时候，等值阻抗最大， 短路电流最小，发电机容量最小。最大运行方式下的最小电源阻抗zsmin = 0.258+ 20.2632 (0.258 + 0.175) = 0.261 0.433 = 0.163最小运行方式下的最大电源阻抗zsmin =0.258 +20.263 = 0.26123、 最大短路电流计算，并计算各段路点的短路电流 ik 和残余电压 ures。 为计算动作电流，应该计算最大运行方式下的三相短路电流，为检验灵敏度要计算最小运行方式下的两相短路电流。为计算 1qf、3qf、5qf、7qf 的整定 值，根据如上系统图可知，最大运行方式要求 8qf 断开，等值阻抗图如下：k计算三相短路电流：i(3)=id z+zs minl (2)3 (3)k计算两项短路电流：ik= 2 iresk计算残余电压：u= i(3)以 k1 点发生三相短路为例(3) =id zlik1z+ z+ z+ z+ zsminlab=lbclcd0.502lcd= 0.654ka0.163 + 0.121 + 0.181 + 0.151 + 0.151(2) = 3 i(3) = 3 0.654 = 0.567kaik12 k1(3) z2= 0.654 0.151 132.25 = 10.46kvures 1 = ik1lda同理得 k2、k3、k4g 各个短路点短路电流和残余电压保系 短统ik运i(3)（ka）i(2)（ka）护行最大运行方式最小运行方式路方代式号点k10.6540.567k20.8150.7058k31.080.9353k41.7681.5311k53.082.6671ikures （ka）ures （ka）保系短统运护行最大运行方式最小运行方式路方代式号点k110.4610.46k216.3016.30k325.8525.85k428.2928.29k549.2949.29电网的短路电流分布图4、 线路保护方式的确定（一）线路保护配置的一般原则（1）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。（2）对于 110kv 及以上的电压电网的线路继电保护一般都采用近后备原则。当 故障元件的一套继电保护装置拒动时，由相互独立的另一套继电保护装置动作切 除故障。而当断路器拒绝动作时，启动断路器失灵保护，断开与故障元件相连的 所有联接电源的断路器。（3）对瞬时动作的保护或瞬时段保护，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的情冰况除外。（4） 110kv 线路保护应按加强主保护简化后备保护的基本原则配置和整定。其 中两套全线速动保护的交流电流、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的各种类型故障，均能快速动作切除故障；两套全线速动 保护应具有选相功能；两套主保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈；两套全 线速动保护分别使用独立的远方信号传输设备；具有全线速动保护的线路，其主 保护的整组动作时间应为：对近端故障不大于 20 毫秒；对远端故障不大于 30 毫秒。（5）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。（二）保护方式的确定及动作值的整定保护 1、3、5、7 的等效电路图如下图所示。（1）ab 线路 1qf 的整定瞬时电流速断保护kbmax线路 ab 末端的最大三相短路电 i(3)= 1.768karel取k = 1.3，则保护 1 的电流保护第 i 段动作电流为i= k i(3)= 1.3 1.768 = 2.298kaiop 1relkbmax保护范围的校验最小运行方式下，ab 线路 x 处两相短路的电流为：(2)=un= 1.5311kaikmin2(zs max+x%zl ab )x% zlab = u n 2i z=(2)smaxk min 110 21.5311 0.261 132.25 = 1.4x% =1.40.121132.25= 8.7% 15%灵敏度不满足要求，可采用电流电压联锁保护来提高保护的灵敏度。带时限电流速断保护:与保护 3 的第 i 段相配合kcmax保护 3 的电流保护第 i 段动作电流为i(3)i= k i(3)= 1.3 1.08 = 1.404ka= 1.08kaiop 3relkcmax = 1.1 ，则 i= k ii= 1.1 1.404 = 1.544ka3取krelop 1relop 31动作时限为t灵敏度校验= ti + t = t = 0.5skbmin本线路 ab 末端的最小两相短路电流i(2)= 1.5311ka故ksen =i(2)ikbmin= 1.0 1.5kcmin作远后备时，按相邻线路 bc 末端的最小两相短路电流i(2)来校验，(2)ikcmin= 0.9353iksen =iiiop 10.4871 = 1.9 1.2（2）bc 线路 3qf 的整定瞬时电流速断保护kcmax线路 bc 末端的最大三相短路电 i(3)= 1.08ka取krel = 1.3，则保护 3 的电流保护第 i 段动作电流为i= k i(3)= 1.3 1.08 = 1.404kaiop 3relkcmax保护范围的校验最小运行方式下，bc 线路 x 处两相短路的电流为：(2)=un= 0.9353kaikmin2(zs max+x%zl bc )x% zlbc = u n 2i z=(2)smaxk min 110 20.9353 0.261 132.25 = 24.29x% =24.290.181132.25= 100% 15%带时限电流速断保护:与保护 5 的第 i 段相配合kdmax保护 5 的电流保护第 i 段动作电流为i(3)= 0.815kai= k i(3)= 1.3 0.815 = 1.0595kaiop 5relkdmax = 1.1 ，则 i= k ii= 1.1 1.0595 = 1.165ka5取krelop 3relop 53动作时限为t灵敏度校验= ti + t = t = 0.5skcmin本线路 bc 末端的最小两相短路电流i(2)= 0.9353ka故ksen =i(2)ikcmin= 0.8 1.5kdmin作远后备时，按相邻线路 bd 末端的最小两相短路电流i(2)来校验，(2)ikdmin= 0.7058iksen =iiiop 30.3176 = 2.2 1.2（3）db 线路 5qf 的整定瞬时电流速断保护kdmax线路 db 末端的最大三相短路电 i(3)= 0.815karel取k = 1.3，则保护 5 的电流保护第 i 段动作电流为i= k i(3)= 1.3 0.815 = 1.0595kaiop 5relkdmax保护范围的校验最小运行方式下，db 线路 x 处两相短路的电流为：(2)=un= 0.7058kaikmin2(zs max+x%zl db )x% zldb = u n 2i z=(2)smaxk min 110 20.9353 0.261 132.25 = 43.4x% =43.40.332132.25= 98.8% 15%带时限电流速断保护:与保护 7 的第 i 段相配合kamax保护 7 的电流保护第 i 段动作电流为i(3)= 0.654kai= k i(3)= 1.3 0.654 = 0.8502kaiop 7relkamax = 1.1 ，则 i= k ii= 1.1 0.8502 = 0.9352ka7取krelop 5relop 75动作时限为t灵敏度校验= ti + t = t = 0.5skdmin本线路 db 末端的最小两相短路电流i(2)= 0.7058ka故ksen =i(2)ikdmin= 0.75 1.5kamin作远后备时，按相邻线路 da 末端的最小两相短路电流i(2)来校验，(2)ikamin= 0.567iksen =iiiop 50.2965 = 1.9 1.2（3）da 线路 7qf 的整定保护 7 在网络的末端，所以不存在与下级保护的配合问题，其速断保护（第 一段）的整定电流按躲过本线路的最大负荷电流来整定，保护线路全长，第二段 按过负荷的方式整定，所以不需要第三段。瞬时电流速断保护kamax线路 da 末端的最大三相短路电流i(3)= 0.654karel取k = 1.3，则保护 7 的电流保护第 i 段动作电流为i= k i(3)= 1.3 0.654 = 0.8502kaiop 7relkamax保护范围的校验最小运行方式下，da 线路 x 处两相短路的电流为：(2)=un= 0.567kaikmin2(zs max+x%zl da )x% zlda = u n 2i z=(2)smaxk min 110 20.567 0.261 132.25 = 62.5x% =62.50.151132.25= 300% 15%过负荷保护的整定动作电流的整定rel取kre = 0.85，kiii= 1.2，kst = 1.5iii kst ii= krel i= 1.21.5 230 = 487.1aiop 7kreiilmax0.85动作时限为t7 = 0灵敏度校验kamin作近后备时，按本线路 da 末端的最小两相短路电流i(2)来校验，即(2)ikamin= 0.567iksen =iiiop 50.4871 = 1.2 1.5保 护 编i（ka）1qf3qf5qf7qf备注第 i 段iiop2.2981.4041.05950.8502保护范围（%）8.7%100%98.8%300%第 ii 段iiiop1.5441.1650.93520.4871tii0.5s0.5s0.5s0kiisen1.00.80.751.2第 iii 段iiiiop0.48710.31760.2965-tiii2.0s2s0.5s-iii3.12.92.4-近后备1.92.21.9-远后备是否加电流电压互锁环节加不加不加不加整定参数号ksen5、 绘出保护 5(或 4)的继电保护接线图(包括原图和展开图)，并要用表格列出该 保护需要设备的型号、规格及数量。ka1ka2ka3ka4ka5ka6ka7kt1kt2kcokcokt1kt25dlyr直流控制电源母线 无时限电流速断保护带时限电流速断保护定时限过流速断保护延时速度按时限 定时时限跳闸回路设设备备要型号数量电流继电器 kall-5c7时间继电器 ktss-21b2出口继电器 kcodz-824e1信号继电器 ksdx-19e1电流互感器 ta2电压互感器 tv2跳闸线圈 yr16、 根据“继电保护和安全自动装置技术规程”及题目给定的要求，从选择性、 灵敏性、速动性及可靠性四个方面来对本网络所采用的保护进行评价。 一个继电保护装置的好坏，主要是从它的选择性、灵敏性、速动性及可靠性等方面衡量的。1、选择性 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能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路 和相邻下一线路的后备保护。实际上，电流速断保护 i 段常常不能通过灵敏度的 校验，主要是因为系统运行方式变化比较大，在最小运行方式下，保护 i 段往往 没有保护范围，为此，常使用电流电压联锁保护代替电流速断保护，实现 i 段的 主保护。本设计中，为了保证选择性，采用了功率方向元件，并通过上下级之间 的配合实现了保护的选择性。2、速动性 电流电压保护第一段及第二段共同作为线路的主保护，能满足网络主保护的速动性要求。而第三段保护则因为越接近电源，动作时间越长，有时动作时间长 达好几秒，因而一般情况下只能作为线路的后备保护。本设计的主保护动作时间满足题目要求。3、灵敏度 电流保护的灵敏度因系统运行方式的变化而变化。一般情况下能满足灵敏度要求。但在系统运行方式变化很大，线路很短和线路长而负荷重等情况下，其灵 敏度可能不容易满足要求，甚至出现保护范围为零的情况。三段式电流保护的主 要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。缺点是它的灵敏度受 保护方式和短路类型的影响，此外在单侧电源网络中才有选择性。4、可靠性 电流保护的电路构成，整定计算及调试维修都较为简单，因此，它是最可靠的一种保护。计算整定过程的几个注意点：1单电源环形网络的相间短路保护可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，必须详细地计算短路点短路时，渡过有关保护的短路电流和保护安装处的残余电压，然后根据计算结果和题目的要求条件下，尽可 能采用简单的保护方式。2系统运行方式的考虑除了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，发生短路时渡过保护装置的短路电流 最大和最小的系统运行方式，