l10千伏單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)相間短路保護的整定計算

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上國際學(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3姓名john指 導(dǎo) 教 師魏老師專心-專注-專業(yè)目錄1、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7（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、繼電保護的主接線圖 146、繼電保護綜合評價 16第一章 原始資料（1）網(wǎng)絡(luò)的接線如圖 1-1 所示圖 11

2、（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，變壓器均采用縱 差動保護作為主要保護。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 3×50 兆瓦，最小發(fā)電容量為 2×50 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 的最大負荷電流分別為 230A、150A、230A、140A， 負荷的自啟動系數(shù)均為 K3 = 1.5 。（9）各變電所引出線上后備保

3、護的動作時間如圖示，后備保護的 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 /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流表格一樣。（2）確定保護 1、3、5、7(或 2、4、6、8)的保護方式，以及它們的 Ipu （動作

4、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：在做保護方式的選擇及整定計算時，應(yīng)說明所選用保護方式的原則，每個保護的整定計算條件，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（可不必詳細列出各個保護的整定計算過程， 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 5(或 4)的繼電保護接線圖(包括原圖和展開圖)，并要用表格列出該保護需要設(shè)備的型號、規(guī)格及數(shù)量。（4）根據(jù)“繼電保護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

5、網(wǎng)絡(luò)所采用的保護進行評價。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)中宜用標么值計算法。標么值計算法 標么值就是相對值算法，用新選單位進行某物理量的衡量，衡量的值稱標么值。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)都歸算到同一電壓等級上來。（1）電機參數(shù)的計算 發(fā)電機的電抗有名值：²X = X d(%)UN 2發(fā)

6、電機的電抗標幺值：100SN Xd ² (%)SBX * =100SNd式中X² (%) 發(fā)電機次暫態(tài)電抗；UN 發(fā)電機的額定電壓；UB 基準電壓 230KV；SB 基準容量 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 基準電壓 230KV； SB 基準容量 100MVA； SN 變壓器額定容量。假設(shè)選取 基準功率 Sd = 100MV A ，基準

7、電 壓 Ud = 115V ， 基 準電流 I = S d d3UD= 10 0×1033×115= 0.502KA, 基準電抗Z = U d d3Id= 11 5×1033×502= 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.

8、5100=×= 0.525XT4T5T6T7T8100 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

9、方式來確定保護的整定值，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安裝處的電流最大，對繼 電保護而言稱為系統(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安裝處的電流最小，對繼 電保護而言稱為系統(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

10、，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 = 0.258+ 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

11、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 = 10.46

12、KVUres 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）護行最大運行方式最小運行方式路方代式號點K10.6540.567K20.8150.7058K31.080.9353K41.7681.5311K53.082.6671IkUres （KA）Ures （KA）保系短統(tǒng)運護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、 線路保護方式的確定（一）線路保護配置的一般原則（1）考慮經(jīng)濟的

13、優(yōu)越性：可以嘗試配三段式電流保護，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 流保護可能在系統(tǒng)最小運行方式下沒有保護范圍，如果系統(tǒng)在最小運行方式下運 行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，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)的線路繼電保護一般都采用近后備原則。當(dāng) 故障元件的一套繼電保護裝置拒動時，由相互獨立的另一套繼電保護裝置動作切 除故障。而當(dāng)斷路器拒絕動作時，啟動斷路器失靈保護，斷開與故障元件相連的 所有聯(lián)接電源的斷路器。（3）對瞬時動作的保護或瞬時段保護，其整定值應(yīng)保證在

14、被保護元件發(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 線路保護應(yīng)按加強主保護簡化后備保護的基本原則配置和整定。其 中兩套全線速動保護的交流電流、電壓回路和直流電源彼此獨立；每一套全線速 動保護對全線路內(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 保護應(yīng)具有選相功能；兩套主保護應(yīng)分別動作于斷路器的一組跳閘線圈；兩套全 線速動保護分別使用獨立的遠方信號傳輸設(shè)備；具有全線速動保護的線路，其主 保護的整組動作時間應(yīng)為：對近端故障不大于 20 毫秒；對遠端故障不大于 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

15、電力系統(tǒng)，需 要配置零序保護。如上考慮到環(huán)網(wǎng)運行，也要加方向元件。保證保護不誤動作。（二）保護方式的確定及動作值的整定保護 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護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 1 的電流保護第 I 段動作電流為I= K I(3)= 1.3 × 1.768 = 2.298KAIop 1relKBMAX保護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

16、 )X% × ZLAB = U N 2I Z=(2)smaxk min 110 2×1.5311 0.261 × 132.25 = 1.4ÙX% =1.40.121×132.25= 8.7% < 15%靈敏度不滿足要求，可采用電流電壓聯(lián)鎖保護來提高保護的靈敏度。帶時限電流速斷保護:與保護 3 的第 I 段相配合KCMAX保護 3 的電流保護第 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 ×

17、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 < 1.3op 1靈敏度不滿足要求，可與保護 3 的電流保護第 II 段相配合。定時限過電流保護的整定計算 動作電流的整定rel取Kre = 0.85，KIII= 1.2，Kst = 1.5III Kst III= Krel I= 1.2×1.5 × 230 = 487.1AIop 1KreIIILMAXIII1.85動作時限

