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1、電力系統(tǒng)繼電保護課程設計 第I頁110kv高壓輸電線路的繼電保護設計前言隨著電力系統(tǒng)迅速發(fā)展，我們不斷對它提出新的要求，電力系統(tǒng)對繼電保護的要求也不斷提高。繼電保護的原理是利用被保護線路或設備故障前后某些突變的物理量為信號量，當突變量到達一定值時，起動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應的跳閘脈沖或信號。對電力系統(tǒng)繼電保護的基本性能要求是有選擇性，速動性，靈敏性，可靠性。這次課程設計以最常見的110KV電網(wǎng)線路保護設計為例進行分析設計，要求對整個電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)方面的課程有綜合的了解。特別是對繼電保護、電力系統(tǒng)、電路、發(fā)電廠的電氣部分有一定的研究。重點進行了電路的化簡，短路電流的求法，繼電保護中電流保

2、護、距離保護的具體計算。電力系統(tǒng)繼電保護課程設計 目錄第1章緒論11.1 設計基礎條件11.2設計內容11.3設計要求2第2章短路電流計算32.1 短路電流計算原則32.2 電力網(wǎng)絡元件參數(shù)計算32.3 最大運行方式42.4最小運行方式5第3章110kv高壓輸電線路繼電保護整定計算73.1 三段式方向性電流保護整定計算73.11 QF6的三段式電流保護整定計算73.12QF4的三段式電流保護整定計算83.13QF2的三段式電流保護整定計算93.2三段式距離保護正定計算103.21QF6的距離保護103.22QF4的距離保護103.23QF2的距離保護113.3線路差動保護113.31AC段線路

3、差動保護123.32BC段線路縱差保護123.33AB段線路縱差保護12第4章自動重合閘裝置13第5章電力系統(tǒng)各元件繼電保護裝置的選擇145.1保護配置145.2各插件原理說明145.3主要技術指標14收獲和體會16參考文獻17附錄18電力系統(tǒng)繼電保護課程設計 第19頁第1章 緒論1.1 設計基礎條件單側電源環(huán)形網(wǎng)絡如圖1.1所示，已知：（1）網(wǎng)絡中各線路采用帶方向或不帶方向的電流電壓保護，所有變壓器均采用縱聯(lián)差動保護作為主保護，變壓器均為，d11接線；（2）發(fā)電廠的最大發(fā)電容量為350，最小發(fā)電容量為250；（3）網(wǎng)絡的正常運行方式為發(fā)電廠發(fā)電容量最大且閉環(huán)運行；（4）允許的最大故障切除時間

4、為0.85s；（5）線路AB、BC、AD、CD的最大負荷電流分別為230、150、230和140，負荷自起動系數(shù)；（6）各變電所引出線上的后備保護的動作時間如圖示，t0.5s；（7）線路正序電抗每公里均為0.4；圖1.1單側電源環(huán)形網(wǎng)絡圖1.2設計內容（1）短路電流計算1）確定電力系統(tǒng)最大運行方式和最小運行方式，計算最大短路電流值和最小短路電流值。2）確定短路計算點，畫出計算電路圖。3）選取基準值，用標幺值計算各元件參數(shù)，畫出等效電路。化簡等效電路，求各短路點的等效電抗。4）求各短路點的計算電抗。用運算曲線計算各短路點的短路電流。（2）確定電力系統(tǒng)中發(fā)電機、變壓器和輸電線路的保護方案。 1）根

5、據(jù)GB50062-1992（規(guī)范名稱：電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范）選擇繼電保護的方式。應優(yōu)先選擇最簡單的保護，不滿足基本要求時再采用較復雜的保護。2）選擇保護方式時，先選擇主保護，然后選擇后備保護。通過整定計算，檢驗能否滿足靈敏性和速動性的要求。如不滿足，允許采用自動重合閘補救。1.3設計要求1）確定保護2、4、6的保護方式，對它們進行整定計算（、和）；2）繪制保護原理接線圖（或展開接線圖）及網(wǎng)絡單線圖；第2章 短路電流計算2.1 短路電流計算原則根據(jù)原始資料計算出基準電抗標幺值，再由基準電抗標幺值轉換得到計算電抗標幺值，然后根據(jù)計算電抗標幺值查短路電流運算曲線得到短路電流標幺值，經

6、轉換得出短路電流，最后作為繼電保護的整定數(shù)據(jù)。根據(jù)整定計算的要求，需要進行最大運行方和最小運行方式下的參數(shù)計算，最大運行方時下的計算數(shù)據(jù)作為電流保護整定使用，最小運行方式下的計算數(shù)據(jù)作為最小靈敏度檢驗使用。2.2 電力網(wǎng)絡元件參數(shù)計算計算各元件基準電抗標幺值。選?。?。發(fā)電機基準電抗標幺值： SNG=PNGcos=500.85=58.82MVA XG1=XG2=XG3=XSBGSNG=0.12910058.82=0.2193變壓器基準電抗標幺值： XT1=XT2=Uk%100SBSNT=10.510010040=0.2625 XT3=Uk%100SBSNT=10.510010060=0.175

