1、 青岛滨海学院电气工程及其自动化专业毕业设计 1 前言 本毕业设计论文研究的是关于 110KV 电网继电保护。通过本次设计 掌握和巩固 电力系统继电保护的 相关专业理论知识，熟悉电力系统继电保护的设计步骤和设计技能，根据技术规范，选择和论证继电保护的配置选型的正确性并培养自己在实践工程中的应用能力、创新能力和独立工作能力。 电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中 ,电力系统希望线 路有比较好的可靠性 ,因此在电力系统受到外
2、界干扰时 ,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作 ,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。本次设计的任务主要包括了五大部分，电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价和 对 WXB-11C 型微机保护方案展开描述 。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。 这次课程设计以最常见的 110KV 电网线路 保护设计为例进行分析设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、电力系统、
3、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了电路的化简，短路电流的求法，继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。 由于各种继电保护适应电力系统运行变化的能力都是有限的，因而，对于继电保护整定方案的配合不同会有不同的保护效果，如何确定一个最佳的整定方案，将是从事继电保护工作的工程技术人员的研究课题。总之，继电保护既有自身的整定技巧问题，又有继电保护配置与选型的问题，还有电力系统的结构和运行问题。 另外 ，光纤保护在长距离和超高压输电线路的应用还有一定的局限性，在施工和管理应用上仍存在不足，但是从长远看，随着光纤网络的逐步完善、施工工艺和保护产品技术的不断提高，光纤保护将占据线路保护的主导地位。
4、 青岛滨海学院电气工程及其自动化专业毕业设计 2 1 绪论 电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源，电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。电力系统由各种电气元件组成。这里电气元件是一个常用术语，它泛指电力系统中的各种在电气上的独立看待的电气设备、线路、器具等。由于诸方面的原因，电力系统的各种元件在运行中可能出现各 种故障或不正常运行状态。 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
5、短路 ,单相接地短路 ,单相断线和两相断线等。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。由此就产生了继电保护 ,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 。电力系统继电保护的基本作用是：在全系统范围内，按指定分区实时的检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最大限度地维持系统的稳定，保持供电的连续性，保障人身的安全，防止或减轻设备的损坏。 根据继电保护在电力系统中所担负的任务，继电保
6、护装置必须满足以下四个基本要求，即选择性，速动性，灵敏性和可靠性。 一、选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围的一种可靠的性能。 二、 速动性 速动 性就是指保护快速切除故障的性能。故障切除时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。 三、灵敏性 灵敏性是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。 四、可靠性 可靠性是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误
7、动作。 青岛滨海学院电气工程及其自动化专业毕业设计 3 以上讲述了对继电保护四项基本要求的含义。但是从一个保护设计与运行的角度看，很难同时满足者四项基本要求。因此在实际中，对一套继电 保护的设计与评价往往是结合具体情况，协调处理各个性能之间的关系，取得合理统一，达到保证电力系统安全运行的目的。 2 某电力系统基本资料 （一）电网接线图如图 2-1所示： 图 2-1 （ 1）各变电站、发电厂的操作直流电源电压 U=220V （ 2）发电厂最大发电容量为 50+252=100MV，最小发电容量为 50MV，正常发电容量为 50+25=75MV （ 3）线路 X1=0.4 /km， X0=3X1 /
