继电保护课程设计

前言《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。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。本次110kv电网继电保护设计的任务主要包括了五大部分，运行方式的分析，电路保护的配置和整定，零序电流保护的配置和整定，距离保护的配置和整定，原理接线图及展开图。通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的《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。运行方式分析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，首先应该分析运行方式。需要着重说明的是，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网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。图1110kV电网系统接线图系统接线图如图1所示，发电机以发电机—变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数如下：电动势：E=115/3kv；发电机：====5+(155)/14=，====8+(98)/14=；变压器：~=5+(105)/14=，~=15+(3015)/14=.，==15+(2015)/14=，==20+(4020)/14=；线 路：LA-B=60km，LB-C=40km，线路阻抗

z1

=z2=

/km，z0=

/km，=60km×

/km=24

，=40km×

/km=16

；=60km×

/km=72

，=40km×

/km=48

；= =300A；Kss=，Kre=；电流保护：KIrel=，KIIrel=，距离保护：KIrel=，KIIrel=负荷功率因数角为 30 ，线路阻抗角均为 75 ，变压器均装有快速差动保护。保护1的运行方式分析保护1的最小运行方式就是指流过保护1的电流最小即是在G1和2G只有一个工作，变压器T5、T6两个中有一个工作时的运行方式，则zs.max=（x1.G1+x1.T1）=+=；最大运行方式就是指流过保护1的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、6两个都同时T运行的运行方式，则zs.min=112（x1.G1+x1.T1）=2（+）=。保护2的运行方式分析对于保护2，它的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小即是在G3和4只有一G个工作时运行，则zs.max=（x1.G3+x1.T3）=+=；最大运行方式就是指流过保护2的电流zs.min=1（x1.G31最大即两个发电机共同运行，则2+x1.T3）=2（+）=。保护3的运行方式分析保护3的最小运行方式就是指流过保护3的电流最小即是在G1和2只有一个工作时G运行的运行方式，则（）=+=；最大运行方式就是指流过保护3的电流zs.max=x1.G1+x1.T1zs.min=1（x1.G11最大即两个发电机共同运行，则2+x1.T1）=2（+）=。保护4的运行方式分析保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小即是在G3和4只有一个工作，G变压器T5、6两个中有一个工作时的运行方式，则（）=+=；最大运Tzs.max=x1.G3+x1.T3行方式就是指流过保护4的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、6两个都同时T运行的运行方式，则zs.min=112（x1.G3+x1.T3）=2（+）=。电流保护的配置和整定三段式电流保护分为电流速断保护、限时电流速断保护和过电流速断保护。三段式电流保护在配合的过程中，如果电流速断保护能保护线路的全长，则不再需要配置限时电流速断保护。对于每一段保护，他的整定值得满足灵敏系数和其他要求。因此，配置完以后得检验这个配置是否符合要求。电流速断保护的配置和整定对于反应与短路电流负值增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。为了保证选择性，电流速断一般只能保护线路的一部分。电路速断保护要求一旦短路电流超过整定值，就立即将离短路点最近的断路器跳开，例如，在本设计中，当线路 A-B上发生短路时，则保护1、2都要瞬时动作，使1、2处断路器跳开。由系统图可知，假设保护1、2、3和4都需要配置电流数段保护。则：对于保护1：动作电流：IIIK.B.max115/3Iset.1=Krel=1.25.5421.432.95KA，动作时间tI，1=0sI3115/3，灵敏性校验：Iset.1=×LABmin21.05211.070.4LABminkmLABmin100%=%>15%，满足要求。LAB对于保护2：动作电流：II115/3Iset.2=KrelIK.A.max=1.26.7215.3621.431.83KA，动作时间：I2t=0s，I3115/3灵敏性校验：Iset.2==L213.4315.360.4Lmin

