l千伏單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)相間短路保護(hù)的整定計算

1、國際學(xué)院課程設(shè)計報告( 20122013 學(xué)年第 二 學(xué)期 )題目 110 千伏單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)相間短路保護(hù)的整定計算院（系、部）電氣工程系 課 程 名 稱電力系統(tǒng)綜合課程設(shè)計 專業(yè)電氣自動化技術(shù)班級2 0 1 1級電氣工程1班 學(xué)號201179310213姓名john指 導(dǎo) 教 師魏老師目錄第一章 原始資料3第二章 設(shè)計內(nèi)容51、計算網(wǎng)絡(luò)各參數(shù)52、運行方式的選定63、最大短路電流計算74、線路保護(hù)方式的確定9（1）AB 線路 1QF 的整定9（1）BC 線路 3QF 的整定 10（1）DB 線路 5QF 的整定 12（1）DA 線路 7QF 的整定 135、繼電保護(hù)的主接線圖 146、繼電保

2、護(hù)綜合評價 16第三章 設(shè)計心得17第四章 參考文獻(xiàn)17第一章 原始資料（1）網(wǎng)絡(luò)的接線如圖 1-1 所示圖 11（2）網(wǎng)絡(luò)中各線路均采用帶方向或不帶方向的電流電壓保護(hù)，變壓器均采用縱 差動保護(hù)作為主要保護(hù)。其中變壓器均為 Y D 11 接線。（3）發(fā)電廠的最大發(fā)電容量為 350 兆瓦，最小發(fā)電容量為 250 兆瓦。（4）網(wǎng)絡(luò)的正常運行方式為發(fā)電廠發(fā)電容量最大且閉環(huán)運行。（5）允許的故障切除時間為 0.7 秒。（6）110 千伏開關(guān)均采用 DW3110 型(MKM-110 型)，它的跳閘時間為 0.050.03秒。（8）線路 A2、B3、A4、D2 的最大負(fù)荷電流分別為 230A、150A、2

3、30A、140A， 負(fù)荷的自啟動系數(shù)均為 K3 = 1.5 。（9）各變電所引出線上后備保護(hù)的動作時間如圖示，后備保護(hù)的 Dt = 0.5s 。（10）線路的電抗均為 0.4 歐/公里。電壓互感器的變比為 110000/100。其它參 數(shù)如圖 11 所示。設(shè)計內(nèi)容（1）選擇相應(yīng)計算短路點，并計算各段路點的短路電流 IK 和殘余電壓Ures 。注意：計算U和 I 時，必須說明系統(tǒng)運行方式、短路點與短路類型的決定原resK則或依據(jù)，以及計算時考慮的其他因素。計算結(jié)果除用表格列出外，并需列出計 算時采用的公式及計算舉例（不必列出每個計算值的計算過程）。表格形式如表 1-1 所示，殘余電壓表格和短路電

4、流表格一樣。（2）確定保護(hù) 1、3、5、7(或 2、4、6、8)的保護(hù)方式，以及它們的 Ipu （動作電 流整定值）、Upu（動作電壓整定值）、Kesn（靈敏系數(shù)）和 tpu（動作時限整定值）。 注意：在做保護(hù)方式的選擇及整定計算時，應(yīng)說明所選用保護(hù)方式的原則，每個保護(hù)的整定計算條件，并用表格列出整定計算結(jié)果。整定計算時所采用的整定計算公式及各種系數(shù)的數(shù)值也應(yīng)列出（可不必詳細(xì)列出各個保護(hù)的整定計算過程， 只需舉例說明一下計算方法）。表格形式如表 1-2 和表 1-3 所示。（3）繪出保護(hù) 5(或 4)的繼電保護(hù)接線圖(包括原圖和展開圖)，并要用表格列出該保護(hù)需要設(shè)備的型號、規(guī)格及數(shù)量。（4）根

