继保整定计算课程设计报告

课程设计报告课程设计报告 2015 2016 年度第 1 学期 名 称 继电保护整定计算 院 系 电气与电子工程学院 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 肖仕武 薛安成 设计周数 两周 成 绩 日期 2016 年 1 月 7 日 课程设计报告课程设计报告 1 一 一 课程设计的目的与要求课程设计的目的与要求 1 课程设计的目的 1 1 巩固 电力系统继电保护原理 课程的理论知识 掌握运用所学知识分析和解决生产实际问题 的能力 1 2 通过对国家行业颁布的有关技术规程 规范和标准学习 建立正确的设计思想 理解我国现行 的技术政策 1 3 初步掌握继电保护设计的内容 步骤和方法 1 4 提高计算 制图和编写技术文件的技能 2 课程设计的要求 2 1 理论联系实际 对书本理论知识的运用和对规程 规范的执行必须考虑到任务书所规定的实际 情况 切忌机械地搬套 2 2 独立思考 在课程设计过程中 既要尽可能参考有关资料和主动争取教师的指导 也可以在同 学之间展开讨论 但必须坚持独立思考 独自完成设计成果 2 3 认真细致 在课程设计中应养成认真细致的工作作风 克服马虎潦草不负责的弊病 为今后的 工作岗位上担当建设任务打好基础 2 4 按照任务书规定的内容和进度完成 二 设计正文二 设计正文 1 某一水电站网络如图所示 已知 1 发电机为水轮立式机组 功率因数为 0 8 额定电压 6 3kV 次暂态电抗为 0 2 负序阻抗为 0 24 2 水电站的最大发电容量为 2 5000kW 最小发电容量为 5000kW 正常运行方式发电容量为 2 5000kW 3 平行线路 L1 L2 同时运行为正常运行方式 4 变压器的短路电压均为 10 接线方式为 Yd 11 变比为 38 5 6 3kV 5 负荷自起动系数为 1 3 6 保护动作时限级差 t 0 5s 7 线路正序电抗每公里均为 0 4 零序电抗为 3 倍正序电抗 试求 1 确定水电站发电机 变压器相间短路主保护 后备保护的配置方式 2 确定 6QF 断路器的保护配置方式 计算它们的动作定值 动作时限 并进行灵敏度校验 3 确定平行线路 L1 L2 的 1QF 3QF 相间短路主保护和后备保护 计算它们的动作定值 动作时限 并进行灵敏度校验 课程设计报告课程设计报告 2 4 假设平行线路 L1 L2 两侧配置有三相重合闸 计算三相重合闸装置的整定值 5 继电保护 6QF 的接线图及展开图 答 1 对于水电站发电机 相间短路保护的主保护采用纵联差动保护 远 后备保护应配置低电压启动 的过电流保护或者复合电压启动的过电流保护 对于变压器 相间短路的主保护采用纵联差动保护 并 配置复合电压启动的过电流保护或者低电压闭锁的过电流保护作为 远 后备保护 2 系统等值电路的参数标么值选取 各部分等值参数如下 MVASB3 6 kVUB 5 38 发电机 202 0 8 0 5 3 6 2 0 N B NG S S XX 变压器 1 0 2 2 B B TN TN NT U S S U XX 输电线路 068 0 5 38 3 6 404 0 22 2 1 B B LL U S lrXX 095 0 5 38 3 6 564 0 22 3 B B L U S lrX 4 5 22 6 3 0 4 180 031 38 5 B LL B S XXr l U 系统等值阻抗图如下 课程设计报告课程设计报告 3 6QF 断路器位于双侧电源线路 CD 的首端 与无穷大电网连接 运行方式变化大 三段式电流保护 仅能配置 段保护作为线路的主保护 电流 段 按躲过本线路末端发生短路时的最大短路电流整定 D 节点最大短路电流 max 1 0 50 50 53 6 3 0 3374 3 38 50 101 0 050 0340 095 B k GTBCCD B S I XXXXU kA 动作定值 6 max 1 2 0 33740 4049 setrelk IKIkA 0s I t 电流速断保护保护范围校验 22 min6 6 1138 538 5 0 28600 r20 4 2 0 40496 3 BB setB UU LZ IS 0 50 50 2020 050 0340 2860 GTBC ZXXX 不满足要求 电流 段 保护范围延伸至下级线路 与下级线路电流 段配合 末端节点最大短路电流 max 1 0 50 50 53 6 3 0 3038 3 38 50 101 0 050 0340 0950 031 B k GTBCCDDN B S I XXXXXU kA 段动作定值 6max 1 1 1 2 0 30380 4010 III setrelrelk IKKIkA sttt III 5 0 灵敏性校验 课程设计报告课程设计报告 4 min 31 20 50 53 36 3 0 