110kv继电保护课程设计(以修改)

1 原始资料（给定工况）1.1 电网接线图(1) 发电厂最大发电容量50+225=100MW，最小发电容量为50MW，正常发电容量为50+25=75MW。 (2) 线路正、负序电抗X1= X2=0.4/km, 零序电抗X0=0.4/km。 (3) 变压器均为YN，D11，1102.5%/10.5KV, UK=10.5% (4) t=0.5S,负荷侧后备保护tdz=1.5S,变压器和母线均配置有差动保护，Kzq=1.3 (5) 发电厂升压变中性点直接接地，其他变压器不接地。本次设计具体运行方式说明如下，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和G2投入，发电机G3停运。对保护1而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式下线路L1回路断开，其他设备全投；保护1的最小运行方式应该是：在系统的最小运行方式下线路L1+L2与L3并联运行。1.2 任务 (1) 确定线路保护配置方案，计算负荷电流及元件参数。 (2) 计算各保护的动作值，校验各保护的灵敏度。 (3) 设计一套自动装置配合保护使用。1.3 要求 写出设计报告一份（含短路电流计算，保护整定，校验，绘制保护配置原理图等）。2电网各个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=115V。基准电流：IB=SB/1.732 VB=100103/1.732115=0.502KA；基准电抗：ZB=VB/1.732 IB=115103/1.732502=132.25；电压标幺值：E=E(2)=1.052.2电网各元件等值电抗计算2.2.1输电线路等值电抗计算(1) 线路L1等值电抗计算正序以及负序电抗：XL1= X1L1=0.450=20XL1*= XL1/ ZB=20/132.25=0.1512零序电抗：XL10= X0L1= 3X1L1=30.450=60XL10*= XL10/ ZB=60/132.25=0.4537(2) 线路L2等值电抗计算正序以及负序电抗：XL2= X1L2=0.440=16XL2*= XL2/ ZB=16/132.25=0.121零序电抗：XL20= X0L2= 3X1L2=30.440=48XL20*= XL20/ ZB=48/132.25=0.363(3) 线路L3等值电抗计算正序以及负序电抗：XL3= X1L3=0.490=36XL3*= XL3/ ZB=36/132.25=0.2722零序电抗：XL30= X0L3= 3X1L3=30.490=108XL30*= XL30/ ZB=108/132.25=0.8166(4) 线路L4等值电抗计算正序以及负序电抗：XL4= X1L4=0.425=10XL4*= XL4/ ZB=10/132.25=0.0756零序电抗：XL40= X0L4= 3X1L4=30.425=30XL40*= XL40/ ZB=30/132.25=0.22682.2.2变压器等值电抗计算(1) 变压器T1、T2等值电抗计算XT1= XT2=(UK%/100)(VN2103/ SN)40.333XT1*= XT2*=XT1/ ZB=40.333/132.25=0.3050(2) 变压器T3等值电抗计算XT3=(UK%/100)(VN2103/ SN)21.175XT3*=XT3/ ZB=21.175/132.25=0.1601(3) 变压器T4、T5、T6、T7等值电抗计算XT4= XT5=XT6= XT7=(UK%/100)(VN2103/ SN)63.5XT6*= XT7* = XT4*= XT5*=0.4802(4) 变压器T8等值电抗计算XT1=(UK%/100)(VN2103/ SN)84.7XT8*= XT8/ ZB=84.7/132.25=0.64052.2.3发电机等值电抗计算(1)发电机G1、G2电抗标幺值计算XG1* = XG2*=Xd1SB/ SG1= Xd1SB COS/ PG1=0.1321000.8/25=0.4224(2)发电机G3电抗标幺值计算XG3*=Xd3SB/ SG3= Xd3SB COS/ PG3=0.1291000.8/50=0.20642.2.4最大负荷电流计算(1) B、C母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算(拆算到110KV)IfhB max = IfhCmax = PfhBmax Vav2 / 1.732 U COS=20103/1.7321150.80.1255KA；(2) D母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算(拆算到110KV)IfhD max = PfhDmax Vav2 / 1.732 U COS=12103/1.7321150.80.0753KA2.2.5 各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流(1) 保护1的最大运行方式：发电机FI、P2、F3全投入，继开线路L1；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F3停，线路全部运行。