110kV電網(wǎng)距離保護課程設計

電力系統(tǒng)繼電保護原理課程設計設計題目110kV電網(wǎng)距離保護設計指導教師院（系、部）電氣與控制工程學院專業(yè)班級學號姓名日期2023年1月11日課程設計成績評定表學期2023/2023第一學期姓名專業(yè)電氣工程及其自動化班級課程名稱電力系統(tǒng)繼電保護原理設計題目110kV電網(wǎng)距離保護設計成績評分項目優(yōu)良中及格不及格設計表現(xiàn)1.設計態(tài)度非常認真認真較認真一般不認真2.設計紀律嚴格遵守遵守基本遵守少量違反嚴重違反3.獨立工作能力強較強能獨立設計完成基本獨立設計完成不能獨立設計完成4.上交設計時間提早或按時按時遲交半天遲交一天遲交一天以上設計說明書5.設計內(nèi)容設計思路清晰，結構方案良好，設計參數(shù)選擇正確，條理清楚，內(nèi)容完整，結果正確設計思路清晰，結構方案合理，設計參數(shù)選擇正確，條理清楚，內(nèi)容較完整，極少量錯誤設計思路較清晰，結構方案基本合理，設計參數(shù)選擇基本正確，調(diào)理清楚，內(nèi)容基本完整，有少量錯誤設計思路基本清晰，結構方案基本合理，設計參數(shù)選擇基本正確，調(diào)理清楚，內(nèi)容基本完整，有些錯誤設計思路不清晰，結構方案不合理，關鍵設計參數(shù)選擇有錯誤，調(diào)理清楚，內(nèi)容不完整，有明顯錯誤6.設計書寫、字體、排版規(guī)范、整潔、有條理，排版很好較規(guī)范、整潔、有條理，個別排版有問題基本規(guī)范、整潔、有條理，個別排版有問題基本規(guī)范、整潔、有條理，排版有問題較多不規(guī)范、不整潔、無條理，排版有問題很大7.封面、目錄、參考文獻完整較完整基本完整缺項較多不完整圖紙8.繪圖效果很出色較出色一般較差很差9.布局合理、美觀較合理基本合理有些混亂布局混亂10.繪圖工程標準符合標準較符合標準基本符合標準個別不符合標準完全不符合標準評定說明：不及格標準：設計內(nèi)容一項否決制，即5為不及格，整個設計不及格，其他4項否決；優(yōu)、良、中、及格標準：以設計內(nèi)容為主體，其他項超過三分之一為評定標準，否則評定為下一等級；如優(yōu)秀評定，設計內(nèi)容要符合5，其余九項要有4項符合才能評定為優(yōu)，否則評定為良好，以此類推。最終成績：評定教師簽字：電力系統(tǒng)繼電保護原理課程設計任務書一、設計題目 110kV電網(wǎng)距離保護設計二、設計任務 根據(jù)所提供的110kV系統(tǒng)接線圖及原始參數(shù)（詳見附1），完成以下設計任務： 1.分析線路上的各個保護運行方式； 2.距離保護（包括相間距離保護和接地距離保護）的配置和整定； 3.分析系統(tǒng)振蕩閉鎖情況。三、設計計劃 本課程設計時間為一周，具體安排如下： 第1天：查閱相關材料，熟悉設計任務 第2天：分析各保護的運行方式 第3天：配置相間距離保護 第4天：配置接地距離保護 第5天：分析系統(tǒng)振蕩閉鎖情況 第6天：整理設計說明書 第7天：答辯四、設計要求 1.按照設計計劃按時完成 2.設計成果包括：設計說明書（模板及格式要求詳見附2和附3）一份3.不參加答辯者，視為自愿放棄成績指導教師： 教研室主任： 時間：2023年1月9日一、原始數(shù)據(jù)(學號15)系統(tǒng)接線圖如圖所示，發(fā)電機以發(fā)電機—變壓器組方式接入系統(tǒng)，最大開機方式為4臺機全開，最小開機方式為兩側各開1臺機，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運行。參數(shù)如下：電動勢：E=115/kV，發(fā)電機：(學號15)X1.G1=X2.G1=X1.G2=X2.G2=[5+(155)/15]=17/3，X1.G3=X2.G3=X1.G4=X2.G4=[8+(108)/15]=122/15，X1.T1~X1.T4=[5+(105)/15]=16/3，X0.T1~X0.T4=[15+(3015)/15]=16，X1.T5=X1.T6=[15+(2015)/15]=46/3，X0.T5=X0.T6=[20+(4020)/15]=64/3，線路：LAB=60km，LBC=40km，線路阻抗：z1=z2=0.4/km，z0=1.2/km，====60km×0.4/km=24，====40km×0.4/km=16,==60km×1.2/km=72，==40km×1.2/km=48,I=I=300A，Kss=1.2，Kre=1.2，距離保護：KIrel=0.85，KIIrel=0.75負荷功率因數(shù)角為30，線路阻抗角均為75，變壓器均裝有快速差動保護。