5、據(jù)“繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程”及題目給定的要求，從選擇性、 靈敏性、速動性及可靠性四個方面來對本網(wǎng)絡(luò)所采用的保護(hù)進(jìn)行評價。1、 計算網(wǎng)絡(luò)各參數(shù)第二章 設(shè)計內(nèi)容計算短路電流時，各電氣量如電流、電壓、功率和電抗等的數(shù)值，可用有名值表示，也可用標(biāo)么值表示。為了計算方便，在低壓系統(tǒng)中宜用有名值計算法， 在高壓系統(tǒng)中宜用標(biāo)么值計算法。標(biāo)么值計算法 標(biāo)么值就是相對值算法，用新選單位進(jìn)行某物理量的衡量，衡量的值稱標(biāo)么值。有名值計算法 每個電氣參數(shù)的單位是有名的，而不是相對值。在比較簡單的網(wǎng)絡(luò)中計算短路電流也常常采用此方法，在使用此方法計算短路電流時，應(yīng)特別注意的是:必 須將各電壓等級的電氣參數(shù)都?xì)w算到

6、同一電壓等級上來。（1）電機參數(shù)的計算 發(fā)電機的電抗有名值：X = X d(%)UN 2發(fā)電機的電抗標(biāo)幺值：100SN Xd (%)SBX * =100SNd式中X (%) 發(fā)電機次暫態(tài)電抗；UN 發(fā)電機的額定電壓；UB 基準(zhǔn)電壓 230KV；SB 基準(zhǔn)容量 100MVA；SN 發(fā)電機額定容量，單位 MVA。（2）變壓器參數(shù)的計算 雙繞組變壓器電抗有名值： UK (%)UN 2X T =100SN雙繞組變壓器電抗標(biāo)幺值：X T * =Uk (%)SB100SN式中UK (%) 變壓器短路電壓百分值；UN 發(fā)電機的額定電壓；UB 基準(zhǔn)電壓 230KV； SB 基準(zhǔn)容量 100MVA； SN 變壓

7、器額定容量。假設(shè)選取 基準(zhǔn)功率 Sd = 100MV A ，基準(zhǔn)電 壓 Ud = 115V ， 基 準(zhǔn)電流 I = S d d3UD= 10 01033115= 0.502KA, 基準(zhǔn)電抗Z = U d d3Id= 11 51033502= 132.25。（1）電機及變壓器參數(shù)的計算= X= X= X Sd = 0.129 100 = 0.258XG1G2G3d SN50= X= UkSd10.5100= 0.263XT1T2100 SN10040= UkSd10.5100= 0.175XT3100 SN10060= X= X= X= X= UkSd10.5100= 0.525XT4T5T6T

8、7T8100 SN10020（2）輸電線路參數(shù)的計算Z= ZLAB= ZLABSd100= 0.4 40 Ud21152Sd100= 0.4 60 = 0.121= 0.181ZLBCLBC2Ud1152Z= ZLCDLCDSd 100= 0.4 50 Ud21152= 0.151Z= ZLDALDASd 100= 0.4 50 Ud21152= 0.1512、 運行方式的選定原則確定運行方式就是確定最大和最小運行方式，通常都是根據(jù)最大運行方式來確定保護(hù)的整定值，以保證選擇性，在其它運行方式下也一定能保證選擇性，靈敏度的校驗應(yīng)根據(jù)最小 運行方式來校驗，因為只要在最小運行方式下靈敏度一定能滿足要

