电力系统继电保护专业课程设计项目说明指导书.doc

成绩

目 录

课程设计任务书 2
课程设计选题之一 6
1 概述 9
1.1继电保护任务 9
1.2继电保护整定计算基本任务 9
1.3本设计继电保护内容 9
2 保护配备原则及成果 10
2.1 110kV电网继电保护配备原则 10
2.2本区域电网运营方式阐明 10
2.3本区域电网继电保护配备方案 11
3 整定计算 12
3.1 发电机、变压器、线路参数计算 12
3.2正序、零序网路图 15
3.3线路距离保护整定计算 16
4 结论 22
5 参照文献 23

1．课程设计目

巩固学生所学电力系统继电保护课程知识，培养学生运用所学知识分析问题和解决问题能力。对学生进行设计技能、计算绘图及编写阐明书初步训练。

2．课程设计题目

110kV电网继电保护配备与线路保护整定计算

3．课程设计规定

（1）课程设计全过程体现积极积极、态度认真、遵守纪律，能按课程设计任务书规定独立完毕课题任务，有自己独立看法和一定创新性。

（2）课程设计阐明书应涉及如下内容：课程设计任务书、保护配备、整定成果、评价与小结、计算书等。阐明书规定文字简要扼要、结论明确、笔迹清晰，图纸应整洁美观。

（3）加强对继电保护课程复习与总结，规定在答辩时论述和回答问题对的流畅，表达能力强，概念清晰。

4．课程设计任务
（1）熟悉任务书（一天）
学习规程，继电保护、自动装置配备原则；拟定系统运营方式，变压器运营方式。必要阐明系统运营方式、变压器运营方式类型和选取根据。
（2）保护方式选取与配备（一天）
规定为110kV输电线路及发电机-变压器组选取合理保护方式，并阐明相应根据。
（3）计算发电机、变压器、线路参数；绘制正序、零序网络（一天）
建立电力系统设备参数表（发电机、变压器、线路参数有一种算例，别的列表）；绘制电力系统阻抗图；建立电流、电压互感器参数表。
（4）相间短路保护整定计算(二天)
注意保护配合关系、方向性、分支系数、二次定值与互感器变比等问题考虑与计算，将整定成果列表，计算过程列于计算书中。
（5）接地短路保护整定计算(二天)
注意结合变压器中性点接地运营方式进行整定计算。其他规定同（4）。
（6）整顿阐明书（二天）
依照整定计算过程整顿相应资料，按设计规定完毕电子文档阐明书。
（7）课程设计考核。（一天）
答辩，交稿。
注：原始参数见附录
5．重要参照文献
（1）刘万顺.电力系统故障分析.北京：中华人民共和国电力出版社,
（2）崔家佩等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.北京：水利电力出版社，1995
（3）张保会.尹项根. 电力系统继电保护. 北京：中华人民共和国电力出版社，
（4）许建安 .继电保护整定计算.北京：中华人民共和国水利水电出版社，

6．课程设计进度安排
起 止 日 期
工 作 内 容

12月13日

12月14日
12月15日

12月16~17日
12月20~21日
12月22~23日
12月24日

熟悉任务书，学习规程拟定系统运营方式，变压器运营方式。
各元件保护方式选取，完毕相应电子文档
计算发电机、变压器、线路参数，拟定保护方式及互感器变比；绘制正序、零序网络，完毕相应电子文档。
相间短路保护整定计算，完毕相应电子文档
接地短路保护整定计算，完毕相应电子文档
整顿资料，按设计规定完毕电子文档阐明书
课程设计考核。
7．成绩考核办法

按课程设计体现占30%，课程设计阐明书占40%，课程设计答辩占30%比例计算成绩。

教研室审查意见：

教研室主任签字：

年 月 日
院（系、部、中心）意见：

主管领导签字：

年 月 日
课程设计选题之一
（一）已知条件
1、110kV系统接线简图如图所示。

（二）参数选取与详细任务
系统S最大运营方式正序阻抗
　0.12
变压器T6（T7）容量
　25MVA
系统S最小运营方式正序阻抗
　0.3
变压器T6（T7）短路电压比例
　10.5
系统S最大运营方式零序阻抗
　0.36

