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1、中北大学信息与通信工程学院电力系统继电保护课程设计引言电力系统继电保护作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,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。电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的
2、降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。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。1 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
3、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
4、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。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
5、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。1.2 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
6、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AC+BC与AB并联运行。1.3自动装置配置1.3.1 简述电力系统自动装置是指在电力网中发生故障或异常时起控制作用的设备，主要包括自动重合闸、备用电源自动投入装置、低频减载和失压解列装置等设备，电网中自动装置的型号多、逻辑千变万化，在实际运行中会暴露一些问题。电网中自动装置的配置，需要我们进行全面的考虑。1.3.2系统安全自动装置的配
7、置配置重合闸：在电力系统故障中，打多数故障是输电线路故障。运行经验表明大多数线路故障是“瞬时性”故障，此时，如果把断开的线路在合上，就能恢复正常供电。该系统为110KV输电线路系统，按照要求，每一个断路器都应该装有ARD装置，并与继电保护后加速配合形成重合闸后加速保护，保证电力系统最大限度的正常供电。配置备用电源自动投入装置：当线路或用电设备发生故障时，能够自动迅速、准确的把备用电源投入用电设备中或把设备切换到备用电源上，不至于让用户断电的一种装置。该系统为110KV输电线路系统，根据系统要求，如果B变电站或C变电站中的两台变压器，为了保证负荷可以长时间的正常运行，应该加入AAT装置。配置低频
8、、低压减载装置：它在电力系统发生事故出现功率缺额使电网频率、电压急剧下降时,自动切除部分负荷,防止系统频率、电压崩溃,使系统恢复正常,保证电网的安全稳定运行和对重要用户的连续供电。如图所示：该系统为110KV输电线路系统，根据当地系统运行状况和系统要求，为了保证系统能够稳定运行，防止系统频率、电压崩溃应该在变电站B、C、D中配置低频、低压减载装置。2. 电网各个元件参数计算及短路电流计算2.1基准值选择基准功率：SB=100MVA，基准电压：VB=115V。基准电流：IB=SB/1.732 VB=100103/1.732115=0.502KA；基准电抗：ZB=VB/1.732 IB=11510
9、3/1.732502=132.25；电压标幺值：E=E(2)=1.052.2电网各元件等值电抗计算2.2.1输电线路等值电抗计算(1) 线路AB等值电抗计算正序以及负序电抗：XL1= X1L1=0.440=16XL1*= XL1/ ZB=16/132.25=0.121零序电抗：XL10= X0L1= 3X1L1=30.440=48XL10*= XL10/ ZB=48/132.25=0.363(2) 线路BC等值电抗计算正序以及负序电抗：XL2= X1L2=0.440=16XL2*= XL2/ ZB=16/132.25=0.121零序电抗：XL20= X0L2= 3X1L2=30.440=48X
10、L20*= XL20/ ZB=48/132.25=0.363(3) 线路CA等值电抗计算正序以及负序电抗：XL3= X1L3=0.450=20XL3*= XL3/ ZB=20/132.25=0.1512零序电抗：XL30= X0L3= 3X1L3=30.450=60XL30*= XL30/ ZB=50/132.25=0.45372.2.2变压器等值电抗计算(1) 变压器T1、T2等值电抗计算XT1= XT2=UK%/100UN2/ SN=1O.5/100110110/6021.175XT1*= XT2*=XT1/ ZB=31.7625/132.25=0.1601(2) 变压器T3等值电抗计算X
11、T3= UK%/100UN2/ SN21.175XT3*=XT3/ ZB=21.175/132.25=0.1601(3) 变压器T4、T5、T6等值电抗计算XT4= XT5=XT6= XT7= UK%/100UN2/ SN63.525XT6*= XT7* = XT4*= XT5*=63.525/132.25=0.48032.2.3发电机等值电抗计算(1)发电机G1、G2、G3电抗标幺值计算XG1* = XG2*= XG3*=XdSB/ SG= XdSB COS/ PG=0.1291000.85/50=0.21932.2.4 各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流(1) 保护1的最大运行方式：
12、发电机G1、G2、G3全投入，继开线路AC；通过保护1的负荷电流最大；保护1的最小运行方式：发电机G3停，线路全部运行。(2) 保护3的最大运行方式：发电机G1、G2、G3全投入，继开线路BC；通过保护4的负荷电流最大。保护4的最小运行方式：G3停，线路全部运行。(3) 保护6的最大运行方式：发电机G1、G2、G3全投入，断开线路AB；通过保护6的负荷电流最大。保护6的最小运行方式：G3停，线路全部运行。2.2.5 短路计算电路图等值图BC线路是最大运行方式正序负序零序BC最小运行方式正序 零序CA线路最大运行方式正序零序CA线路最小运行方式正序零序AB线路最大运行方式正序零序AB线路最小运行
13、方式正序零序故障点C：最大运行方式 三相短路： 有名值 ：两相短路：有名值： 单相接地： 有名值 ：两相接地： = 2.564有名值：最小运行方式 三相短路： 有名值： 两相短路： 有名值: 单相接地： 有名值： 两相接地 ： = 4.062 有名值：短路点A：最大运行方式 三相短路： 有名值： 两相短路： 有名值 ：单相接地： 有名值： 两相接地 ： = 9.08A 有名值： 零序：流过安装处电流：单相接地： 两相接地：最小运行方式三相短路： 有名值： 两相短路： 有名值： 单相短路： 有名值： 两相接地 ： 有名值： 零序： 流过安装处电流：单相接地： 两相短路：短路点B ：1.最大运行方
14、式下： 三相短路：=3.984 A；有名值 =916.33 A； 两相短路： =3.984=3.45A，有名值=793.57 A； 单相短路：=30.2512+0.161=4.52A，有名值=1040.72 A； 两相接地：=4.33 A，有名值=996.10A； 流过安装处电流：0.1753+0.360.1753+0.36+0.2625=0.543；单相：=0.5431040.72=565.11A；两相：=0.543996.10=540.88A2.最小运行方式下： 三相短路：=3.571A；有名值=821.43A； 两相短路：=3.093；有名值=711.40A； 单相短路：=30.282+0.148=4.237，有名值=974.58A 两相接地：=4.043A，有名值=929.92A； 流过安装处电流：0.562； 单相：=0.562974.58=547.71A； 两相：=0.562929.92=522.62A表2-1 短路电流统计表A侧短路(A)B侧短路(A)C侧短路(A)最大运行方式三相短路43.922.9143.89两相短路38.0119.8438.015单相短路54.4226.0254.418两相接地52.2124.952.207最小运行
