继保整定计算课程设计报告()(1).doc
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课程设计报告
（2015--2016年度第1学期）
名称：
继电保护整定计算
院系：
电气与电子工程学院
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
肖仕武、薛安成
设计周数：
两周
成绩：
日期：
2016年1月7日
课程设计报告
一、课程设计的目的与要求
1．课程设计的目的
1.1巩固《电力系统继电保护原理》课程的理论知识，掌握运用所学知识分析和解决生产实际问题的能力。
1.2通过对国家行业颁布的有关技术规程、规范和标准学习，建立正确的设计思想，理解我国现行的技术政策。
1.3初步掌握继电保护设计的内容、步骤和方法。
1.4提高计算、制图和编写技术文件的技能。
2．课程设计的要求
2
2.1理论联系实际。
对书本理论知识的运用和对规程、规范的执行必须考虑到任务书所规定的实际情况，切忌机械地搬套。
2.2独立思考。
在课程设计过程中，既要尽可能参考有关资料和主动争取教师的指导，也可以在同学之间展开讨论，但必须坚持独立思考，独自完成设计成果。
2.3认真细致。
在课程设计中应养成认真细致的工作作风，克服马虎潦草不负责的弊病，为今后的工作岗位上担当建设任务打好基础。
2.4按照任务书规定的内容和进度完成。
二、设计正文
1．某一水电站网络如图所示。
已知：
（1）发电机为水轮立式机组，功率因数为0.8、额定电压6.3kV、次暂态电抗为0.2、负序阻抗为0.24；
（2）水电站的最大发电容量为2×5000kW，最小发电容量为5000kW，正常运行方式发电容量为2×5000kW；
（3）平行线路L1、L2同时运行为正常运行方式；
（4）变压器的短路电压均为10％，接线方式为Yd-11，变比为38.5/6.3kV。
（5）负荷自起动系数为1.3；
（6）保护动作时限级差△t＝0.5s；
（7）线路正序电抗每公里均为0.4Ω，零序电抗为3倍正序电抗；
试求：
（1）确定水电站发电机、变压器相间短路主保护、后备保护的配置方式；
（2）确定6QF断路器的保护配置方式，计算它们的动作定值、动作时限，并进行灵敏度校验；
（3）确定平行线路L1、L2的1QF、3QF相间短路主保护和后备保护，计算它们的动作定值、动作时限，并进行灵敏度校验；
（4）假设平行线路L1、L2两侧配置有三相重合闸，计算三相重合闸装置的整定值。
（5）继电保护6QF的接线图及展开图。
答：
（1）对于水电站发电机，相间短路保护的主保护采用纵联差动保护，（远）后备保护应配置低电压启动的过电流保护或者复合电压启动的过电流保护。
对于变压器，相间短路的主保护采用纵联差动保护，并配置复合电压启动的过电流保护或者低电压闭锁的过电流保护作为（远）后备保护。
（2）系统等值电路的参数标么值选取：
，，各部分等值参数如下：
发电机：
变压器：
输电线路：
系统等值阻抗图如下：
6QF断路器位于双侧电源线路CD的首端，与无穷大电网连接，运行方式变化大，三段式电流保护仅能配置Ⅰ段保护作为线路的主保护。
电流Ⅰ段：
按躲过本线路末端发生短路时的最大短路电流整定。
D节点最大短路电流：
动作定值：
电流速断保护保护范围校验：
不满足要求
电流Ⅱ段：
保护范围延伸至下级线路，与下级线路电流Ι段配合。
末端节点最大短路电流：
Ⅱ段动作定值：
灵敏性校验：
不满足要求
相应分析：
电流Ι段保护和电流Ⅱ段保护范围校验均不满足要求。
由于系统运行方式变化大，一般的电流保护不满足灵敏性与可靠性的要求，且末端仍有一段线路，故配置距离保护作为线路的主保护和后备保护。
距离保护Ⅰ段：
整定阻抗
动作时限
距离保护Ⅱ段：
整定阻抗
灵敏度校验：
距离Ⅱ段保护灵敏度校验不满足要求。
按规定应改为与相邻元件的保护Ⅱ段相配合。
但由于数据不足，故直接计算距离Ⅲ段。
距离保护Ⅲ段：
按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定
整定阻抗：
灵敏度校验：
近后备
远后备
灵敏度满足要求，且
综上，由于系统运行方式变化大，选用一般的过电流保护可能出现没有保护范围的情况，所以6QF断路器配置距离Ⅰ段和Ⅲ段保护分别作为线路的主保护和后备保护，灵敏度和可靠性经验证符合要求。
（3）由上，易知系统运行情况变化大，一般的电流保护均无法满足要求，故采用距离保护，而距离保护Ⅱ段在双回线并列运行时线路末端短路时易误动，故配置距离保护Ⅰ段和Ⅲ段。
以1QF为例，整定计算如下：
距离保护Ⅰ段：
整定阻抗
动作时限
距离保护Ⅲ段：
