1、精選優質文檔-傾情為你奉上課程設計任務書學生姓名： 專業班級：電氣1001-1002指導教師：唐愛紅、孫建生 工作單位：自動化學院 題 目: 110kV單電源環形網絡相間短路繼電保護的設計原始資料：網絡接線圖如附錄所示。各參數說明如下：1. 網絡中各線路均采用帶方向或不帶方向的電流電壓保護，所有變壓器均采用縱差動保護作為主保護，變壓器均為Y，d11接線；2. 發電廠的最大發電容量為3×50MW，最小發電容量為2×50MW；3. 網絡的正常運行方式為發電廠發電容量最大且閉環運行；4. 110kV斷路器均采用SW3-110型斷路器，它的跳閘時間為0.07s；5. 線路AB、BC

2、、AD和CD的最大負荷電流分別為230、150、230和140A；負荷自啟動系數為1.5；6. 各變電所引出線上后備保護的動作時間標在圖中；7. 線路的正序電抗為；電壓互感器的變比為。 要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1. 選擇保護1、3、5、7的保護方式以及它們的動作電流、動作電壓、靈敏度系數和動作時間；2. 繪出保護5的原理接線圖、展開圖、屏面布置圖、端子排圖和屏后接線圖；3. 編寫設計說明書；時間安排：6月17日：領取任務書，分小組學習設計指導書及設計規程；6月18日：分小組學習電流保護、電壓保護、功率方向保護工作原理和整定方法6月19-

3、20日：進行各種運行方式下的短路電流計算；6月21-23日：進行保護整定計算、設備選型及圖紙繪制；6月24日：對配置結果進行分析并調試修改配置及整定方法6月25日：撰寫設計說明書；6月26日：答辯。指導教師簽名： 2013年5月8日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日摘要電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷地注入了新的活力。因此，繼電保護技術得天獨厚，在40余年的時間里完成了發展的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。繼電保護技術未來趨勢是向計算機化，網絡化，智

4、能化，保護、控制、測量和數據通信一體化的發展。繼電保護的原理是利用被保護線路或設備故障前后某些突變的物理量為信號量，當突變量到達一定值時，起動邏輯控制環節，發出相應的跳閘脈沖或信號。對電力系統繼電保護的基本性能要求是有選擇性，速動性，靈敏性，可靠性。這次課程設計以最常見的110KV電網線路保護設計為例進行分析設計，要求對整個電力系統及其自動化專業方面的課程有綜合的了解。特別是對繼電保護、電力系統、電路、發電廠的電氣部分有一定的研究。重點進行了電路的化簡，短路電流的求法，繼電保護中電流保護、距離保護的具體計算。關鍵字：繼電保護，電流保護，距離保護1.系統初始條件1.1.主接線圖下圖為某電力系統主

5、接線。該系統由某發電廠的三臺發電機經三臺升壓變壓器由A母線與單側電源環形網絡相連，其電能通過電網送至B、C、D三個降壓變電所給用戶供電。1.2.相關參數(1)110KV網絡的接線如圖所示，部分參數如圖中所示(2)網絡中個線路均采用帶方向或不帶方向的電流電壓保護，所有變壓器均采用縱差保護作為主保護，變壓器均為Y，d11接線(3)發電廠的最大發電容量為：3*50MW，最小容量為2*50MW(4)網絡的正常運行方式為發電廠發電容量最大且閉環運行(5)110KV斷路器均采用SW6-110型斷路器；ta3的跳閘時間為0.07s(6)線路AB、 BC、AD和CD的最大負荷電流分別為230、150、230和

6、140A；負荷自啟動系數Kss=1.5(7)各變電所引出線上后備保護的動作時間如圖所示(8)線路的正序電抗均為X1=0.4/km(9)電壓互感器的變比nTA=/1002.三段式電流保護整定計算2.1.計算網絡參數選取基準功率B=100MVA和基準電壓為VB=Vav最大運行方式下的最大電源阻抗：最小運行方式下的最大電源阻抗：2.2.最大短路電流計算和整定計算 為計算動作電流，應該計算最大運行方式下的三相短路電流，為校驗靈敏度要計算最小運行運行方式下兩相短路電流。為計算2OF、4OF、6QF、8QF的整定值根據如上系統圖可知，最大運行方式要求1QF斷開，等值阻抗圖如下：圖2.1.2 系統等值電抗圖