1986 23 38 50 2020 050 0340 095 B k GTBCCD B S I XXXXU kA min 6 1 3 II k sen II set I K I 不满足要求 相应分析 电流 段保护和电流 段保护范围校验均不满足要求 由于系统运行方式变化大 一般 的电流保护不满足灵敏性与可靠性的要求 且末端仍有一段线路 故配置距离保护作为线路的主保护和 后备保护 距离保护 段 整定阻抗 6 0 8 56 0 417 92 II setrelCD ZKLr 动作时限 6 0 I ts 距离保护 段 整定阻抗 6 0 8 56 0 40 8 18 0 4 22 528 IIIII setrelCDrelDN ZKLrKLr 灵敏度校验 6 22 528 1 0071 25 0 4 56 II II set sen CD Z K Z 距离 段保护灵敏度校验不满足要求 按规定应改为与相邻元件的保护 段相配合 但由于数据不 足 故直接计算距离 段 距离保护 段 按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定 254 161 52 8 035395 0 395 0 95 0 2 max 2 max min S U I U Z N L N L CD CD 整定阻抗 min 6 161 254 86 14 1 2 1 3 1 2 CD L set relssre Z Z KK K 灵敏度校验 近后备 6 1 86 14 3 851 5 Z56 0 4 set sen CD Z K 远后备 6 2 86 14 2 91 1 2 Z56 0 4 18 0 4 set sen CDDN Z K Z 灵敏度满足要求 且 6 00 50 5 III ts 综上 由于系统运行方式变化大 选用一般的过电流保护可能出现没有保护范围的情况 所以 6QF 断路器配置距离 段和 段保护分别作为线路的主保护和后备保护 灵敏度和可靠性经验证符合要求 3 由上 易知系统运行情况变化大 一般的电流保护均无法满足要求 故采用距离保护 而距离保 护 段在双回线并列运行时线路末端短路时易误动 故配置距离保护 段和 段 以 1QF 为例 整定计 课程设计报告课程设计报告 5 算如下 距离保护 段 整定阻抗 8 124 0408 0 11 zLKZ BCrelset 动作时限0 I ts 距离保护 段 按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定 254 161 52 8 035395 0 395 095 0 2 max 2 max min S U I U Z N L N L BC BC 距离保护 段 整定阻抗 min 1 161 254 86 14 1 2 1 3 1 2 BC L set relssre Z Z KK K 灵敏度校验 近后备 1 1 86 14 5 3841 5 Z40 0 4 set sen BC Z K 远后备 1 2 86 14 2 2431 2 Z 40 0 456 0 4 set sen BCCD Z K Z 灵敏度满足要求 且 段动作时间 16 1 IIIIII ttts 3QF 的整定计算过程和结果与 1QF 相同 4 按最不利情况考虑 本侧先跳闸 对侧保护延时跳闸 则先跳闸一侧重合闸装置 ARD 的动作时间 整定为 2 2 1 1 0 8 1 5 ARDprQFuprQF ttttttts 裕度 其中 和是先跳一侧保护动作时间和断路器动作时间 和是后跳一侧保护动作时 1pr t 1QF t 2pr t 2QF t 间和断路器动作时间 是故障点灭弧和周围去游离时间 是保留的裕度时间 u tt裕度 取典型值 1s 5 6QF 的接线图如下图所示 第 I 段距离保护由电流继电器 KA1 KA2 中间继电器 KM 和信号继 电器 KS1 组成 第 II 段距离保护由电流继电器 KA3 KA4 时间继电器 KT1 及信号继电器 KS2 组成 第 III 段距离保护由电流继电器 KA5 KA6 KA7 时间继电器 KT2 及信号继电器 KS3 组成 其中 电 流继电器 KA7 接于 A C 两相电流之和的中性线上 相当于 B 相继电器 则第 III 段距离保护组成了三 相式保护 课程设计报告课程设计报告 6 展开图如下图所示 2 110kV 双电源环形网络如图所示 已知 1 线路 AB BC AC 的最大负荷电流分别为 230A 150A 230A 负荷的自起动系数为 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 零序电流保护或距离保护 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 50MW 最小发电容量为 1 50MW 2 台发变组停运 课程设计报告课程设计报告 