110kv电网继电保护课程设计

110kV电网继电保护课程设计

学生姓名： 班级学号：

周佳俊 ______________________ 120917032 ________________

院、系、部 : _______ 机电工程学院 ________________ 专

业： _____ 电气工程及

_________

指导教师：

吴文通 __________________

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2015年12月 吉安

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110KV电网线路继电保护课程设计 一、设计资料

1. 110K V系统电气主接线

110KV系统电气主接线如下图所示

「二 £ - .

+ +

I ]

t C nfh Q 致 <5 、:

f

卜 1 1 2 .系统各元件主要参数:

(1)发电机参数 机组 容量(MVA 额定电压(KV 10. 5 额定功率因数 0. 8 X% # 1、# 2 2X 15 (2)输电线路参数 AS2 LGJ- 18515 巾=670 13.33 AB LGJ- 240/25 巾=710 A LGJ- 185/1 巾=67° BS1 LGJ- 240/28 巾=710 (3)变压器参数 序号 型号 接线组别 短路电压 1B、2B SF- 15000/110 Y。/ △- 11 10.2% 3B 4B SF- 20000/110 Y。/ △- 11 10.41% 110± 2X 2.5% AC线 150/5 3 / 17

5B、6B SF- 15000/110 YQ/ △- 11 10.4% 110± 8X 2.5% BS1线 600/5

变比 110± 8X 1.5 (4) CT PT变比 AB线 AS2线 600/5 CT变比 600/5 PT变比 110000/100 110000/100 110000/100 110000/100 110K V线路

变压器绝缘采用分段绝缘。中性点不允许过电压，经动稳定计算， 切除故障时间＜0.5秒可满足系统稳定要求。

设计内容

1. CA线路保护设计 2. AS2、AC、AB线路保护设计 3. BA、BSi线路保护设计 三、设计任务 1. 系统运行方式和变压器中性点接地的选择 2. 故障点的选择及正、负、零序网络的制定 3. 短路电流计算 4 •线路保护方式的选择、配置与整定计算（选屏） *5 •主变及线路微机保护的实现方案 6 •线路自动综合重合闸 7 •保护的综合评价 & 110KV系统线路保护配置图，*主变保护交、直流回路图 参考资料: [1] 韩笑•电气工程专业毕业设计指南继电保护分册 社，2003 [2] 何仰赞，温增银•电力系统分析上、下册[M].武汉:华中科技大学出版社，2002 [3] 贺家李，宋从矩•电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社，1994 [4] 尹项根，曾克娥•电力系统继电保护原理与应用上册[M].武汉:华中科技大学出 版社，2001 [5] 陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:中国水利出版社，1992 [6] 孙国凯，霍利民•电力系统继电保护原理[M].北京:中国水利出版社，2002 [7] 有关国家标准、设计规程与规范、图纸[M].北京：中国水利电力出版 4 / 17

目录

、八 、- 丄

前 言 ............................................................. 1

摘 要 ............................................... 错误！未定义书签。 1 系统运行方式和变压器中性点接地的选择 . .............................. 5

1.1 选择原则 . ................................................. 5

1.1.1 发电机、变压器运行方式选择的原则 . ................. 5

1.1.2 变压器中性点接地选择原则 . .............................. 5 1.1.3 线路运行方式选择原则 . ................................. 5

1.2 本次设计的具体运行方式的选择 ................... 5 2 故障点的选择和正、负、零序网络的制定 . .............................. 6 3 零序短路电流的计算成果（具体过程参考附录二） ........... 8 4 线路保护方式的选择、配置方案的确定 . ............................... 8

4.1 保护的配置原则 ........................... 8 4.2 配置方案的确定 .......................... 9

5 继电保护距离保护的整定计算成果（具体过程参考附录三） . ................. 9 6 继电保护零序电流保护的整定计算成果（具体过程参考附录四） . ............. 9 7 保护的综合评价 . ................................. 错误！未定义书签。

7.1 距离保护的综合评价 ............... 错误！未定义书签。 7.2 对零序电流保护的评价 ............. 错误！未定义书签。 结束语 ................................. 10 参考资料 ................................ 10 附录一 电网各元件等值电抗计算 ..................... 11 附录二 零序短路电流的计算 ....................... 13 附录四 继电保护零序电流保护的整定计算和校验 ..... 错误！未定义书签。 附录五 ........................ 错误！未定义书签。

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1 系统运行方式和变压器中性点接地的选择

1.1 选择原则

1.1.1 发电机、变压器运行方式选择的原则

(1) 一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故 障；当有三台以上机组时， 则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。 对水 电厂，还应根据水库运行方式选择。

(2) 一个发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量 最大的一台停用。

1.1.2 变压器中性点接地选择原则

(1) 发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要接地。 (2) 自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。 (3) T 接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。

