電力系統(tǒng)繼電保護課程設計110KV

電力系統(tǒng)繼電保護課程設計第 1 頁 共 39 頁前言電力系統(tǒng)繼電保護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、課程設計等幾個主要部分。在完成了理論的學習的基礎上，為了進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計。電能是現代社會中最重要、也是最方便的能源。而發(fā)電廠正是把其他形式的能量轉換成電能，電能經過變壓器和不同電壓等級的輸電線路輸送并被分配給用戶，再通過各種用電設備轉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,保護線路的各種繼電裝置應該有比較可靠的、及時的保護動作,從而切斷故障點極大限度的降低電力系統(tǒng)供電范圍。電力系統(tǒng)繼電保護就是為達到這個目的而設置的。本次設計的任務主要包括了六大部分，分別為運行方式的選擇、電網各個元件參數及負荷電流計算、短路電流計算、繼電保護距離保護的整定計算和校驗、繼電保護零序電流保護的整定計算和校驗、對所選擇的保護裝置進行綜合評價。其中短路電流的計算和電氣設備的選擇是本設計的重點。通過此次線路保護的設計可以鞏固我們本學期所學的電力系統(tǒng)繼電保護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。電力系統(tǒng)繼電保護課程設計第 2 頁 共 39 頁1 所做設計要求1.1 電網接線圖 cos=0.85X.1293cos=0.8cos=0.8cos=0.8圖示 110kV 單電源環(huán)形網絡：（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差動保護，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）網絡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；（4）允許的最大故障切除時間為 0.85s；（5)線路 AC、BC、AB 、CD 的最大負荷電流分別為 250、150、230 和 140，負荷自起動系數 ；5.1sK（6）時間階梯t0.5s；（7）線路正序電抗每公里為 0.4；1.2 任務1、 計算結果，計算結果用表格列出。必須說明系統(tǒng)運行方式、短路點與短路類型的決kI定原則或依據，以及計算時考慮的其他因素。2、保護方式的選擇及整定計算結果1.3 要求 要求說明選用保護方式的原則，各保護的整定計算條件，并用表格列出整定計算結果。整定計算時所采用的公式及各種系數的數值也應列出。電力系統(tǒng)繼電保護課程設計第 3 頁 共 39 頁2 運行方式的選擇2.1 運行方式的選擇原則2.1.1 發(fā)電機、變壓器運行方式選擇的原則(1)一個發(fā)電廠有兩臺機組時，一般應考慮全停方式，一臺檢修，另一臺故障；當有三臺以上機組時，則選擇其中兩臺容量較大機組同時停用的方式。對水電廠，還應根據水庫運行方式選擇。(2)一個發(fā)電廠、變電站的母線上無論接幾臺變壓器，一般應考慮其中容量最大的一臺停用。2.1.2 變壓器中性點接地選擇原則(1)發(fā)電廠、變電所低壓側有電源的變壓器，中性點均要接地。(2)自耦型和有絕緣要求的其它變壓器，其中性點必須接地。(3)T 接于線路上的變壓器，以不接地運行為宜。(4)為防止操作過電壓，在操作時應臨時將變壓器中性點接地，操作完畢后再斷開，這種情況不按接地運行考慮。2.1.3 線路運行方式選擇原則(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。2.1.4 流過保護的最大、電小短路電流計算方式的選擇(1)相間保護對單側電源的輻射形網絡，流過保護的最大短路電流出現在最大運行方式；而最小短路電流，則出現在最小運行方式。對于雙電源的網絡，一般（當取 Z1=Z2 時）與對側電源的運行方式無關，可按單側電源的方法選擇。對于環(huán)狀網絡中的線路，流過保護的電大短路電流應選取開環(huán)運行方式，電力系統(tǒng)繼電保護課程設計第 4 頁 共 39 頁開環(huán)點應選在所整定保護線路的相鄰下一線線路上。而對于電小短路電流，則應選閉環(huán)運行方式，同時再合理停用該保護背后的機組、變壓器及線路。(2)零序電流保護對于單側電源的輻射形網絡，流過保護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的變化。對于雙電源的網絡及環(huán)狀網，同樣參照相間短路中所述，其重點也是考慮變壓器接地點的變化。2.1.5 選取流過保護的最大負荷電流的原則選取流過保護的最大負荷電流的原則如下：(1)備用電源自動投入引起的增加負荷。(2)并聯運行線路的減少，負荷的轉移。(3)環(huán)狀網絡的開環(huán)運行，負荷的轉移。(4)對于雙側電源的線路，當一側電源突然切除發(fā)電機，引起另一側增加負荷。2.2 本次設計的具體運行方式的選擇電力系統(tǒng)運行方式的變化，直接影響保護的性能。因此，在對繼電保護進行整定計弊之前，首先應該分析運行方式。這里要著重說明繼電保護的最大運行方式是指電網在某種連接情況下通過保護的電流值最大，繼電保護的最小運行方式是指電網在某種連接情況下通過保護的電流值最小。