110kV电网线路保护继电保护课程设计.docx

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1、引言电力系统继电保护是电力系统平安运行的重要保证，尤其是近年来，继电保护产品 类型众多，原理不断有所突破，特别是微机保护的采用，实现了继电保护行业的革命， 随之而来的网络技术又为继电保护技术的开展提供了新的手段。继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信号量，当 突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。对电力系统继 电保护的基本性能要求是有选择性、速动性、灵敏性、可靠性。本次设计的任务主要包括了六大局部，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

2、所选择的保护装置进行综合评价。其中短路电流的计算 和距离保护的整定计算及校验是本设计的重点。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。1 .继电保护整定计算的基本任务和要求继电保护整定计算概述继电保护装置属于二次系统，它是电力系统中的一个重要组成局部，它对电力系统 平安稳定运行起着极为重要的作用，没有继电保护的电力系统是不能运行的。继电保护 要到达及时切除故障，保证电力系统平安稳定运行的目的，需要进行多方面的工作，包 括设计、制造、安装、整定计算、调试、运行维护等，继电保护整定计算是其中极其重 要的一项工

3、作。电力生产运行和电力工程设计工作都离不开整定计算，不同部门整定计算的目的是 不同的。电力运行部门整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好的各种继电保护按 照具体电力系统参数和运行要求，通过计算分析给出所需要的各项整定值，使全系统中的 各种继电保护有机协调地布置、正确地发挥作用。电力工程设计部门整定计算的目的是 按照所设计的电力系统进行分析计算、选择和论证继电保护装置的配置和选型的正确性, 并最后确定其技术规范。同时，根据短路计算结果选择一次设备的规范。n RM+ 0.33 + (0.136 + 0.151)/0.106 = 0.814X =X IIX +X +X +X /X =#(1) G

4、1 G2 T1 1(1)2(1)3(1)2所以在最小运行方式下dl点短路时总的两相短路电流为:I(2)= xEeqxIB = 1-732x1.08x 0.502 = q.58/g40.814+0.814流经保护1的两相短路电流为:/=/+ X2=0 58x0.136 + 0.151=0.42/g4f X +X +X1(1)2(1)3(1)f X +X +X1(1)2(1)3(1)0.136 + 0.151+0.106零序阻抗等值图如图4.5所示:图4. 5 dl点短路时最小运行方式零序阻抗图4. 5 dl点短路时最小运行方式零序阻抗那么 X =X +(X#(0) T1 1(0)+ X ) /

5、/X = 0.33 + (0.408 + 0.453)/0.318 = 0.562 2(0)3(0)单相短路接地时总的零序电流为总的零序电流为E xl=gqB/o X +X +X#(o)6 1)L08x0-502 =025 公0.814x2 + 0.562那么流过保护1的零序电流为I =10.1#(2)0.408 + 0453 二.Ax 073 = 0.18/g4/。0.408 + 0.453 + 0.318两相短路接地时总的零序电流为X=布川 X +X#(2)#(0)X=布川 X +X#(2)#(0)E x IX己qBX +X/ /X61)#(0)62)0.814x0.814 + 0.562

6、 0.814 + 0.562/0.814=0.28必那么流过保护1的零序电流为/ =10.1/00408 + 0.453_ = 0 28x 0 73 = o 20储 0.408 + 0.453 + 0.3184. 2流经保护6的短路计算(1)最大运行方式经以上最大运行方式原那么的分析，当d2点短路时，开环点在L1上，流经保护6的 短路电流最大。正负序阻抗等值图如图4.6所示:X =X +X +X +X = 0.391 + 0.33 + 0.181 + 0.106 = 1.0086 1) G5 T7 4(1)3(1)所以在最大运行方式下d2点短路时流经保护6的三相短路电流为：/(3)1xE xZ

