继电保护改

继电保护课程设计

题 目：110KV电网络线的设计 姓 名：张渊 学 号： 103521004 专 业：电气工程及其自动化 指导老师：孟鹏 设计时间：2013年6月

电子与信息工程学院 1

《电力系统继电保护原理》课程设计

—110KV电网线路保护设计

摘 要：本设计是针对110kv电网线路进行的继电保护设计，对电网在不同运行方式和不同短路故障类型的情况下进行了分析计算和整定的，可以充分满足110 kv电网运行的继电保护要求，达到保护110 kv电网线路的目的。同时在设计中简述了电流速断保护、距离保护和零序电流保护的具体整定方法及有关注意事项，对输电网络做了较为详细的分析，并对不同运行方式短路情况做了分析，在设计思路中紧扣继电保护四要求：速动性、灵敏性、可靠性及选择性。

关键词：继电保护、线路运行方式、短路计算、整定计算

前 言

电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态；故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故的发生。而在电力系统的运行中最常见也是最危险的故障是发生各种形式的各种短路。发生短路时可能会产生以下后果： (1) 电力系统电压大幅度下降，广大用户负荷的正常工作遭到破坏。 (2) 故障处有很大的短路电流，产生的电弧会烧坏电气设备。 (3) 电气设备中流过强大的电流产生的发热和电动力，使设备的寿命减少，甚至遭到破坏。 (4) 破坏发电机的并列运行的稳定性，引起电力系统震荡甚至使整个系统失去稳定而解列

瓦解。

不正常情况有过负荷、过电压、电力系统振荡等.电气设备的过负荷会发生发热现象，会使绝缘材料加速老化，影响寿命，容易引起短路故障。

因此在电力系统中要求采取各种措施消除或减少发生事故的可能性，一旦发生故障，必须迅速而有选择性的切除故障，且切除故障的时间常常要求在很短的时间内（十分之几或百分之几秒）。实践证明只有在每个元件上装设保护装置才有可能完成这个要求，而这种装置在目前使用的大多数是由单个继电器或继电器及其附属设备的组合构成的，因此称为继电保护装置，它能够反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发生告警信号。

继电保护的任务就是在系统运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等），能够自动、迅速、有选择性且可靠的发出跳闸命令将故障切除或发出各种相应信号，从而减少故障和不正常现象所造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统安全稳定的运行。

本次的课程设计是针对电力系统110KV电网（环网）线路继电保护的设计，涉及的内容比较广泛，几乎综合了大学期间本专业所学的所有相关课程，既然是继电保护，就必然涉及到了强电与弱电的相互配合，故也串行了电子、通信、自动化等相关专业的知识。正因为其涉及的知识面广，故对于即将毕业的我们是一次很好的实习机会，也是一次培养对知识的综合运用的机会，更是一种挑战。

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通过本次设计可以树立工程观点，加强基本理论的理解和工程设计基本技能的训练，了解继电保护在电力系统中的特点和作用，掌握电网继电保护的设计方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方面得到训练，为今后从事电气设计、运行管理和科研工作，奠定必要的理论基础。

本设计是对电力系统110KV电网线路进行继电保护初步设计，首先对继电保护的现状、发展和趋势以及继电保护在电力系统中的作用作了简要的介绍；然后详细介绍了运行方式的选择，变压器中性点的接地方式，短路电流的计算，电流保护、差动保护和距离保护等多种线路保护的具体整定方法及计算，并对输电网络做了较详细的分析；最后介绍了电网线路的自动重合闸装置的配置原则。

1、设计资料分析与参数计算

电力系统设备参数表（取SB=100MV·A, VB= Vav） 本设计所选取的的发电机型号：

G1–G4额定容量为12 MW的汽轮机，所采用型号为QF–12–2

G5额定容量为25 MW的汽轮机，所采用型号为QF–25–2,具体参见下表2.1 编号 G1~G4 G5 发电机型号 QF2-12-2 QF2-25-2 额定容量 12MW 25MW 功率因数 0.8 0.8 额定电压 6.3KV 6.3KV EX” 1.08 1.08 XD” 0.1221 0.1222 表2.1发电机型号及参数

发电机参数计算：

G1--G4: XG1*~XG4*?Xd?''SBPGCOS??0.1221?100?0.814 120.8G5 : XG5*?Xd''?变压器参数计算：

SBPGCOS??0.1222?100?0.393 250.8TTT1

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:7X = T1*UK%?SB10.5?100= =0.33 100?31.5100?SKXX = T2*UK%?SB10.5?100==0.33

