電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)--220kv電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

1、<p>　　《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基礎(chǔ)》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　二○一三 年 一月 十九 日</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基礎(chǔ)》作為電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主要課程,主要包括課堂講學(xué)、課后實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等三個(gè)主要部分

3、。在完成了理論的學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解，本專(zhuān)業(yè)特安排了本次課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　在輸送電能的過(guò)程中,電力系統(tǒng)希望線(xiàn)路有比較好的可靠性,因此在電力系統(tǒng)受到外界干擾時(shí),保護(hù)線(xiàn)路的各種繼電裝置應(yīng)該有比較可靠的、及時(shí)的保護(hù)動(dòng)作,從而切斷故障點(diǎn)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(hù)就是為達(dá)到這個(gè)目的而設(shè)置的。本次設(shè)計(jì)的任務(wù)主要包括了六大部分，分別為系統(tǒng)中各元件主要參數(shù)計(jì)算、正序，負(fù)

4、序，零序等值阻抗圖、系統(tǒng)潮流計(jì)算、動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)方式的選擇與整定計(jì)算等。其中短路電流的計(jì)算和繼電保護(hù)方式的選擇與整定計(jì)算是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。通過(guò)此次線(xiàn)路保護(hù)的設(shè)計(jì)可以鞏固我們本學(xué)期所學(xué)的《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基礎(chǔ)》這一課程的理論知識(shí)，能提高我們提出問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 繼電保護(hù) 潮流 短路 等值阻抗 動(dòng)穩(wěn)定 整定</p><p>&l

5、t;b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　一、題目1</b></p><p>　　二、系統(tǒng)中各元件的主要參數(shù)2</p><p>　　2.1發(fā)電機(jī)及等值系統(tǒng)的參數(shù)2</p><p>　　2.2變壓器的

6、參數(shù)3</p><p>　　2.4電流互感器和電壓互感器變比4</p><p>　　2.5變壓器中性接地點(diǎn)的數(shù)目和位置4</p><p>　　三、正序、負(fù)序、零序等值阻抗圖5</p><p>　　四、系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié)果6</p><p><b>　　五、動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算8</b></p&

7、gt;<p>　　六、短路電流計(jì)算8</p><p>　　6.1運(yùn)行方式的確定原則8</p><p>　　6.2短路電流的計(jì)算9</p><p>　　七、繼電保護(hù)方式的選擇與整定計(jì)算12</p><p>　　7.1單電源輻射線(xiàn)路（AB）的整定計(jì)算12</p><p>　　7.2雙回線(xiàn)路BC和環(huán)網(wǎng)

8、線(xiàn)路主保護(hù)的整定計(jì)算13</p><p>　　7.3雙回線(xiàn)路和環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路后備保護(hù)的整定計(jì)算（選做）15</p><p>　　八、220kV電網(wǎng)中輸電線(xiàn)路繼電保護(hù)配置15</p><p><b>　　總結(jié)16</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p>&l

9、t;p>　　220kV電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　題目</b></p><p>　　選擇圖1所示電力系統(tǒng)220kV線(xiàn)路的繼電保護(hù)方式并進(jìn)行整定計(jì)算。圖1所示系統(tǒng)由水電站W(wǎng)、 R和兩個(gè)等值的110kV系統(tǒng)S、N，通過(guò)六條220kV線(xiàn)路構(gòu)成一個(gè)整體。整個(gè)系統(tǒng)的最大開(kāi)機(jī)總?cè)萘繛?509.29MVA，最小開(kāi)機(jī)總?cè)萘繛?007.79 MVA，兩種情況下各

10、電源的開(kāi)機(jī)容量如表1所示。各發(fā)電機(jī)、變壓器容量和連接方式已在圖1中示出。</p><p>　　表1 系統(tǒng)各電源的開(kāi)機(jī)情況</p><p>　　圖1 220kV系統(tǒng)接線(xiàn)圖</p><p>　　系統(tǒng)中各元件的主要參數(shù)</p><p>　　計(jì)算系統(tǒng)各元件的參數(shù)標(biāo)么值時(shí)，取基準(zhǔn)功率Sb=60MVA，基準(zhǔn)電壓Ub＝220kV，基準(zhǔn)電流Ib==0.157