7、XT4XT6=Uk100SBSNT=10.510010020=0.525線路基準電抗標幺值： XAB=400.4SBUB2=0.121 XBC=800.4SBUB2=0.242 XAC=500.4SBUB2=0.1512 Xsmin=(0.21930.21930.2193+0.2193+0.26250.26250.2625+0.2625)(0.2193+0.125)0.2409+0.3943=0.1496 Xsmax=(0.2193+0.2625)(0.2193+0.2625)0.2193+0.2625+0.2193+0.2625=0.22.3 最大運行方式最大運行方式的等效電路如圖2.1所示

8、：圖2.1最大運行方式等效電路圖因為是單側環(huán)形電網(wǎng)，為解題方便，將環(huán)形網(wǎng)絡按短路點解開，分兩個方向計算短路電流和設計繼電保護裝置。將環(huán)形網(wǎng)絡在A點打開變換為開式網(wǎng)絡則等效電路圖如2.2所示：圖2.2開式網(wǎng)絡等效電路圖在最大運行方式下各點的基準電抗為： XA=XAB+XBC+XAC+Xsmin=0.121+0.242+0.1512+0.1496=0.6638 XB=XBC+XAC+XSmin=0.242+0.1512+0.1496=0.5428 XC=XAC+XSmin=0.1512+0.1496=0.3008計算電抗值為： XjsA=XASSB=0.66381.765=1.172 XjsB=X

9、BSSB=0.54281.765=0.958 XjsC=XCSSB=0.30081.765=0.5309 XjsA=XASSB=0.24091.765=0.44052.4最小運行方式最小運行方式的等效電路如圖2.3所示：2.3最小運行方式等效電路圖將環(huán)形網(wǎng)絡在A點打開變換為開式網(wǎng)絡則等效電路圖如2.4所示：圖2.4開式網(wǎng)絡等效電路圖在最小運行方式下各點的基準電抗為： XA=XAB+XBC+XCA+Xsmax=0.121+0.242+0.1512+0.2409=0.7557 XB=XBC+XCA+Xsmax=0.242+0.1512+0.2409=0.3921 XC=XCA+Xsmax=0.15

10、12+0.2409=0.3921計算電抗值為： XjsA=XASSB=0.75571.765=1.334 XjsB=XBSSB=0.63411.765=1.116 XjsC=XCSSB=0.39211.765=0.692 XjsA=XsminSSB=0.14961.765=0.264根據(jù)計算電抗查詢汽輪機的短路電流運算曲線可得各點的短路電流標幺值。最大運行方式下各點計算電抗和短路電流標幺值如表2.1所示：表2.1最大運行方式下電網(wǎng)各點短路電流數(shù)據(jù)ABCA計算電抗1.7320.9580.53090.264Io*0.951.081.924.15Io/KA0.8360.951.693.652最小運行

11、方式下各點計算電抗和短路電流標幺值如表2.2所示：表2.2最小運行方式下電網(wǎng)各點短路電流數(shù)據(jù)ABCA計算電抗1.3341.1160.6920.4251Io*0.750.91.482.55Io/KA0.660.7921.32.244第3章 110kv高壓輸電線路繼電保護整定計算110kv高壓輸電線路根據(jù)可靠性、靈敏性要求需要設置三段式電流保護，根據(jù)線路保護裝置簡單性原則，若三段式電流保護各段滿足要求，則可以作為線路主保護，如果三段式電流保護不滿足要求則需要設置距離保護，根據(jù)高壓輸電線路的全線速動無死區(qū)要求，還應設置線路的縱聯(lián)差動保護，讓距離保護和差動保護作為線路的主保護，三段式電流保護作為后備保

12、護。3.1 三段式方向性電流保護整定計算三段式方向性電流保護整定計算，按開環(huán)正向和反方向分別整定計算。正向對1、3、5QF斷路器保護裝置整定計算，反方向按6、4、2QF斷路器保護裝置整定計算。這里以反方向按6、4、2QF斷路器保護裝置為例整定計算如下。保護線路示意圖如圖3.1所示：圖3.1 保護線路示意圖3.11 QF6的三段式電流保護整定計算由第2章得知：IKCmax=1.69KA,IKCmin=1.3KA, IKBmax=0.95KA, IKBmin=0.792KA,XSmax=31.8,XSmin=19.8。（1）第I段保護裝置一次側動作電流為： Iop6=KrelIkcmax（3）=1

