电力系统继电保护课设..

1、第1章引言-1-1.1设计题目基础资料-1-1.2 设计内容-2-1.3设计要求-2-第2章电力网络短路计算-2-2.1确定电网最大和最小运行方式-2-2.2计算各元件基准电抗标幺值-3-2.3求各点短路电流（最大运行方式）-4-2.4最小运行方式下-5-2.5短路电流计算-6-2.5.1正向运行短路数据-6-2.5.2反向运行短路数据-7-第3章电力系统继电保护各兀件选择-8-3.1 50MW汽轮发电机继电保护方式选择-8-3.2 20MW电力变压器继电保护方式选择-9-3.3 110kV单侧电源双开网络输电线路继电保护方式选择-9-第4章输电线路继电保护整定计算-11-4.1 三段式方向电

2、流保护-11-4.2三段式距离保护（正向）-12-4.3三段式距离保护（反向）-13-第五章110kV高压输电线路继电保护装置配置-14-5.1 距离保护方框图-14-5.2重合闸逻辑方框图-14-5.3 主要技术指标-15-5.3.1整组动作时间-15-5.3.2启动元件-15-5.3.3距离保护165.3.4过流保护-16-5.4保护配置-16-收获体会-16-参考文献-17-第1章引言1.1设计题目基础资料如图1.3所示llOkV单电源环形网络：(1) 所有变压器和母线装有纵联差动保护，变压器均为Y,dll接线；(2) 发电厂的最大发电容量为(2X25+50)MW，最小发电容量为2X25

3、MW；(3) 网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行；(4) 允许的最大故障切除时间为0.85s；(5) 线路AC、BC、AB、CD的最大负荷电流分别为230、150、230和140A，负荷自起动系Kss1.5；9-18-(6) 时间阶梯At=0.5s；(7) 线路正序电抗每公里为0.4Q；设计任务：1) 确定保护1、3、5、7(或2、4、6、7)的保护方式，以及它们的动作电流I、动作电压opU、灵敏度K和动作时间t；opsenop2) 绘制保护5或保护4的原理接线图和展开接线图；9kiz：OknUkrlOJ；=_:啊cos<=0.8'<7x.?|-v5：MVco

4、s<=0.85X柱132x'iii-cos<=0.8x"丄cos<=0.8x-cos<=0.85X韦.129C厂WiJiX1严1-，-图1.3设计题目三的网络图1.2设计内容（1）短路电流计算1）确定电力系统最大运行方式和最小运行方式，计算最大短路电流值和最小短路电流值。2）确定短路计算点，画出计算电路图。3）选取基准值，用标幺值计算各元件参数，画出等效电路。化简等效电路，求各短路点的等效电抗。4）求各短路点的计算电抗。用运算曲线计算各短路点的短路电流，包括次暂态（t=0s）和稳态（t=4s）的短路电流值。（2）确定电力系统中发电机、变压器和输电线路的

5、保护方案。1）根据GB50062-1992（规范名称：电力装置的继电保护和自动装置设计规范）选择继电保护的方式。应优先选择最简单的保护，不满足基本要求时再采用较复杂的保护。2）选择保护方式时，先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。如不满足，允许采用自动重合闸补救。1.3设计要求1）确定保护1、3、5、7（或2、4、6、7）的保护方式，以及它们的动作电流I、动作电压opU、灵敏度K和动作时间t；opsenop2）绘制保护5或保护4的原理接线图和展开接线图；第2章电力网络短路计算2.1确定电网最大和最小运行方式画出计算电路，确定短路计算点，计算各点三相对称

6、短路的最大和最小短路电流值。2.2计算各元件基准电抗标幺值最大运行方式计算电路，如图2.1。图2.1最大运行方式计算电路AB选S=100(MVA)B基准电压U=6.3(KV)U=115(KV)U=10.5(KV)B1B2B3发电机:X=X''GdSB-SNGX二XG1G2二0.132x2500二0.4488/0.85X二0.129G3x聆二0.21930.85变压器:U%S=KXB-100SNX二XXT1T210031.510100XX0.16(T31006010100X=XXT6T710031.510100XX0.4T810025二0.3175二0.3175TXT4二XT5二