11、kA，基準(zhǔn)電抗xb = 806.67?。</p><p>　　2.1發(fā)電機(jī)及等值系統(tǒng)的參數(shù)</p><p>　　用基準(zhǔn)值計(jì)算所得的發(fā)電機(jī)及等值系統(tǒng)元件的標(biāo)么值參數(shù)見(jiàn)表2所列。</p><p>　　表2 發(fā)電機(jī)及等值系統(tǒng)的參數(shù)</p><p>　　注：系統(tǒng)需要計(jì)算最大、最小方式下的電抗值；水電廠(chǎng)發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)。</p><p&

12、gt;<b>　　計(jì)算過(guò)程：</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　正序阻抗和負(fù)序阻抗計(jì)算：</p><p>　　采用近似計(jì)算方法， ，可求得：</p><p><b>　　

13、，又根據(jù)和，可求</b></p><p><b>　　， 。</b></p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算方法，可依次求得W廠(chǎng)、R廠(chǎng)、S系統(tǒng)和N系統(tǒng)各正序阻抗和負(fù)序阻抗標(biāo)幺值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。</p><p><b>　　2.2變壓器的參數(shù)</b></p><p>　　變壓器的參數(shù)如表3所列

14、。</p><p><b>　　表3 變壓器參數(shù)</b></p><p>　　回路電壓計(jì)算：根據(jù)題目已知，從圖中獲取。</p><p>　　繞組電抗標(biāo)幺值計(jì)算：</p><p>　　雙繞組變壓器： （1），取 ,根據(jù)公式，可求得；；</p><p><b>　??； ，</b

15、></p><p><b>　　三繞組變壓器： </b></p><p>　　把所求得的值分別代入式（1），即可求得三繞組變壓器的繞組電抗標(biāo)幺值：</p><p><b>　　; </b></p><p><b>　　; </b></p><p>

16、<b>　　; </b></p><p><b>　　2.3輸電線(xiàn)的參數(shù)</b></p><p>　　線(xiàn)路單位電抗 x1＝x2＝0.41?/km，x0＝3x1，線(xiàn)路阻抗角80o。</p><p><b>　　表4 輸電線(xiàn)參數(shù)</b></p><p>　　線(xiàn)路正負(fù)序電抗計(jì)算： ，

17、 </p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　例： ，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　2.4電流互感器和電壓互感器變比</p><p>　　220kV線(xiàn)路的所有電流互感器均采用同一變比600

18、：5＝120，電壓互感器的變比均為220000：100＝2200。</p><p>　　2.5變壓器中性接地點(diǎn)的數(shù)目和位置</p><p>　　正序、負(fù)序、零序等值阻抗圖</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)各元件參數(shù)計(jì)算結(jié)果和變壓器中性點(diǎn)接地的情況，做出系統(tǒng)的正序、負(fù)序、零序阻抗圖。</p><p>　　3.1、正序等值阻抗圖：</p>

19、<p>　　3.2、負(fù)序等值阻抗圖：</p><p>　　3.3、零序等值阻抗圖：</p><p><b>　　系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié)果</b></p><p>　　為了確定各線(xiàn)路的最大負(fù)荷電流，應(yīng)計(jì)算系統(tǒng)在最大開(kāi)機(jī)情況下的潮流分布。</p><p><b>　　潮流分布圖如下：</b><

20、;/p><p>　　各潮流功率計(jì)算（均采用標(biāo)幺值）：</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　;</b></p>

21、<p><b>　　,</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　,</b></p><p

22、>　　因?yàn)镋、C線(xiàn)路之間功率流向?yàn)?，所以可認(rèn)為C母線(xiàn)和E母線(xiàn)上功率是一致,即：, 則：;</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　;</b>