13、.31.69=2.197KA保護時限：t=0s最小靈敏變校驗：m=lpCA=0.86611532.197-Xsmax0.450100% 不合格(2)第II段保護裝置一次側動作電流為： Iop4=KrelIkbmax（3）=1.30.95=1.235KA Iop6=KrelIopx=1.11.235=1.359KA保護時限：t=0.5s最小靈敏度校驗：ksen2=0.866Ikcmin(3)Iop6=0.8661.31.359=0.821.5 合格遠：Ksen=0.866Ikbmin(2)Iop=0.8660.7920.487=1.351.2 合格3.12QF4的三段式電流保護整定計算由第2章得

14、知 IKBmax=0.95KA,IKBmin=0.792KA, IKAmax=0.836KA,IKAmin=0.66KA,XSmax=31.8,XSmin=19.8。（1）第I段保護裝置一次側動作電流為： Iop4I=KrelIIKBmax=1.30.95=1.235KA保護時限：t=0s最小靈敏度檢驗： m=lplbc=0.86611531.85-(xsmax+xbc)0.480100% 不合格第II段保護裝置一次側動作電流為：Iop2I=KrelIIKAmax=1.30.836=1.0868KAIop4II=KrelIIop2I=1.11.0868=1.195KA保護時限：t=0.5s最小

15、靈敏度檢驗KsenII=0.866IKBminIop4II=0.8660.7921.195=0.5741.25不合格第III段保護裝置一次側動作電流為：Iop4III=KrelIIIKssKrelILmax=1.21.50.85380=804.7A保護時限：tIII=2s最小靈敏度檢驗：近后備： KsenIII=0.866IKBmin3Iop4III=0.8660.7920.8047=0.851.5不合格遠后備: KSENIII=0.866IKAminIop4III=0.8660.660.8047=0.711.2不合格3.13QF2的三段式電流保護整定計算由第2章得知： IKAmax=0.83

16、6KA,IKAmin=0.66KA,XSmax=31.8,XSmin=19.8。（1）第I段保護裝置一次側動作電流： IOP2I=KrelI.IKAmax=1.30.836=1.0KA保護時限：t=0S最小靈敏度校驗：m=LPLAB=0.8611531.09-31.8+20+3216100% 不合格(2)第III段：保護裝置一次側動作電流： IOP2III=KrelIIIKreILmax=1.21.50.85250=487A保護時限：t=1.8S最小靈敏度校驗：近:KsenIII=0.866IKAminIOP2III=0.8660.660.487=1.171.3合格（3）第III段最小阻抗：Z

17、L.min=0.9Ucn3IL.max=0.911530.23=260動作阻抗：Zop.6III=ZL.minKrelIIIKssKrecos(m-l)=2601.251.151.50.8=150.7保護時限：t6III=2.5s最小靈敏度校驗：近后備保護：KsenIII=Zop.6IIIZCA=150.720=7.51.3合格遠后備保護：Kb.max=1+ZSAmax+ZACZSCmin=2.3KsenIII=Zop.6IIIZCA+Kb.maxZBC=150.720+322.3=1.61.2合格3.22QF4的距離保護(1)第I段動作阻抗：Zop4=krelZBC=0.850.480=27

18、.2保護時限：t=0s保護范圍：85%(2)第II段動作阻抗：Zop4=KRELZBC+krelZAB=0.832+0.8516=36.48保護時限：t4=0.5s靈敏度校驗：ksen=Zop4ZBC=36.4832=1.141.3合格遠后備：ksen=Zop3ZBC+k6maxZAB=98.632+2.1671.6=1.471.2 合格3.23QF2的距離保護（1）第I段動作阻抗：ZOP.21=KrelIZAB=0.850.440=13.6保護時限：t2I=0s保護范圍：85%（2）第III段最小阻抗：ZLmin=0.9UN3ILmin=0.911530.23=260動作阻抗：ZOP.2II

19、I=ZLminKrelIIIKssKrelcos(m-)=2601.251.151.50.8=150.7保護時間：t2III=1.5s最小靈敏校驗：近后備保護： KsenIII=Zop.2IIIZAB=150.716=9.41.3 合格Kbmax=1+Zsmax+ZAC+ZBC+ZABZSAmin=1+31.8+16+32+2019.8+16+32+20=2.14遠后備保護；KsenIII=Zop.2IIIZAB+KbmaxZBC=150.716+322.14=1.781.2 合格3.3線路差動保護根據(jù)高壓輸電線路的全線速動性要求，還應設置線路的縱聯(lián)差動保護。3.31AC段線路差動保護（1）A

20、C段：按躲過保護區(qū)外短路時的最大不平衡電流整定：Iop.r=KrelIuncmaxKTA=KrelKerrKstKnpIKCmaxKTA=1.30.10.511.69300/5=0.0018KA（2）按射過保護線路最大負荷電流整定：Iop.r=KrelIL.maxKTA=1.323060=4.98A所以動作電流：Iop.r=4.98A最小靈敏度檢驗：Ksen=IkCmin(2)/KTAIOP=0.8661.3/600.00498=3.771.5合格3.32BC段線路縱差保護（1）BC段: 按躲過保護區(qū)外短路時的最大不平衡電流整定：Iop.r=KrelIunBmaxKTA=KrelKerrKst

