继电保护整定计算报告

课程设计报告

( 2013—2014年度第一学期)

名 称： 继电保护整定计算 院 系： 电气与电子工程学院 班 级： 电气1003 学 号： ********** 学生姓名： 指导教师： 肖仕武、薛安成 设计周数： 两周

成 绩：

日期： 2013年 12月25日

一、课程设计(综合实验)的目的与要求

1.课程设计的目的

1)巩固《电力系统继电保护原理》课程的理论知识，掌握运用所学知识分析和解决生产实际问题的能力。

2)通过对国家行业颁布的有关技术规程、规范和标准学习，建立正确的设计思想，理解我国现行的技术政策。

3)初步掌握继电保护设计的内容、步骤和方法。 4)提高计算、制图和编写技术文件的技能。

2.对课程设计的要求

1)理论联系实际。对书本理论知识的运用和对规程、规范的执行必须考虑到任务书所规定的实际情况，切忌机械地搬套。

2)独立思考。在课程设计过程中，既要尽可能参考有关资料和主动争取教师的指导，也可以在同学之间展开讨论，但必须坚持独立思考，独自完成设计成果。

3)认真细致。在课程设计中应养成认真细致的工作作风，克服马虎潦草不负责的弊病，为今后的工作岗位上担当建设任务打好基础。 4)按照任务书规定的内容和进度完成。

二、设计（实验）正文

1. 某一水电站网络如图1所示。 已知：

（1） 发电机为水轮立式机组，功率因数为0.8、额定电压6.3kV、次暂态电抗为0.2，负序阻抗为0.24；

（2） 水电站的最大发电容量为2×5000kW，最小发电容量为5000kW，正常运行方式发电容量为2×5000kW；

（3）. 平行线路L1、L2同时运行为正常运行方式；

（4） 变压器的短路电压均为10％，接线方式为Yd-11，变比为38.5/6.3kV。 （5） 负荷自起动系数为1.3 ； （6） 保护动作是限级差△t ＝ 0.5s ；

（7） 线路正序电抗每公里均为 0.4 Ω，零序电抗为3倍正序电抗；

图1

试求：

（1） 确定水电站发电机、变压器相间短路主保护、后备保护的配置方式；

答：对于水电站发电机，相间短路保护的主保护采用纵联差动保护，后备保护应配置低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序电流保护和阻抗保护。对于变压器，相间短路的主保护采用纵联差动保护，并配置复合电压启动的过电流保护或低电压闭锁的过电流保护作为后备保护。

（2） 确定6QF断路器的保护配置方式，计算它们的动作定值、动作时限，并进行灵敏度校验；

答：系统等值电路的参数标么值，选取 SB6.3MVA，UB38.5kV，各部分等值参数如下：

发电机：XG*X*N''''SB6.30.20.202 SN5/0.82UTNS变压器：XT*X*NB0.1 2STNUB输电线路：XL1*XL2*rlSB6.30.4400.068 22UB38.5 XL3*rlSB6.30.4560.095 2UB38.52SB6.30.4180.031 22UB38.5SB6.30.4180.031 2UB38.52 XL4*rl XL5*rl

系统等值阻抗图如下：

图2

6QF断路器位于线路末端，与无穷大电网连接，运行方式变化大，三段式电流保护仅能配置Ⅰ段保护。

电流Ⅰ段：按躲过本线路末端发生短路时的最大短路电流整定。 D节点最大短路电流：

Ik.max1SB0.5XG*0.5XT*0.5XBC*XCD3U

6.30.3712kA3350.1010.050.0340.095动作定值：Iset6KrelIk.max1.20.37120.4859(kA)

电流速断保护保护范围校验：

Lmin61zCDUU2138.535220.48590.28606.30 2IⅠZ*S0.4Bset.6电流Ⅱ段：保护范围延伸至下级线路，与下级线路电流Ι段配。

末端节点最大短路电流：

Ik.max1SB0.5XG*0.5XT*0.5XBC*XCDXDN3U

6.30.3342kA3350.1010.050.0340.0950.031IIIⅡ段动作定值：Iset6KrelKrelIkmax1.11.20.33420.4411kA

