南華大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)第 1 頁(yè) 共 55 頁(yè)前言電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門主要課程,主要包括課堂講學(xué)、課程設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要部分。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，本專業(yè)特安排了本次課程設(shè)計(jì)。電能是現(xiàn)代社會(huì)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(guò)變壓器和不同電壓等級(jí)的輸電線路輸送并被分配給用戶，再通過(guò)各種用電設(shè)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(guò)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(shí),保護(hù)線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，分別為運(yùn)行方式的選擇、電網(wǎng)各個(gè)元件參數(shù)及負(fù)荷電流計(jì)算、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、對(duì)所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中短路電流的計(jì)算和電氣設(shè)備的選擇是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。通過(guò)此次線路保護(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)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。南華大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)第 2 頁(yè) 共 55 頁(yè)1 原始資料1.1 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+225=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=0.4/km, X 0=0.4/km。(4) 變壓器均為 YN，D11，1102.5%/10.5KV, U K=10.5%(5) t=0.5S, 負(fù)荷側(cè)后備保護(hù) tdz=1.5S,變壓器和母線均配置有差動(dòng)保護(hù)，Kzq=1.3(6) 發(fā)電廠升壓變中性點(diǎn)直接接地，其他變壓器不接地。1.2 任務(wù)(1) 電網(wǎng)運(yùn)行方式分析。(2) 各開(kāi)關(guān)保護(hù)配置方案，計(jì)算配置各線路的保護(hù)及計(jì)算出各保護(hù)的二次動(dòng)作值（設(shè) X1= X2） 。(3) 檢驗(yàn)各保護(hù)的靈敏度。(4)設(shè)計(jì)一套電壓二次回路斷線閉鎖裝置，二次斷線時(shí)閉鎖，故障時(shí)開(kāi)放。（選做）(5)繪制 7DL 保護(hù)的展開(kāi)圖。 （選做）1.3 要求 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（含短路電流計(jì)算，保護(hù)整定，校驗(yàn)，AUOCAD 繪制保護(hù)配置原理圖等） 。南華大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)第 3 頁(yè) 共 55 頁(yè)110KV 線路繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)摘要：為給 110KV 單電源環(huán)形電網(wǎng)進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)計(jì)，首先選擇過(guò)電流保護(hù)，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行短路電流計(jì)算，包括適中電流的正序、負(fù)序、零序電流的短路計(jì)算，整定電流保護(hù)的整定值。在過(guò)電流保護(hù)不滿足的情況下，相間故障選擇距離保護(hù)，接地故障選擇零序電流保護(hù)，同時(shí)對(duì)距離保護(hù)、零序電流保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算，并用 AUOCAD 繪制出保護(hù)配置原理圖。