7 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 忽略电阻 6 电压互感器的变比 110 0 1 AB AC 线路电流互感器变比 300 5 其它参数如图所示 7 电源 S3 的短路容量为 2000MVA 试求 1 确定继电保护 1 2 3 4 5 6 的保护配置方式 以及它们的动作定值和动作时限 进行灵敏度 校验 2 给出继电保护 1 2 3 4 5 6 最终的继电保护定值清单 3 对本网络所配置保护进行评价总结 1 环网由于运行模式复杂 采用电流保护易造成灵敏度低 保护范围小等问题 因此拟用距离保护 距离保护涉及阻抗 线路 164 040 AB Z 124 030 BC Z 204 050 AC Z 母线 B 侧一台变压器 43 69 20 115 105 0 2 TB Z 1 0 05 N S B S X SS 母线 C 侧一台变压器 2 115 0 10513 89 100 TC Z 2 115 6 613 100 SS XX 距离保护 段 课程设计报告课程设计报告 8 1QF 1 0 8 1612 8 II setrelAB ZK Z 2QF 2 0 8 1612 8 II setrelAB ZK Z 3QF 3 0 8 129 6 II setrelBC ZKZ 4QF 4 0 8 129 6 II setrelBC ZKZ 5QF 5 0 8 2016 II setrelAC ZK Z 6QF 6 0 8 2016 II setrelAC ZK Z 动作时限均为0 I set t 距离保护 段 1QF 与 3QF 距离保护 段配合 1 3 0 8169 620 48 IIII setrelABset ZKZZ 按躲过母线 B 处变压器电压侧出口短路整定 分支系数 1 min 0 367 b K 11 min 0 50 8160 367 0 5 69 4320 12 IIII setrelABTB ZKZKZ 分支系数详细计算过程见附录 取较小者 1 20 12 II set Z sttt I set II set 5 0 3 1 灵敏度校验 满足要求 1 1 20 12 1 261 25 16 II II set sen AB Z K Z 3QF 与 5QF 距离保护 段配合 3 5 0 812 1622 4 IIIII setrelBCset ZKZZ 按躲过母线 C 处变压器电压侧出口短路整定 此处分支系数 4 2 20 48 min 3 AC ACBCAB c Z ZZZ K 33 min 0 8122 4 13 8936 27 IIII setrelBCcTC ZKZKZ 取较小者 3 22 4 II set Z sttt I set II set 5 0 5 3 灵敏度校验 满足要求 3 3 22 4 1 871 25 12 II II set sen AB Z K Z 课程设计报告课程设计报告 9 4QF 与 2QF 距离保护 段配合 4 2 0 812 12 819 84 IIIII setrelBCset ZKZZ 按躲过母线 B 处变压器电压侧出口短路整定 分支系数 2 min 0 633 b K 41 min 0 50 8120 633 0 5 69 4323 78 IIII setrelBCTB ZKZKZ 分支系数详细计算过程见附录 取较小者 4 19 84 II set Z sttt I set II set 5 0 2 4 灵敏度校验 满足要求 4 4 19 84 1 651 25 12 II II set sen BC Z K Z 6QF 与 4QF 距离保护 段配合 6 min 4 0 8207 29 9 675 49 IIIII setrelACbset ZKZkZ 按躲过母线 C 处变压器电压侧出口短路整定 此处分支系数 6 min 48 1 71 28 ABBCAC c BCAB ZZZ K ZZ 66 min 0 820 1 71 13 8935 00 IIII setrelACcTC ZKZKZ 取较小者 6 35 00 II set Z sttt I set II set 5 0 4 6 灵敏度校验 满足要求 3 6 35 00 1 751 25 20 II II set sen AC Z K Z 距离 段 5QF 按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定 min max 0 90 9 110 248 51 330 23 N LAC U Z I 考虑自启动系数与返回系数后 min 5 248 5 115 05 1 2 1 5 1 2 LAC set relssre Z Z KK K 按躲过最大振荡周期整定st III set 5 1 5 课程设计报告课程设计报告 10 近后备灵敏度校验 满足要求 5 1 