单电源环形网络继电保护设计——2、4、6、8保护

1、车辆与动力工程学院课程设计说明书单电源环形网络继电保护设计2、4、6、8保护摘 要电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学

2、的电力系统继电保护这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。关键词：电力系统， 继电保护，环形网络目 录第一章 绪 论1§1.1设计的意义1§1.2设计的目的1第二章 设计内容3§2.1 计算网络各参数3§2.2 运行方式的选定原则4§2.3短路电流计算5§2.4线路保护配置的一般原则6§2.5保护方式的确定及动作值的整定7§2.5.1 AD 线路8QF的整定7§2.5.2 DC 线路6QF的整定9§2.5.3 CB 线路4QF的整定11§2.5.4 BA线路2

3、QF的整定12§2.6 保护4的继电保护接线图15第三章 综合评价17第四章 设计心得19参考文献2020第一章 绪 论专业课程设计，一方面使学生获得综合运用学过的知识进行电力变电所、牵引变电所各主要元件的保护设计及整定和保护设备的选型的基本能力，另一方面能巩固与扩大学生的电气综合设计知识，为毕业设计做准备，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。§1.1设计的意义通过专业课程设计，应在下述各方面得到锻炼：1.掌握继电保护保护方案的确定原则，整定计算的一般步骤，了解系统运行方式的确定，保护整定系数的分析与应用，前后级整定配合的基本原则； 2.掌握保

4、护、控制、测量、信号回路阅读和设计基本方法；3.学习相关保护设备的选择和一般的维护。§1.2设计的目的根据原理图及数据：（1）确定保护2、4、6、8的保护方式，以及它们的、和；（2）绘制保护4的接线图及网络单线图；（3）对本网络所采用的保护进行评价。第二章 设计内容§2.1 计算网络各参数 计算短路电流时，各电气量如电流、电压、功率和电抗等的数值，可用有名值表示，也可用标么值表示。为了计算方便，在低压系统中宜用有名值计算法，在高压系统中宜用标么值计算法。 标么值计算法：标么值就是相对值算法，用新选单位进行某物理量的衡量，衡量的值称标么值。 有名值计算法：每个电气参数的单位是

5、有名的，而不是相对值。在比较简单的网络中计算短路电流也常常采用此方法，在使用此方法计算短路电流时，应特别注意的是:必须将各电压等级的电气参数都归算到同一电压等级上来。 （1）电机参数的计算 发电机的电抗标幺值：X*=Xd''(%)SB100SN式中Xd''(%) 发电机次暂态电抗；UN 发电机的额定电压；SB 基准容量100MVA； SN发电机额定容量，单位MVA。（2）变压器参数的计算 双绕组变压器电抗标幺值：XT*=Uk(%)SB100SN式中Uk(%)变压器短路电压百分值；UN 发电机的额定电压；SB 基准容量100MVA； SN变压器额定容量。假设选取基

6、准功率Sd=100MVA；基准电压Ud=115KV；基准电流Id=Sd3UD=100×1033×115=0.525KA，基准电抗Zd=Ud3Id=115×1033×0.502=132.25。（3）电机及变压器参数的计算X*G1=X*G2=X*G3=Xd''SdSN=0.129×10050=0.258X*T1=X*T2=Uk100SdSN=10.5100×10040=0.263X*T3=Uk100SdSN=10.5100×10060=0.175X*T4=X*T5=X*T6=X*T8=Uk（%）100SdSN=1

7、0.5100×10020=0.525（4）输电线路参数的计算Z*LAB=ZLABSdUd2=0.2×40×1001152=0.061Z*LBC=ZLBCSdUd2=0.2×60×1001152=0.091Z*LCD=ZLCDSdUd2=0.2×50×1001152=0.076Z*LDA=ZLDASdUd2=0.2×50×1001152=0.076§2.2 运行方式的选定原则确定运行方式就是确定最大和最小运行方式，通常都是根据最大运行方式来确定保护的整定值，以保证选择性，在其它运行方式下也一定能保

8、证选择性，灵敏度的校验应根据最小运行方式来校验，因为只要在最小运行方式下灵敏度一定能满足要求。 （1）最大运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最大，对继电保护而言称为系统最大运行方式，对应的系统等值阻抗最小。它是指供电系统中的发电机，变压器，并联线路全投入的运行方式。系统在最大运行方式工作的时候，等值阻抗最小，短路电流最大，发电机容量最大。 （2）最小运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最小，对继电保护而言称为系统最小运行方式，对应的系统等值阻抗最大。它是指供电系统中的发电机，变压器，并联线路部分投入的运行方式。系统在最小运行方式工作的时候，等值阻抗最大

