110kV电网继电保护设计Word格式.doc

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系主任：

下达任务书日期:

2013年1月5日

1．设计目的：

通过本课程设计，巩固和加深在《电力系统分析》和《电力系统继电保护原理》课程中所学的理论知识，基本掌握变电所继电保护设计的一般方法，提高电气设计的设计能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

2、系统接线图如下图，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。

参数为：

=115/kV,5Ω、Ω、～=5Ω～=15Ω,Ω、Ω,,,线路阻抗0.4Ω/km,、,

试对1、2、3、4进行零序保护的设计。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：

提交课程设计说明书一份。

4．主要参考文献：

5．设计成果形式及要求：

6．工作计划及进度：

1月6日－1月7日：

复习零序三段式电流保护的相关概念以及整定与计算原则。

1月8日－1月10日：

进行短路计算，分别算出各条线路在最大、最小运行方式下发生各种短路时的短路电流。

1月11日－1月12日：

确定线路的保护配置方案，并完成整定计算。

1月13日－1月15日：

课程设计说明书写作。

1月16日－1月18日:

答辩及成绩考核。

系主任审查意见：

签字：

年月日

摘要

随着电力系统的飞速发展，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段：

继电保护的萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。

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。

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。

关键词：

继电保护；

零序过电流保护

目录

1引言………………………………………………………………………………1

2零序电流保护的相关概念…………………………^…………………………1

3相关参数设计……………………………………………………………………1

3.1运行方式分析…………………………………………………………………1

3.1.1保护1的运行方式分析……………………………………………………2

3.1.2保护2的运行方式分析……………………………………………………2

3.1.3保护3的运行方式分析……………………………………………………2

3.1.4保护4的运行方式分析……………………………………………………3

4短路电流计算……………………………………………………………………3

4.1电流速断保护的配置和整定…………………………………………………3

4.2限时电流速断保护的计算……………………………………………………4

4.3过电流保护的配置与整定……………………………………………………5

5零序电流保护的配置和整定……………………………………………………5

5.1零序I段的配置和整定………………………………………………………6

5.2零序II段的配置和整定……………………………………………………7

5.3零序III段的配置和整定……………………………………………………8

6体会………………………………………………………………………………9

参考文献……………………………………………………………………………10

1引言

本次的课程设计是对电力系统110KV电网线路进行继电保护初步设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。

特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。

重点进行了电路的化简，短路电流的求法，继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。

2零序电流保护的相关概念

所谓零序保护，是指在大短路电流接地系统中发生接地故障后,就有零序电流，零序电压和零序功率出现,利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置的统称。

三相电流平衡时，没有零序电流，不平衡时产生零序电流，零序保护就是用零序互感器采集零序电流，当零序电流超过一定值（综合保护中设定）,综和保护接触器吸合，断开电路。

零序电流互感器内穿过三根相线矢量和零线。

正常情况下，四根线的向量和为零，零序电流互感器无零序电流。

当人体触电或者其他漏电情况下：

四根线的向量和不为零，零序电流互感器有零序电流，一旦达到设定值，则保护动作跳闸。

电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。

多数的短路故障是不对称的，其零、负序电流电压会很大，利用故障的不对称性可以找到正常与故障的区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差异更为明显。