7、=绚 BX61)1x1.08x 0.502 f008=0.54/g4XG5 XT7q_A/a/aA/ZX4X3图4.6 d2点短路时最大运行方式正负序阻抗零序阻抗等值图如图4. 7所不：X =X +X +X =0.33 + 0.543 + 0.318 = 1.191 77-(0) T7 4(0)3(0)单相短路接地时1.08x 0.5021.008x2+1.191= QA7kAE x I 流过保护6的零序电流为I =-3一-0.6 X +X +X#(0) 斤 加2)两相短路接地时流过保护6的零序电流为XE xlX明B + XX +X IIXXE xlX明B + XX +X IIX1.008x

8、1.008+1.191 1.008+1.191/1.008= 0.16 储#(2)#(0)#(1)#(0) 厅XT7 X4X3/AZ5图4. 7 d2点短路时最大运行方式零序阻抗(2)最小运行方式经以上最小运行方式原那么的分析可得，最小运行方式是系统闭环运行，其正负序阻 抗图如图4.8所示。XG3 XT7X4X3/qX2 XI图4.8 d2点短路时最小运行方式正负序阻抗X =X +X +X +X11(X+x ) = 0.391+0.33 + 0.181+0.106/(0.151+0,136)6 1) G5 T7 4(1)3(1)2(1)1/=0.979所以在最小运行方式下d2点短路时总的两相短

9、路电流为：1(2)= 召x E- f = 1.732x1.08x 0.502 = q.48/g4f X +X 0.979 +0.979万 #(2)流经保护6的两相短路电流为：/(2)= /(2) + X2=0.48x36 + 151= 0.35/g46 f X +x +X0.136 + 0.151+0.1061(1)2(1)3(1)零序阻抗等值图如图4.9所示：图4. 9 d2点短路时最小运行方式零序阻抗贝 =X +X +X /(X +X ) = 0.33 + 0.543 + 0.318 /(0.453 + 0.408) =1.105斤(0)T7 4(0)3(0)2(0)1(0)单相短路接地时

10、总的零序电流为 I =2H= 1.08x 0.502 QAQkA/。 X +X#(o)ffC那么流过保护6的零序电流为I =0.6+ X0.979x2+1.1051)#(2)/0408 + 0453=oJ8xO.73二/0Q.408 +0.453+ 0.318两相短路接地时总的零序电流为XE X；0.979I =, X eq B =X= 0.17 kA川 x +X X +X IIX 0.979+1.105 0.979+1.105/0.97962)#(0) 斤 #(0)62)0.408 + 0.453那么流过保护6的零序电流为I0.64. 3流经保护3的短路计算/0Q.408 +0.453+ 0

11、.3180.17x0.73 = 0.12/g4（1）最大运行方式经以上最大运行方式原那么的分析,经以上最大运行方式原那么的分析,当d3点短路时，开环点在L3上，流经保护3的1xE x/(3)=%/ X 方短路电流最大。正负序阻抗等值图如图4.10所示:X =X +X +X +X +X =0.391+0.33 + 0.181 + 0.151+0.136 = 1.1896 1)G5 T7 4(1)2(1)1(1)所以在最大运行方式下d3点短路时流经保护3的三相短路电流为：1x1.08x 0.502 八 ”7 人*二彳=0.46/O4图4.10 d3点短路时最大运行方式正负序阻抗零序阻抗等值图如图4

12、.11所示:X =X +X +X#(0) T7 4(0)2(0)+ X = 0.33 + 0.543 + 0.453 + 0.408 = 1.734 1(0)单相短路接地时流过保护3的零序电流为I0.3E x/1.08x 0.502因B= X +X +X 1.189x2+1.734 #(0)#(1)6 2)= 0.13两相短路接地时流过保护3的零序电流为1.189X=Y0 3X + X X62)斤(0)斤X=Y0 3X + X X62)斤(0)斤E x IeuB+ X IIX#(o) 斤1.189x1.734+1.189 1.189+1.734/1.189= 0.17/g4XT7X4X2Xl图

13、4.11 d3点短路时最大运行方式零序阻抗（2）最小运行方式经以上最小运行方式原那么的分析可得，最小运行方式是系统闭环运行，其正负序阻抗图如图4. 12所示。图4.12 d3点短路时最小运行方式正负序阻抗那么由图可得X =X G5+ X+X +X /(X +X ) = 0.979T7 4(1)321所以在最小运行方式下d3点短路时总的两相短路电流为:/（2）=4 x 1r = 1.732x1.08x 0.502 = q.48/q4/ X +x 0.979 +0.979斤 #（2）I(2)= /(2) X1 + X20.48x3 f X + X + X1(1)2(1)3(1)零序阻抗等值图如图4

