《电网线路保护设计概述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电网线路保护设计概述.docx（31页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、目录引言11 设计资料分析与参数计算22 系统运行方式和变压器中性点接地方式的确定42.1发电机、变压器运行变化限度的选择原则42.2 中性点直接接地系统中变压器中性点接地的选择原则42.3线路运行变化限度的选择52.4流过短路的最大、最小短路电流计算方式的选择52.5选取流过保护最大负荷电流的方法53 短路电流计算63.1、流经保护2的短路计算63.1.1、流经保护2的最大运行方式63.1.2、流经保护2的最小运行方式93.2、流经保护3的短路计算113.2.1、流经保护3的最大运行方式113.2.2、流经保护3的最小运行方式133.3、流经保护4的短路计算153.3.1、流经保护4的最大运
2、行方式153.3.2、流经保护4的最小运行方式173.4、流经保护5的短路计算193.4.1、流经保护5的最大运行方式193.4.2、流经保护5的最小运行方式213.5、短路计算表234、电流保护整定计算244.1、对各保护1、2电流速断保护（电流段）的整定计算244.1.1、保护1躲开下一条线路出口处的短路时的起动电流244.1.2、电流速断保护的保护范围（灵敏度）校验244.2、对保护2、3、4、5进行电流速断保护（电流段）的整定计算265、输电线路的距离保护285.1、概述285.2、计算最大负荷电流285.1、保护2的距离保护计算295.1.1、距离段整定295.1.2、距离段整定29
3、5.1.3、距离段整定305.2、保护3的距离保护计算325.2.2、距离段整定325.2.3、距离III段整定325.3、保护4的距离保护计算335.3.1、距离段整定335.3.2、距离段整定345.3.3、距离段整定355.4、保护5的距离保护计算375.4.1、距离段整定375.4.2、距离段整定375.4.3、距离III段整定385.5、距离保护整定值表396、继电保护零序电流保护的整定计算和校验406.1、零序电流保护整定计算406.1.1、各保护最大零序电流值406.1.2、零序电流保护2整定406.1.3、零序电流保护3整定406.1.4、零序电流保护4整定416.1.5、零序
4、电流保护5整定416.1.6、各保护零序电流整定表427综合评价437.1电流保护的综合评价437.2 距离保护的综合评价437.3零序电流保护的评价43结束语44参考文献45附录46引言人类社会是不断发展向前的，不同时期的人在不同时期的需求，但不管时代怎么变化，人的需求都遵循一个总的规律，那就是都是实现更高的效率和更便捷、保质的生产。如今我们这个时代，绝大部分领域的生产活动，都离不开电的使用，于是便产生了对电的更深入、更高效利用的新的需求，电力系统不断的飞速发展，同时对继电保护也有了更高的要求。继电保护40多年的发展史中，其发展经历了四个历史阶段，分别是：继电保护萌芽时期，晶体管继电保护，集
5、成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护 。期间，电子技术，计算机技术和通信技术的飞速发展为继电保护的发展提供了更强大的动力，继电保护未来的趋势是必定是更加计算机化，网络化，智能化。继电保护的发展不会与时代脱节，而是会与时代共同进步，共同辉煌。电力系统的运行过程中，电气元件的正常工作遭到破坏，但没有故障发生，这种情况属于不正常运行状态。电力系统的最常见最危险的故障就是各种形式的短路。而电力系统的不正常情况有过负荷、过电压、电力系统震荡等。继电保护的任务就是在系统运行过程中发生故障和出现不正常现象时，能自动、迅速、有选择性可靠的发出跳闸命令将故障切除或发出各种相应的信号从而减少故障或者不正常现
