电力系统继电保护课程设计11剖析.docx

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电力系统继电保护课程设计11剖析

河南科技大学

课程设计说明书

课程名称单片机原理

题目继电保护课程设计

学院农业工程学院

班级农电1202

学生姓名田家配

指导教师李树强

日期2015年6月26日

110KV线路继电保护课程设计

摘要

为给110KV单电源环形电网进行继电保护设计，首先选择过电流保护，对电网进行短路电流计算，包括适中电流的正序、负序、零序电流的短路计算，整定电流保护的整定值。

在过电流保护不满足的情况下，相间故障选择距离保护，接地故障选择零序电流保护，同时对距离保护、零序电流保护进行整定计算，并用AUOCAD绘制出保护配置原理图。

作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,《电力系统继电保护》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。

本次设计的任务主要包括了六大部分，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、对所选择的保护装置进行综合评价。

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：

继电保护，短路电流，整定计算

第1章绪论

电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源，电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。

电力系统的各种元件在运行中不可能一直保持正常状态。

因此，需要有专门的技术为电力系统建立一个安全保障体系，其中最重要的专门技术之一就是继电保护技术。

它可以按指定分区实时的检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最大限度地维持系统的稳定，保持供电的连续性，保障人身的安全，防止或减轻设备损坏。

由于最初的继电保护装置是又机电式继电器为主构成的，故称为继电保护装置。

尽管现代继电保护装置已发展成为由电子元件或微型计算机为主构成的，但仍沿用次名称。

目前常用继电保护一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。

从科学技术的角度，电力系统继电保护隶属于电力系统及其自动化专业领

域；从工业生产的角度，电力系统继电保护是电力工业的一个必不可少的组成部分，担负着保障电力系统安全运行的重要职责。

随着我国电力工业的迅速发展，各大电力系统的容量和电网区域不断扩大。

为适应大电网发展的需要，相继出现超高压电网和大容量机组，致使电网结构日趋复杂，电力系统稳定问题日益突出，因此对电力系统继电保护提出了更高的要求。

第2章运行方式的选择

2.1运行方式的选择原则

2.1.1发电机、变压器运行方式选择的原则

（1）一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故

障；当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。

对水电厂，还应根据水库运行方式选择。

（2）一个发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量

最大的一台停用。

2.1.2变压器中性点接地选择原则

（1）发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要接地。

（2）自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。

（3）T接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。

（4）为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后

再断开，这种情况不按接地运行考虑。

2.1.3线路运行方式选择原则

（1）一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，

另一条线路又故障的方式。

（2）双回路一般不考虑同时停用。

2.1.4流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择

（1）相间保护

对单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大短路电流出现在最大运行方式；

而最小短路电流，则出现在最小运行方式。

对于双电源的网络，一般（当取Z1=Z2时）与对侧电源的运行方式无关，可按单侧电源的方法选择。

对于环状网络中的线路，流过保护的电大短路电流应选取开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一线线路上。

而对于电小短路电流，则应选闭环运行方式，同时再合理停用该保护背后的机组、变压器及线路。

（2）零序电流保护

对于单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大零序短路电流与最小零序电流，其选择方法可参照相间短路中所述，只需注意变压器接地点的变化。

对于双电源的网络及环状网，同样参照相间短路中所述，其重点也是考虑变压器接地点的变化。

2.1.5选取流过保护的最大负荷电流的原则

选取流过保护的最大负荷电流的原则如下：

（1）备用电源自动投入引起的增加负荷。

（2）并联运行线路的减少，负荷的转移。

（3）环状网络的开环运行，负荷的转移。

（4）对于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增加负

荷。

2.2本次设计的具体运行方式的选择

电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。

因此，在对继电保护进行整定计弊之前，首先应该分析运行方式。

这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。

因此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。

现结合本次设计具体说明如下，系统的最大运行方式是所有设备全部投入运行；系统的最小运行方式为发电机G1和G2投入，发电机G3停运。

对保护1而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式下线路L1回路断开，其他设备全投；保护1的最小运行方式应该是：