(4) 为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后 再断开，这种情况不按接地运行考虑。

1.1.3 线路运行方式选择原则

(1) 一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，另 一条线路又故障的方式。

(2) 双回路一般不考虑同时停用。

1.2 本次设计的具体运行方式的选择 电力系统运行方式的变化， 直接影响保

护的性能。因此，在对继电保护进行 整定计算之前，首先应该分析运行方式。 现结合本次设计具体说明如下， 系统的 最大运行方式是所有设备全部投入运行；系统的最小运行方式为发电机

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G1或G2

投入。对保护501而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式；保护 501 的最小运行方式应该是在系统的最小运行方式。所有变压器星型侧接地。

2故障点的选择和正、负、零序网络的制定

如图3.1所示，在整个系统中选择了 4个短路点di、d2、d3、d4。之所以 选这四个点是因为本系统需要零序电流保护， 通过这四点算出最大最小零序电流 为后面的零序电流整定奠定基础。图 3.2、3.3、3.4是di短路时的正、负、零 序网络图，由于篇幅所限，其他短路点的网络图这里没有画出来。

图3.1等值电路图和各短路点

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图3.2 di短路时的正序网络图

图3.3 di短路时的负序网络图

XCA1(O) XCA2(0)

XAD(O)

>T3 V(o( X「 Xl4 I | XT6 ： 7 / 17 图3.4 di短路时的零序网络图

3零序短路电流的计算成果

（具体过程参考附录二）

表4.1

短路点 di d2 d3 d4

最大短路零序电流 1.477KA 1.097KA 0.799KA 1.048KA 最小短路零序电流 1.066KA 0.8KA 0.712KA 0.958KA 4线路保护方式的选择、配置方案的确定

4.1保护的配置原则

小电流接地系统（35KV及以下）输电线路一般采用三段式电流保护反应相 间短路故障：由于小电流接地系统没有接地点，故单相接地短路仅视作异常运行 状态，一般利用母线上的绝缘检查装置发信号， 由运行人员分区停电寻找接地设 备。对于变电站来讲，母线上出线回路较多，也涉及供电的连续性问题，故一般 采用零序电流保护反应接地故障。

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110K V输电线路一般采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式，采用阶 段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。 对于极个别非常短的线路，如有必 要也可以采用纵差保护作为主保护。

4.2配置方案的确定

根据题目的要求和保护的配置原则， 从经济性出发：本系统线路的保护方式 采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式， 采用阶段式零序电流保护作为接 地短路的保护方式。其中，第一段作为线路的主保护，二、三段作为后备保护。

5继电保护距离保护的整定计算成果

表6.1

断路器501 Zdz' 6.12 t' 0

（具体过程参考附录三）

断路器503 断路器504 Zdz'' Zdz''' 断路器506 Zdz' Zdz''' 170.7 t''' 0.5 乙z'' 乙 z''' Zdz' 9.84 t\" 0.5 123.7 5.1 r 1.5 t' 0 乙 z''' Zdz' 173.2 8.5 t''' 0.5 t' 0 15.62 123.3 9.52 t\" 0.5 t''' 1.0 t' 0 6继电保护零序电流保护的整定计算成果

表7.1

断路器501 1 0 （具体过程参考附录四）

断路器503 I。''', dz 1.26 1 0 断路器504 |0 断路器506 I0匕 dz 1.14 10 • dz 1。''. dz 4.74 • dz I0''' •dz 1.28 • dz I0'' •dz 3.45 • dz I 0''' • dz 5.32 3.77 3.95 2.876 1.04 10 / 17

t' 0 t\" 0.5 r 1.5 t' 0 r 0.5 t' 0 t\" 0.5 r 1.0 t' 0 t''' 0.5 结束语

通过本次课程设计，对继电保护的设计有了进一步的了解和掌握。通过对课 本和参考书籍的翻阅，进一步提高了自主完成设计的能力。 本课程设计是针 对与

110kv电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析和整定， 因此它可以保护发生上述各种故障和事故时的系统网络， 再设计思路中紧扣继电 保护的四要求：1速动性2灵敏性3可靠性4选择性。

在本次课程设计中，重新回顾了电力系统分析，电路，电机学， CAD等专业课。 因为这次课程设计涉及的知识面较广， 基本上涵盖了所有专业课知识，对短路计 算，电路的化简进一步加深了认识，通过和同学的讨论加强了团队合作意识

参考资料

[8] [9] [10]

韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册 力出版社，2003

何仰赞，温增银.电力系统分析上、下册[M].武汉:华中科技大学出版社， 2002 贺家李，宋从矩•电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社， 1994

[11] [12] [13] [14]

