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1、課 程 設(shè) 計（ 2009級本科） 題 目：110KV線路繼電保護及其二次回路設(shè)計 系（部） 院： 廣西工學院鹿山學院 專 業(yè)： 電控系樓宇091 作 者 姓 名： 高閩玥 學 號： 20090306 指 導 教 師： 李夢和 完 成 日 期： 2012年1 月3日 二一二 年 一 月目錄1、摘要及關(guān)鍵詞1.1摘要：1.2關(guān)鍵詞2、 引 言3、電網(wǎng)距離保護整定計算的準備工作3.1、概述3.2 、整定計算的工作步驟3.3 、電網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)4、 短路電流計算4.1 短路計算的假設(shè)條件4.2運行方式的確定原則4.3系統(tǒng)的運行方式4.4發(fā)生短路時流過斷路器 5、距離保護的原理6、距離保護的整定計算6.

2、1、距離保護段的整定計算6.2、距離保護段的整定計算和校驗6.3、距離保護段的整定計算和校驗7、 設(shè)計總結(jié)8、參考文獻9、CAD原理圖110KV線路繼電保護及其二次回路設(shè)計1、摘要及關(guān)鍵詞1.1摘要：電力系統(tǒng)的快速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，特別是在高壓且復雜的電網(wǎng)中，各種保護都具有其重要性。距離保護作為一種性能較完善的保護裝置，它可以應用在任何結(jié)構(gòu)復雜、運行方式多變的電力系統(tǒng)中，能有選擇行的、較快的切除相間故障。根據(jù)繼電保護裝置在電力系統(tǒng)中的應用，本設(shè)計詳細介紹了220kv高壓電網(wǎng)中距離保護的整定配置。首先，本文將概述本課題將要研究的電網(wǎng)，并利用PSASP電力系統(tǒng)綜合分析程序繪制電網(wǎng)圖和

3、計算出參數(shù)，以及作整定計算的準備工作。其次，本文將簡要敘述潮流分布計算的結(jié)果以及短路電流的舉例計算，為距離保護的整定計算作好準備。本文將詳細闡述距離保護的原理、配置的基本原則以及計算原則，并對本課題研究的電網(wǎng)中各線路進行整定計算分析。最后，本文將詳細闡述距離保護的原理、配置的基本原則以及計算原則，并對本課題研究的電網(wǎng)中各線路進行整定計算分析1.2關(guān)鍵詞: 潮流分布，短路電流計算，距離保護，整定計算2、 引 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(shè)計等幾個主要部分。在完成了理論的學習的基礎(chǔ)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(shè)計。

4、電能是現(xiàn)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(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)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(shè)備轉(zhuǎn)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(shè)置的。本次設(shè)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(wǎng)各個元件參數(shù)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

5、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(shè)備的選擇是本設(shè)計的重點。通過此次線路保護的設(shè)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3、電網(wǎng)距離保護整定計算的準備工作3.1、概述本次整定計算的電網(wǎng)電壓等級為220kv，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較復雜，屬于多電源網(wǎng)絡(luò)，包括多電源的環(huán)網(wǎng)以及由零序互感的雙回線，每一變電站母線上都有較大的系統(tǒng)，運行方式變化復雜。110kv的高壓電網(wǎng)，由于中間變電所對故障電流的分流作用大，線路距離較長，符合較重要等原因，往往不可能由相鄰元件的保護裝置實行安全的遠后備作用。為了保證區(qū)內(nèi)故障保護裝置不拒動，采用兩套原

6、理不同的高頻保護裝置作為全線速動的保護。常規(guī)高頻保護的配置中，采用高頻閉鎖距離、高頻閉鎖零序電流方向保護作為一套原理的主保護，另一套高頻保護選擇的是高頻負序方向保護。另外在220kv電網(wǎng)中，一般裝設(shè)斷路器失靈保護，當控制故障設(shè)備的斷路器拒絕動作時，它能用最短的延時跳開同一母線上的其它斷路器，對于中間變電站的主變壓器裝設(shè)差動保護裝置。110kv電網(wǎng)為中性點直接接地電網(wǎng)，對于系統(tǒng)中發(fā)生的接地故障，必須配置相應的保護裝置。一般裝設(shè)多段式零序電流方向保護，根據(jù)重合閘方式的不同，零序電流方向保護可采用三段式或四段式，根據(jù)非全相運行時，線路零序電流大小的不同，零序電流保護可能有兩個一段或兩個二段。對重要線