9、，短路电流最小，发电机容量最小。最大运行方式下的最小电源阻抗ZSmin=（0.2582+0.2632）（0.258+0.175）=0.2610.433=0.163最小运行方式下的最小电源阻抗ZSmax=0.2582+0.2632=0.261§2.3短路电流计算计算最大短路电流,并计算各段路点的短路电流Ik。为计算动作电流，应该计算最大运行方式下的三相短路电流，为检验灵敏度要计算最小运行方式下的两相短路电流。而对于短路点的选择一般选择在高、低压母线上和电气设备接线处。为计算2QF、4QF、6QF的整定值，根据如上系统图可知，最大运行方式要求1QF断开，等值阻抗图如图2.3.1。 图2.

10、3.1最大运行方式下三相短路等值阻抗图计算三相短路电流：Ik(3)=IdZSMIN*+ZL*计算两项短路电流：Ik(2)=32Ik(3)以K1点发生三相短路为例Ik3=IdZSMIN*+ZLAD*+ZLDC*+ZLCB*+ZLBA*=0.5020.163+0.076+0.076+0.091+0.061=1.075Ik2=32Ik3=32×0.654=0.931同理得K2、K3、K4各个短路点短路电流表2.3 短路电流值 短路电流短路点最大运行方式最小运行方式IK3KAIK2KAK11.0570.931K21.2361.070K31.5941.380K42.1001.819K53.08

11、2.667§2.4线路保护配置的一般原则（1）考虑经济的优越性：可以尝试配三段式电流保护，同时由于系统是环网运行，相当于双电源运行一定要加方向元件。在110KV 等级电力网络中，三段式电流保护可能在系统最小运行方式下没有保护范围，如果系统在最小运行方式下运行的几率不大的情况下，而且资金不够的情况下可以尝试三段式电流保护，基本可以保证系统正常运行。 （2）对于 110KV 及以上的电压电网的线路继电保护一般都采用近后备原则。当故障元件的一套继电保护装置拒动时，由相互独立的另一套继电保护装置动作切除故障。而当断路器拒绝动作时，启动断路器失灵保护，断开与故障元件相连的所有联接电源的断路器。

12、 （3）对瞬时动作的保护或瞬时段保护，其整定值应保证在被保护元件发生外部故障时，继保装置可靠且不动作，但单元或线路变压器组的情冰况除外。（4） 110KV 线路保护应按加强主保护、简化后备保护的基本原则配置和整定。其中两套全线速动保护的交流电流、电压回路和直流电源彼此独立；每一套全线速动保护对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除故障；两套全线速动保护应具有选相功能；两套主保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈；两套全线速动保护分别使用独立的远方信号传输设备；具有全线速动保护的线路，其主保护的整组动作时间应为：对近端故障不大于 20 毫秒；对远端故障不大于 30毫秒。 （5）考虑系统的运行

13、方式：110KV 高压输电网络应该属于大接地电力系统，需要配置零序保护。如上考虑到环网运行，也要加方向元件。保证保护不误动作。 §2.5保护方式的确定及动作值的整定保护2、4、6、8的等效电路图如图2.5.1图2.5.1 保护 2、4、6、8 的等效电路图§2.5.1 AD 线路8QF的整定 （1）保护8的段保护（电流速断保护）线路 AD末端的最大三相短路电流IkDmax3=Ik23=2.100KA动作电流Iop6I=KrelI×IkDmax3取KrelI=1.3，则保护8的电流保护第I 段动作电流为Iop8I=KrelI×IkDmax3=1.3

14、5;2.100=2.720KA保护范围的校验最小运行方式下，AD线路X处两相短路的电流为：IkMIN2=UN2(ZSMAX+X%×ZLAC)=1.819KAX%×ZLAD=UN2Ikmin2-ZSmax=1102×1.819-0.261×132.25=-4.28X%=4.280.076×132.25=42.6%>15%灵敏度满足要求。（2）保护8的段保护（限时电流速断保护）：与保护6的第I段相配合保护 6的电流保护第 I 段动作电流为IkCmax3=Ik33=1.594AIop6I=KrelIIkBmax3=1.3×1.594=

15、2.072KA取KrelII=1.2，则Iop8II=KrelIIIop6I=1.2×2.072=2.279动作时限t8II=t6I+t=t=0.5s灵敏度校验本线路AD 末端的最小两相短路电流IkDmin2=1.819KA故Ksen=IkDmin2Iop8II=0.8<1.3灵敏度不满足要求，可与保护6段 的电流保护第 II 段相配合。 （3）保护8的段保护（定时限过电流保护）动作电流的整定取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kss=1.5Iop6=KrelIIIKssKreILmax=1.2×1.50.85×230=487.1KA动作时限t8II

