电力系统继电保护课程设计作业及详细课程设计

继电保护原理课程设计任务书

一．课程设计指导书

（一）35～110千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算。 （二）进行步骤

1．短路电流及残余电压计算

考虑到35～110千伏单电源环形网络相间短路保护有可能采用带方向或不带方向的电流电压保护，因此在决定保护方式前，必须较详细地计算各短路点短路时，流过有关断路器的短路电流IK和保护安装处的残余电压Ures。然后根据计算结果，在满足“继电保护和安全自动装置技术规程”和题目给定的要求的条件下，尽可能采用最简单的保护方式。计算IK f(l)及Ures f(l)的步骤及注意事项如下。

（1）系统运行方式的考虑

除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式下，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时流过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值和保护的灵敏度。在需采用电流电压联锁速断保护时，还必须考虑介于最大和最小之间的系统运行方式。

表1 流经某一保护的

I

（2）短路点的考虑 为了绘制

IK f(l)和

Ures f(l)曲线，每一线路上的短

路点至少要取三点，即线路的始端、中点和末端三点。一般为了简化计算取此三点即可。短路点确定之后，即标上K1、K2、K3…..等符号。

（3）短路类型的考虑 由于设计系相间短路保护的整定计算，因此，在最大系统运行方式下，应计算三相短路电流IK

(3)

用于整定保护动作，而在最小系统运行方式下，计算两相短路电流

(2)

IK，用于计算保护的灵敏系数。在介于最大和最小之间的系统运行方式，则根据需要

计算IK或IK。Ures的计算选用三相短路或两相短路进行计算均可，因为对保护所采

(3)(2)

取的残余线电压而言，Ures Ures。

（4）IK和Ures列表

为了便于整定计算时，查找每一点短路保护安装处的IK和Ures，必须将计算结果列成表。如表1形式的表格。

其中运行方式、短路点和短路类型的考虑如前述。流过保护的IK应考虑后备保护的计算需要，即除列入本线路各点短路时流过保护的IK外，还要列入相邻线路各点短路时流过保护的IK。Ures列表与IK相似。

（5）计算IK和Ures时，用标幺值还是用直接有名值（伏、安、欧），学生可自行选择，或指导教师指定。计算中电压一律采用平均电压。

2．保护方式的考虑及整定计算

采用什么保护方式，主要视其能否满足规程及题目给定的要求决定。能满足要求时，所采用保护就算合格，不能满足要求时，就必须采取措施使其符合要求或改用其他保护方式。

选用保护方式时，应首先考虑采用最简单的保护，以提高保护的可靠性。当采用简单保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，还必须检验与相邻设备的保护之间能否保证选择性和速动性的要求。

当采用的保护不能很好的满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸装置来校正选择性或加速保护动作。

当灵敏性不能满足要求时，在满足速动性的前提下，可考虑利用保护的相继动作，以提高保护的灵敏性。

在用保护的动作时限或电流、电压整定值能保证选择性时，不要采用方向元件以简化保护。

后备保护的Iset必须互相配合，要保证上一元件保护（较靠近电源的保护）的动作电流大于下一元件保护的动作电流，且要留有一定的裕度，以保证选择性。

整定计算结果与灵敏度校验应列成如表2和表3的形式以备查。

表2 整定计算结果

(2)(3)

3．拟接线图

为了锻炼学生拟接线图及看图能力，课程设计中要求每个学生要自拟一个断路器（由教师制定）的保护接线图。要求绘制三相原理接线图及展开图。在图上必须标出电流互感器及方向继电器的极性。同时还必须选出所用继电器的型号规格和统计出数量，并用表格列出。

4．整理说明书 说明书应包括下列部分。 （1）设计题目

（2）IK和Ures计算。必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原则或依据，以及计算时应考虑的其他因素。计算结果用表格列出外，并须列出计算时采用的公式及计算举例。没有必要列出每个计算值的计算过程。

（3）保护方式的选择及整定计算结果。这一部分要求说明选用保护方式的原则，每个保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。整定计算时所采用的整定计算公式及各种系数的数值也应列出。不必详细列出各个保护的整定计算过程，但必须举例说明计算方法。

附表3 灵敏度校验结果

（4）对保护的评价。这一部分主要是根据“继电保护和安全自动装置技术规程”及题目给定的要求，从选择性、灵敏性、速动性及可靠性四个方面评价所采用保护的质量。当某一方面不能满足要求时，要分析它可能产生的后果，并提出补救措施。

（5）接线图及设备清单。绘制一个断路器保护的原理接线图及展开图。用表格列出该保护需用设备的型号、规格及数量。

二、时间分配（课内外总学时）

1. IK和Ures计算 16小时

2.保护方式选择及整定计算 30小时 3.拟绘接线图 8小时 4.整理说明书 16小时 合计 70小时

三、题目

（一）110千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算 已知：1.网络接线如图1所示；

2.网络中各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

差动保护作为主保护，变压器均为Y，d11接线；

3.发电厂的最大发电容量为3×50兆瓦，最小发电容量为2×50兆瓦； 4.网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行； 5.允许的最大故障切除时间为0.85秒；