在系统的最小运行方式下线路L1+L2与L3并联运行。

第3章电网各个元件参数计算及负荷电流计算

3.1基准值选择

基准功率：

SB=100MV·A，基准电压：

VB=115V。

基准电流：

IB=SB/1.732VB=100×103/1.732×115=0.502KA；基准电抗：

ZB=VB/1.732IB=115×103/1.732×502=132.25Ω；电压标幺值：

E=E

（2）=1.05

3.2电网各元件等值电抗计算

3.2.1输电线路等值电抗计算

（1）线路L1等值电抗计算

正序以及负序电抗：

XL1=X1L1=0.4×50=20Ω

XL1*=XL1/ZB=20/132.25=0.1512

零序电抗：

XL10=X0L1=3X1L1=3×0.4×50=60Ω

XL10*=XL10/ZB=60/132.25=0.4537

（2）线路L2等值电抗计算

正序以及负序电抗：

XL2=X1L2=0.4×40=16Ω

XL2*=XL2/ZB=16/132.25=0.121

零序电抗：

XL20=X0L2=3X1L2=3×0.4×40=48Ω

XL20*=XL20/ZB=48/132.25=0.363

（3）线路L3等值电抗计算

正序以及负序电抗：

XL3=X1L3=0.4×90=36Ω

XL3*=XL3/ZB=36/132.25=0.2722

零序电抗：

XL30=X0L3=3X1L3=3×0.4×90=108Ω

XL30*=XL30/ZB=108/132.25=0.8166

（4）线路L4等值电抗计算

正序以及负序电抗：

XL4=X1L4=0.4×25=10Ω

XL4*=XL4/ZB=10/132.25=0.0756

零序电抗：

XL40=X0L4=3X1L4=3×0.4×25=30Ω

XL40*=XL40/ZB=30/132.25=0.2268

3.2.2变压器等值电抗计算

（1）变压器T1、T2等值电抗计算

XT1=XT2=（UK%/100）×（VN2×103/SN）≈40.333Ω

XT1*=XT2*=XT1/ZB=40.333/132.25=0.3050

（3）变压器T4、、T6、等值电抗计算

XT4==XT6==（UK%/100）×（VN2×103/SN）≈63.5Ω

XT6*=XT7*=XT4*=XT5*=0.4802

3.2.3发电机等值电抗计算

（1）发电机G1、G2电抗标幺值计算

XG1*=XG2*=Xd1SB/SG1=Xd1SBCOSφ/PG1=0.132×100×0.8/25=0.4224

（2）发电机G3电抗标幺值计算

XG3*=Xd3SB/SG3=Xd3SBCOSφ/PG3=0.129×100×0.8/50=0.2064

3.2.4最大负荷电流计算

（1）B、C母线最大负荷电流计算

最大负荷电流计算（拆算到110KV）

IfhB·max=IfhC·max=PfhBmaxVav2/1.732UCOSφ

=20×103/1.732×115×0.8≈0.1255KA；

3.2.5各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流

（2）保护2的最大运行方式：

发电机Fl、P2、F3全投入，断开L3回路；通

过保护2最大负荷电流为

。

保护2的最小运行方式；F3停，线路全部运行。

（3）保护4的最大运行方式：

Fl、F2、F3全投，继开线路L3；通过保护4

的最大负荷电流为

。

保护4的最小运行方式：

F3停，线路全部运行。

（6）保护6因正常运行时不可能有正向电流通过，要是有正向电流

通过，一定是线路发生故障。

为此，在保护3和保护7上只需判别电流（功率）的方向即可，故不用分析保护3和保护6的运行方式。

第4章短路电流计算

4.1电网等效电路图

由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式（三台发电机全部投入,系统环网取开网运行）时各线路未端短路的情况,最小运行方下（三台中最小的一台投入,系统按环网计算）时各线路未端短路的情况。

