110KV单电源环形网络保护整定说明书.docx

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110KV单电源环形网络保护整定说明书

前言

毕业设计是高等工科学校教学中一个不可缺少的实践性环节，是学生在校期间最后一个重要的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学的基础理论、专业知识和基本技能运用与实际问题综合性训练。

通过毕业设计综合训练，可以培养学生运用所学的知识解决实际问题的能力和创新精神，增强实践能力，以便更好地适应现代化电力生产第一线需要的技能型、应用型高等工人技术人才的工作需要。

本毕业设计主要使学生掌握发电机、变压器、线路等主要一次设备继电保护的整定方法，掌握二次回路图的绘制，掌握设计说明说、计算书的编制方法，熟悉相关规程、辅助资料和国家相关规章制度。

林剑锋

2013年12月

摘要

电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。

而发电厂正是其他形式的能量转化成电能，电能经过变压器和不同等级的输电线路输送并分配给用户，再通过各种用电设备转化成合适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地、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。

其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。

通过本次线路保护的设计可以巩固我们所学的《电力系统继电保护》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：

电力系统，继电保护，环形网络

目录

前言………………………………………………………………………1

摘要………………………………………………………………………2

第一章绪论……………………………………………………………4

§1.1设计的目的与要求…………………………………………4

§1.2原始资料……………………………………………………4

§1.3设计任务……………………………………………………5

第二章继电保护整定说明……………………………………………6

§2.1整定计算一般原则…………………………………………6

§2.2继电保护整定计算的基本任务……………………………6

§2.3整定计算的步骤……………………………………………8

§2.4主保护、后备保护和辅助保护……………………………8

§2.5对继电保护装置的基本要求………………………………9

§2.6系统运行方式的考虑………………………………………10

§2.7电力系统震荡对保护的影响………………………………10

§2.8整定系数的分析……………………………………………11

§2.9整定配合基本原则…………………………………………12

第三章110kV环网继电保护设计方案分析………………………15

§3.1保护配置的选择…………………………………………15

§3.2距离保护整定计算的准备工作及主要项目……………16

§3.3各段保护配置原则………………………………………17

第四章综合评价……………………………………………………19

设计心得………………………………………………………………21

参考文献………………………………………………………………22

第一章绪论

毕业设计，一方面使学生获得综合运用学过的知识进行电力变电所、牵引变电所各主要元件的保护设计及整定和保护设备的选型的基本能力，另一方面能巩固与扩大学生的电气综合设计知识，为毕业设计做准备，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。

§1.1设计的目的与要求

1.通过毕业设计复习巩固专业课程的有关内容，扩宽知识面，增强工程观念。

同时对电力系统、继电保护、电气设备等专业课进行复习，提高专业基础水平，树立统筹兼顾、综合平衡、整体优化的观念。

2.使学生掌握发电机、变压器、线路等主要一次设备继电保护的整定方法；掌握二次回路图的绘制；掌握设计计算书、说明书的编制方法；熟悉相关的规程，辅助资料和国家有关规章制度。

3.培养学生分析问题，解决实际工程问题能力；提高独立工作能力；培养正确计算、绘制与编写说明书的能力。

§1.2原始资料

110KV单电源环形网络如图所示，已知：

（1）线路AB、BC、CA的最大负荷电流分别为230Α、150Α、230Α，负荷的自起动系数为

;

（2）网络中各线路采用带方向或不带方向的电流电压保护，变压器采用纵联差动保护作为主保护，变压器为Y，d11接线；

（3）发电厂的最大发电容量为3×50MW，最小发电容量为2×50MW（发电机组停运）；

（4）各变压器所引出线上的后备保护动作如图所示，后备保护的时限级差△t=0.5s；

（5）线路的电抗每公里均为0.4Ω；

（6）电压互感器的变比

AB、AC线路电流互感器变比

，其他参数如图所示。

§1.3设计任务

试确定：

（1）保护1、3、5的保护方式，以及它们的IOP、UOP、Ksen和tOP;