圖110kV電網(wǎng)系統(tǒng)接線圖摘要隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，繼電保護技術得天獨厚，在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個歷史階段：繼電保護的萌芽期、晶體管繼電保護、集成運算放大器的集成電路保護和計算機繼電保護。電力系統(tǒng)的運行中最常見也是最危險的故障是發(fā)生各種形式的各種短路。在電力系統(tǒng)中要求采取各種措施消除或減少發(fā)生事故的可能性，一旦發(fā)生故障，必須迅速而有選擇性的切除故障，且切除故障的時間常常要求在很短的時間內(nèi)（十分之幾或百分之幾秒）。實踐證明只有在每個元件上裝設保護裝置才有可能完成這個要求，而這種裝置在目前使用的大多數(shù)是由單個繼電器或繼電器及其附屬設備的組合構成的，因此稱為繼電保護裝置，它能夠反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)生告警信號。繼電保護的任務就是在系統(tǒng)運行過程中發(fā)生故障（三相短路、兩相短路、單相接地等）和出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時（過負荷、過電壓、低電壓、低周波、瓦斯、超溫、控制與測量回路斷線等），能夠自動、迅速、有選擇性且可靠的發(fā)出跳閘命令將故障切除或發(fā)出各種相應信號，從而減少故障和不正?，F(xiàn)象所造成的停電范圍和電氣設備的損壞程度，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。關鍵詞：繼電保護；距離保護目錄1前言.................................................................12運行方式分析........................................................22.1保護1的最大和最小運行方式...........................................22.2保護2的最大和最小運行方式...........................................32.3保護3的最大和最小運行方式...........................................42.4保護4的最大和最小運行方式............................................53距離保護的配置和整定...............................................63.1保護1的配置和整定....................................................73.2保護2的配置和整定...................................................103.3保護3的配置和整定...................................................123.4保護4的配置和整定...................................................144振蕩閉鎖分析.......................................................174.1保護1的振蕩閉鎖分析.................................................184.2 保護2的振蕩閉鎖分析................................................184.3保護3的振蕩閉鎖分析.................................................184.4保護4的振蕩閉鎖分析.................................................185結論................................................................206心得體會............................................................217參考文獻............................................................221前言隨著自動化技術的發(fā)展，電力系統(tǒng)的正常運行、故障期間以及故障后的恢復過程中，許多控制操作日趨高度自動化。