5 115 05 5 751 5 20 III III set sen AC Z K Z 3QF 按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定 05 381 15 0 3 1109 0 min LBC Z 考虑自启动系数与返回系数后 min 3 381 05 176 41 1 2 1 5 1 2 LBC set relssre Z Z KK K 动作时间 sttttt setC III set 0 2 max 5 3 近后备灵敏度校验满足要求 3 1 3 176 41 14 701 5 12 set sen BC Z K Z 远后备灵敏度校验满足要求 3 2 3 176 41 5 511 2 1220 set sen BCAC Z K ZZ 1QF 按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定 min max 0 90 9 110 248 5 330 23 N LAB U Z I 考虑自启动系数与返回系数后 min 1 248 5 115 05 1 2 1 5 1 2 III LAB set relssre Z Z KK K 动作时间 1 3 max 2 5 IIIIII setBset ttt tts 近后备灵敏度校验满足要求 1 1 1 115 05 7 191 5 16 III III set sen AB Z K Z 远后备灵敏度校验满足要求 1 2 1 115 05 4 111 2 16 12 III III set sen ABBC Z K ZZ 2QF 4QF 与 6QF 与上相同 环网采用中性点直接接地方式 因此可配置零序电流保护来反映接地故障 零序电流保护涉及阻抗 取基准值 100 B SMVA 115 B UkV 0 502 3 B B B S IkA U 课程设计报告课程设计报告 11 线路 12 0 4 4016 ABAB XX 2 1 2 16 0 121 B ABAB B U XX S 12 0 4 3012 BCBC XX 2 1 2 12 0 091 B BCBC B U XX S 12 0 4 5020 ACAC XX 2 1 2 20 0 151 B ACAC B U XX S 0 3 0 4 4048 AB X 0 0 30 363 ABAB XX 0 3 0 4 3036 BC X 0 0 30 273 BCBC XX 0 3 0 4 5060 AC X 0 0 30 453 ACAC XX 发电机 1 2 0 0 129 100 0 9 500 232 GGG XXX 变压器 2 123 10 5110 25 41 10060 TATATA XXX 2 1 2 3 115 25 41 0 192 100 TATATA XXX 2 0 3 0 0 192 TATA XX 2 12 10 5110 63 525 10020 TBTB XX 2 1 2 115 63 525 0 480 100 TBTB XX 2 0 0 480 TB X 2 10 5110 12 705 100100 TC X 2 115 12 705 0 096 100 TC X 0 0 096 TC X 系统等值阻抗序网图如下 课程设计报告课程设计报告 12 图 1 正序序网图 图 2 负序序网图 课程设计报告课程设计报告 13 图 3 零序序网图 零序 段 母线 B 处出现短路故障时 由序网图计算出等值阻抗为 1 2 0 124XX 0 0 143X 出现单相接地故障时 0 1 2 0 11 2 558 0 1240 1240 143 f I XXX 出现两相接地故障时 1 1 2 0 11 5 263 0 1240 124 0 143 f I XXX 2 0 1 2 0 0 124 5 2632 444 0 1240 143 ff X II XX 取较大值 流过保护 1 4 处的最大零序电流为 0 2 558 f I 0 1 0 0 4800 273 0 771 0 4800 2040 2730 363 f II 0 4 0 0 4800 363 0 1 025 0 4800 2040 2730 363 f II 整定值为 10 1 31 2 3 0 771 0 5021 393 setrelB IkIIkA 40 4 31 2 3 1 025 0 5021 852 setrelB IkIIkA 14 0tts 课程设计报告课程设计报告 14 母线 A 处出现短路故障时 由序网图计算出等值阻抗为 1 2 0 088XX 0 0 073X 出现单相接地故障时 0 1 2 0 11 4 016 0 0880 0880 073 f I XXX 出现两相接地故障时 1 1 2 0 11 7 813 0 0880 088 0 073 f I XXX 2 0 