100?SK100?31.5UK%?SB10.5?100==0.33 100?31.5100?SK2 = T7*U0%VN10.51152XT1=XT2=XT7=100?SN=100?31.5=44.08Ω

T～3T：6X = T3*UK%?SB10.5?100==0.7 100?15100?SK 3

XXX = T4*UK%?SB10.5?100==0.7 100?15100?SK = T5*UK%?SB10.5?100==0.7 100?15100?SK = T6*UK%?SB10.5?100==0.7 100?15100?SK2U0%VN10.51152XT3～XT6=100?SN=100?15=92.58Ω

线路参数的计算： 对于

L：1X= 45×0.4=18Ω, 1(1)X=1(1)*X1(1)?SB18?100==0.136 22115VBX1(0) *

= 3

XXX1(1) *

=3×0.136=0.408

对于

L：2= 3

=50×0.4=20Ω ，2(1)X2(1)*=

X2(1)?SBVB2=

20?100=0.151

1152X2(0)*

2(1) *

=3×0.151=0.453

X3(1)?SB14?100对于L3：X3(1)=35×0.4=14Ω，X3(1)*===0.106 22115VBX3(0)= 3

XX3(1) *

=3×0.106=0.318

对于

L：4=60×0.4=24Ω ，4(1)X=4(1)*

X4(1)?SBVB2=

24?100=0.181 2115X4(0) *

= 3

X4(1)* *

=3×0.181=0.543

经计算得以下电力系统设备参数表2.1。

表2.1 电力系统设备参数表 正序阻抗 （有名值?） 正序阻抗 （标幺值） 0.814 0.392 负序阻抗 （标幺值） 0.993 0.478 零序阻抗 （标幺值） G1--G4 G5 4

TT1 2 44.08 44.08 0.33 0.33 0.7 0.136 0.151 0.106 0.181 0.33 0.33 0.7 0.136 0.151 0.106 0.181 0.408 0.453 0.318 0.544 TT 7～3 1 2T 692.58 18 20 14 24 LLL 3 4L

2 系统运行方式和变压器中性点接地方式的确定

2.1 发电机、变压器运行变化限度的选择原则

（1） 发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，即一台机组在检修中另一台机组又出现故障；当有三台以上机组时，则应选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。

（2）发电厂、变电站的母线上无论接有几台变压器，一般应考虑其中最大的一台停用。因变压器运行可靠性较高，检修与故障出现的几率很小。但对于发电机变压器组来说，应服从发电机的投停变化。

2.2 中性点直接接地系统中变压器中性点接地的选择原则

（1）发电厂及变电所低压侧有电源的变压器，中性点均应接地运行，以防出现不接地系统的工频过电压状态。如事前确定不能接地运行，则应采取其他防止工频过电压的措施。 （2）自耦型和有绝缘要求的其他型变压器，其中性点必须接地运行。

（3）110KV一下的变压器，以不接地运行为宜。当T接变压器低压侧有源时，则应采取防止工频过电压的措施。

（4）过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后再断开。这种情况不按接地运行考虑。

综上所述，本次设计所有变压器均应中性点接地。

2.3 线路运行变化限度的选择

（1）母线上有多条线路，一般应考虑一条线路检修，另一条线路又遇故障的方式。

（2）双回线一般不考虑同时停用。

（3）相隔一个厂、站的线路必要时，可考虑与上述（1）的条件重叠。

2.4 流过线路的最大、最小短路电流计算方式的选择

（1）相间保护 对单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大短路电流出现在最大运行方式下，即选择所有机组、变压器、线路全部投入运行的方式。而最小短路电流，则出现在最小运行

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动作时间： t''t'''?t''1?1??t ； t13??t ； t''1?t5??t 取其中最大值即 t''1?1.5s

5.1.3、距离Ⅲ段整定

动作阻抗：

Z.9Uefzmin?03I?0.9?1103?301.2?1000?189.77?

fhmaxZ'''fhmindz1?ZK'''?189.77kKhKzqcos(?d??fh)1.2?1.3?1.15cos(70??36.87?)?125.9? 动作时间：t'''''''''1?t5??t ； t'''1?t7??t ； t'''''1?t1??t

取其中最大值即t'''''1=t1+0.5=2s 灵敏度校验： 本段线路末段短路 Klm近?Z'''dz1Z?125.9?8.99?1.5 满足要求。 AD14（2） 相邻元件短路时的灵敏系数：