7、路，零序電流保護的第二段在動作時限和靈敏系數(shù)上均應滿足一定要求。當電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較復雜時，運行方式變化又很大時，零序保護的靈敏度可能變壞，應考慮選擇接地保護，以改善接地保護性能，但是為了保護經(jīng)高阻抗接地故障時相鄰線路有較多的后備保護作用，同時也為選擇性的配合，在裝設(shè)接地保護的線路仍設(shè)有多段式零序電流方向保護。110kv電網(wǎng)中，采用多段式的相間距離保護作為相間主保護的后備保護。在本次設(shè)計的電網(wǎng)中，雙回線按單回線處理，不宜采用橫差保護和平衡保護。110kv電網(wǎng)，由于輸送功率大，穩(wěn)定問題突出，一般采用綜合重合裝置，用綜合重合閘的不同保護接入端子實現(xiàn)與保護裝置的合理配合。110kv電網(wǎng)保護配置如下：1、主

8、保護：高頻閉鎖距離保護和高頻閉鎖零序電流方向保護、高頻相差保護。2、后備保護：相間距離保護用來保護相間故障，零序電流方向保護用來保護接地故障。3、采用綜合重合閘裝置。3.2 、整定計算的工作步驟進行整定計算的步驟大致如下：（1）按繼電保護功能分類擬定短路計算的運行方式，選擇短路類型，選擇分支系數(shù)的計算條件。（2）進行短路故障計算，錄取結(jié)果。（3）按同一功能的保護進行整定計算，本課題主要按距離保護進行整定計算。選取出整定值并做出定值圖。（4）對整定結(jié)果分析比較，重復修改，以選出最佳方案。最后應歸納出存在的問題，并提出運行要求。（5）方案的評價及改進方向。3.3 、電網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)11kv的電網(wǎng)圖如

9、下圖所示為本次設(shè)計利用PSASP電力系統(tǒng)綜合分析程序，繪制出研究所要用110kv電網(wǎng)圖4、短路電流計算4.1 短路計算的假設(shè)條件1、忽略發(fā)電機、變壓器、架空線路、電纜線路等阻抗參數(shù)的電阻部分，并假設(shè)旋轉(zhuǎn)電機的負序電抗等于正序電抗。2、發(fā)電機及調(diào)相機的正序阻抗課采用t=0時的瞬態(tài)值。3、發(fā)電機電動勢標么值可以假定等于1，且兩側(cè)發(fā)電機電動勢相位一致，只有在計算線路非全相運行電流和全相震蕩電流時，才考慮相線路兩側(cè)發(fā)電機綜合電動勢間有一定的相角差。4、不考慮短路電流的衰減，不計短路暫態(tài)電流中的非周期分量，但具體整定時應考慮其影響。5、各級電壓可采用計算電壓值或平均電壓值，而不考慮變壓器電壓分接頭實際位

10、置的變動。 6、不計線路電容和負荷電流的影響。 7、不計故障點的相間電阻和接地電阻。4.2運行方式的確定原則 繼電保護整定計算用的運行方式，是在電力系統(tǒng)確定好運行方式的基礎(chǔ)上，在不影響繼電保護的保護效果的前提下，為提高繼電保護對運行方式變化的適應能力而進一步選擇的，特別是有些問題主要是由繼電保護方面考慮決定的。例如，確定變壓器中性點是否接地運行，當變壓器絕緣性能沒有特殊規(guī)定時，則應以考慮改善零序電流保護性能來決定。整定計算用的運行方式選擇合理與否，不僅影響繼電保護的保護效果，也會影響繼電保護配置和選擇的正確性。確定運行方式變化的限度，就是確定最大和最小運行方式，它應以滿足常見運行方式為基礎(chǔ)，在

