继电保护毕业论文

南华大学电气工程学院继电保护课程设计第页，共33页11前言《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化的一门主要课程，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，本专业特进行了此次的继电保护课程设计。电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态。最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路，它严重的危机设备的安全和系统的可靠运行。此外，电力系统还会出现各种不正常的运行状态，最常见的如过负荷等。在电力系统中，除了采取各项积极措施，尽可能地消除或减少发生故障的可能性以外，一旦发生故障，如果能够做到迅速地、有选择性地切除故障设备，就可以防止事故的扩大，迅速恢复非故障部分的正常运行，使故障设备免于继续遭受破坏。然而，要在极短的时间内发现故障和切除故障设备，只有借助于特别设置的继电保护装置才能实现。伴随着电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入了新的活力。因此，继电保护技术得天独厚，在接近半个世纪里的时间里完成了发展的4个历史阶段：继电保护萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。继电保护技术未来趋势是计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化的发展。电力系统继电保护的基本作用是：在全系统范围内，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，防止或减轻设备的损坏。南华大学电气工程学院继电保护课程设计第页，共33页22设计资料分析与参数计算电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。为此，还应设置以各级计算机为中心，用分层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制。这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。2×50MWCosΨ=0.85Un=10.5Ud=0.132×60MVAU=10.5%AB1225Km3410Km20Km120MWUk=10.5%100MWCosΨ=0.85Un=10.5Ud=0.1240Km5672×20MVAUk=10.5%891015Km2×31.5MVAUk=10.5%2×18KmCDG1G2T1T2L1L4L2L3L5T3G3T4T5图2.1.1电网接线2.1参数分析及计算2.1.1原始资料分析本次设计按照设计要求对原始数据进入分析整理可知：⑴各变电站、发电厂的操作直流电源电压220UV；⑵发电厂最大发电电容为2×50+1×100=200MW，最小发电容量为50MW正常发电容量为100+1×50=150MW；⑶线路1X=0.4/km，0X=31X/km；⑷变压器均为NY，D11，110±2×2.5%10.5KV，10.5%NY；南华大学电气工程学院继电保护课程设计第页，共33页3⑸△t=0.5S,负荷侧后备保护dzt=1.5S，变压器和母线均配置有差动保护，zqK=1.3。⑹发电厂升压变中性点直接接地，其他变压器不接地。⑺降压变压器差动保护时限为0″。过电流保护为1″。2.1.2输电线路等值电抗计算选取基准功率：100BSMVA，基准电压：115BVV，基准电流：/1.732100103/1.732115BBBISVKA；基准电抗：3/(1.732)11510/(1.732502)132.25BBBZVI；电压标幺值：(2)1.08EE⑴线路L1（断路器1和5之间的线路）等值电抗计算正序以及负序电抗：1(1)1(2)11400.416LLXXXL1(2)1(1)1(2)160.121132.25LLLBXXXZ零序电抗：1(0)0111330.44048LXXLXL1(0)1(0)480.454132.25LLBXXZ⑵线路L2（断路器6和8之间的线路）等值电抗计算正序以及负序电抗：2(1)2(2)120.4187.2LLXXXL2(1)2(1)2(2)7.20.054132.25LLLBXXXZ零序电抗：2(0)0212330.41821.6LXXLXL2(0)2(0)21.60.163132.25LLBXXZ⑶线路L3（断路器7和9之间的线路）等值电抗计算（与L2相同）⑷线路L4（断路器4和10之间的线路）等值电抗计算正序以及负序电抗：4(1)4(2)140.4208LLXXXL南华大学电气工程学院继电保护课程设计第页，共33页44(1)4(1)4(2)80.060132.25LLLBXXXZ零序电抗：4(0)0414330.42024LXXLXL4(0)4(0)240.181132.25LLBXXZ⑸线路L5（断路器2和3之间的线路）等值电抗计算正序以及负序电抗：5(1)5(2)150.42510LLXXXL5(1)5(1)5(2)100.076132.25LLLBXXXZ零序电抗：5(0)0515330.42530LXXLXL5(0)5(0)300.227132.25LLBXXZ2.1.3变压器等值电抗计算⑴变压器T1、T2标幺值计算12%10.51000.17510010060KBTTKUSXXS⑵变压器T3标幺值计算310.51000.0875100120TX⑶变压器T4标幺值计算410.51000.33310031.5TX⑷变压器T5标幺值计算310.51000.52510020TX2.1.4发电机等值电抗计算⑴发电机G1、G2电抗标幺值计算南华大学电气工程学院继电保护课程设计第页，共33页512d1000.130.221/cos50/0.85BGGaSXXXP⑵发电机G3电抗标幺值计算30.291000.204120/0.85GX2.2系统运行方式和变压器中性点接地方式的确定电力系统的中性点是指：三相电力系统中星形连接的变压器或发电机中性点。