7、2.2.1.K1點發生三相短路（1）電力系統網絡等值電抗圖為：圖2.2.1- K1點短路時等值電抗圖最大運行方式時：計算K1點短路時的短路電流，系統的等效阻抗為：由上面已經計算出，基準電流為：，基準電抗為：；三相短路電流標幺值為：三相短路電流的有名值為: 最小運行方式時：三相短路電流的標幺值為：三相短路電流的有名值為:（2）保護8QF的整定 對保護8QF的三段式電流保護整定計算，三段式包括:瞬時性電流速斷保護、限時電流速斷保護以及定時限電流速斷保護。下面首先對8QF進行瞬時性電流速斷保護的整定： 下面對一段保護的靈敏度進行校驗： 代入已知數據得： 由于Lmin<0,因此靈敏度不夠。 8Q

8、F的限時電流速斷保護整定： 對8QF的二段保護進行靈敏度校驗：,可知不滿足條件 因此，針對上面的情況，則8QF與相鄰下一段的二段保護相互配合，則得到其整定值為： 靈敏度校驗: ,仍然不能滿足要求。由于所給條件有限，不能繼續對8QF的二段保護進行符合靈敏度系數的整定。8QF的定時限電流整定：由初始條件知道線路AD的最大負載電流為230A,因此有下式： 對8QF的定時限速斷保護進行靈敏度校驗：近后備：,滿足靈敏度要求。 遠后備：，也滿足靈敏性的要求。 總結：對于保護8QF的三段式電流保護的整定，由上面的計算過程可以看到，、段保護都不能滿足靈敏性要求，可以獲取更多條件來進行整定,同時也可以通過其他保

9、護來整定，例如距離保護等；而段保護可以滿足靈敏性的要求。2.2.2.K2點發生三相短路（1）電力系統網絡等值電抗圖如下：圖5-3 K2點短路時等值電抗圖最大運行方式下有：系統的等效阻抗為： 三相短路電流標幺值為： 而三相短路電流有名值為： 最小運行方式下：系統等效阻抗為：三相短路電流的標幺值為：三相短路電流的有名值為:（2）保護6QF的整定 同8QF的過程一樣對6QF進行相同的整定計算。首先進行瞬時性電流速斷保護: 靈敏度校驗：因此段保護不滿足靈敏度要求。對6QF進行限時速斷保護: 靈敏性校驗：，不滿足靈敏性要求。由于缺乏必要的條件，不能對6QF進行與相鄰下一段的二段保護進行配合的整定計算。定

10、時限電流速斷保護：由初始條件可知線路CD最大負荷電流為120A,因此進行下面的整定：對8QF的定時限速斷保護分別進行近后備和遠后備的靈敏度校驗：近后備靈敏度校驗:遠后備靈敏度校驗：總結:通過上面的整定計算，可以看到6QF的保護滿足靈敏度要求，可以對線路進行保護；而、段保護不能達到要求，由于缺乏必要的計算條件，沒有繼續往下整定，而也可以采用距離保護等保護。2.2.3.K3點發生三相短路（1）本電力系統的等值電抗電路如下圖所示：圖5-4 K3點短路時電抗圖最大運行方式下有： 圖5-3所示的等效電抗為： 則K3點發生三相短路時的短路電流為： 三相短路電流的有名值為：最小運行方式下： 圖5-3所示的等

11、效電抗為: 所以K3點發生三相短路時最小運行方式下短路電流標幺值為： 三相短路電流有名值計算為：（2）保護4QF的整定對于4QF的瞬時性電流速斷保護整定有： 保護4QF的靈敏性校驗： 由以上計算知4QF的段保護靈敏性要求不滿足。而對于4QF的、段的保護，因為題目中沒有給出詳細的數據，所以不能進行、段的整定計算。 同時針對于保護4QF，因為正常運行時有正向電流和反向電流流過，為了增大其工作的可靠性，可以增加一個功率方向繼電器，以防止線路XL2上某一點發生短路時流過4QF的正向短路電流小于系統正常運行是流過4QF的反向單電流（注：這里正向電流方向是指由母線流向線路）。2.2.4保護2QF的整定保護

