电力系统继电保护课程设计-电力变压器继电保护设计.doc

电力系统继电保护课程设计报告电力系统继电保护课程设计专 业： 电气工程及其自动化 设计题目： 电力变压器继电保护设计 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 分院院长： 教研室主任： 电气工程学院20一、课程设计任务书 1.设计内容原始数据：某变电所的电气主接线（见附图），已知两台变压器均为三绕组、油浸式、强迫风冷、分级绝缘，其参数：sn=31.5mva;电压为11042.5%38.522.5%11kv；短路电压uhm（%）=10.5，uh.l（%）=17, uml（%）=6。两台变压器同时运行，110 kv侧的中性点只有一台接地，若只有一台运行，则运行变压器中性点必须接地，其余参数如附图。2.设计任务及要求：1、认真完成系统设计计算，并熟练掌握基本接线操作。2、要求规划并完成图纸的绘制，布局，标注及图形符号的绘制符合电气规范，准确，清晰，美观。3、书写报告，3千字左右，报告按照设计过程来进行书写（包括计算过程，电气接线过程，绘制过程及设计总结），变压器主接线图、系统电气接线图各一份。3.参考资料1.电气设备用图形符号国家标准汇编中国标准出版社 2.电力系统继电保护原理 贺家李 中国电力出版社20043.继电保护原理学习指导 刘学军 中国电力出版社2011 4.设计进度（2014年11月17日至11月28日） 时间设计内容1719日查阅资料20-23日完成数据计算2425日完成接线图纸绘制26-27日完成电气接线实践 设计答辩11月28日完成课程设计论文5.答疑时间及地点目 录第一章 绪论5第二章 运行方式的选择71.1 运行方式的选择原则71.1.1 发电机、变压器运行方式选择的原则71.1.2 变压器中性点接地选择原则81.1.3 线路运行方式选择原则81.1.4 流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择81.1.5 选取流过保护的最大负荷电流的原则91.2 本次设计的具体运行方式的选择9第三章 保护装置的整定计算93.1 断路器1距离保护的整定计算和校验93.1.1 距离保护段的整定计算93.1.2距离保护段的整定计算和校验103.1.3距离保护段的整定计算和校验113.2断路器2距离保护的整定计算和校验113.2.1距离保护段的整定计算113.2.2距离保护段的整定计算和校验123.2.3距离保护段的整定计算和校验13第四章 线路保护方式的选择、配置方案的确定144.1 保护的配置原则144.2 配置方案的确定154.2.1 保护装置的配置15第五章 课程设计总结16参考文献：18 第一章 绪论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。因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段：继电保护的萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化的发展。随着计算机硬件的迅速发展，微机保护硬件也在不断发展。电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护。继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信号量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性，速动性，灵敏性，可靠性。对于一个大电网，故障发生的几率和故障带来的扰动是相当大的，如果没有切除故障的保护装置，电网是不允许运行的。这就是继电保护在实际应用中的重要程度。正确安装保护装置的必要性是显而易见的。但在系统复杂的内部连接和与电厂的关系致使很难检查正确与否。因此有必要采取校验手段。保护是分区域布置的，这样整个电力系统都得到了保护，而不存在保护死区。当故障发生时，保护应有选择地动作，跳开距离故障点最近的开关。电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态。故障和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故。故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。而这种保护装置直到目前为止，大都是由单个继电器或者继电器与其附属设备的组合构成的，因而称之继电保护装置。其基本任务是：（1）自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号，减负荷或跳闸。可见，继电保护对保证系统安全、稳定和经济运行，阻止故障的扩大和事故的发生，发挥着极其重要的作用。因此，合理配置继电保护装置，提高整定和校核工作的快速性和准确性，以满足现代电力系统安全稳定运行的要求，理应得到我们的重视。第二章 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。第三章 保护装置的整定计算3.1 断路器1距离保护的整定计算和校验3.1.1 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kk=0.85；zdz=kkzl3=0.8536=30.6；(2)动作时限 距离保护段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t=0s。3.1.2距离保护段的整定计算和校验(1)动作阻抗：按下列三个条件选择。与相邻线路l4的保护的段配合zdz=kk(zl3+kkfhminzl4)式中，取k=0.85, kk=0 .8，kfhmin为保护7的段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。当保护7的段末端发生短路时，分支系数为：kfhmin=il3/il4=1于是zdz=kk(zl3+kkfhminzl4)=0.8(36+0.85110)=35.6；与相邻线路l2的保护的段配合zdz=kk(zl3+kkfhminzl2)式中，取k=0.85, kk=0 .8，kfhmin为保护5的段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。当保护5的段末端发生短路时，分支系数为：kfhmin=il3/il4=1于是zdz=kk(zl3+kkfhminzl2)=0.8(36+0.85116)=39.68；按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定zdz=kk(zl3+kfhminztc)式中，取kk=0 .8，kfhmin为保护7的段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。当保护7的段末端发生短路时，分支系数为：kfhmin=il3/il4=(xl1+xl2+xl3)/2xl1=1于是zdz=kk(zl3+kkfhminzl4)=0.7(36+163.5)=69.65；取以上三个计算值中最小者为段整定值，即取zdz=35.6；(2)动作时间，与相邻保护7的段配合，则t1=t7+t=0.5 s它能同时满足与相邻线路l2和变压器保护配合的要求。(3) 灵敏性校验：klm= zdz/zl3=35.6/36=0.991.5,满足要求。