1、0 第 页某 110kV 电力系统继电保护设计摘 要：本次毕业设计的主要内容是 110kV 电力系统继电保护的配置，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验，确定方案中的保护。设计分为八个章节，第三、四章是计算系统的短路电流，确定运行方式；第五章是各种设备的保护配置。其中变压器保护包括保护原理分析、保护整定计算和灵敏性校验，主保护采用的是纵联差动保护和瓦斯保护，两者结合做到优势互补，后备保护是复合电压启动过电流保护。母线保护包括保护原理分析，采用了完全电流差动保护，简单可靠。110kV 侧的输电线路采用了距离、保护，由于它的电压等级较高，还考虑了零序电流、保护。对于发电机主保
2、护采用了纵差动保护，后备保护采用了发电机定子绕组接地保护。关键词：短路电流，整定计算，灵敏度，继电保护，微机保护Abstract: This time graduation design of the main contents be the 110 kV electric power system after relay protection of scheme, and according as relay protection scheme principle，To choice of protection carry on complete calculate with the del
3、icate extent checkout, to assurance project in of protection.The design is divided into eight chapter, chapter 3 and 4 is calculation system of short circuit electric current, assurance circulate a way; Chapter 5 is protection scheme which is various equipments. Among them transformer protection inc
4、lude protection principle analysis, protection complete calculate and delicate extent checkout, central protection is lengthways associated differential protection and gas protection, both combine to attain advantage to with each other repair, spare protection is compound electric voltage start cond
5、uct electricity to flow protection. generatrix line protection include protection principle analysis, adoption complete differential electric current protection, simple credibility. The power line of the 110 kV adopte distance , protection, because of it of the electric voltage grade be higher, also
6、 consideration zero preface electric current , protection.For generator central protection adopte lengthways associated differential protection, spare protection adopte 1 第 页generator stator connect ground protection.Keywords: Short circuit electric current, complete calculation, delicate extent, re
7、lay protection, microcomputer protection0 第 页目 录1 前言 12 方案比较 23 确定运行方式 43.1 标幺值计算 43.2 短路电流的计算 53.3 确定运行方式 194 短路计算 214.1 各种运行方式下各线路电流计算 214.2 各输电线路两相短路和三相短路电流计算 225 继电保护的配置 245.1 继电保护的基本知识 2452 变压器的保护配置 265.2.1 变压器配置 265.2.2 保护配置的整定 285.3 母线的保护配置 315.3.1 保护配置的原理 315.3.2 电流差动保护配置的整定 345.4 输电线路保护配置 3
8、55.4.1 保护配置的原理 355.4.2 保护配置的整定 385.5 发电机保护配置 435.5.1 保护配置的原理 435.5.2 保护配置的整定 456 微机成套自动保护装置 476.1 发电机-变压器组成套自动保护装置 476.2 变压器成套自动保护装置 496.3 母线成套自动保护装置 496.4 输电线路成套自动保护装置 501 第 页7 结论 528 总结与体会 539 谢辞 5510 参考文献 56附录 1：外文翻译 571 前言由于电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术，计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入新的活力。未来继电保护的发展