II t灵敏性校验：

tIt0.5s

Ik.min KsenII31SB2XG*0.5XT*0.5XBC*XCDXDN3U36.30.2184kA23350.2020.050.0340.0950.031

Ikmin1.3 IIIset6相应分析：保护范围校验不满足要求。由于系统运行方式变化大，故一般的电流保护不满足

灵敏性与可靠性的要求，且末端仍有一段线路，故一般配置距离保护。

II距离保护Ⅰ段：整定阻抗Zset6KrelLCDz10.8560.417.92

距离保护Ⅱ段：整定阻抗

IIIIIZset6Krel(LCDz1KrelLDNz1)0.8(560.40.8180.4)22.528

灵敏度校验：KIIsenIIZset22.52861.007<1.25 ZCD0.456灵敏度不满足要求

距离保护Ⅲ段：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定

ZLCD.min20.95UN0.953UN0.9533520.8161.254 ILCD.maxSmax25Ⅲ距离保护Ⅲ段整定值Zset6ZLCD.minKrelKssKre161.25486.14

1.21.31.2ⅢZset86.146距离保护Ⅲ段灵敏度校验：Ksen3.851.5

ZCD560.4灵敏度满足要求，且tIII0.5s

（3） 确定平行线路L1、L2的的1QF、3QF相间短路主保护和后备保护，计算它们的动作定值、动作时限，并进行灵敏度校验；

答：由上，易知系统运行情况变化大，一般的电流保护均无法满足要求，故采用距离保护，而距离保护Ⅱ段在双回线并列运行时线路末端短路时易误动，故配置距离保护Ⅰ段和Ⅲ段。以1QF为例，整定计算如下：

ⅠⅠ距离保护Ⅰ段：整定阻抗 Zset1KrelLBCz10.8400.412.8

距离保护Ⅲ段：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定

ZLBC.min20.95UN0.953UN0.9533520.8161.254 ILBC.maxSmax25Ⅲ距离保护Ⅲ段整定值Zset1ZLBC.minKrelKssKre162.25486.14

1.21.31.2ⅢZset86.146距离保护Ⅲ段灵敏度校验Ksen5.3841.5

ZBC400.4IIIIII灵敏度满足要求，且Ⅲ段动作时间：t1t6t0.5s

3QF的整定计算过程和结果与1QF相同。

（4） 假设平行线路L1、L2两侧配置有三相重合闸，计算三相重合闸装置的整定值。 答：按最不利情况考虑，本侧先跳闸，对侧保护延时跳闸

tARC(tp.2tQF.2tut裕度)(tp.1tQF.1)0.8~1.5s

取典型值1s。

（5） 继电保护6QF的接线图及展开图。

答：6QF的接线图如图3所示。第I段距离保护由电流继电器KA1、KA2、中间继电器KM和信号继电器KS1组成。第II段距离保护由电流继电器KA3、KA4、时间继电器KT1及信号继电器KS2组成。第III段距离保护由电流继电器KA5、KA6、KA7、时间继电器KT2及信号继电器KS3组成。其中，电流继电器KA7接于A、C两相电流之和的中性线上，相当于B相继电器，则第III段距离保护组成了三相式保护。

图3

展开图如图4所示。

图4

2.已知一配电网络如图5所示。已知：

（1） 系统中各变压器参数如图所示，忽略变压器电阻； （2） 变压器T1与T2之间的电缆L1参数：

r10.153(/kM)，x10.119(/kM)，r03r1,x03x1

母线LA与LE之间的电缆L2参数：

r10.163(/kM)，x10.087(/kM)，r03r1,x03x1。

（3） 变压器T1、T2参数如图中所示，其中变压器T1中性线阻抗Z0=20。 （4） 高压母线HA以上部分的在10kV电压等级下系统阻抗为：

Xs.HA.max2.0， Xs.HA.min1.0

（5） 低压0.4kV开关CB510下级直接与负荷相连，400A为其额定电流。低压开关CB504、CB505也是如此。

图5

试求：

（1） 电力系统中各断路器所配置的电流三段式保护进行定值整定，进行灵敏性校验； 答：选取基准容量SB4MVA，基准电压为各段平均电压。 高压母线HA以上部分

Xs.HAmax*Xs.HAmaxSB2.040.072622UB10.51Xs.HAmin*变压器T1和T2

Xs.HAminSB1.040.0363 22U10.52UTNS4XT1*X*1NB0.060.06 2STNUB4XT2*0.06电缆线路L1和L2 RL1*rl40.12 2SB440.1531820.00805 XL1*0.1191820.00626 UB3737 RL2*0.1630.240.815 20.4 XL2*0.0870.240.435 20.4系统等值阻抗图6如下：