(2) 保护2的最大运行方式：发电机Fl、P2、F3全投入，断开L3回路；通 过保护2最大负荷电流为。保护2的最小运行方式；F3停，线路全部运行。(3) 保护4的最大运行方式：Fl、F 2、F3全投，继开线路L3；通过保护4的最大负荷电流为。保护4的最小运行方式：F3停，线路全部运行。(4) 保护5的最大运行方式：F1、F2、F3全投入，断开线路L1；通过保护5的最大负荷电流为。保护5的最小运行方式：F3停，线路全部运行。(5) 保护7的最大运行方式：F1、F2、F3全投，线路全部运行；通过保护7的最大负荷电流为。(6) 保护3和保护6因正常运行时不可能有正向电流通过，要是有正向电流通过，一定是线路发生故障。为此，在保护3和保护7上只需判别电流(功率)的方向即可，故不用分析保护3和保护6的运行方式。3短路电流计算3.1电网等效电路图 由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式(三台发电机全部投入,系统环网取开网运行)时各线路未端短路的情况,最小运行方下(三台中最小的一台投入,系统按环网计算)时各线路未端短路的情况。电网等效电路图如图3.1所示图3.1电网等效电路图3.2.1 d1点发生短路时流过断路1(1) d1点短路最大运行方式下等值图如图3.2.1(a)3.2.1(a)d1点短路时最大运行方式下的等值电路图进一步简化后得图3.2.1(b)3.2.1(b)简化图XGT=(XG1+XT1)(XG2+XT2)/(XG1+XT1+XG2+XT2)=0.3637XGT3=XG3+XT3=0.2064+0.1601=0.3665XL=XL1+XL2+XL3=0.1512+0.121+0.2722=0.5444 图3.2.1(b) 正序短路电路图 其中：XdT=XGTXGT3/(XGT+XGT3)=0.36370.3665/(0.3637+0.3665)=0.18255 Xff1=XdT+XL=0.18255+0.5444=0.72695Id1max*=E/Xff1=1.05/0.726951.4444Id1max=Id1max*IB=1.44440.5020.725KA(2)最小运行方式两相短路正序短路电流Xff1=Xd1+XT1XL=0.4224+0.3050+0.5444=1.2718Xff1(2)(2)=Xff1Ifa(1)(2)=Vf(0)/(Xff1Xff1(2)(2)=Vf(0)/2Xff1=1.05/21.2718=0.4128If(2)*=1.732Ifa(1)(2)=1.7320.4128=0.7150If(2)=If(2)*IB=0.71500.502=0.3589KA(3)最大运行方式两相短路零序短路电流.图3.2.1(c)零序短路电路图XTT(0)=XT1(0) /2=0.1525XT(0) =0.15250.1601/(0.1525+0.0.1601)=0.0781XTBL(0) =(0.4536+0.0781)0.2401/(0.4536+0.0781+0.2401)=0.167XTL(0) =(0.2268+0.6405)0.2401/(0.2268+0.6405+0.2401)=0.188XTLB(0) =(0.363+0.167)0.188/(0.363+0.167+0.188) =0.1388Xff1(0)=XL3(0)+XTLB(0)=0.81660.1388=0.9554Iff1(0)*=E(0)/Xff1(0)=1.05/0.9554=1.099Iff1(0)=Iff1(0)*IB=1.0990.502=0.552KA3.2.7 d6点发生短路时流过断路器1 (1)最大运行方式正序短路电流其中：Xff7=XdT+XL1+XL2+XL4=0.18255+0.1512+0.121+0.0756=0.53035Id6max*=E/Xff7=1.05/0.530351.9798Id7max=Id7max*IB=1.97980.5020.994KA(2)最小运行方式两相短路正序短路电流X2 =(XL1+XL2)XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2=0.1361Xff2=Xd1+X2+XL4=0.18255+0.1361+0.0756=0.39425If(2)*=1.732E/4Xff1=1.7321.05/40.39425=1.1532流过断路器1、2、3、4、5、6和7的短路电流为：If(2)=If(2)*IB=1.15320.502=0.5789KAIf(2)=If(2)*IB=1.15320.502=0.5789KA(3)最大运行方式两相短路零序短路电流图3.2.7短路等值电路X1(0) =(XL1(0)+XT)XTB/(XL1(0)+XT+XTB) =(0.4536+0.0781)0.2401/(0.4536+0.0781+0.2401) =0.1654X3(0) =(XL2(0)+X2(0)XTC/(XL2(0)+X2(0)+XTC) =(0.363+0.1654)0.2401/(0.363+1654+0.2401) =0.1651Xff7(0) =(XL4(0)+X3(0)XT8/(XL4(0)+X3(0)+XT8) =(0.8166+0.1651)0.6405/(0.8166+0.1651+0.6405) =0.3876Iff7(0)*=E(0)/Xff7(0)=1.05/0.3876=2.709Iff7(0)=Iff7(0)*IB=2.7090.502=1.36KA3.2.8 