kv單側(cè)電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)設(shè)計

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計目 錄引言11 運(yùn)行方式的選擇21.1 運(yùn)行方式的選擇原則21.1.1 發(fā)電機(jī)、變壓器運(yùn)行方式選擇的原則21.1.2 變壓器中性點(diǎn)接地選擇原則21.1.3 線路運(yùn)行方式選擇原則21.1.4 流過保護(hù)的最大、電小短路電流計算方式的選擇21.1.5 選取流過保護(hù)的最大負(fù)荷電流的原則31.2 本次設(shè)計的具體運(yùn)行方式的選擇31.3 自動裝置配置31.3.1 簡述31.3.2 系統(tǒng)安全自動裝置的配置42 電網(wǎng)各個元件參數(shù)計算及短路電流計算42.1 基準(zhǔn)值選擇42.2 電網(wǎng)各元件等值電抗計算42.2.1 輸電線路等值電抗計算42.2.2 變壓器等值電抗計算52.2.3 發(fā)電機(jī)等值電

2、抗計算52.2.4 各線路運(yùn)行方式下流過斷路器的最大負(fù)荷電流62.2.5 短路計算62.3 距離保護(hù)整定計算112.3.1 電力網(wǎng)相間距離保護(hù)的整定計算步驟112.3.1 計算網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：142.3.2 距離保護(hù)整定值計算：143 距離保護(hù)的綜合評價194 課程設(shè)計總結(jié)21參考文獻(xiàn)22引言電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門主要課程,主要包括課堂講學(xué)、課程設(shè)計等幾個主要部分。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的理解，本專業(yè)特安排了本次課程設(shè)計。電能是現(xiàn)代社會中最重要、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的輸電線路輸送

3、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,保護(hù)線路的各種繼電裝置應(yīng)該有比較可靠的、及時的保護(hù)動作,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)到這個目的而設(shè)置的。其中短路電流的計算和電氣設(shè)備的選擇是本設(shè)計的重點(diǎn)。通過此次線路保護(hù)的設(shè)計可以鞏固我們本學(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，能提高我們提出問題、思考問題、解決問題的能力1 運(yùn)行方式的選擇1.1 運(yùn)行方式的選擇原則1.1.1 發(fā)電機(jī)、變壓器運(yùn)行方式選擇的原則(1)一個發(fā)電廠有兩臺機(jī)組時，一般應(yīng)

4、考慮全停方式，一臺檢修，另一臺故障；當(dāng)有三臺以上機(jī)組時，則選擇其中兩臺容量較大機(jī)組同時停用的方式。對水電廠，還應(yīng)根據(jù)水庫運(yùn)行方式選擇。(2)一個發(fā)電廠、變電站的母線上無論接幾臺變壓器，一般應(yīng)考慮其中容量最大的一臺停用。1.1.2 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，在操作時應(yīng)臨時將變壓器中性點(diǎn)接地，操作完畢后再斷開，這種情況不按接地運(yùn)行考慮。1.1.3 線路運(yùn)行方式選擇原則(1)一個發(fā)電廠、變電站線線上接有多條線路，一般考慮

5、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停用。1.1.4 流過保護(hù)的最大、最小短路電流計算方式的選擇(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）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，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

6、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。1.1.5 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。1.2 本次設(shè)計的具體運(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

7、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AC+BC與AB并聯(lián)運(yùn)行。1.3 自動裝置配置1.3.1 簡述電力系統(tǒng)自動裝置是指在電力網(wǎng)中發(fā)生故障或異常

8、時起控制作用的設(shè)備，主要包括自動重合閘、備用電源自動投入裝置、低頻減載和失壓解列裝置等設(shè)備，電網(wǎng)中自動裝置的型號多、邏輯千變?nèi)f化，在實(shí)際運(yùn)行中會暴露一些問題。電網(wǎng)中自動裝置的配置，需要我們進(jìn)行全面的考慮。1.3.2 系統(tǒng)安全自動裝置的配置配置重合閘：在電力系統(tǒng)故障中，打多數(shù)故障是輸電線路故障。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明大多數(shù)線路故障是“瞬時性”故障，此時，如果把斷開的線路在合上，就能恢復(fù)正常供電。該系統(tǒng)為110KV輸電線路系統(tǒng)，按照要求，每一個斷路器都應(yīng)該裝有ARD裝置，并與繼電保護(hù)后加速配合形成重合閘后加速保護(hù)，保證電力系統(tǒng)最大限度的正常供電。配置備用電源自動投入裝置：當(dāng)線路或用電設(shè)備發(fā)生故障時，能夠自動