（2）电网保护配置图

（3）20MW变压器相间短路差动保护整定计算；

（4）对本网络所采用的保护进行评价。

第二章继电保护整定说明

§2.1整定计算一般规定

电力系统继电保护的设计与配置是否合理直接影响到电力系统的安全运行。

如果设计与配置不合理保护将可能误动或拒动，从而扩大事故停电范围，有时还可能造成人身和设备的安全事故，同时继电保护也不存在意义。

因此，合理地选择保护方式和正确地整定计算对保证电力系统的安全运行具有非常重要的意义。

选择保护方式时，应能全面的满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。

同时满足四个基本要求。

有困难时，可根据电力系统的具体情况，在不影响系统安全运行的前提下可以降低一些要求。

还应力求采用最简单的保护装置来满足系统的要求。

只有简单的保护装置不能达到目的时才考虑采用较复杂的保护装置。

设计电气设备的保护时，应综合考虑：

1.电气设备和电力系统的结构特点和运行特性；

2.故障出现的几率及可能造成的后果；

3.电力系统近期的发展情况；

4.经济上的合理性；

5.成熟的经验。

§2.2继电保护整定计算的基本任务

继电保护整定计算的基本任务就是要对各种继电保护算出整定值，而对电力系统中系统的继电保护来说，则应编制一个整定方案。

整定计算方案通常可按电力系统的电压等级或设备来编制，还可按继电保护的功能划分方案分别进行。

各种继电保护适应电力系统运行的能力都是有限的，因而，继电保护方案也不是一成不变的。

随着电力系统运行情况的变化（包括建设发展和运行方式变化），当超过预定的适应范围时，应需要对全部或部分继电保护重新进行整定，以满足新的运行需要。

必须注意，任何一种保护装置的性能都是有限的，即任何一种保护装置对电力系统的适应能力都有限的，当电力系统的要求超出该种保护装置所能承担的最大变化限度时，该保护装置便不能完成保护任务。

当继电保护的配置和选型均难以满足电力系统的特殊需要时，必须考虑暂时改变电力系统的需要或采取某些临时措施加以解决。

继电保护整定计算既有自身的整定问题，又有继电保护的配置与选型问题，还有电力系统的结构和运行问题。

因此，整定计算要综合、辩证、统一的运用。

整定计算的具体任务有以下几点：

1.绘制电力系统接线图；

2.绘制电力系统阻抗图；

3.建立电力系统设备参数表；

4.建立电流、电压互感器参数；

5.确定继电保护整定需要满足的电力系统规模及运行方式变化限度；

6.电力系统各点短路计算结果列表；

7.建立各种继电保护整定计算表；

8.按继电保护功能分类，分别绘制出整定值；

9.编写整定方案报告书，着重说明整定原则问题、整定结果评价、存在的问题及采取的对策等。

§2.3整定计算的步骤

1.按继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式，选择短路类型，选择分支系数的计算条件。

2.进行短路故障计算，选取结果。

3.按同一功能的保护进行整定计算，选取整定值并作出定值表。

4.对整定结果分析比较，以选出最佳方案；最后应归纳出存在的问题，并提出运行要求。

5.画出定值图。

6.编写整定方案说明书，一般应包括以下内容：

a.方案编制时间，电力系统概况；

b.电力系统运行方式选择原则及变化限度；

c.主要的特殊整定原则；

d.方案存在的问题及对策；

e.继电保护的运行规定，如保护的停、投、改变定值、改变使用要求以及对运行方式的限制要求等；

f.方案的评价及改进方向。

§2.4主保护、后备保护和辅助保护

继电保护装置或断路器有，拒绝动作的可能性，因而需要考虑后备保护。

实际上每一电气元件一般都有两种继电保护装置——主保护和后备保护，必要时还需增设辅助保护。

主保护：

能够反映整个被保护元件上的故障并能以最短的延时有选择性的切除故障的保护。

后备保护：

主保护或其断路器拒绝动作时，用来切除故障的保护。

其又分为近后备保护和远后备保护。

近后备保护：

主保护拒绝动作时，由被保护元件的另一套保护实现后备保护的保护。

远后备保护：

当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻元件或线路的保护实现后备保护的保护。

辅助保护：

为补充主保护和后备保护的不足而增设的比较简单的保护。

§2.5对继电保护装置的基本要求

电力系统继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的基本要求。

这些要求之间，需要针对使用条件的不同，进行综合考虑。

可靠性

保护装置的可靠性是指在规定的保护区内发生故障时，它不应该拒绝动作，而在正常运行或保护区外发生故障时，则不应该误动作。

选择性

保护装置的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量小，从而保证电力系统中的无故障部分仍能继续安全运行。