按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定
距离保护Ⅲ段：
整定阻抗
灵敏度校验
近后备
远后备
灵敏度满足要求，且Ⅲ段动作时间：
3QF的整定计算过程和结果与1QF相同。
（4）按最不利情况考虑，本侧先跳闸，对侧保护延时跳闸，则先跳闸一侧重合闸装置ARD的动作时间整定为：
其中，和是先跳一侧保护动作时间和断路器动作时间，和是后跳一侧保护动作时间和断路器动作时间，是故障点灭弧和周围去游离时间，是保留的裕度时间。
取典型值1s。
（5）6QF的接线图如下图所示。
第I段距离保护由电流继电器KA1、KA2、中间继电器KM和信号继电器KS1组成。
第II段距离保护由电流继电器KA3、KA4、时间继电器KT1及信号继电器KS2组成。
第III段距离保护由电流继电器KA5、KA6、KA7、时间继电器KT2及信号继电器KS3组成。
其中，电流继电器KA7接于A、C两相电流之和的中性线上，相当于B相继电器，则第III段距离保护组成了三相式保护。
展开图如下图所示。
2．110kV双电源环形网络如图所示。
已知：
（1）线路AB、BC、AC的最大负荷电流分别为230A、150A、230A，负荷的自起动系数为1.5；
（2）网络中各线路采用带方向或不带方向的电流电压保护、零序电流保护或距离保护，变压器采用纵联差动保护作为主保护，变压器为Ｙd11接线；
（3）发电厂的最大发电容量为3×50MW，最小发电容量为1×50MW（2台发变组停运）；
（4）各变电所引出线上的后备保护动作时间如图示，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，忽略电阻；
（6）电压互感器的变比110/0.1，AB、AC线路电流互感器变比300/5，其它参数如图所示。
（7）电源S3的短路容量为2000MVA。
试求：
（1）确定继电保护1、2、3、4、5、6的保护配置方式，以及它们的动作定值和动作时限，进行灵敏度校验；
（2）给出继电保护1、2、3、4、5、6最终的继电保护定值清单；
（3）对本网络所配置保护进行评价总结。
（1）环网由于运行模式复杂，采用电流保护易造成灵敏度低，保护范围小等问题，因此拟用距离保护。
距离保护涉及阻抗：
线路：
母线B侧一台变压器：
母线C侧一台变压器：
距离保护Ⅰ段：
1QF：
2QF：
3QF ：
4QF ：
5QF ：
6QF：
动作时限均为
距离保护Ⅱ段
1QF ：
与3QF距离保护Ⅰ段配合
按躲过母线B处变压器电压侧出口短路整定，分支系数
分支系数详细计算过程见附录
取较小者，
灵敏度校验：
满足要求
3QF ：
与5QF距离保护Ⅰ段配合
按躲过母线C处变压器电压侧出口短路整定，此处分支系数
取较小者，
灵敏度校验：
满足要求
4QF ：
与2QF距离保护Ⅰ段配合
按躲过母线B处变压器电压侧出口短路整定，分支系数
分支系数详细计算过程见附录
取较小者，
灵敏度校验：
满足要求
6QF ：
与4QF距离保护Ⅰ段配合
按躲过母线C处变压器电压侧出口短路整定，此处分支系数
取较小者，
灵敏度校验：
满足要求
距离Ⅲ段：
5QF：
按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定
考虑自启动系数与返回系数后
按躲过最大振荡周期整定
近后备灵敏度校验满足要求
3QF:
按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定
考虑自启动系数与返回系数后
动作时间
近后备灵敏度校验 满足要求
远后备灵敏度校验 满足要求
1QF：
按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定
考虑自启动系数与返回系数后
动作时间
近后备灵敏度校验 满足要求
远后备灵敏度校验 满足要求
2QF、4QF与6QF与上相同。
环网采用中性点直接接地方式，因此可配置零序电流保护来反映接地故障。
零序电流保护涉及阻抗，取基准值：
，，，
线路：
发电机：
变压器：
系统等值阻抗序网图如下
图1正序序网图
图2负序序网图
图3零序序网图
零序Ⅰ段：
母线B处出现短路故障时，由序网图计算出等值阻抗为
出现单相接地故障时，
出现两相接地故障时，
取较大值，流过保护1、4处的最大零序电流为，
整定值为，
母线A处出现短路故障时，由序网图计算出等值阻抗为
出现单相接地故障时，
出现两相接地故障时，
取较大值，流过保护2、5处的最大零序电流为，
整定值为，
母线C处出现短路故障时，由序网图计算出等值阻抗为
出现单相接地故障时，
出现两相接地故障时，
取较大值，流过保护3、6处的最大零序电流为，