d6点发生短路时流过断路器2(1)最大运行方式正序短路电流其中：Xff8=XdT+XL3+XL4=0.18255+0.2722+0.0756=0.53035Id8max*=E/Xff8=1.05/0.530351.9798Id8max=Id8max*IB=1.97980.5020.994KA(2)最小运行方式两相短路正序短路电流X2 =(XL1+XL2)XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2=0.1361Xff2=Xd1+X2+XL4=0.18255+0.1361+0.0756=0.39425If(2)*=1.732E/4Xff1=1.7321.05/40.39425=1.1532流过断路器1、2、3、4、5、6和7的短路电流为：If(2)=If(2)*IB=1.15320.502=0.5789KA (3)最大运行方式两相短路零序短路电流图3.2.8短路等值电路X4(0)=(XL2(0) +XTB)(XL3(0) +XT)/(XL2(0) +XTB+XL3(0) +XT) =(0.363+0.2401)(0.8166+0.0781)/(0.363+0.2401+0.8166+0.0781) =0.3603X5(0) =X4(0)XTC/(X4(0)+XTC)=0.36030.2401/(0.3603+0.2401)=0.1441Xff8(0) =(XL4(0)+X5(0)XT8/(XL4(0)+X5(0)+XT8) =(0.2268+0.1441)0.6405/(0.2268+0.1441+0.6405) =0.2349Iff8(0)*=E(0)/Xff8(0)=1.05/0.3882=4.4703Iff8(0)=Iff8(0)*IB=4.47030.502=2.244KA4 继电保护距离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4.1.1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。4.1.2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。4.1.3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4.2断路器2距离保护的整定计算和校验4.2.1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。4.2.2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。4.2.3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5继电保护零序电流保护的整定计算和校验5.1断路器1零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3I0max,即 KK=1.2 ,I0dz=KK3I0max=1.234.3634=15.71KA(2)躲过断路器三相触头不同期合闸时出现的零序电流3I0bt,即I0dz= KK3I0bt（3） 先合一相，相当断开两相，最严重情况下(系统两侧电源电势相差180)流过断路器的零序电流I0bt=2E/(2Z1+Z0)=2115/(236+108)=1.597KA（4） 先合二相，相当断开一相，最严重情况下(系统两侧电源电势相差180)流过断路器的零序电流I0bt=2E/(Z1+2Z0)=2115/(36+2108)=0.9127KA I0bt取两种情况下的最大值，即I0bt=1.597KA,I0dz= KK3I0bt=1.231.597=5.7492KA所以整定值为：I0dz=KK3I0max=15.71KA5.1.2零序电流保护段的整定计算(1) 起动电流零序段的起动电流应与下一段线路的零序段保护相配合。该保护与下一段线路保护之间有中性点接地变压器，该保护的起动电流I0dz为：取KK=1.2，I0=3.212KAIjs* =XT8/(XL2(0) +X32(0)+XT8) =0.6405/(0.6405+0.363+0.1554)=0.553Id0js* = Ijs*XTC/(XTC+X50(0)=0.5530.2401/(0.2401+0.4404)=0.195Id0js* = Ijs*(XTB+XL4(0)/(XTB+XL4(0)+XL3+XT) =0.0795Id0js= Id0js* I0=0.07953.212=0.255KA I0dz= KKId0js=1.20.255=0.306KA(2) 动作时限：零序段的动作时限与相邻线路零序段保护范围相配合，动作时限一般取0.5s。