系统S最小运营方式零序阻抗
　0.90
线路SC长度
　50km
发电机G容量
　100MW
线路AB长度
　10km
发电机G次暂态电抗
　0.129
线路BC长度
　20km
电厂主变压器T容量
　125MVA
线路CA长度
　15km
电厂主变压器T短路电压比例
　12.5
选题
　一
变压器T4（T5）容量
　31.5MVA
开环运营位置
QFB
变压器T4（T5）短路电压比例
　10.5
整定线路
　AC

（1）各线路负荷自起动系数；其他参数按书上选取。
（2）发电厂各发电机组次暂态电抗均为=0.129（按自身额定容量标么值）；功率因数为均为0.85。最大发电容量为机组同步投运，最小发电容量为退出一台发电机组。假设发电机正、负电抗相等,等于次暂态电抗。
（3）各变电所引出线上后备保护动作时间如图示，后备保护时限级差△t＝0.5s；线路保护需整定两侧保护动作值，保护涉及接地保护和相间保护。
（4）线路正序电抗每公里均为0.4Ω/kM；负序阻抗等于正序阻抗；零序阻抗为1.2Ω/kM；线路阻抗角为80º。
（5）电压互感器变比kV，线路电流互感器变比可依照线路最大负荷电流选取，负荷阻抗角为30º。
（6）系统最大及最小正序、零序等值阻抗都已折算到100MVA原则容量下，系统S中性点接地。变压器短路电压比例按本变压器额定容量给出，详细参数见任务安排表。
（7）所有元件参数标么计算时，基准容量选取S= 100MVA，电压选取所在电压级别平均额定电压，各元件负序电抗均等于其正序电抗。
（三）课程设计阐明书格式规定
封面
目录
正文（涉及运营方式分析、保护配备原则及成果、参数计算成果、整定原则及成果等）
结论
结论中不要浮现个人体会，如“我得到锻炼……提高了专业水平等”词，结论是指本论文结论成果，重要是完毕了哪些详细工作，如保护如何配备，运营方式如何考虑，保护整定结论，本网络所采用保护“四性”方面评价等。结论控制在1000字以内。
参照文献
按格式列出五种及以上参照文献。

附录（涉及计算书、任务书等）
正文内容注意事项

（1）注意逻辑性，不要浮现内容重复及小标题套大标题状况。
（2）图、表和公式都必要有序号，且均采用二级编序，分别用阿拉伯数字按浮现先后顺序分章依序编号，其中公式序号外加圆括号，例如：图2.1、表3.2、式（4.1）等，附录中图表、公式序号前增长“A”以区别于正文中公式，例如附录2中第一种公式序号为（A2.1）。
（3）英文不要任意缩写，要注意精确性。

1 概述
1.1继电保护任务

继电保护备被称为是电力系统卫士，它基本任务有：

① 当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选取地将故障设备从电力系统中切除，保证系统别的某些迅速恢复正常运营，防止故障进一步扩大;
② 当发生不正常工作状况时，能自动、及时地选取新号上传给运营人员进行解决，或者切除那些继续运营会引起故障电气设备。
可见继电保护是任何电力系统必不可少构成某些，对保证系统安全运营、保证电能质量、防止故障扩大和事故发生，均有极其重要作用。

1.2继电保护整定计算基本任务

继电保护整定计算基本任务，就是要对各种继电保护给出整定值。本次设计中只要依照任务书规定，给出电力系统中某些继电保护装置整定方案。

1.3本设计继电保护内容

① 计算发电机、变压器、线路参数，拟定保护方式及互感器变比，绘制正序、零序网络；
② 相间短路保护整定计算，本设计选用距离保护整定；
③ 线路零序电流保护；
④ 整顿资料，按设计规定完毕电子文档阐明书。