图6

电流Ⅰ段： CB107 ：

系统最大运行方式下电缆线路L1末端三相短路时

Ik.L1.max1S4B606.7A

Xs.HAmin*XT1*ZL1*3U0.103337ⅠⅠ动作电流Iset.107KrelIk.L1.max1.2606.7728.04A

保护范围校验

Lmin1071UU2137372ⅠZ*20.7280.132640 0.194zL12ISBset.107

CB108：系统最大运行方式下变压器T2末端三相短路时

Ik.T2.max1Xs.HAmin*XT1*ZL1*XT2*SB4280.3A 3U0.223337

II动作电流Iset.108KrelIk.T2.max1.2280.3336.36A

CB503：系统最大运行方式下电缆线路L2末端三相短路时

Ik.L2.max1S4B5.48kA

Xs.HAmin*XT1*ZL1*XT2*ZL2*3U1.0530.4II动作电流Iset.503KrelIk.L2.max1.25.486.576kA

保护范围校验

1UU210.40.42ⅠLmin503Z*26.5760.26284107.7m 0.185zL22ISBset.503

电流II段：

IIIIIICB107 ：动作电流Iset.107KrelIset.1081.1336.36370A III动作时间tset.107tset.108t0.5s

系统最小运行方式下电缆线路L1末端两相短路时

Ik.L1.min灵敏度校验

31S4B388.9A 2Xs.HAmax*XT1*ZL1*3U20.13937Ik.L1.min388.91.05 IIIset.107370IIKsen.107

CB108: 动作电流Iset.108KrelIset.5031.16576III动作时间tset.108tset.503t0.5s

IIIII0.478.2A 37系统最小运行方式下变压器T2末端两相短路时

Ik.T2.min 灵敏度校验 Ksen.108IIS314B208.7A 2Xs.HAmax*XT1*ZL1*XT2*3U20.25937Ik.T2.min208.72.67 IIIset.10878.2

电流Ⅲ段：

CB506：动作电流IIIIset.506IIIKrelKss1.21.3I506.max400693.3A

Kre0.9III动作时间tset5060.5s

CB504：动作电流IIIIset.504IIIKrelKss1.21.3I504.max500866.7A

Kre0.9III动作时间tset5040.5s

CB505：动作电流IIIIset.505IIIKrelKss1.21.3I505.max400693.3A

Kre0.9III动作时间tset5040.5s

CB503： 动作电流IIIIset.503IIIKrelKss1.21.3IL2.max9001.56kA

Kre0.9III动作时间tset5030.5st1.0s

CB108：动作电流IIIIset.108IIIKrelKss1.21.30.4IT2.max130024.36A

Kre0.937IIIIII动作时间tset108tset503t1.5s

CB107：动作电流IIIIset.107IIIKrelKss1.21.30.4IL1.max130024.36A

Kre0.937IIIIII动作时间tset107tset108t2.0s

（2） 对系统中所配置的零序电流保护进行定值整定，进行灵敏性校验；

答：根据系统的中性点接地方式，在CB107上，可配置零序电流保护Ⅰ段和Ⅲ段，而降压变压器后无零序通路，无需配置II段。

L1线路末端母线发生接地短路故障时，各序阻抗分别为：

ZL1.1.min*ZL1.2.min*0.103 ZL1.0*Z0SBZL10*0.0686 U2在系统最大运行方式下，L1线路末端发生两相接地短路故障时，零序电流

ZL12*ZL10*ZL12*ZL10*ZL11*ZL12*ZL10* 0.1034259.8A0.1030.06863370.1030.06860.1030.1030.0686Ik0.L1.max1,1ZL12*SB3U在系统最大运行方式下，L1线路末端发生单相接地短路故障时，零序电流

