110KV单电源环形网络继电保护设计——2、4、6保护(共28页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业河南科技大学课 程 设 计 说 明 书 课程名称 继电保护课程设计 题 目 110KV单电源环形网络 继电保护课程设计-2、4、6保护 学 院 农业工程学院 班 级 学生姓名 指导教师 邱兆美 日 期 2014.11.29 课程设计任务书课程设计名称 继电保护课程设计 学生姓名 专业班级 农电111班 设计题目 110KV单电源环形网络继电保护设计2、4、6保护 一、 课程设计目的专业课程设计，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。学生通过专业课程设计，应在下述各方面得到锻炼：1.掌握继电保护保护方案的确定原则，整定计算的一般步骤，了解系统运行方式的确定，保护整定系数的分析与应用，前后级整定配合的基本原则； 2.掌握保护、控制、测量、信号回路阅读和设计基本方法；3.学习相关保护设备的选择和一般的维护。二、 设计内容和要求1短路计算。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。2保护方式的选择及整定计算。要求说明选用保护方式的原则，各保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。3绘制保护原理接线图。要求绘制单线原理接线图及某一元件保护原理展开图。4对保护的评价。要求从选择性、灵敏性和速动性、可靠性四个方面来评价所采用保护的质量。5编写设计说明书。不少于2000字的说明书。三、 设计任务和要求1原始数据l 线路AB、BC、CA的最大负荷电流分别为220、130、220，负荷的自起动系数；l 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，d11接线；l 发电厂的最大发电容量为3×50MW，最小发电容量为2×50MW(发变组停运)；l 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t0.5s；l 线路的电抗每公里均为0.4；l 电压互感器的变比，AB、AC线路电流互感器变比，其它参数如图所示。2设计要求l 确定保护2、4、6的保护方式，以及它们的、和；l 绘制保护4的接线图及网络单线图；l 对本网络所采用的保护进行评价。四、 时间进度安排1明确任务和文献查找：1天 2短路计算：2天3保护方式选择及整定计算：2天 4绘制保护原理接线图：2天5编写说明书：2天 6准备答辩及答辩：1天五、 主要参考文献1.崔家佩.电力系统继电保护及安全自动整定计算.北京：中国电力出版社，20062.张保会，尹项根.电力系统继电保护（第二版）.中国电力出版社,20093.许建安.继电保护整定计算. 北京：中国水利水电出版社，20034.李光琦.电力系统暂态分析（第三版）.北京：中国电力出版社，2007指导教师签字： 年 月 日单电源环形网络继电保护设计2、4、6保护摘 要 电力系统继电保护作为电气工程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。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：电力系统， 继电保护，环形网络目 录第一章 绪 论专业课程设计，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设计的意义 通过专业课程设计，应在下述各方面得到锻炼：1.掌握继电保护保护方案的确定原则，整定计算的一般步骤，了解系统运行方式的确定，保护整定系数的分析与应用，前后级整定配合的基本原则； 2.掌握保护、控制、测量、信号回路阅读和设计基本方法；3.学习相关保护设备的选择和一般的维护。§1.2设计的目的根据原理图及数据：（1）确定保护2、4、6的保护方式，以及它们的,和。（2）绘制保护4的接线图及网络单线图；（3）对本网络所采用的保护进行评价。第二章 设计内容§2.1 计算网络各参数 计算短路电流时，各电气量如电流、电压、功率和电抗等的数值，可用有名值表示，也可用标么值表示。为了计算方便，在低压系统中宜用有名值计算法，在高压系统中宜用标么值计算法。 标么值计算法：标么值就是相对值算法，用新选单位进行某物理量的衡量，衡量的值称标么值。 有名值计算法：每个电气参数的单位是有名的，而不是相对值。在比较简单的网络中计算短路电流也常常采用此方法，在使用此方法计算短路电流时，应特别注意的是:必须将各电压等级的电气参数都归算到同一电压等级上来。 (1)电机参数的计算 发电机的电抗标幺值：X= Xd(%)SB/100SN式中 Xd(%) 发电机次暂态电抗；UN 发电机的额定电压； SB 基准容量100MVA；SN 发电机额定容量，单位MVA。（2）变压器参数的计算 双绕组变压器电抗标幺值：XT=UK(%)SB/100SN式中UK(%) 变压器短路电压百分值；UN 发电机的额定电压；SB 基准容量100MVA； SN 变压器额定容量，单位MVA。假设选取基准功率S d=100MVA；基准电压U d = 115KV；基准电流Id = Sd / 3Ud=100×103 /(3×115) = 0.525KA，基准电抗Zd =Ud / 3Id=115×103 /(3×0.502)=132.25。