9、迅速、準(zhǔn)確的把備用電源投入用電設(shè)備中或把設(shè)備切換到備用電源上，不至于讓用戶斷電的一種裝置。該系統(tǒng)為110KV輸電線路系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)要求，如果B變電站或C變電站中的兩臺變壓器，為了保證負(fù)荷可以長時間的正常運(yùn)行，應(yīng)該加入AAT裝置。配置低頻、低壓減載裝置：它在電力系統(tǒng)發(fā)生事故出現(xiàn)功率缺額使電網(wǎng)頻率、電壓急劇下降時,自動切除部分負(fù)荷,防止系統(tǒng)頻率、電壓崩潰,使系統(tǒng)恢復(fù)正常,保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和對重要用戶的連續(xù)供電。如圖所示：該系統(tǒng)為110KV輸電線路系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)運(yùn)行狀況和系統(tǒng)要求，為了保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，防止系統(tǒng)頻率、電壓崩潰應(yīng)該在變電站B、C、D中配置低頻、低壓減載裝置。2 電網(wǎng)各個元

10、件參數(shù)計算及短路電流計算2.1 基準(zhǔn)值選擇基準(zhǔn)功率：SB=100MV·A，基準(zhǔn)電壓：VB=115V。基準(zhǔn)電流：IB=SB/1.732 VB=100×103/1.732×115=0.502KA；基準(zhǔn)電抗：ZB=VB/1.732 IB=115×103/1.732×502=132.25；2.2 電網(wǎng)各元件等值電抗計算2.2.1 輸電線路等值電抗計算(1) 線路AB等值電抗計算正序以及負(fù)序電抗：XL1= X1L1=0.4×40=16XL1*= XL1/ ZB=16/132.25=0.121零序電抗：XL10= X0L1= 3X1L1=3

11、15;0.4×40=48XL10*= XL10/ ZB=48/132.25=0.363(2) 線路BC等值電抗計算正序以及負(fù)序電抗：XL2= X1L2=0.4×55=22XL2*= XL2/ ZB=22/132.25=0.166零序電抗：XL20= X0L2= 3X1L2=3×0.4×55=66XL20*= XL20/ ZB=66/132.25=0.499(3) 線路CD等值電抗計算正序以及負(fù)序電抗：XL3= X1L3=0.4×50=20XL3*= XL3/ ZB=20/132.25=0.1512零序電抗：XL30= X0L3= 3X1L3=3

12、×0.4×50=60XL30*= XL30/ ZB=60/132.25=0.4537(4) 線路DA等值電抗計算正序以及負(fù)序電抗：XL4= X1L4=0.4×50=20XL4*= XL4/ ZB=20/132.25=0.1512零序電抗：XL40= X0L4= 3X1L4=3×0.4×50=60XL40*= XL40/ ZB=50/132.25=0.45372.2.2 變壓器等值電抗計算(1) 變壓器T1、T2，T3等值電抗計算XT1= XT2= XT3=UK%/100×UN2/ SN=1O.5/100×110×1

13、10/6021.175XT1*= XT2*= XT3* =XT1/ ZB=31.7625/132.25=0.175(2) 變壓器T4、T5、T6，T8等值電抗計算XT4= XT5=XT6= XT7= XT8= UK%/100×UN2/ SN63.525XT6*= XT7* = XT4*= XT5*= XT8*=63.525/132.25=0.5252.2.3 發(fā)電機(jī)等值電抗計算(1) 發(fā)電機(jī)G1、G2、G3電抗標(biāo)幺值計算XG1* = XG2*= XG3*=0.1292.2.4 各線路運(yùn)行方式如下：(1) 保護(hù)1的最大運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī)G1、G2、G3全投入，斷開線路AD；通過保護(hù)1的負(fù)

14、荷電流最大；保護(hù)1的最小運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī)G3停，線路全部運(yùn)行。(2) 保護(hù)3的最大運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī)G1、G2、G3全投入，斷開線路AD；通過保護(hù)3的負(fù)荷電流最大。保護(hù)3的最小運(yùn)行方式：G3停，線路全部運(yùn)行。(3) 保護(hù)6的最大運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī)G1、G2、G3全投入，斷開線路AB；通過保護(hù)6的負(fù)荷電流最大。保護(hù)6的最小運(yùn)行方式：G3停，線路全部運(yùn)行。(4) 保護(hù)8的最大運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī)G1、G2、G3全投入，斷開線路AB；通過保護(hù)8的負(fù)荷電流最大。保護(hù)8的最小運(yùn)行方式：G3停，線路全部運(yùn)行。2.2.5 短路計算 圖2.1 電路阻抗圖故障點(diǎn)母線A：最大運(yùn)行方式 三相短路： 有名值 ：圖2.2 母線

