電力系統(tǒng)繼電保護畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　緒　論</b></p><p>　　0.1電力系統(tǒng)繼電器保護的原理</p><p>　　0.1.1電力系統(tǒng)繼電保護的作用</p><p>　　電力系統(tǒng)的運行要求安全可靠、電能質(zhì)量高、經(jīng)濟性好。但是，電力系統(tǒng)的組成元件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)各異，運行情況復雜，覆蓋的地域遼闊。因此，受自然條件、設(shè)備及人為因素的影響，可能出現(xiàn)各種

2、故障和不正常運行狀態(tài)。故障中最常見、危害最大的是各種形式的短路。發(fā)生短路是可能造成的危害是：</p><p>　　①故障點的很大的短路電流燃起的電弧，使故障元件損壞；</p><p>　?、?短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動力的作用，引起它們的損壞或縮短它們的使用壽命；</p><p>　?、?靠近故障點的部分地區(qū)的電壓大幅度降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響工

3、廠產(chǎn)品質(zhì)量；</p><p>　?、?破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個系統(tǒng)瓦解和崩潰。</p><p>　　在電力系統(tǒng)中，除應采取各項積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性以外，故障一旦發(fā)生，必須迅速而有選擇性地切除故障元件，這是保證電力系統(tǒng)安全運行的最有效方法之一。</p><p>　　0.1.2電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求</p>

4、<p>　　為實現(xiàn)其目標，作用與跳閘的繼電保護裝置在技術(shù)性能上必須滿足以下四個基本要求：</p><p><b>　　選擇性</b></p><p>　　其基本含義是保護裝置動作時，僅將基本元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量減少，以保證系統(tǒng)中非故障部分繼續(xù)安全運行。</p><p><b>　　速動性</b>&

5、lt;/p><p>　　速動性是指繼電保護裝置應以盡可能快的速度斷開故障元件。這樣就能減輕故障設(shè)備的損壞程度，減小用戶在低電壓情況下工作的時間，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性</p><p>　　故障切除時間等于保護裝置和斷路器動作時間之和。目前保護動作速度最快的約0.02s，加上快速斷路器的動作時間，故障可在0.1s以內(nèi)切除。</p><p>　　應考慮不同電網(wǎng)對故障切除時

6、間的具體要求和經(jīng)濟性、運行維護水平等條件以便確定合理的保護動作時間。</p><p><b>　　靈敏性</b></p><p>　　保護裝置對其保護范圍內(nèi)的故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力稱為靈敏性（靈敏度）。靈敏性常用靈敏系數(shù)來衡量。它是在保護裝置的測量元件確定了動作值后，安最不利的運行方式、故障類型、保護范圍內(nèi)的指定點校驗，并滿足有關(guān)規(guī)定的標準。</p>

7、;<p><b>　　可靠性</b></p><p>　　可靠性是指在保護裝置規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了它應該反應的故障時，保護裝置應可靠地動作（即不拒動）。而在不屬于該保護動作的其他任何情況下，則不應該動作（即不誤動）。可靠性取決于保護裝置本身的設(shè)計、制造、安裝、運行維護等因素。一般來說，保護裝置的組成元件質(zhì)量越好、接線越簡單、回路繼電器的觸點和接插件數(shù)越少，保護裝置就越可靠。同

8、時保護裝置恰當?shù)呐渲门c選用、正確的安裝與調(diào)試、良好的運行維護，對于提高保護的可靠性也具有重要的作用。</p><p>　　0.1.3電力系統(tǒng)繼電保護的基本原理</p><p>　　繼電保護裝置要起到反事故的自動裝置作用，必須正確區(qū)分“正?！迸c“不正常”運行狀態(tài)、被保護元件的“外部故障”與“內(nèi)部故障”，以實現(xiàn)繼電保護的功能。對此，通過檢測各種狀態(tài)下被保護元件所反應的各種物理量的變化予以鑒別。