6、象所造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统的稳定运行。本次设计是对扶沟的电力系统110KV电网线路保护设计，是我们大四学生对电力系统继电保护的初步的理论实践和对知识的检验探索。1 设计资料分析与参数计算电力系统设备参数表（取SB=100MVA, VB= Vav）本设计所选取的的发电机型号：G1G4额定容量为12 MW的汽轮机，所采用型号为QF122G5额定容量为25 MW的汽轮机，所采用型号为QF252,具体参见下表1.1表1.1发电机型号及参数编号发电机型号额定容量功率因数额定电压EX”XD”G1G4QF2-12-212MW0.86.3KV1.080.1221G5QF2-25-22
7、5MW0.86.3KV1.080.1222：=440.4=17.6，= =30.133=0.399：=520.4=20.8，= =30.157=0.471：=350.4=14，= =30.106=0.318：=580.4=23.2，=30.175=0.525: ，： ， : : 经计算得以下电力系统设备参数表1.2。表1.2 电力系统设备参数表正序阻抗（有名值/）正序阻抗（标幺值）负序阻抗（标幺值）零序阻抗（标幺值）L117.60.1330.1330.399L220.80.1570.1570.471L3140.1060.1060.318L423.20.1750.1750.525T1T244.0
8、80.330.33T744.080.330.33T3T692.580.70.7发电机最小阻抗最大阻抗G1G40.8140.993G50.3930.4932 系统运行方式和变压器中性点接地方式的确定2.1发电机、变压器运行变化限度的选择原则l 一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，即一台机组在检修中另一台机组又出现故障；当有三台以上机组时，则应选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。l 一个厂、站的母线上无论接有几台变压器，一般应考虑其中最大的一台停用。因变压器运行可靠性较高，检修与故障出现的几率很小。但对于发电机变压器组来说，应服从发电机的投停变化。2.2 中性点直接接地系统中变压器中性
9、点接地的选择原则l 发电厂及变电所低压侧有电源的变压器，中性点均应接地运行，以防出现不接地系统的工频过电压状态。如事前确定不能接地运行，则应采取其他防止工频过电压的措施。l 自耦型和有绝缘要求的其他型变压器，其中性点必须接地运行。l 上的变压器，以不接地运行为宜。当T接变压器低压侧有源时，则应采取防止工频过电压的措施。l 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。所以本次设计中，在发电机低压侧的发电机变压器T1T2，T7其中各有一台中性点接地。线路上的变压器T3T6不用中性点接地。2.3线路运行变化限度的选择l 母线上有多条线路，一般应考虑一条线路检
10、修，另一条线路又遇故障的方式。l 双回线一般不考虑同时停用。l 相隔一个厂、站的线路必要时，可考虑与上述（1）的条件重叠。2.4流过短路的最大、最小短路电流计算方式的选择l 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下，即选择所有机组、变压器、线路全部投入运行的方式。而最小短路电流，则出现在最小运行方式下。对于双侧电源的网络，一般（当取Z1=Z2时）与对侧电源的运行变化无关，可按单侧电源的方法选择。对于环状网络中的线路，流过保护的最大短路电流应选开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一级线路上。而对于最小短路电流，则应选闭环运行方式。同时，再合理地停用