9、求。（1）最大運行方式在相同地點發(fā)生相同類型短路時流過保護(hù)安裝處的電流最大，對繼 電保護(hù)而言稱為系統(tǒng)最大運行方式，對應(yīng)的系統(tǒng)等值阻抗最小。它是指供電系統(tǒng)中的發(fā)電機， 變壓器，并聯(lián)線路全投入的運行方式。系統(tǒng)在最大運行方式工作的時候，等值阻抗最小，短 路電流最大，發(fā)電機容量最大。（2）最小運行方式在相同地點發(fā)生相同類型短路時流過保護(hù)安裝處的電流最小，對繼 電保護(hù)而言稱為系統(tǒng)最小運行方式，對應(yīng)的系統(tǒng)等值阻抗最大。它是指供電系統(tǒng)中的發(fā)電機， 變壓器，并聯(lián)線路部分投入的運行方式。系統(tǒng)在最小運行方式工作的時候，等值阻抗最大， 短路電流最小，發(fā)電機容量最小。最大運行方式下的最小電源阻抗Zsmin = 0.2

10、58+ 20.2632 (0.258 + 0.175) = 0.261 0.433 = 0.163最小運行方式下的最大電源阻抗Zsmin =0.258 +20.263 = 0.26123、 最大短路電流計算，并計算各段路點的短路電流 Ik 和殘余電壓 Ures。 為計算動作電流，應(yīng)該計算最大運行方式下的三相短路電流，為檢驗靈敏度要計算最小運行方式下的兩相短路電流。為計算 1QF、3QF、5QF、7QF 的整定 值，根據(jù)如上系統(tǒng)圖可知，最大運行方式要求 8QF 斷開，等值阻抗圖如下：k計算三相短路電流：I(3)=Id Z+Zs minL (2)3 (3)k計算兩項短路電流：Ik= 2 Iresk

11、計算殘余電壓：U= I(3)以 K1 點發(fā)生三相短路為例(3) =Id ZLIK1Z+ Z+ Z+ Z+ ZsminLAB=LBCLCD0.502LCD= 0.654KA0.163 + 0.121 + 0.181 + 0.151 + 0.151(2) = 3 I(3) = 3 0.654 = 0.567KAIK12 K1(3) Z2= 0.654 0.151 132.25 = 10.46KVUres 1 = Ik1LDA同理得 K2、K3、K4G 各個短路點短路電流和殘余電壓保系 短統(tǒng)Ik運I(3)（KA）I(2)（KA）護(hù)行最大運行方式最小運行方式路方代式號點K10.6540.567K20.

12、8150.7058K31.080.9353K41.7681.5311K53.082.6671IkUres （KA）Ures （KA）保系短統(tǒng)運護(hù)行最大運行方式最小運行方式路方代式號點K110.4610.46K216.3016.30K325.8525.85K428.2928.29K549.2949.29電網(wǎng)的短路電流分布圖4、 線路保護(hù)方式的確定（一）線路保護(hù)配置的一般原則（1）考慮經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越性：可以嘗試配三段式電流保護(hù)，同時由于系統(tǒng)是環(huán)網(wǎng)運 行，相當(dāng)于雙電源運行一定要加方向元件。在 110KV 等級電力網(wǎng)絡(luò)中，三段式電 流保護(hù)可能在系統(tǒng)最小運行方式下沒有保護(hù)范圍，如果系統(tǒng)在最小運行方式下運 行

13、的幾率不大的情況下，而且資金不夠的情況下可以嘗試三段式電流保護(hù)，基本 可以保證系統(tǒng)正常運行。（2）對于 110KV 及以上的電壓電網(wǎng)的線路繼電保護(hù)一般都采用近后備原則。當(dāng) 故障元件的一套繼電保護(hù)裝置拒動時，由相互獨立的另一套繼電保護(hù)裝置動作切 除故障。而當(dāng)斷路器拒絕動作時，啟動斷路器失靈保護(hù)，斷開與故障元件相連的 所有聯(lián)接電源的斷路器。（3）對瞬時動作的保護(hù)或瞬時段保護(hù)，其整定值應(yīng)保證在被保護(hù)元件發(fā)生外部 故障時，繼保裝置可靠且不動作，但單元或線路變壓器組的情冰況除外。（4） 110KV 線路保護(hù)應(yīng)按加強主保護(hù)簡化后備保護(hù)的基本原則配置和整定。其 中兩套全線速動保護(hù)的交流電流、電壓回路和直流電