2 保护配备原则及成果

2.1 110kV电网继电保护配备原则

1. 符合下列条件之一时，应装设一套全线速动保护

① 依照系统稳定规定有必要时；
② 线路发生三相短路，如使发电厂厂用母线电压低于容许值(普通约为70%额定电压)，且其她保护不能无时限和有选取地切除短路时；
③ 如电力网某些重要线路采用全线速动保护后，不但改进本线路保护性能，并且可以改进整个电网保护性能。

2. 后备保护配备原则

110kV线路宜采用远后备方式。

3. 对接地短路，应按下列规定之一装设保护

① 宜装设阶段式或反时限零序电流保护。
② 可采用接地距离保护，并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。
③ 本设计中选取安装距离保护和零序电流保护。必要满足:选取性、敏捷性、迅速性。

2.2本区域电网运营方式阐明

1. 发电机、变压器运营变化限度选取原则

系统最大运营方式是指在相似地点发生相似类型短路时流过保护安装处电流最大，相应系统等值阻抗最小。系统最小运营方式是指在相似地点发生相似类型短路时流过保护安装处电流最小，相应系统等值阻抗最大。
本系统最大运营方式为三台发电机-变压器组同步投运，四台所用变T4，T5，T6，T7同步投运，此时所发电容量最大，系统所相应等值阻抗最小。
因本系统三台三台发电机-变压器组等值阻抗相似，T5等值阻抗等于T4， T6等值阻抗等于T7,故本系统最小运营方式为G1，T1，G2，T2，,投入运营，此时所发电容量最小，系统所相应等值阻抗最大。

2. 变压器中性点接地选取原则

最大运营方式发电厂三台主变选取两台接地，最小运营方式下选取两台接地，所用变不接地。故本系统接地方式为T1、 T2接地，T4、T5、T6、T7不接地。

2.3本区域电网继电保护配备方案

1. 发电机保护配备

发电机是电力系统核心，要保证发电机安全、可靠运营，就必要针对其各种故障和异常工作状况，按照发电机容量及重要城，装设完善继电保护配备。重要涉及：①反映相间短路纵联差动保护；②反映定子绕组匝间短路匝间短路保护；③反映定子单相接地短路定子接地保护；④反映发电机外部相间短路后备保护及过负荷保护；⑤反映励磁回路接地励磁回路一点和两点接地保护；⑥反映低励磁或失磁失磁保护；⑦反映定子绕组过电压过电压保护；⑧反映发电机失步失步保护；⑨反映逆功率逆功率保护；⑩反映低频率低频保护等。
本设计中发电机保护选取①、②、③。

2. 主变某些保护配备

变压器故障可分为油箱外故障和油箱内故障，本系统中变压器主保护配备瓦斯保护和纵差保护，其中:瓦斯保护用于反映变压器箱体内故障；变压器纵差动保护，是变压器内部及引出线上短路故障主保护，它能反映变压器内部及引出线上相间短路、变压器内部匝间短路及大电流系统侧单相接地短路故障。此外，还能躲过变压器空充电及外部故障切除后励磁涌流。后备保护配备相间后备保护和接地后备保护：变压器相间后备保护采用复合电压启动过流保护，接地后备保护采用零序电流电压保护。此外，变压器两侧配备过负荷保护。

3. 110KV线路保护配备

距离保护是以反映从故障点到保护安装处指之间阻抗阻抗继电器为重要元件，动作时间具备阶梯特性保护装置。距离保护普通装设三段，必要时也可用四段，其中第Ⅰ段可以保护全线路80%~85%，其动作时间为保护装置固有动作时间，第Ⅱ段按阶梯特性与相邻保护相配合，动作时间普通为0.5~1s普通可以敏捷而较快地切除全线路范畴内故障。由Ⅰ、Ⅱ段构成线路重要保护。第Ⅲ（Ⅳ）段，其动作时间普通在2s以上，作为后备段保护。
零序电流保护反映中性点接地系统中发生接地短路时零序电流分量，零序电流保护接于电流互感器零序过滤器，普通由多段构成，对于110KV电压级别，单侧电源零序电流保护普通为三段式，双侧电源线路普通采用四段式。
本系统中采用相间距离保护作为反映相间短路保护装置；反映接地短路保护装置采用接地距离保护并辅之以阶段式（四段式）零序电流保护。
3 整定计算
3.1 发电机、变压器、线路参数计算

