继电保护课程设计报告

‘

南京工程学院

课程设计说明书(论文)

题 目 某110kV电网继电保护配置

与整定计算的部分设计

课 程 名 称 电力系统继电保护Ａ 院（系、部、中心） 电力工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 生 姓 名 学 号

设 计 地 点 工程实践中心9-322 指 导 教 师

设计起止时间：2011年12月5日至2011年12月16日

I

目 录

1 课程设计任务及实施计划 ..............................................................................错误！未定义书签。

1.1已知条件 ................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2参数选择与具体任务 ............................................................... 错误！未定义书签。 1.3保护配置及整定计算任务分析 ............................................... 错误！未定义书签。 1.4实施计划 ....................................................................................................错误！未定义书签。 2 零序短路电流计算…………………………………….……………………………..……………4 2.1各元件电抗标幺值计算 ........................................................................错误！未定义书签。 2.2各序阻抗化简 ..........................................................................................错误！未定义书签。 2.3各序等值电抗计算 .................................................................................错误！未定义书签。 2.4零序电流计算 ..........................................................................................错误！未定义书签。 2.5互感器的选择 ..........................................................................................错误！未定义书签。 3继电保护整定计算…………………………………………………………………………………….9

3.1距离保护 ...................................................................................................错误！未定义书签。 3.2 零序电流保护 ..........................................................................................错误！未定义书签。 3.3 RCS941线路保护装置的整定 .............................................................错误！未定义书签。 4 结论 .......................................................................................................................错误！未定义书签。 参考文献 ...................................................................................................................错误！未定义书签。

I

1 课程设计任务及实施计划

1.1 已知条件

本次所接受的课程设计的任务为选题一，接线简图如图1.1所示。图中BC线路为开环运行，本人整定AB线路的A侧保护。已知参数如下：

发电厂BAG1T1LB1=18kmT5T2LB2=25km1.5sT41.5sG2LB3=20km等效电力系统CLB4=29kmT6T71.0sS

图1.1 110kV系统接线简图

（1） 线路AB、BC、CA、BS的负荷的自起动系数Kss?1.5；

''（2） 发电厂各发电机组的次暂态电抗均为Xd=0.129（按自身额定容量的标么值）；

功率因数为均为0.85。最大发电容量为3台同时投运，最小发电容量为投入最小容量的一台发电机。

（3） 变电所引出线上后备保护动作时间如图，后备保护时限级差△t＝0.5s； （4） 线路的正序电抗每公里均为0.4Ω/KM；零序阻抗为1.2Ω/KM；发电机，变压器参数按照图示额定值计算；变压器零序阻抗是正序阻抗的80%。

（5） 电压互感器的变比nTV?110/0.1kV，线路电流互感器变比可根据线路额定电流选择。

（6） 系统最大及最小的正序、零序等值阻抗都已折算到100MVA标准容量下，变压器的短路电压百分比按本变压器额定容量给出，两台主变的变电所，正常运行时只投入一台，高峰负荷时才投入两台。具体参数见任务安排表。

1

1.2参数选择与具体任务

对应《继保081课程设计任务具体参数安排》，本次设计所涉及的具体参数如表1.1所示。

表1.1 各元件参数 元件 主要参数 容量P（MW） 125 125 125 短路电压百分比UK% 12.5 12.5 10.5 10.5 COSφ 0.85 0.85 0.85 Xd\0.129 0.129 0.129 正序 标幺值 负序 零序 发电机 XG1 XG2 XG3 变压器 XT1 XT2 XT4 XT5 XT6 XT7 线路 XAB XBC XCA XSC 0.08772 0.08772 0.08772 正序 0.08772 0.08772 0.08772 负序 无 无 无 零序 容量S（MVA） 31.5 31.5 31.5 31.5 25 25 长度（kM） 20 18 20 27 0.396825397 0.396825397 0.333333333 0.333333333 0.42 0.42 正序 0.396825397 0.396825397 0.333333333 0.333333333 0.42 0.42 负序 0.317460317 0.317460317 0.266666667 0.266666667 0.336 0.336 零序 10.5 10.5 单位长度电抗x1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.060491493 0.054442344 0.060491493 0.081663516 0.060491493 0.054442344 0.060491493 0.081663516 0.18147448 0.163327032 0.18147448 0.244990548 1.3保护配置及整定计算任务分析