11、该保护背后的机组、变压器及线路。l 零序电流保护。对于单侧电源的辐射网络，流过保护的最大零序电流与最小零序电流，其选择方法可参照（1）中所述。只是要注意变压器接线点的变化。对于双侧电源的网路及环状网路，同样参照（1）中所述。其重点也是考虑变压器接线点的变化。2.5选取流过保护最大负荷电流的方法按负荷电流整定的保护，需要考虑各种运行方式变化时出现的最大负荷电流考虑到以下的运行变化：备用电源自投引起的负荷增加;并联运行线路的减少，负荷转移;环状网路的开环运行，负荷转移;对于双侧电源的线路，当一侧电源突切除发电机，引起另一侧负荷增加。3 短路电流计算将系统的正序、负序阻抗图画出如图3.1：图3.1
12、正（负）序阻抗图3.1、流经保护2的短路计算3.1.1、流经保护2的最大运行方式经以上最大运行方式原则的分析，当点短路时，开环点在上，流经保护2的短路电流最大。由以上分析得以下各图。（1）最大运行方式正、负序阻抗见图3.2：由图得： 图3.2 点开环运行方式正负序阻抗 侧： ，所以在最大运行方式下点短路时流经保护2的三相短路电流为：（2）零序阻抗，电路图如下：图3.3 点开环运行零序阻抗图单相短路接地零序电流为两相短路接地零序电流为3.1.2、流经保护2的最小运行方式（1）最小运行方式正负序阻抗图见图3.4：图3.4 点闭环运行正负序阻抗由图得:所以在最小运行方式下点短路时流经保护2的两相短路
13、电流为：（2）零序阻抗图为：图3.5 点闭环运行零序阻抗通过星网变换求得:单相短路接地零序电流为：两相短路接地零序电流为：3.2、流经保护3的短路计算3.2.1、流经保护3的最大运行方式（1）经以上最大运行方式原则的分析，当点短路时，开环点在上，流经保护3的短路电流最大。由以上分析得以下各图。最大运行方式正负序阻抗图见图3.6： 图3.6 点开环运行正负序阻抗由图得：所以在最大运行方式下点短路时流经保护3的三相短路电流为：（2）零序阻抗，电路图如下：图3.7 点开环运行零序阻抗单相短路接地零序电流为两相短路接地零序电流为3.2.2、流经保护3的最小运行方式 （1）经以上最小运行方式原则的分析得
14、最小运行方式正负序阻抗图见图3.8：图3.8 点闭环运行方式正负序阻抗由图得：所以在最小运行方式下点短路时流经保护3的两相短路电流为：（2）零序阻抗，电路图如下：图3.9 点闭环运行方式零序序阻抗所以 单相短路接地零序电流为：两相短路接地零序电流为：3.3、流经保护4的短路计算3.3.1、流经保护4的最大运行方式（1）经以上最大运行方式原则的分析，当点短路时，开环点在上，流经保护4的短路电流最大。由以上分析得以下各图。最大运行方式正负序阻抗图见图3.10： 图3.10 点开环运行正负序阻抗由图得：所以在最大运行方式下点短路时流经保护4的三相短路电流为：（2）零序阻抗，电路图如下：图3.11 点
15、开环运行零序阻抗单相短路接地零序电流为两相短路接地零序电流为3.3.2、流经保护4的最小运行方式 （1）经以上最小运行方式原则的分析得最小运行方式正负序阻抗图见图3.12：图3.12 点闭环运行方式正负序阻抗由图得：所以在最小运行方式下点短路时流经保护4的两相短路电流为：（2）零序阻抗，电路图如下：图3.13 点闭环运行方式零序序阻抗所以 单相短路接地零序电流为：两相短路接地零序电流为：3.4、流经保护5的短路计算3.4.1、流经保护5的最大运行方式（1）经以上最大运行方式原则的分析，当点短路时，开环点在上，流经保护5的短路电流最大。由以上分析得以下各图。最大运行方式正负序阻抗图见图3.14：
16、 图3.14 点开环运行正负序阻抗由图得：所以在最大运行方式下点短路时流经保护5的三相短路电流为：（2）零序阻抗，电路图如下：图3.15 点开环运行零序阻抗单相短路接地零序电流为两相短路接地零序电流为3.4.2、流经保护5的最小运行方式 （1）经以上最小运行方式原则的分析得最小运行方式正负序阻抗图见图3.16：图3.16 点闭环运行方式正负序阻抗由图得：所以在最小运行方式下点短路时流经保护3的两相短路电流为：（2）零序阻抗，电路图如下：图3.17 点闭环运行方式零序序阻抗所以 单相短路接地零序电流为：两相短路接地零序电流为：3.5、短路计算表计算流经保护各短路点最大运行方式下的开环点，如表3.
