110KV线路继电保护课程设计225

1、110KV电网线路继电保护课程设计 一、设计资料1. 110K V系统电气主接线110KV系统电气主接线如下图所示2 系统各元件主要参数:(1)发电机参数机组容量(MVA额定电压(KV# 1、# 22X 1510. 5(2)输电线路参数AS2ACLGJ 185/15lgJ2410/25AB额定功率因数X%0. 813.33LGJ- 185/18BS1LGJ 240/28巾=67(3)变压器参数序号1B、2B3B 4B5B、6B型号SF 15000/110SF 20000/110SF 15000/110接线组别Y。/ 11Y。/ 11Y 11短路电压10.2%10.41%10.4%变比110 8

2、X 1.5%110 2X 2.5%110 8X 2.5%(4) CT PT变比AB线AC线AS2线BS1线CT变比600/5150/5600/5600/5PT变比110000/100110000/100110000/100110000/100变压器绝缘采用分段绝缘。中性点不允许过电压，经动稳定计算，110K V线路切除故障时间0.5秒可满足系统稳定要求。二、设计内容1.CA线路保护设计2. AC、AB线路保护设计3. BA、线路保护设计三、设计任务1. 系统运行方式和变压器中性点接地的选择2. 故障点的选择及正、负、零序网络的制定3. 短路电流计算4 线路保护方式的选择、配置与整定计算（选屏）

3、*5 主变及线路微机保护的实现方案6 线路自动综合重合闸7 保护的综合评价& 110KV系统线路保护配置图，*主变保护交、直流回路图参考资料:1 韩笑电气工程专业毕业设计指南继电保护分册M.北京：中国水利电力出版社，20032 何仰赞，温增银电力系统分析上、下册M.武汉:华中科技大学出版社，20023 贺家李，宋从矩电力系统继电保护原理M.北京:中国电力出版社，19944 尹项根，曾克娥电力系统继电保护原理与应用上册M.武汉:华中科技大学出 版社，20015 陈德树.计算机继电保护原理与技术M.北京:中国水利出版社，19926 孙国凯，霍利民电力系统继电保护原理M.北京:中国水利出版社，200

4、2 有关国家标准、设计规程与规范、图纸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

5、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。目录刖言 1摘 要 41系统运行方式和变压器中性点接地的选择 41.1选择原则 4发电机、变压器运

6、行方式选择的原则 4变压器中性点接地选择原则 5线路运行方式选择原则 51.2本次设计的具体运行方式的选择 52故障点的选择和正、负、零序网络的制定 53零序短路电流的计算成果（具体过程参考附录二） 74线路保护方式的选择、配置方案的确定 74.1保护的配置原则 74.2配置方案的确定 85继电保护距离保护的整定计算成果（具体过程参考附录三） 86继电保护零序电流保护的整定计算成果（具体过程参考附录四） 87保护的综合评价 97.1距离保护的综合评价 97.2对零序电流保护的评价 9结束语 9参考资料 10附录一 电网各元件等值电抗计算 11附录二 零序短路电流的计算 13附录四 继电保护零序

7、电流保护的整定计算和校验 19附录五 23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、110KV线路继电保护1系统运行方式和变压器中性点接地的选择1.1选择原则发电机、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

8、根据水库运行方式选择。(2) 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。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。 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。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。1.2本次设计的具体运行方式的选择电力系统运行方式

9、的变化，直接影响保护的性能。因此，在对继电保护进行 整定计算之前，首先应该分析运行方式。现结合本次设计具体说明如下，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或G2投入。对保护501而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式；保护 501 的最小运行方式应该是在系统的最小运行方式。所有变压器星型侧接地。2故障点的选择和正、负、零序网络的制定如图3.1所示，在整个系统中选择了 4个短路点d1、d2、d3、d4。之所以选这 四个点是因为本系统需要零序电流保护，通过这四点算出最大最小零序电流为后 面的零序电流整定奠定基础。图 3.2、3.3、3.4是d1短路时的正、负

10、、零序网 络图，因为篇幅所限，其他短路点的网络图这里没有画出来。图3.1等值电路图和各短路点XT3XBS1XLD2(2)XABXT4XT5IXT6XLD3(1)XLD4(1)图3.2d1短路时的正序网络图XT6图3.3d1短路时的负序网络图图3.4d1短路时的零序网络图3零序短路电流的计算成果（具体过程参考附录二）表4.1短路点最大短路零序电流最小短路零序电流di1.407KA1.016KAd21.24KA1.03KAd30.761KA0.715KAd40.998KA0.913KA4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

11、保护反应相 间短路故障：因为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。110K V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