(3) 灵敏度校验：零序段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足Klm1.5的要求，即Klm=3I0min/ I0dz=33.212/0.306=26.761.55.1.3零序电流保护段的整定计算(1) 起动电流 躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流Ibpmax,即 Ibpmax=4.113KA, KK =1.2,I0dz=KK Ibpmax=1.23.917=4.7KA 与下一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的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时（有中性点接地变压器时），起动电流整定为I0dz=KK Ibpjs断路器2断开，线路L1末端(d6点)短路时Ijs* =XTB/(XL2(0)+XTL2(0)+XTB)=0.2401/(0.363+0.1717+0.2401)=0.31Ijs= Ijs* Ibpmax=0.310.913=0.283K，即I bpjs=0.283KAI0dz=KK Ibpjs=1.20.283=0.3395KA取较大值作为零序段起动电流，即I0dz=4.7KA(2)灵敏度校验作为本线路近后备保护时，按相邻线路保护范围末端发生接地故障时、流过本保护的最小零序电流3 I0min来校验，要求Klm2,即Klm=3 I0min/ I0dz=33.555/4.7=2.272,符合要求。(3)动作时限 零序段电流保护的起动值一般很小，在同电压级网络中发生接地地短路时，都可能动作。为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。t4= t7+t=1.5+0.5=2 s5.2断路器2零序电流保护的整定计算和校验5.2.1零序电流保护段的整定计算 (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3I0max,即 KK=1.2,I0dz=KK3I0max=1.234.113=14.81KA(2)躲过断路器三相触头不同期合闸时出现的零序电流3I0bt,即I0dz= KK3I0bt（3）先合一相，相当断开两相，最严重情况下(系统两侧电源电势相差180)流过断路器的零序电流 I0bt=2E/(2Z2+Z0)=2115/(220+60)=2.3KA（4） 先合二相，相当断开一相，最严重情况下(系统两侧电源电势相差180)流过断路器的零序电流I0bt=2E/(Z1+2Z0)=2115/(20+260)=1.643KA I0bt取两种情况下的最大值，即I0bt=2.3KAI0dz= KK3I0bt=1.232.3=8.28KA所以整定值为：I0dz=KK3I0max=14.81KA5.2.2零序电流保护段的整定计算(1) 起动电流零序段的起动电流应与下一段线路的零序段保护相配合。该保护与下一段线路保护之间有中性点接地变压器，该保护的起动电流I0dz为：取KK=1.2，I0=4.113KAIjs* =X2(0) /(X2(0) X1(0)=0.2061/(0.1654+0.2061)=0.555Id0js* = Ijs*XT8/(XT8+XL1(0)+XT)=0.5550.6405/(0.6405+0.4536+0.0781)=0.303Id0js= Id0js* I0=0.3033.555=1.078KAI0dz= KKId0js=1.21.078=1.294KA(2) 动作时限：零序段的动作时限与相邻线路零序段保护范围相配合，动作时限一般取0.5s。(3) 灵敏度校验：零序段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足Klm1.5的要求，即Klm=3I0min/ I0dz=33.212/1.294=7.4471.55.2.3零序电流保护段的整定计算(1) 起动电流 躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流Ibpmax,即 Ibpmax=4.113KA, KK =1.2,I0dz=KK Ibpmax=1.23.917=4.7KA与下一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的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时（有中性点接地变压器时），起动电流整定为I0dz=KK Ibpjs断路