17、1表3.1流经保护各短路点最大运行方式下的开环点d1d2d3d4d5d6d7d8开环点L2L1L3L2L1L3-保护点16324587流经保护各短路点的短路计算如表3.2：表3.2 流经保护各短路点的短路计算短路点最大运行方式最小运行方式xff(1)Eeqxff(2)If (3)(KA)xff(1)Eeqxff(2)If (2)(KA)d10.4751.0800.4751.1400.8151.0800.8150.576d21.0041.0801.0040.5401.1291.0801.1290.305d31.1881.0801.1880.4560.9741.0800.9740.482d40.5
18、021.0800.5021.0800.8251.0800.8250.569d50.6711.0800.6710.8070.8151.0800.8150.576d60.4671.0800.4671.1600.9921.0800.9920.473d71.4351.0801.4350.3781.4351.0801.4350.239d80.6211.0800.6210.8731.2021.0801.2020.286表3.3 流经保护各短路点的零序电流短路点最大运行方式最小运行方式d10.3780.3760.1810.204d20.1700.1620.1190.120d30.1800.2210.2130
19、.179d40.3540.3470.2480.271d50.2670.2650.2430.269d60.3460.3120.2100.249d70.1610.2220.1180.163d80.3270.3720.0960.0864、电流保护整定计算4.1、对各保护1、2电流速断保护（电流段）的整定计算4.1.1、保护1躲开下一条线路出口处的短路时的起动电流 可靠系数保护点的电流速断保护的起动电流如表4.1：表4.1各保护的电流速断保护的起动电流保护1保护2保护3保护4保护5保护6保护7保护81.4941.3870.5901.0791.5500.6951.0670.7754.1.2、电流速断保护
20、的保护范围（灵敏度）校验（1）对保护2进行保护范围（灵敏度）校验: 满足要求（2） 对保护3进行保护范围（灵敏度）校验: 可能有误动（3）对保护4进行保护范围（灵敏度）校验: 满足要求（4） 对保护5进行保护范围（灵敏度）校验: 不满足要求4.2、对保护2、3、4、5进行电流速断保护（电流段）的整定计算（1）保护2电流段的起动电流为：灵敏度校验为： 灵敏度不符合要求（2）保护3电流段的起动电流为：灵敏度校验为： 灵敏度不符合要求（3）保护4电流段的起动电流为：灵敏度校验为： 灵敏度不符合要求（4）保护5电流段的起动电流为：灵敏度校验为： 灵敏度不符合要求（5）对其他各保护进行电流段灵敏度校验，
21、不符合要求，其数值如表4.2所示：表5.4电流保护各段整定值整定值保护点11.36801.0650.50.5293.021.28000.6790.50.5293.030.54501.5170.50.5293.540.61700.6930.50.2643.550.99600.6000.50.2642.560.64801.4260.50.5293.071.05000.4990.50.2641.080.45400.7130.50.2643.05、输电线路的距离保护5.1、概述电流电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但是，随着电力工业的发展，电力系统出现了一些新的特点：容量大、电压高、距离远、负荷重
22、、网络复杂、参数变化范围大、运行稳定性要求高等，致使它们难以满足电网对保护的要求。对于110KV及以上电压等级的复杂网，线路保护采用距离保护。所谓距离保护，就是反应故障点至保护安装处的距离，并根据距离的远近确定动作时间的一种保护装置。故障点距保护安装处越近，保护的动作时间就越短；故障点距保护安装处越远，保护的动作时间就越长，从而保证动作的选择性。测量故障点至保护安装处的距离，实际上就是用阻抗继电器测量故障点之保护安装处的阻抗。因此距离保护又叫阻抗保护。5.2、计算最大负荷电流每一条线路上流过的最大负荷电流的计算母线上流过的最大负荷电流为变压器上的额定电流因为，可以求得： ，即同理母线D上流过的
23、电流为上流过的最大负荷电流计算：因为考虑上的电流最大，断开，母线上的电流全部由提供：断开，则流过上的电流为比较两个数据区取其中的最大值可得同理可以得到：简化的发电机母线出口区电流，阻抗如下：图5.1 简化的发电机母线出口区电流5.1、保护2的距离保护计算5.1.1、距离段整定 动作阻抗： 动作时间：5.1.2、距离段整定动作阻抗：a.与相邻线路L2的保护4的段配合当保护4的段末端发生短路时，分支系数为：b.按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定（如图5.2所示）：图5.2变压器低压侧短路时的等值电路当变压器低压侧发生短路时，分支系数为： 于是取以上三个计算值中较小者为段整定值，即取灵敏性校验：按本