Ik10.L1.max 零序电流Ⅰ段

Z1L11*ZL12*ZL10*SB14227.3A0.10320.06863U337Ⅰ1,1IⅠset107Krel3Ik0.L1.max1.253259.8974.25A

零序电流Ⅲ段按躲过L1线路末端三相短路的最大不平衡电流整定

ⅢⅢIset107KrelKnpKstKerIk.L1.max1.251.50.50.1606.756.88A

)Ik(1227.30.L1.maxIII4.0

Iset.10756.88零序电流Ⅲ段按本线路末端单相接地短路校验灵敏度K灵敏度满足要求

Ⅲsen（3） 对配置继电保护方案进行评价，如有缺陷提出改进措施。

答：CB107电流Ⅰ段在系统最小运行方式下对于相间短路故障不具有足够的保护范围，且电流Ⅱ段的灵敏系数不满足要求，应加入低电压启动元件，降低动作定值，提高灵敏度，或者采用距离保护来替代电流保护。

零序电流保护作为系统接地短路故障的主保护，由于受到系统中性点接地方式的影响，在上述配电网中，零序电流保护的作用范围较小，且无法和相邻的线路或变压器配合。

3.110kV单电源环形网络如图7所示。 已知：

（1） 线路AB、BC、AC的最大负荷电流分别为230Ａ、150Ａ、230Ａ，负荷的自起动系数为1.5；

（2） 网络中各线路采用带方向或不带方向的电流电压保护、零序电流保护或距离保护，变压器采用纵联差动保护作为主保护，变压器为Ｙd11 接线；

（3） 发电厂的最大发电容量为3×50MW，最小发电容量为1×50MW（2台发变组停运）； （4） 各变电所引出线上的后备保护动作时间如图示，后备保护的时限级差△ t ＝ 0.5s ； （5） 线路的电抗每公里均为 0.4 Ω，忽律电阻；

（6） 电压互感器的变比110/0.1，AB、AC线路电流互感器变比300/5，其它参数如图所示。

图7

试求：

（1） 确定继电保护1、2、3、4、5、6的保护配置方式，以及它们的动作定值和动作时限； 答：环网由于运行模式复杂，采用电流保护易造成灵敏度低，保护范围小等问题，因此拟用距离保护。

距离保护涉及阻抗

线路：ZAB400.416 ZBC300.412 ZAC500.420 母线B侧一台变压器：ZTB11520.10569.43

2011520.10569.43

20母线C侧一台变压器：ZTC距离保护Ⅰ段：

II1QF Zset.1KrelZAB0.851613.6 II2QF Zset.2KrelZAB0.851613.6 II3QF Zset.3KrelZBC0.851210.2 II4QF Zset.4KrelZBC0.851210.2 II5QF Zset.5KrelZAC0.852017

IIⅠ6QFZset.6KrelZAC0.852017

I动作时限均为tset0

距离保护Ⅱ段

1QF ：与3QF距离保护Ⅰ段配合

IIIIⅠZset1610.220.96 .1KrelZABZset.30.8按躲过母线B处变压器电压侧出口短路整定，分支系数

Kb1.minZABZBCZAC481.5

ZBCZAC32IIIIZset161.50.569.4347.65 .1KrelZABK1.min0.5ZTB0.7IIIII取较小者，Zset.120.96 tset.1tset.3t0.5s

灵敏度校验：KIIsen.1IIZset20.96.11.311.25 满足要求 ZAB163QF ：与5QF距离保护Ⅰ段配合

IIIIIⅠZsetKZZ161723.1 .3relBCset.50.7按躲过母线C处变压器电压侧出口短路整定，此处分支系数

Kc3.minZABZBCZAC482.4ZAC20IIIIZset122.469.43125.04 .3KrelZBCKc3.minZTC0.7IIIII取较小者，Zset.326.4 tset.3tset.5t0.5s

