继电保护整定计算课程设计

1、课程设计报告()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：设计周数：两周成 绩：日期：2014年 月曰一、课程设计 （综合实验 ） 的目的与要求1.课程设计的目的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。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。3）初步掌握继电保护设计的内容、步骤和方法。4）提高计算、制图和编写技术文件的技能。2.对课程设计的要求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

2、，切忌机械地搬套。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。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。4）按照任务书规定的内容和进度完成。二、设计(实验)正文1.某一水电站网络如图1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 X 5000kW ,最小发电容量为 5000kW，正常运行方式发电 容量为2 X

3、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) 保护动作是限级差 t = 0.5s ;(7) 线路正序电抗每公里均为0.4 Q,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；答：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，后备保护应配置低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序电流保护和阻抗保护。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

4、保护或低电压闭锁的过电流保护作为后备保护。(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；答：系统等值电路的参数标么值，选取Sb 6.3MVA , Ub 38.5kV，各部分等值参数如下：发电机：XG* X*n" Sb 0.2630.202SN5/0.8变压器：XTX*NuTnSbSTNuB0.1输电线路：XLi*Xl2* r l -Sb20.4 40 -6:320.068Ub38.5X L3*SbuBG Q0.4 56 -6二 0.09538.5X L4*SbG Qo.4 18 365°031Xl5* r l -Sb20.4 18

5、 辽 0.031U b38.5系统等值阻抗图如下:7740.202GAAA-02&20.1A1 * 3AV-DJR器40068DvWAV0 0950 011vVZ0.031k.max0.3712kA6QF断路器位于线路末端， 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 I段保护。电流I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:Lmin 61 UTZCD2 I set.6Z M 丄 3850.2860 笑 0Sb0.4 2 0.48596.3电流n段：保护范围延伸至下级线路, 末端节点最大短路电流：与下级线路电流I段配。1 k .maxSbn段

6、动作定值:0.5 X g * 0.5Xt* 0.5Xbc* Xcd X dn6.33U3 350.1010.3342kA0.05 0.034 0.095 0.031I k 11 K 1 Iset6rel rel k max1.1 1.2 0.33420.4411kA,11 ,1t t t 0.5s灵敏性校验:1 k .minSb2 Xg* 0.5Xt* 0.5Xbc* Xcd Xdn l? 3U36.30.2184kA23 35 0.202 0.05 0.034 0.095 0.031K IIsenI kmin彳 oII-1 .3I set6相应分析：保护范围校验不满足要求。由于系统运行方式变

7、化大，故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，故一般配置距离保护。距离保护I段:整定阻抗 zSet6KIelLCDz,0.8 56 0.4 17.92距离保护n段:整定阻抗ZS；t6K rel (LCD Z1KLdnN)0.8 (56 0.4 0.8 18 0.4) 22.528灵敏度校验:KIIsenZSL6ZCD津 1.007 <1.250.4 56灵敏度不满足要求距离保护川段：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定Z0.95U N 0.95 灿：ZLcd .minI LCD . maxSmaxp2O'953 35°8161.254距离保护川段整

8、定值Z：t6ZLcd .mink k krel ss re161.2541.2 1.386.141.2距离保护川段灵敏度校验:Z皿set6Kse nZCD86.1456 0.43.85 1.5灵敏度满足要求，且t1110.5S(3) 确定平行线路L1、L2的的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；答：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n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I段和川段。 以1QF为例，整定计算如下：距离保护I段:整定阻抗Z；et1Kjel Lbc z10.

9、8 40 0.412.8距离保护川段:按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定ZLBC.min0.95U NI Lbc - max0.95 V3u N 0.95 聽 352 0.8161 254Smax距离保护川段整定值 z：廿ZLBc.minK K Krel ss re162.25L 86.141.21.2 1.3距离保护川段灵敏度校验KsenZset6ZBC86.145.384 1.540 0.4灵敏度满足要求，且川段动作时间：tjt6It 0.5s3QF的整定计算过程和结果与1QF相同。(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。t ARC答：按最不利情况考

10、虑，本侧先跳闸，对侧保护延时跳闸(tp.2tQF.2tu t裕度)(tp.1tQF .1 )0.8 1.5s取典型值1s。(5) 继电保护6QF的接线图及展开图。答：6QF的接线图如图3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。图3展开图如图4所示。2已知一

11、配电网络如图 5所示。已知：(1) 系统中各变压器参数如图所示，忽略变压器电阻;(2) 变压器T1与T2之间的电缆L1参数：r1 0.153( /kM) , x1 0.119( /kM) , r0 3 r1,x0 3 x1母线LA与LE之间的电缆L2参数：r1 0.163( /kM ) , x1 0.087( /kM ) , r0 3 r1, x0 3x1。(3) 变压器T1、T2参数如图中所示，其中变压器T1中性线阻抗Z0=20(4) 高压母线HA以上部分的在10kV电压等级下系统阻抗为：Xs.HA. max2.0X s.HA.min1.010.52CB504、琢枚电渔】LA35W Vh(5