=（km） Lmin100%=45%>15%满足要求Lmax对于保护3：动作电流：=115/3I3，1.221.4315.36t=0s5.54灵敏性校验：=3×115/3LBCminLBCmin4.79km，不满足要求。211.0721.430.4对于保护4：动作电流=115/33.61KA，动作时间I4，1.26.7215.36t=0s灵敏性校验：=3×115/3LBAmin6.25km，213.430.4LBAminLC-Bmin 100%=%>15%，满足要求。LC B由以上的计算结果可知，保护 1、2和4需要安装电流速断保护装置，保护 3不需要。限时电流速断保护的配置和整定限时电流速断保护即电流 II段保护的范围是与下一级的 I段保护相配合的。即从本级I段保护范围开始端一直延伸到下一级的 I段的2/3处，既包括了本级的 I段保护范围又包含了下一级I段的大部分范围。由限时电流速断的计算结果可知，假设保护 4处需安装限时电流速断保护，其他保护处不需要安装限时电流速断保护。则：=KIIrel×=×=，tII2=，3115/3也不装设限时电流速断保护。=13.43/2.105=<，不满足灵敏系数。故保护4215.36由此，保护2处不需要装设电流速断保护装置。过电流保护的配置和整定假设保护1、2、3和4处都装设过电流保护。则： tIII1=，tIII2=0s，tIII3=0s，tIII4=；保护2和3处都配置一个时间为0s的定时限过电流保护装置，保护1和4处各装置一个延时为的定时限过电流保护装置。下面分别对个保护进行电流整定。对于保护1：动作电流：=KrelIIIKssIAB.L.max1.21.20.30.36KA;Kre1.22近后备：=IK.B.min3115/3/0.364.921.5，满足要求。IsetIII.1211.0721.432远后备：=IK.C.min3115/3/0.363.341.2，满足要求。IsetIII.3211.0721.4315.36同理，保护2、3和4处的整定电流===。且灵敏系数都满足要求。零序电流保护的配置和整定电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数的短路故障是不对称的，其零、负序电流电压会很大，利用故障的不对称性可以找到正常与故障的区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差异更为明显。所以零序电流保护被广泛的应用在110KV及以上电压等级的电网中。所有元件全运行时三序电压等值网络图如下图所示：XX13T1G3XEXX1BCX2BCXXXE1G11T11ABXXXEXX2G12T12AB14T1G4X24TXX15T2G4X2T5XXXXEX16T2G22T2X2T6（a）：正序网络 图（b）：负序网络X0T3X0BCX0T1 X0ABX0T4X0T5X0T2X0T6c）负序网络零序I段的配置和整定零序电流I段按照躲开下级线路出口处单相或两相接地末端短路时可能出现的最大零序电流和躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流以及非全相运行状态下发生系统震荡时所出现的最大零序电流来整定。经分析，B母线单相接地短路时，故障端口正序阻抗ZX1.G1X1.T1X1.BCX1.G3X1.T31X1.AB22=245.715.36168.075.362 2=;ZZ

2Z112.84，0X0.T1X0.ABX0.T5X0.BCX0.T3=16.077221.434816.07=；222222所以故障端口的零序电流为：115/3115/3If0z216.072=；z0z18.09所以B相单相接地短路时流过保护1、4的零序电流分别为：=1/81=；1/121/811/57=1/57=;1/121/811/57同理得出：B母线两相接地短路时流过保护1、4的零序电流分别为：；=；所以，；故零序I段整定为：；，同理可得：=；=；零序II段的配置和整定先求保护1的分支系数k1.b：k1.b=IBC.M=1+IABM=1+x1，对x1，当只有一台发电机变压器组运行时x1最大，有IAB.MIABMx2x1max=x0.T1+x0.AB=+72=（）；当两台发电机变压器组运行时x1最小，有0.T1+x0.AB=2+72=（x1min=x2）;对x2，当T5、T6只有一台运行时x2最大，x2max=24（）；当T5、T6两台全运行时x2最小，x2min=12（）。因此，保护1的最大分支系数k1.b.max=1+x1max=1+90x2min12=最小分支系数k1.b.min=1+x1min81x2max=1+24=。同理可得：k4.b.max=；k4.b.min=.IIIII1.15Krel保护1的零序II段定值为：Iset.1K1.b.minIset.34.9751.4520.336(kA)校验灵敏度：母线B接地故障流过保护1的最小零序电流：I0.min0.189(kA)灵敏系数：Kre3I0.min0.18931.584>.II0.358Iset.1IIIII1.15Krel1.1730.368(kA)保护4的零序II段定值为：Iset.4K4.b.minIset.23.775校验灵敏度：母线B接地故障流过保护4的最小零序电流：I0.min0.263(kA)灵敏系数：Kre3I0.min0.26332.13>;II0.369Iset.1零序III段的配置和整定假设保护1、2、3和4处都装设零序III段电流保护。则：tIII，III，III，III；1=t2=0st3=0st4=保护2和3处都配置一个时间为0s的定时限过电流保护装置，保护1和4处各装置一个延时为的定时限过电流保护装置。下面分别对个保护进行电流整定。1、保护1的零序III段整定计算：31151.77KAB母线的三相短路电流：IdB=36.5724因为是110kv线路，可不考虑非全相运行情况，按躲开末端最大不平衡电流整定。3=（kA）则Iunb。maxknpkstkerIk.maxIIII0dzlkkIunp。max=（kA）31,17.342作为近后备保护d0B1.3满足要求k1mIIII66.220.111I0dzl31,19.853作为远后备保护d0C1.2满足要求k1mIIII88.770.111I0dzl2、保护2的零序III段整定计算：3115A母线的三相短路电流：IdA=1.188KA36.6238.1140因为是110kv线路，可不考虑非全相运行情况，按躲开末端最大不平衡电流整定。3则Iunb。maxknpkstkerIk.max=（kA）IIII0dzlkkIunp。max=（kA）作为近后备保护k 3I1mI