灵敏度校验：KIIsen.3IIZset23.1.31.9251.25 满足要求 ZAB12

6QF ：与4QF距离保护Ⅰ段配合

IIIIIZset.6KrelZACZset.40.72010.221.14

按躲过母线C处变压器电压侧出口短路整定，分支系数

Kc6.minZABZBCZAC481.71

ZBCZAB28IIIIZset.6KrelZACKc6.minZTC0.7201.7169.4397.11

IIIII取较小者，Zset.621.14 tset.6tset.4t0.5s

灵敏度校验：KIIsen.6IIZset21.14.31.0571.25 ZAC20 不满足要求

4QF ：与2QF距离保护Ⅰ段配合

IIIIIZset1213.617.92 .4KrelZBCZset.20.7按躲过母线B处变压器电压侧出口短路整定，分支系数

Kb2.minZABZBCZAC483

ZAB16IIIIZset1230.569.4381.165 .4KrelZBCK1.min0.5ZTB0.7IIIII取较小者，Zset.417.92 tset.4tset.2t0.5s

灵敏度校验：KIIsen.4IIZset17.92.41.491.25 满足要求 ZBC12

距离Ⅲ段：

5QF：按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定

ZLAC.min0.9UN0.9110248.5

3Imax30.23考虑自启动系数与返回系数后

ⅢZset.5ZLAC.min248.5120.05

KrelKssKre1.21.51.15III按躲过最大振荡周期整定 tset.51.5s

近后备灵敏度校验KIIIsen1.5IIIZset120.05.56.01.5 满足要求 ZAC20

3QF:按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定

ZLBC.min考虑自启动系数与返回系数后

ⅢZset.30.9110381.05

30.15ZLBC.min381.05184.1

KrelKssKre1.21.51.15IIIⅢ动作时间tset.3maxtCt,tset.5t2.0s

近后备灵敏度校验KⅢsen1.3ⅢZset184.1.1\\315.31.5 满足要求 ZBC12ⅢZset184.1.35.81.2 满足要求 ZBCZAC1220远后备灵敏度校验KⅢsen2.3

1QF：按照躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定

ZLAB.min考虑自启动系数与返回系数后

Zset.1III0.9UN0.9110248.5

3Imax30.23ZLAB.min248.5120.05

KrelKssKre1.21.51.15IIIIII动作时间tset.1maxtBt,tset.1t2.5s

近后备灵敏度校验

KIIIsen1.1IIIZset120.05.17.51.5 ZAB16满足要求

远后备灵敏度校验

KIIIsen2.1IIIZset120.05.14.31.2 满足要求 ZABZBC16122QF、4QF与6QF与上相同。

（2） 保护3（或4）的继电保护接线图及展开图；

答：第I段距离保护由电流继电器KA1、KA2、中间继电器KM和信号继电器KS1组成。第II段距离保护由电流继电器KA3、KA4、时间继电器KT1及信号继电器KS2组成。第III段距离保护由电流继电器KA5、KA6、KA7、时间继电器KT2及信号继电器KS3组成。其中，电流继电器KA7接于A、C两相电流之和的中性线上，相当于B相继电器，则第III段距离保护组成了三相式保护。

图8

展开图如图9所示。

图9

（3） 对本网络所采用的保护进行评价。

答：由于网络为110kV单电源环形网络，受外负荷影响，系统运行方式变化大。采用距离保护，保护区稳定，灵敏度高，可有效避免电流保护的不足。对于整定值结果，线路两侧断路在同一故障时动作时间不一定相同，这可能无法达到对故障快速切除的要求。因此在需全

线快速切除故障的保护中，可以与纵联保护进行配合。

三、课程设计总结

继电保护定值计算设计所涉及的方面很多，尤其是初期材料收集工作在本次课程设计中没有体现。但是根据比实际简单的网络接线图，计算与设计的继电保护仍是基于较为理想情况下的。尽管如此，对我践学继电保护理论及其相关知识仍有不可度量的巨大作用，查缺补漏，进一步掌握了以前所学知识。

四、参考文献

[1]张保会, 尹项根 《电力系统继电保护》. 中国电力出版社, 第一版. 2005年5月 [2]中国电力企业联合会 《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》.GB/T 50062-2008.中国计划出版社, 第一版. 2009年4月

[3]崔家佩等.《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》.水利电力出版社,第一版.1993年3月.