9、依據(jù)反應的物理量的不同，保護裝置可以構(gòu)成下述各種原理的保護。</p><p>　　反應一端電氣量的保護</p><p>　　電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，通常伴有電流增大、電壓降低以及電流與電壓相位角改變等現(xiàn)象。因此，在被保護元件的一端裝設(shè)的各種變換器可以檢測、比較并鑒別出故障時這些基本參數(shù)與正常運行時的差別就可以構(gòu)成各種不同原理的繼電保護裝置。例如，反應電流增大構(gòu)成過電流保護；反應電壓降低（或升高

10、）構(gòu)成低電壓（或過電壓）保護；反應電流與電壓間的相位角變化構(gòu)成方向保護；反應電壓與電流的比值的變化構(gòu)成的距離保護等。</p><p>　　這一大類的保護是立足于被保護元件一端，對比兩種運行狀態(tài)的某一電氣量的變化并依次特點構(gòu)成保護，即反應一端電氣量的保護。</p><p>　　反應兩端電氣量的保護</p><p>　　如果同時檢測并比較在內(nèi)部故障與外部故障（包括正常運

11、行狀態(tài)）兩種工況下的兩端電氣量，可以發(fā)現(xiàn)它們之間有明顯的區(qū)別，從而以這些差別作為判據(jù)即可構(gòu)成反應兩端電氣量的保護</p><p><b>　　反應非電氣量的保護</b></p><p>　　如反應溫度、壓力、流量等非電氣量變化的可以構(gòu)成裝設(shè)在電力變壓器的瓦斯保護、溫度保護等。</p><p>　　0.2電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)的發(fā)展歷程和前景展望&

12、lt;/p><p>　　繼電保護技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的，它與電力系統(tǒng)對運行可靠性要求的不斷提高密切相關(guān)。熔斷器就是最初出現(xiàn)的簡單過電流保護，時至今日仍廣泛應用于低壓線路和用電設(shè)備。由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，用電設(shè)備的功率、發(fā)電機的容量不斷增大，發(fā)電廠、變電站和供電網(wǎng)的結(jié)線不斷復雜化，電力系統(tǒng)中正常工作電流和短路電流都不斷增大，熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求，于是出現(xiàn)了作用于專門的斷流裝置的過電流繼電器。本世

13、紀初隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電器才開始廣泛應用于電力系統(tǒng)的保護。這個時期可認為是繼電保護技術(shù)發(fā)展的開端。 自本世紀初第一代機電型感應式過流繼電器（1901年）在電力系統(tǒng)應用以來，繼電保護已經(jīng)經(jīng)歷了一個世紀的發(fā)展。在最初的二十多年里，各種新的繼電保護原理相繼出現(xiàn)，如差動保護（1908年）、電流方向保護（1910年）、距離保護（1923年）、高頻保護（1927年），這些保護原理都是通過測量故障發(fā)生后的穩(wěn)態(tài)工頻量來檢測故障的。盡管以后

14、的研究工作不斷發(fā)展和完善了電力系統(tǒng)的保護，但是這些保護的基本原理并沒有變，至今仍然在電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域中起主導作用。 繼電保護裝置是保證電力系統(tǒng)安全運行</p><p>　　我國電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了4個階段。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機技術(shù)、通信技術(shù)的進步，繼電保護技術(shù)面臨著進一步發(fā)展的趨勢。其發(fā)展將出現(xiàn)原理突破和應用革命,由數(shù)字時代跨入信息化時代,發(fā)展到一個新的水平。這對繼電保護工作者

15、提出了艱巨的任務(wù)，也開辟了活動的廣闊天地。</p><p><b>　　1 電力網(wǎng)絡(luò)分析</b></p><p>　　1.1電力網(wǎng)絡(luò)繼電保護題目</p><p>　?、?某地方電網(wǎng)局部系統(tǒng)主結(jié)線如圖1.1所示。</p><p><b>　　圖1.1</b></p><p>&