12、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。5继电保护距离保护的整定计算成果（具体过程参考附录三）表6.1断路器501断路器503断路器504断路器506ZsetZsetZsetZsetZsetZsetZsetZsetZsetZset6.129.84123.75.1173.28.515.62123.39.52170.7ttrtrttrtt00.51.500.500.51.000.56继电保护零序电流保护的整定计算成果（具体过程参考附录四）表7.1断路器501断路器503断路器504断路器506111 setIsetIsetIsetIsetIodzIsetIsetI

13、odzIset5.324.741.263.771.283.953.451.142.8761.04tttttttttt00.51.500.500.51.000.57保护的综合评价7.1距离保护的综合评价主要优点：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和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。其中I段距离保护基本不受运行方式的影响，而u、川段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。主要缺点：不能实现全线瞬动。对双侧电源线路，将有全线的30%40%的第U段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接 受的。阻

14、抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置， 因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。7.2对零序电流保护的评价零序电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根椐运行需要增减段数。 为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理。 接地距离保护 的保护性能受接地电阻大小的影响很大。当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流 保护。特别是零序电流保护中最小定值的保护段， 它对检测经较大接地电阻的短 路故障较为优越。因此，零序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数。零

15、序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成，其整定配合遵循反映同 种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则，主要考虑与相邻下一级的接 地保护相配合；当装设接地短路故障的保护时，则一般在同原理的保护之间进行 配合整定。总结通过本次课程设计，对继电保护的设计有了进一步的了解和掌握。通过对课 本和参考书籍的翻阅，进一步提高了独立自主完成设计的能力。 本课程设计是针 对与110kv电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析和整定，因此它可以保护发生上述各种故障和事故时的系统网络，再设计思路中紧扣继电保护的四要求：1速动性2灵敏性3可靠性4选择性。在本次课程设计中，重新回顾了电力系统分析，

16、电路，电机学， CAD等专业课。 因为这次课程设计涉及的知识面较广， 基本上涵盖了所有专业课知识，对短路计 算，电路的化简进一步加深了认识，通过和同学的讨论加强了团队合作意识。参考资料7 韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册M.北京：中国水利电力出版社，20038 何仰赞，温增银.电力系统分析上、下册M.武汉:华中科技大学出版社， 20029 贺家李，宋从矩电力系统继电保护原理M.北京：中国电力出版社，199410 尹项根，曾克娥电力系统继电保护原理与应用上册M.武汉:华中科技 大学出版社，200111 陈德树.计算机继电保护原理与技术M.北京:中国水利出版社，199212 孙国凯，霍利

17、民.电力系统继电保护原理M.北京：中国水利出版社， 2002有关国家标准、设计规程与规范、图纸附录一电网各元件等值电抗计算1.1基准值选择基准功率：SB=100MV A，基准电压：Vb=115KV基准电流：Ib=Sb/1.732V b=100 X 103/1.732 X 115=0.502KA ;基准电抗：Zb=Vb/1.732I b=115 X 103/1.732 X 502=132.25 Q ;电压标幺值：E=E(2)=1.051.2输电线路等值电抗计算(1) 线路AS2等值电抗计算正序以及负序电抗：Xas2=X1Las2=0.4 x 15=6 QXaS2*=6/132.25=0.0453

18、7零序电抗：Xas20=X1 LaS2 =3X1Las2=3 x 6=18 QXaS20* =XaS20/ZB=18/132.25=0.1361(2) 线路AB等值电抗计算正序以及负序电抗：Xab=X1Lab=0.4 x 25=10 QXab* =Xab/Zb=10/132.25=0.07561零序电抗：Xabq =XoLab=3Xab=30 QAB*=3Xab*=0.2268(3) 线路AC等值电抗计算正序以及负序电抗：Xac =X1Lac=0.4 x 18=7.2 QXac* =Xac /z b=7.2/132.25=0.05444零序电抗：Xacq =3Xac =21.6 QXacq*=

19、3Xac* =0.1633线路BS1等值电抗计算正序以及负序电抗：Xbs产0.4 X 28=11.2 QXBS1*=11.2/132.25=0.08469零序电抗：Xbsio=3Xb“=33.6 QXBS20*=3XBS1/Zb=0.25411.3变压器等值电抗计算(1) 变压器IB 2B等值电抗计算Xt1=Xt2=(Uk%/100) X (Vn2X 103/Sn)98.736 QXti*=X t2*=Xti/Z b=98.736/132.25=0.7466(2) 变压器3B 4B等值电抗计算XT3=Xt4=(Uk%/100) X (Vn2/Sn)62.9805 QXT3*=XT4*=XT3/

