【正文】 南華大學電氣工程及其自動化專業(yè)課程設計 第 1 頁 共 50 頁 前言 《 電力系統(tǒng)繼電保護 》作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門主要課程 ,主要包括課堂講學、課程設計等幾個 主要部分。在完成了理論的學習的基礎上，為了進一步加深對理論知識的理解，本專業(yè)特安排了本次課程設計。 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。 本次設計的任務主要包括了 六 大部分，分別為 運行方式的選擇、 電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負荷電流計算 、 短路電流計算 、 繼電保護距離保護的整定計算和校驗 、 繼電保護零序電流保護的整定計算和校驗 、 對所選擇的保護裝置進行綜合評價 。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。 南華大學電氣工程及其自動化專業(yè)課程設計 第 2 頁 共 50 頁 1 原始資料 電網(wǎng)接線圖 (1) 各變電站 、發(fā)電廠的操作直流電源電壓 U=220V。 (2) 發(fā)電廠最大發(fā)電容量 50+2 25=100MW，最小發(fā)電容量為 50MW，正常發(fā)電容量為 50+25=75MW。 (3) 線路 X1= /km, X0= /km。 (4) 變壓器均為 YN， D11， 110177。 %/, UK=% (5) △ t=,負荷側(cè)后備保護 tdz=,變壓器和母線均配置有差動保護，Kzq= (6) 發(fā)電 廠升壓變中性點直接接地，其他變壓器不接地。 任務 (1) 電網(wǎng)運行方式分析。 (2) 各開關保護配置方案，計算配置各線路的保護及計算出各保護的二次動作值（設 X1= X2）。 (3) 檢驗各保護的靈敏度。 (4)設計一套電壓二次回路斷線閉鎖裝置，二次斷線時閉鎖，故障時開放。（選做） (5)繪制 7DL 保護的展開圖。（選做） 要求 設計說明書一份（含短路電流計算，保護整定，校驗， AUOCAD 繪制保護配置原理圖等）。 南華大學電氣工程及其自動化專業(yè)課程設計 第 3 頁 共 50 頁 110KV 線路繼電保護課程設計 [摘要 ]： 為給 110KV單電源環(huán)形電網(wǎng)進行繼電保護設計，首先選擇過電流保護，對電網(wǎng)進行短路電流計算，包括適中電流的正序 、 負序 、 零序電流的短路計算，整定電流保護的整定值。在過電流保護不滿足的情況下，相間故障選擇距離保護，接地故障選擇零序電流保護，同時對距離保護 、 零序電流保護進行整定計算，并用 AUOCAD 繪制出保護配置原理圖。 [關鍵詞 ]：繼電保護、短路電流、整定計算 [ summary]: In order to ring 110 KV single power grid to relay design, the first choice overcurrent protection, shortcircuit current of the power work, including the positive sequence moderate current, negative sequence, zerosequence of shortcircuit current, the current protection of the entire tuning value. In the overcurrent protection are not satisfied with the circumstances, select a distance phase fault protection, choice of zerosequence fault current protection At the same time, distance protection, and zerosequence current protection to the entire set, and used to map out protection configuration AUOCAD schematic. [keywords]: Protection, shortcircuit current, setting calculation 南華大學電氣工程及其自動化專業(yè)課程設計 第 4 頁 共 50 頁 1 運行方式的選擇 運行方式的選擇原則 發(fā)電機、變壓器運行方式選擇的原則 (1)一個發(fā)電廠有兩臺機組時，一般應考慮全停方式，一臺檢修，另一臺故 障；當有三臺以上機組時，則選擇其中兩臺容量較大機組同時停用的方式。