110kv电力系统继电保护课程设计(共41页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上辽宁工程技术大学 电力系统继电保护原理 课程设计设 计 题 目 110kV电网距离保护设计 指 导 教 师 院（系、部） 电气与控制工程学院 专 业 班 级 学 号 姓 名 日 期 专心-专注-专业电气工程系课程设计标准评分模板课程设计成绩评定表学期2014/2015第一学期姓名专业电气工程及其自动化班级2课程名称 电力系统继电保护原理设计题目110kV电网距离保护设计 成绩 评分项目优良中及格不及格设计表现1.设计态度非常认真认真较认真一般不认真2.设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反3.独立工作能力强较强能独立设计完成基本独立设计完成不能独立设计完成4.上

2、交设计时间提早或按时按时迟交半天迟交一天迟交一天以上设计说明书5.设计内容设计思路清晰，结构方案良好，设计参数选择正确，条理清楚，内容完整，结果正确设计思路清晰，结构方案合理，设计参数选择正确，条理清楚，内容较完整，极少量错误设计思路较清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有少量错误设计思路基本清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有些错误设计思路不清晰，结构方案不合理，关键设计参数选择有错误，调理清楚，内容不完整，有明显错误6.设计书写、字体、排版规范、整洁、有条理，排版很好较规范、整洁、有条理，个别排版有问题基本规范、整洁、有

3、条理，个别排版有问题基本规范、整洁、有条理，排版有问题较多不规范、不整洁、无条理，排版有问题很大7.封面、目录、参考文献完整较完整基本完整缺项较多不完整图纸8.绘图效果很出色较出色一般较差很差9.布局合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱10.绘图工程标准符合标准较符合标准基本符合标准个别不符合标准完全不符合标准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级；如优秀评定，设计内容要符合5，其余九项要有4项符合才能评定为优，否则评定为良好，以此类推。最终成绩： 评定教

4、师签字：电力系统继电保护原理课 程 设 计 任 务 书一、设计题目110kV电网距离保护设计二、设计任务根据所提供的110kV系统接线图及原始参数（详见附1），完成以下设计任务：1. 线路上各保护的运行方式；2. 相间距离保护的配置和整定；3. 接地距离保护的配置和整定；4. 系统中线路上发生各种短路时保护的动作情况。三、设计计划本课程设计时间为一周，具体安排如下：第1天：查阅相关材料，熟悉设计任务第2天：线路上各保护的运行方式分析第3天：配置相间距离保护第4天：配置接地距离保护第5天：线路上发生各种短路时保护的动作情况分析第6天：整理设计说明书第7天：答辩四、设计要求1. 按照设计计划按时完

5、成，设计成果包括：设计说明书（模板及格式要求详见附2和附3）一份2. 设计说明书凡有雷同者，均视为不合格，包括在答辩结束完成后被发现的情形3. 不参加答辩者，视为自愿放弃成绩指 导 教师：教研室主任：时 间：一、原始数据系统接线图如下图所示，发电机以发电机变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数如下：Ej = 115/kV，X1.G1 = X2.G1 = X1.G2 = X2.G2 = 15W，X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 10W，X1.T1 X1.T4 = 10W，X0.T1

6、X0.T4 = 30W，X1.T5 = X1.T6 = 20W，X0.T5 = X0.T6 = 40W，LAB = 60km，LBC = 40km，线路阻抗z1 = z2 = 0.4W/km，z0 = 1.2W/km，IAB.L.max = ICB.L.max = 300A，Kss = 1.2，Kre = 1.2，KIrel = 0.85，KIIrel = 0.75，KIIIrel = 0.83负荷功率因数角为30，线路阻抗角均为75，变压器均装有快速差动保护。图 110kV电网系统接线图设计要求：1. 分析线路AB和BC上的保护1 4的最大和最小运行方式；2. 为了快速切除线路AB和BC上发

7、生的各种短路（包括相间短路和接地短路），对保护1 4进行相间距离保护和接地距离保护整定；3. 画出各个保护的动作特性，并对系统中线路上发生各种短路时保护的动作情况进行分析。二、主要内容1. 运行方式分析（要求画图）(1) 保护1的最大和最小运行方式(2) 保护2的最大和最小运行方式(3) 保护3的最大和最小运行方式(4) 保护4的最大和最小运行方式2. 相间距离保护的配置和整定（要求画出各个保护的动作特性）(1) 保护1的配置和整定(2) 保护2的配置和整定(3) 保护3的配置和整定(4) 保护4的配置和整定3. 接地距离保护的配置和整定（要求画出各个保护的动作特性）(1) 保护1的配置和整定