16、lt;b>　　系統(tǒng)參數(shù)</b></p><p>　　A站發(fā)電機：P=2×300MW，U=18kV，5，</p><p>　　B站發(fā)電機：P=2×200MW，U=15.75kV，5，</p><p>　　C站：P=100MW，5，，</p><p>　　A站變壓器：S=2×400MVA，121&#

17、177;2×2.5%/18，Ud%=8.86，</p><p>　　B站變壓器：S=2×300MVA，121±2×2.5%/15.75，Ud%=7.92，</p><p>　　線路阻抗均為 0.4/km</p><p>　　C站負荷：P=400MW，5</p><p>　　D站負荷：P=100MW，5&

18、lt;/p><p>　　1.2 系統(tǒng)中各元件的主要參數(shù)</p><p>　　計算系統(tǒng)各元件的參數(shù)標么值時,取基準功率,基準電壓為各段的平均額定電壓值。</p><p>　　用基準值計算所得的發(fā)電機及等值系統(tǒng)元件的標幺值參數(shù):</p><p>　　A站發(fā)電站：XG*1= XG*2= XG(N)*Sd／sG(N)</p><p&g

19、t;　　= 30% 100MW/300MW </p><p><b>　　=0.1</b></p><p>　　B站發(fā)電站：XG*1= XG*2= XG(N)*Sd／sG(N)</p><p>　　= 22.39% 100MW/200MW </p><p><b>　　=0.112</b><

20、/p><p>　　C站發(fā)電站：XG*= XG(N)*Sd／sG(N)</p><p>　　=30% 100MW/100MW </p><p><b>　　=0.3</b></p><p>　　變壓器的標幺值參數(shù)：</p><p>　　A站變壓器：XT*1= XT*2= XT(N)*Sd／sT(N)&l

21、t;/p><p>　　=8.86%100MW/400MW</p><p><b>　　=0.022</b></p><p>　　B站變壓器：XT*1= XT*2= XT(N)*Sd／sT(N)</p><p>　　=7.92%100MW/300MW</p><p><b>　　=0.026&

22、lt;/b></p><p>　?、?輸電線路的標幺值參數(shù):</p><p>　　L4段線路：XL* = =(50KM×0.4)=0.149</p><p>　　L1段線路：XL* = =(100KM×0.4)=0.3</p><p>　　L3段線路：XL* = =(120KM×0.4)=0.51</

23、p><p>　　1.3等值標幺阻抗圖</p><p><b>　　圖1.2</b></p><p>　　1.4變壓器中性接地點的數(shù)目和位置</p><p>　　大電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路時，零序電流的大小和分布與變壓器中性接地點的數(shù)目和位置有密切的關(guān)系，中性接地點的數(shù)目越多，意味著系統(tǒng)零序總阻抗越小，零序電流增大；中性接地點

24、的位置不同，則意味著零序電流的分布不同。通常，變壓器中性接地位置和數(shù)目按如下兩個原則考慮：一是使零序電流保護裝置在系統(tǒng)的各種運行方式下保護范圍基本保持不變，且具有足夠的靈敏度和可靠性；二是不使變壓器承受危險的過電壓。為此，應使變壓器中性點接地數(shù)目和位置盡可能保持不變。變壓器中性接地點的位置和數(shù)目的具體選擇原則如下：</p><p>　　1）對單側(cè)電源系統(tǒng)，線路末端變電站的變壓器一般不應接地，這樣，可以提高線路首端

25、零序電流保護的靈敏度。</p><p>　　2）對多側(cè)電源的系統(tǒng)，要求每個電源點都有一個中性點接地，以防止接地短路的過電壓對變壓器產(chǎn)生危害。</p><p>　　3）在發(fā)電廠和低壓側(cè)有電源的變電所的變壓器多于一臺時，應該將部分變壓器的中性點接地。這樣，當接地的變壓器檢修或由于其他原因停止運行時，可將另一臺變壓器接地，以保持變壓器中性點接地數(shù)目不變，從而保持零序電流的分布基本不變。而本系統(tǒng)的