15、A短路零序阻抗圖X0=0.121*3+(0.151*3+0.525)/+0.166*3)/=0.0527單相接地： 兩相接地： 最小運(yùn)行方式兩相短路： 母線B短路：最大運(yùn)行方式 X1=X2=0.131+0.121=0.252X0=0.494三相短路： 兩相短路： 圖2.3 母線B短路零序阻抗圖單相接地： 兩相接地 :最小運(yùn)行方式X1=X2=0.197+0.121=0.318X0=0.451兩相短路： 母線C ： 1. 最大運(yùn)行方式下：XL=0.131+0.121+0.166=0.418X0=0.131+(0.121+0.166)*3=0.992 三相短路：=； 兩相短路： =*1.261=1.

16、092， 圖2.4 母線c零序阻抗圖X0=(+0.121*3)/+0.166*3/0.127單相短路：=兩相接地： 兩相接地：=1.4221.5643=0.741KA2. 最小運(yùn)行方式下：X1=X2=0.197+0.121+0.166=0.484X0=0.197+(0.121+0.166)*3=1.508 三相短路：=1.089KA； 兩相短路：=； 母線D：最大運(yùn)行方式 X1=X2=0.131+0.151=0.282X0=0.131+0.151*3=0.584三相短路： 兩相短路： 圖2.5 母線D零序阻抗圖X0=0.525/(0.151單相接地： 兩相接地 := 2.80967KA最小運(yùn)行

17、方式X1=X2=0.197+0.151=0.348X0=0.650三相短路： 兩相短路： 表2.1 短路電流統(tǒng)計表母線A母線B母線C母線D最大運(yùn)行方式三相短路4.9542.0921.2611.896兩相接地3.9771.8121.0921.619單相接地9.1562.561.5642.809最小運(yùn)行方式兩相接地2.6761.4360.9431.312保護(hù)1零序電流（速斷）保護(hù)：2.3 距離保護(hù)整定計算2.3.1電力網(wǎng)相間距離保護(hù)的整定計算步驟（1）相間距離保護(hù)第段整定計算1）相間距離保護(hù)第段的整定值主要是要躲過本線路的末端相間故障。設(shè)線路AB首端斷路器為1QF,Z則線路AB斷路器1QF處的相間

18、距離保護(hù)第段的整定值為： （4-1）式中：AB線路首端斷路器1QF處相間距離保護(hù)第段的整定值； 相間距離保護(hù)第段的可靠系數(shù)，取0.85； 被保護(hù)線路AB的正序阻抗。 2）相間距離保護(hù)第段的動作時間為： 3）相間距離保護(hù)第段的靈敏度用范圍表示，即為被保護(hù)線路全長的80%85% （2） 相間距離保護(hù)段整定計算1） 按與相鄰線路距離保護(hù)I段配合整定 （4-2）式中， 被保護(hù)線路AB阻抗； 相鄰線路相間距離保護(hù)I段動作阻抗； 相間距離保護(hù)第段可靠系數(shù)，取0.80.85； 相間距離保護(hù)第段可靠系數(shù)，取0.8； 分支系數(shù)最小值，為相鄰線路第段距離保護(hù)范圍末端短路時流過故障線電流之比的最小值。 2）與相鄰變

19、壓器縱差保護(hù)配合 （4-3）式中， =0.7 相鄰變壓器的正序阻抗； 相鄰變壓器另側(cè)母線，如D母線短路時流過變壓器的短路電流與被保護(hù)線電流之比的最小值。取所有與相鄰元件相間短路保護(hù)配合計算值中的最小值為整定值。 3） 相間距離保護(hù)第段的動作時間為： =0.5s 4） 相間距離保護(hù)第段的靈敏度校驗(yàn)： （4-4） 5） 當(dāng)不滿足靈敏度要求時可與相鄰線相間距離保護(hù)第段配合。這時有： （4-5）式中， =0.800.85 相鄰線路相間距離保護(hù)第段的整定值。這時，相間距離保護(hù)第的動作時間為： =+式中， 相鄰線路相間距離保護(hù)第段的動作時間。（3） 相間距離保護(hù)段整定計算1）躲過被保護(hù)線路的最小負(fù)荷阻抗采