3.1.3距离保护段的整定计算和校验(1)动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定；kzq=1,kh=1.15,kk=1.2，ifmax=0.326kazfmin=0.9ue/1.732ifmax=0.9115/1.7320.326=183.3于是zdz= zfmin/kkkh kzq=183.3/1.21.151=132.8(2)动作时间：断路器5的动作时间为：t5= tdz+t=1.5+0.5=2 s断路器5的动作时间为：t7= tdz+t=1.5+0.5=2 s变压器保护的动作时间为：t= tdz+t=1.5+0.5=2 s取其中较长者，于是断路器1的动作时间为：t1= t5+t=2+0.5=2.5 s(3)灵敏性校验： 本线路末端短路时的灵敏系数为： klm= zdz/zl3=132.8/36=3.681.5 ，满足要求 相邻元件末端短路时的灵敏系数为： 相邻线路l4末端短路时的灵敏系数为； 最大分支系数：kfhmax=(xl1+xl2+xl3)/(xl1+xl2)=(36+16+20)/(20+16)=2 klm=zdz/(zl3+ kfhmaxzl4)= 132.8/(36+210)=2.371.2 ，满足要求 相邻线路l2末端短路时的灵敏系数为；最大分支系数：kfhmax=il3/il4=(xl1+xl2+xl3)/xl1=(36+16+20)/20=3.6 klm= zdz/(zl3+ kfhmaxzl2)=132.8/(36+3.616)=1.421.2 ，满足要求 相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；最大分支系数：kfhmax=(xl1+xl2+xl3)/(xl1+xl2)=(36+16+20)/(20+16)=2 klm= zdz/(zl3+ kfhmaxzl2)= 132.8/(36+263.5/2)=1.331.2 ，满足要求3.2断路器2距离保护的整定计算和校验3.2.1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kk=0.85zdz=kkzl1=0.8520=17；(2)动作时限距离保护段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t=0s。3.2.2距离保护段的整定计算和校验(1)动作阻抗：按下列三个条件选择。与相邻线路l2的保护的段配合zdz=kk(zl1+kkfhminzl2)式中，取k=0.85, kk=0 .8，kfhmin为保护7的段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。当保护7的段末端发生短路时，分支系数为：kfhmin=il3/il4=1于是 zdz=kk(zl1+kkfhminzl2)=0.8(20+0.85116)=26.88；按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定zdz=kk(zl1+kfhminztc)式中，取kk=0 .8，kfhmin为保护7的段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。当保护7的段末端发生短路时，分支系数为：kfhmin=il3/il4=1于是zdz=kk(zl1+kfhminzl4)=0.7(20+163.5)=58.45；取以上二个计算值中最小者为段整定值，即取zdz=26.88；(2)动作时间，与相邻保护7的段配合，则t1=t4+t=0.5 s它能同时满足与相邻线路l2和变压器保护配合的要求。(3) 灵敏性校验：klm= zdz/zl3=26.88/36=1.341.5,满足要求。3.2.3距离保护段的整定计算和校验(1)动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定；kzq=1,kh=1.15,kk=1.2，ifmax=0.326kazfmin=0.9ue/1.732ifmax=0.9115/1.7320.326=183.3于是：zdz= zfmin/kkkh kzq=183.3/1.21.151=132.8(2)动作时间：断路器4的动作时间为：t5= tdz+t=2+0.5=2 .5s变压器保护的动作时间为：t= tdz+t=1.5+0.5=2 s取其中较长者，于是断路器2的动作时间为：t1= t5+t=2.5+0.5=3 s(3)灵敏性校验： 本线路末端短路时的灵敏系数为： klm= zdz/zl3=132.8/20=6.641.5 ，满足要求 相邻元件末端短路时的灵敏系数为： 相邻线路l2末端短路时的灵敏系数为； 最大分支系数：kfhmax=(xl1+xl2+xl3)/xl3=(36+16+20)/36=2 klm=zdz/(zl1+ kfhmaxzl4)= 132.8/(20+216)=2.551.2 ，满足要求相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；最大分支系数：kfhmax=(xl1+xl2+xl3)/(xl3+xl2)=(36+16+20)/(36+16)=1.38 klm= zdz/(zl1+ kfhmaxzl2)= 132.8/(20+1.3863.5)=1.231.2 ，满足要求第四章 线路保护方式的选择、配置方案的确定4.1 保护的配置原则小电流接地系统（35kv及以下）输电线路一般采用三段式电流保护反应相间短路故障：由于小电流接地系统没有接地点，故单相接地短路仅视作异常运行状态，一般利用母线上的绝缘检查装置发信号，由运行人员分区停电寻找接地设备。对于变电站来讲，母线上出线回路较多，也涉及供电的连续性问题，故一般采用零序电流保护反应接地故障。110kv输电线路一般采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。对于极个别非常短的线路，如有必要也可以采用纵差保护作为主保护。4.2 配置方案的确定根据题目的要求和保护的配置原则，从经济性出发：本系统线路的保护方式采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。其中，第一段作为线路的主保护，二、三段作为后备保护。4.2.1 保护装置的配置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。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：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。第五章 课程设计总结通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关电力系统继电保护环节短路电流计算方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了电力系统继电保护很多方面的识别和测试；熟悉了保护装置的整定计算；了解了如何选择相关元器件方法；以及如何提高整个电力系统继电保护线路的性能等等，掌握了一些综合的方法和技术，通过查询资料，也了解了如何进行变压器保护装置的配置原理。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事