電力系統(tǒng)繼電保護一次泛指繼電保護技術和由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)，包括繼電保護的原理設計、配置、整定、調(diào)試等技術，也包括由獲取電量信息的電壓、電流互感器二次回路，經(jīng)過繼電保護裝置的斷路器跳閘線圈的一般套具體設備，如果需要利用通信手段傳送信息，還包括通信設備。電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務是自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到損壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行；反應電氣設備的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護條件，而動作于發(fā)出信號或跳閘。此時一般不要求迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免暫短的運行波動造成不必要的動作和干擾引起的誤動。在距離保護中應滿足一下四個要求，即可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。這幾個之間，緊密聯(lián)系，既矛盾又統(tǒng)一，必須根據(jù)具體電力系統(tǒng)運行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每個電力原件的繼電保護。充分發(fā)揮和利用繼電保護的科學性、工程技術性，使繼電保護為提高電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性發(fā)揮最大效能。這次課程設計以最常見的110KV電網(wǎng)線路保護設計為例進行分析設計，要求對整個電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)方面的課程有綜合的了解。特別是對繼電保護、電力系統(tǒng)、電路、發(fā)電廠的電氣部分有一定的研究。重點進行了距離保護和振蕩閉鎖的分析，繼電保護中距離保護、最大和最小運行方式的具體計算。2運行方式分析2.1保護1最大運行方式和最小運行方式的分析圖2.1-1保護1的最大運行方式（1）保護1的最大運行方式分析保護1的最大運行方式就是指流過保護1的電流最大即G1、G2兩個發(fā)電機共同運行，而變壓器T1、T2都同時運行的運行方式，則=5.50()式中為保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的最小阻抗。=2.25(kA)式中為流過保護1的最大短路電流（2）保護1的最小運行方式分析。保護1的最小運行方式就是指流過保護1的電流最小即是在G1和G2只有一個工作，變壓器T1、T2中有一個工作時的運行方式，則=11()式中為保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的最大阻抗。=1.64(kA)式中為流過保護1的最小短路電流。2.2保護2最大運行方式和最小運行方式的分析圖2.2-1保護2的最大運行方式保護2的最大運行方式分析。保護2最大運行方式就是指流過保護2的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，則=6.73()=1.42(kA)式中為流過保護2的最大短路電流。（2）保護2的最小運行方式分析。保護2的最小運行方式就是指流過保護2的電流最小即是在G3和G4只有一個工作時運行方式，則=13.46()=1.08(kA)式中為流過保護2的最小短路電流。2.3保護3最大運行方式和最小運行方式的分析圖2.3-1保護3的最大運行方式（1）保護3的最大運行方式分析保護3的最大運行方式就是指流過保護3的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，則=5.50()=1.46(kA)式中為流過保護3的最大短路電流。保護3的最小運行方式分析。保護3的最小運行方式就是指流過保護3的電流最小即是在G1和G2只有一個工作時的運行方式，則=11()=1.13(kA)式中為流過保護3的最小短路電流。2.4保護4最大運行方式和最小運行方式的分析圖2.4-1保護4的最大運行方式（1）保護4的最大運行方式分析。保護4的最大運行方式就是指流過保護4的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，而變壓器T5、T6都同時運行的運行方式，則=6.73()=2.92(kA)式中為流過保護3的最大短路電流。