电力系统--课程设计.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date电力系统-课程设计电力系统-课程设计-目录绪论4第一章 运行方式的选择41.1 运行方式的选择原则41.1.1 发电机、变压器运行方式选择的原则41.1.2 变压器中性点接地选择原则51.1.3 线路运行方式选择原则51.1.4 流过保护的最大、最小短路电流计算方式的选择51.1.5 选取流过保护的最大负荷电流的原则61.2 本次设计的具体运行方式的选择61.3 自动

2、装置配置71.3.1 简述71.3.2 系统安全自动装置的配置7第二章 电网各个元件参数计算及短路电流计算82.1 基准值选择82.2 电网各元件等值电抗计算82.2.1 输电线路等值电抗计算82.2.2 变压器等值电抗计算92.2.3 发电机等值电抗计算92.2.4 各线路运行方式如下：102.2.5 短路计算102.3距离保护整定计算162.3.1电力网相间距离保护的整定计算步骤162.3.1 计算网络参数：202.3.2 1QF距离保护整定值计算：202.3.3 3QF距离保护整定值计算222.2.4 5QF的距离保护整定计算：232.3.5 7QF距离保护整定值计算243.0 距离保护

3、的综合评价26第三章设计总计26参考文献27课程设计任务书课程设计名称 学生姓名 专业班级 设计题目 单侧电源环形网络继电保护设计1、3、5、7距离保护 一、 课程设计目的专业课程设计，一方面使学生获得综合运用学过的知识进行电力变电所、牵引变电所各主要元件的保护设计及整定和保护设备的选型的基本能力，另一方面能巩固与扩大学生的电气综合设计知识，为毕业设计做准备，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。学生通过专业课程设计，应在下述各方面得到锻炼：1.掌握继电保护保护方案的确定原则，整定计算的一般步骤，了解系统运行方式的确定，保护整定系数的分析与应用，前后级整定配合的基本

4、原则； 2.掌握保护、控制、测量、信号回路阅读和设计基本方法；3.学习相关保护设备的选择和一般的维护。二、 设计内容和要求1短路计算。必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原则或依据。2保护方式的选择及整定计算。要求说明选用保护方式的原则，各保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。3绘制保护原理接线图。要求绘制单线原理接线图及某一元件保护原理展开图。4对保护的评价。要求从选择性、灵敏性和速动性、可靠性四个方面来评价所采用保护的质量。5编写设计说明书。不少于2000字的说明书。三、 设计任务和要求1原始数据l 网络中各线路采用带方向或不带方向的电流电压保护，所有变压器均采用纵联差动保

5、护作为主保护，变压器均为，d11接线；l 发电厂的最大发电容量为350，最小发电容量为250；l 网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行；l 允许的最大故障切除时间为0.85s；l 线路AB、BC、AD、CD的最大负荷电流分别为230、150、230和140，负荷自起动系数；l 各变电所引出线上的后备保护的动作时间如图示，t0.5s；l 线路正序电抗每公里均为0.2；2.设计任务l 输电线路保护配置与计算；l 1、3、5、7距离保护的接线图；l 对本网络所采用的保护进行评价。四、 时间进度安排1明确任务和文献查找：1天 2短路计算：2天3保护方式选择及整定计算：2天 4绘制保护原理接

6、线图：2天5编写说明书：2天 6准备答辩及答辩：1天五、 主要参考文献1.崔家佩.电力系统继电保护及安全自动整定计算.北京：中国电力出版社，20062.张保会，尹项根.电力系统继电保护（第二版）.中国电力出版社,20093.许建安.继电保护整定计算. 北京：中国水利水电出版社，20034.李光琦.电力系统暂态分析（第三版）.北京：中国电力出版社，2007指导教师签字： 2013年 12月 12 日绪论电力系统继电保护作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。电能是现

7、代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的电力系统继电保护这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。第一章

8、 运行方式的选择1.1 运行方式的选择原则1.1.1 发电机、变压器运行方式选择的原则(1)一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故障；当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。对水电厂，还应根据水库运行方式选择。(2)一个发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量最大的一台停用。1.1.2 变压器中性点接地选择原则(1)发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要接地。(2)自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。(3)T接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。(4)为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完