7、珞X罟二心线路:X1=0.4(0/KM)X二0.4x60x-100二0.1815121152X二0.4x25x100二0.0756141152X1广°4490X罟二02722X13二°44404罟二°121U2B2.3求各点短路电流（最大运行方式）求K点1K点等效电路图，如图2.2。1图2.2K点等效电路图1GeOXg1/Xg2上6.3KVS25S=2x=2x=58.82(MVA)58.82=5.39(KA)”1cos申0.05SS-1訂U<3X6.3B1二0,44882二0.2244查汽轮发电机运算曲线，求XTI*TI="Ijsttt工X=X-2

8、=0.2244X5882=0.132jsk1SB100查t=0时I*二：8.3I=II=8.3x5.39=44.737(KA)t=0tt工t=4sI*t=4=3.25I=I*I=3.25x5.39=17.5175(KA)tt工K点2K点等效电路图，如图2.3。2图2.3K点等效电路图2K22115KVS，广為X2+忌二“65（MVA）=(X/X+X/X)/(X+X)=(0.2244+0.1586)/(0.2193+0.1667)=0.1922G1G1T1T2G3T3X=X-S2=0.1922X=0.2261js2K2-100B最大运行方式下短路数据，如表2.1。表2.1最大运行方式下短路数据短

9、路点12345678XK0,.22440.19220.33550.49410.37370.62370.57030.9703X.js0.1320.22610.39470.58130.43970.73380.6711.1416jsI*t=08.14.952.61.762.421.471.521.88I(KA)t=043.6592.9241.535811.3861.42959.510.897912.1623I*t=42.52.412.21.942.181.71.80.96I(KA)t=413.4751.42361.312.551.287710.99781.06336.2105IJKA)5.390.5

10、9070.59076.46930.59076.46930.59076.46932.4最小运行方式下最小运行方式计算电路，如图2.4。图2.4最小运行方式计算电路最小运行方式下短路数据，如表2.2。表2.2最小运行方式下短路数据短路点12345678XK0.22440.3830.65520.81380.56450.81450.76111.1611Xjs0.1320.22530.30960.40290.3320.47910.3540.5893I*t=08.14.872.612.13.22.122.31.48I(KA)t=043.6591.43810.77076.7830.956.84760.679

11、24.7804I*t=42.52.382.412.192.32.082.121.8I(KA)t=413.4750.70280.71176.7830.67926.71840.6265.814IJKA)5.390.29530.29533.230.29533,.230.29533.232.5短路电流计算2.5.1正向运行短路数据正向运行短路数据，如表2.3表2.3正向运行短路数据最大运行方式最小运行方式参数短路点ABABXjs00.54640.68870.45660.3854I*t=02.31.52.182.7I*t=41.971.82.12.21I(KA)t=01.35860.88610.6438

12、0.7973I(KA)t=41.13411.06330.62010.65262.5.2反向运行短路数据反向运行短路数据，如表2.4。表2.4反向运行短路数最大运行方式最小运行方式参数短路点ABABXjs0.5820.43970.40320.332I*t=01.732.372.313.2I*t=41.932.32.42.6I(KA)t=01.02191.40.68210.945I(KA)t=41.141.35860.70870.7678第3章电力系统继电保护各元件选择3.1 50MW汽轮发电机继电保护方式选择发电机是电力系统的核心元件，要保护发电机的安全、可靠运行，就必须装设完善的继电保护装置。