12、)低压0.4kV开关CB510下级直接与负荷相连，400A为其额定电流。低压开关CB505也是如此。Fl CBLO-5 f图5试求：(1) 电力系统中各断路器所配置的电流三段式保护进行定值整定，进行灵敏性校验;答：选取基准容量 Sb 4MVA，基准电压为各段平均电压。高压母线HA以上部分X s.HA max*Xs.HA maxSBU；12.0 410.520.0726X s.HA min*X s. HA min SBu21.0 40.0363变压器T1和T2XT1*X*1NUtnSbStnU b0.06 -40.06XT2*0.064-0.122电缆线路L1和L2rli*SBlUb0.1531

13、8$0.00805XL1*374°119 18 37 °.00626Rl2*0.163 0.240.420.815Xl2*0.087 0.2 丄 0.4350.4系统等值阻抗图6如下:RL2*=O.S15XL1*=0.435XsHAmax=0.C72fiXsHAmin=0.C363 XTV=0.06RL1'=0.0'0905XL1 *=0.00626xr2-=o.12-/A电流I段:CB107 :系统最大运行方式下电缆线路L1末端三相短路时I k .L1 .maxX s.HA min*Xt1*Z l1*Sb、3U40.103 、3 37606.7A动作电流1

14、107ki Irel I k.L1.max1.2606.7728.04A保护范围校验Lmin107Zl1U2l；et.107U237CB108 :系统最大运行方式下变压器I k.T 2. maxXs.HAmin* Xt1*Sb0.194 20.13260.728372T2末端三相短路时 SbZl1*Xt 2*3U0.223 . 3 37280.3A动作电流set.108K rel I k.T2.max2 280.3336.36 ACB503 :系统最大运行方式下电缆线路L2末端三相短路时I k.L2 .maxSbXs.HA min* XT1*ZL1* XT2* ZL2* 3U 5.48kA1.

15、053 0.4动作电流I set.503KrllIk.L2.max 1.2 5.486.576kA4保护范围校验1 1Uv u2Lmin 503IZ *ZL22 I set.503Sb10.40.185 2 6.5760.26280.42107.7m电流II段:CB107 :动作电流I set.107"|鳥.1081.1 336.36370A动作时间 tset.107t set; 1080.5s系统最小运行方式下电缆线路L1末端两相短路时1 k.L1 .min灵敏度校验CB108:动作电流动作时间tset.108爲108tSet.503系统最小运行方式下变压器1 k.T 2.min灵

16、敏度校验心108I k.T 2.miniset.108电流川段:X s. HA max* Xt1* Z L1*KSen.107I k.L1 .minK II I Irel I set.503t 0.5sSb3U388.9A2 0.139 37388.93701.051.1 65760.43778.2AT2末端两相短路时X s.HA max* XT1*遊 2.6778.2CB506 :动作电流 I s.506Q" Krel ssZL1*Sb3U208.7 A2 0.259 37Kre506.max1.2 1.30.9400693.3A动作时间tset506 0.5sCB504 :动作电

17、流 1；.504Q" Krel ssKreI 504.max1.2 1.30.9500866.7A动作时间tset504 0.5s零序电流川段按躲过L1线路末端三相短路的最大不平衡电流整定CB505 :动作时间动作电流I set. 505tset5040.5SK lll kel ss |1.2 1.30.9400693.3AKre '505.maxIIIKlll K1.2 1.3CB503 :动作电流I set .503I L 2.max9001.56 kAKre0.9动作时间tset5030.5St 1.0sHIK| K1.2 1.30.4CB108 :动作电流I set.

18、 108T 2. max130024.36AKre0.937动作时间t IIIt IIItset108tset503t 1.5sHIKlll K1.2 1.30.4CB107 :动作电流I set. 107L1. max130024.36AKre0.937动作时间t IIIt IIItset107tset108t 2.0s(2) 对系统中所配置的零序电流保护进行定值整定，进行灵敏性校验；答：根据系统的中性点接地方式，在CB107上，可配置零序电流保护I段和川段，而降压变压器后无零序通路，无需配置II段。L1线路末端母线发生接地短路故障时，各序阻抗分别为：L1.1 .mi n*ZL1.2 .mi

19、n*°.1°3L1.ZoSbZL1 00.0686在系统最大运行方式下，L1线路末端发生两相接地短路故障时，零序电流k0.L1.maxL11L1L1Sb3U0.1030.103 0.0686Zl10.103 °.103 °.°6860.103 0.068643 37259.8A在系统最大运行方式下，L1线路末端发生单相接地短路故障时，零序电流零序电流I段lSet107K；el311,1k 0.L1.max1.25 3 259.8974.25 A11Sb14k0.L1.maxZL1 1 *ZL12 *ZL10 *3U0.103 2 0.0686-