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的第2.6.2.1条，以及2.6.3.3还有2.6.4.1条，110kV线路一般配置距离保护作为反应相间故障的保护，配置零序电流方向保护或接地距离保护作为接地故障的保护，采用远后备保护方式。

当距离、零序电流保护灵敏度不满足要求或110kv线路涉及系统稳定运行问题或对发电厂、重要负荷影响较大时，应装设全线路快速动作的纵联保护作为主保护，距离、零序电流（接地距离）保护作为后备保护。

本次设计的整定对象为AB线路的B侧保护，需要考虑其相间距离保护I、II、III段的整定，接地距离保护I、II、III段的整定（整定值与相间距离相同），零序电流保护I、II、III段的整定，为简化起见，只需计算A母线处、B母线处的单相接地短路电流及两相接地短路电流；A母线处三相短路电流。

1.3实施计划

根据课程设计任务书，本次课程设计的具体实施计划如下： 12月5日：熟悉任务书12月6日： 保护方式的选择与配置。

12月7日： 计算发电机、变压器、线路的参数；绘制正序、零序网络，并填入表格中。

2

12月8~9日： 相间短路保护整定计算 12月12~13日：接地短路保护整定计算。

12月14~15日：整理说明书。校验数据，完成报告。 12月16日： 课程设计考核。

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2 零序短路电流计算

2.1各元件电抗标幺值计算

（1） 基准值选取：SB=100MVA UB=115KVA 则IB?（2） 各元件电抗标幺值计算公式：

'' 发电机计算式：XG??Xd?SB?0.502KA 3UBSBSB'' 式（2.1） ?Xd?SGNPGN/COSφ变压器计算式：XT??UK％SB 式（2.2） ?100STNSB 式（2.3） 2UB标幺值 Xd\0.129 0.129 0.129 正序 负序 零序 线路阻抗计算式：XL??x1?LB?表2.1 各元件电抗标幺值 元件 主要参数 容量P（MW） 125 125 125 短路电压百分比UK% 12.5 12.5 10.5 10.5 COSφ 0.85 0.85 0.85 发电机 XG1 XG2 XG3 变压器 XT1 XT2 XT4 XT5 XT6 XT7 线路 XAB XBC XCA XSC

0.08772 0.08772 0.08772 正序 0.08772 0.08772 0.08772 负序 无 无 无 零序 容量S（MVA） 31.5 31.5 31.5 31.5 25 25 长度（kM） 20 18 20 27 0.396825397 0.396825397 0.333333333 0.333333333 0.42 0.42 正序 0.396825397 0.396825397 0.333333333 0.333333333 0.42 0.42 负序 0.317460317 0.317460317 0.266666667 0.266666667 0.336 0.336 零序 10.5 10.5 单位长度电抗x1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.060491493 0.054442344 0.060491493 0.081663516 0.060491493 0.054442344 0.060491493 0.081663516 0.18147448 0.163327032 0.18147448 0.244990548 2.2各序阻抗化简

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发电厂AG1T1LB1=18kmBG2T2LB3=20km等效电力系统CLB4=29km.S

图2.1 110kV系统接线简图

系统为开环运行，整定线路为AC，在AC线路末端设置短路点K1,计算各种运行方式下流过线路的零序电流。

2.2.1 正序网络及化简

XG1XT1XAB.K1XG.2XsACXT2XscXAC.

图2.2 正序等值网络图

2.2.2 负序网络及化简

XG1XT1XAB.K1XG.2XsACXT2XscXAC.

