35kV电力系统继电保护设计李晓敏

目 录第一章摘要1第二章绪论3第三章 短路计算53.1 参数计算：53.1.1 发电机参数计算：53.1.2 变压器参数计算：63.1.3 线路参数计算：63.2 最大运行方式下三相短路电流计算73.3 最小运行方式下三相短路电流计算：10第四章 继电保护整定计算.134.1 对保护1进行整定：144.1.1 对保护1进行速断保护整定：144.1.2 对保护1进行过流保护整定：154.2 对保护5进行整定：164.2.1 对保护5进行速断保护整定：164.2.2 对保护5进行过流保护整定：17对保护7进行整定：174.3.1 对保护7进行速断保护整定：184.3.2 对保护7进行过流保护整定：18第五章 结论19致谢.20参考文献21第一章 摘要摘 要电力生产发，送，变，用的同时性，决定了它每一个过程重要性。电力系统要通过设计、组织，以使电力能够可靠、经济地送到用户。对供电系统最大的威胁就是短路故障，它会给系统带来巨大的破坏作用，因此我们必须采取措施来防范它。本毕业设计内容为35KV短路计算，主要包括内容有：短路电流计算；继电保护的整定计算。对于一个大电网，故障发生的几率和故障带来的扰动是相当大的，如果没有切除故障的保护装置，电网是不允许运行的。这就是继电保护在实际应用中的重要程度。正确安装保护装置的必要性是显而易见的。但在系统复杂的内部连接和与电厂的关系致使很难检查正确与否。因此有必要采取校验手段。保护是分区域布置的，这样整个电力系统都得到了保护，而不存在保护死区。当故障发生时，保护应有选择地动作，跳开距离故障点最近的开关。本论文较好的应用了电力系统设计根本理论知识，针对35KV电力网络根本特征，分析原始资料，充分保证电力系统平安稳定运行，实现了对线路继电保护。关键词：短路故障，继电保护，电力系统。AbstractBecause the electrical productions generation, transmission and accommodation is synchronous , it decides that each course is important. The purpose of an electrical power system is to generate and supply electrical energy to consumers. The greatest threat to the security of a supply system is the short circuit,which imposes a sudden and sometimes violent change on system operation, We must take precautions to keep it away. The contents of this project is about the short circuit calculation of 35kv system: the short circuit current calculation and relaying protections setting calculation. When the system is large, the chance of a fault occurring and the disturbance that a fault would bring are both so great that without equipment to remove faults the system will become, in practical terms, inoperable. This is the measure of the importance of protective systems in power system. The need for correct installation of protective equipment is obvious, but the complexity of the interconnections of many systems and their relationship to the remainder of the station may make difficult the checking of such correct- ness, verify calculation and setting calculation is therefore necessary. Protection is arranged in zones, which should cover the power system completely, leaving no part unprotected. When a fault occurs the protection is required to select and trip only the neareat circuit breakers.This article takes the 35kV power systems basic feature as pedestal and apply the theory learning of the power sysytem design to assay primitive datum and undertake the power systems secure and relaying protection.KEYWORD: the short circuit, relaying protection, the power system.第二章 绪论继电保护的重要性 电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态。故障和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故。