1 2 0 0 088 7 8134 274 0 0880 073 ff X II XX 取较大值 流过保护 2 5 处的最大零序电流为 0 4 274 f I 0 2 0 0 0960 484 0 482 0 0960 3160 4840 517 f II 0 5 0 0 0960 517 0 515 0 0960 3160 4840 517 f II 整定值为 20 2 31 2 3 0 482 0 5020 871 setrelB IkIIkA 50 5 31 2 3 0 515 0 5020 931 setrelB IkIIkA 25 0tts 母线 C 处出现短路故障时 由序网图计算出等值阻抗为 1 2 0 087XX 0 0 095X 出现单相接地故障时 0 1 2 0 11 3 717 0 0870 0870 095 f I XXX 出现两相接地故障时 1 1 2 0 11 7 552 0 0870 087 0 095 f I XXX 2 0 1 2 0 0 087 7 5523 610 0 0870 095 ff X II XX 取较大值 流过保护 3 6 处的最大零序电流为 0 4 274 f I 0 3 0 0 0960 459 0 452 0 0960 2860 4590 490 f II 课程设计报告课程设计报告 15 0 6 0 0 0960 490 0 483 0 0960 2860 4590 490 f II 整定值为 30 6 31 2 3 0 452 0 5020 817 setrelB IkIIkA 60 6 31 2 3 0 483 0 5020 873 setrelB IkIIkA 36 0tts 零序 段 1 3 1 min 1 15 0 8731 004 1 rel setset b k IIkA k 灵敏度校验 母线 B 接地故障流过保护 1 的最小零序电流为 0 min 0 616 0 5020 309IkA 灵敏度系数为 0 min 1 33 0 309 1 5 1 004 re set I k I 不满足要求 同理可知 线路其他保护装置处的零序电流 段的灵敏度均不满足要求 所以不配置零序电流 段 保护 零序 段 线路的电压等级为 110kV 可不考虑非全相运行情况 保护 1 的 段可按照躲过线路 AB 末端三相短 路的最大不平衡电流整定 3 1 11 0 5024 048 0 124 kBB IIkA X 3 1 1 25 1 5 0 5 0 1 4 0480 380 setrelnpsterkB Ik k k k IkA 同理可得 3 4 1 25 1 5 0 5 0 1 4 0480 380 setrelnpsterkB Ik k k k IkA 3 1 11 0 5025 705 0 088 kAB IIkA X 3 2 5 1 25 1 5 0 5 0 1 5 7050 535 setsetrelnpsterkA IIk k k k IkA 3 1 11 0 5025 770 0 087 kCB IIkA X 3 3 6 1 25 1 5 0 5 0 1 5 7700 541 setsetrelnpsterkB IIk k k k IkA 课程设计报告课程设计报告 16 动作时限为 1 2 5ts 2 2 0ts 3 2 0ts 4 2 5ts 5 1 5ts 6 3 0ts 2 继电保护 1 2 3 4 5 6 最终的整定值清单如下 零序电流保护整定清单 1QF2QF3QF4QF5QF6QF 段 kV 1 3930 8710 8731 8520 9310 817 整定值 段 kV 0 3800 5350 5410 3800 5350 541 段 s 000000 动作时限 段 s 2 52 02 02 51 53 0 距离保护整定清单 1QF2QF3QF4QF5QF6QF 段 12 812 89 69 61616 段 20 1222 419 8434 74整定值 段 115 05115 05176 41176 41115 050 541 段 s 000000 段 s 0 50 50 50 5动作时限 段 s 2 52 02 02 51 53 0 3 评价与总结 距离保护评价 1 由于网络为 110kV 双电源环形网络 受外负荷影响 系统运行方式变化大 采用过电流保护可 能造成没有保护范围的情况 采用距离保护 保护区稳定 灵敏度高 动作情况受电网运行方式变化 的影响小 可有效避免电流保护的不足 2 由于只利用了线路一侧短路时电压 电流的变化特征 距离保护 段的整定范围为线路全程的 80 85 这样在双侧电源线路中 有 30 40 的区域内故障时 只有一侧的保护能无延迟地动作 另一侧保护须经 0 5S 的延时后跳闸 在 220kV 级以上电压等级的网络中 有时候不能满足电力系统 稳定性对短路切除快速性的要求 因此在需全线快速切除故障的保