所以零序电流保护被广泛的应用在110KV及以上电压等级的电网中。

3相关参数计算

3.1运行方式分析

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算之前，首先应该分析运行方式。

需要着重说明的是，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。

（注明：

是指系统等效电源的阻抗值。

）

根据系统图可知，参数计算如下：

电动势：

Ej=115/kv；

发电机：

X1.G1=X2.G1=X1.G2=X2.G2=5+（15-5）/19=5+10/19=5.53，

X1.G3=X2.G3=X1.G4=X2.G4=8+（10-8）/19=8+1/19=8.10；

变压器：

X1.T1~X1.T4=5+（10-5）/19=5+5/19=5.26，

X0.T1~X0.T4=15+（30-15）/19=15+15/19=15.79，

X1.T5=X1.T6=15+（20-15）/19=15+5/19=15.26，

X0.T5=X0.T6=20+（40-20）/19=20+20/19=21.05；

线路：

LA-B=60km，LB-C=40km，线路阻抗z1=z2=0.4W/km，z0=1.2W/km，

X1.A-B=60km×

0.4W/km=24W，X1.B-C=40km×

0.4W/km=16W；

X0.A-B=60km×

1.2W/km=72W，X0.B-C=40km×

1.2W/km=48W；

IA-B.L.max=IC-B.L.max=300A；

Kss=1.2，Kre=1.2；

电流保护：

KIrel=1.2，KIIrel=1.15，

距离保护：

KIrel=0.85，KIIrel=0.75

负荷功率因数角为30°

，线路阻抗角均为75°

，变压器均装有快速差动保护。

3.1.1保护1的运行方式分析

保护1的最小运行方式就是指流过保护1的电流最小即是在G1和G2只有一个工作，变压器T5、T6两个中有一个工作时的运行方式，则=（+）=5.53+5.26=10.79；

最大运行方式就是指流过保护1的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6两个都同时运行的运行方式，则=（+）=（5.53+5.26）=5.395。

3.1.2保护2的运行方式分析

对于保护2，它的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小即是在G3和G4只有一个工作时运行，则=（+）=8.10+5.26=13.36；

最大运行方式就是指流过保护2的电流最大即两个发电机共同运行，则=（+）=（8.10+5.26）=6.68。

3.1.3保护3的运行方式分析

保护3的最小运行方式就是指流过保护3的电流最小即是在G1和G2只有一个工作时运行的运行方式，则=（+）=5.53+5.26=10.79；

最大运行方式就是指流过保护3的电流最大即两个发电机共同运行，则=（+）=10.79=5.395。

3.1.4保护4的运行方式分析

保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小即是在G3和G4只有一个工作，变压器T5、T6两个中有一个工作时的运行方式，则=（+）=8.10+5.26=13.36；

最大运行方式就是指流过保护4的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6两个都同时运行的运行方式，则=（+）=（8.10+5.26）=6.68

4短路电流计算

三段式电流保护分为电流速断保护、限时电流速断保护和过电流速断保护。

三段式电流保护在配合的过程中，如果电流速断保护能保护线路的全长，则不再需要配置限时电流速断保护。

对于每一段保护，他的整定值得满足灵敏系数和其他要求。

因此，配置完以后得检验这个配置是否符合要求。

4.1电流速断保护的配置和整定

对于反应与短路电流负值增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。

为了保证选择性，电流速断一般只能保护线路的一部分。

电路速断保护要求一旦短路电流超过整定值，就立即将离短路点最近的断路器跳开，例如，在本设计中，当线路A-B上发生短路时，则保护1、2都要瞬时动作，使1、2处断路器跳开。

由系统图可知，假设保护1、2、3和4都需要配置电流数段保护。

则：

对于保护1：

IIset.1=，tI1=0s，

IIset.1=×

；

100%=43.45%>

15%，满足要求。

对于保护2：

IIset.2=，tI2=0s，

IIset.2=×

100%=18%>

对于保护3：

IIset.3=，tI3=0s，

IIset.3=×

，不满足要求。

对于保护4：

IIset.4=，tI4=0s，

IIset.4=×

100%=18.99%>

由以上的计算结果可知，保护1、2和4需要安装电流速断保护装置，保护3不需要。

4.2限时电流速断保护的计算

由限时电流速断的计算结果可知，假设保护1、4处需安装限时电流速断保护，其他保护处不需要安装限时电流速断保护。

IIISET.1=KIIrel×

IIset.3=1.15×

1.755=2.018KA，tII2=0.5；

KIIsen.4=<

1.3，

IIISET.4=KIIrel×

IIset.2=1.15×

1.706=1.962KA，tII2=0.5S，

KIIsen.4==0.99<

1.3，不满足灵敏系数。

故保护4也不装设限时电流速断保护。

由此，保护2处不需要装设电流速断保护装置。

4.3过电流保护的配置和整定

假设保护1、2、3和4处都装设过电流保护。

tIII1=0.5s，tIII2=0s，tIII3=0s，tIII4=0.5s；

保护2和3处都配置一个时间为0s的定时限过电流保护装置，保护1和4处各装置一个延时为0.5s的定时限过电流保护装置。

下面分别对个保护进行电流整定。

IIIIset.1=;

