电力系统继电保护课程设计说明书样本.doc

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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继电保护的任务 9
1.2继电保护整定计算的基本任务 9
1.3本设计继电保护内容 9
2 保护配置原则及结果 10
2.1 110kV电网继电保护配置原则 10
2.2本区域电网的运行方式说明 10
2.3本区域电网继电保护配置方案 11
3 整定计算 12
3.1 发电机、 变压器、 线路的参数的计算 12
3.2正序、 零序网路图 15
3.3线路距离保护的整定计算 16
4 结论 22
5 参考文献 23

1．课程设计目的

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的能力。对学生进行设计技能、 计算绘图及编写说明书的初步训练。

2．课程设计题目

110kV电网继电保护配置与线路保护整定计算

3．课程设计要求

( 1) 课程设计的全过程表现积极主动、 态度认真、 遵守纪律, 能按课程设计任务书的要求独立完成课题任务, 有自己的独立看法和一定的创新性。

( 2) 课程设计说明书应包括以下内容: 课程设计任务书、 保护配置、 整定结果、 评价与小结、 计算书等。说明书要求文字简明扼要、 结论明确、 字迹清楚, 图纸应整洁美观。

( 3) 加强对继电保护课程的复习与总结, 要求在答辩时叙述和回答问题正确流畅, 表示能力强, 概念清楚。

4．课程设计任务
( 1) 熟悉任务书( 一天)
学习规程, 继电保护、 自动装置配置原则; 确定系统运行方式, 变压器运行方式。必须说明系统运行方式、 变压器运行方式类型和选择的依据。
( 2) 保护方式的选择与配置( 一天)
要求为110kV输电线路及发电机-变压器组选择合理的保护方式, 并说明相应的依据。
( 3) 计算发电机、 变压器、 线路的参数; 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、 线路参数有一个算例, 其余列表) ; 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)
注意保护的配合关系、 方向性、 分支系数、 二次定值与互感器变比等问题的考虑与计算, 将整定结果列表, 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行方式进行整定计算。其它要求同( 4) 。
( 6) 整理说明书( 二天)
根据整定计算过程整理相应资料, 按设计要求完成电子文档说明书。
( 7) 课程设计考核。( 一天)
答辩, 交稿。
注: 原始参数见附录
5．主要参考文献
( 1) 刘万顺.电力系统故障分析.北京: 中国电力出版社,
( 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: 中国电力出版社,
( 4) 许建安 .继电保护整定计算.北京: 中国水利水电出版社,

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, 学习规程确定系统运行方式, 变压器运行方式。
各元件保护方式的选择, 完成相应电子文档
计算发电机、 变压器、 线路的参数, 确定保护方式及互感器变比; 绘制正序、 零序网络, 完成相应电子文档。
相间短路保护整定计算, 完成相应电子文档
接地短路保护整定计算, 完成相应电子文档
整理资料, 按设计要求完成电子文档说明书
课程设计考核。
7．成绩考核办法

按课程设计表现占30%, 课程设计说明书占40%, 课程设计答辩占30%的比例计算成绩。

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) 参数选择与具体任务
系统S最大运行方式正序阻抗
　0.12
变压器T6( T7) 容量
　25MVA
系统S最小运行方式正序阻抗
　0.3
变压器T6( T7) 短路电压百分比
　10.5
系统S最大运行方式零序阻抗
　0.36

系统S最小运行方式零序阻抗
　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短路电压百分比
　12.5
选题
　一
变压器T4( T5) 容量
　31.5MVA
开环运行位置
QFB
变压器T4( T5) 短路电压百分比
　10.5
整定线路
　AC