因此，系統(tǒng)的最大運行方式不一定就是保護的最大運行方式；系統(tǒng)的最小運行方式也不一定就是保護的最小運行方式。現結合本次設計具體說明如下，系統(tǒng)的最大運行方式是所有設備全部投入運行；系統(tǒng)的最小運行方式為發(fā)電機 G1 和 G2 投入，發(fā)電機 G3 停運。對保護1 而言，其最大運行方式應該是在系統(tǒng)最大運行方式下線路 L1 回路斷開，其他設備全投；保護 1 的最小運行方式應該是：在系統(tǒng)的最小運行方式下線路L1+L2 與 L3 并聯運行。電力系統(tǒng)繼電保護課程設計第 5 頁 共 39 頁3 電網各個元件參數計算及負荷電流計算3.1 基準值選擇基準功率：S B=100MVA，基準電壓：V B=115V。基準電流：I B=SB/1.732 VB=100103/1.732115=0.502KA；基準電抗：Z B=VB/1.732 IB=115103/1.732502=132.25；電壓標幺值： E=E(2)=1.053.2 電網各元件等值電抗計算3.2.1 輸電線路等值電抗計算(1) 線路 L1 等值電抗計算正序以及負序電抗：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 等值電抗計算正序以及負序電抗：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 等值電抗計算正序以及負序電抗：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 等值電抗計算正序以及負序電抗：X L4= X1L4=0.425=10XL4*= XL4/ ZB=10/132.25=0.0756電力系統(tǒng)繼電保護課程設計第 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 變壓器等值電抗計算(1) 變壓器 T1、T2 等值電抗計算XT1= XT2=(UK%/100)(VN2103/ SN)40.333XT1*= XT2*=XT1/ ZB=40.333/132.25=0.3050(3) 變壓器 T4、 、T6、等值電抗計算XT4=XT6=(UK%/100)(VN2103/ SN)63.5XT6*= XT7* = XT4*= XT5*=0.48023.2.3 發(fā)電機等值電抗計算(1)發(fā)電機 G1、G2 電抗標幺值計算XG1* = XG2*=Xd1SB/ SG1= Xd1SB COS/ P G1=0.1321000.8/25=0.4224(2)發(fā)電機 G3 電抗標幺值計算XG3*=Xd3SB/ SG3= Xd3SB COS/ P G3=0.1291000.8/50=0.20643.2.4 最大負荷電流計算(1) B、C 母線最大負荷電流計算最大負荷電流計算(拆算到 110KV)IfhB max = IfhCmax = PfhBmax Vav2 / 1.732 U COS=20103/1.7321150.80.1255KA；3.2.5 各線路運行方式下流過斷路器的最大負荷電流(2) 保護 2 的最大運行方式：發(fā)電機 Fl、P2 、F3 全投入，斷開 L3 回路；通 過保護 2 最大負荷電流為 。保護 2 的最小運行方式；AIfh3417913maxF3 停，線路全部運行。(3) 保護 4 的最大運行方式：Fl、F 2、F3 全投，繼開線路 L3；通過保護 4電力系統(tǒng)繼電保護課程設計第 7 頁 共 39 頁的最大負荷電流為 。保護 4 的最小運行方式：F3 停，線AIfh210793max路全部運行。(6) 保護 6 因正常運行時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 3 和保護 7 上只需判別電流(功率)的方向即可，故不用分析保護 3 和保護 6 的運行方式。4 短路電流計算4.1 電網等效電路圖由于短路電流計算是電網繼電保護配置設計的基礎,因此分別考慮最大運行方式(三臺發(fā)電機全部投入,系統(tǒng)環(huán)網取開網運行)時各線路未端短路的情況,最小運行方下(三臺中最小的一臺投入,系統(tǒng)按環(huán)網計算)時各線路未端短路的情況。電網等效電路圖如圖 3.1 所示圖 3.1 電網等效電路圖4.2 短路電流計算4.2.1 d1 點發(fā)生短路時流過斷路 1(1) d1 點短路最大運行方式下等值圖如圖 3.2.1(a)XGTL3.2.1(a)d1 點短路時最大運行方式下的等值電路圖進一步簡化后得圖 3.2.1(b)電力系統(tǒng)繼電保護課程設計第 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)最大運行方式兩相短路零序短路電流.電力系統(tǒng)繼電保護課程設計第 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)生短路時流過斷路 2(1)最大運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)繼電保護課程設計第 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