電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)110KV

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)第 1 頁 共 39 頁前言電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門主要課程,主要包括課堂講學(xué)、課程設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要部分。在完成了理論的學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步加深對理論知識(shí)的理解，本專業(yè)特安排了本次課程設(shè)計(jì)。電能是現(xiàn)代社會(huì)中最重要、也是最方便的能源。而發(fā)電廠正是把其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)過變壓器和不同電壓等級(jí)的輸電線路輸送并被分配給用戶，再通過各種用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合用戶需要的其他形式的能量。在輸送電能的過程中,電力系統(tǒng)希望線路有比較好的可靠性,因此在電力系統(tǒng)受到外界干擾時(shí),保護(hù)線路的各種繼電裝置應(yīng)該有比較可靠的、及時(shí)的保護(hù)動(dòng)作,從而切斷故障點(diǎn)極大限度的降低電力系統(tǒng)供電范圍。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)就是為達(dá)到這個(gè)目的而設(shè)置的。本次設(shè)計(jì)的任務(wù)主要包括了六大部分，分別為運(yùn)行方式的選擇、電網(wǎng)各個(gè)元件參數(shù)及負(fù)荷電流計(jì)算、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、對所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中短路電流的計(jì)算和電氣設(shè)備的選擇是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。通過此次線路保護(hù)的設(shè)計(jì)可以鞏固我們本學(xué)期所學(xué)的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)這一課程的理論知識(shí)，能提高我們提出問題、思考問題、解決問題的能力。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)第 2 頁 共 39 頁1 所做設(shè)計(jì)要求1.1 電網(wǎng)接線圖 cos=0.85X.1293cos=0.8cos=0.8cos=0.8圖示 110kV 單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)：（將 AB 線路長度改為 45km,CD 長度改為 20km）（1)所有變壓器和母線裝有縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，變壓器均為n，d11 接線；（2）發(fā)電廠的最大發(fā)電容量為（225+50），最小發(fā)電容量為 225；（3）網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行方式為發(fā)電廠發(fā)電容量最大且閉環(huán)運(yùn)行；（4）允許的最大故障切除時(shí)間為 0.85s；（5)線路 AC、BC、AB 、CD 的最大負(fù)荷電流分別為 250、150、230 和 140，負(fù)荷自起動(dòng)系數(shù) ；5.1sK（6）時(shí)間階梯t0.5s；（7）線路正序電抗每公里為 0.4；1.2 任務(wù)1、 計(jì)算結(jié)果，計(jì)算結(jié)果用表格列出。必須說明系統(tǒng)運(yùn)行方式、短路點(diǎn)與短路類型的決kI定原則或依據(jù)，以及計(jì)算時(shí)考慮的其他因素。2、保護(hù)方式的選擇及整定計(jì)算結(jié)果1.3 要求 要求說明選用保護(hù)方式的原則，各保護(hù)的整定計(jì)算條件，并用表格列出整定計(jì)算結(jié)果。整定計(jì)算時(shí)所采用的公式及各種系數(shù)的數(shù)值也應(yīng)列出。