6.110千伏断路器均采用Kss型断路器，它的跳闸时间为0.05～0.08秒； 7.线路AB、BC、AD和CD的最大负荷电流分别为230、150、230和140安，负荷自起动系数KSS=1.5；

8.各变电所引出线上后备保护的动作时间如图1所示，△t=0.5秒； 9．线路的正序电抗均为每公里0.4欧； 10.电压互感器的变比=111．其他参数见图1。试决定：

1．保护1、3、5、7（或2、4、6、8）的保护方式，以及它们的Iset、Uset、Ksen

和tset；

2．保护5或4的接线图（包括原理图和展开图）。 并对本网络所采用的保护进行评价。

（二）110千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算 已知：1. 网络的接线图如图2所示；

2．所用变压器及母线均装有纵差动保护； 3．负荷的自起动系数Kss=1.3；

4．其他参数见题（一）条件及图2标示。 设计要求：

1. 决定断路器1、3、5与7（或2、4、6与8）的相间短路的保护方式； 2. 校验保护的灵敏度；

3. 绘制断路器7的保护装置的原理接线图及展开图，并列出设备清单；

；

4. 对所选用的保护方式进行评价。

20MVAUk 10.5％

图1 题（一）的系统接线图

2 31.5Uk 2 25

cos X''d 图中母线E、F、G各个条出线过流保护的动作时限均为1.8秒。

附图2 题（二）的网络接线图

摘 要

《电力系统继电保护》作为农业电气化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。本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。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。

关键词：电流保护，整定计算，保护方式

目录

第一章 原始资料 .................................................................................... 5 第二章 设计内容 ................................................................................ 8

§2.1电网各个元件参数计算及负荷电流计算 ....................... 8

§2.1.1基准值选择 ......................................... 8 §2.1.2电网各元件等值电抗计算 ............................. 9 §2.1.3各保护运行方式的选择 .............................. 12 §2.2运行方式的选择 .......................................... 13

§2.2.1运行方式的选择原则 ................................ 13 §2.2.2本次设计的具体运行方式的选择 ...................... 15

第三章 最大短路电流计算 .............................................................. 16

§3.1 等值阻抗图计算 .......................................... 16 §3.2 短路电流的参数 ......................................... 18

第四章 整定计算 .............................................................................. 19

§4.1 AB线路2QF的整定 ...................................... 20 §4.2 BC线路4QF的整定 ...................................... 23

§4.3 AC线路6QF的整定 ...................................... 25 §4.4 CD线路7QF的整定 ...................................... 27 §4.5 整定参数 ............................................... 29 §4.6 绘制保护6的接线图 ..................................... 31 §4.7 BRD663微机保护装置 ..................................... 34

§4.7.1三段式相间电流保护 ................................ 34 §4.7.2零序过流保护 ...................................... 35

第五章 对保护的评价 ........................................................................ 37 第六章 设计心得 .............................................................................. 40 参 考 文 献 .......................................................................................... 42

第一章 原始资料

1．网络的接线如图1-1所示

错误！未找到引用源。 图1.1网络的接线

2．网络中各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动保护作为主保护，变压器均为Y/ -11接线；

3．发电厂的最大发电容量为（2×25+25）MW，最小发电容量为2×25MW； 4．网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行； 5．允许的最大故障切除时间为0.85s；

6．110kV断路器均采用DW2-110型断路器，它的跳闸时间为0.05～0.08s；

7．线路AB、BC、AC和CD的最大负荷电流分别为230、150、230和140A，负荷自起动系数Kss =1.3；

8．各变电所引出线上后备保护的动作时间如图所示， t=0.5s； 9．线路的正序电抗均为0.4Ω/km； 10．电压互感器的变比nPT= 110000/100； 11．其它参数如图所示。 要求：

1．整定断路器2、4、6、7的相间短路的三段式电流保护； 2．校验保护的灵敏度；

3．绘制保护6的原理接线图及展开图； 4．对所设计的保护进行评价；

5．选择一种合适的微机保护装置，叙述其如何实现电流保护的功能。

河南科技大学车辆与动力工程学院课程设计说明书

第二章 设计内容

§2.1电网各个元件参数计算及负荷电流计算

§2.1.1基准值选择

基准功率：SB=100MV·A，基准电压：UB=115V。基准电流： IB=SB/1.732UB=100×1000/1.732×115=0.502KA；基准电抗：

ZB=UB/1.732IB=115×103/1.732×502=132.25Ω；电压标幺值：E=E(2)=1.05 §2.1.2电网各元件等值电抗计算 (1)输电线路等值电抗计算 ①线路L1正序等值电抗计算： XL1=X1L1=0.4×60=24Ω