尹项根，曾克娥•电力系统继电保护原理与应用上册[M].武汉:华中科技 大学出陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京：中国水利出版社，1992 孙国凯，霍利民.电力系统继电保护原理[M].北京：中国水利出版社， 2002 有关国家标准、设计规程与规范、图纸

[M].北京：中国水利电

版社，2001

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附录一 电网各元件等值电抗计算

1.1 基准值选择

基准功率：SB=100MV -A，基准电压：VB=115KV。基准电流：IB=S/.732 V B=100 X 103/1.732 X 115=0.502KA ;基准电抗：ZB=VB/1.732 I B=115 X 103/1.732 X 502=132.25 Q;电压标幺值：E=E(2)=1.05

1.2 输电线路等值电抗计算

(1) 线路AS2等值电抗计算

正序以及负序电抗： XAS2= X1LAS2=0.4X15=6Q XAS2* = 6/132.25=0.04537

零序电抗： XAS2 0 = X 1 LAS2 = 3X1LAS2=3X 6=18 Q XAS20* = XAS20/ZB=18/132.25=0.1361

⑵线路AB等值电抗计算

正序以及负序电抗： XAB= X1LAB=0.4X 25=10Q XAB*= XAB/ ZB=10/132.25=0.07561 零序电抗： XAB0= X0LAB= 3XAB=30Q

AB*

=3 XAB*=0.2268

⑶ 线路AC等值电抗计算

正序以及负序电抗： XAC= X1LAC=0.4X18=7.2Q XAC* = XAC/ ZB=7.2/132.25=0.044 零序电抗： XAC0 = 3XAC=21.6 Q =0.1633

⑷线路BS1等值电抗计算

XAC0* = 3XAC*

正序以及负序电抗： XBS1= 0.4 X 28=11.2 Q XBS1*= 11.2/132.25=0.08469

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零序电抗：XBSIO= 3X BS产33.6 Q

X3X BS20*=

BS1*

ZB=0.21

1.3变压器等值电抗计算

(1)

变压器1B 2B等值电抗计算

XT1= XT2=(UK%/100) X (VN2X 103/ SN)〜98.736 Q XT1*= XT2*=XT1/ ZB=98.736/132.25=0.7466

⑵ 变压器3B 4B等值电抗计算

XT3= XT4 =(UK%/100) X (VN2/ SN)~62.9805 Q XT3*= XT4*=XT3/ ZB=62.9805/132.25=0.4762

⑶ 变压器5B 6B等值电抗计算

XT5=XT6= XT7=(UK%/100) X (V N2/ SN)〜83. Q XT6*= XT5*=0.6305

1.4发电机等值电抗计算

(1) 发电机G1 G2电抗标幺值计算 XG1 =0.7109 X 132.25=94.0165 Q XG1* = XG2*=X%SB /SG=0.7109

1.5最大负荷电流计算

(1) B母线最大负荷电流计算(拆算到110KV)

IfhB • max =2 S2B / • 3U =2 X 15000/(1.732 X 115)=150.62A ; (2) A 母线最大负荷电流计算 IfhA • max = 2SSB/

3U=2 X 20000/(1.732 X 115)=200.8234A

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附录二 零序短路电流的计算

根据最大负荷电流可求出对应的负荷阻抗

XLDI = E/1.732 I di • max =265.6 Q XLD2= E/1.732 I d2 • max =330.7 Q XLD3= E/1.732 I d3 • max =1.7 Q XLD4 = E/1.732 I d4 • max =209.9 Q

2.1 d1 点短路的零序电流

根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出

X0E=16.75 Q

X1 E= X2工=48.23 Q

lo・ min = E/(2Z2刀 +Z。刀)=115/(2 X 48.23+16.75)=1.066 KA l0. max = E/(2Z此 +Z1E)= 115/(2 X 16.75+48.23)=1.477KA

2.2 d2 点短路的零序电流

根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出

X0工=24.36 Q

X1 E= X2工=43.83 Q

I。. min = E/(2Z2工 +Z°x)= 115/(2 X 43.83+24.36)=0.8 KA l0. max = E/(2Z此 +Z1E)= 115/(2 X 24.36+43.83)=1.097 KA

2.3 d3 点短路的零序电流 根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出

X0工=56.8 Q

X1E = X2工=47.2 Q

I。. max = E/(2Z2工 +Z°x)= 115/(2 X47.2+56.8)=0.799 KA l0. min = E/(2Z此 +Z1E)= 115/(2 X 56.8+47.2)=0.712 KA

14 /

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2.4 d4 点短路的零序电流

根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出

X0工=34.8 Q

X1E = X2工=45.6 Q

l0. min = E/(2Z2工 +Zd)= 115/(2 X 45.6+34.8)=0.958 KA Io • max = E/(2Z°y +Z1 工)=115/(2 X 34.8+45.6)=1.048