（2）保護4的最小運行方式分析。保護4的最小運行方式就是指流過保護4的電流最小即是在G3和G4只有一個工作，變壓器T3、T4中有一個工作時的運行方式，則=13.46()=1.95(kA)式中為流過保護4的最小短路電流。距離保護的配置和整定距離保護是利用短路發(fā)生時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，該值反映故障點到保護安裝處的距離，如果短路點距離小于整定值則動作保護。距離保護一般有啟動、測量、振蕩閉鎖、電壓回路斷線閉鎖、配合邏輯和出口等幾個部分構成。3.1保護1的配置和整定圖3.1保護1距離保護的定性分析圖保護1距離保護第I段整定（1）保護1的I段的整定阻抗為式中為保護1距離的I段的整定阻抗；為被保護線路的長度；為被保護線路單位長度的正序阻抗；為可靠系數(shù)。（2）動作時間第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。保護1距離保護第Ⅱ段整定（1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。①當與相鄰下級線路距離保護I段相配合時，式中為保護3距離I段的整定阻抗；為被保護線路的長度。式中為保護1距離II段的整定阻抗；為可靠系數(shù)。于是得②當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，選取最小的（2）靈敏度校驗不滿足要求 那么取保護3的II段即則代入滿足要求。（3）動作時限保護1距離保護第Ⅲ段整定（1）整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中最小負荷阻抗為正常運行母線電壓的最低值，為被保護線路最大負荷電流。式中為保護1距離III段的整定阻抗；為可靠系數(shù)。（2）靈敏度校驗①本線路末端短路時靈敏系數(shù)：滿足靈敏度要求。②相鄰變壓器末端短路時靈敏系數(shù)：滿足要求。（3）動作時限3.2保護2距離保護的整定與校驗圖3.2-1保護2距離保護的定性分析圖3.2.1保護2距離保護第I段整定（1）保護2的I段的整定阻抗為式中為保護2距離的I段的整定阻抗。（2）動作時限第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。3.2.2保護2距離保護第Ⅲ段整定（1）保護2的III段的整定阻抗為整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中最小負荷阻抗為正常運行母線電壓的最低值，為被保護線路最大負荷電流。（2）靈敏度校驗①本線路末端短路時靈敏系數(shù)：滿足要求。②相鄰變壓器末端短路時靈敏系數(shù)：滿足要求。（3）動作時限3.3保護3距離保護的整定與校驗圖3.3-1保護3距離保護的定性分析圖3.3.1保護3距離保護第I段整定（1）保護3的I段的整定阻抗為式中為保護3距離I段的整定阻抗；為被保護線路的長度。（2）動作時間第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。3.3.2保護3距離保護第Ⅲ段整定（1）保護2的III段的整定阻抗為整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中最小負荷阻抗為正常運行母線電壓的最低值，為被保護線路最大負荷電流。（2）靈敏度校驗①本線路末端短路時靈敏系數(shù)：滿足要求。②相鄰變壓器末端短路時靈敏系數(shù)：滿足要求。（3）動作時限3.4保護4距離保護的整定與校驗圖3.4-1保護4距離保護的定性分析圖3.4.1保護4距離保護第Ⅰ段整定（1）保護4的I段的整定阻抗為式中為保護4距離I段的整定阻抗。（2）動作時間第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。3.4.2保護4距離保護第Ⅱ段整定（1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。①當與相鄰下級線路距離保護I段配合時，式中為保護2距離I段的整定阻抗；于是得②當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，選取最小的（3）靈敏度校驗滿足靈敏度要求。（4）動作時限與相鄰保護2的I段配合，它能同時滿足與相鄰線路保護以及相鄰變壓器保護配合的要求。3.4.3保護4距離保護第Ⅲ段整定（1）整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中為保護4距離III段的整定阻抗。