《电力系统继电保护原理》课程设计—110KV电网线路保护设计.doc

电气工程学院课程设计电力系统继电保护原理课程设计110kv电网线路保护设计 一、原始资料1、 110kv电网接线示意图如下： 2、电网参数说明(所有元件的电阻都忽略不计，并近似地取负序电抗x2=x1) (1) 线路： 已知：l1=45km,l2=50km,l3=35km,l4=60km，线路阻抗按每公里0.4计算，线路零序阻抗按3倍正序阻抗计算。 (2) 变压器： t1、t2、t7额定容量均为31.5mva，t3、t4、t5、t6额定容量均为15mva，所有变压器均为yn,dll接法，uk=10.5；1106.6kv,中性点接地方式按一般原则确定。 (3) 发电机(均为汽轮发电机)： g1,g2,g3,g4额定容量均为12mw，g5额定容量为25mw，所有发电机额定电压均为6.3kv，功率因素均为0.8。 (4)其他： 所有变压器和母线均配置差动保护，负荷侧后备保护tdz=1.5s，负荷自起动系数kzq=1.3 二、设计内容 1、建立电力系统设备参数表 2、绘制电力系统各相序阻抗图 3、确定保护整定计算所需的系统运行方式和变压器中性点接地方式 4、进行电力系统中潮流及各点的短路计算 5、进行继电保护整定计算 三、设计成果 说明书一份(含短路电流计算、整定计算、校验及保护配置图) 四、参考文献 1、电力工程设计手册(上、下) 2、电力系统继电保护设计原理，水利电力出版社，吕继绍摘 要：本设计以110kv线路继电保护为例，简述了零序电流保护和距离保护的具体整定方法和有关注意细节，对输电网络做了较详细的分析同时对于不同运行方式环网各个断路器的情况进行了述说，较为合理的选择了不同线路，不同场合下的断路器、电流互感器、电压互感器的型号。关键词：继电保护、最大运行方式、距离保护abstractthis design with 110 kv circuit relay protection as an example, expounds briefly the zero sequence current protection and distance protection of specific setting method and relevant the attention to detail on transmission network makes a detailed analysis on the different operation modes ring net each circuit breaker of story, comparatively reasonable selection of different lines, different occasions of the breaker, current transformer, voltage transformer models. key words: the relay protection, maximum operation mode, distance protection 1、引言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。这次课程设计以最常见的110kv电网线路保护设计为例进行分析设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了电路的化简，短路电流的求法，继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。2、设计资料分析与参数计算电力系统设备参数表（取sb=100mva, vb= vav）本设计所选取的的发电机型号：g1g4额定容量为12 mw的汽轮机，所采用型号为qf122g5额定容量为25 mw的汽轮机，所采用型号为qf252,具体参见下表2.1表2.1发电机型号及参数编号发电机型号额定容量功率因数额定电压ex/xd/g1g4qf2-12-212mw0.86.3kv1.080.1221g5qf2-25-225mw0.86.3kv1.080.1222l1：x1(1)=450.4=18，x1(0) *= 3x1(1) *=30.136=0.408l2：x2(1)=500.4=20 ，x2(0) *= 3x1(1) *=30.151=0.453l3：x3(1)=350.4=14，x3(0) *= 3x3(1) *=30.106=0.318l4：x4(1)=600.4=24 ，x4(0) *= 3x4(1) *=30.181=0.543t1 ,t2 , t7： t3t6：g1-g4: g5 : 经计算得以下电力系统设备参数表2.1。