故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统平安运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。而这种保护装置直到目前为止，大都是由单个继电器或者继电器与其附属设备的组合构成的，因而称之继电保护装置。其根本任务2是：1 自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障局部迅速恢复正常运行；2 反响电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号，减负荷或跳闸。 可见，继电保护对保证系统平安、稳定和经济运行，阻止故障的扩大和事故的发生，发挥着极其重要的作用。因此，合理配置继电保护装置，提高整定和校核工作的快速性和准确性，以满足现代电力系统平安稳定运行的要求，理应得到我们的重视。对电力系统继电保护的根本要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个根本要求2，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性；1选择性继电保护动作的选择性是指保护动作装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障局部仍能继续平安运行。2速动性快速的切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在故障发生时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。3灵敏性继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或者不正常运行状态的反响能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，不管短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻都能敏锐感觉，正确反响。4可靠性保护装置的可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不该动作的情况下，那么不应该误动作。第三章 短路计算供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件因此，短路电流计算是进行电网继电保护配置设计的根底。3.1 参数计算：为了简便计算，计算方法采用标幺值法。并且采用以下假设条件：1假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多.具体规定: 对于335KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗.2在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻3选取系统基准容量Sj=100MVA Uj=37Kv Ij=1.56kA XJ3.1.1 发电机参数计算：课题中4台发电机均为125MW即：Pf=125MW COS=0.8 Xd根据公式计算出1#4#发电机的短路阻抗标幺值：Xf1*=Xf2*=Xf3*=Xf4*=3.1.2 变压器参数计算：课题中4台110KV变压器参数：SB=4000kVA=4MVA短路电压百分比： 高-中：Ud12=18%高-低：Ud13=10.5%中-低：Ud23=6.5%根据三圈变压器的短路百分比公式计算出三侧短路百分比：换算得： U1%=1/2(Ud12%+Ud13%-Ud23%)=1/218+10.5-6.5=7U2%=1/2(Ud12%-Ud13%+Ud23%)=1/218-+6.5=11U3%=1/2(-Ud12%+Ud13%+Ud23%)=1/2-+6.5=根据公式计算出1#4#110kv变压器三侧短路阻抗标幺值：XB1II*=XB2II*=XB3II*=XB4II*=XB1I*=XB2I*=XB3I*=XB4I*=XB1III*=XB2III*=XB3III*=XB4III*=3.1.3 线路参数计算：35KV输电线路长度L1=20Km、L2=25Km、L3=35Km、L4=10Kmm根据公式计算出1#4#线路阻抗值：XL1=L1X=200.4=8XL2=L2X=250.4=10XL3=L3X=350.4=14XL4=L4X=100.4=4根据公式换算出1#4#线路阻抗标幺值：XL1*=XL1=8XL2*=XL2=10XL3*=XL3=14XL4*=XL4=43.2 最大运行方式下三相短路电流计算最大运行方式为4台发电机组和4台110kv变压器全部投入运行，进行系统简化，过程如下：首先进行系统变换。将网络中的元件换算成标幺值：然后逐步进行网络简化：最后将网落化简成最简形式如下图： 简化后的网络局部标幺值：XL1*=0.584；XL2*=0.73；XL3*=1.023；XL4*=0.292；X11*=(XBII*+Xf1*+XBIII4解：根据题意在原图网络中A、B、C、D四处发生三相短路时，分别计算出四处的三相短路电流，并换算成有名值：A处：X*j= X11I*j= 1/X11I(3)A.max=Ij1.46=2.28kAB处： X*j = XL1*/(XL2+ XL3*)+ X11* I*j= 1/Xj I(3)= Ij0.89 =1.39kAC处：X*j= X11*+(XL1*+XL2*)/XL3*I*j= 1/XjI(3)= Ij0.79=1.24kAD处：X*j= X11*+(XL1*+XL2*)/XL3* + XL4*I*j= 1/XjI(3)= Ij0.64=1.00kA 3.3 最小运行方式下三相短路电流计算：最小运行方式：1#发电机组停止运行，线路1退出运行，进行检修。