灵敏性

保护装置的灵敏性是指保护装置对其保护区内发生的故障或异常运行状态的反应能力。

速动性

快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，缩短用户在电压降低情况下的工作时间，降低故障元件的损坏程度，缩小故障的影响范围以及提高自动重合闸装置和备用电源自动投入装置的动作成功率等。

§2.6系统运行方式的考虑

当系统运行方式改变及被故障类型变化时，即使是同一点短路，短路电流的大小也会发生变化。

在继电保护装置的整定计算中，一般考虑两种极端的运行方式，即最大的运行方式和最小的运行方式。

流过保护安装处的短路电流最大时的运行方式称为系统最大运行方式，此时系统的阻抗Xs为最小；反之，当流过保护安装处的短路电流最小是的运行方式称为系统最小运行方式，此时系统阻抗Xs最大。

§2.7电力系统震荡对保护的影响

1.对电流继电器的影响

当电力系统振荡时，如果保护装置的时间躲不过振荡周期的时间，保护就会误动作。

当保护装置的时限大于1.5～2.0s时，就可能躲过振荡误动作。

2.对阻抗谜电器的影响

周期性振荡时，电网中任一点和流经线路的电流将随两侧电源电动势间相位角的变化而变化。

振荡电流增大，电压下降，阻抗谜电器可能动作；振荡电流减小，电压升高，阻抗继电器返回。

如果阻抗继电器触点闭合的持续时间长，将造成保护装置误动作

3.相差保护和电流差动纵联保护不受电力系统振荡的影响。

§2.8整定系数的分析

继电保护的整定值一般通过计算公式得出，为使整定值符合电力系统正常运行及故障状态下的规律，达到正确整定的目的，计算公式中需要引入各种整定系数。

整定系数应根据保护装置的构成原理，检测精度，动作速度，整定条件以及电力系统运行特性等因素来选择。

1、可靠系数

由于计算、测量、调试及继电器等各项误差的影响，使保护的整定值偏离预定数值可能引起动作，为此。

整定计算公式中引入可靠系数，可靠系数用

表示。

2、返回系数

按正常运行条件量整定的保护，在受到故障量的作用动作时，当故障消失后保护不能返回到正常位置将发生误动作。

因此，整定计算公式中引入返回系数，返回系数用

表示。

3、灵敏系数

在继电保护的保护范围内发生故障，保护装置反应的灵敏程度称为灵敏度。

灵敏度用灵敏系数

表示。

灵敏系数在保证安全性的前提下，一般愈大愈好，但在保证可靠动作的基础上规定了下限值作为衡量的标准。

4、自起动系数

按负荷电流整定的保护，必须考虑电动机自起动状态的影响。

单令电动机在满载全电压下起动，一般自起动系数

为4~8，综合负荷为1.5~2.5，纯动力负荷的自起动系数为2~3

§2.9整定配置基本原则

电力系统中的继电保护是按断险器配置装设的，因此继电保护必须按断险器分级进行整定。

继电保护的分级是按保护的正方向来划分的，要求按保护的正方向各相邻的上、下级保护之间实现配合协调。

以达到选择性的目的。

在保护整定计算时，应按该保护在电力系统运行全过程中均能正确工作来设定整定计算的条件。

当保护装置已经具备有防止某种运行状态误动作的功能时，则整定计算就不要再考虑该运行状态下的整定条件。

应考虑的状态有：

a.短路及重复故障

b.断线及非三相运行

c.振荡

d.负荷电动机自起动

e.变压器励磁涌流

f.发电机失磁，进相运行

g.重合闸及手动合闸，备用电源自动投入

h.不对称，不平衡负荷

i.保护的正反方向短路

继电保护的整定计算方法按保护构成原理分为两种，一种是以差动为基本原理的保护，它在原理上具备了区分内外部故障的能力，保护范围固定不变，而且在定值上与相邻保护没有配合关系，具有独立性，整定计算也比较简单，另一种是阶段式保护，它们的整定值要求与相邻的上、下级之间有严格的配合关系，而它们的保护范围又随电力系统运行方式的变化而变化，所以阶段式保护的整定计算是比较复杂的，整定结果的可选性也是比较多的。