16、I=t6III+t=1+t=1.5s灵敏度校验作近后备时，按本线路AD末端的最小两相短路电流IkDmin2=IK22来校验，即Ksen=IkDmin2Iop8III=1.8190.4871=3.73>1.5作远后备时，按相邻线路CB末端的最小两相短路电流IkBMIN2=IK32来校验，Ksen=IkCmin2Iop8III=1.3800.4871=2.8>1.2§2.5.2 DC 线路6QF的整定 （1）保护6的段保护（电流速断保护）线路 DC末端的最大三相短路电流IkCmax3=1.594KA取KrelI=1.3，则保护6的电流保护第I 段动作电流为Iop6I=Krel

17、I×IkCmax3=1.3×1.594=2.072KA保护范围的校验最小运行方式下，DC线路X处两相短路的电流为：IkCmin2=UN2(ZSmax+X%×ZLDC)=1.07KAX%×ZLDC=UN2IkCmin2-ZSMAX=1102×1.380-0.261×132.25=5.34X%=5.340.076×132.25=53.1%>15%灵敏度满足要求。（2）保护6的段保护（时限电流速断保护）：与保护4的第I段相配合保护 4的电流保护第 I 段动作电流为IkBmax3=1.236KAIop.4I=KrelIIkBm

18、ax3=1.3×1.236=1.607KA取KrelII=1.1，则Iop6II=KrelIIIop4I=1.1×1.607=1.767KA动作时限t6II=t4I+t=t=0.5s灵敏度校验本线路DC末端的最小两相短路电流IkCmin2=1.380KA故Ksen=IkCmin2Iop6II=0.78<1.3灵敏度不满足要求，可与保护 4的电流保护第 II 段相配合。 （3）保护6的段保护（定时限过电流保护）动作电流的整定取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kss=1.5Iop6II=KrelIIIKstKreILmax=1.2×1.50.85

19、15;140=296.5KA动作时限t6III=t4III+t=2t=1s灵敏度校验作近后备时，按本线路DC末端的最小两相短路电流IkCmin2来校验，即Ksen=IkC.min2Iop6III=1.3800.2965=4.7>1.5作远后备时，按相邻线路CB末端的最小两相短路电流IkAmin2=Ik42=0.83来校验，即Ksen=IkBmin2Iop6III=1.0700.2965=3.6>1.2§2.5.3 CB 线路4QF的整定（1）保护4的段保护（电流速断保护）线路CB末端的最大三相短路电流IkBmax3=1.236KA取KrelI=1.3，则保护4的电流保护第

20、I 段动作电流为Iop4I=KrelI×IkBmax3=1.3×1.236=1.607KA保护范围的校验最小运行方式下， CB线路X处两相短路的电流为：IkBmin2=UN2(ZSmax+X%×ZLCB)=1.07KAX%×ZLCB=UN2Ik.Bmin2-ZSMAX=1102×1.070-0.261×132.25=16.88X%=16.880.091×132.25=140%>15%灵敏度满足要求。（2）保护4的段保护（时限电流速断保护）：与保护2的第I段相配合保护 2的电流保护第 I 段动作电流为IkA.max3=1

21、.075KAIop.2I=KrelIIkAmax3=1.3×1.075=1.4KA取KrelII=1.1，则Iop4II=KrelIIIop2I=1.1×1.4=1.54KA动作时限t4II=t2I+t=t=0.5s灵敏度校验本线路CB末端的最小两相短路电流IkBmin2=1.070KA故Ksen=IkBmin2Iop4II=0.7<1.3灵敏度不满足要求，可与保护 2的电流保护第 II 段相配合。 （3）保护6的段保护（定时限过电流保护）动作电流的整定取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kss=1.5Iop6II=KrelIIIKstKreILmax=1.2

22、×1.50.85×150=317.6KA动作时限t4III=t2III+t=t=0.5s灵敏度校验作近后备时，按本线路DC末端的最小两相短路电流IkCmin2来校验，即Ksen=IkB.min2Iop4III=1.0700.3176=3.4>1.5作远后备时，按相邻线路CB末端的最小两相短路电流IkAmin2=Ik42=0.83来校验，即Ksen=IkAmin2Iop4III=0.9310.3176=2.9>1.2§2.5.4 BA线路2QF的整定 保护2在网络的末端，所以不存在与下级保护的配合问题，其速断保护（第一段）的整定电流按躲过本线路的最大负荷