4.1.1 零序电流保护 ?段的整定计算

(1) 躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电 流 31。• max,即 KK'=1.2 , I0' • dz=KK‘3l° • max =1.2 X 3 X 0.799=2.876KA 由于断路器506无下一回线路，所以无需整定零序保护的第

n段

4.1.2零序电流保护 山段的整定计算

(1) 起动电流

① 躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流

Ibp • max ,即

Ibp • max=0.865KA, K\"' K =1.2,10、dz=K\"'K Ibp • max =1.2 X 0.865=1.04KA (2) 灵敏度校验

作为本线路近后备保护时， 按相邻线路保护范围末端发生接地故障时、 流过本保 护的最小零序电流3『'.min来校验，要求Klm > 2,即 Klm=3 I「• min/ I0： dz=3 X 0.712/1.04=2.05 >2,符合要求。 (3) 动作时限

零序m段电流保护的起动值一般很小，在同电压级网络中发生接地地短路 时，都可能动作。为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。 t'\"= At=0.5

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4.2 断路器 503 零序电流保护的整定计算和校验

4.2.1 零序电流保护 ?段的整定计算

(1) 躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电 流 31。• max,即 KK'=1.2 , Io' • dz=KK'3l。• max =1.2 X 3 X 1.048=3.77KA 由于断路器503无下一回线路，所以无需整定零序保护的第

n段

4.2.2零序电流保护 山段的整定计算

(1) 起动电流

① 躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流

Ibp • max ,即

Ibp • max=0.936KA, K\"' K =1.2,lo''' ・dz=K\"'K Ibp • max =1.2 X 0.936=1.28KA (2) 灵敏度校验

作为本线路近后备保护时， 按相邻线路保护范围末端发生接地故障时、 流过本保 护的最小零序电流3『'.min来校验，要求Klm > 2,即 Klm=3 I「• min/ 10： dz=3 X 0.958/1.28=2.25 >2,符合要求。 (3) 动作时限

零序m段电流保护的起动值一般很小，在同电压级网络中发生接地地短路 时，都可能动作。为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。 t'\"= At=0.5

4.3 断路器 504 零序电流保护的整定计算和校验

4.3.1 零序电流保护 ?段的整定计算

(1) 躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电 流 31。• max,即 KK'=1.2 ,1。' • dz=KK'3l。• max =1.2 X 3 X 1.097=3.95KA

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432零序电流保护n段的整定计算

(1) 起动电流

零序n段的起动电流应与下一段线路的零序？段保护相配合。 该保护的起动电流『• dz为：取KK''=1.2 ,

I。'' • dz= KK'' lol dz =1.2 X 2.876=3.45KA (2) 动作时限：

零序n段的动作时限与相邻线路零序？段保护范围相配合，动作时限一般取 0.5s 。

(3) 灵敏度校验：

零序n段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验， 并满足 Kim > 1.5 的要求，即 Klm=3l。*訂丨°”. dz=3 X 1.8/3.45=1.65 > 1.5

4.3.3零序电流保护 山段的整定计算

(1) 起动电流

与下一线路零序电流山段相配合就是本保护零序山段的保护范围，不能超出相 邻线路上零序 山段的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时(有中性点接 地变压器时)，起动电流整定为I。”'. dz=K\"'KI： dz下-线=1.1 X 1.04=1.144KA

0

(2) 灵敏度校验

作为本线路近后备保护时， 按相邻线路保护范围末端发生接地故障时、 流过本保 护的最小零序电流3 l「.min来校验，要求Kim >2,即 Klm=3 10''' • min/ 10”' • dz=3 X 0.8/1.144=2.4 >2,符合要求。 (3) 动作时限

零序 山段电流保护的起动值一般很小，在同电压级网络中发生接地地短路 时，都可能动作。为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。

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t4'\"=2 At=1.0

4.4 断路器 501 零序电流保护的整定计算和校验

4.4.1 零序电流保护 ?段的整定计算

(1) 躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电 流 31。• max,即 卩 KK'=1.2 ,IO' • dz=KK'3lo・max=1.2 X 3 X 1.477=5.32KA

4.4.2零序电流保护n段的整定计算

(1) 起动电流

零序n段的起动电流应与下一段线路的零序？段保护相配合。 该保护的起动电流『• dz为：取KK''=1.2 ,

l0'' • dz= KK'' I。' • dz =1.2 X 3.95=4.74KA (2) 动作时限：

零序n段的动作时限与相邻线路零序？段保护范围相配合，动作时限一般取 0.5s o

(3) 灵敏度校验：

零序n段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验， 并满足 Kim > 1.5 的要求，即 Klm=3lo *訂丨0”・ dz=3 X 1.66/2.74=1.8 > 1.5

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