（3）电机及变压器参数的计算X*G1=X*G2=X*G3=Xd×Sd/SN=0.129×100×0.85/50=0.219X*T1 =X*T2=UK（%）×Sd/100SN=10.5×100/(100×40)=0.263X*T3 =UK（%）×Sd/100SN=10.5/60=0.175X*T4 =X*T5=X*T6 =UK（%）×Sd/100SN=10.5/20=0.525（4）输电线路参数的计算Z*LAB=ZL×AB×Sd/Ud2 = 0.4×40×100/1152=0.121Z*LBC=ZL×BC×Sd/Ud2 = 0.4×30×100/1152=0.091Z*LCA=ZL×CA×Sd/Ud2 = 0.4×50×100/1152=0.151§2.2 运行方式的选定原则确定运行方式就是确定最大和最小运行方式，通常都是根据最大运行方式来确定保护的整定值，以保证选择性，在其它运行方式下也一定能保证选择性，灵敏度的校验应根据最小运行方式来校验，因为只要在最小运行方式下灵敏度一定能满足要求。 （1）最大运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最大，对继电保护而言称为系统最大运行方式，对应的系统等值阻抗最小。它是指供电系统中的发电机，变压器，并联线路全投入的运行方式。系统在最大运行方式工作的时候，等值阻抗最小，短路电流最大，发电机容量最大。 （2）最小运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最小，对继电保护而言称为系统最小运行方式，对应的系统等值阻抗最大。它是指供电系统中的发电机，变压器，并联线路部分投入的运行方式。系统在最小运行方式工作的时候，等值阻抗最大，短路电流最小，发电机容量最小。其计算如下：最大运行方式下的最小电源阻抗为：ZSmin =（0.258/2+0.263/2）（0.258+0.175）=0.2610.433=0.163最小运行方式下的最大电源阻抗为：ZSmax = 0.258/2+0.263/2 = 0.261§2.3短路电流计算计算最大短路电流,并计算各段路点的短路电流Ik。 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。而对于短路点的选择一般选择在高、低压母线上和电气设备接线处。为计算2QF、4QF、6QF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2.3.1。图2.3.1最大运行方式下三相短路等值阻抗图§2.3.1 计算BC线路其最大运行方式短路电流 CA线路断开，C端发生短路故障，各序网图如下所示正序负序零序 正序阻抗=0.371=零序阻抗故障点C：三相 化为有名值 两相 化为有名值 单相 化为有名值 两相接地: 化为有名值：§2.3.2计算BC线路其最小运行方式短路电流各序网络图如下所示正序 零序转化为星形图化简如下：正序阻抗：=零序阻抗：故障点C短路电流计算如下： 三相 有名值 两相 有名值 单相 有名值 两相接地 = 4.062 有名值：同理得K2、K3、K4各个短路点短路电流为： 短路电流 短路点最大运行方式最小运行方式K11.0570.931K21.2361.070K31.5941.380K42.1001.819表2.3 短路电流值§2.4线路保护配置的一般原则（1）考虑经济的优越性：可以尝试配三段式电流保护，同时由于系统是环网运行，相当于双电源运行一定要加方向元件。在110KV 等级电力网络中，三段式电流保护可能在系统最小运行方式下没有保护范围，如果系统在最小运行方式下运行的几率不大的情况下，而且资金不够的情况下可以尝试三段式电流保护，基本可以保证系统正常运行。 （2）对于 110KV 及以上的电压电网的线路继电保护一般都采用近后备原则。当故障元件的一套继电保护装置拒动时，由相互独立的另一套继电保护装置动作切除故障。而当断路器拒绝动作时，启动断路器失灵保护，断开与故障元件相连的所有联接电源的断路器。 （3）对瞬时动作的保护或瞬时段保护，其整定值应保证在被保护元件发生外部故障时，继保装置可靠且不动作，但单元或线路变压器组的情冰况除外。（4） 110KV 线路保护应按加强主保护、简化后备保护的基本原则配置和整定。其中两套全线速动保护的交流电流、电压回路和直流电源彼此独立；每一套全线速动保护对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除故障；两套全线速动保护应具有选相功能；两套主保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈；两套全线速动保护分别使用独立的远方信号传输设备；具有全线速动保护的线路，其主保护的整组动作时间应为：对近端故障不大于 20 毫秒；对远端故障不大于 30毫秒。 （5） 考虑系统的运行方式：110KV 高压输电网络应该属于大接地电力系统，需要配置零序保护。如上考虑到环网运行，也要加方向元件。保证保护不误动作。 §2.5 110KV线路继电保护和自动装置的配置§2.5.1保护装置的配置 (1)主保护的配置 由系统可知110KV线路配置有众联保护，全线路上任意点故障都能快速切除,保证系统稳定安全运行。 (2)后备保护的配置 考虑保护性能优越性：110线路应该配距离保护，但是距离保护复杂而且价格昂贵，维护困难。 考虑经济的优越性：可以尝试配三段式电流保护，同时由于系统是环网运行，相当于双电源运行一定要加方向元件。在110KV等级电力网络中，三段式电流保护可能在系统最小运行方式下没有保护范围，如果系统在最小运行方式下运行的几率不大的情况下，而且资金不够的情况下可以尝试三段式电流保护，基本可以保证系统正常运行。 考虑系统的运行方式：110KV高压输电网络应该属于大接地电力系统，需要配置零序保护。如上考虑到环网运行，也要加方向元件。保证保护不误动作。结论：继电保护保护装置的配置不是一层不变的，要考虑系统运行情况、经济状况、人员技能、环境影响等等情况，但是电力系统继电保护的基本任务不变：1.自动、迅速、有选择的将故障元件冲系统中切除。2.反应电力设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，动作于发出信号或跳闸。§2.5.2自动装置配置(1)简述 电力系统自动装置是指在电力网中发生故障或异常时起控制作用的设备，主要包括自动重合闸、备用电源自动投入装置、低频减载和失压解列装置等设备，电网中自动装置的型号多、逻辑千变万化，在实际运行中会暴露一些问题。电网中自动装置的配置，需要我们进行全面的考虑。(2)系统安全自动装置的配置配置重合闸：在电力系统故障中，打多数故障是输电线路故障。运行经验表明大多数线路故障是“瞬时性”故障，此时，如果把断开的线路在合上，就能恢复正常供电。结论：如图所示：该系统为110KV输电线路系统，按照要求，每一个断路器都应该装有ARD装置，并与继电保护后加速配合形成重合闸后加速保护，保证电力系统最大限度的正常供电。配置备用电源自动投入装置：当线路或用电设备发生故障时，能够自动迅速、准确的把备用电源投入用电设备中或把设备切换到备用电源上，不至于让用户断电的一种装置。结论：如图所示：该系统为110KV输电线路系统，根据系统要求，如果B变电站或C变电站中的两台变压器，为了保证负荷可以长时间的正常运行，应该加入AAT装置。配置低频、低压减载装置：它在电力系统发生事故出现功率缺额使电网频率、电压急剧下降时,自动切除部分负荷,防止系统频率、电压崩溃,使系统恢复正常,保证电网的安全稳定运行和对重要用户的连续供电。结论：如图所示：该系统为110KV输电线路系统，根据当地系统运行状况和系统要求，为了保证系统能够稳定运行，防止系统频率、电压崩溃应该在变电站B、C、D中配置低频、低压减载装置。§2.6 距离保护整定计算§2.6.1 AC线路6QF的整定 （1）保护6的段保护（电流速断保护）线路 AC末端的最大三相短路电流动作电流取，则保护6的电流保护第I 段动作电流为保护范围的校验最小运行方式下，AC线路X处两相短路的电流为：灵敏度满足要求。（2）保护6的段保护（限时电流速断保护）：与保护5的第I段相配合保护 5的电流保护第 I 段动作电流为取动作时限灵敏度校验本线路Ac末端的最小两相短路电流故灵敏度不满足要求，可与保护5段 的电流保护第 II 段相配合。 （3）保护6的段保护（定时限过电流保护）动作电流的整定取动作时限灵敏度校验作近后备时，按本线路AC末端的最小两相短路电流来校验，即 作远后备时，按相邻线路CB末端的最小两相短路电流来校验， §2.6.2 BC 线路4QF的整定 （1）保护4的段保护（电流速断保护）线路 BC末端的最大三相短路电流取，则保护4的电流保护第I 段动作电流为保护范围的校验最小运行方式下，BC线路X处两相短路的电流为：灵敏度满足要求。（2）保护4的段保护（时限电流速断保护）：与保护3的第I段相配合保护 3的电流保护第 I 段动作电流为取动作时限灵敏度校验本线路BC末端的最小两相短路电流故灵敏度不满足要求，可与保护 4的电流保护第 II 段相配合。 （3）保护4的段保护（定时限过电流保护）动作电流的整定取动作时限灵敏度校验作近后备时，按本线路BC末端的最小两相短路电流来校验，即作远后备时，按相邻线路CB末端的最小两相短路电流来校验，即§2.6.3 AB线路2QF的整定 保护1在网络的末端，所以不存在与下级保护的配合问题，其速断保护（第一段）的整定电流按躲过本线路的最大负荷电流来整定，保护线路全长，第二段按过负荷的方式整定，所以不需要第三段。 （1）保护2的段保护（电流速断保护）线路AB末端的最大三相短路电流取，则保护2的电流保护第I 段动作电流为保护范围的校验最小运行方式下，AB线路X处两相短路的电流为：（2）保护2的段保护（过负荷保护）动作电流的整定取动作时限灵敏度校验作近后备时，按本线路AB末端的最小两相短路电流来校验，即 K2、K4、K6各个短路点整定值如表2.5.2 参数整定2QF4QF6QF备注第I段1.41.6072.072保护范围300%140%51.3%第II段0.48711.541.76700.5S0.5S1.90.70.78第III段0.31760.29650.5S1S3.44.7近后备2.93.6远后备是否加电流电压 互锁环节不加不加不加表2.5.2 各短路点整定计算值§2.7保护4的继电保护接线图（1）原理接线图如图2）交流回路展开图如图2.6.2图2.6.2 交流回路展开图（3）直流回路展开图如图2.6.3图2.6.3 直流回路展开图第三章 综合评价根据“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来对本网络所采用的保护进行评价。 