23、</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　。</b></

24、p><p><b>　　動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算</b></p><p>　　計(jì)算動(dòng)穩(wěn)定的目的是為了確定能滿(mǎn)足系統(tǒng)動(dòng)穩(wěn)定要求的、主保護(hù)動(dòng)作切除故障的最大允許時(shí)間。</p><p>　　從動(dòng)穩(wěn)定觀(guān)點(diǎn)看，不同的故障點(diǎn)和故障類(lèi)型，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定破壞的程度是不同的。一般來(lái)說(shuō)，三相路對(duì)穩(wěn)定的影響較其他短路類(lèi)型嚴(yán)重，靠近大型發(fā)電廠(chǎng)或大負(fù)荷中心的短路較其它地點(diǎn)發(fā)生的短路對(duì)穩(wěn)定性的

25、破壞要嚴(yán)重得多。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)迅速將故障切除。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中以0.2S（包括斷路器跳閘時(shí)間在內(nèi)）作為保護(hù)設(shè)計(jì)中的最大動(dòng)作時(shí)限，不再要求進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算。</p><p><b>　　短路電流計(jì)算</b></p><p>　　短路電流計(jì)算的目的是為了確定保護(hù)裝置的整定值和檢驗(yàn)靈敏度。計(jì)算短路電流時(shí)，運(yùn)行方式的確定非常重要

26、，因?yàn)樗P(guān)系到所選的保護(hù)是否經(jīng)濟(jì)合理、單可靠，以及是否能滿(mǎn)足靈敏度要求等一系列問(wèn)題。保護(hù)的運(yùn)行方式是以通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流的大小來(lái)區(qū)分的。例如，某保護(hù)的最大（?。┻\(yùn)行方式，是指在某一點(diǎn)短路時(shí)通過(guò)該保護(hù)裝置的短路電流為最大（小）的運(yùn)行方式。</p><p>　　6.1運(yùn)行方式的確定原則</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，各線(xiàn)路保護(hù)的運(yùn)行方式按下列原則確定。</p><p&g

27、t;　　對(duì)單側(cè)電源的輻射形線(xiàn)路AB</p><p>　　保護(hù)的最大運(yùn)行方式由以下兩條件決定：</p><p>　　電源在表1的第一種運(yùn)行情況下運(yùn)行；</p><p>　　系統(tǒng)所有線(xiàn)路和選定的接地中性點(diǎn)均投入；</p><p>　　保護(hù)的最小運(yùn)行方式是：</p><p>　　電源在表1的第二種運(yùn)行情況下運(yùn)行；</p

28、><p>　　雙回線(xiàn)路BC單回線(xiàn)運(yùn)行。</p><p>　　對(duì)雙側(cè)電源和多側(cè)電源的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的線(xiàn)路</p><p>　　保護(hù)的最大運(yùn)行方式是：</p><p>　　電源在表1的第一種運(yùn)行情況下運(yùn)行；</p><p>　　環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)，開(kāi)環(huán)點(diǎn)在該線(xiàn)路相鄰的下一級(jí)線(xiàn)路上。</p><p>　　保護(hù)的最小運(yùn)行

29、方式是：</p><p>　　電源在表1的第二種情況下運(yùn)行；</p><p>　　線(xiàn)路閉環(huán)運(yùn)行，停運(yùn)該線(xiàn)路背后可能的機(jī)組和線(xiàn)路。</p><p><b>　　對(duì)雙回線(xiàn)路</b></p><p>　　除考慮上述情況外，還應(yīng)考慮雙回線(xiàn)路保護(hù)的接線(xiàn)方式，當(dāng)雙回線(xiàn)路分別裝設(shè)保護(hù)時(shí)，單回線(xiàn)運(yùn)行為保護(hù)的最大運(yùn)行方式；雙回線(xiàn)路同時(shí)運(yùn)行

30、為保護(hù)的最小運(yùn)行方式。當(dāng)雙回線(xiàn)路接一套電流保護(hù)時(shí)，情況剛好相反。</p><p>　　保護(hù)的運(yùn)行方式確定后，還應(yīng)根據(jù)選擇保護(hù)方式的需要選擇短路點(diǎn)，然后再逬行短路電流的計(jì)算。</p><p>　　6.2短路電流的計(jì)算</p><p>　　1、最大運(yùn)行方式正序阻抗各參數(shù)如下：</p><p><b>　??；</b></

31、p><p><b>　　；；</b></p><p><b>　??；；</b></p><p>　　最大運(yùn)行方式正序阻抗圖如下：</p><p>　　其中CDE三角形阻抗變換成星型等值阻抗：</p><p><b>　　,,</b></p>