20、3 37Iset107K；iKnpKstKerlk.L1.max仁5 1.5 0.5 0.1 606.7 56.88A零序电流川段按本线路末端单相接地短路校验灵敏度灵敏度满足要求K皿senlk0)L1.maxset.107227.356.884.0(3) 对配置继电保护方案进行评价，如有缺陷提出改进措施。答：CB107电流I段在系统最小运行方式下对于相间短路故障不具有足够的保护范围，且电流n段的灵敏系数不满足要求，应加入低电压启动元件，降低动作定值，提高灵敏度，或者采用距离保护来替代电流保护。零序电流保护作为系统接地短路故障的主保护，由于受到系统中性点接地方式的影响， 在上述配电网中，零序电流

21、保护的作用范围较小，且无法和相邻的线路或变压器配合。3.110kV单电源环形网络如图 7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Yd11接线；(3) 发电厂的最大发电容量为3X 50MW，最小发电容量为1X 50MW (2台发变组停运);(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厶t = 0.5s ;(5) 线路的电抗每公里均为 0.4 Q,忽律电阻；(6) 电压互感

22、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。B«162020161617ZtcZbc30 0.412Gl®>K 1 zrel ABK 1 zrel ABZac 50 0.420图7距离保护I段: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； 答：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：Zab 40 0.4母线B侧一台变压器0.10569.431152母线C侧一台变压器:3QF Z set.3K rel Z BC

23、 0 .8512 10.24QF Z set .4K rel Z BC 0 .8512 10.20.10569.431152I1QF Zset.10.8513.62QF Zset.20.8513.65QF Zset.5K；|Zac0.85 202 xS =10,5%1.5SJQF40KM1QFUt =10.5% AG3®%5。哪炉片=0.94 -0129?0kM5QF4QF巩=10.W6QF Zset.6K rel Z AC0.85 20 17动作时限均为t；et0距离保护n段1QF :与3QF距离保护I段配合0.8 1610.220.96Z II K '' Z z1

24、set.1rel AB set.3按躲过母线B处变压器电压侧出口短路整定,分支系数K b1.minz bc z ACZII K IIset 1relZ AB K1.min取较小者，zset.120.96灵敏度校验：KIIsen.1zset.1ZABZ ABZ BC Z AC0.5ZtBtset.1tSet.320.961.311648 1.5320.716 1.5 0.5 69.4347.65t 0.5s1.25满足要求3QF :与5QF距离保护I段配合Z II K II Zset.3rel BCZSet.50.716 1723.1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zAC20

25、Z IIk IIZzset.3K rel zBCKc3.minZTC0.712 2.4 69.43125.04取较小者，zset.326.4lset.3tset.5t0.5szII灵敏度校验：Ksen3Zset.323.11.9251.25满足要求ZAB126QF :与4QF距离保护I段配合7IIKIIset.6relZ ACzIset.40.720 10.221.14K按躲过母线C处变压器电压侧出口短路整定，分支系数Z abZbcZac482.4481.71281.71 69.4397.11KZ AB Z BC Z ACKc6.minZBC Z ABZset.6Krei Z AC Kc6.

26、min ZTC 0720取较小者，ZS；t.621.14tset.6 tset.4t 0.5s灵敏度校验：KZ IIIIZset.3sen.6Zac2114 1.057201.25不满足要求4QF :与2QF距离保护I段配合Zset.4Kr； Zbc Z；et.20.71213.617.92按躲过母线B处变压器电压侧出口短路整定，分支系数Kb2.minZ ab Z bc ZacZ ab48 316zset.4 Krll ZbcK1.min0.5Ztb0.7123 0.5 69.4381.165取较小者，Z；et.417.92tset.4t；et.2t 0.5sZ 11灵敏度校验：k sen.4

27、仝兰17 921792 1.49 1.25 满足要求12距离川段：5QF :按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定Z LAC. min0.9 Un 0.9 110248.5:31 max - 3 0.23考虑自启动系数与返回系数后Zset.5ZLAC .minK rel K ss K re248.51.2 1.5120.051.15按躲过最大振荡周期整定tset.5 1.5s近后备灵敏度校验K；en5zs；5ZAC迦5 6.0201.5满足要求3QF:按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定Z LBC.min0.9 1103 0.15381.05考虑自启动系数与返回系数后Zset.3ZLBC .mi

28、nK rel K ss Kre381.05184.11.2 1.5 1.15动作时间tset.3 max tct, tset.5t 2.0s近后备灵敏度校验K；n1.3Zset.1 3ZbC184 115.3 1.5 满足要求12远后备灵敏度校验K ；n 2 .3Zset.318415.81.2满足要求Zbc Zac12 201QF :按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定z 0.9 Un 0.9 110LAB. min- 31 max - 3 0.23考虑自启动系数与返回系数后zset.1ZLAB .min248.5K rel K ssK re120.051.2 1.5 1.15动作时间tse maxtBt,tset.12.5s近后备灵敏度校验kiiisen