1、保护的整定方法

（1）、根据保护装置的构成原理和电力系统运行特点，确定其整定条件及整定公式中的有关系数。

（2）、按整定系数条件进行初选整定值，按电力系统可能出现的最小运行方式校验验灵敏度，其灵敏度应满足要求，在满足要求之后即可确定选定的整定值。

若不满足要求，就需重新考虑整定条件和最小运行方式的选择是否恰当，再进一步考虑保护装置和选型问题。

2、差动保护

差动保护整定计算可独立进行，只要满足电力系统运行变化的限度就可以确定整定性。

3、阶段式保护

（1）相邻上、下级保护之间的配合：

①在时间上应配合;②在保护范围上配合；③上、下级保护的配合是按保护正方向进行的。

按反方向进行配合增大整定值取消方向元件的配合方法，一般是不可取的。

（2）多段保护的整定应按保护段分段进行。

（3）一个保护与相邻的几个下一级整定配合或同时应满足几个条件进行整定时，整定值应取造成后果最严重的数值。

（4）多段式保护的整定，应改善提高以保护性能为主，兼顾后备性。

（5）整个电网中，阶段式保护的整定方法是首先对电网中所有线路的第一段保护进行整定计算，再依次进行第二段保护整定计算，直至全网保护全部整定完毕。

（6）具有相同功能的保护之间进行配合整定。

（7）判定电流保护是否使用方向元件。

第三章110kV环网继电保护设计方案分析

§3.1保护配置的选择

1、无时限电流速断保护

单侧电源线路的电流速断保护定值，按双电源的方向电流速断保护的方法整定。

对于接入供电变压器的终端线路，如变压器装有差动保护，线路电流速断保护定值允许按躲过变压器其他侧母线三相最大短路电流整定，如变压器以电流速断作为主保护，则线路电流速断保护应与变压器电流速断保护配合整定。

电流速断应校核被保护线路出口短路的灵敏系数，在常见运行方式下，三相短路的灵敏系数不小于1时即可投运。

2、限时电流速断保护

电流定值应对本线路末端故障有规定的灵敏系数，还应与相邻线路保护的测量元件定值配合，时间定值按配合关系整定。

如相邻线路电流电压保护的电流和电压元件均作为测量元件，则本线路延时电流速断保护的电流定值应与相邻线路保护的电流和电压定值配合。

该保护使用在双侧电源线路上又未经方向元件控制时，应考虑与背侧线路保护的配合问题。

3、定时限过电流保护

保护定值应与相邻线路的延时段保护或过电流保护配合整定，其电流定值还应躲过最大负荷电流，最大负荷电流的计算应考虑常见运行方式下可能出现的最严重情况，如双回线中一回断开，备用电源自投，环网解环、调度方或部门提供的事故过负荷、负荷自起动电源流等。

在受线路输送能力限制的特殊情况下，也可按输电线路所允许的最大负荷电流整定。

该保护如使用在双侧电源线路上又未经方向元件控制时，应考虑与背侧线路保护的配合问题。

电流、电压、联锁速断保护

当系统运行方式变化比较大时，线路电流保护I段可能没有保护区，II段的灵敏系数难以满足要求，为了在不延长保护动作时限的前提下提高保护的灵敏性，可以采用电流、电压联锁速断保护。

