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1、前言电力系统中的发电机、变压器、输电线路、母线以及用电设备，一旦发生故障，继电保护及安全自动装置能够快速、可靠、有选择地将故障元件从系统中切除，使故障元件免于继续遭受损坏，既能保证其它无故障部分迅速恢复正常，又能提高电力系统运行的稳定性，是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。而课程设计是学生在校期间的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计（或研究）的综合性训练。通过课程设计，可以培养学生运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，增强工程观念，以便更好地适应工作的需求。本次课程设计为给110kV电网继电保护配置与线路保护整定计算，学习规程确定系统
2、运行方式，变压器运行方式。选择各元件保护方式，计算发电机、变压器、线路的参数，确定保护方式及互感器变比。对于线路和变压器故障，根据相间和接地故障的情况，选择相应的保护方式并作整定和校验。第 一 章 概 述1.1 电力系统继电保护的作用电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源，电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。电力系统由各种电气元件组成。这里电气元件是一个常用术语，它泛指电力系统中的各种在电气上的独立看待的电气设备、线路、器具等。由于自然环境，制造质量运行维护水平等诸方面的原因，电力系统的各种元件在运行中可能出现各种故障或不正常运行状态。因此，需要
3、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。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。1.2 继电保护的基本要求对作用于跳闸的继电保护装置，在技术上有四个基本要求，也就是所说的“四性”：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。（1）选择性选择性是指继电保护装置动作时，应在尽可能小的范围内将故障元件从电力系统中切除，尽量缩小停电范围，最大限度的保护电力系统中非故障部分能继续运行。（2）速动性快
4、速的切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格也比较昂贵。电力系统在一些情况下，允许保护装置带有一定的延时切除故障的元件。因此，对继电保护速动性的具体要求，应根据电力系统的接线以及被保护元件的具体情况来确定。 切除故障的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般的快速保护的动作时间为0.060.12s，最快的可达0.010.04s；一般的断路器动作时间为0.060.15s，最快的可达0.020.06s。（
5、3）灵敏性继电保护的灵敏性是指，对于其保护范围内发生的故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的博爱户范围内部发生故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻都能敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，通常记为Ksen，它主要决定于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。（4）可靠性 保护装置的可靠性是指，对于任何一台保护装置，在为其规定的保护范围内发生了他应该动作的故障，它不应该拒绝动作（简称拒动）；而在其他任何情况下，包括系统正常运行状态或发生了该保护装置不应该动作的故障时，则不应该错误动作（简称误动）。 可靠性主要是
6、针对保护装置本身的质量和运行维护水平而言的。一般来说，保护装置的原理方案越周全，结构设计越合理，所用元器件质量越好，制造工艺越精良，内外接线越简明，回路中继电器的触点数量越少，保护装置工作的可靠性就越高。同时，正确的安装和接线、严格的调整和试验、精确的整定计算和操作、良好的运行维护以及丰富的运行经验等，对于提高保护运行的可靠性也具有重要的作用。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。另外，再选择继电保护方式时除应满足上述的
7、基本要求外，还应考虑经济条件。1.3 电网继电保护的设计原则关于电网继电保护的选择在“技术规程”中已有具体的规定，一般要考虑的主要规则为：（1） 电力设备和线路必须有主保护和后备保护，必要时增加辅助保护，其中主保护主要考虑系统稳定和设备安全；后备保护主要是考虑主保护和断路器拒动时用于故障切除；辅助保护是补充前二者的不足或在主保护退出时起保护作用；（2） 线路保护之间或线路保护与设备保护之间应在灵敏度、选择性和动作时间上相互配合，以保证系统安全运行；（3） 对线路和设备所有可能的故障或异常运行方式均应设置相应的保护装置，以切除这些故障和给出异常运行的信号；（4） 对于不同电压等级的线路和设备，应