26、變壓器接地方式已在圖4.1中標出。</p><p>　　1.5 系統(tǒng)最大，最小運行方式的制定</p><p>　　1.5.1 110KV運行方式的確定原則</p><p>　　110kV電網(wǎng)如圖1.1所示，該系統(tǒng)由A,B,C發(fā)電廠，變電站A,B所組成，并通過3條110kV線路構(gòu)成一個整體。整個系統(tǒng)的最大開機容量為800MVA。最小開機總?cè)萘繛?00MVA。兩種情況下

27、各電源的開機容量如表1.5所示。</p><p>　　系統(tǒng)各電源的開機情況 表1.5</p><p>　　1.6 短路電流的計算</p><p>　　1.6.1考慮D點母線短路時的標幺值等值電路及短路電流：</p><p><b>

28、　　簡化等值電路： </b></p><p>　　D點母線短路時A站對其的標幺等值電路圖及短路電流: </p><p><b>　　1</b></p><p>　　總的等值電抗： </p><p><b>　　短路電流 ：KA</b></p><p>　

29、　D點母線短路時B站對其的標幺等值電路圖及短路電流: </p><p>　?。?）總的等值電抗值： </p><p><b>　　（2） </b></p><p><b>　?。?）短路電流 ：</b></p><p>　　D點母線短路時C站對其的標幺等值電路圖及短路電流: <

30、/p><p>　　(1)總的等值電抗： </p><p><b>　　（2） </b></p><p>　?。?）短路電流 ：KA</p><p>　　D點母線短路時總的短路電流為A、B、C三站對D點的短路電流之和,即：</p><p>　　2.5+1.03+0.66=4.19KA&l

31、t;/p><p>　　1.6.2 考慮A點母線短路時的標幺值等值電路及短路電流：</p><p><b>　　簡化等值電路： </b></p><p>　　A點母線短路時A站對其的標幺等值電路圖及短路電流: </p><p><b>　　= 1= </b></p><p><

32、;b>　　短路電流 ：</b></p><p>　　A點母線短路時B站對其的標幺等值電路圖及短路電流: </p><p>　?。?）總的等值電抗值： </p><p><b>　?。?） </b></p><p><b>　?。?）短路電流 ：</b></p&

33、gt;<p>　　A點母線短路時C站對其的標幺等值電路圖及短路電流: </p><p>　　(1)總的等值電抗： </p><p><b>　　（2） </b></p><p>　?。?）短路電流 ：KA</p><p>　　A點母線短路時總的短路電流為A、B、C三站對A點母線的短路電流之和

34、,即：</p><p>　　8.6+1.45+0.47=10.52KA</p><p>　　1.6.3 考慮B點母線短路時的標幺值等值電路及短路電流：</p><p><b>　　簡化等值電路： </b></p><p>　　B點母線短路時B站對其的標幺等值電路圖及短路電流: </p><p>&

35、lt;b>　　短路電流 ：</b></p><p>　　B點母線短路時C站對其的標幺等值電路圖及短路電流: </p><p>　?。?）總的等值電抗值： </p><p><b>　?。?） </b></p><p><b>　　（3）短路電流 ：</b></

36、p><p>　　B點母線短路時總的短路電流為B、C兩站對B點母線的短路電流之和,即：</p><p>　　8.6+0.647=9.247KA</p><p>　　2 系統(tǒng)繼電保護的配置及保護配置圖</p><p>　　2.1繼電保護方式的選擇</p><p>　　根據(jù)中華人民共和國電力行業(yè)標準，3～110kV電網(wǎng)繼電保護裝

37、置運行整定規(guī)程。3～110kV電網(wǎng)繼電保護的整定應滿足選擇性、靈敏性和速動性的要求，如果由于電網(wǎng)運行方式、裝置性能等原因，不能兼顧選擇性、靈敏性和速動性的要求，則應在整定時，按照如下原則合理取舍： </p><p>　　a.地區(qū)電網(wǎng)服從主系統(tǒng)電網(wǎng)； </p><p>　　b.下一級電網(wǎng)服從上一級電網(wǎng)； </p><p>　　c.局部問題自行消化； </p>