12、2QF的整定，根據圖2-1的電力系統網絡圖可以看出，當系統正常運行時不可能有正向電流通過，因此要是有正向電流通過，則線路一定發生故障。為此只需要在保護2QF處加一個功率方向繼電器就可以實現線路的保護，而不用分析線路的運行方式。由以上計算可知電流保護的段保護靈敏度都不能滿足要求，在經濟條件允許的情況下，為了保證電力系統能更好的運行，且考慮電壓等級為110KV，所以可以采用距離保護。3.距離保護整定計算3.1 計算網絡參數由電力系統網絡圖有下列參數：3.2 整定值計算3.2.1 8QF距離保護整定值計算1）距離段整定阻抗 2）距離段整定阻抗與相鄰下級L3配合有：按躲過相鄰變壓器出口短路整定有： 取

13、以上兩個計算中較小者為段整定值，因此8QF的段整定值為：。 進行靈敏度校驗有：，不滿足靈敏度要求。由于上述不滿足靈敏度條件，所以改為相鄰下一段的段保護相配合。因此6QF的段整定值為：則按照相鄰下一段整定有：，滿足要求。 所以延時整定為:。3.2.2 6QF的距離保護整定 同理，6QF的整定計算過程同8QF： 1）距離段整定阻抗 2）距離段整定阻抗與相鄰下級L3配合有：按躲過相鄰變壓器出口短路整定有：取以上兩個計算中較小者為段整定值，因此8QF的段整定值為：。靈敏度校驗有： ，不滿足靈敏性要求，但由于缺少相鄰下一段的段整定值，故不能進行校正。3.2.3 4QF的距離保護整定 4QF的段距離整定為

14、：因為2QF僅需要加裝一個功率方向繼電器或者方向阻抗繼電器即可，所以4QF不需要和2QF的距離保護裝置配合，4QF僅需要和T4的保護配合： 靈敏度校驗：，滿足靈敏度要求。 同三段式電流保護整定，2QF的距離保護只需增加一個功率繼電器或方向阻抗繼電器即可。4.電網的保護裝置和自動裝置設計4.1 保護裝置配置1) 主保護的配置由系統可知110KV線路配置有眾聯保護，全線路上任意點故障都能快速切除。保證系統穩定安全運行。2) 后備保護的配置考慮保護性能優越性：110線路應該配距離保護，但是距離保護復雜而且價格昂貴，維護困難。考慮經濟的優越性：可以嘗試配三段式電流保護，同時由于系統是環網運行，相當于雙

15、電源運行一定要加方向元件。在110KV等級電力網絡中，三段式電流保護可能在系統最小運行方式下沒有保護范圍，如果系統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，基本可以保證系統正常運行。考慮系統的運行方式：110KV高壓輸電網絡應該屬于大接地電力系統，需要配置零序保護。如上考慮到環網運行，也要加方向元件。保證保護不誤動作。繼電保護保護裝置的配置不是一層不變的，要考慮系統運行情況、經濟狀況、人員技能、環境影響等等情況，但是電力系統繼電保護的基本任務不變：1.自動、迅速、有選擇的將故障元件沖系統中切除。2.反應電力設備的不正常運行狀態，并根據運行維護條件，動作

16、于發出信號或跳閘。4.2 自動裝置配置 （1）簡述電力系統自動裝置是指在電力網中發生故障或異常時起控制作用的設備，主要包括自動重合閘、備用電源自動投入裝置、低頻減載和失壓解列裝置等設備，電網中自動裝置的型號多、邏輯千變萬化，在實際運行中會暴露一些問題。電網中自動裝置的配置，需要我們進行全面的考慮。（2）系統安全自動裝置的配置配置重合閘：在電力系統故障中，打多數故障是輸電線路故障。運行經驗表明大多數線路故障是“瞬時性”故障，此時，如果把斷開的線路在合上，就能恢復正常供電。如圖所示：該系統為110KV輸電線路系統，按照要求，每一個斷路器都應該裝有ARD裝置，并與繼電保護后加速配合形成重合閘后加速保