32、<p><b>　　所以 </b></p><p>　　最小運(yùn)行方式正序阻抗各參數(shù)如下：</p><p><b>　　，,</b></p><p><b>　　, ,</b></p><p>　　最小運(yùn)行方式正序阻抗圖如下：</p><p>&

33、lt;b>　　同理可知：</b></p><p>　　2、最大運(yùn)行方式負(fù)序阻抗各參數(shù)如下：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　, ,</b></p><p><b>　　, ;</b></p><p>

34、　　最大運(yùn)行方式負(fù)序阻抗圖如下：</p><p>　　最小運(yùn)行方式負(fù)序阻抗各參數(shù)如下：</p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　, ,</b></p><p>　　最大運(yùn)行方式負(fù)序阻抗圖如下：</p><p>　　3、最大運(yùn)行方式零序阻抗各參數(shù)如

35、下：</p><p><b>　　，, ,</b></p><p><b>　　, ;</b></p><p>　　最大運(yùn)行方式零序阻抗圖如下：</p><p>　　其中CDE三角形阻抗變換成星型等值阻抗：</p><p><b>　　,,</b>&l

36、t;/p><p><b>　　所以。</b></p><p>　　最小運(yùn)行方式零序阻抗各參數(shù)如下：</p><p><b>　　，，，</b></p><p><b>　　，。</b></p><p>　　最小運(yùn)行方式零序阻抗圖如下：</p>

37、<p><b>　　。</b></p><p>　　繼電保護(hù)方式的選擇與整定計(jì)算</p><p>　　根據(jù)規(guī)程規(guī)定和所給系統(tǒng)的具體情況，選擇220kV線(xiàn)路保護(hù)時(shí)作了如下考慮。</p><p>　　由于本系統(tǒng)允許切除故障的時(shí)間為0.2s，為保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，當(dāng)220kV輸電線(xiàn)路任何低點(diǎn)發(fā)生短路故降時(shí)，繼電保護(hù)切除故障線(xiàn)路的時(shí)間都必須小于

38、0.2s。因而，凡是不能在0.2S內(nèi)切除線(xiàn)路故障的保護(hù)裝置都不宜用作主保護(hù)?；谶@種考慮，對(duì)雙電源的雙回線(xiàn)路和環(huán)網(wǎng)內(nèi)的線(xiàn)路采用高頻保護(hù)作為主保護(hù)。后備保護(hù)釆距離保護(hù)比較合適。對(duì)于單電源的輻射線(xiàn)路AB，可采用距離保護(hù)作為相間短路保護(hù)，零序電流保護(hù)作為接地短路保護(hù)。</p><p>　　7.1單電源輻射線(xiàn)路（AB）的整定計(jì)算</p><p>　　反應(yīng)相間短路的距離保護(hù)的整定計(jì)算</p&g

39、t;<p>　　因?yàn)锳B線(xiàn)路末端為變壓器，所以直接采用距離Ⅲ段作為相間短路保護(hù)，不考</p><p>　　慮時(shí)延。第Ⅲ段距離保護(hù)按躲過(guò)最小負(fù)荷阻抗來(lái)整定，，可靠系數(shù)Krel=1.25，自起動(dòng)系數(shù)KMS=1.2，返回系數(shù)Kre=1.15,則：</p><p>　　當(dāng)負(fù)荷處取1.3倍的變壓器容量時(shí)，此時(shí)負(fù)荷最大：</p><p><b>　　,&

40、lt;/b></p><p>　　為在最小運(yùn)行方式下，所有電源標(biāo)幺值均取1.05時(shí)的值：</p><p><b>　　,</b></p><p>　　距離Ⅲ段保護(hù)無(wú)須整定。</p><p>　　反應(yīng)接地短路的零序電流保護(hù)的整定計(jì)算</p><p>　　零序Ⅰ段：由6.2可知 ,</p&

41、gt;<p><b>　　單相接地短路：,</b></p><p><b>　　兩相接地短路：,</b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　零序Ⅲ段：按躲開(kāi)下一條線(xiàn)路出口處相間短路時(shí)的最大不平衡電流整定，不考慮時(shí)延。當(dāng)A點(diǎn)處變壓器的出線(xiàn)處短路時(shí)的短路電流求得短路

