110KV单电源环形网络相间接地短路电流保护的设计继电保护_课程设计

南华大学电气工程学院继电保护课程设计20114450310陈彪1110KV单电源环形网络相间(接地)短路电流保护的设计继电保护课程设计任务书110KV单电源环形网络相间短路电流保护的设计110KV单电源环形网络接地短路电流保护的设计一、已知条件二、b=20c=30d=40e=401．网络中各线路均采用带方向或不带方向的电流电压保护，所有变压器均采用纵差动作为主保护，变压器采用11/Y接线。2．发电厂最大发电容量为360MW，最小发电容量为260MW。3．网络正常运行方式为发电厂容量最大且闭环运行。4．允许最大故障切除时间为0.9S.5．110千伏断路器均采用1102DW型断路器，它的跳闸时间为0.05S，Ⅱ段保护动作时间0.4S。6．线路AB、BC、AD和CD的最大负荷电流请自行计算，负荷自启动系数为南华大学电气工程学院继电保护课程设计20114450310陈彪21.5。7．各变电所引出线上后备保护的动作时间如图所示，St5.0。8．线路的正序电抗均为KM/4.0。9．主保护灵敏系数的规定：线路长度200公里以上不小于1.3，线路长度50~200公里不小于1.4，50公里以下不小于1.5。10．后备保护灵敏系数的规定：近后备保护不小于1.3；远后备保护不小于1.2。三、设计任务1．确定保护1、3、5、7的保护方式（三段式）、各段保护整定值及灵敏度。2．绘制保护1的接线图（包括原理图和展开图）。3．撰写说明书，包括短路计算过程（公式及计算举例）、结果和保护方式的选择及整定计算结果（说明计算方法）。四、设计要点1．短路电流及残压计算，考虑以下几点1.1运行方式的考虑1.2最大负荷电流的计算1.3短路类型的考虑1.4曲线绘制2．保护方式的选择和整定计算1.1保护的确定应从线路末端开始设计。1.2优先选择最简单的保护（三段式电流保护），以提高保护的可靠性。当不能同时满足选择性、灵敏性和速动性时，可采用较为复杂的方式，比如采用电流电压连锁保护或方向保护等。1.3将最终整定结果和灵敏度校验结果列成表格。南华大学电气工程学院继电保护课程设计20114450310陈彪3摘要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地注入了新的活力。因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段：继电保护的萌芽期、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向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化的发展。继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信号量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性，速动性，灵敏性，可靠性。这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、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，继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。关键字：继电保护，电流保护，距离保护南华大学电气工程学院继电保护课程设计20114450310陈彪4引言......................................................................11运行方式的选择..........................................................31.1运行方式的选择原则................................................31.1.1发电机、变压器运行方式选择的原则.............................31.1.2变压器中性点接地选择原则.....................................31.1.3线路运行方式选择原则.........................................31.1.4流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择...................31.1.5选取流过保护的最大负荷电流的原则.............................42保护装置的选定原则......................................................43电网各个元件参数计算及负荷电流计算......................................53.1计算网络参数......................................................63.2元件等值电抗计算..................................................73.2.1输电线路等值电抗计算.........................................73.2.2变压器等值电抗计算...........................................73.2.3发电机等值电抗计算...........................................83.2.4最大负荷电流计算.............................................84最大运行方式与最小运行方式的选定原则....................................95短路电流计算和残余电压Ures计算........................................96线路保护方式的确定.....................................................126.1线路保护配置的一般原则...........................................126.2保护方式的确定及动作值的整定......................................126.2.1AB线路1QF的整定...........................................126.2.2BC线路3QF的整定...........................................146.2.3BD线路5QF的整定...........................................166.2.4DA线路7QF的整定...........................................18设计心得.................................................................21参考文献.................................................................22南华大学电气工程学院继电保护课程设计20114450310陈彪51运行方式的选择1.1运行方式的选择原则1.1.1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。1.1.2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。1.1.3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。1.1.4流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择(1)相间保护南华大学电气工程学院继电保护课程设计20114450310陈彪6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。1.1.5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。计算整定过程的几个注意点：1．单电源环形网络的相间短路保护可采用带方向或不带方向的电流电压保护，因此在决定保护方式前，必须详细地计算短路点短路时，渡过有关保护的短路电流和保护安装处的残余电压，然后根据计算结果和题目的要求条件下，尽可能采用简单的保护方式。2．系统运行方式的考虑除了发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时渡过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值灵敏度。3．在求不同保护的整定值和灵敏度时，应该注意短路点的选择。4．后备保护的动作电流必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的南华大学电气工程学院继电保护课程设计20114450310陈彪7动作电流大于下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度，以保证选择性。2保护装置的选定原则一个继电保护装置的好坏，主要是从它的选择性、灵敏性、速动性及可靠性等方面衡量的。1、选择性电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路和相邻下一线路的后备保护。实际上，电流速断保护I段常常不能通过灵敏度的校验，主要是因为系统运行方式变化比较大，在最小运行方式下，保护I段往往没有保护范围，为此，常使用电流电压联锁保护代替电流速断保护，实现I段的主保护。。2、速动性电流电压保护第一段及第二段共同作为线路的主保护，能满足网络主保护的速动性要求。而第三段保护则因为越接近电源，动作时间越长，有时动作时间长达好几秒，因而一般情况下只能作为线路的后备保护。3、灵敏度电流保护的灵敏度因系统运行方式的变化而变化。一般情况下能满足灵敏度要求。但在系统运行方式变化很大，线路很短和线路长而负荷重等情况下，其灵南华大学电气工程学院继电保护课程设计20114450310陈彪8敏度可能不容易满足要求，甚至出现保护范围为零的情况。三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。缺点是它的灵敏度受保护方式和短路类型的影响，此外在单侧电源网络中才有选择性。4、可靠性电流保护的电路构成，整定计算及调试维修都较为简单，因此，它是最可靠的一种保护。计算整定过程的几个注意点：1．单电源环形网络的相间短路保护可采用带方向或不带方向的电流电压保护，因此在决定保护方式前，必须详细地计算短路点短路时，渡过有关保护的短路电流和保护安装处的残余电压，然后根据计算结果和题目的要求条件下，尽可能采用简单的保护方式。2．系统运行方式的考虑除了发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时渡过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值灵敏度。3．在求不同保护的整定值和灵敏度时，应该注意短路点的选择。4．后备保护的动作电流