10kV单电源环形网络继电保护设计

1、10kV 单电源环形网络继电保护设计吉林建筑大学城建学院课程设计报告题目名称 10k 单电源环形网络继电保护设计 院 电 气 信 息 工 程 系课 程 名 称电 力 系 统 继 电 保 护班级电气 11-1 班学号 110090121学生姓名李林指导教师程凤芹起止日期目录摘要 ABSTRACT 第 1章系统初始条件1主接线图1相关参数 1第 2 章 三段式电流保护整定计算 2参数计算 2 运行方式的选定原则 3 短路电流介 绍和分类 3 最大短路电流计算和整定计算 4 K1点发生 三相短路 4K2 点发生三相短路 7K3 点发生三相短路9第 3 章 距离保护整定计算 12计算网络参数 12 整

2、定值计算 12 8QF 距离保护 整定值计算 126QF的距离保护整定 133QF的距离保护整定 141QF的距离保护整定 15第 4 章 电网的保护装置和自动装置设计 16保护装置配置 16自动装置配置 16 电流、电压互感器选择 17第 5 章 电压互感器二次回路断线闭锁装置 19闭锁装置作用 19 闭锁装置设计 19第 6 章 保护 3 接线图 203QF原理图 203QF接线图 20结论 21致谢 22第 1 章 系统初始条件主接线图图 1-1 为某电力系统主接线。该系统某发电厂的三台发 电机经三台升压变压器 A 母线与单侧电源环形网络相连，其 电能通过电网送至 B、C、 D三个降压变

3、电所给用户供电。2 × 20MVA2× 40MVA2× 20MVA3× 50MVAcos 60MVA20MVA图 1-1 某电力系统主接线相关参数(1) 110KV 网络的接线如图所示，变压器容量应该为 2*40MVA；发电机容量为 3*50MW，母线 C 和母线 D 所接变压 器为 Y,d11 。AB，AC，BC， AD线路电压等级为 110kV。(2) 网络中个线路均采用带方向或不带方向的电流电压 保护，所有变压器均采用纵差保护作为主保护，变压器均为 Y，d11 接。(3) 发电厂的最大发电容量为：3*50MW，最小容量为2*50MW (4) 网络的

4、正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭 环运行(5)110KV 断路器均采用 SW6-110 型断路器； ta3 的跳闸 时间为 (6) 线路 AB、 BC、 AD和 CD的最大负荷电流分别为 230、 150、 230和 140A；负荷自启动系数 Kss=(7) 各变电所引出线上后备保护的动作时间如图所示，t (8) 线路的正序电抗均为 X1= /km第 2 章 三段式电流保护整定计算 参数计算 计算短路电流时，各电气量的数值可用有名值表示，也 可用标幺值表示。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幺值计算法。 选取基准功率 SB100MVA， 基 准 电 压 为 U

5、B115KV 电 机 阻 抗 ： XG1=XG2=XG3=Xk'·'SB100 =50SN 变压器阻抗： XT1XT2 100SN10040 XT3 100SN10060XT4XT5XT6XT7XT8 100SN10020线路阻抗：ZLABZLABSB1004022UB115SB100605022UB115SB10050ZLBCZLBCZLCDZLCDZLDAZLDASB10基0准电流以及基准电抗： IB3VB3115 基准电抗为： ZBVB3IB1153 运行方式的选定原则电力系统运行方式的变化， 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

6、分析运行方式。 这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种 连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方 式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。因 此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式； 系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。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，以保护选择性，在 其它运行方式下也一定能保证选择性，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 定能够满足要求。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

7、运行方 式，对应的系统等阻抗最小。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。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，对应的系统等阻抗最大。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。系统在最小运行方式 工作的时候，等值阻抗最大，短路电流最小，发电机容量最小。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 和 G2 投入，发电机 G3停运。对保护 1 而言，其最