14、. 13所不：0.106=0.13而0.136 + 0.151+0.106图4. 13 d3点短路时最小运行方式零序阻抗流经保护3的两相短路电流为：贝IX = X + X + X 11(X +x ) = 0.33 + 0.543 + 0.318 /(0.453 + 0.408) =1.105 #(0) T7 4(0)3(0)2(0)1(0)单相短路接地时E x / 总的零序 电流为1 =-招一一/o X +X +X#(0)#(1)#(2)1-08x 0-502 0.180.979x2+1.1050.318那么流过保护3的零序电流为I0.3=0.05/g4/0Q.408 +0.453+ 0.31

15、8两相短路接地时总的零序电流为, XI = 1f0 X +X厅 #(0), XI = 1f0 X +X厅 #(0)E x IX依RX +XIIX#(1)#(0) 厅0.979x0.979+1.105 0.979+1.105/0.979= 0.17耐0.318那么流过保护3的零序电流为/0.3二0.05 公/0Q.408 +0.453+ 0.318由于篇幅有限，其他保护的短路计算过程从略，计算流经保护各短路点最大运行方 式下的开环点，如表4.1所示。表4.1流经保护各短路点最大运行方式下的开环点短路点dld2d3d4c15c16c17d8开环点L2LIL3L2LIL3当中性点直接接地系统中发生接

16、地短路时，将出现很大的零序电压和电流，我们利 用零序电压、电流来构成接地短路的保护，具有显著地优点，被广泛应用在110kV及以 上电压等级的电网中。电网接地的零序电流保护也可按三段式电流保护的模式构成，可分为无时限零序电 流速断保护、带时限零序电流速断保护和零序过电流保护三段。具体应用中考虑到零序 网络的特点而有所变化。根据上面的分析，把各保护的最大运行方式和最小运行方式下的单相接地及两相接 地短路下的零序电流计算出来，以便进行零序电流保护的整定。流经保护各短路点的短路计算结果如表4.2所示，零序电流如表4.3所示:表4.2流经保护各短路点的短路计算结果短路占八最大运行方式最小运行方式XffV

17、)EeqX见2)X见0)/ f(kA)X巩1)EeqX62)X#(o)/ f(kA)dl0.4751.080. 4750. 4831. 140.8141.080.8140. 5620. 42d21.0081.081.0081. 1910. 540. 9791.080. 9791. 1050. 35d31. 1891.081. 1891. 7340. 460. 9791.080. 9791. 1050. 13d40. 4061.080. 4060. 5531.340. 8261.080. 8260. 5970. 37d51.0551.081.0551.9860. 541.5201.081.520

18、1.8120. 32d60. 6561.080. 6561.8510. 860.8141.080.8141.2220. 60d70. 9041.080. 9041.5330. 630. 9041.080. 9041.5330. 54d80. 6261.080. 6261.6100. 960. 9951.080. 9951.6100. 49表4.3流经保护各短路点的零序电流短路 点最大运行方式(kA)最小运仃方式(kA)单相 接地两相 接地单相 接地两相 接地dl0. 380. 380. 180. 20d20. 170. 160. 130. 12d30. 130. 170. 050. 05d40

19、. 400. 360. 160. 18d50. 460. 580. 270. 42d60. 230. 330. 240.41d70. 050. 080. 020. 03d80. 280.450. 250. 345 .电流保护整定计算保护1的电流保护整定（1）电流速断保护（电流I段）的整定计算动作电流：按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定。/I =K / 3）= 1.3x1.14= 1.482M （可靠系数H = 1.3）set.l rel /rel动作时间ti =0s i保护范围的校验系统最大阻抗为 X =&1+X）xZ2 = （吧l + 0.33）x = 97.470s.max 271 S