原则：

按往常运行方式下，电流元件与电压元件均保护线路全长的80%。

4、距离保护

距离保护可以应用在任何结构复杂、运行方式多变的电力系统中，能有选择的，较快的切除相间短路故障。

在电网结构复杂，运行方式多变，采用一般的电流、电压保护不能满足要求时，则应考虑采用距离保护装置。

§3.2距离保护整定计算的准备工作及主要项目

1、了解所采用的保护性能

计算之前应参阅采用保护说明书，了解其性能及其参数范围，通常主要了解一下几个方面：

a.保护段数，各段参数及整定范围，保护各段的切换方法及要求事项。

b.保护起动方式，起动值的整定范围。

c.阻抗继电器的特性及参数。

d.断线闭锁构成方式，整定参数及定值范围。

e.振荡闭锁元件的构成。

f.重合闸后加速方式。

g.是否设有瞬时测定回路，了解其使用方式。

h.保护装置上的有关连接端子及其要求。

i.电流互感器，电压互感器的使用变比。

2、距离保护定值的主要内容及项目

a.各保护段的整定阻抗，保护动作时间，最大灵敏角，阻抗继电器整定分接位置，精工电流的要求值以及各保护段的灵敏度。

b.振荡闭锁元件的整定值，整组复归时间及复归方式和要求所闭锁保护段。

c.断线闭锁元件的整定值及加速的保护段。

d.重合闸在加速及加速的保护段。

e.指明是否用瞬时测定回路。

f.有关连接端子或跨接线的连接方式。

g.其他必要的说明事项，如对系统的运行方式有哪些要求及限制；运行中用应注意的事项等。

§3.3各段保护配置原则

1、距离保护具有阶梯式特性时，其相邻上下级保护段之间应在动作时间及保护范围上相互配合。

距离保护也应与上下相邻的其他保护装置的动作时间及保护范围上相配合。

2、在某些特殊情况，为了提高保护某段的灵敏度，采用所谓“非选择性动作，再由重合闸加以纠正”的措施。

如某一较长线路的中间接有分支变压器时，线路距离保护第Ⅰ段可允许伸入至分支变压器内部整定，即可仍按所保护线路的总阻抗的80%~85%计算，但应躲开分支变压器低压母线故障；当变压器内部故障时，线路距离保护I段可靠与变压器差动保护同时动作（因为变压器差动保护出口有自保持回路），此时由线路重合闸纠正。

3.采用重合闸后加速方式达到保护配置的目的。

第四章综合评价

电流保护

电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流保护可以保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路和相邻下一线路的后备保护。

实际上，供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护。

比如，处于电网末端附近的保护装置，当定时限过电流保护的时限不大于0.5时，而且没有防止导线烧损及保护配合上要求的情况下，就可以不装设电流速段保护和限时电流速段保护，而将过电流保护作为主保护。

三段式电流保护的主要优点是简单、可靠并且一般情况下都能较快的切除故障。

缺点是它的灵敏度受保护方式和短路类型的影响。

此外在单侧电源网络中才有选择性，故一般适用于35kV以下的电网保护中。

距离保护

主要优点：

能够满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反映电压降低和电流的增大而动作的。

因此，距离保护较电流保护有较高的灵敏度。

其中I段距离保护基本不受运行方式的影响，而II、III段受系统运行变化的影响也交电流保护要小一些，保护区域比较稳定。

主要缺点：

不能实现全线瞬时动作。

对双侧电源线路，将有全线的30%~~40%的第II段时限跳闸。

这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。

阻抗继电器本身较长、复杂，还增设了震荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此，距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低一些。

设计心得

进过这段时间的努力，可谓是历经千辛，遇到蛮多不解的，也查阅了很多书籍，终于圆满完成了这份设计。

从整体上还是比较满意自己的毕业设计。

这段时间来通过查阅资料也让我回忆了很从我记忆之中淡忘了的一部分知识，通过此次设计让我对这些知识点更加的牢记在脑中。

所实话，刚拿到这个课题的时候，真是一头雾水，压根就不知道从哪里入手。

幸好有陈老师耐心的讲解指导，让我从无头苍蝇走向思路明了、条理清晰。

当然还少不了我那些可爱的同学们，我们是一个团队，各有各的记忆，互补平衡。

不过有的时候还是挺恨他们的，明明自己的观点是正确地，却被他们三言两语错误的思路给带沟里去了，只怪自己意志不坚。

不管怎么说，还是衷心的感谢他们。

通过本次设计不仅巩固了我所学的知识和基础技能，还让我懂得了将所学的知识和技能合理地运用于实际中。

更加深刻的认识到了继电保护的重要性。

继电保护并不单单知识一份工作，这里面决定了一个地区甚至一个国家的电力系统正常运行的问题。

电力设备安全可靠地运行取决与继电保护维护人员。

身为继电保护维护人员我感到很自豪，此次设计为我日后的工作奠定了基础，我将更努力的去学习未知的知识，与以掌握的知识和技能更好的投身于电力保障事业。

参考文献

1、《继电保护技术》许建安、连晶晶主编

2、《电力系统继电保护整定计算》许建安、王风华主编

3、《电力系统继电保护规定汇编》国家电力调试通信中心编

4、《电力系统继电保护与安全自动自动装置整定计算》崔家佩等编