首先进行系统变换，将网络中的元件换算成标幺值：化简电抗图，合并得出： 网络最简形式下各局部的阻抗标幺值：XL2*=0.73；XL3*=1.023；XL4*=0.292；X22*=(XBII*+Xf1*+XBIII解：根据题意在原图网络中A、B、C、D四处发生三相短路时，分别计算出四处的三相短路电流，并换算成有名值：A处：X*j= X22I*j= 1/X22I(3)=Ij1.10=1.72kAB处：X*j= X22*+XL3*XL2* I*j= 1/Xj I(3)=Ij0.38=0.59kAC处： X*j= X22*+XL3*I*j= 1/XjI(3)=Ij0.52=0.81kAD处： X*j= X22*+XL3*+XL4*I*j= 1/XjI(3)=Ij0.45=0.7kA第四章 继电保护整定计算.根据3110kV电网继电保护装置运行整定规程 DL/T 58495 1电流速断保护 ： a.双侧电源线路的方向电流速断保护定值，应按躲过本线路末端最大三相短路电流整定；无方向的电流速断保护定值应按躲过本线路两侧母线最大三相短路电流整定。对双回线路，应以单回运行作为计算的运行方式，对环网线路，应以开环方式作为计算的运行方式。 b.单侧电源线路的电流速断保护定值，按双侧电源线路的方向电流速断保护的方法整定。c. 对于速短保护保护范围的校验：要求无时限电流速短保护，在系统最小运行方式下发生两相短路时的最小保护范围应大于被保护线路全长的15%-20%。2过电流保护 ： 保护定值应与相邻线路的延时段保护或过电流保护配合整定，其电流定值还应躲过最大负荷电流，最大负荷电流的计算应考虑常见运行方式下可能出现的最严重情况，如双回线中一回断开、备用电源自投、环网解环、由调度方式部门提供的事故过负荷、负荷自起动电流等。在受线路输送能力限制的特殊情况下，也可按输电线路所允许的最大负荷电流整定。 延时电流速断段保护的电流定值在本线路末端故障时应满足如下灵敏系数的要求： a.对50km以上的线路不小于； b.对2050km的线路不小于； c.对20km以下的线路不小于。 过电流保护的电流定值在本线路末端故障时要求灵敏系数不小于，在相邻线路末端故障时力争灵敏系数不小于。下面就是分别对原网络图中1、5、7三台开关速断保护和过流保护的整定：4.1 对保护1进行整定：4.1.1 对保护1进行速断保护整定：首先计算1开关前的最小运行方式下和最大运行方式下的三相短路阻抗：X=X*JAmaxXJ13.69=9.36()X= X*JA minXJ 13.69=12.49()一次动作电流：ISU1=Kk I(3)1.39=1.529(kA) 对速断保护的校验：rb=- X = -9.36=2.74()Lbh%= rb /XL1=2.74/815%故满足要求;4.1.2 对保护1进行过流保护整定：最大负荷电流计算：I=0.39(kA)动作电流按夺过最大负荷电流来整定IG= Kk Kzq=0.826(kA)灵敏度校验：作为本线路的后备保护：KSEN=0.59/0.8261.5 不合格作为下一条线路的后备保护：KSEN=0.81/0.8261.2 不合格4.2 对保护5进行整定：4.2.1 对保护5进行速断保护整定：对环网线路，应以开环方式作为计算的运行方式：计算开关5前的最小运行方式下和最大运行方式下的三相短路阻抗：X=X*JCmaxXJ =1.259*13.69=17.24()X=X*JCmaxXJ =1.935*13.69=26.49()一次动作电流：ISU1=Kk I(3)2.28=2.964(kA) 对速断保护的校验：rb=- X = -17.241.5 合格4.3 对保护7进行整定：4.3.1 对保护7进行速断保护整定：首先计算开关7前的最小运行方式下和最大运行方式下的三相短路阻抗：X=X*JCmaxXJ =1.259*13.69=17.24()X=X*JCmaxXJ =1.935*13.69=26.49()一次动作电流：ISU1=Kk I(3)1=1(kA) 对速断保护的校验：rb=- X = -17.24=1.26()Lbh%= rb /XL4=1.26/415%故满足要求;4.3.2 对保护7进行过流保护整定：最大负荷电流计算：I=0.39(kA)动作电流按夺过最大负荷电流来整定IG= Kk Kzq=0.826(kA)灵敏度校验：作为本线路的后备保护：KSEN=0.7/0.8261.5 不合格第五章 结论根据以上计算结果得出以下结论：1上图中开关1无时限电流速短保护可满足要求，但是过流保护即不能作为本侧的后备保护，也不能作为下一段线路的后备保护。2上图中开关5无时限电流速短保护不满足要求，但是本侧的过流保护却满足要求。3上图中开关7无时限电流速短保护可满足要求，但是本侧过流保护不合格，不能作为本侧的后备保护致谢参考文献1钟大文：?电力工程电气设计手册?电气一次局部，水利电力出版社，1989年2卓乐友、董柏林：?电力工程电气设计手册?电气二次局部，水利电力出版社，1993年3谢承鑫、王立昌：?工厂常用电气设备手册?上册，下册，补充册，水利电力出版社，1993年4范锡普：?发电厂电气局部?，水利电力出版社，1993年5 陈景惠：?发电厂及变电站二次接线?，发水利电力出版社，1992年6于长宫：?现代控制理论?，哈尔滨工业大学出版社，19987张冠生：?电器学?，机械工业出版社，19898沈安军：?电气自动控制?， 机械工业出版社，19869杨可桢 程光蕴：?机械设计根底?，高等教育出版社，199810?发电厂变电所电气主接线和布置?，西北电力设计院编水利电力出版社，1984年11?短路电流实用计算?，西安交通大学水利电力出版社1979年12?电力系统规划设计手册? 甘肃省水利电力局西北电力设计院合编1974年13里瑞荣 ?短路电流实用计算?，西安交通大学水利电力出版社1979年14王梅义. ?高压电网继电保护运行技术M ?15朱声石. ?高压电网继电保护原理与技术(第三版)M ?16崔家佩、孟庆炎、陈永芳等. ?电力系统继电保护与平安自动装置整定计算M ? 17万千云 ?电力系统运行实用技术问答? 中国电力出版社 2004年18罗士萍 ?微机保护实现原理及装置?中国电力出版社 2001年19 SQUIRE D.ELECTRICAL CONTROL EQUIPMENT,198420 I.L.KONSOW,CONTROL OF ELECTRCMACHINES,198321 Electric Power Applications IEE Conference Publication J.T Boys January 1989