电网等效电路图如图3.1所示

图4.1电网等效电路图

4.2短路电流计算

4.2.1d1点发生短路时流过断路1

（1）d1点短路最大运行方式下等值图如图3.2.1（a）

4.2.1（a）d1点短路时最大运行方式下的等值电路图

进一步简化后得图3.2.1（b）

4.2.1（b）简化图

XGT=（XG1+XT1）×（XG2+XT2）/（XG1+XT1+XG2+XT2）=0.3637

XGT3=XG3+XT3=0.2064+0.1601=0.3665

XL=XL1+XL2+XL3=0.1512+0.121+0.2722=0.5444

图4.2.1（b）正序短路电路图

其中：

XdT=XGT×XGT3/（XGT+XGT3）=0.3637×0.3665/（0.3637+0.3665）=0.18255

Xff1=XdT+XL=0.18255+0.5444=0.72695

Id1·max*=E/Xff1=1.05/0.72695≈1.4444

Id1·max=Id1·max*IB=1.4444×0.502≈0.725KA

（2）最小运行方式两相短路正序短路电流

Xff1=Xd1+XT1＋XL=0.4224+0.3050+0.5444=1.2718

Xff1

（2）

（2）=Xff1

Ifa

（1）

（2）=Vf（0）/（Xff1＋Xff1

（2）

（2））=Vf（0）/2Xff1=1.05/2×1.2718=0.4128

If

（2）*=1.732Ifa

（1）

（2）=1.732×0.4128=0.7150

If

（2）=If

（2）*IB=0.7150×0.502=0.3589KA

（3）最大运行方式两相短路零序短路电流.