關(guān)鍵詞 ：繼電保護(hù)、短路電流、整定計(jì)算 summary: In order to ring 110 KV single power grid to relay design, the first choice over-current protection, short-circuit current of the power network, including the positive sequence moderate current, negative sequence, zero-sequence of short-circuit current, the current protection of the entire tuning value. In the over-current protection are not satisfied with the circumstances, select a distance phase fault protection, choice of zero-sequence fault current protection At the same time, distance protection, and zero-sequence current protection to the entire set, and used to map out protection configuration AUOCAD schematic.keywords: Protection, short-circuit current, setting calculation南華大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)第 4 頁(yè) 共 55 頁(yè)1 運(yùn)行方式的選擇1.1 運(yùn)行方式的選擇原則1.1.1 發(fā)電機(jī)、變壓器運(yùn)行方式選擇的原則(1)一個(gè)發(fā)電廠有兩臺(tái)機(jī)組時(shí)，一般應(yīng)考慮全停方式，一臺(tái)檢修，另一臺(tái)故障；當(dāng)有三臺(tái)以上機(jī)組時(shí)，則選擇其中兩臺(tái)容量較大機(jī)組同時(shí)停用的方式。對(duì)水電廠，還應(yīng)根據(jù)水庫(kù)運(yùn)行方式選擇。(2)一個(gè)發(fā)電廠、變電站的母線上無(wú)論接幾臺(tái)變壓器，一般應(yīng)考慮其中容量最大的一臺(tái)停用。1.1.2 變壓器中性點(diǎn)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(diǎn)均要接地。(2)自耦型和有絕緣要求的其它變壓器，其中性點(diǎn)必須接地。(3)T 接于線路上的變壓器，以不接地運(yùn)行為宜。(4)為防止操作過(guò)電壓，在操作時(shí)應(yīng)臨時(shí)將變壓器中性點(diǎn)接地，操作完畢后再斷開(kāi)，這種情況不按接地運(yùn)行考慮。1.1.3 線路運(yùn)行方式選擇原則(1)一個(gè)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(shí)停用。1.1.4 流過(guò)保護(hù)的最大、電小短路電流計(jì)算方式的選擇(1)相間保護(hù)對(duì)單側(cè)電源的輻射形網(wǎng)絡(luò)，流過(guò)保護(hù)的最大短路電流出現(xiàn)在最大運(yùn)行方式；而最小短路電流，則出現(xiàn)在最小運(yùn)行方式。對(duì)于雙電源的網(wǎng)絡(luò)，一般（當(dāng)取 Z1=Z2 時(shí)）與對(duì)側(cè)電源的運(yùn)行方式無(wú)關(guān)，可按單側(cè)電源的方法選擇。對(duì)于環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)中的線路，流過(guò)保護(hù)的電大短路電流應(yīng)選取開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式，南華大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)第 5 頁(yè) 共 55 頁(yè)開(kāi)環(huán)點(diǎn)應(yīng)選在所整定保護(hù)線路的相鄰下一線線路上。而對(duì)于電小短路電流，則應(yīng)選閉環(huán)運(yùn)行方式，同時(shí)再合理停用該保護(hù)背后的機(jī)組、變壓器及線路。(2)零序電流保護(hù)對(duì)于單側(cè)電源的輻射形網(wǎng)絡(luò)，流過(guò)保護(hù)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(diǎn)的變化。對(duì)于雙電源的網(wǎng)絡(luò)及環(huán)狀網(wǎng)，同樣參照相間短路中所述，其重點(diǎn)也是考慮變壓器接地點(diǎn)的變化。1.1.5 選取流過(guò)保護(hù)的最大負(fù)荷電流的原則選取流過(guò)保護(hù)的最大負(fù)荷電流的原則如下：(1)備用電源自動(dòng)投入引起的增加負(fù)荷。(2)并聯(lián)運(yùn)行線路的減少，負(fù)荷的轉(zhuǎn)移。