8、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。最大运行方式下的最大电源阻抗：Z1/22 最小运行方式下的最大电源阻抗：Z1 短路电流介绍和分类短路电流：流电力系统在运行中 ，相与相之间或相与 地之间发生非正常连接时流过的电流。其值可远远大于额定 电流 ，并 取决于短 路点距电源的电气距离。例如，在发 电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达 额定电流的 1015 倍。大容量电力系统中，短路电流可达 数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。三相系统中

9、发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两 相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路 时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均 属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的 短路故障最多，约占全部故障的 90%。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的 稳定状态，一般需 3 5 秒。在这一暂态过程中，短路电流 的变化很复杂。它有多种分量，其计算需采用电子计算机。 在短路后约半个周波时将出现短路电流的最大瞬时值，称为 冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工 设备在发生短路时机械应力的

10、动稳定性。短路电流的分析、 计算是电力系统分析的重要内容之一。它为电力系统的规划 设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供 了有效手段。最大短路电流计算和整定计算 计算动作电流，应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， 检验短路点的选择一般在高、低母线上和电气设备接线处。 为计算 1QF、 3QF、6QF、8QF 的整定值，系统图可知，最大 运行方式要求 8QF断开，等值阻抗图如图 2-1 所示：图 2-1 系统等值电抗图K1点发生三相短路 电力系统网络等值电抗图为： 图 2-2 K1 点短路时等值电抗 最大运行方式时： 计算 K1 点

11、短路时的短路电流，系统的等效阻抗为：Z1 上面已经计算出，基准电流为： IBSB3VB1003115，基 准电抗为： ZBVB3IB1153；三相短路电流标幺值为： I(3)k1max* 三相短路电流的 有名值为 :IK1max(3)Ik1max*IB(3) 最小运行方式时：Z1三相短路电流的标幺值为： I 三相短路电流的有名值为 : (3)k1min* (3)K1minI(3)k1min*IB保护 8QF的整定对保护 8QF 的三段式电流保护整定计算，三段式包括:瞬时性电流速断保护、限时电流速断保护以及定时限电流速 断保护。下面首先对 8QF进行瞬时性电流速断保护的整定： 许的情况下，为了保

12、证电力系统能更好的运行，且考虑 电压等级为 110KV，所以可以采用距离保护。以上计算可得出各短路点的短路计算电流值整理如表2-1 所示：表 2-1 短路电流值短路电流 短路点 最大运行方式 (3)Ik3max(KA) 最 小运行方式 (3)Ik3min(KA) K1 K2 K3 第 3 章 距离保护整定计算计算网络参数电力系统网络图各元件阻抗值的计算如下： 线路 L1 的 正序阻抗 ZLAB 线路 L2 的正序阻抗z1*LAB*4016ZLBCz1*LBC*6024 z1*LCD*5020 z1*LDA*5020ZLCD 线路 L4Uk%* 100ST100202线路 L3 的正序阻抗的正序

13、阻抗 ZLDA 变压器的等值阻抗 ZT6 整定值计 算8QF距离保护整定值计算1) 距离段整定阻抗ZK set 8relZL420XXt80s2）距离段整定阻抗 与相邻下级 L3 配合有：ZK set 6relZL320XXKbmin 1-XL4201 Z Kset 8relL4bminset 6 ) 按躲过相邻变压器出口短路整定有： Kbmin0 XL320 Z K set 8rel 取以上两个计算中较小者为段整定值，因此8QF的段整定值为：Zset8 。KsenII 进行灵敏度校验有：Z 8 ，不满足灵敏度要求。 ZL420 于上述不满足灵 敏度条件，所以改为相邻下一段的段保护相配合。因此

14、 6QF 的段整定值为： Zset 6 则按照相邻下一段整 定有：ZK set 8relL4bminset 6 ）Z 8Ksen ，满足要求。ZL420II 所以延时整定为 :t8t6t1s 。6QF的距离保护整定同理， 6QF的整定计算过程同 8QF： 1 ）距离段整定 阻抗ZK set 6relZL320XXt60s2）距离段整定阻抗 与相邻下级 L3 配合有：Z K set 3relZL2242 1-1 Z K set 6relL3bminset 3 ）按躲过相邻变压器 出口短路整定有：KbminXL3201-1 XL224ZK set 6rel 取以上两个计算中较小者为段整定 值，因此