( 1) 各线路的负荷自起动系数; 其它参数按书上选择。
( 2) 发电厂各发电机组的次暂态电抗均为=0.129( 按自身额定容量的标么值) ; 功率因数为均为0.85。最大发电容量为机组同时投运, 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) 各变电所引出线上的后备保护动作时间如图示, 后备保护的时限级差△t＝0.5s; 线路保护需整定两侧保护动作值, 保护包括接地保护和相间保护。
( 4) 线路的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) 电压互感器的变比kV, 线路电流互感器变比可根据线路最大负荷电流选择, 负荷阻抗角为30º。
( 6) 系统最大及最小的正序、 零序等值阻抗都已折算到100MVA标准容量下, 系统S中性点接地。变压器的短路电压百分比按本变压器额定容量给出, 具体参数见任务安排表。
( 7) 所有元件参数标么计算时, 基准容量选择S= 100MVA, 电压选择所在电压等级的平均额定电压, 各元件负序电抗均等于其正序电抗。
( 三) 课程设计说明书格式要求
封面
目录
正文( 包括运行方式分析、 保护配置原则及结果、 参数计算结果、 整定原则及结果等)
结论
结论中不要出现个人体会, 如”我得到锻炼……提高了专业水平等”词, 结论是指本论文的结论成果, 主要是完成了哪些具体工作, 如保护如何配置, 运行方式如何考虑, 保护的整定结论, 本网络所采用的保护”四性”方面的评价等。结论控制在1000字以内。
参考文献
按格式列出五种及以上参考文献。

附录( 包括计算书、 任务书等)
正文内容注意事项

( 1) 注意逻辑性, 不要出现内容重复及小标题套大标题的情况。
( 2) 图、 表和公式都必须有序号, 且均采用二级编序, 分别用阿拉伯数字按出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, 附录中的图表、 公式序号前增加”A”以区别于正文中的公式, 例如附录2中第一个公式序号为( A2.1) 。
( 3) 英文不要任意缩写, 要注意准确性。

1 概述
1.1继电保护的任务

继电保护备被称为是电力系统的卫士, 它的基本任务有:

① 当电力系统发生故障时, 自动、 迅速、 有选择地将故障设备从电力系统中切除, 保证系统其余部分迅速恢复正常运行, 防止故障进一步扩大;
② 当发生不正常工作情况时, 能自动、 及时地选择新号上传给运行人员进行处理, 或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。
可见继电保护是任何电力系统必不可少的组成部分, 对保证系统安全运行、 保证电能质量、 防止故障的扩大和事故的发生, 都有极其重要的作用。

1.2继电保护整定计算的基本任务

继电保护整定计算的基本任务, 就是要对各种继电保护给出整定值。本次设计中只要根据任务书要求, 给出电力系统中部分继电保护装置的整定方案。

1.3本设计继电保护内容

① 计算发电机、 变压器、 线路的参数, 确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 整理资料, 按设计要求完成电子文档说明书。

2 保护配置原则及结果

2.1 110kV电网继电保护配置原则

1. 符合下列条件之一时, 应装设一套全线速动保护

① 根据系统稳定要求有必要时;
② 线路发生三相短路, 如使发电厂厂用母线电压低于允许值(一般约为70%额定电压), 且其它保护不能无时限和有选择地切除短路时;
③ 如电力网的某些主要线路采用全线速动保护后, 不但改进本线路保护性能, 而且能够改进整个电网保护的性能。

2. 后备保护配置原则

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 本设计中选择安装距离保护和零序电流保护。必须满足:选择性、 灵敏性、 快速性。

2.2本区域电网的运行方式说明

1. 发电机、 变压器运行变化限度的选择原则

系统最大运行方式是指在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大, 对应的系统等值阻抗最小。系统最小运行方式是指在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小, 对应的系统等值阻抗最大。
本系统的最大运行方式为三台发电机-变压器组同时投运, 四台所用变T4, T5, T6, T7同时投运, 此时所发电容量最大, 系统所对应的等值阻抗最小。
因本系统的三台三台发电机-变压器组的等值阻抗相同, T5的等值阻抗等于T4的, T6的等值阻抗等于T7的,故本系统的最小运行方式为G1, T1, G2, T2, ,投入运行, 此时所发电容量最小, 系统所对应的等值阻抗最大。

2. 变压器中性点接地的选择原则

最大运行方式发电厂的三台主变选择两台接地, 最小运行方式下选择的两台接地, 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置方案

1. 发电机保护配置

发电机是电力系统的核心, 要保证发电机的安全、 可靠运行, 就必须针对其各种故障和异常工作情况, 按照发电机容量及重要城的, 装设完善的继电保护配置。主要包括: ①反映相间短路的纵联差动保护; ②反映定子绕组匝间短路的匝间短路保护; ③反映定子单相接地短路的定子接地保护; ④反映发电机外部相间短路的后备保护及过负荷保护; ⑤反映励磁回路接地的励磁回路一点和两点接地保护; ⑥反映低励磁或失磁的失磁保护; ⑦反映定子绕组过电压的过电压保护; ⑧反映发电机失步的失步保护; ⑨反映逆功率的逆功率保护; ⑩反映低频率的低频保护等。
本设计中发电机保护选择①、 ②、 ③。

