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1、xx理工大学电力系统继电保护课程设计说明书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
2、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1.系统初始条件1.1.主接线图下图为某电力系统主接线。该系统由某发电厂的三台发电机经三台升压变压器由A母线与单侧电源环形网络相连，其电能通过电网送至B、C、D三个降压变电所给用户供电。1.2.相关参数(1)110KV网络的接线如图所示，部分参数如图中所示(2)网络中个线路均采
3、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保护作为主保护，变压器均为Y，d11接线(3)发电厂的最大发电容量为：3*50MW，最小容量为2*50MW(4)网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行(5)110KV断路器均采用SW6-110型断路器；ta3的跳闸时间为0.07s(6)线路AB、 BC、AD和CD的最大负荷电流分别为230、150、230和140A；负荷自启动系数Kss=1.5(7)各变电所引出线上后备保护的动作时间如图所示(8)线路的正序电抗均为X1=0.4/km(9)电压互感器的变比nTA=110000/1002.三段式电流保护整定计算2.1.计算网络参数选取
4、基准功率B=100MVA和基准电压为VB=Vav最大运行方式下的最大电源阻抗：最小运行方式下的最大电源阻抗：2.2.最大短路电流计算和整定计算 为计算动作电流，应该计算最大运行方式下的三相短路电流，为校验灵敏度要计算最小运行运行方式下两相短路电流。为计算2OF、4OF、6QF、8QF的整定值根据如上系统图可知，最大运行方式要求1QF断开，等值阻抗图如下：图2.1.2 系统等值电抗图2.2.1.K1点发生三相短路（1）电力系统网络等值电抗图为：图2.2.1- K1点短路时等值电抗图最大运行方式时：计算K1点短路时的短路电流，系统的等效阻抗为：由上面已经计算出，基准电流为：，基准电抗为：；三相短路
5、电流标幺值为：三相短路电流的有名值为: 最小运行方式时：三相短路电流的标幺值为：三相短路电流的有名值为:（2）保护8QF的整定 对保护8QF的三段式电流保护整定计算，三段式包括:瞬时性电流速断保护、限时电流速断保护以及定时限电流速断保护。下面首先对8QF进行瞬时性电流速断保护的整定： 下面对一段保护的灵敏度进行校验： 代入已知数据得： 由于Lmin0,因此灵敏度不够。 8QF的限时电流速断保护整定： 对8QF的二段保护进行灵敏度校验：,可知不满足条件 因此，针对上面的情况，则8QF与相邻下一段的二段保护相互配合，则得到其整定值为： 灵敏度校验: ,仍然不能满足要求。由于所给条件有限，不能继续对
6、8QF的二段保护进行符合灵敏度系数的整定。8QF的定时限电流整定：由初始条件知道线路AD的最大负载电流为230A,因此有下式： 对8QF的定时限速断保护进行灵敏度校验：近后备：,满足灵敏度要求。 远后备：，也满足灵敏性的要求。 总结：对于保护8QF的三段式电流保护的整定，由上面的计算过程可以看到，、段保护都不能满足灵敏性要求，可以获取更多条件来进行整定,同时也可以通过其他保护来整定，例如距离保护等；而段保护可以满足灵敏性的要求。2.2.2.K2点发生三相短路（1）电力系统网络等值电抗图如下：图5-3 K2点短路时等值电抗图最大运行方式下有：系统的等效阻抗为： 三相短路电流标幺值为： 而三相短路
7、电流有名值为： 最小运行方式下：系统等效阻抗为：三相短路电流的标幺值为：三相短路电流的有名值为:（2）保护6QF的整定 同8QF的过程一样对6QF进行相同的整定计算。首先进行瞬时性电流速断保护: 灵敏度校验：因此段保护不满足灵敏度要求。对6QF进行限时速断保护: 灵敏性校验：，不满足灵敏性要求。由于缺乏必要的条件，不能对6QF进行与相邻下一段的二段保护进行配合的整定计算。定时限电流速断保护：由初始条件可知线路CD最大负荷电流为120A,因此进行下面的整定：对8QF的定时限速断保护分别进行近后备和远后备的灵敏度校验：近后备灵敏度校验:远后备灵敏度校验：总结:通过上面的整定计算，可以看到6QF的保