13、同步发电机应装设下列保护：纵联差动保护。纵联差动保护作为发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护。定子绕组匝间短路保护。定子绕组为星形连接，每相有两个并联分支且中性点有分支引出线端子的发电机，应装设单机电气式横差保护°50MW以上的发电机，当定子绕组为星形连接，中性点只有三个引出端时，应装设专用匝间短路保护装置（如BFZ-1型和BFZ-2型）。定子接地保护。与母线直接相连接的发电机，当单相接地故障电流（不考虑消弧线圈的补偿作用）大于表1.1中的元件允许电流值时，应装设有选择性的接地保护装置。表1.1发电机选择发电机额定电压（kV）发电机额定容量（MW）接地电流允许值（A）6.3<

14、;504100MW以下发电机应装设保护区不小于90%的定子接地保护，保护装置带时限动作与信号。为了检查发电机与系统并联前有无接地故障及发电机定子绕组与发电机电压回路的绝缘状态，应在发电机机端装设测量零序电压的电压表。机间短路的后备保护。对于150MW的发电机，宜装设复合电压启动的过电流保护。电流元件的动作电流可取1.31.4倍额定电流，低电压元件的动作电压对汽轮发电机可取0.60.7倍额定电压，负载电压取0.060.12倍额定电压。发电机相间短路的后备保护宜带两段时限，以短时限动作于母线断路器或母线分段断路器跳闸，以缩小故障影响范围，以较长时限动作于跳开发电机。定子绕组过负荷保护。定子绕组非直

15、接冷却的发电机应装设定时限过负荷保护。保护装置接一相电流，带时限动作于信号。电子绕组非直接冷却且负荷能力较低（60s内不大于1.5倍额定电流）的发电机的过负荷保护由定时限和反时限两部分组成。定时限部分动作电流发电机长期允许的负荷电流下可靠返回条件整定，动作于信号且可减少出力；反时限部分动作特性按发电机定子绕组的过负荷能力确定，动作于解列。失磁保护。100MW以下及不允许失磁运行的发电机以及根据电力保护系统稳定条件不允许异步运行的发电机，当采用直流励磁机时，在自动灭磁开关断开后应联动断开发电机断路器；当采用半导体励磁系统时，则应装设专用的失磁保护。对于100MW以下但对电力系统有重大影响的发电机

16、应装设专用的失磁励磁保护。失磁保护由阻抗元件、母线低电压元件和闭锁元件组成。阻抗元件用于检测出失磁故障；母线低电压元件用于检测母线电压，保护系统元件；闭锁元件用于保证保护装置在外部短路、系统故障、自同步及电压回路断线时不误动作。对汽轮发电机，失磁后母线电压低于允许值，带时限动作于跳闸；当母线电压未低于允许值时，带时限动作于信号，同时动作于切换励磁回路和自动减少出力。3.2 20MW电力变压器继电保护方式选择气体保护。对于0.8MWA及以上的油浸式变压器和0.4MVA及以上的车间内油浸式变压器，均应安装气体保护。当油箱内故障产生瓦斯或油面下降时，应延时动作于信号；当产生大量瓦斯气体时，应动作断开

17、变压器各侧断路器。电流速断保护。对于6.3MVA及以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备时限大于0.5s时应装设电流速断保护。差动保护。对于6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及100MVA及以上厂用变压器和单独运行的变压器，应装设纵联差动保护(简称纵差保护)。对高电压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重纵差保护。纵差保护应能躲过励磁涌流和外部产生的不平衡电流，应在变压器过励磁时不误动。差动保护范围应包括变压器绕组，套管及其引出线。电力变压器的后备保护。对降压变压器宜用过电流保护，当灵敏度系数不满足要求时应采用