38、;<p>　　d.盡可能照顧地區(qū)電網(wǎng)和下一級電網(wǎng)的需要； </p><p>　　e.保證重要用戶供電。 </p><p>　　可靠性由繼電保護裝置的合理配置、本身的技術(shù)性能和質(zhì)量以及正常的運行維護來保證；速動性由配置的全線速動保護、相間和接地故障的速斷段保護以及電流速斷保護取得保證；通過繼電保護運行整定，實現(xiàn)選擇性和靈敏性的要求，并處理運行中對快速切除故障的特殊要求?！痹跐M足

39、保護“四性”要求的前提下，應力求采用簡單的保護裝置來達到系統(tǒng)提出的要求，只有當簡單的保護不能滿足要求時，才采用較復雜的保護。所以，對本系統(tǒng)只需采用Ⅲ段式距離保護和Ⅱ段零序電流保護即可滿足要求。</p><p>　　2.2 距離保護的原理 </p><p>　　距離保護是反映故障點至保護安裝地點之間的距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。該裝置的主要元件為距離（阻抗）

40、繼電器，本系統(tǒng)采用方向阻抗繼電器，故可不考慮方向性問題。其主要特點是：短路點距離保護安裝點越近，其測量阻抗越小；相反地，短路點距離保護安裝點越遠，其測量阻抗越大，動作時間就越長。這樣就可保證有選擇地切除故障線。</p><p>　　2.3 零序電流保護的特點及原理</p><p>　　電力系統(tǒng)中性點的工作方式有：中性點直接接地、中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地。中性點的接地方式是綜合考慮

41、供電的可靠性、系統(tǒng)絕緣水平、系統(tǒng)過電壓、繼電保護的要求、對通信線路的干擾以及系統(tǒng)穩(wěn)定運行的要求等因素確定的。當中性點直接接地的電網(wǎng)中發(fā)生短路時，將出現(xiàn)很大的零序電流，而在正常運行情況下它們是不存在的。因此，利用零序電流來構(gòu)成接地短路的保護，就有顯著的優(yōu)點。</p><p>　　零序分量的參數(shù)具有如下特點：</p><p>　?、?故障點的零序電壓最高，系統(tǒng)中距離故障點越遠處的零序電壓越低，

42、零序電壓的分布如圖3.3(c)所示，在變電所A母線上零序電壓為，變電所B母線上零序電壓為。</p><p>　　② 由于零序電流是產(chǎn)生的，當忽略電阻時，按照規(guī)定的正方向畫出零序電流和電壓的相量圖，如圖3.3(d）所示，和將超前；而考慮回路電阻時，例如，取零序阻抗角為=，如圖3.3(e）所示, 和將超前。</p><p>　?、?對于發(fā)生故障的線路，兩端零序功率的方向與正序功率的方向相反，零

43、序功率方向?qū)嶋H上都是由線路流向母線的。</p><p>　?、?從任一保護（例如保護1）安裝處的零序電壓與電流之間的關(guān)系看，由于A母線上的零序電壓實際上是從該點到零序網(wǎng)絡(luò)中性點之間零序阻抗上的電壓降，因此，可表示為: </p><p>　　圖2.3接地短路時的零序等效網(wǎng)絡(luò)(a）系統(tǒng)接線；(b）零序網(wǎng)絡(luò)；(C）零序電壓的分布；(d）忽略電阻時的相量圖；(e）考慮電阻時相量圖（設(shè)）<

44、/p><p>　　3 繼電保護的整定計算</p><p>　　3.1 AD段距離保護的整定計算如下:</p><p>　　=0.8(50×0.4)=16</p><p><b>　　1.3=</b></p><p><b>　　= </b></p><