24、线路末端短路求灵敏系数为 满足要求。动作延时，与相邻保护4的段配合，则5.1.3、距离段整定动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定取，于是灵敏性校验：a. 本线路末端短路时的灵敏系数为： 满足要求。b.相邻线路L2末端短路时：最大分支系数为：满足要求。c.相邻变压器低压侧短路时：最大分支系数为： 于是不满足要求 变压器增加近后备保护动作延时：变压器保护的动作时间为：有保护2的动作时间为： 取较长者： 5.2、保护3的距离保护计算5.2.1、距离段整定动作阻抗：动作时间：5.2.2、距离段整定动作阻抗：与线路L2的保护4相配合：如图5.8仅考虑的作用：图5.8与线路L2的保护4相配合保护3的第段最小分
25、支系数：所以，灵敏系数校验： 满足要求。动作时间：5.2.3、距离III段整定动作阻抗：动作时间：灵敏度校验：（1）本段线路末段短路: 满足要求。（2）与相邻线路L2末端短路配合:图5.9与相邻线路L2末端短路配合保护3的第III段 不满足要求变压器增加近后备保护5.3、保护4的距离保护计算5.3.1、距离段整定动作阻抗：动作时间：5.3.2、距离段整定动作阻抗：（1）与线路的保护3相配合：图5.10 与线路L1的保护3相配合保护4的第段最小分支系数：（2）与相邻变压器的快速保护相配合：图5.11 与相邻变压器相配合时保护4的第段（3） 与线路的保护6相配合：图5.12 与线路的保护6相配合保
26、护4的第段最小分支系数：故取以上中最小者，即灵敏度校验： 满足要求 动作时间：5.3.3、距离段整定动作阻抗：所以 时间整定：灵敏度校验：（1）本线路末端短路时的灵敏系数为： 满足要求（2）做远后备保护时：与相邻线路相配合： 满足要求与相邻线路相配合： 满足要求与变压器相配合： 满足要求5.4、保护5的距离保护计算5.4.1、距离段整定动作阻抗： 动作时间： 5.4.2、距离段整定动作阻抗：（1）与相邻线路的保护3相配合如图5.13：图5.13与相邻线路的保护3相配合保护5的第段（2）与相邻变压器相配合：如图5.14所示图5.14与相邻变压器相配合保护5的第段由上图分析得： （3）故取以上三个
27、中最小者，即动作时间：灵敏系数校验： 满足要求5.4.3、距离III段整定动作阻抗：动作时间：灵敏度校验：（1）近后备保护时：满足要求(2)作远备保护时：与相邻线路相配合： 满足要求与相邻变压器相配合 满足要求5.5、距离保护整定值表下面给出各保护的第一段，第二段，第三段的整定阻抗值如表5.5表5.5 距离保护各段整定值整定值保护点111.9027.00.5121.73.0215.6028.80.5135.83.0315.6039.50.5101.73.5416.3034.70.5254.33.5516.3029.20.5254.32.5611.9039.40.5258.73.5719.704
28、8.60.5258.73.5819.7027.50.5116.12.56、继电保护零序电流保护的整定计算和校验6.1、零序电流保护整定计算6.1.1、各保护最大零序电流值经上述短路计算可得各保护最大零序电流值，如下表6.1表6.1各保护最大零序电流值保护1保护2保护3保护4保护5保护6保护7保护80.3980.2710.1790.2690. 2490.2790.4380.5176.1.2、零序电流保护2整定（1） 零序电流保护：躲开下级线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流（即区外接地短路的最大三倍零序电流）：（2）零序电流段保护：与下级线路零序电流段配合：6.1.3、零序电流保
29、护3整定（1） 零序电流保护：躲开下级线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流（即区外接地短路的最大三倍零序电流）：（2）零序电流段保护：与下级线路零序电流段配合：6.1.4、零序电流保护4整定（1） 零序电流保护：躲开下级线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流（即区外接地短路的最大三倍零序电流）：（2）零序电流段保护：与下级线路零序电流段配合：6.1.5、零序电流保护5整定（1） 零序电流保护：躲开下级线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流（即区外接地短路的最大三倍零序电流）：（2）零序电流段保护：与下级线路零序电流段配合：6.1.6、各保护零序电流整