對水電廠，還應根據(jù)水庫運行方式選擇 。 (2)一個發(fā)電廠、變電站的母線上無論接幾臺變壓器，一般應考慮其中容量 最大的一臺停用。 變壓器中性點接地選擇原則 (1)發(fā)電廠、變電所低壓側(cè)有電源的變壓器，中性點均要接地。 (2)自耦型和有絕緣要求的其它變壓器，其中性點必須接地。 (3)T 接于線路上的變壓器，以不接地運行為宜。 (4)為防止操作過電壓，在操作時應臨時將變壓器中性點接地，操作完畢后 再斷開，這種情況不按接地運行考慮。 線路運行方式選擇原則 (1)一個發(fā)電廠、變電站線線上接有多條線路，一般考慮選擇一條線路檢修， 另一 條線路又故障的方式。 (2)雙回路一般不考慮同時停用。 流過保護的最大、電小短路電流計算方式的選擇 (1)相間保護 對單側(cè)電源的輻射形網(wǎng)絡，流過保護的最大短路電流出現(xiàn)在最大運行方式； 而最小短路電流，則出現(xiàn)在最小運行方式。 對于雙電源的網(wǎng)絡，一般（當取 Z1=Z2 時）與對側(cè)電源的運行方式無關，可按單側(cè)電源的方法選擇。 對于環(huán)狀網(wǎng)絡中的線路，流過保護的電大短路電流應選取開環(huán)運行方式，開環(huán)點應選在所整定保護線路的相鄰下一線線路上。而對于電小短路電流，則應選閉環(huán)運行方式，同時再合理停用該保護背后的機組、 變壓器及線路。 南華大學電氣工程及其自動化專業(yè)課程設計 第 5 頁 共 50 頁 (2)零序電流保護 對于單側(cè)電源的輻射形網(wǎng)絡，流過保護的最大零序短路電流與最小零序電流，其選擇方法可參照相間短路中所述，只需注意變壓器接地點的變化。 對于雙電源的網(wǎng)絡及環(huán)狀網(wǎng)，同樣參照相間短路中所述，其重點也是考慮變壓器接地點的變化。 選取流過保護的最大負荷電流的原則 選取流過保護的最大負荷電流的原則如下： (1)備用電源自動投入引起的增加負荷。 (2)并聯(lián)運行線路的減少，負荷的轉(zhuǎn)移。 (3)環(huán)狀網(wǎng)絡的開環(huán)運行，負荷的轉(zhuǎn)移。 (4)對于雙側(cè)電源的線路，當一側(cè)電源突然切 除發(fā)電機，引起另一側(cè)增加負 荷。 本次設計的具體運行方式的選擇 電力系統(tǒng)運行方式的變化，直接影響保護的性能。因此，在對繼電保護進行整定計弊之前，首先應該分析運行方式。這里要著重說明繼電保護的最大運行方式是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過保護的電流值最大，繼電保護的最小運行方式是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過保護的電流值最小。因此，系統(tǒng)的最大運行方式不一定就是保護的最大運行方式；系統(tǒng)的 最小運行方式也不一定就是保護的最小運行方式。 現(xiàn)結(jié)合本次設計具體 說明如下，系統(tǒng)的最大運行方式是所有設備全部投入運行； 系統(tǒng)的最小運 行方式為發(fā)電機 G1 和 G2 投入，發(fā)電機 G3 停運。 對 保護 1而言，其最大運行方式應該是在系統(tǒng)最大運行方式下線路 L1 回路斷開，其他設備全投； 保護 1 的最小運行方式應該是： 在系統(tǒng)的最小運行方式下線路 L1+L2與 L3 并聯(lián)運行 。 南華大學電氣工程及其自動化專業(yè)課程設計 第 6 頁 共 50 頁 2．電網(wǎng)各個元件參數(shù)計算及負荷電流計算 基準功率： SB=100MV A，基準電壓： VB=115V。 