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)第 3 頁 共 39 頁2 運(yùn)行方式的選擇2.1 運(yùn)行方式的選擇原則2.1.1 發(fā)電機(jī)、變壓器運(yùn)行方式選擇的原則(1)一個(gè)發(fā)電廠有兩臺(tái)機(jī)組時(shí)，一般應(yīng)考慮全停方式，一臺(tái)檢修，另一臺(tái)故障；當(dāng)有三臺(tái)以上機(jī)組時(shí)，則選擇其中兩臺(tái)容量較大機(jī)組同時(shí)停用的方式。對水電廠，還應(yīng)根據(jù)水庫運(yùn)行方式選擇。(2)一個(gè)發(fā)電廠、變電站的母線上無論接幾臺(tái)變壓器，一般應(yīng)考慮其中容量最大的一臺(tái)停用。2.1.2 變壓器中性點(diǎn)接地選擇原則(1)發(fā)電廠、變電所低壓側(cè)有電源的變壓器，中性點(diǎn)均要接地。(2)自耦型和有絕緣要求的其它變壓器，其中性點(diǎn)必須接地。(3)T 接于線路上的變壓器，以不接地運(yùn)行為宜。(4)為防止操作過電壓，在操作時(shí)應(yīng)臨時(shí)將變壓器中性點(diǎn)接地，操作完畢后再斷開，這種情況不按接地運(yùn)行考慮。2.1.3 線路運(yùn)行方式選擇原則(1)一個(gè)發(fā)電廠、變電站線線上接有多條線路，一般考慮選擇一條線路檢修，另一條線路又故障的方式。(2)雙回路一般不考慮同時(shí)停用。2.1.4 流過保護(hù)的最大、電小短路電流計(jì)算方式的選擇(1)相間保護(hù)對單側(cè)電源的輻射形網(wǎng)絡(luò)，流過保護(hù)的最大短路電流出現(xiàn)在最大運(yùn)行方式；而最小短路電流，則出現(xiàn)在最小運(yùn)行方式。對于雙電源的網(wǎng)絡(luò)，一般（當(dāng)取 Z1=Z2 時(shí)）與對側(cè)電源的運(yùn)行方式無關(guān)，可按單側(cè)電源的方法選擇。對于環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)中的線路，流過保護(hù)的電大短路電流應(yīng)選取開環(huán)運(yùn)行方式，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)第 4 頁 共 39 頁開環(huán)點(diǎn)應(yīng)選在所整定保護(hù)線路的相鄰下一線線路上。而對于電小短路電流，則應(yīng)選閉環(huán)運(yùn)行方式，同時(shí)再合理停用該保護(hù)背后的機(jī)組、變壓器及線路。(2)零序電流保護(hù)對于單側(cè)電源的輻射形網(wǎng)絡(luò)，流過保護(hù)的最大零序短路電流與最小零序電流，其選擇方法可參照相間短路中所述，只需注意變壓器接地點(diǎn)的變化。對于雙電源的網(wǎng)絡(luò)及環(huán)狀網(wǎng)，同樣參照相間短路中所述，其重點(diǎn)也是考慮變壓器接地點(diǎn)的變化。2.1.5 選取流過保護(hù)的最大負(fù)荷電流的原則選取流過保護(hù)的最大負(fù)荷電流的原則如下：(1)備用電源自動(dòng)投入引起的增加負(fù)荷。(2)并聯(lián)運(yùn)行線路的減少，負(fù)荷的轉(zhuǎn)移。(3)環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)的開環(huán)運(yùn)行，負(fù)荷的轉(zhuǎn)移。(4)對于雙側(cè)電源的線路，當(dāng)一側(cè)電源突然切除發(fā)電機(jī)，引起另一側(cè)增加負(fù)荷。2.2 本次設(shè)計(jì)的具體運(yùn)行方式的選擇電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，直接影響保護(hù)的性能。因此，在對繼電保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)弊之前，首先應(yīng)該分析運(yùn)行方式。這里要著重說明繼電保護(hù)的最大運(yùn)行方式是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過保護(hù)的電流值最大，繼電保護(hù)的最小運(yùn)行方式是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過保護(hù)的電流值最小。因此，系統(tǒng)的最大運(yùn)行方式不一定就是保護(hù)的最大運(yùn)行方式；系統(tǒng)的最小運(yùn)行方式也不一定就是保護(hù)的最小運(yùn)行方式?，F(xiàn)結(jié)合本次設(shè)計(jì)具體說明如下，系統(tǒng)的最大運(yùn)行方式是所有設(shè)備全部投入運(yùn)行；系統(tǒng)的最小運(yùn)行方式為發(fā)電機(jī) G1 和 G2 投入，發(fā)電機(jī) G3 停運(yùn)。