42、阻抗為 。</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　7.2雙回線(xiàn)路BC和環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路主保護(hù)的整定計(jì)算</p><p>　　雙回線(xiàn)路BC主保護(hù)的整定計(jì)算</p><p><b>　　采用相差高頻保護(hù)。</

43、b></p><p>　　BC段250km線(xiàn)路：</p><p><b>　　閉鎖角：，</b></p><p><b>　　動(dòng)作角： ，</b></p><p><b>　　保護(hù)動(dòng)作范圍：，</b></p><p>　　保護(hù)不動(dòng)作區(qū)： 。&l

44、t;/p><p>　　BC段230km線(xiàn)路：</p><p><b>　　閉鎖角：，</b></p><p><b>　　動(dòng)作角： ，</b></p><p><b>　　保護(hù)動(dòng)作范圍：，</b></p><p>　　保護(hù)不動(dòng)作區(qū)： 。</p>

45、;<p>　　雙回線(xiàn)路CE、ED、CD主保護(hù)的整定計(jì)算（選做）</p><p><b>　　采用相差高頻保護(hù)。</b></p><p><b>　　CE線(xiàn)路：</b></p><p><b>　　閉鎖角：，</b></p><p><b>　　動(dòng)作角：

46、 ，</b></p><p><b>　　保護(hù)動(dòng)作范圍：，</b></p><p>　　保護(hù)不動(dòng)作區(qū)： 。</p><p><b>　　ED線(xiàn)路：</b></p><p><b>　　閉鎖角：，</b></p><p><b>　

47、　動(dòng)作角： ，</b></p><p><b>　　保護(hù)動(dòng)作范圍：，</b></p><p>　　保護(hù)不動(dòng)作區(qū)： 。</p><p><b>　　CD線(xiàn)路：</b></p><p><b>　　閉鎖角：，</b></p><p><

48、b>　　動(dòng)作角： ，</b></p><p><b>　　保護(hù)動(dòng)作范圍：，</b></p><p>　　保護(hù)不動(dòng)作區(qū)： 。</p><p>　　7.3雙回線(xiàn)路和環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路后備保護(hù)的整定計(jì)算（選做）</p><p>　　雙回線(xiàn)路和環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路均采用相間距離保護(hù)和接地距離保護(hù)作為后備保護(hù)。</p>

49、<p>　　環(huán)網(wǎng)中CE線(xiàn)的整定計(jì)算</p><p>　　環(huán)網(wǎng)中ED、 CD線(xiàn)及雙回線(xiàn)BC的整定計(jì)算</p><p>　　220kV電網(wǎng)中輸電線(xiàn)路繼電保護(hù)配置</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是針對(duì)220KV電網(wǎng)在不同運(yùn)行方式以及短路故障類(lèi)型的情況下進(jìn)行的分析計(jì)算和整定的

50、。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，線(xiàn)路末端短路根據(jù)具體情況和繼電保護(hù)“四性”的要求,采用了反應(yīng)相間短路的距離保護(hù)和反應(yīng)接地故障的零序電流三段式保護(hù)；線(xiàn)路之間采用相差高頻保護(hù)。</p><p>　　通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我對(duì)自己所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)有了更新、更深層次的認(rèn)識(shí)。由于繼電保護(hù)的重要性和特殊性，在計(jì)算各參數(shù)和短路電流過(guò)程中，要用到電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的相關(guān)知識(shí)。在這過(guò)程中，我深深體會(huì)到理論知識(shí)的重要性，只有牢固掌握所

51、學(xué)的知識(shí)，才能更好的應(yīng)用到實(shí)踐中去。這次設(shè)計(jì)提高了我們思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，它使我們的思維更加縝密，這將對(duì)我們今后的學(xué)習(xí)、工作大有裨益。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)能順利的完成與同學(xué)的幫助是分不開(kāi)的，在對(duì)某些求解方案模棱兩可的情況下，多虧和同學(xué)的討論、交流，才能最終確定方案，在此衷心感謝各位同學(xué)的幫助！</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b>&l