图2.3负序等值网络图

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2.2.3 零序网络及化简

XS.0XSC.0XAC.0XT1.0XAB.0K0

图2.4 零序等值网络图

注：等值网络图中XG只是发电机等效电抗，不同运行方式其值不同

2.3各序等值电抗计算

2.3.1 K1点发生接地故障

表2.2 K1点接地短路时系统各序阻抗参数 正序等值阻抗(p.u.) 最大运行方式 0.169246618 0.1881141 最小运行方式 系统运行方式 负序等值阻抗(p.u.) 0.169246618 0.1881141 零序等值阻抗(p.u.) 0.377110676 0.415786422 2.4零序电流计算 2.4.1单相接地短路时：

1 式（2.10） **X1*k1?X2?Xk10k1(1)*(1)*I0k1?I1k1?2.4.2两相接地短路时：

X2k1X2k11 式（2.11） ?*?**X2k1?X0k1X1k1?X2k1//X0k1X2k1?X0k1(1,1)*(1,1)*I0k1?I1k1?注：系统最大运行方式下，同一变电站内零序阻抗最大的那台变压器中性点接地

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表2.3 K1点零序电流计算结果 系统运行方式 接地短路类型 最大运行方式 最小运行方式 最大运行方式 最小运行方式 单相接地 两相接地 零序电流 标么值 有名值/kA 0.701505388 0.633826682 0.543603045 0.492307961 1.397421092 1.262602952 1.082874591 0.980693149

2.5互感器的选择

2.5.1电流互感器的选择

测量仪表用互感器的一次电流一般应取ITA?1.25In。其中In为发电机或变压器的额定

电流，对线路应是最大负荷电流。

2.1.1 线路AB的额定电流 IN?St4?St531.5?2??103?330.66A

3UN3?110所用电流互感器的一次电流 ITA?1.25IN 式（2.12）

选用一次额定电流为800A的型号

2.1.2 标准电流互感器二次额定电流为5 A或1A。本次设计中选择5A。

2.5.2电压互感器

电压互感器的变比选为n?110/0.1kV

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3继电保护整定计算

3.1距离保护

3.1.1相间距离I段

（1） 动作阻抗一次值（2）

ZI1.set?0.7?(ZAB?T4)?36.45833?

ZI2set.?nTAIZnTVset1.作阻

?3.31?43（3） 动作时间：t?0s

?

3.1.2 相间距离II段

Z（4） 动作阻抗 （5） 动作阻抗二次值

II1set.?0.7?Z(AB?T4?)nTAIIZnTVset1.36.4?5 8 33

ZII2set.??3.3143?

（6） 灵敏度校验：

ZII1.set?4.55?1.25 满足要求 （7） Ksen?ZAB（8） 动作时间：t?0?0.5?0.5s

??3.1.3 相间距离III段

（1） 动作阻抗（按躲开最小负荷阻抗整定）： （2）

UL.minZL.min??172.85?IAB.max 8

（3）

ZIII1.set?ZL.max?121.327?

KrelKssKresCOS(?1??L)（9） 动作阻抗二次值

式（3.4） （10） III nTAIIIZ2.set?Z1.set?11.0297934?nTV（11） 注：采用全阻抗特性

（12） 灵敏度校验，作近后备时：

ZIII1.set?15.16＞1.5 满足要求 （13） Ksen?ZAb动作时间：t????0.5?0.5?1?2s

表3.1 相间距离保护整定二次值 计算项目 距离保护Ι段 距离保护Ⅱ段 距离保护Ⅲ段 动作阻抗 3.3143 3.3143 11.029 灵敏度校验 无 满足要求 满足要求 动作时间 0s 0.5s 2s 3.2接地距离保护计算

3.2.1 接地距离I断

（3） 动作阻抗一次值

ZI1.set?0.5?(ZAB?T4)?29.6333?