1,1d0AIII0dzl

9.8530.111

86.54 1.3 满足要求同理：对保护3和4进行整定，且灵敏系数均满足要求。综上可知：在零序电流保护的配置和保护中，保护 1和保护4均有I段、II段和III段，而保护2和保护3只配置III段保护，整个系统的安全稳定运行。距离保护的配置和整定距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反应故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值，则保护装置动作。在保护1、2、3和4处配备三段式距离保护：选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式：它们的I、II、段选择具有方向的距离保护，III选择具有偏移特性的距离保护。距离I段的配置和整定线路AB得正序阻抗ZAB1A-B=zL==24;线路BC得正序阻抗ZBC1B-C=zL==16；保护1、2的距离I段,2IrelAB=；=KZ=保护3、4的距离I段,4IrelBC=；=KZ=距离II段的配置和整定1）整定阻抗：按下面两个条件选择。对保护1：1）当与相邻下级线路距离保护I段配合时，有K1b.max2.88，K1b.min1.592）当与相邻变压器的快速保护相配合时，有K1b.max2.88，K1b.min2.01对保护4：、1）当与相邻下级线路距离保护I段配合时，有K4b.max2.26，K4b.min1.412）当与相邻变压器的快速保护相配合时，有K4b.max1.99，K4b.min1.53（a）当与相邻下级线路距离保护 I段相配合时，有IIII(ZABIZset.1KrelK1b.minZset.3)0.75(241.5913.6)34.218();(b)当与相邻变压器的快速保护相配合时，有Zt X1.T5 X1.T6 16 ;ZIIKII(ZABK1b.minZ)0.75(242.0116)42.12();set.1relt所以，取ZII34.218()；set.42)灵敏度校验：KsenZII34.2181.431.25,满足灵敏度要求。set.124ZAB3）动作时限：与相邻保护3的I段配合，有tIItIt00.50.5s，它能同时满足与相13邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。保护4距离II段的整定：1）整定阻抗：按下面两个条件选择。（a）当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，有IIIII0.75(161.4120.4)33.573();Zset.4Krel(ZBCK4b.minZset.2)(b)当与相邻变压器的快速保护相配合时，有IIII(ZBCK4b.minZt)0.75(161.5316)30.36()；Zset.4Krel所以取ZII30.36()。set.4ZII30.362)灵敏度校验：Ksenset.41.901.25；ZBC163）动作时限：与相邻保护IIIt0.5s，它能同时满足与相邻线路2的I段配合，有t4t2保护以及相邻变压器保护配合的要求。距离III段的配置和整定保护1距离III段的整定：1）整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有&0.9110IIIKrelZL.minZL.minUL.min190.53()，&30.3Zset.1KSSKrecos(setL)IL.max取Krel0.83，KSS1.2，Kre1.2和set75，L30，于是ZIII0.83190.53155.93()1.21.2set.1cos(7530)2）灵敏度校验：（a）本线路末端短路时灵敏系数为ZIII155.93Ksen(1)set.16.51.5；ZAB243）动作时限：与相邻设备保护配合，有tIIItIIIt0.50.51s，它能同时满足与相邻线路13保护和相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。保护4距离III段的整定：1）整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有Z&0.9110190.53()，ZIIIZL.min；L.minUL.min&30.3set.4KrelKSSKrecos(set1)IL.max取Krel0.83，Kss1.2，Kre1.2和set75，L30,于是ZIII0.83190.53155.93()。1.21.2cos(7530)set.42）灵敏度校验：本线路末端短路时灵敏系数为III155.93Zset.4Ksen(1)9.741.5；ZBC16所以灵敏度校验满足要求。3）动作时限：与相邻设备保护配合有tIIItIIIt0.50.51s，它能同时满足与相邻线路保42护和相邻变压器保护的配合要求。原理接线图及展开图保护1的原理接线图及展开图保护1为电流速断I和过电流保护III配合保护的：其原理接线图如下图所示：KCOQF

1=>KSKS KT1=>

1=>KAaKAcKAaKAcKAbTAa TAc原理接线图KAa1KS1FRTAaKAa3KAa1KCOKAc1KAc1KAc3KAa3KT3TAcKAc3KAB3KAb3KS3KT3交流电流回路 直流回路保护2的原理接线图及展开图保护2处需要装置功率方向继电器，且2处安装过电流保护即可。因此采用90接线三相式过电流保护接线方式。其原理图如下所示。KSFRKTGF>=1TV&&&KAaKWaKAbKWbKWCKAcTAabcTAa