21、KnpIKbmaxKTA=1.30.10.510.95300/5=0.001KA（2）按射過保護線路最大負荷電流整定：Iop.r=KrelIL.maxKTA=1.328060=8.23A所以動作電流：Iop.r=8.23A最小靈敏度檢驗：Ksen=IkBmin(2)/KTAIOP=0.866792/608.23=1.391.5合格第4章 自動重合閘裝置根據(jù)110KV高壓輸電線路的要求，線路應采用后加速的自動重合閘裝置。重合閘邏輯方框圖：圖4.2重合閘邏輯方框圖1.本裝置重合閘為三相一次重合閘方式。2.三相電流全部消失時跳閘固定動作。3.重合閘退出，則整定值中重合閘投入控制字置“0”。4.重合閘

22、充電在正常運行時進行，重合閘投入、無TWJ、無控制回路斷線、無斷線或雖有斷線但控制字“斷線閉鎖重合閘”置“0”經10s后充電完成。5.重合閘由獨立的重合閘啟動元件來啟動。當保護跳閘后或開關偷跳均可啟動重合閘。6.重合閘條件滿足后，經整定的重合閘延時，發(fā)重合閘脈沖150ms。第5章電力系統(tǒng)各元件繼電保護裝置的選擇5.1保護配置RCS-953A包括以分相電流差動為主體的快速主保護，有完整的三段相間距離保護、四段可選相間低電壓和方向閉鎖的過流保護構成后備保護；裝置配有三相一次重合閘功能、過負荷告警功能；還帶有跳合閘操作賄賂以及交流電壓切換回路。5.2各插件原理說明組成裝置的插件有：電源插件（DC）、

23、交流插件（AC）、低通濾波器（LPF）、CPU插件（CPU）、通信插件（COM）、24V光耦插件（OPT）、跳閘出口插件（OUT）、操作回路插件（SWI）、電壓切換插件（YQ）、顯示面板（LCD）。具體硬件模塊圖見圖5-3圖5.1硬件模塊5.3主要技術指標1、 整組動作時間差動保護全線路跳閘時間：1.5倍差動電流高定值距離保護1段：30ms)2、啟動元件電流變化量啟動元件，整定范圍0.1In0.5In過流IV啟動元件，整定范圍0.1In0.5In 負序過流啟動元件，整定范圍0.1In0.5In3、 距離保護整定范圍：0.0125（In=5A） 0.05125（In=1A）距離元件定值誤差：5精

24、確工作電壓：0.25V最小精確工作電流：0.1In最小精確工作電流：30In跳閘時間10s3、 過流保護整定范圍：0.1In20In過流元件定值誤差：5過流跳閘延時時間：010s收獲和體會通過本次課程設計，對繼電保護的設計有了進一步的了解和掌握。通過對課本和參考書籍的翻閱，進一步提高了獨立自主完成設計的能力。本課程設計是針對與110kv電網(wǎng)在不同運行方式以及短路故障類型的情況下進行的分析和整定，因此它可以保護發(fā)生上述各種故障和事故時的系統(tǒng)網(wǎng)絡，再設計思路中緊扣繼電保護的四要求：速動性、靈敏性、可靠性、選擇性。在本次課程設計中，重新回顧了電力系統(tǒng)分析，電路，電機學，CAD等專業(yè)課。因為這次課程設

25、計涉及的知識面較廣，基本上涵蓋了所有專業(yè)課知識，對短路計算，電路的化簡進一步加深了認識，通過和同學的討論加強了團隊合作意識。參考文獻1 劉學軍.工廠供電設計指導M.北京：中國電力出版社，2008.2 劉學軍.繼電保護原理學習指導M.北京：中國電力出版社，2007.3 劉學軍.繼電保護原理M.北京：中國電力出版社，2004.4 鋼鐵企業(yè)電力設計手冊編委會鋼鐵企業(yè)電力設計手冊S北京：冶金工業(yè)出版社，1996.5 鋼鐵企業(yè)電力設計手冊編委會鋼鐵企業(yè)電力設計手冊S北京：冶金工業(yè)出版社，1996.6 王士政.電力工程類專題課程設計與畢業(yè)設計指導教程M.北京：中國水利電力出版社，2007.7 何仰贊.溫增銀.電力系統(tǒng)分析上、下冊M.武漢:華中科技大學出版社，2002附錄高壓輸電線路繼電保護原理圖：附圖1高壓輸電線路繼電保護原理圖距離保護框圖如下：附圖2距離保護框圖