對保護(hù)1 而言，其最大運(yùn)行方式應(yīng)該是在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下線路 L1 回路斷開，其他設(shè)備全投；保護(hù) 1 的最小運(yùn)行方式應(yīng)該是：在系統(tǒng)的最小運(yùn)行方式下線路L1+L2 與 L3 并聯(lián)運(yùn)行。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)第 5 頁 共 39 頁3 電網(wǎng)各個(gè)元件參數(shù)計(jì)算及負(fù)荷電流計(jì)算3.1 基準(zhǔn)值選擇基準(zhǔn)功率：S B=100MVA，基準(zhǔn)電壓：V B=115V。基準(zhǔn)電流：I B=SB/1.732 VB=100103/1.732115=0.502KA；基準(zhǔn)電抗：Z B=VB/1.732 IB=115103/1.732502=132.25；電壓標(biāo)幺值： E=E(2)=1.053.2 電網(wǎng)各元件等值電抗計(jì)算3.2.1 輸電線路等值電抗計(jì)算(1) 線路 L1 等值電抗計(jì)算正序以及負(fù)序電抗：X L1= X1L1=0.450=20XL1*= XL1/ ZB=20/132.25=0.1512零序電抗：X L10= X0L1= 3X1L1=30.450=60XL10*= XL10/ ZB=60/132.25=0.4537(2) 線路 L2 等值電抗計(jì)算正序以及負(fù)序電抗：X L2= X1L2=0.440=16XL2*= XL2/ ZB=16/132.25=0.121零序電抗：X L20= X0L2= 3X1L2=30.440=48XL20*= XL20/ ZB=48/132.25=0.363(3) 線路 L3 等值電抗計(jì)算正序以及負(fù)序電抗：X L3= X1L3=0.490=36XL3*= XL3/ ZB=36/132.25=0.2722零序電抗：X L30= X0L3= 3X1L3=30.490=108XL30*= XL30/ ZB=108/132.25=0.8166(4) 線路 L4 等值電抗計(jì)算正序以及負(fù)序電抗：X L4= X1L4=0.425=10XL4*= XL4/ ZB=10/132.25=0.0756電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)第 6 頁 共 39 頁零序電抗：X L40= X0L4= 3X1L4=30.425=30XL40*= XL40/ ZB=30/132.25=0.22683.2.2 變壓器等值電抗計(jì)算(1) 變壓器 T1、T2 等值電抗計(jì)算XT1= XT2=(UK%/100)(VN2103/ SN)40.333XT1*= XT2*=XT1/ ZB=40.333/132.25=0.3050(3) 變壓器 T4、 、T6、等值電抗計(jì)算XT4=XT6=(UK%/100)(VN2103/ SN)63.5XT6*= XT7* = XT4*= XT5*=0.48023.2.3 發(fā)電機(jī)等值電抗計(jì)算(1)發(fā)電機(jī) G1、G2 電抗標(biāo)幺值計(jì)算XG1* = XG2*=Xd1SB/ SG1= Xd1SB COS/ P G1=0.1321000.8/25=0.4224(2)發(fā)電機(jī) G3 電抗標(biāo)幺值計(jì)算XG3*=Xd3SB/ SG3= Xd3SB COS/ P G3=0.1291000.8/50=0.20643.2.4 最大負(fù)荷電流計(jì)算(1) B、C 母線最大負(fù)荷電流計(jì)算最大負(fù)荷電流計(jì)算(拆算到 110KV)IfhB max = IfhCmax = PfhBmax Vav2 / 1.732 U COS=20103/1.7321150.80.1255KA；3.2.5 各線路運(yùn)行方式下流過斷路器的最大負(fù)荷電流(2) 保護(hù) 2 的最大運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī) Fl、P2 、F3 全投入，斷開 L3 回路；通 過保護(hù) 2 最大負(fù)荷電流為 。保護(hù) 2 的最小運(yùn)行方式；AIfh3417913maxF3 停，線路全部運(yùn)行。(3) 保護(hù) 4 的最大運(yùn)行方式：Fl、F 2、F3 全投，繼開線路 L3；通過保護(hù) 4電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)第 7 頁 共 39 頁的最大負(fù)荷電流為 。保護(hù) 4 的最小運(yùn)行方式：F3 停，線AIfh210793max路全部運(yùn)行。(6) 保護(hù) 6 因正常運(yùn)行時(shí)不可能有正向電流通過，要是有正向電流通過，一定是線路發(fā)生故障。