近后备：

KIIIsen.1=，满足要求。

远后备：

整定电流IIIIset.2=。

KIIIsen.2=，满足要求。

同理可得保护3和4处的整定电流IIIIset.2=IIIIset.3=IIIIset.4=0.48KA；

且灵敏系数都满足要求。

综上可知：

再此系统中，三段式电流保护在保护1、4处需安装电流I、III断保护装置，而保护2、3处只安装III断保护即可。

5零序电流保护的配置和整定

电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。

所有元件全运行时三序电压等值网络图如下图所示：

图（a）正序网络

图（b）零序网络

图（c）负序网络

5.1零序I段的配置和整定

零序电流I段按照躲开下级线路出口处单相或两相接地末端短路时可能出现的最大零序电流3I0.max和躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流3I0.unb以及非全相运行状态下发生系统震荡时所出现的最大零序电流来整定。

经分析，B母线单相接地短路时，故障端口正序阻抗=

=12.80

，

==7.973；

所以故障端口的零序电流为：

=1.97kA；

所以B相单相接地短路时流过保护1、4的零序电流分别为：

I0.1=1.97=0.215KA；

I0.4=1.97=0.305KA;

同理得出：

B母线两相接地短路时流过保护1、4的零序电流分别为：

I0.1=0.147KA；

I0.4=0.209KA；

所以I0.max.1=0.215KA，I0.4.max=0.305KA；

故零序I段整定为：

IIset.1=3I0.max.1KIrel=1.230.215=0.774KA；

IIset.4=IIset.43I0.4.max=1.230.305=1.098KA，

同理可得：

IIset.2=1.233KA；

IIset.3=1.512KA；

5.2零序II段的配置和整定

先求保护1的分支系数：

==1+=1+，对，当只有一台发电机变压器组运行时最大，有=+=15.79+72=87.79（）；

当两台发电机变压器组运行时最小，有=+=15.79/2+72=79.895（）;

对，当、只有一台运行时最大，=21.05（）；

当、两台全运行时最小，=10.525（）。

因此，保护1的最大分支系数=1+=1+=9.34

最小分支系数=1+=1+=4.795。

同理可得：

=8.33；

=4.075.

保护1的零序II段定值为：

校验灵敏度：

母线B接地故障流过保护1的最小零序电流：

灵敏系数：

>

1.3.

保护4的零序II段定值为：

校验灵敏度：

母线B接地故障流过保护4的最小零序电流：

灵敏系数：

>

1.3;

5.3零序III段的配置和整定

假设保护1、2、3和4处都装设零序III段电流保护。

1、保护1的零序III段整定计算：

B母线的三相短路电流：

=

因为是110kv线路，可不考虑非全相运行情况，按躲开末端最大不平衡电流整定。

则=10.50.11.98=0.099（kA）

=1.250.099=0.123（kA）

作为近后备保护满足要求

作为远后备保护满足要求

2、保护2的零序III段整定计算：

A母线的三相短路电流：

则=10.50.11.188=0.0559（kA）

=1.250.062=0.0699（kA）

作为近后备保护满足要求

同理：

对保护3和4进行整定，且灵敏系数均满足要求。

在零序电流保护的配置和保护中，保护1和保护4均有I段、II段和III段，而保护2和保护3只配置III段保护，整个系统的安全稳定运行。

6体会

通过对书籍的翻阅和课本知识的深入，使我对继电保护的设计有了进一步的了解和认识，同时进一步提高了自学能力和独立思维能力。

参考文献

[1]《电力工程设计手册》

[2]《电力系统继电保护原理》

[3]《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》

[4]《电力工程电气设计手册》