17、護，保證電力系統最大限度的正常供電。配置備用電源自動投入裝置：當線路或用電設備發生故障時，能夠自動迅速、準確的把備用電源投入用電設備中或把設備切換到備用電源上，不至于讓用戶斷電的一種裝置。如圖所示：該系統為110KV輸電線路系統，根據系統要求，如果B變電站或C變電站中的兩臺變壓器，為了保證負荷可以長時間的正常運行，應該加入AAT裝置。配置低頻、低壓減載裝置：它在電力系統發生事故出現功率缺額使電網頻率、電壓急劇下降時,自動切除部分負荷,防止系統頻率、電壓崩潰,使系統恢復正常,保證電網的安全穩定運行和對重要用戶的連續供電。如圖所示：該系統為110KV輸電線路系統，根據當地系統運行狀況和系統要求，為

18、了保證系統能夠穩定運行，防止系統頻率、電壓崩潰應該在變電站B、C、D中配置低頻、低壓減載裝置。4.3電流、電壓互感器選擇（1）電流互感器保護用電流互感器主要與繼電裝置配合，在線路發生短路過載等故障時，向繼電裝置提供信號以此來切斷故障電路，以保護供電系統的安全。保護用互感器只是在比正常電流大幾倍幾十倍的電流時才開始有效的工作。線路發生故障時的沖擊電流產生熱和電磁力，保護用電流互感器必須能夠承受。二次繞組在短路情況下，電流互感器在一秒內能承受而無損傷的一次電流有效值，稱額定短時熱電流；二次繞組短路情況下，電流互感器能承受而無損傷的一次電流峰值，稱額定動穩定電流。 電流互感器的額定一次電壓應等于或大

19、于回路的額定一次電壓，絕緣水平也應滿足相關標準。電流互感器的額定一次電流應根據其所屬一次設備的額定電流或最大工作電流選擇，并應能承受該回路的額定連續熱電流、額定短時熱電流及動穩定電流。同時，額定一次電流的選擇，應使得在額定變流比條件下的二次電流在正常運行和短路情況下，滿足該回路保護裝置的整定值選擇性和準確性要求。電流互感器額定二次電流有1A和5A兩類：各級電壓的電流互感器額定二次電流選用1A時，可以減輕電流互感器二次負荷，二次電纜截面可減小，節約投資。一個廠站內的電流互感器額定二次電流允許同時采用1A和5A。但同一電壓等級的電流互感器的額定二次電流一般采用相同電流值。所以對電流互感器選擇如下：

20、由于流過每個斷路器的都一樣，所以它們的型號也一樣，標準電流互感器的二次額定電流為5A。（2）電壓互感器的配置電壓互感器的作用是：把高電壓按比例關系變換成100V或更低等級的標準二次電壓，供保護、計量、儀表裝置使用。同時，使用電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離。電壓互感器雖然也是按照電磁感應原理工作的設備，但它的電磁結構關系與電流互感器相比正好相反。電壓互感器二次回路是高阻抗回路，二次電流的大小由回路的阻抗決定。當二次負載增大時時，二次電流增大，使得一次電流自動增大一個分量來滿足一、二次側的電磁平衡關系。可以說，電壓互感器是一個被限定結構和使用形式的特殊變壓器。簡單的說就是“檢測元件”。電

21、壓互感器一般按以下原則配置。（1）對于主接線為單母線、單母線分段、雙母線等，在母線上安裝三相式電壓互感器；當其出線上有電源，需要重合閘鑒定同期或無壓，需要同期并列時，應在線路側安裝單相或兩相電壓互感器；（2）對于3/2主接線，常常在線路或變壓器側安裝三相電壓互感器，而在母線上安裝單相互感器以供同期并聯和重合閘鑒無壓、鑒同期使用；（3）內橋接線的電壓互感器可以安裝在線路側，也可以安裝在母線上，一般不同時安裝。安裝地點的不同對保護功能有所影響；（4）對220kV及以下的電壓等級，電壓互感器一般有兩個次級，一組接為星形，一組接為開口三角形。在500kV系統中，為了繼電保護的完全雙重化，一般選用三個次