14、源彼此獨立；每一套全線速 動保護(hù)對全線路內(nèi)發(fā)生的各種類型故障，均能快速動作切除故障；兩套全線速動 保護(hù)應(yīng)具有選相功能；兩套主保護(hù)應(yīng)分別動作于斷路器的一組跳閘線圈；兩套全 線速動保護(hù)分別使用獨立的遠(yuǎn)方信號傳輸設(shè)備；具有全線速動保護(hù)的線路，其主 保護(hù)的整組動作時間應(yīng)為：對近端故障不大于 20 毫秒；對遠(yuǎn)端故障不大于 30 毫秒。（5）考慮系統(tǒng)的運行方式：110KV 高壓輸電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該屬于大接地電力系統(tǒng)，需 要配置零序保護(hù)。如上考慮到環(huán)網(wǎng)運行，也要加方向元件。保證保護(hù)不誤動作。（二）保護(hù)方式的確定及動作值的整定保護(hù) 1、3、5、7 的等效電路圖如下圖所示。（1）AB 線路 1QF 的整定瞬時電流速斷保

15、護(hù)KBMAX線路 AB 末端的最大三相短路電 I(3)= 1.768KArel取K = 1.3，則保護(hù) 1 的電流保護(hù)第 I 段動作電流為I= K I(3)= 1.3 1.768 = 2.298KAIop 1relKBMAX保護(hù)范圍的校驗最小運行方式下，AB 線路 X 處兩相短路的電流為：(2)=UN= 1.5311KAIKMIN2(Zs max+X%ZL AB )X% ZLAB = U N 2I Z=(2)smaxk min 110 21.5311 0.261 132.25 = 1.4X% =1.40.121132.25= 8.7% 15%靈敏度不滿足要求，可采用電流電壓聯(lián)鎖保護(hù)來提高保護(hù)的

16、靈敏度。帶時限電流速斷保護(hù):與保護(hù) 3 的第 I 段相配合KCMAX保護(hù) 3 的電流保護(hù)第 I 段動作電流為I(3)I= K I(3)= 1.3 1.08 = 1.404KA= 1.08KAIop 3relKCMAX = 1.1 ，則 I= K II= 1.1 1.404 = 1.544KA3取Krelop 1relop 31動作時限為t靈敏度校驗= tI + t = t = 0.5sKBMIN本線路 AB 末端的最小兩相短路電流I(2)= 1.5311KA故Ksen =I(2)IKBMIN= 1.0 1.5KCMIN作遠(yuǎn)后備時，按相鄰線路 BC 末端的最小兩相短路電流I(2)來校驗，(2)I

17、KCMIN= 0.9353IKsen =IIIop 10.4871 = 1.9 1.2（2）BC 線路 3QF 的整定瞬時電流速斷保護(hù)KCMAX線路 BC 末端的最大三相短路電 I(3)= 1.08KA取Krel = 1.3，則保護(hù) 3 的電流保護(hù)第 I 段動作電流為I= K I(3)= 1.3 1.08 = 1.404KAIop 3relKCMAX保護(hù)范圍的校驗最小運行方式下，BC 線路 X 處兩相短路的電流為：(2)=UN= 0.9353KAIKMIN2(Zs max+X%ZL BC )X% ZLBC = U N 2I Z=(2)smaxk min 110 20.9353 0.261 13

18、2.25 = 24.29X% =24.290.181132.25= 100% 15%帶時限電流速斷保護(hù):與保護(hù) 5 的第 I 段相配合KDMAX保護(hù) 5 的電流保護(hù)第 I 段動作電流為I(3)= 0.815KAI= K I(3)= 1.3 0.815 = 1.0595KAIop 5relKDMAX = 1.1 ，則 I= K II= 1.1 1.0595 = 1.165KA5取Krelop 3relop 53動作時限為t靈敏度校驗= tI + t = t = 0.5sKCMIN本線路 BC 末端的最小兩相短路電流I(2)= 0.9353KA故Ksen =I(2)IKCMIN= 0.8 1.5K