45、;p>　　3.2 AB段距離保護的整定計算如下:</p><p>　　=0.8(100×0.4)=32</p><p><b>　　1.3=</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　3.3 BC段距離保護的整定計算如下:</p><p

46、>　　=0.8(120×0.4)=38.4</p><p><b>　　1.3=</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　4系統(tǒng)主接線圖和保護配置圖</p><p>　　4.1 系統(tǒng)主接線圖</p><p><b>　　

47、圖4.1</b></p><p>　　4.2 繼電保護配置圖</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計通過對給定的110kV高壓電力系統(tǒng)，在滿足繼電保護四性基本要求的前提下，完成了繼電保護的設(shè)計任務(wù)，完成的主要內(nèi)容有：變壓器中性點方式的選擇，系統(tǒng)運行方式的制定，最大負荷潮流的計算，短路電流的計算，繼

48、電保護和自動裝置的配置及對所選擇的保護進行整定計算等，還繪制系統(tǒng)主接線圖，系統(tǒng)保護及自動裝置配置圖等圖形。對各種計算進行了詳細的計算。尤其是對短路電流的計算，可以對不同的節(jié)點，對線路上任意點的各種短路類型進行計算，而且計算精度比較高，在設(shè)計中并未對動穩(wěn)定性問題進行說明。本設(shè)計計算的內(nèi)容為繼電保護方式的整定計算算例，對算例的過程較為詳細，可見分支系數(shù)對于繼電保護來說是必須考慮的?？偟膩碚f，對于該系統(tǒng)電網(wǎng)的繼電保護和自動裝置的配置較為合理，

49、從整定計算的結(jié)果來看，該系統(tǒng)是能夠滿足繼電保護的四性的基本要求的。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計是我們對所學相關(guān)專業(yè)知識的綜合運用，是對所學知識的一次檢測。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我對專業(yè)課程知識有了更深一層的認識，學會了運用理論知識來指導實際工程，對電網(wǎng)繼電保護的設(shè)計過程有了深刻的了解，雖然本設(shè)計的電網(wǎng)較為簡單，無法與實際復雜的系統(tǒng)相比，但是在設(shè)計過程中所學到的設(shè)計遵循的章法，分析解決問題的方式以及對理論知識的進一步

50、的鞏固等，都對我們以后在工作和學習中面對實際的系統(tǒng)有很大的幫助。由于這次設(shè)計是我第一次運用理論知識對電網(wǎng)進行設(shè)計，因此遇到了很多的問題，在xx老師的指導及和同學探討下，并通過自己不斷的深入學習，在設(shè)計中嚴格依據(jù)規(guī)程和電網(wǎng)的實際情況，以嚴謹?shù)膽B(tài)度逐步完成了本設(shè)計，最終達到了設(shè)計的要求，當然由于經(jīng)驗不足，設(shè)計中還是有些不足的地方，需要不斷的改進。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b>

51、;</p><p>　　施懷瑾等.電力系統(tǒng)繼電保護（第二版）.重慶大學出版社出版.2005.03.</p><p>　　呂繼紹.電力系統(tǒng)繼電保護設(shè)計原理.水利電力出版社.1986年.12月：5-6，106-148</p><p>　　熊信銀.發(fā)電廠電氣部分（第三版）.中國電力出版社.2004.09.</p><p>　　李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分

52、析（第二版）.中國電力出版社.2005.07.</p><p>　　陳 珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第二版）.中國電力出版社.2004.02.</p><p>　　陳永琳.電力系統(tǒng)繼電保護的計算機整定計算.水利電力出版社.1994.10：2-3，91-108.</p><p>　　中華人民共和國電力行業(yè)標準.220～500kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程.DL/T 55

53、9-94：139-167</p><p>　　吳希再等.電力工程.華中理工大學出版社.1997.03.</p><p>　　黃玉錚.繼電保護習題集.水利電力出版社.1993.06：48-78.</p><p>　　朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護原理與技術(shù).水利電力出版社.1983.10.</p><p>　　余兆榮.電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)發(fā)展前沿.青