整定值为，
零序Ⅱ段：
灵敏度校验，母线B接地故障流过保护1的最小零序电流为，
灵敏度系数为，
不满足要求
同理可知，线路其他保护装置处的零序电流Ⅱ段的灵敏度均不满足要求，所以不配置零序电流Ⅱ段保护。
零序Ⅲ段：
线路的电压等级为110kV，可不考虑非全相运行情况，保护1的Ⅲ段可按照躲过线路AB末端三相短路的最大不平衡电流整定，
同理可得，
动作时限为，
（2）继电保护1、2、3、4、5、6最终的整定值清单如下：
零序电流保护整定清单
1QF
2QF
3QF
4QF
5QF
6QF
整定值
Ⅰ段（kV）
1.393
0.871
0.873
1.852
0.931
0.817
Ⅲ段（kV）
0.380
0.535
0.541
0.380
0.535
0.541
动作时限
Ⅰ段（s）
0
0
0
0
0
0
Ⅲ段（s）
2.5
2.0
2.0
2.5
1.5
3.0
距离保护整定清单
1QF
2QF
3QF
4QF
5QF
6QF
整定值
Ⅰ段（）
12.8
12.8
9.6
9.6
16
16
Ⅱ段（）
20.12
22.4
19.84
34.74
Ⅲ段（）
115.05
115.05
176.41
176.41
115.05
0.541
动作时限
Ⅰ段（s）
0
0
0
0
0
0
Ⅱ段（s）
0.5
0.5
0.5
0.5
Ⅲ段（s）
2.5
2.0
2.0
2.5
1.5
3.0
（3）评价与总结
距离保护评价：
1）由于网络为110kV双电源环形网络，受外负荷影响，系统运行方式变化大，采用过电流保护可能造成没有保护范围的情况，采用距离保护，保护区稳定，灵敏度高，动作情况受电网运行方式变化的影响小，可有效避免电流保护的不足；
2）由于只利用了线路一侧短路时电压、电流的变化特征，距离保护Ⅰ段的整定范围为线路全程的80%-85%，这样在双侧电源线路中，有30%-40%的区域内故障时，只有一侧的保护能无延迟地动作，另一侧保护须经0.5S的延时后跳闸；在220kV级以上电压等级的网络中，有时候不能满足电力系统稳定性对短路切除快速性的要求，因此在需全线快速切除故障的保护中，可以与纵联保护进行配合；
3）距离保护的阻抗测量原理，不仅可以应用在输电线路的保护中，还可以应用于发电机和变压器保护中，作为后备保护；
4）相对于电流、电压保护来说，距离保护的构成、接线和算法都比较复杂，装置自身的可靠性较差。
零序电流保护评价：
1）零序电流保护的灵敏度高，动作时限较短；
2）零序电流保护受系统运行方式变化的影响较小；
3）零序电流保护不受系统振荡或者短时过负荷的影响；
4）方向性零序电流保护没有电压死区；
5）对于运行方式变化很大或者接地点变化很大的电网，保护往往不能满足系统运行的要求；
6）在重合闸动作的过程中将出现非全相运行状态，再考虑系统两侧的发电机发生摇摆，可能出现较大的零序电流，因此影响零序电流保护的正确工作，此时应从整定计算上予以考虑，或在单相重合闸动作过程中短时退出运行；
7）当采用自耦变压器联系两个不同电压等级发的电网，则任一电网中的接地短路故障都将在另一网络中产生零序电流，将是零序保护的整定计算复杂化，并将增大零序Ⅲ段的动作时间。
三、课程设计总结
通过本次继电保护定值计算课程设计，针对具体的电力系统，我分析计算了继电保护装置定值，选择和论证了继电保护配置及选型的正确性，以满足电力系统的运行要求。
课程设计所涉及的方面很多，尤其是初期材料收集工作。
根据比实际系统简单的网络接线图，计算的继电保护整定值与设计的继电保护方案是基于较为理想情况下的。
尽管如此，对我巩固继电保护理论及其相关知识仍有不可度量的巨大作用，同时锻炼了我的设计思维，提高了计算、制图和编写技术文件的技能，培养了认真仔细、独立思考的习惯。
四、参考文献
[1]张保会,尹项根.《电力系统继电保护》.中国电力出版社,第一版.2005年5月.
[2]陈根永等.《电力系统继电保护整定计算原理与算例》.化学工业出版社,第二版.2013年3月.
[3]中国电力企业联合会.《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》.GB/T50062-2008.中国计划出版社,第一版.2009年4月.
附录
1.第2题母线B处短路时，零序等效阻抗计算流程如下
从短路点看进去，化简为，
2．第2题距离保护1QF、4QF和6QF分支系数等效过程如下
根据简化结果可求得I1、I2、I3的值，继而可得
1QF的距离保护Ⅱ段的分支系数为
4QF的距离保护Ⅱ段的分支系数为
6QF的距离保护Ⅱ段的分支系数为
18
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