20、Zb=62.9805/132.25=0.4762(3) 变压器5B 6B等值电抗计算XT5=XT6=XT7=(Uk%/100) X (Vn2/Sn)83.89 QXt6*=X t5*=0.63051.4发电机等值电抗计算(1) 发电机G1 G2电抗标幺值计算Xgi =0.7109 X 132.25=94.0165 QXg1* =XG2*=X%Sb/Sg=0.71091.5最大负荷电流计算(1) B母线最大负荷电流计算(拆算到110KV)dmax=2S2B/ 3U=2 X 15000/(1.732 X 115)=150.62A ;(2) A母线最大负荷电流计算Ia max =2S3b/ . 3

21、U=2 X 20000心.732 X 115)=200.8234A附录二零序短路电流的计算根据最大负荷电流可求出对应的负荷阻抗Xldi =E/1.732I di max =265.6 QXlD2 = E/1.732I d2 max =330.7 QXlD3 = E/1.732I d3 max =189.7 QXld4 = E/1.732I d4 max =209.9 Q2.1d1点短路的零序电流根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出X0e=16.75 Q X1e=X2e =48.23 QI。 min = E/(2Z2刀 +Z。刀)=115/(2 X 48.23+16.75)=1.016KAl

22、.max = E/(2Z。e+Zie)=115/(2 X 16.75+48.23)=1.407KA2.2d2点短路的零序电流根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出X0e=24.36 Q X1e=X2e =43.83 QI0 min = E/(2Z2e +Z0e)=115/(2 X 43.83+24.36)=1.03KAI。 max = E/(2Zoe+Zie)=115/(2 X 24.36+43.83)=1.24KA2.3d3点短路的零序电流根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出X0e=56.8 Q X1e =X2e=47.2 QI0 Fax = E/(2Z2e+Z0e)=115/(2 X

23、 47.2+56.8)=0.761KAIo min = E/(2Ze +Zi e)=115/(2 X 56.8+47.2)=0.715KA2.4d4点短路的零序电流根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出X0刀=34.8 Q X書=X2刀=45.6 QI。Fin = E/(2Z2刀 +Z0可=115/(2 X 45.6+34.8)=0.913KAI。 max = E/(2Z0e+Z1 可=115/(2 X 34.8+45.6)=0.998KA附录二继电保护距离保护的整定计算和校验3.1断路器501距离保护的整定计算和校验距离保护？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

24、定。取 Krei =0.80.85 ; Zset =K reZicA =0.85 X 7.2=6.12 Q；(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。距离保护n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LAS2的保护的锻配合Z set =Kn rel (ZlCA +K1 rel Kb min Z_AS2)K rel=0.8Z set=K rel(ZLCA+K： relKb min Z_AS2)=0.8 X (7.2+0.85 X 6)=9.84 Q; 与相邻线路L2的保护的锻配合Zset=0.8 X( 7.2

25、+0.85 X 10) =12.56 Q; 按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定Z set=K rel(ZLCA+K：詐b min ZLTC)K冋=0.70.75Z set=K rel(ZLCA+K：懿b FinZLTC)=0.7 X (7.2+1 X 31.5)=27.09 Q;取上面最小值为U段整定值即才set=9.84 Q动作时间t!= At=0.5s(3) 灵敏性校验：Ksen=Zset/ZLCA=9.84/7.2=1.37 V 1.5,不满足要求。距离保护山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；Kss=1.52.5,Kre=1.151.25,K 爲=0.80.85

26、 , IL max=316.3AZLFin=(090.95)V b/1.7321 LFax=09 X 115000/(1.732 X 316.3)=188.9 Q于是 才set=(ZLFinKrel)/(KreKss) = 188.9 X 0.8/1.5 X 1.15=79.18 动作时间：t1=3t=1.5s(3) 灵敏性校验： 本线路末端短路时的灵敏系数为：Ksen =Zset/ZLCA=79.18/7.2= 10.991.5 满足要求 相邻元件末端短路时的灵敏系数为：?相邻线路LAS2路时的灵敏系数为；最大分支系数为 1： Ksen 3=Zset/(ZLCA+ZLAS2)=79.18/(

27、7.2+6)=5.991.2，满足要求n相邻线路LAB末端短路时的灵敏系数为；最大分支系数：Kb max =1Ksen =Z set/(ZLCA+ZLAB)= 79.18/(7.2+10)=4.61.2 ，满足要求m相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；最大分支系数：Kb max =1Ksen =z set/(Z lca+Zt)=79.18/(7.2+31.5)=2.051.2，满足要求3.2断路器503距离保护的整定计算和校验距离保护？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 KIrel=0.80.85 ; ZIset=KIrelZLAS2=0.85 X 6=5.1