目前我国的电力系统采用中性点运行方式主要有三种，中性点不接地，经过消弧线圈和直接接地，前两种称不接地电流系统；后一种又称为大接地电流系统。如何选择发电机或变压器中性点的运行方式，是一种比较复杂的综合性的技术经济问题，不论采用哪一种运行方式，都涉及到供电可靠性，过电压绝缘配合，继电保护和自动装置的正确动作，系统的布置，电讯及无线电干扰，接地故障时对生命的危险以及系统稳定等一系列问题。本课程设计网络是110KV。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。主变压器的110KV侧采用中性点直接接地方式：⑴凡是中低压有电源的升压站和降压站至少有一台变压器直接接地；⑵终端变电所的变压器中性点一般接地；⑶变压器中性点接地点的数量应使用电网短路点的综合零序电抗；⑷变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地，当变压器检修时，可做特殊运行方式处理；⑸选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地系统，双母线界限有两台及以上变压器时，可考虑两台主变压器中性点接地。根据上述原则本次设计的变压器中性点的接地方式可为：⑴发电厂1有两台变压器，可只将其中一台中性点直接接地，也可将两台都直接接地，为提高可靠性将本次设计选择将两台变压器都直接接地；发电厂2只有一台变压器应中性的直接接地。⑵两变电站都只有一台变压器，应中性点直接接地。南华大学电气工程学院继电保护课程设计第页，共33页63线路保护配置3.1线路保护的一般原则⑴装设母线保护的几种情况：1)3～10KV分段母线及并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器后备保护实现对母线的保护，下列情况应装设母线保护：①需快速油选择性地切除一段或一组母线上的故障，以保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时；②当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。2）35～66KV电网中，主要变电所的35～66KV双母线或分段母线，需快速而有选择地切除一段或一组母线上故障，以保系统规定运行和可靠供电时，应装设母线保护。3）110KV母线中，下列情况应装设母线保护：①110KV双母线装设专用母线保护；②110KV单母线、重要发电厂或110KV以上重要变电所的110KV单母线，需要快切除母线上故障时，应装设母线保护。4）220～500KV母线，对双母线接线，应装设能快速有选择切除故障的母线保护，对一个半断路器接线，每组母线装设两套母线保护。⑵目前国内110KV以上母线保护装置的原理有以下几种：1）完全电流差动。由母线内部或外部故障时流入母线电流之差或和电流为判据，采用速饱和变流器防止区外故障一次电流中的直流分量导致TA饱和引起母差误动。2）母联电流相位比较式母线保护。比较母线差动电流和流过母联断路器的电流相位不同为判据。3）电流差动利用带比率制动特性的电流继电器构成，解决了TA饱和引起母差保护在区外故障时误动问题。4）中阻抗快速母差保护。以电流瞬时值测定和比较为基础，其差动和启动元件在TA饱和前动作，动作速度快，有利于系统稳定。5）以电压公频变化量幅值和低电压元件为启动元件，差流元件保持的母差保护。南华大学电气工程学院继电保护课程设计第页，共33页7微机型母线保护一般均具有低电压或复合电压闭锁，启动断路器失灵保护、母线充电保护及TA断线闭锁装置等功能。3.2接地故障采取的措施电力系统中采用的中性点接地方式，通常有中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地和中性点不接地三种。一般110KV以上电压等级的电网均采用中性点直接接地方式，称为大接地电流系统。110KV以下电压等级的电网采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式，称为小接地电流系统大接地电流系统中发生单相接地短路时，故障相流过的短路电流较大，对设备造成的危害较大，继电保护必须通过断路器切除故障。根据我国电力系统几十年的故障情况统计，在大接地电流系统中，接地故障的次数为所有故障的90%左右。因此，采用专门的零序电流保护以保护接地故障，具有显著的优越性。小接地电流系统中发生单相接地时，因不能形成短路电流的通道，不会产生大的电流，设备允许继续运行。因此，不要求继电保护快速动作切除故障。但是，由于单相接地后，完好相对地电压升高，往往造成设备绝缘击穿故障扩大。因此，继电保护必须及时发现单相接地故障，发出信号，使运行人员采取措施消除故障。小电流接地系统单相接地(以下简称单相接地)是配电系统最常见的故障，多发生在潮湿、多雨天气。由于树障、配电线路上绝缘子单相击穿、单相断线以及小动物危害等诸多因素引起的。单相接地不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故。因此，熟悉接地故障的处理方法对值班人员来说十分重要。3.2.1几种接地故障的特征⑴当发生一相(如A相)不完全接地时，即通过高电阻或电弧接地，这时故障相的电压降低，非故障相的电压升高，它们大于相电压，但达不到线电压。电压互感器开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出接地信号。⑵如果发生A相完全接地，则故障相的电压降到零，非故障相的电压升高到线电压。此时电压互感器开口三角处出现100V电压，电压继电器动作，发出接地信号。南华大学电气工程学院继电保护课程设计第页，共33页8⑶电压互感器高压侧出现一相(A相)断线或熔断件熔断，此时故障相的指示不为零，这是由于此相电压表在二次回路中经互感器线圈和其他两相电压表形成串联回路，出现比较小的电压指示，但不是该相实际电压，非故障相仍为相电压。互感器开口三角处会出现35V左右电压值，并启动继电器，发出接地信号。⑷由于系统中存在容性和感性参数的元件，特别是带有铁芯的铁磁电感元件，在参数组合不匹配时会引起铁磁谐振