20、 2100乙BL =上、（Ue -X ） = 1 H5 _ 97,47）= -146.7/cMmini X 2/1 s.max 042x1.4820set.l即保护1的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。（2）限时电流速断保护（电流n段）的整定计算动作电流：按照躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定。Zu =KI = Kw K /=L15xL3x0.63 = 0,942/g4set.l rel set.7 rel relf动作时间tn = 0.5s i灵敏度的校验KsenKsen/ _ 0.42/n - 0.942set.l=0.446 1.3不满足要求。（3）定时限过电流保护

21、（电流HI段）的整定计算动作电流：按照躲开本元件的最大负荷电流来整定。/in = K汽 /=1.15x1.3x 0.3012 = 0.53好set.l K L.max Q re,动作时间tin = 1.0s灵敏度的校验作为近后备保护时作为近后备保护时作为近后备保护时K =竺=器=0.7921.25,满足要求。sen Z 143动作延时，与相邻保护7的I段配合，那么tn = t + At =0.5s 17它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。(3) IH段的整定计算动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定Z=,9义110 =89.77。i.min V3Z0.3012L3.max取 K =

22、1.3, K =0.85 , K = 1.15 ,于是SSrelreZwsetA= 085 X189.77 二 阳。K Kss re灵敏性校验:a.本线路末端短路时的灵敏系数为:K =Z% J.77 1.5 ,满足要求。 sen IZ 143b.相邻线路L2末端短路时(如图6.4)：最大分支系数：、3=产1+厂当G1G4单独作用时，流过保护1的电流为：/KDx +x +X当G5单独作用时，流过保护1的电流为：/1(2)X +x +x12_/(反方向)33X +X +X /(X +X ) 0.721 + 0.181 + 0.151/ /(0.136+ 0.106)s2.min 4213 = =

23、1 25X + X / /(X + X )si.max 1230.737 + 0.136/(0.106 + 0.151)K =1+ 4=1 +b.maxj10.1360.136+0.151 + 0.106X IX+xx 21231X 1.205-X +X + X 3123X +X +XI 23于是Ksen2Z +K Z3 b.max next0.1510.136 + 0.151+0.106107.89= 31.3=0.1741.2,满足要求。图6.5线路L4末端短路时的等值电路d.相邻变压器低压侧短路时（如图6.6所示）:Z山 于是K=一?se4 Z + K Z3 b.max next107.

24、89最大分支系数：K =1 +上+工=1 + 0.369 +1.236 = 2.065 b.max II I0.8021.25,满足要求。sen Z 143动作延时，与相邻保护2的段配合，那么tn = ti + At =0.5s62(3) m段的整定计算动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定Z _ 0 叫 =0.9x110 =89 77CL.min /70 X 0.3012L3.max取 K =1.3, K = 0.85 , K =1.15,于是SSrelreZw =K Z .0.85 X189.77 1 n_乙一侬= 107.89Qsen K K 1.3x1.15 ss re灵敏性校验：a.本线路

25、末端短路时的灵敏系数为：K Z- = 107.89 = 7 7 15,满足要求。sen Z 143b.相邻线路L1末端短路时(如图6.8所示)：II -I最大分支系数：Kh= H_3o.max 11K2)1(1)X +X当G1G4单独作用时，流过保护6的电流为：/=一J4(D X 1 当G5单独作用时 流过保护6的电流为：/=14(2)1(2)(K2)I minKD 0.1510.136 0.721+0.181+0.151/(0.106+ 0.136)X, _X x +X /(X +X )YT XI +x +x /(X +x) I 21 s2.max 42130.3685 + 0.136/(0

26、.106 + 0.151) 八 一=O.j 1图6.8线路LI末端短路时的等值电路J _X、X?Zl(2) _X3X20.51- 0.106+0.151K = 14 一4二 II二七=0.136= 2.82b.max I -II -I0.51-11(2)1(1)1(2)1(1)1(2) IKDZm107.89于是K =,= 1.671.2,满足要求。se2 Z +K z 14+2.82x18 3 b.max next动作延时：保护6的动作时间为：tm+ At= 3 + 0.5 = 3.5s 61保护8的距离保护整定计算(1) I段的整定计算动作阻抗按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。Zi