8、(2) 保护2的配置和整定(3) 保护3的配置和整定(4) 保护4的配置和整定4. 线路上短路时保护的动作情况分析(1) 线路AB上发生相间短路时各保护的动作情况(2) 线路AB上发生接地短路时各保护的动作情况(3) 线路BC上发生相间短路时各保护的动作情况(4) 线路BC上发生接地短路时各保护的动作情况摘 要距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置，又称阻抗保护。当系统正常运行时，保护装置安装处的电压为系统的额定电压，电流为负载电流，而发生短路故障时，其电压降低、流增大。因此，电压和电流的比值，在正常状态下和故障状态下是有很大变化的。由于线路阻抗和距离成正比，保护安装处的电压与电流之比反

9、映了保护安装处到短路点的阻抗，也反映了保护安装处到短路点的距离。所以可按照距离的远近来确定保护装置的动作时间，这样就能有选择地切除故障。本次课程设计主要输电线路的距离保护，根据已知系统的接线图，来确定保护1、2、3、4距离保护三段的整定值并校验各段的灵敏度，包括相间短路保护和接地短路保护，以及发生各种短路4个保护的动作情况。 关键词：距离保护 相间短路保护 接地短路保护目录1前言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

10、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，防止或减轻设备的损坏。继电保护装置可视为由测量部分、逻辑部分和执行部分等部分组成。对作用于跳闸的继电保护装置，在技术上有四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础。在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的绝大部分工作也是围绕着如何处理好这四个基本要求之间的辨证统一关系而进行的。本次课程设计以最常见的110KV电网线路保护设计为例进行分析设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、

11、电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了电路的化简，短路电流的求法，继电保护中距离保护及整定的具体计算，及振荡闭锁有了更近一步的了解。2运行方式分析2.1保护1的最大和最小运行方式(1) 保护1的最大运行方式分析。保护1的最大运行方式就是指流过保护1的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T1、T2都同时运行的运行方式，如图2.1所示图2.1 保护1最大运行方式=(15+10)/2=12.5W式中为保护安装处到系统等效电源之间的最小阻抗。式中为流过保护1的最大短路电流。 (2) 保护1的最小运行方式分析。保护1的最小运行方式就是指流过保护1的电流最小即是在G1和G2只有一个工作

12、，变压器T1、T2中有一个工作时的运行方式，如图2.2所示图2.2 保护1最小运行方式=15+10=25W式中为保护安装处到系统等效电源之间的最大阻抗。式中为流过保护1的最小短路电流。2.2保护2的最大和最小运行方式(1) 保护2的最大运行方式分析。保护2最大运行方式就是指流过保护2的电流最大即两个发电机共同运行，如图2.3所示图2.3 保护2最大运行方式 式中为流过保护2的最大短路电流。 (2) 保护2的最小运行方式分析。保护2的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小即是在G3和G4只有一个工作时运行方式，如图2.4所示 图2.4 保护2的最小运行方式20W式中为流过保护2的最小短路电流。2

13、.3保护3的最大和最小运行方式(1) 保护3的最大运行方式分析。保护3的最大运行方式就是指流过保护3的电流最大即两个发电机共同运行，如图2.5所示图2.5 保护3最大运行方式=(15+10)/2=12.5W式中为流过保护3的最大短路电流。 (2) 保护3的最小运行方式分析。保护3的最小运行方式就是指流过保护3的电流最小即是在G1和G2只有一个工作时的运行方式，如图2.6所示图2.6 保护3最小运行方式=25W式中为流过保护2的最小短路电流。2.4保护4的最大和最小运行方式(1) 保护4的最大运行方式分析。保护4的最大运行方式就是指流过保护4的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6都同

14、时运行的运行方式，如图2.7所示图2.7 保护4最大运行方式10W式中为流过保护3的最大短路电流。 (2) 保护4的最小运行方式分析。保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小即是在G3和G4只有一个工作，变压器T3、T4中有一个工作时的运行方式，如图2.8所示图2.8 保护3最小运行方式20W式中为流过保护4的最小短路电流。3相间距离保护的配置与整定3.1保护1相间距离保护的配置和整定 (1)保护1距离保护第段整定保护1的I段的整定阻抗为式中为保护1距离的I段的整定阻抗；为被保护线路的长度；为被保护线路单位长度的正序阻抗；为可靠系数。动作时间 第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。