20、用方向阻抗繼電器 （4-6）式中， 相間距離保護(hù)第段可靠系數(shù)，取1.21.3； 返回系數(shù)，取1.151.25： 自起動系數(shù)，取1； 電網(wǎng)的額定相電壓； 最大負(fù)荷電流； 阻抗元件的最大靈敏角，取。 負(fù)荷阻抗角，取。 2）相間距離保護(hù)第段動作時間為： 3）相間距離保護(hù)第段靈敏度校驗(yàn)： 當(dāng)作近后備時 （4-7） 當(dāng)作遠(yuǎn)后備時 （4-8） 式中， 分支系數(shù)最大值。2.3.1 計算網(wǎng)絡(luò)參數(shù)： 2.3.2 距離保護(hù)整定值計算：圖2.7 阻抗等效電路（1） 1QF距離保護(hù)整定值計算：一段整定阻抗：（2） 1QF距離保護(hù)二段整定：1) 與相鄰下級LBC段的一段配合：保護(hù)3的一段保護(hù)：2)按躲過相鄰變壓器出口短

21、路整定： 靈敏度校驗(yàn)：要求=>1.25結(jié)論：=20.629 t=ts保護(hù)1段距離保護(hù)整定阻抗：按躲開正常運(yùn)行時的最小負(fù)荷阻抗整定，其整定阻抗為作近后備： 滿足靈敏度校驗(yàn)作遠(yuǎn)后備：滿足靈敏度校驗(yàn)2.2.3 3QF距離保護(hù)整定值計算保護(hù)3的保護(hù)：與下級相鄰線路保護(hù)配合：與下級變壓器保護(hù)配合：2.2.4 6QF的二段保護(hù)：（1）與下級相鄰線路保護(hù)配合：（2）與下級變壓器保護(hù)配合：2.3.4 8QF距離保護(hù)整定值計算（1)與相鄰下級LCD段的一段配合：（2)按躲過相鄰變壓器出口短路整定： 靈敏度校驗(yàn)：要求=>1.25結(jié)論： t=s保護(hù)8段距離保護(hù)整定阻抗：作近后備： 滿足靈敏度校驗(yàn)作遠(yuǎn)后備

22、：滿足靈敏度校驗(yàn) 表4.1保護(hù)1保護(hù)3保護(hù)6保護(hù)8段整定值13.618.71717段整定值21.61830.7223.42924.35段整定值72.8876.52注意根據(jù)設(shè)計要求：“系統(tǒng)允許的最大故障切除時間為 0.85s”系統(tǒng)最低等級的后備保護(hù)延時時間都已經(jīng)超過了了1.5S，如果按照階梯原則配合，不滿足設(shè)計要求，所以不需要加裝三段保護(hù)3 距離保護(hù)的綜合評價主要優(yōu)點(diǎn)：能滿足多電源復(fù)雜電網(wǎng)對保護(hù)動作選擇性的要求；阻抗繼電器是同時反應(yīng)電壓的降低和電流的增大而動作的，因此距離保護(hù)較電流保護(hù)有較高的靈敏度。其中段距離保護(hù)基本不受運(yùn)行方式的影響，而、段受系統(tǒng)運(yùn)行變化的影響也較電流保護(hù)要小一些，保護(hù)區(qū)域比

23、較穩(wěn)定。主要缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)全線瞬動。對雙側(cè)電源線路，將有全線的3040的第段時限跳閘，這對穩(wěn)定有較高要求的超高壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)來說是不能接受的。阻抗繼電器本身較長復(fù)雜，還增設(shè)了振蕩閉鎖裝置，電壓斷線閉鎖裝置，因此距離保護(hù)裝置調(diào)試比較麻煩，可靠性也相對低些。4 課程設(shè)計總結(jié)課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異。在這次寶貴的設(shè)計活動中，經(jīng)驗(yàn)才是對于我們最大的收獲，而且還增強(qiáng)了自身對未知問題以及對知識的深化認(rèn)識的能力，但是，僅僅是完成了作品還是不可以自我滿足的，我們要認(rèn)真的思考設(shè)計過程中遇到的問題，多查資料，將理論與實(shí)際相結(jié)合思考，并在以后的學(xué)習(xí)中更要加倍注意犯過的錯誤。 對于我們這些實(shí)踐中的新手來說，這是一次考驗(yàn)。怎么才能找到課堂所學(xué)與實(shí)際應(yīng)用的最佳結(jié)合點(diǎn)？怎樣讓自己的業(yè)余更接近專業(yè)？怎樣讓自己的計劃更具有序性，而不會忙無一用？這都是我們所要考慮和努力的。這次課程設(shè)計我學(xué)到很多很多的東西，學(xué)會了怎么樣去制定計劃，怎么樣去實(shí)現(xiàn)這個計劃，并掌握了在執(zhí)行過程中怎么樣去克服心理上的不良情緒。不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識，掌握了一種系統(tǒng)的研究方法。通過這次課程設(shè)計使我懂得