15、 8QF的段整定值为：Zset6 。Z 6Ksen 灵敏度校验有：ZL320 不满足灵敏性要求，但于缺少相邻下一段的段整定值，故不能进行校正。3QF的距离保护整定3QF的段距离整定为：Z K set 3relZL2240s因为 1QF仅需要加装一个功率方向继电器或者方向阻抗 继电器即可，所以 3QF不需要和 1QF的距离保护装置配合， 3QF仅需要和 T4 的保护配合：IZ .431/2) set 3Krel(ZL2KrelZT3/2)(2469灵敏度校验：Z 3Ksen ，满足灵敏度要求。ZL224 同三段式电流保护整定， 1QF 的距离保护只需增 加一个功率继电器或方向阻抗继电器即可。1Q

16、F的保护整定瞬时电流速断保护3) 线路 AB 末端的最大三相短路电 Ik(1maxI 取 krel ，则保护 1 的电流保护第 I 段动作电流为IIIsetKrelIk1max 保护范围的校验 最小运行方式下， AB线路 X 处两相短路的电流为：)Ik(3minUN 带时限电流速断保护 : 与保护 3 的第 I 段相配合2(ZSmaxX%ZLBA)(3)保护 3 的电流保护第 I 段动作电流为 Ik3max(3)I(3)IsetKrelKA 1Ikmax 取 Krel ， 则 IsetKI1relset3 I 动作时限为 t1IIt3t 灵敏度校验(3) 本 线 路 BA 末 端 的 最 小

17、两 相 短 路 电 流 IkKA 3max(3)II 故 KsenIk 可与保护 3 的电流保护第 II 段 3minIset1 灵敏度不满足要求。相配合。 定时限过电流保护的整定计算 动作电流的整 定III 取 Kre,Krel,KstIIIKrelILmax230动作时限为 t1IIIt3t2s 灵敏度校验3) 作近后备时，按本线路 BA 末端的最小两相短路电流 Ik(1min 来校验，即)Ik(IIIKsen) 作远后备时，按相邻线路 BC末端的最小两相短路 电流 Ik(33min 来校验。Ksen)Ik(3III第 4 章 电网的保护装置和自动装置设计保护装置配置主保护的配置系统可知

18、110KV 线路配置有众联保护，全线路上任意点故障都能快速切除。保证系统稳定安全运行。后备保护的配置考虑保护性能优越性： 110 线路应该配距离保护，但是 距离保护复杂而且价格昂贵，维护困难。考虑经济的优越性：可以尝试配三段式电流保护，同时 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。考虑系统的运行方式： 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

19、虑到环网运行， 也要加方向元件。保证保护不误动作。继电保护保护装置的配置不是一层不变的，要考虑系统 运行情况、经济状况、人员技能、环境影响等等情况，但是 电力系统继电保护的基本任务不变： 1. 自动、迅速、有选择 的将故障元件冲系统中切除。 2. 反应电力设备的不正常运行 状态，并根据运行维护条件，动作于发出信号或跳闸。自动装置配置简述 电力系统自动装置是指在电力网中发生故障或异常时 起控制作用的设备，主要包括自动重合闸、备用电源自动投 入装置、低频减载和失压解列装置等设备，电网中自动装置 的型号多、逻辑千变万化，在实际运行中会暴露一些问题。 电网中自动装置的配置，需要我们进行全面的考虑。系统