2. 主变部分保护配置

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置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的主保护, 它能反应变压器内部及引出线上的相间短路、 变压器内部匝间短路及大电流系统侧的单相接地短路故障。另外, 还能躲过变压器空充电及外部故障切除后的励磁涌流。后备保护配置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的过流保护, 接地后备保护采用零序电流电压保护。另外, 变压器的两侧配置过负荷保护。

3. 110KV线路保护配置

距离保护是以反映从故障点到保护安装处指之间阻抗的阻抗继电器为主要元件, 动作时间具有阶梯特性的保护装置。距离保护一般装设三段, 必要时也可用四段, 其中第Ⅰ段能够保护全线路的80%~85%, 其动作时间为保护装置的固有动作时间, 第Ⅱ段按阶梯特性与相邻保护相配合, 动作时间一般为0.5~1s一般能够灵敏而较快地切除全线路范围内的故障。由Ⅰ、 Ⅱ段构成线路的主要保护。第Ⅲ( Ⅳ) 段, 其动作时间一般在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的零序电流分量, 零序电流保护接于电流互感器的零序过滤器, 一般由多段组成, 对于110KV电压等级, 单侧电源的零序电流保护一般为三段式, 双侧电源线路一般采用四段式。
本系统中采用相间距离保护作为反映相间短路的保护装置; 反映接地短路的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、 线路的参数的计算

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
基础参数
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
基础参数
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、 电压互感器的选择
测量仪表用互感器的一次电流一般应取。
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. 系统正常运行时的正序网络图

图2.2 系统正序网络图

2. 各种故障时正序、 零序网路图的等值电抗

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

1 整定原则

① 距离保护Ⅰ段的整定, 以保护1为例
距离保护Ⅰ段为零秒动作的速断保护, 按选择性要求, 其保护区不能延伸出本线路末端, 因此其测量元件的整定阻抗, 应该按躲过本线线路末端短路时的测量阻抗来整定。
( 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, 一般取0.8～0.85。
② 距离保护Ⅱ段的整定
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, 一般取0.8
——最小分支系数, 为相邻线路距离保护Ⅰ段保护范围末端短路时, 流过相邻线路的短路电流与流过被保护线路的短路电流实际可能的最小比值。

2) 与相邻的变压器配合
( 3-3)
式中 ——可靠系数, 考虑变压器阻抗误差较大, 一般取0.7～0.75;
——变压器低压侧母线故障时, 实际可能的最小分支系数。
灵敏度检验:
距离保护Ⅱ段, 应能保护线路的全长, 本线路末端短路时, 应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素, 要求灵敏系数应满足
( 3-4)
如果不满足要求, 则距离保护1的Ⅱ段应改为与相邻线路的保护Ⅱ段相配合。
动作时间
距离保护段的动作时间, 应比与之配合的相邻元件保护动作时间大一个时间级差
即
( 3-5)
式中 ——与本保护配合的相邻元件保护段( x为Ⅰ或Ⅱ段) 最大的动作时间。
③ 距离保护第Ⅲ段的整定
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)
可靠系数的取法与Ⅱ段整定类似, 分支系数应取各中情况下的最小值。
如果与相邻下级线路距离保护Ⅱ段配合灵敏系数不满足要求, 则应改为与相邻下级线路距离保护段配合。
灵敏度校验
距离保护的Ⅲ段, 既作为本线路Ⅰ、 Ⅱ段保护的近后备, 又作为相邻下级设备保护的远后备, 灵敏度应分别进行校验。
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 —与本保护配合的相邻元件保护段( x为Ⅰ或Ⅱ段) 最大的动作时间。
2. 线路AC的距离保护整定计算