9、趋势是向计算化，网络化及保护，控制，测量，数据通信一体化智能化发展。电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。发电-输电-配电-用电构成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。电力系统在运行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但是没有发生故障的运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两
10、相断线等。本次毕业设计的主要内容是对 110kV 电力系统继电保护的配置，参照电力系统继电保护配置及整定计算 ，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验从而来确定方案中的保护是否适用来编写的。设计分八大章节，其中第三、四章是计算系统的短路电流，确定运行方式；第五章是对各种设备保护的配置，首先是对保护的原理进行分析,保护的整定计算及灵敏性校验。其中对变压器保护包括保护原理分析以及保护整定计算和灵敏性校验，其中主保护采用的是纵联差动保护和瓦斯保护，用两者的结合来做到优势互补，后备保护有复合电压启动过电流保护。母线保护包括保护原理分析，采用了完全电流差动保护，简单可靠。2 第 页1
11、10kV 输电线路采用了距离、保护，同时由于它的电压等级较高，我还考虑了零序电流、保护。对于发电机主保护采用了纵差动保护，后备保护采用了发电机定子绕组接地保护。由于编者水平有限，设计之中难免有些缺陷或错误，望批评指正。2 方案比较本次毕业设计的主要内容是对 110kV 电力系统继电保护的配置。可以依据继电保护配置原理，根据经验习惯，先选择两套初始的保护方案，通过论证比较后认可其中的一套方案，再对这套方案中的保护进行确定性的整定计算和灵敏性校验，看看它们是否能满足要求，如果能满足便可以采用，如果不能满足则需要重新选择，重新整定和校验。 确定两个初始方案如下：方案 1：保护对象 主保护 后备保护变
12、压器 纵联差动保护、瓦斯保护 复合电压启动过电流保护、过负荷保护母线 电流相位比较式母线差动保护 _输电线路 距离、保护 零序电流、保护发电机 纵联差动保护 定子绕组接地保护方案 2：保护对象 主保护 后备保护变压器 电流速断保护、瓦斯保护复合电压启动过电流保护、零序电流保护母线 电流相位比较式 _3 第 页母线差动保护输电线路 距离、保护 零序电流、保护发电机 纵联差动保护 定子绕组接地保护对于变压器而言，它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护，用两者的结合来做到优势互补。因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压
13、器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。考虑到与发电机的保护配合，所以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护，不考虑用电流速断保护。瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由于一方面简单，灵敏，经济；另一方面动作速度慢，且仅能反映变压器油箱内部故障，就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补，效果更佳。后备保护首先可以采用复合低电压启动过电流保护，这主要是考虑到低电压启动的过电流保护中的低电压继电器灵敏系数不够高。由于发电机-变压器组中发电机才用了定子绕组接
14、地保护，所以，变压器不采用零序电流保护。110kV 侧的母线接线可以采用完全电流差动保护，简单，可靠也经济。对于 110kV 侧的输电线路，可以直接考虑用距离保护，因为在电压等级高的复杂网络中，电流保护很难满足选择性，灵敏性以及快速切除故障的要求，因此这个距离保护也选择得合理，同时由于它的电压等级较高，我们还应该考虑给它一个接地故障保护，先选择零序电流保护，因为当中性点直接接地的电网(又称大接地电流系统)中发生短路时,将出现很大的零序电流,而在正常运行情况下它们是不存在的。因此,利用零序电流来构成接地短路的保护,就有显著的优点。发电机则采用纵联差动保护作为主保护，定子绕组接地保护作为后备保护。
15、综上所述，方案 1 比较合理，方案 1 保护作为设计的初始保护，在后续章节对这些保护进行整定与校验，是否符合设计要求。4 第 页3 确定运行方式3.1 标幺值计算本次设计中取 =100MVA, ,系统用一个无限大功率电流代表，它到BSBavu母线的电抗标幺值 。10.258sdX各元件的电抗标幺值计算如下：12F发 电 机 和 12 10.3.52BFdNSx5 第 页变压器 1B1%10.5.3sBBNVSx变压器 的各绕组短路电压分别为：21(12)(31)(23)170.5621.ssssV2()(2)()ssssV3(3)(31)(12)%ssss所以，变压器 的电抗值为2B21 .5
16、0.67013sNVSx2%24sBB23 0.510.613sNVSx变压器 33 52sBB变压器 44%10sBBNVSx线路 1L122104.3BL线路 22210.45.7x线路 33 9L线路 4L420.60.1x所以，110kV 电力系统继电保护的等值网络如图 3.1 所示。6 第 页图 3.1 110kV 电力系统等值网络3.2 短路电流的计算110kV 电力系统正常运行时，发电机存在三种运行情况，即：两台发电机同时运行、一台发电机退出运行另一台单独运行和两台同时运行；变压器有两种运行方式，即：一台变压器退出另一台变压器单独运行和两台变压器同时运行。下面分别分析各种情况下系