8、护满足灵敏度要求，可以对线路进行保护；而、段保护不能达到要求，由于缺乏必要的计算条件，没有继续往下整定，而也可以采用距离保护等保护。2.2.3.K3点发生三相短路（1）本电力系统的等值电抗电路如下图所示：图5-4 K3点短路时电抗图最大运行方式下有： 图5-3所示的等效电抗为： 则K3点发生三相短路时的短路电流为： 三相短路电流的有名值为：最小运行方式下： 图5-3所示的等效电抗为: 所以K3点发生三相短路时最小运行方式下短路电流标幺值为： 三相短路电流有名值计算为：（2）保护4QF的整定对于4QF的瞬时性电流速断保护整定有： 保护4QF的灵敏性校验： 由以上计算知4QF的段保护灵敏性要求不满
9、足。而对于4QF的、段的保护，因为题目中没有给出详细的数据，所以不能进行、段的整定计算。 同时针对于保护4QF，因为正常运行时有正向电流和反向电流流过，为了增大其工作的可靠性，可以增加一个功率方向继电器，以防止线路XL2上某一点发生短路时流过4QF的正向短路电流小于系统正常运行是流过4QF的反向单电流（注：这里正向电流方向是指由母线流向线路）。2.2.4保护2QF的整定保护2QF的整定，根据图2-1的电力系统网络图可以看出，当系统正常运行时不可能有正向电流通过，因此要是有正向电流通过，则线路一定发生故障。为此只需要在保护2QF处加一个功率方向继电器就可以实现线路的保护，而不用分析线路的运行方式
10、。由以上计算可知电流保护的段保护灵敏度都不能满足要求，在经济条件允许的情况下，为了保证电力系统能更好的运行，且考虑电压等级为110KV，所以可以采用距离保护。3.距离保护整定计算3.1 计算网络参数由电力系统网络图有下列参数：3.2 整定值计算3.2.1 8QF距离保护整定值计算1）距离段整定阻抗 2）距离段整定阻抗与相邻下级L3配合有：按躲过相邻变压器出口短路整定有： 取以上两个计算中较小者为段整定值，因此8QF的段整定值为：。 进行灵敏度校验有：，不满足灵敏度要求。由于上述不满足灵敏度条件，所以改为相邻下一段的段保护相配合。因此6QF的段整定值为：则按照相邻下一段整定有：，满足要求。 所以
11、延时整定为:。3.2.2 6QF的距离保护整定 同理，6QF的整定计算过程同8QF： 1）距离段整定阻抗 2）距离段整定阻抗与相邻下级L3配合有：按躲过相邻变压器出口短路整定有：取以上两个计算中较小者为段整定值，因此8QF的段整定值为：。灵敏度校验有： ，不满足灵敏性要求，但由于缺少相邻下一段的段整定值，故不能进行校正。3.2.3 4QF的距离保护整定 4QF的段距离整定为：因为2QF仅需要加装一个功率方向继电器或者方向阻抗继电器即可，所以4QF不需要和2QF的距离保护装置配合，4QF仅需要和T4的保护配合： 灵敏度校验：，满足灵敏度要求。 同三段式电流保护整定，2QF的距离保护只需增加一个功
12、率继电器或方向阻抗继电器即可。4.电网的保护装置和自动装置设计4.1 保护装置配置1) 主保护的配置由系统可知110KV线路配置有众联保护，全线路上任意点故障都能快速切除。保证系统稳定安全运行。2) 后备保护的配置考虑保护性能优越性：110线路应该配距离保护，但是距离保护复杂而且价格昂贵，维护困难。考虑经济的优越性：可以尝试配三段式电流保护，同时由于系统是环网运行，相当于双电源运行一定要加方向元件。在110KV等级电力网络中，三段式电流保护可能在系统最小运行方式下没有保护范围，如果系统在最小运行方式下运行的几率不大的情况下，而且资金不够的情况下可以尝试三段式电流保护，基本可以保证系统正常运行。
13、考虑系统的运行方式：110KV高压输电网络应该属于大接地电力系统，需要配置零序保护。如上考虑到环网运行，也要加方向元件。保证保护不误动作。继电保护保护装置的配置不是一层不变的，要考虑系统运行情况、经济状况、人员技能、环境影响等等情况，但是电力系统继电保护的基本任务不变：1.自动、迅速、有选择的将故障元件冲系统中切除。2.反应电力设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，动作于发出信号或跳闸。4.2 自动装置配置 （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，
14、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。（2）系统安全自动装置的配置配置重合闸：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。如图所示：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。如图所示：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、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