22、級的電壓互感器，其中兩組接為星形，一組接為開口三角形；（5）當計量回路有特殊需要時，可增加專供計量的電壓互感器次級或安裝計量專用的電壓互感器組；（6)在小接地電流系統，需要檢查線路電壓或同期時，應在線路側裝設兩相式電壓互感器或裝一臺電壓互感器接線間電壓。在大接地電流系統中，線路有檢查線路電壓或同期要求時，應首先選用電壓抽取裝置。通過電流互感器或結合電容器抽取電壓，盡量不裝設單獨的電壓互感器。500kV線路一般都裝設三只電容式線路電壓互感器，作為保護、測量和載波通信公用；7）電壓互感器二次側繞組決不允許短路。5電壓互感器二次回路斷線閉鎖裝置5.1 閉鎖裝置作用電壓互感器相當于一個電壓源，當二次回

23、路發生短路時將會出現很大的短路電流，如果沒有合適的保護裝置將故障切除，將會使電壓互感器及其二次線燒壞。電壓互感器二次回路在運行中容易發生單相接地和相間短路，造成保護裝置交流失壓，失壓引起的保護裝置的誤動，造成不應有的損失，由于這種不利因素的存在，許多保護裝置在設計師都考慮了斷線閉鎖回路。電壓互感器二次回路保護設備，一般采用快速熔斷器或自動空氣開關。5.2 閉鎖裝置設計電壓回路保護方式的選擇，主要取決于電壓回路所接的繼電保護和自動裝置的特性。當電壓回路故障不會引起繼電保護和自動裝置誤動作的情況下，首先采用簡單方便的熔斷器作為電壓回路的保護；但是在電壓回路故障有可能造成繼電保護和自動裝置不正確動作

24、的場合，應采用自動開關，作為電壓回路的保護，以便在切除電壓回路故障的同時，也閉鎖有關的繼電保護和自動裝置。在實際工程中，通常在60kV及以下沒有接距離保護的電壓互感器二次回路和測量儀表專用的電壓回路，都采用快速熔斷器保護；對于接有距離保護的電壓回路，通常采用自動開關作為保護設備。電壓互感器二次回路在運行中容易發生單相接地短路和相間短路，造成保護裝置交流失壓，而失壓引起保護裝置誤動作，從而造成不必要的損失。為此針對于這種現象，設計出一套電壓二次回路斷線閉鎖裝置，它能夠在線路發生故障時可以開放保護，而在電壓互感器二次回路斷線時閉鎖保護。電壓二次回路斷線閉鎖裝置的原理是：在實際供電系統中，發生單相短

25、路、兩相短路和兩相接地短路的非對稱性故障情況極其普遍，因此利用電壓回路發生非對稱性故障或電壓回路被斷開一相或二相時形成不平衡電壓來啟動閉鎖裝置，對保護實行閉鎖，防止保護誤動作；同時可利用電壓互感器二次側斷線時的電流小于設定的閉鎖電流值，這樣保護就閉鎖，也可以用來防止保護誤動作。PT斷線與與進線有流計算電壓3Uoj開口電壓3Uo任一相無壓或圖5.2-1 PT斷線綜合判別邏輯法圖 6.保護4接線圖 由前面的整定可知，對保護4QF采用三段式電流保護，因此分別畫出4QF的原理接線圖、展開圖、屏幕布置圖。6.1 4QF原理圖KCOKS2KS3KS1KT2KAc3KAc1TAaKT3KAb3KAa3KAc

26、2KAa2KAa1TAcQF1111圖6.1-1 三段式電流保護原理圖6.2 4QF接線圖圖6.2-1 三段式電流保護接線圖6.3 4QF展開圖TAKA2KA1+L716KA3KA5KA6KA4TATA交流電流回路圖6.3-1交流回路展開圖KAa3KAb32KAc3QFKAa1KS3KCOKT3KT3KCOKT2KT2KS1YRKS2KAa2+wcKAc1-wcFKAc2F電流速斷保護限時電流速斷保護過電流保護跳閘回路圖6.3-2 直流回路展開圖6.4 4QF屏幕布置圖29303132343536373351LJ12LJ35LJ26LJ11YJ103LJ44LJ81SI77LJ62YJJ51BCJJ12SJJ3J7BJJ23SJZ12BCJ171HWJ162HWJ191GJ182GJ221CJ212CJ233CJ2827262524231LP2LP3LP4LPQP5LP6LP7LP8LP圖6.4-1 屏幕布置圖總結課程設計是培養學生綜合運用所學知識，發現、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環節，是對學生實際工作能力