30、定表表5.6 各保护点的零序电流整定值保护零序I段零序II段零序III段起动电流（）动作时限(s)起动电流（）动作时限(s)起动电流（）动作时限(s)11.37501.4580.50.1033.021.44401.0390.50.3263.030.63400.9630.50.3263.541.48301.1530.50.2643.552.08100.4440.50.2642.560.62301.0120.50.0463.071.64501.1980.50.0831.081.71001.5060.50.0543.07综合评价7.1电流保护的综合评价三段式电流保护的主要优点是简单,可靠,经济,并且
31、一般情况下都能较快的切除故障.但是一般用于35KV及以下的电压等级的电网中,对于容量大,电压高,或者结构复杂的网络,它难于满足电网对保护的要求.缺点是它的灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路类型的影响,此外,它只在单侧电源电网中才有选择性.7.2 距离保护的综合评价能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求;阻抗继电器是同时反应电压的降低与电流的增大而动作的,因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度.其中一段保护基本上不受运行方式的影响,而二段 三段依旧受系统的运行方式变换的影响,但是比电流保护要小些,保护区域和灵敏度比较稳定.但是依然有以下缺点:不能实现全线速动.对双侧电源线路,将有全长的3
32、0%-40%的第二段时限跳闸,这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的.阻抗继电器本身较复杂,还增设了振荡闭锁装置,电压断线闭锁装置.因此,距离保护装置调试比较麻烦,可靠性也相对降低.。7.3零序电流保护的评价带方向性和不带方向性的零序电流保护是简单而有效的接地保护方式，其优点是：结构与工作原理简单，正确动作率高于其他复杂保护.保护中间环节少，特别是对于近处故障，可以实现快速动作，有利于减少发展性故障。在电网零序网络基本保持稳定的条件下，保护范围比较稳定。保护反应于零序电流的绝对值，受故障过渡电阻的影响较小。保护定值不受负荷电流的影响，也基本不受其他中性点不接地电网短路故障的影
33、响，所以保护延时段灵敏度允许整定较高。结束语我在本次课程设计中，时刻考虑继电保护的四要求：速动性、灵敏性、可靠性以及选择性，针对与110KV 电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析计算和整定，以保护上述各种故障和事故时的系统网络。对继电保护的设计有了进一步的掌握和了解。通过对课本和参考书籍的翻阅，进一步提高了利用手头所拥有的材料自习并完成设计的能力。这次课程设计涉及的知识面较广，基本上综合了我们的专业课的知识。因此我对电力系统分析，电路，电机学，CAD等专业课进行了一次巩固和加深，更加牢固的对CAD作图的能力，对以前不懂的知识点进一步加深了认识，并且在这次课程设计中与同学的合作使
34、我懂得了团队合作的重要，同时这次课程设计加深了我和同学们的交流和情感，这是意想不到的惊喜与收获。本次课程设计，特别要感谢赵宇红老师，她以其专业高深的知识对我们进行了不厌其烦的指导、解释，使我们最终能够顺利完成课程设计，同时她精益求精，严谨耐心的精神让我们有了榜样，使我们受益良多。参考文献1吕继绍.电力系统继电保护设计原理.北京:中国水利电力出版社2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,20024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, 19965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，20026冯炳阳.输电设备手册M .北京：机械工业出版社，20007戈东方.电力工程电气设备手册.北京：中国电力出版社 ，19988曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料.北京：中国电力出版社，1995.9黄其励.电力工程师手册（上、下）.北京：中国电力出版社， 200210周文俊.电气设备实用手册.北京：中国水利水电出版社，1999.