9、毕后再断开，这种情况不按接地运行考虑。1.1.3 线路运行方式选择原则(1)一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，另一条线路又故障的方式。(2)双回路一般不考虑同时停用。1.1.4 流过保护的最大、最小短路电流计算方式的选择(1)相间保护对单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大短路电流出现在最大运行方式；而最小短路电流，则出现在最小运行方式。对于双电源的网络，一般（当取Z1=Z2时）与对侧电源的运行方式无关，可按单侧电源的方法选择。对于环状网络中的线路，流过保护的电大短路电流应选取开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一线线路上。而对于电小短路电流，则应选闭环

10、运行方式，同时再合理停用该保护背后的机组、变压器及线路。(2)零序电流保护对于单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大零序短路电流与最小零序电流，其选择方法可参照相间短路中所述，只需注意变压器接地点的变化。对于双电源的网络及环状网，同样参照相间短路中所述，其重点也是考虑变压器接地点的变化。1.1.5 选取流过保护的最大负荷电流的原则选取流过保护的最大负荷电流的原则如下：(1)备用电源自动投入引起的增加负荷。(2)并联运行线路的减少，负荷的转移。(3)环状网络的开环运行，负荷的转移。(4)对于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增加负荷。1.2 本次设计的具体运行方式的选择电力系统运

11、行方式的变化，直接影响保护的性能。因此，在对继电保护进行整定计弊之前，首先应该分析运行方式。这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。因此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。现结合本次设计具体说明如下，系统的最大运行方式是所有设备全部投入运行；系统的最小运行方式为发电机G1和G2投入，发电机G3停运。对保护1而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式下线路L1回路断开，其他设备全投；保护1的最小运行方式应该是：在系统的最小

12、运行方式下线路AC+BC与AB并联运行。1.3 自动装置配置1.3.1 简述电力系统自动装置是指在电力网中发生故障或异常时起控制作用的设备，主要包括自动重合闸、备用电源自动投入装置、低频减载和失压解列装置等设备，电网中自动装置的型号多、逻辑千变万化，在实际运行中会暴露一些问题。电网中自动装置的配置，需要我们进行全面的考虑。1.3.2 系统安全自动装置的配置配置重合闸：在电力系统故障中，打多数故障是输电线路故障。运行经验表明大多数线路故障是“瞬时性”故障，此时，如果把断开的线路在合上，就能恢复正常供电。该系统为110KV输电线路系统，按照要求，每一个断路器都应该装有ARD装置，并与继电保护后加速

13、配合形成重合闸后加速保护，保证电力系统最大限度的正常供电。配置备用电源自动投入装置：当线路或用电设备发生故障时，能够自动迅速、准确的把备用电源投入用电设备中或把设备切换到备用电源上，不至于让用户断电的一种装置。该系统为110KV输电线路系统，根据系统要求，如果B变电站或C变电站中的两台变压器，为了保证负荷可以长时间的正常运行，应该加入AAT装置。当电压急剧下降时,自动切除部分负荷,防止系统频率、电压崩溃,使系统恢复正常,保证电网的安全稳定运行和对重要用户的连续供电。如图所示：该系统为110KV输电线路系统，根据当地系统运行状况和系统要求，为了保证系统能够稳定运行，防止系统频率、电压崩溃应该在变

14、电站B、C、D中配置低频、低压减载装置。第二章 电网各个元件参数计算及短路电流计算2.1 基准值选择基准功率：SB=100MVA，基准电压：VB=115V。基准电流：IB=SB/1.732 VB=100103/1.732115=0.502KA；基准电抗：ZB=VB/1.732 IB=115103/1.732502=132.25；2.2 电网各元件等值电抗计算2.2.1 输电线路等值电抗计算(1) 线路AB等值电抗计算正序以及负序电抗：XL1= X1L1=0.440=16XL1*= XL1/ ZB=16/132.25=0.121零序电抗：XL10= X0L1= 3X1L1=30.440=48XL

15、10*= XL10/ ZB=48/132.25=0.363(2) 线路BC等值电抗计算正序以及负序电抗：XL2= X1L2=0.455=22XL2*= XL2/ ZB=22/132.25=0.166零序电抗：XL20= X0L2= 3X1L2=30.455=66XL20*= XL20/ ZB=66/132.25=0.499(3) 线路CD等值电抗计算正序以及负序电抗：XL3= X1L3=0.450=20XL3*= XL3/ ZB=20/132.25=0.1512零序电抗：XL30= X0L3= 3X1L3=30.450=60XL30*= XL30/ ZB=60/132.25=0.4537(4)