18、复合电压启动的过电流保护；对63MVA以下的升压变压器和系统联络变压器宜采用复合电压启动的过电流保护，当灵敏度系数不满足要求时应采用阻抗保护；对63MVA以上的升压变压器宜采用负序电流和单相式低电压启动的过电流保护，当灵敏度系数不满足要求时应采用阻抗保护。各种后备保护均带时限作用于相应断路器跳闸。根据变压器的形式及其接线方式不同，相间短路的后备保护装置如下；a. 双绕组变压器，后备保护装在主电源侧，根据主接线情况，保护可带一段或两段时限，以较短时限跳开母联或分段断路器，以较长时限断开变压器各侧的断路器。b. 三绕组变压器和自耦变压器，后备保护要分别装在主电源侧和主负载侧。主电源侧的保护带两段时

19、限，以较短的时限断开为装保护侧的断路器。主负荷侧的保护动作于本侧断路器。当上述方式不符合灵敏度系数要求时，可在各侧装设后备保护。各侧保护应根据选择性要求考虑加装方向元件。c. 0.4MVA及以上的变压器应装设过负荷保护，对自耦变压器和多绕组变压器，保护装设应能反映公共绕组及各侧绕组的过负荷情况。过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。必要时过负荷保护也可动作于跳闸或切除负荷。3.3 110kV单侧电源双开网络输电线路继电保护方式选择相间短路保护按下列原则配置：(1) 保护的电流回路的电流互感器采用不完全星型接线，各线路保护用电流互感器均装设在A、C两相上，以保证在大多数两点接地情况下只切除一个

20、故障接地点。(2) 采用后备保护方式。(3) 线路上发生短路时，如厂用电或重要用户的母线电压低于50%60%的额定电压时，应快速切除故障，以保证非故障部分的电动机能继续运行。在多电源的单回线路上，可装设两段或三段式电流、电压保护，必要时保护装设方向元件，如不能满足选择性、灵活性或速动性时，可采用距离保护。对于环形电网，为简化保护可以在故障时先将网络自动解环，带故障消失后，再自动恢复。对于单侧电源的辐射形线路，可装设定时限或反时限过流保护，对于带电抗器的线路，如断路器不是按电抗器前短路来选择的，由于断路器遮断容量的限制，不应装设电流速断保护，而应由母线保护切除电抗器前的故障。对接于发电厂母线的不

21、带电抗器的直配线，60%额定应装设电流速断保护，其保护范围应保证切除所有使该母线残余电压低于50%电压的短路故障，必要时电流速断无选择性动作，而后用自动重合闸补救。继电保护整定计算一般包括动作值的整定、灵敏系数校验和动作时限整定。第4章输电线路继电保护整定计算4.1三段式方向电流保护三段式电流保护电路图，如图4.1。图4.1三段式电流保护电路图1QF2QF3QF4QF5QF6QF已知1(3)二1.359(kA)1(3)二1.134(KA)1(3)二0.886(KA)1(3)ka.maxka.minkb.maxkb.min=1.0633(KA)X=0.83UB=0.1922XM二25.42s.m

22、axS100B第I段：Ii=KiI=1.3X1.359=1.767(KA)op.1relka.maxti二0(S)33I保护范围：X二(-X)二6.58l.minop.3Xm=min=0.183=18.3%>15%XXl1第II段：I=KiiIi=Kii(KiK)=1.267(KA)op.1relop.1relrelb.maxtii二0.5S3_Kii=3XIK3A.min=0.775<1.5不合格sen211op.1KiiiKre-ssI=402.35(A)Kre第III段:IIIIop.1till二2S3灵敏度检验:近后备：Kiii=3ALt=2.4>1.5合格sen2I

23、IIIop.1；3k(3)远后备：Kiii='曲=2.3>1.2合格sen2IIIIop.1通过上述计算可知，不宜安装三段式电流保护，故可虑应用三段式距离保护。4.2三段式距离保护（正向）三段式距离保护正向电路图，如图4.2。图4.2三段式距离保护电路图ABC1QF2QF3QF4QF5QF6QF第I段：Ii=Ki-Z=13.6(0)OP.BrelABti=0(S)i保护范围85%第II段：Iii=Kii(Z+Ki-Z)=29.12(0)op.3relABrelBCtii=0.5(S)1灵敏度校验:第III段:ZL.minZiiKii=p_L=1.82>1.3合格senZAB