20、安全自动装置的配置 配置重合闸：在电力系统故障中，打多数故障是输电线 路故障。运行经验表明大多数线路故障是“瞬时性”故障， 此时，如果把断开的线路在合上，就能恢复正常供电。该系统为 110KV 输电线路系统，按照要求，每一个断路 器都应该装有 ARD装置，并与继电保护后加速配合形成重合 闸后加速保护，保证电力系统最大限度的正常供电。配置备用电源自动投入装置：当线路或用电设备发生故 障时，能够自动迅速、准确的把备用电源投入用电设备中或 把设备切换到备用电源上，不至于让用户断电的一种装置。该系统为 110KV 输电线路系统，根据系统要求，如果 B 变电站或 C 变电站中的两台变压器，为了保证负荷可

21、以长时 间的正常运行，应该加入 AAT装置。配置低频、低压减载装置：它在电力系统发生事故出现 功率缺额使电网频率、电压急剧下降时 , 自动切除部分负荷 , 防止系统频率、电压崩溃 , 使系统恢复正常 , 保证电网的安全 稳定运行和对重要用户的连续供电。该系统为 110KV 输电线路系统，根据当地系统运行状况 和系统要求，为了保证系统能够稳定运行，防止系统频率、电压崩溃应该在变电站 B、C、D 中配置低频、 低压减载装置电流、电压互感器选择电流互感器保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短 路过载等故障时，向继电装置提供信号以此来切断故障电 路，以保护供电系统的安全。保护用互感器只是在比

22、正常电 流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。线路发生故障时的冲击电流产生热和电磁力，保护用电 流互感器必须能够承受。二次绕组在短路情况下，电流互感 器在一秒内能承受而无损伤的一次电流有效值，称额定短时 热电流；二次绕组短路情况下，电流互感器能承受而无损伤 的一次电流峰值，称额定动稳定电流。电流互感器的额定一次电压应等于或大于回路的额定 一次电压，绝缘水平也应满足相关标准。电流互感器的额定 一次电流应根据其所属一次设备的额定电流或最大工作电 流选择，并应能承受该回路的额定连续热电流、额定短时热 电流及动稳定电流。同时，额定一次电流的选择，应使得在 额定变流比条件下的二次电流在正常运行和短路情

23、况下，满 足该回路保护装置的整定值选择性和准确性要求。电流互感器额定二次电流有 1A 和 5A两类：各级电压的 电流互感器额定二次电流选用 1A 时，可以减轻电流互感器 二次负荷，二次电缆截面可减小，节约投资。一个厂站内的 电流互感器额定二次电流允许同时采用 1A 和 5A。但同一电 压等级的电流互感器的额定二次电流一般采用相同电流值。所以对电流互感器选择如下：于流过每个断路器的 Igmax 都一样，所以它们的型号也 一样，标准电流互感器的二次额定电流为5A。 电压互感器的配置电压互感器的作用是： 把高电压按比例关系变换成 100V 或更低等级的标准二次电压， 供保护、 计量、仪表装置使用。

24、同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。 电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的 电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次 回路是高阻抗回路，二次电流的大小回路的阻抗决定。当二 次负载增大时时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一 个分量来满足一、二次侧的电磁平衡关系。可以说，电压互 感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。简单的说 就是“检测元件”。电压互感器一般按以下原则配置。 对于主接线为单母线、单母线分段、双母线等，在母线 上安装三相式电压互感器；当其出线上有电源，需要重合闸 鉴定同期或无压，需要同期并列时，应在线路侧安装单相或 两相电压互感器

25、；对于 3/2 主接线，常常在线路或变压器侧安装三相电压 互感器，而在母线上安装单相互感器以供同期并联和重合闸 鉴无压、鉴同期使用；内桥接线的电压互感器可以安装在线路侧，也可以安装 在母线上，一般不同时安装。安装地点的不同对保护功能有 所影响；对 220kV 及以下的电压等级，电压互感器一般有两个次 级，一组接为星形， 一组接为开口三角形。 在 500kV 系统中， 为了继电保护的完全双重化，一般选用三个次级的电压互感 器，其中两组接为星形，一组接为开口三角形；当计量回路有特殊需要时，可增加专供计量的电压互感 器次级或安装计量专用的电压互感器组；（6） 在小接地电流系统，需要检查线路电压或同期