（2）靈敏度校驗①本線路末端短路時靈敏系數(shù)為滿足靈敏度要求。②相鄰變壓器末端短路時靈敏系數(shù)。滿足要求。（3）動作時限與相鄰設備保護配合有它能同時滿足與相鄰線路保護和相鄰變壓器保護的配合要求。4振蕩閉鎖分析并聯(lián)運行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠之間出現(xiàn)功率角大范圍周期勝變化的現(xiàn)象，稱為電力系統(tǒng)振蕩。電力系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)兩側等效電動勢間的夾角占可能在0度到360度范圍內(nèi)作周期勝變化，從而使系統(tǒng)中各點的電壓、線路電流、功率大小和方向以及距離保護的測量阻抗也都呈現(xiàn)周期性變化。這樣，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的失步振蕩時，功角在0~360之間變化，以上述這些量為測量對象的各種保護的測量元件，就有可能因系統(tǒng)振蕩而誤動作。電力系統(tǒng)的失步振蕩屬于嚴重的不正常運行狀態(tài)，而不是故障狀態(tài)，大多數(shù)情況下能夠通過自動裝置的調(diào)節(jié)自行恢復同步，或者在預定的地點由專門的振蕩解列裝置動作解開已經(jīng)失步的系統(tǒng)。如果在振蕩過程中繼電保護裝置無計劃地動作，切除了重要的聯(lián)絡線，或斷開了電源和負荷，不僅不利于振蕩的白動恢復，而且還有可能使事故擴大，造成更為嚴重后果。所以在系統(tǒng)振蕩時，要采取必要的措施，防止保護因測量元件動作而誤動。這種用來防止系統(tǒng)振蕩時保護誤動的措施，就稱為振蕩閉鎖。振蕩中心近似位于QUOTE=27.125Ω處兩側電源電壓幅值相等，則系統(tǒng)振蕩時測量阻抗的變化軌跡為一條直線圖4-1測量阻抗的變化軌跡4.1保護1的振蕩閉鎖分析（1）保護1的Ⅰ段保護QUOTE=20.4Ω，振蕩中心處于其范圍內(nèi)，故其測量阻抗會受振蕩影響，可能會引起誤動，由于Ⅰ段保護為速斷保護，需要加振蕩閉鎖，防止其誤動。振蕩閉鎖措施可以采用電流的負序、零序分量或突變量來實現(xiàn)振蕩閉鎖。在系統(tǒng)沒有故障時，距離保護一直處于閉鎖狀態(tài)，因為系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)處于三相對稱狀態(tài)，不會有零序分量或負序分量，不會誤動作。（2）保護1的Ⅱ段保護范圍也包含振蕩中心，也會受影響，須加振蕩閉鎖?？梢圆捎脺y量阻抗變化率不同構成振蕩閉鎖，在系統(tǒng)振蕩時，阻抗由線路阻抗緩慢變化到振蕩中心到保護安裝處的線路阻抗，變化率低，而短路時，阻抗發(fā)生突變，阻抗變化率高，可以采用一個高整定值阻抗元件和一個低阻抗元件，當阻抗從高變到低的時間很短就開放保護，反之閉鎖保護。保護1的Ⅲ段保護范圍仍然包含振蕩中心，但其有1s的延時，而測量阻抗落入其動作區(qū)的時間很短，所以它不會誤動作。4.2保護2的振蕩閉鎖分析保護2只裝有Ⅰ段距離保護，它保護范圍為線路A-B的一部分，包含了振蕩中心，需要設置與保護1的Ⅰ段相同的振蕩閉鎖，以防止其誤動作。4.3保護3的振蕩閉鎖分析保護3只配置了Ⅰ段距離保護，但其保護范圍為BC線路的一部分，不包含振蕩中心，無須設置振蕩閉鎖，但由于不同的系統(tǒng)運行方式，振蕩中心有可能轉(zhuǎn)移到BC段，故最好加上振蕩閉鎖環(huán)節(jié)，可以增強其通用性4.4保護4的振蕩閉鎖分析（1）保護4的1段保護的保護范圍為B-C，不包含振蕩中心，不用設置振蕩閉鎖環(huán)節(jié)，但為保持通用性，可以自帶振蕩閉鎖（2）保護4的Ⅱ段保護包含B-C全部和A-B的一部分，可能會包含振蕩中心，距離保護是利用短路發(fā)生時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，該值反映故障點到保護安裝處的距離，如果短路點距離小于整定值則動作保護。距離保護一般有啟動、測量、振蕩閉鎖、電壓回路斷線閉鎖、配合邏輯和出口等幾個部分構成。（3）保護4的Ⅲ段保護雖然包含振蕩中心，但是其動作時限為1s比較長，而測量阻抗落入其動作范圍的時間短，不會引起誤動作，故不需要設置振蕩閉鎖。5結論本次課程設計的任務是設計輸電線路的距離保護，線路的電流電壓保護構成簡單，可靠性好，用于中、低壓電網(wǎng)一般能滿足對保護性能的要求。但是由于其靈敏度受系統(tǒng)運行方式的影響，有時保護范圍很小，再者，該保護的整定計算比較麻煩，這使