表2.1 电力系统设备参数表正序阻抗（有名值，）正序阻抗（标幺值）负序阻抗（标幺值）零序阻抗（标幺值）l1180.1360.1360.408l2200.1510.1510.453l3140.1060.1060.318l4240.1810.1810.544t1t244.080.330.33t744.080.330.33t3t692.580.70.7g1g40.9930.993g50.3920.3923、系统运行方式和变压器中性点接地方式的确定3.1发电机、变压器运行变化限度的选择原则：3.1.1一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，即一台机组在检修中另一台机组又出现故障；当有三台以上机组时，则应选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。3.1.2一个厂、站的母线上无论接有几台变压器，一般应考虑其中最大的一台停用。因变压器运行可靠性较高，检修与故障出现的几率很小。但对于发电机变压器组来说，应服从发电机的投停变化。3.2中性点直接接地系统中变压器中性点接地的选择原则：3.2.1发电厂及变电所低压侧有电源的变压器，中性点均应接地运行，以防出现不接地系统的工频过电压状态。如事前确定不能接地运行，则应采取其他防止工频过电压的措施。3.2.2自耦型和有绝缘要求的其他型变压器，其中性点必须接地运行。3.2.3 t接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。当t接变压器低压侧有源时，则应采取防止工频过电压的措施。3.2.4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。 所以本次设计中，在发电机低压侧的发电机变压器t1t2，t7其中各有一台中性点接地。线路上的变压器t3t6不用中性点接地。3.3线路运行变化限度的选择：3.3.1母线上有多条线路，一般应考虑一条线路检修，另一条线路又遇故障的方式。3.3.2双回线一般不考虑同时停用。3.3.3相隔一个厂、站的线路必要时，可考虑与上述（1）的条件重叠。3.4流过短路的最大、最小短路电流计算方式的选择3.4.1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下，即选择所有机组、变压器、线路全部投入运行的方式。而最小短路电流，则出现在最小运行方式下。对于双侧电源的网络，一般（当取z1=z2时）与对侧电源的运行变化无关，可按单侧电源的方法选择。对于环状网络中的线路，流过保护的最大短路电流应选开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一级线路上。而对于最小短路电流，则应选闭环运行方式。同时，再合理地停用该保护背后的机组、变压器及线路。3.4.2零序电流保护。对于单侧电源的辐射网络，流过保护的最大零序电流与最小零序电流，其选择方法可参照（1）中所述。只是要注意变压器接线点的变化。对于双侧电源的网路及环状网路，同样参照（1）中所述。其重点也是考虑变压器接线点的变化。3.5选取流过保护最大负荷电流的方法按负荷电流整定的保护，需要考虑各种运行方式变化时出现的最大负荷电流考虑到以下的运行变化：备用电源自投引起的负荷增加;并联运行线路的减少，负荷转移;环状网路的开环运行，负荷转移;对于双侧电源的线路，当一侧电源突切除发电机，引起另一侧负荷增加。4、短路电流计算将系统的正序、负序阻抗图画出如图4.1：图4.1 正（负）序阻抗图4.1流经保护1的短路计算经以上最大运行方式原则的分析，当d1点短路时，开环点在l2上，流经保护1的短路电流最大。由以上分析得以下各图。最大运行方式正、负序阻抗见图4.2：由图得：xff(1)=x (g1/g2)+xt1/ x(g3/g4)+x 2 / xl4+ xg5+ xl3+x t7+x(1)l1=(0.814/0.814)+0.33/(0.814/0.814)+0.33/0.393+0.33+0.181+0.106+0.106=0.388 eeq =1.08 xff(2)= xff(1)= 0.388 图4.2 d1点最大运行方式正负序阻抗 110kv侧： 所以在最大运行方式下d1点短路时流经保护1的三相短路电流为： ka经以上最小运行方式原则的分析得，最小运行方式正负序阻抗图见图4.3：图4.3 d1点最小运行方式正负序阻抗由图得：xff(1)= x (g1/g2)+xt1+ xl3/（xl1+ xl2）=0.814eeq =1.08 xff(2)= xff(1)=0.814所以在最小运行方式下d1点短路时流经保护1的两相短路电流为：ka4.2流经保护6的短路计算 经以上最大运行方式原则的分析，当d2点短路时，开环点在l1上，流经保护6的短路电流最大。