24、_=竺U空=259.82>IL.maxZIll=L.max=132.36(0)op.3KiiiKKcos(p-p)relSSremLcosp=0.8Lp=370灵敏度校验近后备:KiiisenZiiiAB=8.27>1.5合格远后备:ZiiiKiii=op.1senZ+K-ZABb.maxBC=3.309>1.2合格保护时限：tiii=tii+2At=1.5(S)114.3三段式距离保护(反向)三段式距离保护反向电路图，如图4.3。图4.3三段式距离保护电路图BAC1QF2QF3QF4QF5QF6QF第I段：Ii=Ki-Z=13.6(0)0P.3relBAti=0(S)i保护

25、范围85%第II段:Iii=Kii(Z+Ki-Z)=37.28(0)OP.3relABrelACtil=0.5(S)1灵敏度校验:第III段:Ill=尹=2.33>1.3合格AB-0.9UA、/訂=259.82KiisenZL.minAVIL.maxZIiii-L.min132.36(0)op.3KiiiKKcos(p一甲)relSSremLcosp0.8Lp37o灵敏度校验近后备:KiiisenZiiiAB8.27>1.5合格远后备:2.55>1.2合格ZiiiKiiiop.1senZ+K-ZABb.maxAC保护时限：tin2(S)1第五章110kV高压输电线路继电保护装

26、置配置5.1距离保护方框图距离保护方框图，如图5.1。图5.1距离保护方框图1保护启动时，如果按躲过最大负荷电流整定的震荡闭锁过流元件尚未动作或动作不到10ms，则开放震荡闭锁160ms，另外不对称故障开放元件、对称故障开放元件任一元件开放则开放震荡闭锁：用户可选择“投震荡闭锁”去闭锁1、2段距离保护，否则距离保护1、2段不经震荡闭锁而直接开放。2.合闸于故障线路时加速跳闸可由二种方式：一是受震闭控制的2段距离继电器在合闸过程中加速跳闸，二是在合闸时，还可选择“投重合加速2段距离”、“投重合加速3段距离”、由不经震荡闭锁的2段或3段距离继电器加速跳闸。手和时总是加速3段距离。5.2重合闸逻辑方

27、框图重合闸逻辑方框图，如图5.2。图5.2重合闸逻辑方框图1. 本装置重合闸为三相一次重合闸方式。2. 三相电流全部消失时跳闸固定动作。3重合闸退出，则整定值中重合闸投入控制字置“0”。4重合闸充电在正常运行时进行，重合闸投入、无TWJ、无控制回路断线、无TV断线或虽有TV断线但控制字“TV断线闭锁重合闸”置“0”经10s后充电完成。5.重合闸由独立的重合闸启动元件来启动。当保护跳闸后或开关偷跳均可启动重合闸。6重合闸条件满足后，经整定的重合闸延时，发重合闸脉冲150ms。5.3主要技术指标5.3.1整组动作时间差动保护全线路跳闸时间：25ms（差流1.5倍差动电流高定值距离保护1段：30ms）5.3.2启动元件电流变化量启动元件，整定范围0.1In0.5In过流IV启动元件，整定范围0.1In0.5In负序过流启动元件，整定范围0.1In0.5In5.3.3距离保护0.05125Q(In=lA)整定范围：0.0125Q(In=5A)距离兀件定值误差：5%精确工作电压：0.25V最小精确工作电流：O.lln最小精确工作电流：30In跳闸时间10s5.3.4过流保护整定范围：O.lln20In过流元件定值误差：5%过流跳闸延时时间：010s5.4保护配置保护配置，如图5.3。图5.3保护配置外部开入收获体会忙碌而充实的课程设计结束了。在这段的时间里，通