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、 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20 1 1級電氣工程1班學(xué)號3某john指導(dǎo)教師老師23 / 23目錄第一章原始資料3第二章設(shè)計容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、繼電保護的主接線圖 146、繼電保護綜合評價 16第三章設(shè)計心得17第四章參考文獻17第一章原始資料（1）網(wǎng)

2、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，變壓器均采用縱差動保護作為主要保護。其中變壓器均為YD 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(fù)荷電流分別為230A、150A、230A、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的動作時間如

3、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110000/100。其它參數(shù)如圖11所示。設(shè)計容（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（動作電流整定值）、Upu（動作電壓整定值）、K

4、esn（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(xì)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)計容計算

5、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= Xd(%)UN2發(fā)電機的電抗標(biāo)幺值：100SN Xd² (%)SBX* =100SNd式中

6、X² (%)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(%)UN2XT =100SN雙繞組變壓器電抗標(biāo)幺值：XT* =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變壓器額定容量。假設(shè)選取基準(zhǔn)功率Sd=100MVA，基準(zhǔn)電壓Ud =115V，基準(zhǔn)電流I = Sd d3UD=100×1033×115=0.502KA,基準(zhǔn)電抗Z = Ud d3I

7、d=115×1033×502=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= UkSd10.5100=×=0.525XT4T5T6T7T8100 SN10020（2）輸電線路參數(shù)的計算Z= ZLAB=ZLABSd100=0.4×40×Ud21152Sd100=0.4

8、15;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

9、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，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)=0.2610.433=0.163最小運行方式下的最大電源阻抗Zsmi

10、n=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)=IdZ+ZsminL(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=0.654

11、KA0.163+0.121+0.181+0.151+0.151(2)=3I(3)=3 ×0.654=0.567KAIK12 K1(3) Z2=0.654×0.151×132.25=10.46KVUres1 =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K

12、110.4610.46K216.3016.30K325.8525.85K428.2928.29K549.2949.29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，

13、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(yuǎn)方信號傳輸設(shè)備；具有全線速動保

14、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(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。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=KI(3)=1.3×1.768=2.298KAIop1relKBMAX保護圍的校驗最小運行方式下，AB線路X處兩相短路

15、的電流為：(2)=UN=1.5311KAIKMIN2(Zsmax+X%×ZLAB)X% ×ZLAB=UN 2I Z=(2)smaxkmin110 2×1.53110.261×132.25=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=KI(3)=1.3×1.08=1.404KA=1.08KAIop3relKCMAX=1.1 ，則I=KII=1.1&#

16、215;1.404=1.544KA3取Krelop1relop31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<1.3op1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 KstIII=Krel I=1.2×1.5× 230=487.1AIop1KreIIILMAXIII1.85動作時限為t1靈敏度校驗=t3+ t=1+2t=2sKBMIN作近后備

17、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=IIIop10.4871=3.1>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)IKCMIN=0.9353IKsen=IIIop10.4871=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段動作電流為I=KI(3)=1.3×1.08=1.404KAIop3relKCMAX保護圍的校驗最小運行方式下，BC線路X處兩相短路的電

18、流為：(2)=UN=0.9353KAIKMIN2(Zsmax+X%×ZLBC)X% ×ZLBC=UN 2I Z=(2)smaxkmin110 2×0.93530.261×132.25=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的電流保護第I段動作電流為I(3)=0.815KAI=KI(3)=1.3×0.815=1.0595KAIop5relKDMAX=1.1 ，則I=KII=1.1×1.0595=1.165KA5取Krelo

19、p3relop53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<1.3op3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=0.85，KIII=1.2，Kst=1.5III KstIII=Krel I=1.2×1.5× 150=317.6AIop3KreIIILMAXIII1.85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

20、校驗，即(2)IKCMIN=0.9353IKsen=IIIop30.3176=2.9>1.5KDMIN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=IIIop30.3176=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=KI(3)=1.3×0.815=1.0595KAIop5relKDMAX保護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=0.7058KAIKM

21、IN2(Zsmax+X%×ZLDB)X% ×ZLDB=UN 2I Z=(2)smaxkmin110 2×0.93530.261×132.25=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=KI(3)=1.3×0.654=0.8502KAIop7relKAMAX=1.1 ，則I=KII=1.1×0.8502=0.9352KA7取Krelop5relop75動作時限為t靈敏度校驗=

22、tI+ t=t=0.5sKDMIN本線路DB末端的最小兩相短路電流I(2)=0.7058KA故Ksen=I(2)IKDMIN=0.75<1.3op5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 KstIII=Krel I=1.2×1.5× 140=296.5AIop5KreIIILMAXIII0.85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=0.7058IKse

23、n=IIIop50.2965=2.4>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=IIIop50.2965=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(fù)荷電流來整定，保護線路全長，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I=K I(3)=1.3×0.654

24、=0.8502KAIop7relKAMAX保護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(Zsmax+X%×ZLDA)X% ×ZLDA=UN 2I Z=(2)smaxkmin110 2×0.5670.261×132.25=62.5ÙX%=62.50.151×132.25=300%>15%過負(fù)荷保護的整定動作電流的整定rel取Kre=0.85，KIII=1.2，Kst=1.5III KstII=Krel I=1.2×1.5× 230=487.1AIop7Kre

25、IILMAX0.85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=IIIop50.4871=1.2<1.5保 護 編I（KA）1QF3QF5QF7QF備注第 I 段IIop2.2981.4041.05950.8502保護X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IIIIop0.48710.31760.2965-tIII2.0s2s0.5s-I

26、II3.12.92.4-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

27、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

28、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(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(xì)地計算短路點短路時，渡過有關(guān)保護的短路電流和保護安裝處的殘余電壓，然后根據(jù)計算結(jié)果和