17、统运行时的转移电抗，计算电抗和短路电流。（一）两台发电机同时运行，变压器 同时投入运行。1234B、 、 、进行网络化简： 61436553.0.2(/) .670.9xx 15245(.).9/ 4610740.12.x1789/62将 组成的三角形电路化简为由 组成的星形电路，计算10x23、 和 18920x、 和如下：10218305.x7 第 页1031920.320.19.x132023.x系统的等值化简网络如图 3.2 所示。图 3.2 系统的等值化简网络（1）转移电抗和计算电抗计算当 发生短路时f2172016918()/()xxx.3.0.52.=0.188 第 页所以， 点
18、发生短路时的等值网络如图 3.3 所示。1f图 3.3 点发生短路时的等值网络1f系统 S 对短路点 的计算电抗为：1f80.25NjsfiBx发电机 对短路点 的计算电抗为：12F、 1f50.80.9jsx当 发生短路时2f218172019()/()xx5.63)0.0=0.21所以， 点发生短路时的等值网络如图 3.4 所示。2f图 3.4 点发生短路时的等值网络2f系统 S 对短路点 的计算电抗为：2f80.1.6NjsfiBx发电机 对短路点 的计算电抗为：12F、 2f50.0.6jsx当 发生短路时3f2318.50.2.17x9 第 页241690.210.2x所以， 点发生
19、短路时的等值网络如图 3.5 所示。3f图 3.5 点发生短路时的等值网络3fS 点对 的转移电抗为：23025304. 0.17.3.17.30.2xx F 点对 的转移电抗为为：3f24026403.0.231.310.297xx 化简的等值网络如图 3.6 所示。图 3.6 化简的等值网络系统 S 对短路点 的计算电抗为：3f10 第 页80.231.4NjsfiBSx发电机 对短路点 的计算电抗为：12F、 3f50.90.14jsx（2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值如。（3）计算短路电流有名值。各点发生短路时，各电源的基准电流分别为：系统 S 10.523BI发电机 12F、
20、 0.查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3.1。表 3.1 短路电流表短路点时间系统 S 发电机 12F、 短路点总电流/kA标么值 1.13 标么值 2.49处1f短路4 S 有名值/kA0.57 有名值/kA13.7014.27标么值 0.63 标么值 2.47处2f短路4 S 有名值/kA0.32 有名值/kA13.5813.90标么值 0.57 标么值 2.52处3f短路4 S 有名值/kA0.29 有名值/kA13.8414.13（二）发电机 停运 运行时，系统的等值网络如图 3.7 所示。1F211 第 页图 3.7 系统的等值网络进行网络化简： 2736541(/)/xx070
21、.3/7=0.0997系统的等值化简网络如图 3.8 所示。图 3.8 系统的等值化简网络（1）转移电抗和计算电抗计算当 发生短路时 f2819271208(/)/()xxx12 第 页(0.197)(0.2631)0.52.=.178所以， 点发生短路时的等值网络如图 3.9 所示。1f图 3.9 点发生短路时的等值网络1f系统 S 对短路点 的计算电抗为：1f80.25NjsfiBx发电机 对短路点 的计算电抗为：12F、 1f50.78.4jsx当 发生短路时2f2918172019()/()xx05.63)0.=0.21所以， 点发生短路时的等值网络如图 3.10 所示。2f图 3.1
22、0 点发生短路时的等值网络2f系统 S 对短路点 的计算电抗为：2f80.1.6NjsfiBx发电机 对短路点 的计算电抗为：12F、 2f13 第 页250.970.1jsx当 发生短路时3f318.25017x979S 点对 的转移电抗为：3f02320231. 0.17.3.7.30.249xx 点对 的转移电抗为：2F3f0970970.21x化简的等值网络如图 3.11 所示。14 第 页图 3.11 化简的等值网络系统 S 对短路点 的计算电抗为：3f80.241.92NjsfiBx发电机 对短路 点的计算电抗为：12F、 3f50.7.067jsx（2）由计算曲线数字表查出短路电
23、流的标幺值。（3）计算短路电流有名值。 （同上）查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3.2。表 3.2 短路电流表短路点时间系统 S 发电机 12F、 短路点总电流/kA标么值 1.13 标么值 2.11处1f短路4 S 有名值/kA0.57 有名值/kA11.6 12.17标么值 0.63 标么值 2.45处2f短路4 S 有名值/kA0.32 有名值/kA13.4713.79标么值 0.54 标么值 4.83处3f短路4 S 有名值/kA0.27 有名值/kA26.5326.8015 第 页（三）线路 处开环运行时，系统的等值网络如图 3.12 所示。1L图 3.12 系统的等值网络（1）
24、转移电抗和计算电抗计算当 发生短路时，F 点对 的转移电抗为：f 1f231634123167.()()xx0.9.00.9(.=0.54 所以， 点发生短路时的等值网络如图 3.13 所示。1f图 3.13 点发生短路时的等值网络1f系统 S 对短路点 的计算电抗为：1f80.35.NjsfiBx发电机 对短路点 的计算电抗为：12F、 1f50.40.27NjsfiBSx16 第 页当 发生短路时，S 点对 的转移电抗为：2f 2f35x(0.135.9)0.2(0.1.9).6=0.614所以， 点发生短路时的等值网络如图 3.14 所示。2f图 3.14 点发生短路时的等值网络2f系统
