單電源環(huán)形網(wǎng)絡繼電保護設計——2、4、6、8保護

1、車輛與動力工程學院課程設計說明書單電源環(huán)形網(wǎng)絡繼電保護設計2、4、6、8保護摘 要電能是現(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置的。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

2、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。關鍵詞：電力系統(tǒng)， 繼電保護，環(huán)形網(wǎng)絡目 錄第一章 緒 論1§1.1設計的意義1§1.2設計的目的1第二章 設計內(nèi)容3§2.1 計算網(wǎng)絡各參數(shù)3§2.2 運行方式的選定原則4§2.3短路電流計算5§2.4線路保護配置的一般原則6§2.5保護方式的確定及動作值的整定7§2.5.1 AD 線路8QF的整定7§2.5.2 DC 線路6QF的整定9§2.5.3 CB 線路4QF的整定11§2.5.4 BA線路2

3、QF的整定12§2.6 保護4的繼電保護接線圖15第三章 綜合評價17第四章 設計心得19參考文獻2020第一章 緒 論專業(yè)課程設計，一方面使學生獲得綜合運用學過的知識進行電力變電所、牽引變電所各主要元件的保護設計及整定和保護設備的選型的基本能力，另一方面能鞏固與擴大學生的電氣綜合設計知識，為畢業(yè)設計做準備，為后續(xù)課程的學習及今后從事科學研究、工程技術工作打下較堅實的基礎。§1.1設計的意義通過專業(yè)課程設計，應在下述各方面得到鍛煉：1.掌握繼電保護保護方案的確定原則，整定計算的一般步驟，了解系統(tǒng)運行方式的確定，保護整定系數(shù)的分析與應用，前后級整定配合的基本原則； 2.掌握保

4、護、控制、測量、信號回路閱讀和設計基本方法；3.學習相關保護設備的選擇和一般的維護。§1.2設計的目的根據(jù)原理圖及數(shù)據(jù)：（1）確定保護2、4、6、8的保護方式，以及它們的、和；（2）繪制保護4的接線圖及網(wǎng)絡單線圖；（3）對本網(wǎng)絡所采用的保護進行評價。第二章 設計內(nèi)容§2.1 計算網(wǎng)絡各參數(shù) 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

5、有名的，而不是相對值。在比較簡單的網(wǎng)絡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)電機的電抗標幺值：X*=Xd''(%)SB100SN式中Xd''(%) 發(fā)電機次暫態(tài)電抗；UN 發(fā)電機的額定電壓；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 雙繞組變壓器電抗標幺值：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；SB 基準容量100MVA； SN變壓器額定容量。假設選取基

6、準功率Sd=100MVA；基準電壓Ud=115KV；基準電流Id=Sd3UD=100×1033×115=0.525KA，基準電抗Zd=Ud3Id=115×1033×0.502=132.25。（3）電機及變壓器參數(shù)的計算X*G1=X*G2=X*G3=Xd''SdSN=0.129×10050=0.258X*T1=X*T2=Uk100SdSN=10.5100×10040=0.263X*T3=Uk100SdSN=10.5100×10060=0.175X*T4=X*T5=X*T6=X*T8=Uk（%）100SdSN=1

7、0.5100×10020=0.525（4）輸電線路參數(shù)的計算Z*LAB=ZLABSdUd2=0.2×40×1001152=0.061Z*LBC=ZLBCSdUd2=0.2×60×1001152=0.091Z*LCD=ZLCDSdUd2=0.2×50×1001152=0.076Z*LDA=ZLDASdUd2=0.2×50×1001152=0.076§2.2 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

8、證選擇性，靈敏度的校驗應根據(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

9、，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=（0.2582+0.2632）（0.258+0.175）=0.2610.433=0.163最小運行方式下的最小電源阻抗ZSmax=0.2582+0.2632=0.261§2.3短路電流計算計算最大短路電流,并計算各段路點的短路電流Ik。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，為檢驗靈敏度要計算最小運行方式下的兩相短路電流。而對于短路點的選擇一般選擇在高、低壓母線上和電氣設備接線處。為計算2QF、4QF、6QF的整定值，根據(jù)如上系統(tǒng)圖可知，最大運行方式要求1QF斷開，等值阻抗圖如圖2.3.1。 圖2.

10、3.1最大運行方式下三相短路等值阻抗圖計算三相短路電流：Ik(3)=IdZSMIN*+ZL*計算兩項短路電流：Ik(2)=32Ik(3)以K1點發(fā)生三相短路為例Ik3=IdZSMIN*+ZLAD*+ZLDC*+ZLCB*+ZLBA*=0.5020.163+0.076+0.076+0.091+0.061=1.075Ik2=32Ik3=32×0.654=0.931同理得K2、K3、K4各個短路點短路電流表2.3 短路電流值 短路電流短路點最大運行方式最小運行方式IK3KAIK2KAK11.0570.931K21.2361.070K31.5941.380K42.1001.819K53.08

11、2.667§2.4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，相當于雙電源運行一定要加方向元件。在110KV 等級電力網(wǎng)絡中，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。