8、根据系统运行要求和技术规程要求,配置不同的保护装置.一般电压等级越高,保护的性能越高越完善,如330KV以上线路或设备的主保护采用“双重化”保护装置等；（5）所有保护装置均应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性要求。第 二 章系统中各元件的主要参数计算2.1 标幺制及标幺值计算方法2.1.1标幺制的概念在电力系统计算中，广泛采用标幺制。标幺制是相对单位制中的一种，在标幺制中各物理量都用标幺值表示。标幺值=实际有名值（任意单位）/基准值（与有名值同单位）标幺值是一个没有量纲的数值。对于同一个实际值，当所选的基准值不同是，其标幺值也不同。所以当诉说一个物理量的标幺值是，必须同时说明起基准值多大，否则
9、仅有一个标幺值是没意义的。当选定电压、电流、阻抗、和功率的基准值分别为UB、IB、ZB和SB时,相应的标幺值为U*= U/UB （2-1）I*= I/IB （2-2）Z*= Z/ZB （2-3）S*= S/SB （2-4）2.1.2基准值的选取采用标幺值的目的是为了简化计算和便于对计算结果做出分析评价，在选择基准值时应考虑尽量实现这些目的。电力系统的各电气量基准值的选择,在符合电路基本关系的前提下,原则上可以任意选取。四个物理量的基准值都要分别满足以上的公式，因此，四个基准值只能任选两个，其余两个则由上述关系式决定。至于先选定哪两个基准值，原则上没有限制；但习惯上多先选定UB B。这样电力系统
10、主要涉及三相短路的IB ZB, 可得: （2-5） （2-6）U和原则上选任何值都可以，但应根据计算的内容及计算方便来选择。通常UB多选为额定电压或平均额定电压。B可选系统的或某发电机的总功率；有时也可取一整数，如100、1000MVA等。用标幺值计算时，也就是在各元件参数的有名值归算到同一个电压等级后，在此基础上选定统一的基准值求各元件参数的标幺值。2.1.3标幺值的计算方法：标幺值的计算有精确计算法和近似计算法两种，其区别在于参数归算时是否采用变压器实际变比。（1） 精确的计算法，在标幺值归算中，不仅将各电压级参数归算到基本级，而且还需选取同样的基准值来计算标幺值。1）将各电压级参数的有名
11、值按有名制的精确计算法归算到基本级，再基本级选取统一的电压基值和功率基值。 2）各电压级参数的有名值不归算到基本值而是再基本级选取电压基值和功率基值后将电压基值向各被归算级归算，然后就在各电压级用归算得到的基准电压和基准功率计算各元件的标幺值。（2）近似计算：标幺值计算的近似归算也是用平均额定电压计算。标幺值的近似计算可以就在各电压级用选定的功率基准值和各平均额定电压作为电压基准来计算标幺值即可。本次设计采用近似计算法。取基准容量为100MVA，基准电压为各级平均电压。2. 2 发电机参数的计算发电机的电抗有名值： （2-7）发电机的电抗标幺值： （2-8）式中： 发电机次暂态电抗 发电机的额
12、定电压 基准电压10.5 kV 基准容量100MVA 发电机额定容量MVA例：发电机G1：计算结果：表2.1 发电机参数结果表 发电厂发电机编号容量MVA功率因数COS次暂态电抗等值电抗 （标幺值）等值电抗（有名值） AG1,G2500.8512.50.25000.2756AG3700.8513.50.19290.21262. 3 变压器参数的计算双绕组变压器电抗有名值： （2-9）双绕组变压器电抗标幺值： （2-10）式中： 变压器短路电压百分值 发电机的额定电压 基准电压115KV 基准容量100MVA 变压器额定容量MVA例：变压器T1：计算结果： 表2.2 变压器参数结果表变压器编号容
13、量MVA电压比, KV%正序等值电抗（标幺值）正序等值电抗（有名值） 零序等值电抗（标幺值）零序等值电抗（有名值） T1,T26010.50.175021.1750.140016.94T3639.750.154818.72620.123814.9810T42513.50.540065.340.456052.272T5,T631.510.50.333340.33330.266732.2666（变压器零序阻抗是0.8倍的正序阻抗）2. 4 线路参数的计算线路电抗有名值： （2-11）双绕组变压器电抗标幺值： （2-12）式中： 线路单位阻抗（线路正序阻抗为0.4W/km，单回线零序阻抗为1.2W/km，双回线零序阻抗为1.4W/km） 线路长度km 基准电压115KV 基准容量100MVA例：线路Lm-n： 计算结果： 表2.3 线路参数结果表线路名称长度，km最大负荷MW功率因数COS正序等值电抗（标幺值）正序等值电抗（有名值） 零序等值电抗（标幺值）零序等值电抗（有名值） MN601200.850.1815240.635284MP4080