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的计算过程与保护1完全相同, 具体过程见计算书

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
3.4零序电流保护的整定计算

1. 整定原则

① 零序电流保护Ⅰ段的整定计算, 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的最大三倍零序电流, 即
( 3-10)
式中 —可靠系数, 取值不小于1.3, 本次整定计算中取1.3;
—区外接地短路的最大三倍零序电流, 对于单回线一般取本线路末端接地短路时的最大三倍零序电流。必须考虑正序等职阻抗与零序等值阻抗的比值, 时取单相接地电流, 时取两相接地短路的电流。
保护范围
保护范围应不小于线路全长的15%~20%
动作时间
零序电流Ⅰ段的动作时间为保护装置的固有动作时限。一般取
② 零序电流保护Ⅱ段的整定计算
与相邻线路零序电流保护的Ⅰ段相配合, 即
( 3-11)
式中 —可靠系数, 不小于1.1, 本次整定计算中取1.1;
—相邻线路零序电流保护Ⅰ段的动作电流二次值;
—分支系数, 一般取常见运行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的最大值。
灵敏系数
灵敏系数的计算为
( 3-12)
式中 —在被保护线路末端接地短路时, 流过保护的最小零序电流。
—为灵敏系数取值不小于1.3, 本次计算中取1.3。
动作时间
在相邻保护动作时限的基础上高一个时间级( 0.5s)
当灵敏度不满足要求时, 可采取下列方式解决:
与相邻线路零序Ⅱ段配合, 即
( 3-13)
式中 —可靠系数, 不小于1.1, 本次整定计算中取1.1;
—相邻线路零序电流保护Ⅰ段的动作电流二次值;
—分支系数, 一般取常见运行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的最大值。
此时动作时间为
在相邻保护动作时限的基础上高一个时间级( 1s) 。
保护范围
保护本线路全长及下线路的一部分, 但不超过下线零序Ⅰ段的保护范围。
③ 零序电流保护Ⅲ段的整定计算
按本线路末端接地短路时有足够的灵敏度整定为
( 3-14)
式中 —可靠系数, 取1.2～1.3;
—本线路末端三相短路时, 流过保护的最大不平衡电流;
—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, 流过保护的最大短路电流。
灵敏系数
灵敏系数的计算为
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, 流过保护的最小零序电流。
—在被保护线路相邻元件末端接地短路时, 流过保护的最小零序电流。
—为灵敏系数取值不小于1.5。
—为灵敏系数取值不小于1.2。

2. 线路AC的零序电流保护整定计算

表3.3阶段式零序电流保护1整定计算结果表

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的基础上高一个时间级

距离保护2的计算过程与保护1完全相同, 具体过程见计算书

表3.4阶段式零序电流保护2整定计算结果表
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

本次课程设计的内容是110KV电网继电保护配置与整定计算的部分设计, 在这次设计中, 我主要完成了以下任务:
确定系统的运行方式、 变压器的运行方式及中性点接地方式的选择, 以及短路点的选取方法。
在本次课程设计中, 是先确定系统的最大和最小运行方式。最大运行方式就是所有发电机都投入运行, 此时发电容量最大, 所对应的阻抗值最小。最小运行方式是发电容量最小, 所对应的阻抗值最大, 本次课程设计中选的是T2。对于变压器中性点接地方式的选择, 发电厂、 变电所低压侧有电源的变压器, 中性点均应接地运行。T接于线路上的变压器, 以不接地运行为宜。
阻抗计算与短路电流计算。首先进行发电厂、 变压器、 线路的参数计算, 以及电流、 电压互感器的选择。短路电流的计算须先选择短路点, 本电网中QFB线路开环, AC线路整定, 在距离保护Ⅰ段整定时, 须按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定, 起保护范围大约为本线路全长的80%85%。距离Ⅱ段的保护须与相邻线路距离保护Ⅰ段相配合。利用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的计算密切相关, 只有中性点接地才是零序电流的通路, 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行方式下的相间短路电流、 接地短路电流。
综上所述, 本论文主要完成了在系统QFB段开环的前提下, 综合考虑系统的最大与最小两种运行方式情况, 对线路AC段作出了继电保护配置与整定。其中线路AC段配置了相间距离保护作为反映相间短路的保护装置, 反映接地短路的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电网继电保护配置原则, 并校验了以上所述保护的灵敏度, 校验结果满足系统中对继电保护可靠性, 选择性, 速动性, 灵敏性的要求。
5 参考文献

1 张保会, 尹项根.电力系统继电保护.北京: 中国电力出版社,
2 姚春球.发电厂电气部分. 北京: 中国电力出版社,
3 李光琦.电力系统暂态分析. 北京: 中国电力出版社,
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: 中国水利水电出版社, 1995
7 刘万顺.电力系统故障分析.北京: 中国电力出版社,
8 许建安 .继电保护整定计算.北京: 中国水利水电出版社,