I（4）

nTAIZ1.set?2.6939? 动作阻抗二次值 Z2.set?nTV?（5） 动作时间：t?0s

3.2.2 接地距离II段

（6）

IIZ1.set?0.7?(ZAB?T4)?41.4866? 动作阻抗

IIZ2.set?动作阻抗二次值

（7）

nTAIZ1.set?3.7715? nTV

9

（8） 灵敏度校验：

ZII1.setKsen??4.55?1.25 满足要求

ZAB（9）

??t?0?0.5?0.5s 动作时间：

3.2.3 接地距离III段

（10）

IIIZ1.set?0.7?(ZAB?T4)?41.4866? 动作阻抗

（11） 动作阻抗二次值

ZIII2.set?nTAIZ1.set?3.7715? nTV

（12） 灵敏度校验：

ZIII1.setKsen??15.16?1.85

ZAB???（13） 满足要求 动作时间：t

?0.5?0.5?1?2s

接地距离保护整定二次值 计算项目 接地距离保护Ι段 接地距离保护Ⅱ段 接地距离保护Ⅲ段 动作阻抗 2.694 3.77 3.77

灵敏度校验 无 满足要求 满足要求 动作时间 0s 0.5s 2s 3.3 零序电流保护

3.3.1零序Ι段

本次设计所涉及网络为配电网络，不考虑系统发生振荡的情况，因此不设两个I段，其整定原则是：按躲过被保护线路末端发生单相或两相接地短路时流过本线路末端的最大零序电流。

（1）动作电流一次值II0.set.1?Krel3L0.max?2.5488kA （2）动作电流二次值II0.set.2?II0.set.1nTA?25.488A

10

?（3）动作时间：t?0s

3.3.2零序II段

（14） 按照躲开在下级线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流Iunb.max来整

.定

（1） 动作电流一次值

：

E?1Ikmax???0.502kA?3.5352kA

ZS?ZlLAB0.07?0.072(3)(3)III0set..?1KrerKunbIkmax?0.161kA3

式中I0.set——下线路零序Ⅰ段的动作电流； Kre——可靠系数； l Kb——分支系数；

?（2）动作电流二次值III0.set.2?

III0.set.1nTA?1.61359A

（3）动作时间：tⅡ?0.5s

Ksen?3I0.min.B?5.3983＞1.5 式 IIII0.set.13.3.3零序III段

IIII0.set.1I0.set.2?IIInTA?3A

表3-2零序电流保护整定值二次值

计算项目 零序电流保护Ι段 零序电流保护II段 零序电流保护Ⅲ段 动作电流 27.3587 1.61359 3 灵敏度校验 满足要求 满足要求 满足要求 动作时间 0s 0.5s 0.5s 3.4RCS941线路保护装置的整定

RCS-941系列装置为由微机实现的数字式高压输电线路成套保护装置，可用作110kV电压等级输电线路的主保护及后备保护。其包括完整的三段相间和接地距离保护、四段零序方向过流保护和低周保护；装置配有三相一次重合闸功能、过负荷告警功能、频率跟踪采样功能；装置还带有跳合闸操作回路以及交流电压切换回路。

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具体的保护整定参数如表所示。

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表继电保护与系统自动装置整定通知书 站名 互感器变比 最大负荷电流 CT：500/5、PT：110/0.1 设备名称 变更理由 最低运行电压 110KV线路 线路分割 90KV 250A 保护装置型号：RCS—941A 距离及零序保护和重合闸定值清单 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