1. 正序阻抗计算
,,
① 发电机正序阻抗计算
以发电机 为例：

② 变压器正序阻抗计算
以变压器 为例：

③ 线路正序阻抗计算
以AB 为例：

2. 零序阻抗计算
① 变压器零序阻抗计算

② 线路零序阻抗计算
以线路AB 为例：

表2.1 系统设备正序阻抗参数表
名称
符号
基本参数
标幺值
有名值
发电机1
G1

发电机2
G2

发电机3
G3

变压器1
T1

变压器2
T2

变压器3
T3

变压器4
T4

变压器5
T5

变压器6
T6

变压器7
T7

线路AB
LAB

线路BC
LBC

线路AC
LCA

线路SC
LSC

系统
S

表2.2 系统设备零序阻抗参数表
名称
符号
基本参数
标幺值
有名值
变压器1
T1

变压器2
T2

变压器3
T3

变压器4
T4

变压器5
T5

变压器6
T6

变压器7
T7

线路AB
LAB

线路BC
LBC

线路AC
LAC

线路SC
LSC

系统
S

3. 电流、电压互感器选取
测量仪表用互感器一次电流普通应取。
查《电气工程专业毕业设计指南-电力系统分册》附表42，可选用电流互感器变比：

表2.3 电流、电压互感器参数表
名称
符号
变比
电流互感器
TA
nTA=/5A
电压互感器
TV
nTV=110/0.1KV
3.2正序、零序网路图

图2.1 系统故障点和保护安装示意
1. 系统正常运营时正序网络图

图2.2 系统正序网络图

2. 各种故障时正序、零序网路图等值电抗

表2.4各种故障下网络等值阻抗
故障点
运营方式
正序等值阻抗
负序等值阻抗
零序等值阻抗
K1
最大运营方式
0.061
0.061
0.048
K1
最小运营方式
0.079
0.079
0.047
K2
最大运营方式
0.092
0.092
0.163
K2
最小运营方式
0.097
0.097
0.151
K3
最大运营方式
0.108
0.108
0.227
K3
最小运营方式
0.103
0.103
0.2
K4
最大运营方式
0.067
0.067
0.048
K4
最小运营方式
0.085
0.085
0.065
K5
最小运营方式
0.086
0.086
0.23
K6
最小运营方式
0.109
0.109
0.138
3.3线路距离保护整定计算

1 整定原则

① 距离保护Ⅰ段整定，以保护1为例
距离保护Ⅰ段为零秒动作速断保护，按选取性规定，其保护区不能延伸出本线路末端，因此其测量元件整定阻抗，应当按躲过本线线路末端短路时测量阻抗来整定。
（3-1）
式中 ——被保护线路正序阻抗，Ω；
——可靠系数，由于距离保护为欠量动作，因此考虑到继电器误差、互感器误差和参数测量误差等因素，普通取0.8～0.85。
② 距离保护Ⅱ段整定
动作阻抗
1）与相邻线路距离保护Ⅰ段相配合，保护定值为
（3-2）
式中 ——可靠系数，普通取0.8
——最小分支系数，为相邻线路距离保护Ⅰ段保护范畴末端短路时，流过相邻线路短路电流与流过被保护线路短路电流实际也许最小比值。