11、不影響保護效果的前提下，適當加大變化范圍。其一般原則如下：第一，必須考慮檢修與故障兩種狀態(tài)的重迭出現(xiàn)，但不考慮多種重迭。 第二，不考慮極少見的特殊方式。因為出現(xiàn)特殊方式的機率較小，不能因此惡化了絕大部分時間的保護效果。必要時，可采取臨時的特殊措施加以解決。4.3系統(tǒng)的運行方式在本設(shè)計的電網(wǎng)中，最大、最小運行方式的選擇，目的在于計算通過保護裝置的最大最小運行短路電流。在線路末端發(fā)生短路時，流過保護的最大最小短路電流與系統(tǒng)的運行方式和算路類型電流分配系數(shù)這些因數(shù)有關(guān)。系統(tǒng)中對于單側(cè)電源的輻射線路AB ，最大運行方式是在電源在第一種開機運行以及系統(tǒng)中所有線路和選定的接地中性點均投入的條件下決定的。而

12、最小運行方式則是在第二種開機情況和雙回線路BC單回線運行條件下考慮。對雙側(cè)電源和多側(cè)電源的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的線路中，電源在第一種開機運行情況和環(huán)網(wǎng)開環(huán)，且開環(huán)點在該線路相鄰的下一級線路上運行決定最大運行方式的。電源在第二種開機情況和線路閉環(huán)運行，停運該線路背后可能的機組和線路運行時決定最小運行情況。對于雙回線路BC，除考慮上述情況外，還要考慮雙回線保護的接線方式。當雙回線路分別裝設(shè)保護時，單回線運行為保護的最大運行方式；雙回線路同時運行為保護的最小運行方式。當雙回線路接一套電流保護時，情況剛好相反。保護的運行方式確定后，還要很具選擇保護方式的需要選擇短路點，然后再進行短路電流的計算。4.4發(fā)生短路時

13、流過斷路器1 (1)最大運行方式正序短路電流其中：Xff6=XdT+XL1+XL2=0.18255+0.1512+0.121=0.45475Id6max*=E/Xff6=1.05/0.454752.309Id6max=Id6max*IB=2.3090.5021.159KA(2)最小運行方式短路正序短路電流X2 =(XL1+XL2)XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2=0.1361Xff6=Xd1+X2=0.18255+0.1361=0.31865If(3)*= E/2Xff1=1.05/20.31865=1.648流過斷路器1、2、3、4、5和6的三相短路電流為：If(3)=I

14、f(3)*IB=1.6480.502=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的二相短路電流為：If(2)=If(2)*IB=1.4290.502=0.7163KA (3)最大運行方式兩相短路零序短路電流圖3.2.6短路等值電路X2(0) =(XL4(0)+XT8)XTC/(XL4(0)+XT8+XTC)=0.2061X1(0) =(XL1(0)+XT)XTB/(XL1(0)+XT+XTB) =0.1654Xff5(0) =(XL2(0)+X1(0)X2(0)/(XL2(0)+X1(0)+X2(0)=

15、0.1483Iff6(0)*=E(0)/Xff5(0)=1.05/0.1483=7.082Iff6(0)=Iff5(0)*IB=7.0820.502=3.555KA 5、距離保護的原理 電流保護的主要優(yōu)點是簡單、經(jīng)濟及工作可靠。但是由于這種保護整定值的選擇、保護范圍以及靈敏系數(shù)等方面都直接受電網(wǎng)接線方式及系統(tǒng)運行方式的影響，所以，在35kV及以上電壓的復雜網(wǎng)絡(luò)中，它們很難滿足選擇性、靈敏性以及快速切除故障的要求。為此，就必須采用性能更加完善的保護裝置。距離保護就是適應這種要求的一種保護原理。如圖1.1所示，假設(shè)各保護測量元件的輸入不只是電流或電壓，而是該處的母線電壓和流過該線路上的電流，定義保