18、為t1靈敏度校驗= t3+ t = 1 + 2t = 2sKBMIN作近后備時，按本線路 AB 末端的最小兩相短路電流I(2)來校驗，即(2)IKBMIN= 1.5311IKsen =IIIop 10.4871 = 3.1 > 1.5KCMIN作遠后備時，按相鄰線路 BC 末端的最小兩相短路電流I(2)來校驗，(2)IKCMIN= 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 3 的電流保護第 I 段動作電

19、流為I= K I(3)= 1.3 × 1.08 = 1.404KAIop 3relKCMAX保護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 2×0.9353 0.261 × 132.25 = 24.29ÙX% =24.290.181×132.25= 100% > 15%帶時限電流速斷保護:與保護 5 的第 I 段相配合KDMAX保護 5 的電流保護

20、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 < 1.3op 3靈敏度不滿足要求，可與保護 5 的電流保護第 II 段相配合。定時限過電流保護的整定計算 動作電流的整定rel取Kre

21、= 0.85，KIII= 1.2，Kst = 1.5III Kst III= Krel I= 1.2×1.5 × 150 = 317.6AIop 3KreIIILMAXIII1.85動作時限為t3靈敏度校驗= t5+ t = 1 + 2t = 2sKCMIN作近后備時，按本線路 BC 末端的最小兩相短路電流I(2)來校驗，即(2)IKCMIN= 0.9353IKsen =IIIop 30.3176 = 2.9 > 1.5KDMIN作遠后備時，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 30.317

22、6 = 2.2 > 1.2（3）DB 線路 5QF 的整定瞬時電流速斷保護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 5 的電流保護第 I 段動作電流為I= K I(3)= 1.3 × 0.815 = 1.0595KAIop 5relKDMAX保護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 = U N 2I Z=(2)smaxk min 110 2×0.9353 0.261

23、× 132.25 = 43.4ÙX% =43.40.332×132.25= 98.8% > 15%帶時限電流速斷保護:與保護 7 的第 I 段相配合KAMAX保護 7 的電流保護第 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 末端的最小兩相短路電流I

24、(2)= 0.7058KA故Ksen =I(2)IKDMIN= 0.75 < 1.3op 5靈敏度不滿足要求，可與保護 7 的電流保護第 II 段相配合。定時限過電流保護的整定計算 動作電流的整定rel取Kre = 0.85，KIII= 1.2，Kst = 1.5III Kst III= Krel I= 1.2×1.5 × 140 = 296.5AIop 5KreIIILMAXIII0.85動作時限為t5靈敏度校驗= t7+ t = 0.5sKDMIN作近后備時，按本線路 DS 末端的最小兩相短路電流I(2)來校驗，即(2)IKDMIN= 0.7058IKsen =I

25、IIop 50.2965 = 2.4 > 1.5KAMIN作遠后備時，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 7 在網(wǎng)絡(luò)的末端，所以不存在與下級保護的配合問題，其速斷保護（第 一段）的整定電流按躲過本線路的最大負荷電流來整定，保護線路全長，第二段 按過負荷的方式整定，所以不需要第三段。瞬時電流速斷保護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 7 的電流保護第 I 段動作電流為

26、I= K I(3)= 1.3 × 0.654 = 0.8502KAIop 7relKAMAX保護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 2×0.567 0.261 × 132.25 = 62.5ÙX% =62.50.151×132.25= 300% > 15%過負荷保護的整定動作電流的整定rel取Kre = 0.85，KIII= 1.2，Kst

27、= 1.5III Kst II= Krel I= 1.2×1.5 × 230 = 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 編I（KA）1QF3QF5QF7QF備注第 I 段IIop2.2981.4041.05950.8502保護范圍（%）8.7%100%98.8%300%第 II 段IIIop1.5441.1650.93520.4871tII0.5s

28、0.5s0.5s0KIIsen1.00.80.751.2第 III 段IIIIop0.48710.31760.2965-tIII2.0s2s0.5s-III3.12.92.4-近后備1.92.21.9-遠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 5(或 4)的繼電保護接線圖(包括原圖和展開圖)，并要用表格列出該 保護需要設(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帶時限電流速斷保護定時限過流速斷保護延時速度按時限 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

29、KALL-5C7時間繼電器 KTSS-21B2出口繼電器 KCODZ-824E1信號繼電器 KSDX-19E1電流互感器 TA2電壓互感器 TV2跳閘線圈 YR16、 根據(jù)“繼電保護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)所采用的保護進行評價。 一個繼電保護裝置的好壞，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 電流速斷保護只能保護線路的一部分，限時電流速斷保護只能保護線路全長，但不能作為下一段線路的后備保護，因此必須采用定時限過電流保護作為本線路 和相鄰下一線路的后備保護。實際上，電流速斷保護 I 段常常不能通過靈

30、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 I 段往往 沒有保護范圍，為此，常使用電流電壓聯(lián)鎖保護代替電流速斷保護，實現(xiàn) I 段的 主保護。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)了保護的選擇性。2、速動性 電流電壓保護第一段及第二段共同作為線路的主保護，能滿足網(wǎng)絡(luò)主保護的速動性要求。而第三段保護則因為越接近電源，動作時間越長，有時動作時間長 達好幾秒，因而一般情況下只能作為線路的后備保護。本設(shè)計的主保護動作時間滿足題目要求。3、靈敏度 電流保護的靈敏度因系統(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)保護范圍為零的情況。三段式電流保護的主 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。計算整定過程的幾個注意點：1單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的相間短路保護可采用帶方向或不帶方向的電流電壓保 護，因此在決定保護方式前，必須詳細地計算短路點短路時，渡過有關(guān)保護的短路電流和