2）与相邻变压器配合
（3-3）
式中 ——可靠系数，考虑变压器阻抗误差较大，普通取0.7～0.75；
——变压器低压侧母线故障时，实际也许最小分支系数。
敏捷度检查：
距离保护Ⅱ段，应能保护线路全长，本线路末端短路时，应有足够敏捷度。考虑到各种误差因素，规定敏捷系数应满足
（3-4）
如果不满足规定，则距离保护1Ⅱ段应改为与相邻线路保护Ⅱ段相配合。
动作时间
距离保护段动作时间，应比与之配合相邻元件保护动作时间大一种时间级差
即
（3-5）
式中 ——与本保护配合相邻元件保护段（x为Ⅰ或Ⅱ段）最大动作时间。
③ 距离保护第Ⅲ段整定
动作阻抗
与相邻线路AB距离保护Ⅱ段相配合，距离Ⅲ段整定为
（3-6）
可靠系数取法与Ⅱ段整定类似，分支系数应取各中状况下最小值。
如果与相邻下级线路距离保护Ⅱ段配合敏捷系数不满足规定，则应改为与相邻下级线路距离保护段配合。
敏捷度校验
距离保护Ⅲ段，既作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护近后备，又作为相邻下级设备保护远后备，敏捷度应分别进行校验。
1）作为近后备
（3-7）
2）作为远后备
（3-8）
式中 ——分支系数最大值
动作时间
（3-9）
式中 —与本保护配合相邻元件保护段（x为Ⅰ或Ⅱ段）最大动作时间。
2. 线路AC距离保护整定计算

表3.1距离保护1整定计算清单
计算项目
动作阻抗
动作阻抗（二次值）
动作时间
距离保护Ι段

0s
距离保护Ⅱ段

0.5s
距离保护Ⅲ段

2s

距离保护2计算过程与保护1完全相似，详细过程见计算书

表3.2距离保护2整定计算清单
计算项目
动作阻抗
动作阻抗（二次值）
动作时间
距离保护Ι段

0s
距离保护Ⅱ段

0.5s
距离保护Ⅲ段

3s
3.4零序电流保护整定计算

1. 整定原则

① 零序电流保护Ⅰ段整定计算，以保护1为例
动作电流按躲过被保护线路末端接地短路时流过保护安装处最大三倍零序电流，即
（3-10）
式中 —可靠系数，取值不不大于1.3，本次整定计算中取1.3；
—区外接地短路最大三倍零序电流，对于单回线普通取本线路末端接地短路时最大三倍零序电流。必要考虑正序等职阻抗与零序等值阻抗比值，时取单相接地电流，时取两相接地短路电流。
保护范畴
保护范畴应不不大于线路全长15%~20%
动作时间
零序电流Ⅰ段动作时间为保护装置固有动作时限。普通取
② 零序电流保护Ⅱ段整定计算
与相邻线路零序电流保护Ⅰ段相配合，即
（3-11）
式中 —可靠系数，不不大于1.1，本次整定计算中取1.1；
—相邻线路零序电流保护Ⅰ段动作电流二次值；
—分支系数，普通取常用运营方式和正常检修方式下相邻线路零序Ⅰ段保护末端接地短路时，流过被保护线路零序电流与故障线路零序电流之比最大值。
敏捷系数
敏捷系数计算为
（3-12）
式中 —在被保护线路末端接地短路时，流过保护最小零序电流。
—为敏捷系数取值不不大于1.3，本次计算中取1.3。
动作时间
在相邻保护动作时限基本上高一种时间级（0.5s）
当敏捷度不满足规定期，可采用下列方式解决:
与相邻线路零序Ⅱ段配合，即
（3-13）
式中 —可靠系数，不不大于1.1，本次整定计算中取1.1；
—相邻线路零序电流保护Ⅰ段动作电流二次值；
—分支系数，普通取常用运营方式和正常检修方式下相邻线路零序Ⅰ段保护末端接地短路时，流过被保护线路零序电流与故障线路零序电流之比最大值。
此时动作时间为
在相邻保护动作时限基本上高一种时间级（1s）。
保护范畴
保护本线路全长及下线路一某些，但不超过下线零序Ⅰ段保护范畴。
③ 零序电流保护Ⅲ段整定计算
按本线路末端接地短路时有足够敏捷度整定为
（3-14）
式中 —可靠系数，取1.2～1.3；
—本线路末端三相短路时，流过保护最大不平衡电流；
—非周期分量系数，取1～2，本处取1.5；
—电流互感器误差，取0.1；
—本线路末端三相短路时，流过保护最大短路电流。
敏捷系数
敏捷系数计算为
近后备 （3-15）
远后备 （3-16）
式中 —在被保护线路末端接地短路时，流过保护最小零序电流。
—在被保护线路相邻元件末端接地短路时，流过保护最小零序电流。
—为敏捷系数取值不不大于1.5。
—为敏捷系数取值不不大于1.2。