8、km。 （ 4）变压器均为 YN ,D11,110 22.5%/10.5kv， Uk=10.5%。 （ 5） t=0.5s，复合侧后备保护 tdz=105s，变压器和母线均配置有差动保护，Kzq=1.3 （ 6）发电厂升压变中性点直接接地，其他变压器不接地。 （二）电力系统的设备参数如表 2-所示： 青岛滨海学院电气工程及其自动化专业毕业设计 4 表 2-1 电力系统设备参数表 正序阻抗 （有名值， ） 正序阻抗 （标幺值） 负序阻抗 （标幺值） 零序阻抗 （标幺值） L1 18 0.136 0.136 0.408 L2 20 0.151 0.151 0.453 L3 14 0.106 0.1
9、06 0.318 L4 24 0.181 0.181 0.544 T1T2 44.08 0.33 0.33 T7 44.08 0.33 0.33 T3T6 92.58 0.7 0.7 发电机 最小阻抗 最大阻抗 G1G4 0.814 0.993 G5 0.392 0.493 3 电力系统继电保护方案论证 3.1 系统中各元件的主要参数计算 3.1.1 电流标幺值计算 本次设计中取 BS =100MVA, B avuu ,系统用一个无限大功率电流代表，它到 母 线 的 电 抗 标 幺 值 100 0 .1 2 5800Bs dSX S 。 （ 3-1） 各元件的电抗标幺值计算如下： 12FF发
10、电 机 和 12 1000 .1 3 0 .5 225BFF d NSx x x S （ 3-2） 变 压 器 1B 1% 1 0 .5 1 0 0 0 .3 31 0 0 1 0 0 3 1 .5s BBNV Sx S （ 3-3） 变压器 2B 的各绕组短路电压分别为： 1 ( 1 2 ) ( 3 1 ) ( 2 3)% % % % 1 7 1 0 . 5 6 . 0 2 1 . 5s s s sV V V V （ 3-4） 2 ( 1 2 ) ( 2 3) ( 3 1 )% % % % 1 7 6 . 0 1 0 . 5 1 2 . 5s s s sV V V V （ 3-5） 3 (
11、2 3) ( 3 1 ) ( 1 2 )% % % % 6 . 0 1 0 . 5 1 7 0 . 5s s s sV V V V 青岛滨海学院电气工程及其自动化专业毕业设计 5 （ 3-6） 所以，变压器 2B 的电抗值为 21% 2 1 .5 1 0 0 0 .6 71 0 0 1 0 0 3 1 .5s BBNV Sx S （ 3-7） 22% 1 2 .5 1 0 0 0.401 0 0 1 0 0 3 1 .5s BBNV Sx S （ 3-8） 23% 0 . 5 1 0 0 0 . 0 1 6 01 0 0 1 0 0 3 1 . 5s BBNV Sx S （ 3-9） 变压器
12、3B 3% 1 0 .5 1 0 0 0 .5 2 51 0 0 1 0 0 2 0s BBNV Sx S （ 3-10） 变压器 4B 4% 1 0 .5 1 0 0 0 .5 2 51 0 0 1 0 0 2 0s BBNV Sx S （ 3-11） 线路 1L 1 221000 . 4 1 0 0 0 . 4 1 0 0 0 . 3 3110BLBSx V （ 3-12） 线路 2L 2 21000 .4 5 0 0 .1 7110Lx 线路 3L 3 21000 .4 3 0 0 .0 9 9110Lx 线路 4L 4 21000 .4 6 0 0 .2110Lx 所以， 110kV
13、电力系统继电保护的等值网络如图 3-1 所示。 青岛滨海学院电气工程及其自动化专业毕业设计 6 图 3-1 110kV 电力系统等值网络 3.1.2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：两台发电机不同时运行、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 1 2 3 4B B B B、 、 、 同时投入运行。 进 行 网 络 化 简 ：361 4 3 6 5 536. 0
14、. 5 2 0 . 4 0( / ) 0 . 6 7 0 . 9 00 . 5 2 0 . 4 0xxx x x x xxx 1 5 2 4 5 (0 . 5 2 0 . 3 3 ) 0 . 9( ) / / 0 . 4 40 . 5 2 0 . 3 3 0 . 9x x x x 1 6 1 1 1 5 0 . 1 7 0 . 4 4/ / 0 . 1 20 . 1 7 0 . 4 4x x x 1 7 8 9 1/ / 0 .5 2 5 0 .2 62x x x 将 10x 12 13xx、 和 组成的三角形电路化简为由 18 19 20x x x、 和 组成的星形电路，计算如下： 1 0