23、电流来整定，保护线路全长，第二段按过负荷的方式整定，所以不需要第三段。 （1）保护2的段保护（电流速断保护）线路 BA末端的最大三相短路电流IkAmax3=1.075KA取KrelI=1.3，则保护 2的电流保护第I 段动作电流为Iop2I=KrelI×IkAmax3=1.3×1.075=1.4KA保护范围的校验最小运行方式下，BA线路X处两相短路的电流为：IkAmin2=UN2(ZSmax+X%×ZLBA)=0.931X%×ZLBA=UN2IkAmin2-ZSMAX=1102×0.931-0.261×132.25=24.6X%=24

24、.60.061×132.25=300%>15%（2）保护2的段保护（过负荷保护）动作电流的整定取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kss=1.5Iop2II=KrelIIIKssKreILmax=1.2×1.50.85×230=487.1KA动作时限t2II=0灵敏度校验作近后备时，按本线路BA末端的最小两相短路电流IkAmin2来校验，即Ksen=IkAmin2Iop2II=0.9310.4871=1.9>1.5K2、K4、K6、K8各个短路点整定值如表2.5.2表2.5.2 各短路点整定计算值 保护编号参数整定I(KA)2QF4QF6QF8

25、QF备注第I段IopI1.41.6072.0722.73保护范围300%140%51.3%42.6%第II段IopII0.48711.541.7672.279tII00.5S0.5S0.5SKsenII1.90.70.780.8第III段IopIII0.31760.29650.4871tIII0.5S1S1.5SKsenIII3.44.73.73近后备2.93.62.8远后备是否加电流电压 互锁环节不加不加不加加§2.6 保护4的继电保护接线图（1）原理接线图如图2.6.1图2.6.1 原理接线图(详见附图1)（2）交流回路展开图如图2.6.2图2.6.2 交流回路展开图(详见附图2

26、)（3）直流回路展开图如图2.6.3图2.6.3 直流回路展开图(详见附图3) 第三章 综合评价根据“继电保护和安全自动装置技术规程”及题目给定的要求，从选择性、灵敏性、速动性及可靠性四个方面来对本网络所采用的保护进行评价。 一个继电保护装置的好坏，主要是从它的选择性、灵敏性、速动性及可靠性等方面衡量的。 1、 选择性 继电保护的选择性是指保护装置动作时，在最可能小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它有两种意思：其一是只应有装在故障原件上的保护装置动作切除故障；其二是力争相邻元件的保护装置对它起后备保护作用。电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电

27、流速断保护只能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用限时过电流保护作为本线路和相邻下一线路的后备保护。实际上，电流速断保护 I 段常常不能通过灵敏度的校验，主要是因为系统运行方式变化比较大，在最小运行方式下，保护I 段往往没有保护范围，为此，常使用电流电压联锁保护代替电流速断保护，实现 I 段的主保护。本设计中，为了保证选择性，采用了功率方向元件，并通过上下级之间的配合实现了保护的选择性。 2、 速动性继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损害程度，提高电力系统并列运行的稳定性 电流电压保护第段及第段共同作为线路

28、的主保护，能满足网络主保护的速动性要求。而第三段保护则因为越接近电源，动作时间越长，有时动作时间长达好几秒，因而一般情况下只能作为线路的后备保护。 本设计的主保护动作时间满足题目要求。 3、 灵敏度 继电保护的灵敏性是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的的反应能力。电流保护的灵敏度因系统运行方式的变化而变化。一般情况下能满足灵敏度要求。但在系统运行方式变化很大，线路很短和线路长而负荷重等情况下，其灵敏度可能不容易满足要求，甚至出现保护范围为零的情况。三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。缺点是它的灵敏度受保护方式和短路类型的影响，此外在单侧电源网络中才有

29、选择性。 4、可靠性 电流保护的电路构成，整定计算及调试维修都较为简单，因此，它是最可靠的一种保护。 计算整定过程的几个注意点：（1）单电源环形网络的相间短路保护可采用带方向或不带方向的电流电压保护，因此在决定保护方式前，必须详细地计算短路点短路时，渡过有关保护的短路电流和保护安装处的残余电压，然后根据计算结果和题目的要求条件下，尽可能采用简单的保护方式。（2）系统运行方式的考虑除了发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时渡过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值灵敏度。（3）在求不同保护的整定值和灵敏度时，应该注意短路点的选择。（4）后备保护的动作电流必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电流大于下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度，以保证选择性。可靠性包括安全性和信赖性，是继电保护