15、(2) 保护1距离保护第段整定整定阻抗：按下面两个条件选择。当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，有，则式中为保护3距离I段的整定阻抗；为被保护线路的长度。式中为保护1距离II段的整定阻抗；为可靠系数。 当与相邻变压器的快速保护相配合时，有 ,有灵敏度校验 不满足灵敏度要求。故应与保护3的段相配合。保护1的段灵敏度校验 满足灵敏度要求动作时限与相邻线路保护3的段保护配合，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) 保护1距离保护第段整定整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有 式中最小负荷阻抗为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。 式中为保护1距离II

16、I段的整定阻抗；为可靠系数。取，和，于是灵敏度校验 本线路末端短路时灵敏系数：满足灵敏度要求。相邻线路末端短路时灵敏系数。相邻变压器末端短路时灵敏系数,，,有 灵敏度校验满足要求。动作时限 与相邻设备保护配合，它能同时满足与相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。3.2保护2相间距离保护的配置和整定（1）保护2的I段的整定阻抗为 式中为保护2距离的I段的整定阻抗。（2）动作时限第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。(2) 保护2距离保护第段整定整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有 式中最小负荷阻抗为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。 式中为保护2距离III段

17、的整定阻抗；为可靠系数。取，和，于是=灵敏度校验 本线路末端短路时灵敏系数：灵敏度校验满足要求。动作时限 3.3保护3相间距离保护的配置和整定（1）保护3的I段的整定阻抗为 式中为保护3距离I段的整定阻抗；为被保护线路的长度。动作时间 第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。 (2) 保护3距离保护第段整定整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有 式中最小负荷阻抗为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。 式中为保护3距离III段的整定阻抗；为可靠系数。取，和，于是=灵敏度校验 本线路末端短路时灵敏系数：灵敏度校验满足要求。动作时限 3.4保护4相间距离保护的配置和整定

18、 (1)保护4距离保护第段整定保护4的I段的整定阻抗为 式中为保护4距离I段的整定阻抗。动作时间 第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。(2) 保护4距离保护第段整定整定阻抗：按下面两个条件选择。当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，有，则式中为保护4距离II段的整定阻抗；为可靠系数。 当与相邻变压器的快速保护相配合时，有 ,有灵敏度校验 不满足灵敏度要求。故应与保护2的段相配合。保护4的段灵敏度校验 满足灵敏度要求动作时限与相邻线路保护2的段保护配合，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) 保护4距离保护第段整定整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有 式

19、中最小负荷阻抗为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。 式中为保护4距离III段的整定阻抗；为可靠系数。取，和，于是灵敏度校验 本线路末端短路时灵敏系数：满足灵敏度要求。相邻线路末端短路时灵敏系数。相邻变压器末端短路时灵敏系数,，有灵敏度校验满足要求。动作时限 与相邻设备保护配合，它能同时满足与相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。3.5保护1、2、3、4的动作特性3.5.1段动作特性如图3.1图3.1段动作特性3.5.2段动作特性如图3.2图3.2段动作特性3.5.3段动作特性如图3.3图3.3段动作特性4 接地距离保护的配置和整定4.1 保护1的配置和整定1.保护1的段整定

20、保护1的整定阻抗为保护1的动作时间2.保护1的段整定分支系数的计算在BC接地短路的故障情况下，可以得到如图4.1所示的等值电路。图4.1 BC线路接地短路故障等值电路假设短路点在BC线路的85%处，则当T1、T2分列运行，T5、T6并联运行时，可得出最大分支系数当T1、T2并联运行，T5、T6分列运行时，可得出最小分支系数保护1的段阻抗整定保护1的段整定可以根据两个原则相配，选其中小的一个值为准。当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，当与相邻变压器的快速保护相配合时，则保护1的段整定阻抗为50.4保护1的段动作时间保护1的段灵敏度校验满足要求。3.保护1的段整定保护1的段阻抗整定按照按躲过正常

21、运行时的最小负荷阻抗整定保护1的段整定时间保护1的段灵敏校验作近后备时，按本线路末端短路校验可得作远后备时，按相邻线路末端短路校验可得满足要求。 4.2 保护2的配置和整定1.保护2的段整定保护2的整定阻抗为保护2的动作时间2.保护2的段整定保护2的段阻抗整定按照按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定保护2的段整定时间保护2的段灵敏校验满足要求。4.3 保护3的配置和整定1.保护3的段整定保护3的整定阻抗为保护3的动作时间2.保护3的段整定保护3的段阻抗整定按照按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定保护2的段整定时间保护2的段灵敏校验满足要求。4.4 保护4的配置和整定1.保护4的段整定保护4的整定阻