① L2末端短路时：

1)单独考虑G?XL21?4 IXL11=

XI?18?20I?0.731I

L1?XL2?XL318?20?14 且I2?I1?0.731I 2)单独考虑G5 I4?XL2XI3?0.385I3, I2?0.615I3L1?XL2?XL3

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K731I?0.615I3220.fzmax?I20.I?.731I?0.385I?18?98.15?2.01 103220.18?61.45 Klm远?Z'''dz1125.9ZK?14?2.01?20?2.32?1.2满足要求。 AD?fzmaxZL2② 与相邻线路L4末端短路配合：

Kfzmax?I2I2I?XX?1?14?1.36

1L2?L118?XI202L1?XL2?XL3K?Z'''dz1Z?K?125.9lm远?2.68?1.2 满足要求。 ADfzmaxZL414?1.36?24 ③ 与相邻变压器相配合：

1）单独考虑G1?4时， IXL1?XL21?1XX?0.731I I4?I

L1?L2?XL32 2)单独考虑G5 I1?0 I4?12I3 1 所以 K?II?14fzmax2I3I?2.731I?0.698 10K?Z'''dz1lm远Z?K?125.9?1.6?1.2 满足要求。 ADfzmaxZT14?0.698?92.585.2、保护3的距离保护计算

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5.2.1、距离Ⅰ段整定

动作阻抗：Z''dz3?ZABKk?0.85?18?15.3?

动作时间：t'3?0s

5.2.2、距离Ⅱ段整定

动作阻抗：

与线路L2的保护4相配合：如图5.5仅考虑G1~G4的作用：

图5.5保护3的第Ⅱ段

最小分支系数：Kfzmin?1

所以，Z''''dz3?Kk(ZAB?KfzminZL4)?0.8?(18?1?0.85?14)?30.72?

'灵敏系数校验：KZ'dz330.72lm?Z??1.71?1.5＞ 1.5 满足要求。

AB18动作时间：t''3?0.5s

5.2.3 距离III段整定

动作阻抗：

Zefhmin?0.9U3I?0.9?110?1000?198.4?

fhmax3?301.2Z'''Zfzmindz3?K'''?198.4kKhKzqcos(?d??fh)1.2?1.3?1.15cos(70??36.87?)?131.6?

动作时间：t'''3?1.0s

灵敏度校验：

（1）本段线路末段短路

''Klm近?Z'dz3Z?131.6?7.3?1.5 满足要求。 AB18与相邻线路L2末端短路配合，

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KI21fzmax??II?3.7

1XL3X?XI1L1?XL2L3 Klm?Z'''dz3远Z?K?131.620?1.43?1.2 满足要求。 ADfzmaxZL318?3.7?5.3、保护6的距离保护计算： 5.3.1 距离Ⅰ段整定

动作阻抗：Z''dz6?ZADKk?0.85?14?11.9?

动作时间：t'6?0s

5.3.2 距离Ⅱ段整定

动作阻抗：

1)与线路L2的保护5相配合：

图5.6 保护6的第Ⅱ段

KI2Ifzmin?(I)min??XS(1?4)?XL31X1? S4?XL4XS5?XXIL4S(1?4)?XL3?XS5?XL4

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最小分支系数：K.65?14fzmin?1?10763.226?24?2.39

所以 Z''''?K'dz6?Kk(ZADkKfzminZBD)?0.8?(14?2.39?0.85?20)?43.7?

2)与L4线路的保护8配合时：

Kfzmin?1

Z'''''dz6?Kk(ZAD?KkKfzminZDF)?0.8?(14?1?0.85?24)?25.6? '灵敏度校验：K?Z'dz6Z?25.6lm?1.89?1.5 满足要求。

AD14动作时间：t'6?0.5s

6.3.3 距离Ⅲ段整定

动作阻抗：

Z0.9Uefhmin?3I?0.9?110?1000?198.4?

fhmax3?301.2所以 Z'''Zfzmindz6?K'''?198.4kKhKzqcos(?d??fh)1.2?1.3?1.15cos(70??36.87?)?131.6?时间整定：t'''6?1.0s

灵敏度校验：

（1）本线路末端短路时的灵敏系数为： K?Z'''dz6131.6lm近Z??9.4?1.5 AD14（2）在相邻元件末端短路时的灵敏系数为：

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