28、 Q(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。距离保护皿段的整定计算Z_ min =239.03 QZ set = Qt=0.5s灵敏度校验：Ksen=/6=13.2 1.5满足要求3.3断路器504距离保护的整定计算和校验331 I段整定计算(1) 动作阻抗对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。取 K；ei=0.80.85 ； ZIset=KIrelZLAB=0.85 X 10=8.5 Q;(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。3.3.2 H段整定计算(1) 动作

29、阻抗：按下列三个条件选择。与相邻线路BS1的保护的锻配合Z set =Knrel (Zlab+K 1 rel Kb min Z_BS1)K rel=0.8Kb Fin=1 于是Z set =K rel (Zlab+K rel Kd min Z_BS1)=0.8 X (1.07+0.85 X 11.2) = 15.62 Q ；按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定Z set =krel (Zlab+K b min Ztc)K rel=0.70.75 min 一 1zset=0.7 X (10+42)=36.4 Q;取以上二个计算值中最小者为n段整定值，即取Zset=15.62 Q; 动作时间：t1=

30、 At=0.5s(3) 灵敏性校验：Ksen=Zset/ZLAB = 15.62/1.07=1.56 1.5,满足要求。距离保护皿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;ZLmin=(0.90.95)V b/1.7321 _max=0.9 X 115 X 1000/1.732 X 350=170.74 QKss=1.52.5,K re=1.151.25,K 寫=0.80.85于是：Zset=(ZLFinK爲)/(KreKss)=170.74 X 0.8/1.5 X 1.15=79.18 动作时间：t=2 4=1s(3) 灵敏性校验： 本线路末端短路时的灵敏系数为：Ksen

31、=Z set/ZLAB=79.18/10=7.921.5，满足要求 相邻元件末端短路时的灵敏系数为：?相邻线路LBS1末端短路时的灵敏系数为；maxKsen =Zset/(Zlab+K b maxZLbs1)=3.731.2，满足要求=1n相邻变压器末端短路时的灵敏系数为;max=1Ksen =Z set/(Z lab+心 max Ztc) =79.18/(10+42) = 1.521.2，满足要求3.4断路器506距离保护的整定计算和校验距离保护 锻的整定计算(1) 动作阻抗对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。取 Krel=0.80.85 ； Zset=Krel乙BS1=0.85 X 1

32、1.2=9.52 Q;(2) 动作时限距离保护 緞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。因为506后没有线路，故无需进行段整定。342距离保护皿段的整定计算ZLFin=170.34Zset=t=1SKsen=79.18/11.2=7.07 1.5 满足要求3.5断路器502、505装距离保护基本没作用，因为该系统是单电源供电，也不需装功率方向继电保护。附录四继电保护零序电流保护的整定计算和校验4.1断路器506零序电流保护的整定计算和校验零序电流保护 锻的整定计算 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31。max ,即 K1

33、rel = 1.21.3 ,I：set=K：冋31。 max =1.2 X 3 X 0.761=2.74KA因为断路器506无下一回线路，所以无需整定零序保护的第n段零序电流保护 山段的整定计算(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hb max ,即Iunb max=0.865KA,K rel = 1.11.2,lset=K relIunb max =1.2 X 0.865=1.04KA(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31叫min来校验，要求K.en 2,即Ksen=3I0 min/I s

34、et=3 X 0.715/1.04=2.06 2,符合要求。(3) 动作时限零序 山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。t= At=0.54.2断路器503零序电流保护的整定计算和校验421零序电流保护 锻的整定计算(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3I0 max ,即 K rel = 1.21.3 , set=K rel3I0 Fax =1.2 X 3 X 0.998=KA因为断路器503无下一回线路，所以无需整定零序保护的第n段零序电流保护 山段的整定计算(1) 起

35、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Ibp -max ,即Iunb max=0.936KA,K 冋=11121 set = K Junb max =1.2 X 0.936=1.28KA(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31。叫min来校验，要求Ksen 2,即Ksen=3l。叫 min set=3 X 0.913/1.28= 2,符合要求。(3) 动作时限零序山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。t= At=0.

36、54.3断路器504零序电流保护的整定计算和校验431零序电流保护 锻的整定计算(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3Io max ,即 K rel = 1.21.3 ,I：set=K：冋31。 max =1.2 X 3 X 1.24=3.95KA零序电流保护n段的整定计算(1) 起动电流零序n段的起动电流应与下一段线路的零序毅保护相配合。该保护的起动电流l set为：取K rel = 1.1 , 6=1lset=(K rel/ko.b)r set = 1.2 X 2.74=KA(2) 动作时限：零序n段的动作时限与相邻线路零序 锻保护范围相配合，动作时限一般取0.5s c(3) 灵敏度校