(3)環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)環(huán)運(yùn)行，負(fù)荷的轉(zhuǎn)移。(4)對(duì)于雙側(cè)電源的線路，當(dāng)一側(cè)電源突然切除發(fā)電機(jī)，引起另一側(cè)增加負(fù)荷。1.2 本次設(shè)計(jì)的具體運(yùn)行方式的選擇電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，直接影響保護(hù)的性能。因此，在對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)弊之前，首先應(yīng)該分析運(yùn)行方式。這里要著重說(shuō)明繼電保護(hù)的最大運(yùn)行方式是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過(guò)保護(hù)的電流值最大，繼電保護(hù)的最小運(yùn)行方式是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過(guò)保護(hù)的電流值最小。因此，系統(tǒng)的最大運(yùn)行方式不一定就是保護(hù)的最大運(yùn)行方式；系統(tǒng)的最小運(yùn)行方式也不一定就是保護(hù)的最小運(yùn)行方式?，F(xiàn)結(jié)合本次設(shè)計(jì)具體說(shuō)明如下，系統(tǒng)的最大運(yùn)行方式是所有設(shè)備全部投入運(yùn)行；系統(tǒng)的最小運(yùn)行方式為發(fā)電機(jī) G1 和 G2 投入，發(fā)電機(jī) G3 停運(yùn)。對(duì)保護(hù)1 而言，其最大運(yùn)行方式應(yīng)該是在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下線路 L1 回路斷開(kāi)，其他設(shè)備全投；保護(hù) 1 的最小運(yùn)行方式應(yīng)該是：在系統(tǒng)的最小運(yùn)行方式下線路L1+L2 與 L3 并聯(lián)運(yùn)行。南華大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)第 6 頁(yè) 共 55 頁(yè)2電網(wǎng)各個(gè)元件參數(shù)計(jì)算及負(fù)荷電流計(jì)算2.1 基準(zhǔn)值選擇基準(zhǔn)功率：S B=100MVA，基準(zhǔn)電壓：V B=115V。基準(zhǔn)電流：I B=SB/1.732 VB=100103/1.732115=0.502KA；基準(zhǔn)電抗：Z B=VB/1.732 IB=115103/1.732502=132.25；電壓標(biāo)幺值： E=E(2)=1.052.2 電網(wǎng)各元件等值電抗計(jì)算2.2.1 輸電線路等值電抗計(jì)算(1) 線路 L1 等值電抗計(jì)算正序以及負(fù)序電抗：X L1= X1L1=0.450=20XL1*= XL1/ ZB=20/132.25=0.1512零序電抗：X L10= X0L1= 3X1L1=30.450=60XL10*= XL10/ ZB=60/132.25=0.4537(2) 線路 L2 等值電抗計(jì)算正序以及負(fù)序電抗：X L2= X1L2=0.440=16XL2*= XL2/ ZB=16/132.25=0.121零序電抗：X L20= X0L2= 3X1L2=30.440=48XL20*= XL20/ ZB=48/132.25=0.363(3) 線路 L3 等值電抗計(jì)算正序以及負(fù)序電抗：X L3= X1L3=0.490=36XL3*= XL3/ ZB=36/132.25=0.2722零序電抗：X L30= X0L3= 3X1L3=30.490=108XL30*= XL30/ ZB=108/132.25=0.8166(4) 線路 L4 等值電抗計(jì)算南華大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)第 7 頁(yè) 共 55 頁(yè)正序以及負(fù)序電抗：X L4= X1L4=0.425=10XL4*= XL4/ ZB=10/132.25=0.0756零序電抗：X L40= X0L4= 3X1L4=30.425=30XL40*= XL40/ ZB=30/132.25=0.22682.2.2 變壓器等值電抗計(jì)算(1) 變壓器 T1、T2 等值電抗計(jì)算XT1= XT2=(UK%/100)(VN2103/ SN)40.333XT1*= XT2*=XT1/ ZB=40.333/132.25=0.3050(2) 變壓器 T3 等值電抗計(jì)算XT3=(UK%/100)(VN2103/ SN)21.175XT3*=XT3/ ZB=21.175/132.25=0.1601(3) 變壓器 T4、T5、T6、T7 等值電抗計(jì)算XT4= XT5=XT6= XT7=(UK%/100)(VN2103/ SN)63.5XT6*= XT7* = XT4*= XT5*=0.4802(4) 變壓器 T8 等值電抗計(jì)算XT1=(UK%/100)(VN2103/ SN)84.7XT8*= XT8/ ZB=84.7/132.25=0.64052.2.3 發(fā)電機(jī)等值電抗計(jì)算(1)發(fā)電機(jī) G1、G2 電抗標(biāo)幺值計(jì)算XG1* = XG2*=Xd1SB/ SG1= Xd1SB COS/ P G1=0.1321000.8/25=0.4224(2)發(fā)電機(jī) G3 電抗標(biāo)幺值計(jì)算XG3*=Xd3SB/ SG3= Xd3SB COS/ P G3=0.1291000.8/50=0.2064南華大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)第 8 頁(yè) 共 55 頁(yè)2.2.4 最大負(fù)荷電流計(jì)算(1) B、C 母線最大負(fù)荷電流計(jì)算最大負(fù)荷電流計(jì)算(拆算到 110KV)IfhB max = IfhCmax = PfhBmax Vav2 / 1.732 U COS=20103/1.7321150.80.1255KA；(2) D 母線最大負(fù)荷電流計(jì)算最大負(fù)荷電流計(jì)算(拆算到 110KV)IfhD max = PfhDmax Vav2 / 1.732 U COS=12103/1.7321150.80.0753KA2.2.5 各線路運(yùn)行方式下流過(guò)斷路器的最大負(fù)荷電流(1) 保護(hù) 1 的最大運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī) FI、P2、F3 全投入，繼開(kāi)線路 L1；通過(guò)保護(hù) 1 的最大負(fù)荷電流為 ；保護(hù) 1 的最小運(yùn)行方AIfh347913max式：發(fā)電機(jī) F3 停，線路全部運(yùn)行。(2) 保護(hù) 2 的最大運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī) Fl、P2 、F3 全投入，斷開(kāi) L3 回路；通 過(guò)保護(hù) 2 最大負(fù)荷電流為 。保護(hù) 2 的最小運(yùn)行方式；Ifh3417913maxF3 停，線路全部運(yùn)行。(3) 保護(hù) 4 的最大運(yùn)行方式：Fl、F 2、F3 全投，繼開(kāi)線路 L3；通過(guò)保護(hù) 4的最大負(fù)荷電流為 。保護(hù) 4 的最小運(yùn)行方式：F3 停，線AIfh20max路全部運(yùn)行。(4) 保護(hù) 5 的最大運(yùn)行方式：F1、F2、F3 全投入，斷開(kāi)線路 L1；通過(guò)保護(hù)5 的最大負(fù)荷電流為 。保護(hù) 5 的最小運(yùn)行方式：F3 停，線路全部Ifh13max運(yùn)行。(5) 保護(hù) 7 的最大運(yùn)行方式：F1、F2 、F3 全投，線路全部運(yùn)行；通過(guò)保護(hù)7的最大負(fù)荷電流為 。AIfh79max(6) 保護(hù) 3 和保護(hù) 6 因正常運(yùn)行時(shí)不可能有正向電流通過(guò)，要是有正向電流通過(guò)，一定是線路發(fā)生故障。為此，在保護(hù) 3 和保護(hù) 7 上只需判別電流(功率)的方向即可，故不用分析保護(hù) 3 和保護(hù) 6 的運(yùn)行方式。南華大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)第 9 頁(yè) 共 55 頁(yè)3 短路電流計(jì)算3.1 電網(wǎng)等效電路圖由于短路電流計(jì)算是電網(wǎng)繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),因此分別考慮最大運(yùn)行方式(三臺(tái)發(fā)電機(jī)全部投入,系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)取開(kāi)網(wǎng)運(yùn)行)時(shí)各線路未端短路的情況,最小運(yùn)行方下(三臺(tái)中最小的一臺(tái)投入,系統(tǒng)按環(huán)網(wǎng)計(jì)算)時(shí)各線路未端短路的情況。電網(wǎng)等效電路圖如圖 3.1 所示圖 3.1 電網(wǎng)等效電路圖3.2 短路電流計(jì)算3.2.1 d1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)流過(guò)斷路 1(1) d1 點(diǎn)短路最大運(yùn)行方式下等值圖如圖 3.2.1(a)XG2TL3.2.1(a)d1 點(diǎn)短路時(shí)最大運(yùn)行方式下的等值電路圖進(jìn)一步簡(jiǎn)化后得圖 3.2.1(b)3.2.1(b)簡(jiǎn)化圖XGT=(XG1+XT1)(XG2+XT2)/(XG1+XT1+XG2+XT2)=0.3637南華大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)第 10 頁(yè) 共 55 頁(yè)XGT3=X