基準電流： IB=SB/ VB=100 103/ 115=；基準電抗： ZB=VB/ IB=115 103/502=； 電壓標幺值： E=E(2)= 輸電線路等值電抗計算 (1) 線路 L1 等值電抗計算 正序以及負序電抗： XL1= X1L1= 50=20Ω XL1*= XL1/ ZB=20/= 零序電抗： XL10= X0L1= 3X1L1=3 50=60Ω XL10*= XL10/ ZB=60/= (2) 線路 L2 等值電抗計算 正序以及負序電抗： XL2= X1L2= 40=16Ω XL2*= XL2/ ZB=16/= 零序電抗： XL20= X0L2= 3X1L2=3 40=48Ω XL20*= XL20/ ZB=48/= (3) 線路 L3 等值電抗計算 正序以及負序電抗： XL3= X1L3= 90=36Ω XL3*= XL3/ ZB=36/= 零序電抗： XL30= X0L3= 3X1L3=3 90=108Ω XL30*= XL30/ ZB=108/= (4) 線路 L4 等值電抗計算 正序以 及負序電抗： XL4= X1L4= 25=10Ω XL4*= XL4/ ZB=10/= 零序電抗： XL40= X0L4= 3X1L4=3 25=30Ω XL40*= XL40/ ZB=30/= 南華大學電氣工程及其自動化專業(yè)課程設計 第 7 頁 共 50 頁 變壓器等值電抗計算 (1) 變壓器 T T2 等值電抗計算 XT1= XT2=(UK%/100) (VN2 103/ SN)≈ XT1*= XT2*=XT1/ ZB=(2) 變壓器 T3 等值 電抗計算 XT3=(UK%/100) (VN2 103/ SN)≈ XT3*=XT3/ ZB=(3) 變壓器 T T T T7 等值電抗計算 XT4= XT5=XT6= XT7=(UK%/100) (VN2 103/ SN)≈ XT6*= XT7* = XT4*= XT5*= (4) 變壓器 T8 等值電抗計算 XT1=(UK%/100) (VN2 103/ SN)≈ XT8*= XT8/ ZB= 發(fā)電機等值電抗計算 (1)發(fā)電機 G G2 電抗標幺值計算 XG1* = XG2*=Xd1SB/ SG1= Xd1SB COSφ / PG1= 100 (2)發(fā)電機 G3 電抗標幺值計算 XG3*=Xd3SB/ SG3= Xd3SB COSφ / PG3= 100 最大負荷 電流 計算 (1) B、 C 母線最大負荷電流計算 最大負荷電流計算 (拆算到 110KV) IfhB max = IfhC max = PfhBmax Vav2 / U COSφ =20 103/ 115 ≈ ； (2) D 母線最大負荷電流計算 最大負荷電流計算 (拆算到 110KV) IfhD max = PfhDmax Vav2 / U COSφ =12 103/ 115 ≈ 南華大學電氣工程及其自動化專業(yè)課程設計 第 8 頁 共 50 頁 各線路運行方式下流過斷路器的最大負荷電流 (1) 保護 1 的最大運行方式：發(fā)電機 FI、 P F3 全投入，繼開線路 L1； 通 過 保護 1 的最大負荷電流為 AI fh 34179131131m a x ????? ；保護 1 的最小運行方式： 發(fā)電機 F3 停，線 路全部運行。 (2) 保護 2 的最大運行方式：發(fā)電機 Fl、 P F3 全投入， 斷開 L3 回路； 通 過 保護 2 最大負荷電流為 AI fh 34179131131m a x ????? 。保護 2 的最小運行方式；F3 停，線路全部運行。 (3) 保護 4 的最大運行方式： Fl、 F F3 全投， 繼開線路 L3；通過 保護 4 的最大負荷電流為 AI fh 21079131m a x ???? 。保護 4 的最小運行方式： F3 停，線路全部運行。 (4) 保護 5 的最大運行方式： F F F3 全投入 ， 斷開線路 L1； 通過保護 5 的最大負荷電流為 AI fh 131max ?? 。保護 5 的最小運行方式： F3 停，線路全部運行。 (5) 保護 7 的最大運行方式： F F F3 全投，線路全部運行 ； 通過 保護 7 的最大負荷電流為 AI fh 79max ?? 。 (6) 保護 3 和保護 6 因正常運行時不可能有正向電流通過，要是有正向電流 通過，一定是線路發(fā)生故障。為此，在 保護 3 和保護 7 上只需判別電流 (功率 )的方向即可 ，故不用分析保護 3 和保護 6 的運行方式 。 3 短路電流計算 由于短路電流計算是電網(wǎng)繼電保護配置設計的基礎 ,因此 分別考慮最大運行方式 (三臺發(fā)電機全部投入 ,系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)取開網(wǎng)運行 )時各線路未端短路的情況 ,最小運行方下 (三臺中最小的一臺投入 ,系統(tǒng)按環(huán)網(wǎng)計算 )時各線路未端短路的情況。 電網(wǎng)等效電路圖如圖 所示 圖 電網(wǎng)等效電路圖 南華