16、護安裝處的母線電壓（稱為保護的測量電壓）和流經(jīng)該線路的電流（稱為保護的測量電流）之比為保護的測量阻抗，即 （5.1）圖1.1 距離保護的作用原理圖在正常工作情況下，（母線的工作電壓），（線路的負荷電流），此時保護測量元件的測量阻抗為負荷阻抗，即 （5.2）顯然正常運行時母線上的工作電壓在額定值附近，一般說，線路的負荷電流相對于短路電流要小很多，故線路在負荷狀態(tài)下的測量阻抗值較大，且其角度為負荷功率因數(shù)角。例如，當線路的負荷功率因數(shù)為0.9時，負荷功率因數(shù)角。當AB線上K1點發(fā)生金屬性三相短路時，在保護1處所測量的阻抗等于該處母線殘余電壓與流經(jīng)該保護的短路電流的比值，即為短路阻抗ZK1，有 （5

17、.3）式中，點短路時，保護安裝處A母線的殘余電壓；流過故障線路AB的短路電流。ZK1故障點至保護安裝處的線路阻抗，其阻抗值小而阻抗角（稱為短路阻抗角）等于線路阻抗角。 通過適當選擇距離保護的接線方式，使得短路時測量阻抗的大小與短路點到保護安裝處的距離成正比，即 （5.4）式中，從故障點至保護安裝處母線A的距離；線路每千米的正序阻抗。從以上分析可知，電網(wǎng)短路時測量阻抗有以下特征：第一，由保護安裝處的測量阻抗能區(qū)分線路在正常狀態(tài)還是故障狀態(tài)，兩種狀態(tài)下測量阻抗在幅值和角度上均有明顯的差別；第二，由保護安裝處的測量阻抗Zm能區(qū)分故障點的遠近，故障點離保護安裝處的距離越遠，測量阻抗Zm越大，反之，3測

18、量阻抗越?。坏谌?，金屬性短路時的測量阻抗只與故障點至保護安裝處的距離有關(guān)，而與系統(tǒng)運行方式無關(guān)。為了區(qū)分故障點在保護范圍內(nèi)還是在保護范圍外，可根據(jù)選擇性和靈敏度要求事先給定距離保護的保護范圍，與這個保護范圍對應的保護安裝處至保護范圍末端的線路阻抗稱為距離保護的整定阻抗，用Zset表示，如圖4.1所示?？梢姡嚯x保護是反應故障點至保護安裝地點之間的距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。該裝置的核心元件為阻抗元件（傳統(tǒng)上稱阻抗繼電器），它可根據(jù)施加的電壓和電流測得保護安裝處至短路點間的阻抗值，即為測量阻抗。當短路點距保護安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短；當短路點距保護安

19、裝處遠時，其測量阻抗增大，動作時間增長，這樣就保證了保護有選擇性地切除故障線路。6、距離保護的整定計算6.1、距離保護段的整定計算(1)動作阻抗 對輸電線路，按躲過本線路末端短路來整定。取KK=0.85Zdz=KKZL1=0.8520=17；(2)動作時限 距離保護段的動作時限是由保護裝置的繼電器固有動作時限決定，人為延時為零，即t=0s。6.2、距離保護段的整定計算和校驗(1)動作阻抗：按下列三個條件選擇。與相鄰線路L2的保護的段配合 Zdz=KK(ZL1+KKfhminZL2)式中，取K=0.85, KK=0 .8，Kfhmin為保護7的段末端發(fā)生短路時對保護7而言的最小分支系數(shù)。當保護7

20、的段末端發(fā)生短路時，分支系數(shù)為：Kfhmin=IL3/IL4=1于是 Zdz=KK(ZL1+KKfhminZL2)=0.8(20+0.85116)=26.88；按躲開相鄰變壓器低壓側(cè)出口短路整定 Zdz=KK(ZL1+KfhminZTC)式中，取KK=0 .8，Kfhmin為保護7的段末端變壓器低壓側(cè)出口發(fā)生短路時對變壓器低壓側(cè)出口而言的最小分支系數(shù)。當保護7的段末端發(fā)生短路時，分支系數(shù)為：Kfhmin=IL3/IL4=1于是 Zdz=KK(ZL1+KfhminZL4)=0.7(20+163.5)=58.45；取以上二個計算值中最小者為段整定值，即取Zdz=26.88；(2)動作時間，與相鄰保