25、 S 对短路点 的计算电抗为：2f80.6145.26NjsfiBx发电机 对短路点 的计算电抗为：12F、 2f50.0.6jsx当 发生短路时，S 点对 的转移电抗为：3f 3f6.15.9.24x点对 的转移电抗为：2F3f370.0.x系统 S 对短路点 的计算电抗为：3f 1.872jsx发电机 对短路 点的计算电抗为：12F、 0.6js（2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值。（3）计算短路电流有名值。 （同上）查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3.3。表 3.3 短路电流表17 第 页短路点时间系统 S 发电机 12F、 短路点总电流/kA标么值 1.03 标么值 2.39
26、处1f短路4 S 有名值/kA0.52 有名值/kA31.4431.96标么值 0.08 标么值 2.47处2f短路4 S 有名值/kA0.04 有名值/kA13.5913.63标么值 2.43 标么值 2.32处3f短路4 S 有名值/kA1.22 有名值/kA12.7413.96（四）线路 处开环运行时，系统的等值网络如图 3.15 所示。3L图 3.15 系统的等值网络如（1）转移电抗和计算电抗计算当 发生短路时，F 点对 的转移电抗为：f 1f36x0.320. 6=0.45所以， 点发生短路时的等值网络如图 3.16 所示。1f图 3.16 点发生短路时的等值网络1f系统 S 对短路
27、点 的计算电抗为：1f80.35.NjsfiBx18 第 页发电机 对短路点 的计算电抗为：12F、 1f50.40.2NjsfiBSx当 发生短路时，等值网络如图 3.17 所示。2f图 3.17 等值网络系统 S 对短路点 的计算电抗为：2f80.365.921NjsfiBx发电机 对短路点 的计算电抗为：12F、 2f0.0.jsx当 发生短路时，系统 S 对短路点 的计算电抗为：3f 3f81.27.160jsx发电机 对短路 点的计算电抗为：F、 3f581jsx（2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值。（3）计算短路电流有名值。 （同上）查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3.4
28、。表 3.4 短路电流表短路点时间系统 S 发电机 12F、 短路点总电流/kA标么值 1.03 标么值 2.44处1f短路4 S 有名值/kA0.52 有名值/kA13.4213.94处2f4 S标么值 0.35 标么值 2.4713.7619 第 页短路 有名值/kA0.18 有名值/kA13.59标么值 0.38 标么值 2.47处3f短路4 S 有名值/kA0.19 有名值/kA13.5913.78（五）线路 处开环运行时，系统的等值网络如图 3.18 所示。4L图 3.18 系统的等值网络（1）转移电抗和计算电抗计算当 发生短路时，等值网络如图 3.19 所示。f图 3.19 等值网
29、络系统 S 对短路点 的计算电抗为：1f80.35.NjsfiBx发电机 对短路点 的计算电抗为：12F、 1f50.40.2NjsfiBSx当 发生短路时，S 点对 的转移电抗为：2f 2f41x0.135.0.35.9620 第 页=0.787发生短路时，等值网络如图 3.20 所示。2f图 3.20 等值网络如系统 S 对短路点 的计算电抗为：2f80.76.291NjsfiBx发电机 对短路点 的计算电抗为：12F、 2f50.0.6jsx当 发生短路时，等值网络如图 3.21 所示。3f图 3.21 等值网络系统 S 对短路点 的计算电抗为：3f80.264.1jsx发电机 对短路
30、点的计算电抗为：1F、 3f50.8790.491jsx（2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值。21 第 页（3）计算短路电流有名值。 （同上）查表得短路电流的标幺值和有名值如表 3.5。表 3.5 短路电流表短路点时间系统 S 发电机 12F、 短路点总电流/kA标么值 1.03 标么值 2.44处1f短路4 S 有名值/kA0.52 有名值/kA13.4213.94标么值 0.29 标么值 2.47处2f短路4 S 有名值/kA0.15 有名值/kA13.5913.73标么值 0.49 标么值 2.01处3f短路4 S 有名值/kA0.25 有名值/kA11.0611.313.3 确定
31、运行方式由 3.2 节的计算过程，统计系统各短路点短路时的短路电流如表 3.6。表 3.6 各短路点短路时的电流总结表运行方式处短路1f时的短路电流/kA处短路2f时的短路电流/kA处短路时3f的短路电流/kA两台发电机同时运行 14.27 13.90 14.13一台变压器停运，另一台变压器单独工作12.167 13.79 26.80线路 处开环运行1L31.96 13.63 13.96线路 处开环运行313.93 13.76 13.78线路 处开环运行413.92 13.73 11.31综上所述：22 第 页系统 S 侧（ 处短路时）的最大运行方式为：线路 处开环运行。1f 1L最小运行方式