电流变化量起动值 零序起动电流 负序起动电流 零序补偿系数 振荡闭锁过流 接地距离Ⅰ段定值 距离Ⅰ段时间 接地距离Ⅱ段定值 接地距离Ⅱ段时间 接地距离Ⅲ段定值 接地Ⅲ段四边形 接地距离Ⅲ段时间 相间距离Ⅰ段定值 相间距离Ⅱ段定值 相间距离Ⅱ段时间 相间距离Ⅲ段定值 相间Ⅲ段四边形 相间距离Ⅲ段时间 正序灵敏角 零序灵敏角 接地距离偏移角 相间距离偏移角 零序过流Ⅰ段定值 零序过流Ⅰ段时间 零序过流Ⅱ段定值 120/0.5A 120/0.5A 120/0.5A 0.55 10A 13.75/3Ω 0S 13.75/3Ω 0.3S 22.9/5Ω 22.9/5Ω 1.1S 13.75/3Ω 22.9/5Ω 0.3S 114.58/25Ω 114.58/25Ω 2S 72° 72° 30度 15度 1200/5A 0S 720/3A 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 零序过流Ⅱ段时间 零序过流Ⅲ段定值 零序过流Ⅲ段时间 零序过流Ⅳ段定值 零序过流Ⅳ段时间 零序过流加速段 相电流过负荷定值 相电流过负荷时间 低周滑差闭锁定值 低周低压闭锁定值 低周保护低频定值 低周保护时间定值 TV断线过流Ⅰ段定值 TV断线过流Ⅰ段时间 TV断线过流Ⅱ段定值 TV断线过流Ⅱ段时间 固定角度差定值 重合闸时间 同期合闸角 线路正序电抗 线路正序电阻 线路零序电抗 线路零序电阻 线路总长度 线路编号 0.3S 480/2A 0.6S 288/1.2A 1.1S 1200/5A 288/1.2A 5S 5HZ/S 60V 48HZ 10S 1200/5A 0.3S 480/2A 2S 0° 2S 0° 1.46/0.32Ω 0.46/0.1Ω 3.94/0.86Ω1.28/0.28Ω 3.7KM 1689 13

4 结论

在110kV电压等级中通常配置一套线路微机保护，保护主要有相间距离保护、接地距离保护、零序电流保护，三相一次重合闸。相间距离保护和零序电流保护的整定计算是这次实习的要内容，此外还对保护进行了相关的校验，这次实习是一次贴近系统现状的练习，对以后在工作是一次不可多得的经验。

零序电流保护能区分正常运行和短路故障，并且能区分短路点的远近，一边在近处故障时较短时间内切除故障，满足选择性的要求。零序电流保护能够弥补接地距离因过渡电阻的存在而导致灵敏度不足的缺陷，作为110KV线路接地主保护。在零序短路电流计算之前，要对系统和各设备在最大运行方式和最小运行方式下的阻抗大小，同时还要考虑发电机组负荷变化时相对的阻抗变化情况，从而得到K1、K2点接地短路时的零序电流大小用于零序电流保护整定。最后设定动作时间并进行灵敏性校验。

距离保护相对于电流保护有更加有利的优势，它是利用保护安装处的电压电流的比值来判断故障的一种保护，其不会受到系统运行方式的影响，保护区稳定，可以获得较为稳定的灵敏度，能够在多侧电源的高压及超高压复杂电力系统中应用。本设计中只配置相间距离保护，I段能够快速反应AC线路的85%，而Ⅱ段与相邻变压器的快速保护相配合，动作范围不应超出变压器快速保护的范围，Ⅲ段按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，整定时考虑到电动机自启动情况并采用全阻抗特性。

在这次课程设计中，我熟悉了对具体线路保护整定和计算的步骤，为一年后踏上工作岗位打下了一点基础。另外，课设中我还学会了利用Word、Excel和Visio等office软件对文档进行排版、建立目录等功能，为将来做毕业设计及以后的工作奠定一定基础！

参考文献

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水利电力出版社，2003

2. 刘万顺.电力系统故障分析.北京：中国电力出版社,2000

3. 崔家佩等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.北京：水利电力出版社，

1995

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4. 张保会.尹项根. 电力系统继电保护. 北京：中国电力出版社，2005 5. 许建安 .继电保护整定计算.北京：中国水利水电出版社， 2001

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0c4w.html