22、抗为保护4的动作时间2.保护4的段整定分支系数的计算在BC接地短路的故障情况下，可以得到如图4.1所示的等值电路。图4.1 BC线路接地短路故障等值电路假设短路点在BC线路的85%处，则当T3、T4分列运行，T5、T6并联运行时，可得出最大分支系数当T3、T4并联运行，T5、T6分列运行时，可得出最小分支系数保护4的段阻抗整定保护4的段整定可以根据两个原则相配，选其中小的一个值为准。当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，当与相邻变压器的快速保护相配合时，则保护4的段整定阻抗为50.6保护4的段动作时间保护4的段灵敏度校验满足要求。3.保护4的段整定保护4的段阻抗整定按照按躲过正常运行时的最小负

23、荷阻抗整定保护4的段整定时间保护4的段灵敏校验作近后备时，按本线路末端短路校验可得作远后备时，按相邻线路末端短路校验可得不满足要求，则选用其他的方式做选后备，本设计不再详解。5 线路上短路时保护的动作情况分析4.1线路AB上发生相间短路时各保护的动作情况 电流速断保护的动作时间取决于继电器本身固有的动作时间，一般小于10ms。但考虑到为躲过线路中避雷器的放电时间（40 60ms），可加装一个动作时间为60 80ms的保护出口中间继电器KM，如图3中所示。其作用有：一、提供躲过放电等干扰的延时；二、扩大电流继电器触点的容量和数量。 保护动作电流的整定如图所示。 4.2线路AB上发生接地短路时各保

24、护的动作情况 当该系统的运行方式变化不大时，保护的电流速断保护的动作电流的整定如上图所示。可见，两个保护的最小保护范围均可满足要求。 4.3线路BC上发生相间短路时各保护的动作情况电流速断保护的动作时间取决于继电器本身固有的动作时间，一般小于10ms。但考虑到为躲过线路中避雷器的放电时间（40 60ms），可加装一个动作时间为60 80ms的保护出口中间继电器KM，如图3中所示。其作用有：一、提供躲过放电等干扰的延时；二、扩大电流继电器触点的容量和数量。 保护动作电流的整定如图所示。 4.4线路BC上发生接地短路时各保护的动作情况 当该系统的运行方式变化不大时，保护的电流速断保护的动作电流的整

25、定如下图所示。可见，两个保护的最小保护范围均可满足要求。 6 结论本次课程设计的任务是设计110kV输电线路的距离保护，线路的电流电压保护的主要优点是简单、经济、可靠。但是其保护范围与灵敏度受系统运行方式的变化影响较大，难以满足较高电压等级复杂网络的要求。再者，该保护的整定计算比较麻烦，这使得其在35KV及以上网络中很难适用，故必须采用性能更加完善的继电保护装置。为此，本文研究了性能更好的保护原理和方案：距离保护。文中对各保护的各段保护的整定阻抗、整定动作时间和灵敏度校验进行了精确地计算。根据上述分析可以得出如下结论：（1） 由于同时利用了短路时电压、电流的特征，通过测量故障阻抗来确定故障所处

26、的范围，保护区稳定，灵敏度高，动作情况受电网运行方式变化的影响少，能够在多测电源的高压及超高压复杂电力系统中应用。（2） 距离保护的阻抗测量原理，处可以用于输电线路以外，还可以应用于发电机、变压器保护中，作为后备保护。（3） 相对于电流电压保护来说，距离保护的构成、接线和算法都比较复杂，装置自身的可靠性较差。总之，通过此次课程设计对继电保护的各部分有了进一步的认识，对继电保护装置的工作原理也有了深入的了解。对距离保护的整定计算和校验也有了更进一步的精确认识。7参考文献1 张保会，尹项根. 电力系统继电保护2版. 北京：中国电力出版社，2009. 122陈永芳.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算. 北京:中国电力出版社 3孙国凯.电力系统继电保护原理. 北京:中国水利水电出版社,2002 4何仰赞.温增银.电力系统分析（上、下）.武汉:华中科技大学出版社，2002 5冯炳阳.输电设备手册M .北京：机械工业出版社，2000 6西北电力设计院.电力工程电气设计手册.北京：中国电力出版, 1996