19、DMIN作遠(yuǎn)后備時，按相鄰線路 BD 末端的最小兩相短路電流I(2)來校驗，(2)IKDMIN= 0.7058IKsen =IIIop 30.3176 = 2.2 1.2（3）DB 線路 5QF 的整定瞬時電流速斷保護(hù)KDMAX線路 DB 末端的最大三相短路電 I(3)= 0.815KArel取K = 1.3，則保護(hù) 5 的電流保護(hù)第 I 段動作電流為I= K I(3)= 1.3 0.815 = 1.0595KAIop 5relKDMAX保護(hù)范圍的校驗最小運行方式下，DB 線路 X 處兩相短路的電流為：(2)=UN= 0.7058KAIKMIN2(Zs max+X%ZL DB )X% ZLDB

20、 = U N 2I Z=(2)smaxk min 110 20.9353 0.261 132.25 = 43.4X% =43.40.332132.25= 98.8% 15%帶時限電流速斷保護(hù):與保護(hù) 7 的第 I 段相配合KAMAX保護(hù) 7 的電流保護(hù)第 I 段動作電流為I(3)= 0.654KAI= K I(3)= 1.3 0.654 = 0.8502KAIop 7relKAMAX = 1.1 ，則 I= K II= 1.1 0.8502 = 0.9352KA7取Krelop 5relop 75動作時限為t靈敏度校驗= tI + t = t = 0.5sKDMIN本線路 DB 末端的最小兩相

21、短路電流I(2)= 0.7058KA故Ksen =I(2)IKDMIN= 0.75 1.5KAMIN作遠(yuǎn)后備時，按相鄰線路 DA 末端的最小兩相短路電流I(2)來校驗，(2)IKAMIN= 0.567IKsen =IIIop 50.2965 = 1.9 1.2（3）DA 線路 7QF 的整定保護(hù) 7 在網(wǎng)絡(luò)的末端，所以不存在與下級保護(hù)的配合問題，其速斷保護(hù)（第 一段）的整定電流按躲過本線路的最大負(fù)荷電流來整定，保護(hù)線路全長，第二段 按過負(fù)荷的方式整定，所以不需要第三段。瞬時電流速斷保護(hù)KAMAX線路 DA 末端的最大三相短路電流I(3)= 0.654KArel取K = 1.3，則保護(hù) 7 的電

22、流保護(hù)第 I 段動作電流為I= K I(3)= 1.3 0.654 = 0.8502KAIop 7relKAMAX保護(hù)范圍的校驗最小運行方式下，DA 線路 X 處兩相短路的電流為：(2)=UN= 0.567KAIKMIN2(Zs max+X%ZL DA )X% ZLDA = U N 2I Z=(2)smaxk min 110 20.567 0.261 132.25 = 62.5X% =62.50.151132.25= 300% 15%過負(fù)荷保護(hù)的整定動作電流的整定rel取Kre = 0.85，KIII= 1.2，Kst = 1.5III Kst II= Krel I= 1.21.5 230 =

23、 487.1AIop 7KreIILMAX0.85動作時限為t7 = 0靈敏度校驗KAMIN作近后備時，按本線路 DA 末端的最小兩相短路電流I(2)來校驗，即(2)IKAMIN= 0.567IKsen =IIIop 50.4871 = 1.2 1.5保 護(hù) 編I（KA）1QF3QF5QF7QF備注第 I 段IIop2.2981.4041.05950.8502保護(hù)范圍（%）8.7%100%98.8%300%第 II 段IIIop1.5441.1650.93520.4871tII0.5s0.5s0.5s0KIIsen1.00.80.751.2第 III 段IIIIop0.48710.31760.