由以上分析得以下各图。最大运行方式正负序阻抗图见图4.4： 图4.4 d2点最大运行方式正负序阻抗由图得：xff(1)=x (g1/g2)+xt1/ x(g3/g4)+x 2 + xl1+ xl2/ xl4+ xg5+x t7+xl3=(0.814/0.814)+0.33/(0.814/0.814)+0.33/0.393+0.33+0.181+0.106=0.486eeq =1.080xff(2)= xff(1)= 0.486所以在最大运行方式下d2点短路时流经保护6的三相短路电流为： 经以上最小运行方式原则的分析得最小运行方式正负序阻抗图见图4.5：图4.5 d2点最小运行方式正负序阻抗由图得：xff(1)= 0.393+0.33+0.181+（0.151+0.136）/0.106=0.981eeq =1.080xff(2)= xff(1)=1.066所以在最小运行方式下d2点短路时流经保护6的两相短路电流为：注示：以下的短路点计算在列表中4.3流经保护38的的短路计算计算流经保护各短路点最大运行方式下的开环点，如表4.1：表4.1 流经保护各短路点最大运行方式下的开环点d1d2d3d4d5d6d7d8开环点l2l1l3l2l1l3流经保护各短路点的短路计算如表4.2：表4.2 流经保护各短路点的短路计算短路点最大运行方式最小运行方式xff(1)eeqxff(2)if (3)(ka)xff(1)eeqxff(2)if (2)(ka)d10.3881.0800.3881.4600.8141.0800.8140.602d20.4861.0800.4861.1640.9811.0800.9810.500d30.5981.0800.5980.9460.9811.0800.9810.500d40.4461.0800.4461.0800.8261.0800.8260.593d50.4881.0800.4881.1270.8261.0800.8260.593d60.6561.0800.6560.8630.8141.0800.8140.602d70.9041.0800.9040.6260.9891.0800.9890.546d80.6261.0800.6260.9031.0851.0801.0850.4935、电流保护整定计算5.1对各保护1进行电流速断保护（电流段）的整定计算5.1.1保护1躲开下一条线路出口处的短路时的起动电流 可靠系数保护点的电流速断保护的起动电流如表5.1：表5.1各保护的电流速断保护的起动电流保护1(d1) 保护2(d4)保护3(d3)保护4(d6)保护5(d5)保护6(d2)保护7(d8)保护8(d7)idz1.7521.3971.1351.2191.3521.3971.0840.7515.1.2电流速断保护的保护范围（灵敏度klm）校验对保护1进行保护范围（灵敏度klm）校验 满足要求。对保护2进行保护范围（灵敏度klm）校验 满足要求。对其他保护进行保护范围（灵敏度klm）校验也满足要求，具体数值如表5-2所示。表5.2各保护的电流速断保护的灵敏度校验保护1保护2保护3保护4保护5保护6保护7保护822.09%81.670%78.9%36.5%24.9%71.4%81.9%5.2对保护1、2进行电流速断保护（电流段）的整定计算保护1电流段的起动电流为：灵敏度校验为： 灵敏度不符合要求保护2电流段的起动电流为：灵敏度校验为 灵敏度不符合要求对其他各保护进行电流段灵敏度校验，不符合要求，其数值如表5-3所示。表5.3各保护的电流段保护的灵敏度校验保护1保护2保护3保护4保护5保护6保护7保护80.4070.4430.2340.3320.4300.3490.550由于电流段不符合要求，所以电流保护不满足本设计的需要，下面我们将以距离保护进行整定。6、距离保护计算计算最大负荷电流每一条线路上流过的最大负荷电流的计算母线上流过的最大负荷电流为变压器上的额定电流因为，可以求得： a，即i=2=150.6 a同理母线d上流过的电流为i=2=150.6 a上流过的最大负荷电流计算：因为考虑上的电流最大，断开，母线上的电流全部由提供： a断开，则流过上的电流为 a比较两个数据区取其中的最大值可得 a同理可以得到： a a a简化的发电机母线出口区电流，阻抗如下：6.1、保护1的距离保护计算： 6.1.1、距离段整定： 动作阻抗： 动作时间：6.1.2、距离段整定：动作阻抗：（1） 与线路l2的保护5相配合：如图6.1利用叠加定理计算：图6.1 保护1第段假设流入母线a的电流为i1，发电机g5提供的电流为i2，运用叠加定理得：、单独考虑g1g4，假设流入母线a的电流为i1，发电机g5提供的电流为i2，则流过xl3的电流为： 、单独考虑g5，则流过xl3的电流为 最小系数为： 所以：（2） 与线路l4的保护7相配合如图6.2： 图 6.2 保护1第段动作阻抗： （3） 与相邻变压器相配合如图6.3：图6.3 保护1第段首先考虑g1g4: 单独考虑 g5: 所以，动作阻抗：故取以上三个计算值中的较小者为段的定植，即取灵敏度校验： 满足要求。 