26、时， 应在线路侧装设两相式电压互感器或装一台电压互感器接 线间电压。在大接地电流系统中，线路有检查线路电压或同 期要求时，应首先选用电压抽取装置。通过电流互感器或结 合电容器抽取电压，尽量不装设单独的电压互感器。 500kV 线路一般都装设三只电容式线路电压互感器，作为保护、测 量和载波通信公用；（7） 电压互感器二次侧绕组决不允许短路。第 5 章 电压互感器二次回路断线闭锁装置闭锁装置作用 电压互感器相当于一个电压源，当二次回路发生短路时 将会出现很大的短路电流，如果没有合适的保护装置将故障 切除，将会使电压互感器及其二次线烧坏。电压互感器二次回路在运行中容易发生单相接地和相 间短路，造成保

27、护装置交流失压，失压引起的保护装置的误 动，造成不应有的损失，于这种不利因素的存在，许多保护 装置在设计师都考虑了断线闭锁回路。电压互感器二次回路 保护设备，一般采用快速熔断器或自动空气开关。闭锁装置设计 电压回路保护方式的选择，主要取决于电压回路所接的 继电保护和自动装置的特性。当电压回路故障不会引起继电 保护和自动装置误动作的情况下，首先采用简单方便的熔断 器作为电压回路的保护；但是在电压回路故障有可能造成继 电保护和自动装置不正确动作的场合，应采用自动开关，作 为电压回路的保护，以便在切除电压回路故障的同时，也闭 锁有关的继电保护和自动装置。 在实际工程中， 通常在 60kV 及以下没有

28、接距离保护的电压互感器二次回路和测量仪表 专用的电压回路，都采用快速熔断器保护；对于接有距离保 护的电压回路，通常采用自动开关作为保护设备。电压互感器二次回路在运行中容易发生单相接地短路 和相间短路，造成保护装置交流失压，而失压引起保护装置 误动作，从而造成不必要的损失。为此针对于这种现象，设 计出一套电压二次回路断线闭锁装置，它能够在线路发生故 障时可以开放保护，而在电压互感器二次回路断线时闭锁保 护。电压二次回路断线闭锁装置的原理是：在实际供电系统 中，发生单相短路、两相短路和两相接地短路的非对称性故 障情况极其普遍，因此利用电压回路发生非对称性故障或电 压回路被断开一相或二相时形成不平衡

29、电压来启动闭锁装 置，对保护实行闭锁，防止保护误动作；同时可利用电压互 感器二次侧断线时的电流小于设定的闭锁电流值，这样保护 就闭锁，也可以用来防止保护误动作。第 6 章 保护 3 接线图前面的整定可知，对保护 3QF采用三段式电流保护，因此分别画出 3QF 的原理图、接线图。3QF原理图QF 1 KAa1 KAc1 KAa2 KCO 1 KS1 1 KAc2 KS2 KT2 KS3 1 KT3 KAc3 KAb3 KAa3 TAa TAc 图 6-1 三段式电 流保护原理图3QF接线图图 6-2 三段式电流保护接线图结论在整个的设计过程中我很用心去做，我相信自己一定能 做好这次设计，起初公式 xx 器不大会用，但看到格式不是 很协调，还是逼着自己去做，花了很长时间来 xx 公式，也 许别人比我做的快，但其中每个公式都是自己一个个 xx 的， 还有设计中遇到的问题。我着一查资料，虽然还有一些地方 做的不是很好，但其中的过程让我学到了很多知识。在这次宝贵的设计活动中，在获得知识之余，也获得了 经验，加强了个人的独立提出问题、思考问题、解决问题能 力，从中得到了不少的收获和心得。要认真的思考设计过程 中遇到的问题，多查资料，将理论与实际相结合思考，并在 以后的学习中更要加倍注意犯过的错误。通过