图4.2.1（c）零序短路电路图

XTT（0）=XT1（0）/2=0.1525

XT（0）=0.1525×0.1601/（0.1525+0.0.1601）=0.0781

XTBL（0）=（0.4536+0.0781）×0.2401/（0.4536+0.0781+0.2401）=0.167

XTL（0）=（0.2268+0.6405）×0.2401/（0.2268+0.6405+0.2401）=0.188

XTLB（0）=（0.363+0.167）×0.188/（0.363+0.167+0.188）=0.1388

Xff1（0）=XL3（0）+XTLB（0）=0.8166＋0.1388=0.9554

Iff1（0）*=E（0）/Xff1（0）=1.05/0.9554=1.099

Iff1（0）=Iff1（0）*IB=1.099×0.502=0.552KA

4.2.2d2发生短路时流过断路2

（1）最大运行方式正序短路电流

Xff2=XdT+XL3=0.18255+0.2722=0.45475

Id2·max*=E/Xff2=1.05/0.45475≈2.309

Id2·max=Id2·max*IB=2.309×0.502≈1.159KA

（2）最小运行方式两相短路正序短路电流

X2=（XL1+XL2）×XL3/（XL1+XL2+XL3）=XL3/2=0.1361

Xff2=Xd1+X2=0.18255+0.1361=0.31865

If（3）*=E/2Xff1=1.05/2×0.31865=1.6475

If（3）=If（3）*IB=3.295×0.502=0.827KA

If

（2）*=1.732E/4Xff1=1.732×1.05/4×0.31865=1.429

流过断路器1、2、3、4、5和6的短路电流为：

If

（2）=If

（2）*IB=1.429×0.502=0.7163KA

（3）最大运行方式两相短路零序短路电流,如图3.2.2示

图4.2.2短路等值电路

XBL（0）=XL1（0）×XTB（0）/（XL1（0））+XTB（0））=0.4536×0.2401/（0.4536+0.2401）=0.157

XTL（0）=（XL4（0）+XT8（0））×XTC（0）/（XL4（0）+XT8（0）+XTC（0））=0.188

XLB（0）=（XL2（0）+XBL（0））×XTL（0）/（XL2（0）+XTBL（0）+XTC（0））=0.138

Xff2（0）=（XL3（0）+XT（0））×XLB（0）/（XL3（0）+XT（0））+XLB（0））=0.1208

Iff2（0）*=E（0）/Xff2（0）=1.05/0.1208=8.692

Iff2（0）=Iff2（0）*IB=8.692×0.502=4.3634KA

4.2.3d3发生短路时流过断路2

（1）最大运行方式正序短路电流

Xff3=XdT+XL=0.18255+0.5444=0.72695

Id3·max*=E/Xff3=1.05/0.72695≈1.4444

Id3·max=Id3·max*IB=1.4444×0.502≈0.725KA

（2）最小运行方式两相短路正序短路电流

Xff3=Xd1+XT1＋XL=0.4224+0.3050+0.5444=0.9996

If

（2）*=1.732E/2Xff1=1.732×1.05/2×0.9996=0.9097

If

（2）=If

（2）*IB=0.9097×0.502=0.4567KA

（3）最大运行方式两相短路零序短路电流,如图3.2.3示

图4.2.3短路等值电路

XTL4（0）=（XL4（0）+XT8）×（XL3（0）+XT）/（XL4（0）+XT8+XL3（0）+XT）

=（0.2268+0.6405）×（0.8166+0.0781）/（0.2268+0.6405+0.8166+0.0781）

=0.4404

XTL2（0）=（XL2（0）+XTC）×XTB/（XL2（0）+XTC+XTB）

=（0.363+0.2401）×0.2401/（0.363+0.2401+0.2401）

=0.1717

XBL（0）=XTL4（0）×XTL2（0）/（XTL4（0）+XTL2（0））=0.4404×0.1717/（0.4404+0.1717）

=0.1235

Xff3（0）=XL1（0）+XBL（0）=0.4536＋0.1235=0.5771

Iff3（0）*=E（0）/Xff3（0）=1.05/0.5771=1.819

Iff3（0）=Iff3（0）*IB=1.89×0.502=0.913KA

4.2.4d4点发生短路时流过断路1

（1）最大运行方式正序短路电流

Xff4=XdT+XL1=0.18255+0.1512=0.33375

Id4·max*=E/Xff4=1.05/0.33375≈3.146

Id4·max=Id4·max*IB=3.146×0.502≈1.579KA

（2）最小运行方式短路正序短路电流

X3=（XL3+XL2）×XL1/（XL1+XL2+XL3）

=（0.2722+0.121）×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）

=0.1156

Xff2=Xd1+X3=0.18255+0.1156=0.2981

If（3）*=E/Xff1=1.05/0.2981=3.522

If（3）=If（3）*IB=3.522×0.502=1.768KA

流过断路器1、4、5的三相短路电流为：

If（3）1=If（3）×XL1/（XL1+XL2+XL3）

=1.768×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）

=0.491KA

流过断路器2、3的三相短路电流为：

If2（3）=If

（2）*－If1