12、 （3）對瞬時動作的保護或瞬時段保護，其整定值應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具有選相功能；兩套主保護應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備；具有全線速動保護的線路，其主保護的整組動作時間應為：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

13、方式：110KV 高壓輸電網(wǎng)絡應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。 §2.5保護方式的確定及動作值的整定保護2、4、6、8的等效電路圖如圖2.5.1圖2.5.1 保護 2、4、6、8 的等效電路圖§2.5.1 AD 線路8QF的整定 （1）保護8的段保護（電流速斷保護）線路 AD末端的最大三相短路電流IkDmax3=Ik23=2.100KA動作電流Iop6I=KrelI×IkDmax3取KrelI=1.3，則保護8的電流保護第I 段動作電流為Iop8I=KrelI×IkDmax3=1.3

14、5;2.100=2.720KA保護范圍的校驗最小運行方式下，AD線路X處兩相短路的電流為：IkMIN2=UN2(ZSMAX+X%×ZLAC)=1.819KAX%×ZLAD=UN2Ikmin2-ZSmax=1102×1.819-0.261×132.25=-4.28X%=4.280.076×132.25=42.6%>15%靈敏度滿足要求。（2）保護8的段保護（限時電流速斷保護）：與保護6的第I段相配合保護 6的電流保護第 I 段動作電流為IkCmax3=Ik33=1.594AIop6I=KrelIIkBmax3=1.3×1.594=

15、2.072KA取KrelII=1.2，則Iop8II=KrelIIIop6I=1.2×2.072=2.279動作時限t8II=t6I+t=t=0.5s靈敏度校驗本線路AD 末端的最小兩相短路電流IkDmin2=1.819KA故Ksen=IkDmin2Iop8II=0.8<1.3靈敏度不滿足要求，可與保護6段 的電流保護第 II 段相配合。 （3）保護8的段保護（定時限過電流保護）動作電流的整定取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kss=1.5Iop6=KrelIIIKssKreILmax=1.2×1.50.85×230=487.1KA動作時限t8II

16、I=t6III+t=1+t=1.5s靈敏度校驗作近后備時，按本線路AD末端的最小兩相短路電流IkDmin2=IK22來校驗，即Ksen=IkDmin2Iop8III=1.8190.4871=3.73>1.5作遠后備時，按相鄰線路CB末端的最小兩相短路電流IkBMIN2=IK32來校驗，Ksen=IkCmin2Iop8III=1.3800.4871=2.8>1.2§2.5.2 DC 線路6QF的整定 （1）保護6的段保護（電流速斷保護）線路 DC末端的最大三相短路電流IkCmax3=1.594KA取KrelI=1.3，則保護6的電流保護第I 段動作電流為Iop6I=Krel

17、I×IkCmax3=1.3×1.594=2.072KA保護范圍的校驗最小運行方式下，DC線路X處兩相短路的電流為：IkCmin2=UN2(ZSmax+X%×ZLDC)=1.07KAX%×ZLDC=UN2IkCmin2-ZSMAX=1102×1.380-0.261×132.25=5.34X%=5.340.076×132.25=53.1%>15%靈敏度滿足要求。（2）保護6的段保護（時限電流速斷保護）：與保護4的第I段相配合保護 4的電流保護第 I 段動作電流為IkBmax3=1.236KAIop.4I=KrelIIkBm

18、ax3=1.3×1.236=1.607KA取KrelII=1.1，則Iop6II=KrelIIIop4I=1.1×1.607=1.767KA動作時限t6II=t4I+t=t=0.5s靈敏度校驗本線路DC末端的最小兩相短路電流IkCmin2=1.380KA故Ksen=IkCmin2Iop6II=0.78<1.3靈敏度不滿足要求，可與保護 4的電流保護第 II 段相配合。 （3）保護6的段保護（定時限過電流保護）動作電流的整定取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kss=1.5Iop6II=KrelIIIKstKreILmax=1.2×1.50.85

19、15;140=296.5KA動作時限t6III=t4III+t=2t=1s靈敏度校驗作近后備時，按本線路DC末端的最小兩相短路電流IkCmin2來校驗，即Ksen=IkC.min2Iop6III=1.3800.2965=4.7>1.5作遠后備時，按相鄰線路CB末端的最小兩相短路電流IkAmin2=Ik42=0.83來校驗，即Ksen=IkBmin2Iop6III=1.0700.2965=3.6>1.2§2.5.3 CB 線路4QF的整定（1）保護4的段保護（電流速斷保護）線路CB末端的最大三相短路電流IkBmax3=1.236KA取KrelI=1.3，則保護4的電流保護第

20、I 段動作電流為Iop4I=KrelI×IkBmax3=1.3×1.236=1.607KA保護范圍的校驗最小運行方式下， CB線路X處兩相短路的電流為：IkBmin2=UN2(ZSmax+X%×ZLCB)=1.07KAX%×ZLCB=UN2Ik.Bmin2-ZSMAX=1102×1.070-0.261×132.25=16.88X%=16.880.091×132.25=140%>15%靈敏度滿足要求。（2）保護4的段保護（時限電流速斷保護）：與保護2的第I段相配合保護 2的電流保護第 I 段動作電流為IkA.max3=1