21、護7的段配合，則 t1=t4+t=0.5 s它能同時滿足與相鄰線路L2和變壓器保護配合的要求。(3) 靈敏性校驗：Klm= Zdz/ZL3=26.88/36=1.341.5,滿足要求。6.3、距離保護段的整定計算和校驗(1)動作阻抗：按躲開最小負荷阻抗整定；Kzq=1,Kh=1.15,KK=1.2，Ifmax=0.326KAZfmin=0.9Ue/1.732Ifmax=0.9115/1.7320.326=183.3于是：Zdz= Zfmin/KKKh Kzq=183.3/1.21.151=132.8(2)動作時間：斷路器4的動作時間為：t5= tdz+t=2+0.5=2 .5s變壓器保護的動作

22、時間為：t= tdz+t=1.5+0.5=2 s取其中較長者，于是斷路器2的動作時間為：t1= t5+t=2.5+0.5=3 s(3)靈敏性校驗： 本線路末端短路時的靈敏系數(shù)為： Klm= Zdz/ZL3=132.8/20=6.641.5 ，滿足要求 相鄰元件末端短路時的靈敏系數(shù)為： 相鄰線路L2末端短路時的靈敏系數(shù)為； 最大分支系數(shù)：Kfhmax=(XL1+XL2+XL3)/XL3=(36+16+20)/36=2 Klm=Zdz/(ZL1+ KfhmaxZL4)= 132.8/(20+216)=2.551.2 ，滿足要求相鄰變壓器末端短路時的靈敏系數(shù)為；最大分支系數(shù)：Kfhmax=(XL1+

23、XL2+XL3)/(XL3+XL2)=(36+16+20)/(36+16)=1.38 Klm= Zdz/(ZL1+ KfhmaxZL2)= 132.8/(20+1.3863.5)=1.231.2 ，滿足要求7、設(shè)計總結(jié)通過兩周的繼電保護課程設(shè)計，雖然時間不長，但期間有許多事情讓我難忘，我從中學到了很多寶貴的經(jīng)驗和知識。對距離保護設(shè)計的過程有了一個很大程度了解，為以后的工作打下了一個堅實的基礎(chǔ)。在實際操作中我們應該學會如何和同學一起合作，以提高工作效率。合作之間其實并不是單純的操作，相互呼應，還可以提高我們的實際解決問題的能力。通過這次設(shè)計，我深刻的認識到了，理論知識和實踐相結(jié)合是教學環(huán)節(jié)中相當

24、重要的一個環(huán)節(jié)，只有這樣才能提高自己的實際操作能力，并且從中培養(yǎng)自己的獨立思考、勇于克服困難、團隊協(xié)作的精神。從而，為自己以后學習和工作打下基研。只有自己親手做了，才會明白其實很多事是很簡單的，只要你敢做，就沒有你做不到的事。誰都有第一次，誰都會認為第一次是最難的。通過這次課程設(shè)計，我對距離保護設(shè)計整定計算過程有了一個大致的了解，對設(shè)計的思路、基本方法、步驟有了深刻的認識。盡管在這次設(shè)計中遇到了很多困難，但老師的指導給了我們很大的幫助，在這次的設(shè)計過程中，我們組先根據(jù)派發(fā)的任務收集，調(diào)查有關(guān)的資料書籍，然后進入起草方案階段，其間與同組同學進行方案的討論，修改。有不懂的地方向老師請教，大家都有很大的收獲，時間過得真快，為期兩周的繼電保護課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了問題，最后在藍會力立老師的辛勤指導下，終于游逆而解。同時，在藍會立老師的身上我學得到很多實用的知識，在次我表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位指導老師再次表示忠心的感謝！8、參考文獻：1電力系統(tǒng)繼電保護設(shè)計指導鐘松茂、李火元 合編 中國電力出版社。2繼電保護整定計算許建安 主編 中國水利水電出版社。3發(fā)電廠及變電站二次接線陳景惠 主編。4電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范GB50062-1992。5南自PSL 620C 系列數(shù)字式線路保護裝置產(chǎn)品說明書。6.電力系統(tǒng)繼電保護 張保會主編 中國電力出版社。