XL1*= XL1/ ZB=24/132.25=0.1815

②线路L2正序等值电抗计算： XL2= X1L2=0.4×40=16Ω

XL2*= XL2/ ZB=16/132.25=0.1210 ③线路L3正序等值电抗计算： XL3= X1L3=0.4×90=36Ω XL3*=XL3/ ZB=36/132.25=0.2722 ④线路L4正序等值电抗计算： XL4= X1L4=0.4×25=10Ω

XL4*= XL4/ ZB=10/132.25=0.0756 (2)变压器等值电抗计算

①变压器T1、T2、T3等值电抗计算：

XT1=XT2=XT3=(UK%/100)×(UN2×103/SN)≈38.413Ω

XT1*=XT2*=XT3*=XT1/ZB=38.413/132.25=0.2904 ②变压器T4、T5等值电抗计算：

XT4= XT5=(UK%/100) ×( UN2×103/SN) =60.5Ω XT4*=XT5*= XT4/ZB =0.5/132.25 =0.457 ③变压器T6、T7等值电抗计算：

XT6= XT7 =(UK/100) ×(UN2×103/SN) =41.984Ω XT6*= XT7*=XT6/ZB=41.984/132.25=0.317 ④变压器T8等值电抗计算：

XT8= (UK%/100)×(UN2×103/SN)≈38.413Ω XT8* = XT8/ZB =38.413/132.25=0.2904 (3)发电机等值电抗计算

①发电机G1、G2电抗标幺值计算

XG1* = XG2*=XddSB/ SG1= XddSB COSφ/ PG1=0.132×100×0.85/25=0.4488 ②发电机G3电抗标幺值计算

XG3*=Xd3SB/ SG3= Xd3SB COSφ/ PG3=0.129×100×0.85/25=0.4386 (4)最大负荷电流计算 ①B母线最大负荷电流计算

最大负荷电流计算(拆算到110KV) IfhB ·max = PfhBmax Vav2 / 1.732 U COSφ =20×103/1.732×115×0.8≈0.1255KA； ②C母线最大负荷电流计算

IfhC·max = PfhCmax Vav2 / 1.732 U COSφ=30×103/1.732×115×0.8≈0.1882KA ③D母线最大负荷电流计算

最大负荷电流计算(拆算到110KV)

IfhD ·max = PfhDmax Vav2 / 1.732 U COSφ =12×103/1.732×115×0.8≈0.0753KA §2.1.3各保护运行方式的选择

(1)保护1的最大运行方式：发电机G1、G2、G3全投入，断开线路L1；保护1的最小运行方式：发电机G3停，线路全部运行。

(2)保护3因正常运行时不可能有正向电流通过，要是有正向电流通过，一定是线路发生故障。为此，在保护3上只需判别电流(功率)的方向即可，故不用分析保护3的运行方式。

(3)保护5的最大运行方式：G1、G2、G3全投入，断开线路L1；保护5的最小运行方式：F3停，线路全部运行。 (4)保护7的最大运行方式：G1、G2、G3全投，线路全部运行

§2.2运行方式的选择

§2.2.1运行方式的选择原则

(1)发电机、变压器运行方式选择的原则

①一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故障；当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。对水电厂，还应根据水库运行方式选择。

②一个发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量最大的一台停用。 (2)变压器中性点接地选择原则

①发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要接地。 ②自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。 ③T接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。

④为防止操作过电压，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。 (3)线路运行方式选择原则

①一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，另一条线路又故障的方式。 ②双回路一般不考虑同时停用。

③流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择

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；而最小短路电流，则出现在最小运行方式。

对于双电源的网络，一般（当取Z1=Z2时）与对侧电源的运行方式无关，可按单侧电源的方法选择。

对于环状网络中的线路，流过保护的电大短路电流应选取开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一线线路上。而对于电小短路电流，则应选闭环运行方式，同时再合理停用该保护背后的机组、变压器及线路。

④选取流过保护的最大负荷电流的原则如下： 1)备用电源自动投入引起的增加负荷。 2)并联运行线路的减少，负荷的转移。 3)环状网络的开环运行，负荷的转移。

4)对于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机,引起另一侧增加负荷。

§2.2.2本次设计的具体运行方式的选择

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弊之前，首先应该分析运行方式。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。

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，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式下线路L3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小电源阻抗：

ZS.min=（XT1*+ XG1*)‖ (XT2*+XG2*)‖(XT3*+ XG3*)

= (0.2904+0.4488)‖(0.2904+0.4488)‖(0.2904+0.4386)=0.2453 最小运行方式下的最大电源阻抗： ZS.max=（XT1*+ XG1*)‖ (XT2*+XG2*)

= (0.2904+0.4488)‖(0.2904+0.4488)=0.3696

第三章 最大短路电流计算

§3.1 等值阻抗图计算

为计算动作电流，应该 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。

为计算1QF、3QF、5QF、7QF 的整定值，根据如上系统图可知，最大运行方式要求1QF断开，等值阻抗图如图

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