2. 线路AC零序电流保护整定计算

表3.3阶段式零序电流保护1整定计算成果表

名称
整定区段
整定（二次）值
动作时间
保护P1
零序Ⅰ段
17.05A
0S

零序Ⅱ段
9.35A
0.5S

零序Ⅲ段
2.26A
在相邻保护动作时限基本上高一种时间级

距离保护2计算过程与保护1完全相似，详细过程见计算书

表3.4阶段式零序电流保护2整定计算成果表
名称
整定区段
整定（二次）值
动作时间
保护P2
零序Ⅰ段
31.17A
0S

零序Ⅱ段
8.274A
1S

零序Ⅲ段
4.014A
3S

4 结论

本次课程设计内容是110KV电网继电保护配备与整定计算某些设计，在这次设计中，我重要完毕了如下任务：
拟定系统运营方式、变压器运营方式及中性点接地方式选取，以及短路点选用办法。
在本次课程设计中，是先拟定系统最大和最小运营方式。最大运营方式就是所有发电机都投入运营，此时发电容量最大，所相应阻抗值最小。最小运营方式是发电容量最小，所相应阻抗值最大，本次课程设计中选是T2。对于变压器中性点接地方式选取，发电厂、变电所低压侧有电源变压器，中性点均应接地运营。T接于线路上变压器，以不接地运营为宜。
阻抗计算与短路电流计算。一方面进行发电厂、变压器、线路参数计算，以及电流、电压互感器选取。短路电流计算须先选取短路点，本电网中QFB线路开环，AC线路整定，在距离保护Ⅰ段整定期，须按躲过本线路末端短路时测量阻抗来整定，起保护范畴大概为本线路全长80%85%。距离Ⅱ段保护须与相邻线路距离保护Ⅰ段相配合。运用Visio软件绘制出正序、零序网络，在绘制是须注意变压器中性点接地与否与零序阻抗计算密切有关，只有中性点接地才是零序电流通路，中性点不接地零序电流不能流通。最后计算各点短路在最大最小运营方式下相间短路电流、接地短路电流。
综上所述，本论文重要完毕了在系统QFB段开环前提下，综合考虑系统最大与最小两种运营方式状况，对线路AC段作出了继电保护配备与整定。其中线路AC段配备了相间距离保护作为反映相间短路保护装置，反映接地短路保护装置采用接地距离保护并辅之以阶段式（四段式）零序电流保护。符合110kV电网继电保护配备原则，并校验了以上所述保护敏捷度，校验成果满足系统中对继电保护可靠性，选取性，速动性，敏捷性规定。
5 参照文献

1 张保会，尹项根.电力系统继电保护.北京：中华人民共和国电力出版社，
2 姚春球.发电厂电气某些. 北京：中华人民共和国电力出版社，
3 李光琦.电力系统暂态分析. 北京：中华人民共和国电力出版社，
4 陈跃.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册.北京：中华人民共和国水利水电出版社,.
5 韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册.北京：中华人民共和国水利水电出版社，
6 崔家佩，孟庆炎，陈永芳，熊炳耀.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.
北京：中华人民共和国水利水电出版社，1995
7 刘万顺.电力系统故障分析.北京：中华人民共和国电力出版社,
8 许建安 .继电保护整定计算.北京：中华人民共和国水利水电出版社，