為此，在保護(hù) 3 和保護(hù) 7 上只需判別電流(功率)的方向即可，故不用分析保護(hù) 3 和保護(hù) 6 的運(yùn)行方式。4 短路電流計(jì)算4.1 電網(wǎng)等效電路圖由于短路電流計(jì)算是電網(wǎng)繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),因此分別考慮最大運(yùn)行方式(三臺(tái)發(fā)電機(jī)全部投入,系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)取開網(wǎng)運(yùn)行)時(shí)各線路未端短路的情況,最小運(yùn)行方下(三臺(tái)中最小的一臺(tái)投入,系統(tǒng)按環(huán)網(wǎng)計(jì)算)時(shí)各線路未端短路的情況。電網(wǎng)等效電路圖如圖 3.1 所示圖 3.1 電網(wǎng)等效電路圖4.2 短路電流計(jì)算4.2.1 d1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)流過斷路 1(1) d1 點(diǎn)短路最大運(yùn)行方式下等值圖如圖 3.2.1(a)XGTL3.2.1(a)d1 點(diǎn)短路時(shí)最大運(yùn)行方式下的等值電路圖進(jìn)一步簡化后得圖 3.2.1(b)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)第 8 頁 共 39 頁XGT3L123.2.1(b)簡化圖XGT=(XG1+XT1)(XG2+XT2)/(XG1+XT1+XG2+XT2)=0.3637XGT3=XG3+XT3=0.2064+0.1601=0.3665XL=XL1+XL2+XL3=0.1512+0.121+0.2722=0.5444d圖 3.2.1(b) 正序短路電路圖 其中：X dT=XGTXGT3/(XGT+XGT3)=0.36370.3665/(0.3637+0.3665)=0.18255Xff1=XdT+XL=0.18255+0.5444=0.72695Id1max*=E/Xff1=1.05/0.726951.4444Id1max=Id1max*IB=1.44440.5020.725KA(2)最小運(yùn)行方式兩相短路正序短路電流Xff1=Xd1+XT1X L=0.4224+0.3050+0.5444=1.2718Xff1(2)(2)=Xff1Ifa(1)(2)=Vf(0)/(Xff1X ff1(2)(2)=Vf(0)/2Xff1=1.05/21.2718=0.4128If(2)*=1.732Ifa(1)(2)=1.7320.4128=0.7150If(2)=If(2)*IB=0.71500.502=0.3589KA(3)最大運(yùn)行方式兩相短路零序短路電流.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)第 9 頁 共 39 頁XL1(0)243TBC8E圖 3.2.1(c)零序短路電路圖XTT(0)=XT1(0) /2=0.1525XT(0) =0.15250.1601/(0.1525+0.0.1601)=0.0781XTBL(0) =(0.4536+0.0781)0.2401/(0.4536+0.0781+0.2401)=0.167XTL(0) =(0.2268+0.6405)0.2401/(0.2268+0.6405+0.2401)=0.188XTLB(0) =(0.363+0.167)0.188/(0.363+0.167+0.188) =0.1388Xff1(0)=XL3(0)+XTLB(0)=0.81660.1388=0.9554Iff1(0)*=E(0)/Xff1(0)=1.05/0.9554=1.099Iff1(0)=Iff1(0)*IB=1.0990.502=0.552KA4.2.2 d2 發(fā)生短路時(shí)流過斷路 2(1)最大運(yùn)行方式正序短路電流Xff2=XdT+XL3=0.18255+0.2722=0.45475Id2max*=E/Xff2=1.05/0.454752.309Id2max=Id2max*IB=2.3090.5021.159KA(2)最小運(yùn)行方式兩相短路正序短路電流X2 =(XL1+XL2)XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2=0.1361Xff2=Xd1+X2=0.18255+0.1361=0.31865If(3)*= E/2Xff1=1.05/20.31865=1.6475電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)第 10 頁 共 39 頁If(3)=If(3)*IB=3.2950.502=0.827KAIf(2)*=1.732E/4Xff1=1.7321.05/40.31865=1.429流過斷路器 1、2、3、4、5 和 6 的短路電流為：If(2)=If(2)*IB=1.4290.5