动作时间： ； ； 取其中最大值即 6.1.3、距离段整定： 动作阻抗： 动作时间： ； ； 取其中最大值即灵敏度校验：（1） 本段线路末段短路 满足要求。（2） 相邻元件短路时的灵敏系数： l2末端短路时： 满足要求。 与相邻线路l4末端短路配合： 满足要求。 与变压器相配合： 满足要求。6.2、保护3的距离保护计算：6.2.1、距离段整定： 动作阻抗： 动作时间： 6.2.2、距离段整定：动作阻抗：与线路l3的保护1相配合：如图6.4仅考虑g1g4的作用：图6.4保护3的第段当仅考虑g5时有：最小分支系数：所以，动作时间：灵敏系数校验： 1.5 满足要求。6.2.3、距离iii段整定： 动作阻抗： 动作时间：灵敏度校验：（1）本段线路末段短路 满足要求。（2） 与相邻线路l3末端短路配合， 满足要求。6.3、保护6的距离保护计算：6.3.1、距离段整定： 动作阻抗： 动作时间： 6.3.2、距离段整定：动作阻抗：与线路l1的保护2相配合：如图6.5，用叠加定理，考虑g1g4投入运行是的作用：图6.5 保护6的第段 考虑g5投入运行时： 叠加可得出最小分支系数：所以 动作时间：灵敏度校验： 满足要求。6.3.3、距离段整定： 动作阻抗： 所以 时间整定：（1）本线路末端短路时的灵敏系数为： （2）在相邻元件末端短路时的灵敏系数为：下一线路l1末端短路时的灵敏系数为最大分支系数： 满足要求。6.4、保护8的距离保护计算：6.4.1、距离段整定动作阻抗： 动作时间： 6.4.2、距离段整定： 动作阻抗：（1） 与相邻线路l3的保护6相配合如图6.6，图6.6保护8的第段首先考虑g1g4的投入运行 考虑g5的投入运行最小分支系数为：（2） 与相邻线路l2相配合：如图6.7所示图6.7保护8的第段 由如上的计算分析可得： （3） 与相邻变压器相配合：如图6.8 图6.8保护8的第段 与保护3的电路同理可求得最小分支系数 故取以上三个中最小者，即动作时间：灵敏系数校验： 满足要求。6.4.3、距离iii段整定： 动作阻抗：动作时间：灵敏度校验：（1）近后备保护时： 满足要求。（3） 作远备保护，与相邻线路l3相配合： 满足要求。 与相邻线路l2相配合 满足要求 与de段变压器相配合 满足要求6.5距离保护整定值表由于篇幅问题，我们没有把保护2.4.5.7一一列举出，其各段的分析图见附录1。下面给出各保护的第一段，第二段，第三段的整定阻抗值如图6.5整定值保护点第段第段第段保护1点11.90s24.82.0s125.92.5s保护2点25.30s29.82.0 s251.92.5s保护3点15.30s27.80.5s131.62.0s保护4点17.00s41.72.0s252.02.0s保护5点17.00s61.22.0s263.32.0s保护6点11.90s32.90.5s131.62.5s保护7点20.40s47.70.5s364.10.5s保护8点20.40s39.62.0s252.72.5s7、综合评价7.1电流保护的综合评价 三段式电流保护的主要优点是简单,可靠,经济,并且一般情况下都能较快的切除故障.但是一般用于35kv及以下的电压等级的电网中,对于容量大,电压高,或者结构复杂的网络,它难于满足电网对保护的要求.缺点是它的灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路类型的影响,此外,它只在单侧电源电网中才有选择性.7.2 对零序电流保护的评价 零序电流保护比相间短路的电流保护有较高的灵敏度.对于零序一段,由于线路的零序阻抗大于正序阻抗,使的线路始末两端电流变化较大,因此使零序一段保护范围增大,即提高了灵敏度;对于零序三段,由于起动值是按不平衡电流来整定的,所以比相间短路的电流保护的起动值小,即灵敏度高;零序过电流保护的动作时限较相间保护短;零序电流保护不反映系统振荡和过负荷;零序功率元件无死区,副方电压断线时,不会误动作;接线简单可靠.其缺点是不能反应相间短路.7.3 距离保护的综合评价能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求;阻抗继电器是同时反应电压的降低与电流的增大而动作的,因此距离保护较电流保护有较高的