32、为：当一台发电机停运，另一台单独工作时。发电机-变压器侧（ 处短路时）的最大运行方式为：两台变压器同时运行时。2f最小运行方式为：线路 处开环运行。1L变压器侧（ 处短路时）的最大运行方式为：当一台发电机停运，另一台单独工作3f时。最小运行方式为：线路 处开环运行。4L23 第 页4 短路计算4.1 各种运行方式下各线路电流计算由图 3.17 可知，系统 S 对短路点 的转移电抗为： =0.1251f1fx系统折算到 110kV 的最小阻抗为：22min1550.6.3sfZx由图 3.20 可知，系统 S 对短路点 的转移电抗为： =0.1351f1f系统折算到 110kV 的最小阻抗为：2
33、2max.3517.8500sf输电线路 长为 100kM， （输电线路电阻率为 0.4 /kM）1L10.4LZ短路电流为：24 第 页11min. max153.4407.8NkLsUI kAZ11ax. in3.16.5kLsI同理，根据已知条件得：输电线路 短路电流为：220.42LZ22min. max1533.7.8NkLsUI kA22ax. in.2016.5kLsIZ输电线路 短路电流为：33.4L33min. max1532.7.8NkLsUI kAZ33ax. in.16.5kLsI 输电线路 短路电流为：44024LZ44min. max331.597.8NkLsUI
34、kA44max. min31.642.53NkLsI kZ4.2 各输电线路两相短路和三相短路电流计算（一）各输电线路在最小运行方式下的两相和三相短路电流25 第 页系统电抗 =0.135sx发电机电抗 =0.13F各输电线路三相短路电流为：输电线路 三相短路电流为：1L(10)(10)(3)1 3xxsLFLEI5().4.3.08()kA同理可得，输电线路 三相短路电流为： 2L(3)2.107()IkA输电线路 三相短路电流为：3()346输电线路 三相短路电流为：4().5()Ik各输电线路两相短路电流为：输电线路 两相短路电流为：1L(2)(3)112.86()IIkA输电线路 两相
35、短路电流为：2(2)(3)2.5()II输电线路 两相短路电流为：2L(2)(3)31.8()IIkA输电线路 两相短路电流为：2(2)(3)44.05()II（二）各输电线路在最大运行方式下的三相短路电流输电线路 三相短路电流为： 1L(10)(3)1 595().340xsLEI A同理可得，输电线路 三相短路电流为：2L(3)219)IA26 第 页输电线路 三相短路电流为：3L(3)129)IA输电线路 三相短路电流为：4()485 继电保护的配置5.1 继电保护的基本知识电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电
36、和用电。发电-输电-配电-用电构成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。电力系统在运行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运27 第 页行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但是没有发生故障的运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。其中最常见且最危险的是各种类型的短路,电力系统的短路故障会产生如下后果:(1)故障点的电弧使故障设备损坏；(2)比正常工作电流大许多的短路电流产生热效应和电动力
37、效应,使故障回路中的设备遭到破坏；(3)部分电力系统的电压大幅度下降,使用户的正常工作遭到破坏,影响企业的经济效益和人们的正常生活；(4)破坏电力系统运行的稳定性,引起系统振荡,甚至使电力系统瓦解,造成大面积停电的恶性循环；故障或不正常运行状态若不及时正确处理,都可能引发事故。为了及时正确处理故障和不正常运行状态,避免事故发生,就产生了继电保护,它是一种重要的反事故措施。继电保护包括继电保护技术和继电保护装置,且继电保护装置是完成继电保护功能的核心,它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护的任务是:(1)当电力系统中某电气元件发
38、生故障时,能自动,迅速,有选择地将故障元件从电力系统中切除,避免故障元件继续遭到破坏,使非故障元件迅速恢复正常运行。(2)当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时,能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。继电保护装置的基本原理:我们知道在电力系统发生短路故障时,许多参量比正常时候都了变化，当然有的变化可能明显，有的不够明显，而变化明显的参量就适合用来作为保护的判据，构成保护。比如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用短路时母线电压降低的特点可构成低电压保护；利用短路时线路始端测量阻抗降低可构成距离保护；利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护。除此之外，根据线路内部短路时，两侧电流相位差变化可以构成差动原理的保护。当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保护，如反应变压器油在故障时分解产生的气体而构成的气体保护。原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可形成某种判据，从而构成某种原理的保护，且差别越明显，保护性能越好。继电保护装置的组成：