21、.075KAIop.2I=KrelIIkAmax3=1.3×1.075=1.4KA取KrelII=1.1，則Iop4II=KrelIIIop2I=1.1×1.4=1.54KA動作時限t4II=t2I+t=t=0.5s靈敏度校驗本線路CB末端的最小兩相短路電流IkBmin2=1.070KA故Ksen=IkBmin2Iop4II=0.7<1.3靈敏度不滿足要求，可與保護 2的電流保護第 II 段相配合。 （3）保護6的段保護（定時限過電流保護）動作電流的整定取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kss=1.5Iop6II=KrelIIIKstKreILmax=1.2

22、×1.50.85×150=317.6KA動作時限t4III=t2III+t=t=0.5s靈敏度校驗作近后備時，按本線路DC末端的最小兩相短路電流IkCmin2來校驗，即Ksen=IkB.min2Iop4III=1.0700.3176=3.4>1.5作遠后備時，按相鄰線路CB末端的最小兩相短路電流IkAmin2=Ik42=0.83來校驗，即Ksen=IkAmin2Iop4III=0.9310.3176=2.9>1.2§2.5.4 BA線路2QF的整定 保護2在網(wǎng)絡的末端，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

23、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。 （1）保護2的段保護（電流速斷保護）線路 BA末端的最大三相短路電流IkAmax3=1.075KA取KrelI=1.3，則保護 2的電流保護第I 段動作電流為Iop2I=KrelI×IkAmax3=1.3×1.075=1.4KA保護范圍的校驗最小運行方式下，BA線路X處兩相短路的電流為：IkAmin2=UN2(ZSmax+X%×ZLBA)=0.931X%×ZLBA=UN2IkAmin2-ZSMAX=1102×0.931-0.261×132.25=24.6X%=24

24、.60.061×132.25=300%>15%（2）保護2的段保護（過負荷保護）動作電流的整定取Kre=0.85，KrelIII=1.2，Kss=1.5Iop2II=KrelIIIKssKreILmax=1.2×1.50.85×230=487.1KA動作時限t2II=0靈敏度校驗作近后備時，按本線路BA末端的最小兩相短路電流IkAmin2來校驗，即Ksen=IkAmin2Iop2II=0.9310.4871=1.9>1.5K2、K4、K6、K8各個短路點整定值如表2.5.2表2.5.2 各短路點整定計算值 保護編號參數(shù)整定I(KA)2QF4QF6QF8

25、QF備注第I段IopI1.41.6072.0722.73保護范圍300%140%51.3%42.6%第II段IopII0.48711.541.7672.279tII00.5S0.5S0.5SKsenII1.90.70.780.8第III段IopIII0.31760.29650.4871tIII0.5S1S1.5SKsenIII3.44.73.73近后備2.93.62.8遠后備是否加電流電壓 互鎖環(huán)節(jié)不加不加不加加§2.6 保護4的繼電保護接線圖（1）原理接線圖如圖2.6.1圖2.6.1 原理接線圖(詳見附圖1)（2）交流回路展開圖如圖2.6.2圖2.6.2 交流回路展開圖(詳見附圖2

26、)（3）直流回路展開圖如圖2.6.3圖2.6.3 直流回路展開圖(詳見附圖3) 第三章 綜合評價根據(jù)“繼電保護和安全自動裝置技術規(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 繼電保護的選擇性是指保護裝置動作時，在最可能小的區(qū)間內(nèi)將故障從電力系統(tǒng)中斷開，最大限度地保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。它有兩種意思：其一是只應有裝在故障原件上的保護裝置動作切除故障；其二是力爭相鄰元件的保護裝置對它起后備保護作用。電流速斷保護只能保護線路的一部分，限時電

27、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，因此必須采用限時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、 速動性繼電保護的速動性是指盡可能快地切除故障，以減少設備及用戶在大短路電流、低電壓下運行的時間，降低設備的損害程度，提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性 電流電壓保護第段及第段共同作為線路

28、的主保護，能滿足網(wǎng)絡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。 本設計的主保護動作時間滿足題目要求。 3、 靈敏度 繼電保護的靈敏性是指對于其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的的反應能力。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)絡中才有

29、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)果和題目的要求條件下，盡可能采用簡單的保護方式。（2）系統(tǒng)運行方式的考慮除了發(fā)電廠發(fā)電容量的最大和最小運行方式外，還必須考慮在設備檢修或故障切除的情況下，發(fā)生短路時渡過保護裝置的短路電流最大和最小的系統(tǒng)運行方式，以便計算保護的整定值靈敏度。（3）在求不同保護的整定值和靈敏度時，應該注意短路點的選擇。（4）后備保護的動作電流必須配合，要保證較靠近電源的上一元件保護的動作電流大于下一元件保護的動作電流，且有一定的裕度，以保證選擇性?？煽啃园ò踩院托刨囆裕抢^電保護