24、2965-tIII2.0s2s0.5s-III3.12.92.4-近后備1.92.21.9-遠(yuǎn)后備是否加電流電壓互鎖環(huán)節(jié)加不加不加不加整定參數(shù)號Ksen5、 繪出保護(hù) 5(或 4)的繼電保護(hù)接線圖(包括原圖和展開圖)，并要用表格列出該 保護(hù)需要設(shè)備的型號、規(guī)格及數(shù)量。KA1KA2KA3KA4KA5KA6KA7KT1KT2KCOKCOKT1KT25DLYR直流控制電源母線 無時限電流速斷保護(hù)帶時限電流速斷保護(hù)定時限過流速斷保護(hù)延時速度按時限 定時時限跳閘回路設(shè)設(shè)備備要型號數(shù)量電流繼電器 KALL-5C7時間繼電器 KTSS-21B2出口繼電器 KCODZ-824E1信號繼電器 KSDX-19E1

25、電流互感器 TA2電壓互感器 TV2跳閘線圈 YR16、 根據(jù)“繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程”及題目給定的要求，從選擇性、 靈敏性、速動性及可靠性四個方面來對本網(wǎng)絡(luò)所采用的保護(hù)進(jìn)行評價。 一個繼電保護(hù)裝置的好壞，主要是從它的選擇性、靈敏性、速動性及可靠性等方面衡量的。1、選擇性 電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分，限時電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路全長，但不能作為下一段線路的后備保護(hù)，因此必須采用定時限過電流保護(hù)作為本線路 和相鄰下一線路的后備保護(hù)。實際上，電流速斷保護(hù) I 段常常不能通過靈敏度的 校驗，主要是因為系統(tǒng)運行方式變化比較大，在最小運行方式下，保護(hù) I 段往往 沒有保護(hù)范圍，為此，常使用

26、電流電壓聯(lián)鎖保護(hù)代替電流速斷保護(hù)，實現(xiàn) I 段的 主保護(hù)。本設(shè)計中，為了保證選擇性，采用了功率方向元件，并通過上下級之間 的配合實現(xiàn)了保護(hù)的選擇性。2、速動性 電流電壓保護(hù)第一段及第二段共同作為線路的主保護(hù)，能滿足網(wǎng)絡(luò)主保護(hù)的速動性要求。而第三段保護(hù)則因為越接近電源，動作時間越長，有時動作時間長 達(dá)好幾秒，因而一般情況下只能作為線路的后備保護(hù)。本設(shè)計的主保護(hù)動作時間滿足題目要求。3、靈敏度 電流保護(hù)的靈敏度因系統(tǒng)運行方式的變化而變化。一般情況下能滿足靈敏度要求。但在系統(tǒng)運行方式變化很大，線路很短和線路長而負(fù)荷重等情況下，其靈 敏度可能不容易滿足要求，甚至出現(xiàn)保護(hù)范圍為零的情況。三段式電流保護(hù)的

27、主 要優(yōu)點是簡單、可靠，并且一般情況下都能較快切除故障。缺點是它的靈敏度受 保護(hù)方式和短路類型的影響，此外在單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中才有選擇性。4、可靠性 電流保護(hù)的電路構(gòu)成，整定計算及調(diào)試維修都較為簡單，因此，它是最可靠的一種保護(hù)。計算整定過程的幾個注意點：1單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的相間短路保護(hù)可采用帶方向或不帶方向的電流電壓保 護(hù)，因此在決定保護(hù)方式前，必須詳細(xì)地計算短路點短路時，渡過有關(guān)保護(hù)的短路電流和保護(hù)安裝處的殘余電壓，然后根據(jù)計算結(jié)果和題目的要求條件下，盡可 能采用簡單的保護(hù)方式。2系統(tǒng)運行方式的考慮除了發(fā)電廠發(fā)電容量的最大和最小運行方式外，還 必須考慮在設(shè)備檢修或故障切除的情況下，發(fā)生短路時渡過保護(hù)裝置的短路電流 最大和最小的系統(tǒng)運行方式，以