15、1 218 1 0 1 2 1 3 0 . 3 3 0 . 0 9 9 0 . 0 5 20 . 3 3 0 . 0 9 9 0 . 2 0xxx xxx 1 0 1 319 1 0 1 2 1 3 0 . 3 3 0 . 2 0 0 . 1 00 . 3 3 0 . 0 9 9 0 . 2 0xxx xxx 青岛滨海学院电气工程及其自动化专业毕业设计 7 1 2 1 3201 0 1 2 1 30 . 0 9 9 0 . 2 0 0 . 0 3 10 . 3 3 0 . 0 9 9 0 . 2 0xxx xxx 系统的等值化简网络如图 3-2所示。 图 3-2 a 图 3-2b 系统的等值化
16、简网络 （ 1）转移电抗和计算电抗计算 当 1f 发生短路时 2 1 1 7 2 0 1 6 1 9 1 8 ( ) / / ( ) x x x x x x (0 . 2 6 0 . 0 3 1 ) (0 . 1 2 0 . 1 0 ) 0 . 0 5 20 . 2 6 0 . 0 3 1 0 . 1 2 0 . 1 0 =0.18 所以， 1f 点发生短路时的等值网络如图 3-3所示。 图 3-3 1f 点发生短路时的等值网络 所以系统 S 对短路点 1f 的计算电抗为： 8000 .1 2 5 1100Njs fi BSxx S 发电机 12FF、 对短路点 1f 的计算 电抗为： 2 2
17、 50 .1 8 0 .0 9100jsx 青岛滨海学院电气工程及其自动化专业毕业设计 8 当 2f 发生短路时 2 2 1 1 8 1 7 2 0 1 9 ( ) / / ( ) x x x x x x (0 . 1 2 5 0 . 0 5 2 ) (0 . 2 6 0 . 0 3 1 ) 0 . 10 . 1 2 5 0 . 0 5 2 0 . 2 6 0 . 0 3 1 =0.21 所以， 2f 点发生短路时的等值网络如图 3-4 所示。 图 3-4 2f 点发生短路时的等值网络 所以系统 S 对短路点 2f 的计算电抗为： 8000 .2 1 1 .6 8100Njs fi BSxx
18、S 故发电机 12FF、 对短路点 2f 的计算电抗为： 2 2 50 .1 2 0 .0 6100jsx 当 3f 发生短路时 2 3 1 1 8 0 . 1 2 5 0 . 0 5 2 0 . 1 7 7x x x 2 4 1 6 1 9 0 . 1 2 0 . 1 0 0 . 2 2x x x 所以， 3f 点发生短路时的等值网络如图 3-5 所示。 图 3-5 3f 点发生短路时的等值网络 图 3-6 化简的等值网络 S 点对 3f 的 转 移 电 抗 为 ： 青岛滨海学院电气工程及其自动化专业毕业设计 9 2 3 2 02 5 2 3 2 024. 0 . 1 7 7 0 . 0 3
19、 10 . 1 7 7 0 . 0 3 1 0 . 2 30 . 2 2xxx x x x F 点对 3f 的转移电抗为为： 2 4 2 02 6 2 4 2 023. 0 . 2 2 0 . 0 3 10 . 2 2 0 . 0 3 1 0 . 2 90 . 1 7 7xxx x x x 所以 系统 S 对短路点 3f 的计算电抗为： 8000 .2 3 1 .8 4100Njs fi BSxx S 所以发电机 12FF、 对短路点 3f 的计算电抗为： 2 2 50 .2 9 0 .1 4 5100jsx 化简的等值网络如图 3-6所示。 （ 2）由计算曲线数字表查出短路电流的标幺值如。
20、（ 3）计算短路电流有名值。 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12FF、 短路点总电流 /kA 1f 处短路 4 S 标么值 1.13 标么值 2.49 14.27 有名值 /kA 0.57 有名值 /kA 13.70 2f处短路 4 S 标么值 0.63 标么值 2.47 13.90 有名值 /kA 0.32 有名值 /kA 13.58 3f 处短路 4 S 标么值 0.57 标么值 2.52 14.13 有名值 /kA 0.29 有名值 /kA 13.84 各点发生短路时，各电源的基准电流分别为： 系统 S 100 0
21、.5 0 23 1 1 5BI 发电机 12FF、 100 5 .5 03 1 0 .5BI （二）发电机 1F 停运 2F 运行时，系统的等值网络如图 3-7所示。 青岛滨海学院电气工程及其自动化专业毕业设计 10 图 3-7 系统的等值网络 进行网络化简： 2 7 3 6 5 4 1 1 ( / / ) / / / /x x x x x x 0 . 5 2 0 . 4 0 0 . 6 7 / / 0 . 3 3 / / 0 . 1 70 . 5 2 0 . 4 0 =0.0997 系统的等值化简网络如图 3-8 所示 （ 1）转移电抗和计算电抗计算 当 1f 发生短路时 2 8 1 9 2 7 1 7 2 0 2 8 ( / / ) / /( / / )x x x x x x (0 . 1 0 0 . 0 9 9 7 ) (0 . 2 6 0 . 0 3 1 ) 0 . 0 5 20 . 1 0 0 . 0 9 9 7 0 . 2 6 0 . 0 3 1 =0.178 图 3-8 系统的等值化简网络 所以， 1f 点发生短路时的等值网络如图 3-9所示。 图 3-9 1f 点发生短路时的等值网络