一个继电保护装置的好坏，主要是从它的选择性、灵敏性、速动性及可靠性等方面衡量的。 1、 选择性 继电保护的选择性是指保护装置动作时，在最可能小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它有两种意思：其一是只应有装在故障原件上的保护装置动作切除故障；其二是力争相邻元件的保护装置对它起后备保护作用。电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用限时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，电流速断保护 I 段常常不能通过灵敏度的校验，主要是因为系统运行方式变化比较大，在最小运行方式下，保护I 段往往没有保护范围，为此，常使用电流电压联锁保护代替电流速断保护，实现 I 段的主保护。本设计中，为了保证选择性，采用了功率方向元件，并通过上下级之间的配合实现了保护的选择性。 2、 速动性继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损害程度，提高电力系统并列运行的稳定性 电流电压保护第段及第段共同作为线路的主保护，能满足网络主保护的速动性要求。而第三段保护则因为越接近电源，动作时间越长，有时动作时间长达好几秒，因而一般情况下只能作为线路的后备保护。 本设计的主保护动作时间满足题目要求。 3、 灵敏度 继电保护的灵敏性是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的的反应能力。电流保护的灵敏度因系统运行方式的变化而变化。一般情况下能满足灵敏度要求。但在系统运行方式变化很大，线路很短和线路长而负荷重等情况下，其灵敏度可能不容易满足要求，甚至出现保护范围为零的情况。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。 4、 可靠性 电流保护的电路构成，整定计算及调试维修都较为简单，因此，它是最可靠的一种保护。 计算整定过程的几个注意点：（1）单电源环形网络的相间短路保护可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，必须详细地计算短路点短路时，渡过有关保护的短路电流和保护安装处的残余电压，然后根据计算结果和题目的要求条件下，尽可能采用简单的保护方式。（2）系统运行方式的考虑除了发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时渡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灵敏度。（3）在求不同保护的整定值和灵敏度时，应该注意短路点的选择。（4）后备保护的动作电流必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电流大于下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度，以保证选择性。可靠性包括安全性和信赖性，是继电保护最基本的要求。安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时动作，即不发生拒绝动作。本设计采用的三段式电流保护，当全系统任意一点发生短路时，保护装置都可以在0.5s的时间内切除故障，且它的电路构成，整定计算和调试维修都较为简单，可以使它是最可靠的一种保护。第四章 设计心得 电力系统继电保护作为电气工程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。理解这次课程设计的课题内容，熟悉并掌握电力系统的三段式保护，能看懂电力系统网络图，查阅其他资料了解电流互感器和电压互感器的选择，以及主保护和后备保护的配置等，心得如下： 进一步理解了继电保护的重要性，及其对继电保护的选择的原则有了进一步的理解。而在三段式电流保护满计算中，根据系统网络图分析，来确定系统运行的最大方式和最小方式。当三段式整定计算中出现灵敏系数不能满足要求，当发生内部故障时可能启动不了，可以考虑进一步延伸限时电流速断的保护，或降低本线路限时电流速断保护的整定值，以保证灵敏性。这次课程设计虽然花了我很多的精力和时间，中间遇到不少问题，但经过老师的指导，弥补了以前学习上的盲点。我觉得这是很值得的，我通过这一次作业，让我更深刻理解了理论上的东西，也可以说是学以致用。我觉得这不仅仅是在教我们如何去实践理论上的知识，更重要的是教会了我们应用知识的一种方法，我认为我们之所以要上学，是因为我们需要一种思维，一种会不断发现问题然后不断去解决问题的思维，这是解决我们自立根生的根本方法。我相信通过这次课程设计都会让我们有进一步的成长。参考文献1崔家佩.电力系统继电保护及安全自动整定计算.北京：中国电力出版社，20062张保会.尹项根.电力系统继电保护（第二版）.中国电力出版社,20093许建安.继电保护整定计算. 北京：中国水利水电出版社，20034李光琦.电力系统暂态分析.（第三版）.北京：中国电力出版社，20075都洪基.电力系统继电保护原理.南京：东南大学出版社，20076马永翔.电力系统继电保护.北京：中国林业出版社，20067于永源.电力系统分析（第三版）.北京：中国电力出版社，2007