27、=K Z =0.85x24 = 20.4。 set. 8 rel 4动作延时距离保护段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零,即 ti = Os o8(2) H段的整定计算动作阻抗：按以下三个条件选择:a.与相邻线路L3的保护6的I段配合Zn =Kn(Z +K Zi ) set. 8rel 4 b.min set.6式中，取Kn =0.8, K 为保护6的I段末端发生短路时对保护8而言的最小分支系数。 relb.min当保护6的I段末端发生短路时，分支系数为：K = 1 b.minZu =Kii(Z +K Zi ) = 0.8 X (24 +1X 0.85 x 14) =

28、 28.72Q set rel 4 b.min set 6b.与相邻线路L2的保护5的I段配合当保护5的I段末端发生短路时，分支系数为：K = 1 b.min于是Zn =Kii(Z +K Zi ) = 0.8 x (24 +1 x 0.85 x 20) = 32.8Q set rel 4 b.min set.5C.按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定G5G5XS2图6.9变压器低压侧短路时的等值电路K为变压器低压侧出口发生短路时对保护8而言的最小分支系数，如图6.9所示。b.minKKb.minXX +XS2.min/ /+ x x +X )si.max3 I 2当变压器低压侧发生短路时，分支系

29、数为：2.110.721 + 0.1810.737 + 0J06/(0.136 + 0,151)于是Zn =Kn(Z +K Z ) = 0.7 x (24 + 2.1 lx 92.58 / 2) = 85.17Q set rel 4 b.min next取以上三个计算值中较小者为n段整定值，即取Zn =28.72。set. 8灵敏性校验：按本线路末端短路求灵敏系数为K =Z-8 =2872 “a 1.2, 满足要求。 se2 24 + 2.376x14C.相邻线路L2末端短路时（如图6.11所示）:最大分支系数:IIK =1+,1 +b.max /TI1X+XI 0.721+0.181s2.m

30、ax4 = +X+X 0.3685+0.106si.min3= 2.9于是K =20= 2.506 1.2,满足要求。se3 24 + 2.9x 20图6. 11线路L2末端短路时的等值电路图6. 11线路L2末端短路时的等值电路d.相邻变压器低压侧短路时(如图6.12所示)：县.公吉乏米G。/0.721+0.181勺八。取大分支系数：K =工=1+上=1+= 3.02b.max / T0.3685+0.106 / /(0.136 + 0.151)1 1Z lu205.5于是 K -7=l以舟=12541.2，两足要求。se4 4 b.max next图6.12变压器低压侧短路时的等值电路动作

31、延时：保护5的动作时间为：皿=4s5保护6的动作时间为：tm = 3.5s6变压器保护的动作时间为：tm =1.5 + 0.5 = 2s T取其中较长者，于是保护8的动作时间为：r+= 4+ 0.5 = 4.5s 85保护2的距离保护整定计算(1) I段的整定计算动作阻抗按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。Zi =Ki Z =0.85x18 = 15.30 set.2 rel I动作延时距离保护I段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零,即t【=Oso2(2)n段的整定计算动作阻抗：a.与相邻线路L2的保护4的I段配合当保护4的I段末端发生短路时，分支系数为：K .

32、= 1 b.minZn =K1i(Z+K Zi ) = 0.8x (18+lx 0.85 x 20) = 280 set rel 1 b.min set Ab.按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定(如图6.13所示)：G1-G411X4X2图6.13变压器低压侧短路时的等值电路Kb.min=1+1 1当变压器低压侧发生短路时，分支系数为：1+ . x10.3685+0.136= 1 479X _=07721+0.181 + 0.151s2.max 42于是Zn = 0.7 x (18+1.479 x 92.58 / 2) = 60.53Q set 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。方案的评价及改进方向。1.3继电保护整定计算的要求及特点根据继电保护在电力系统中担负的任务，继电保护装置必须满足以下4个基本要求, 即选择性、快速性、灵敏性、可靠性。(1)选择性。电力系统中某一局部发生故障时，继电保护的作用只能断