（2）=1.768KA-0.491KA=1.277KA

If

（2）*=1.732E/2Xff1=1.732×1.05/2×0.2981=3.0496

If

（2）=If

（2）*IB=3.0496×0.502=1.531KA

If

（2）1*=If

（2）*×XL1/（XL1+XL2+XL3）

=3.0496×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）

=0.847

流过断路器1、4、5的短路电流为：

If1

（2）=If

（2）*IB=0.847×0.502=0.425KA

流过断路器2、3的短路电流为：

If2

（2）=If

（2）*－If1

（2）=1.531KA-0.425KA=1.106KA

（3）最大运行方式两相短路零序短路电流

图4.2.4短路等值电路

X2（0）=（XL4（0）+XT8）×XTC/（XL4（0）+XT8+XTC）

=（0.8166+0.6405）×0.2401/（0.8166+0.6405+0.2401）

=0.2061

X1（0）=（XL1（0）+XT）×XTB/（XL1（0）+XT+XTB）

=（0.4536+0.0781）×0.2401/（0.4536+0.0781+0.2401）

=0.1654

Xff4（0）=X1（0）×（X2（0）+XL2（0））/（X1（0）+XL2（0）+X2（0））

=0.1654×（0.2061+0.363）/（0.1654+0.2061+0.363）

=0.1282

Iff4（0）*=E（0）/Xff4（0）=1.05/0.1282=8.193

Iff4（0）=Iff4（0）*IB=8.193×0.502=4.113KA

4.2.5d4点发生短路时流过断路器2

（1）最大运行方式正序短路电流

其中：

Xff5=XdT+XL3+XL2=0.18255+0.2722+0.121=0.57575

Id5·max*=E/Xff5=1.05/0.57575≈1.824

Id5·max=Id5·max*IB=1.824×0.502≈0.9155KA

（2）最小运行方式短路正序短路电流

X3=（XL3+XL2）×XL1/（XL1+XL2+XL3）

=（0.2722+0.121）×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）

=0.1156

Xff2=Xd1+X3=0.18255+0.1156=0.2981

If（3）*=E/Xff1=1.05/0.2981=3.522

If（3）=If（3）*IB=3.522×0.502=1.768KA

流过断路器1、4、5的三相短路电流为：

If（3）1=If（3）×XL1/（XL1+XL2+XL3）

=1.768×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）

=0.491KA

流过断路器2、3的三相短路电流为：

If2（3）=If

（2）*－If1

（2）=1.768KA-0.491KA=1.277KA

If

（2）*=1.732E/2Xff1=1.732×1.05/2×0.2981=3.0496

If

（2）=If

（2）*IB=3.0496×0.502=1.531KA

If

（2）1*=If

（2）*×XL1/（XL1+XL2+XL3）

=3.0496×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512）

=0.847

流过断路器1、4、5的短路电流为：

If1

（2）=If

（2）*IB=0.847×0.502=0.425KA

流过断路器2、3的短路电流为：

If2

（2）=If

（2）*－If1

（2）=1.531KA-0.425KA=1.106KA

（3）最大运行方式两相短路零序短路电流

图4.2.5短路等值电路

X50（0）=（XL4（0）+XT8）×（XL3（0）+XT）/（XL4（0）+XT8+XL3（0）+XT）

=（0.2268+0.6405）×（0.8166+0.0781）/（0.2268+0.6405+0.8166+0.0781）

=0.4404

X32（0）=X50（0）×XTC/（X50（0）+XTC）=0.4404×0.2401/（0.4404+0.2401）=0.1554

Xff5（0）=（XL2（0）+X32（0））×XTB/（XL2（0）+X32（0）+XTB）=0.1641

Iff5（0）*=E（0）/Xff5（0）=1.05/0.1641=6.399

Iff5（0）=Iff5（0）*IB=6.399×0.502=3.212KA

4.2.6d5点发生短路时流过断路器1

（1）最大运行方式正序短路电流

其中：

Xff6=XdT+XL1+XL2=0.18255+0.1512+0.121=0.45475

Id6·max*=E/Xff6=1.05/0.45475≈2.309

Id6·max=Id6·max*IB=2.309×0.502≈1.159KA

（2）最小运行方式短路正序短路电流

X2=（XL1+XL2）×XL3/（XL1+XL2+XL3）=XL3/2=0.1361

Xff6=Xd1+X2=0.18255+0.1361=0.31865

If（3）*=E/2Xff1=1.05/2×0.31865=1.648

流过断路器1、2、3、4、5和6的三相短路电流为：

If（3）=If（3）*IB=1.648×0.502=0.827KA

If

（2）*=1.732E/4Xff1=1.732×1.05/4×0.31865=1.429

流过断路器1、2、3、4、5和6的二相短路电流为：

If

（2）=If

（2）*IB=1.429×0.502=0.7163KA

（3）最大运行方式两相短路零序