16、 线路DA等值电抗计算正序以及负序电抗：XL4= X1L4=0.450=20XL4*= XL4/ ZB=20/132.25=0.1512零序电抗：XL40= X0L4= 3X1L4=30.450=60XL40*= XL40/ ZB=50/132.25=0.45372.2.2 变压器等值电抗计算(1) 变压器T1、T2，T3等值电抗计算XT1= XT2= XT3=UK%/100UN2/ SN=1O.5/100110110/6021.175XT1*= XT2*= XT3* =XT1/ ZB=31.7625/132.25=0.175(2) 变压器T4、T5、T6，T8等值电抗计算XT4= XT5=X

17、T6= XT7= XT8= UK%/100UN2/ SN63.525XT6*= XT7* = XT4*= XT5*= XT8*=63.525/132.25=0.5252.2.3 发电机等值电抗计算(1) 发电机G1、G2、G3电抗标幺值计算XG1* = XG2*= XG3*=0.1292.2.4 各线路运行方式如下：(1) 保护1的最大运行方式：发电机G1、G2、G3全投入，断开线路AD；通过保护1的负荷电流最大；保护1的最小运行方式：发电机G3停，线路全部运行。(2) 保护3的最大运行方式：发电机G1、G2、G3全投入，断开线路AD；通过保护3的负荷电流最大。保护3的最小运行方式：G3停，线

18、路全部运行。(3) 保护6的最大运行方式：发电机G1、G2、G3全投入，断开线路AB；通过保护6的负荷电流最大。保护6的最小运行方式：G3停，线路全部运行。(4) 保护8的最大运行方式：发电机G1、G2、G3全投入，断开线路AB；通过保护8的负荷电流最大。保护8的最小运行方式：G3停，线路全部运行。2.2.5 短路计算图2.1 电路阻抗图母线A 最大运行方式 三相短路： 有名值 ：图2.2 母线A短路零序阻抗图X0=0.121*3+(0.151*3+0.525)/+0.166*3)/=0.0527单相接地： 两相接地： 最小运行方式两相短路 母线B短路的最大运行方式 X1=X2=0.131+0

19、.121=0.252X0=0.494三相短路： 两相短路： 图2.3 母线B短路零序阻抗图单相接地： 两相接地:最小运行方式 X1=X2=0.197+0.121=0.318 X0=0.451两相短路：母线C：1.最大运行方式下：XL=0.131+0.121+0.166=0.418X0=0.131+(0.121+0.166)*3=0.992三相短路：=；两相短路： =*1.261=1.092，图2.4 母线c零序阻抗图X0=(+0.121*3)/+0.166*3/0.127单相短路：=两相接地： 两相接地：=0.741KA最小运行方式下：X1=X2=0.197+0.121+0.166=0.484

20、X0=0.197+(0.121+0.166)*3=1.508三相短路：=1.089KA； 两相短路：=；母线D：最大运行方式 X1=X2=0.131+0.151=0.282X0=0.131+0.151*3=0.584三相短路： 两相短路： 图2.5 母线D零序阻抗图X0=0.525/(0.151单相接地： 两相接地:= 2.80967KA最小运行方式：X1=X2=0.197+0.151=0.348X0=0.650三相短路：两相短路：表2.1短路电流统计表母线A母线B母线C母线D最大运行方式三相短路4.9542.0921.2611.896两相接地3.9771.8121.0921.619单相接地9

21、.1562.561.5642.809最小运行方式两相接地2.6761.4360.9431.312保护1零序电流（速断）保护：2.3距离保护整定计算2.3.1电力网相间距离保护的整定计算步骤（1）相间距离保护第段整定计算1）相间距离保护第段的整定值主要是要躲过本线路的末端相间故障。设线路AB首端断路器为1QF,Z则线路AB断路器1QF处的相间距离保护第段的整定值为： （4-1）式中：AB线路首端断路器1QF处相间距离保护第段的整定值； 相间距离保护第段的可靠系数，取0.85； 被保护线路AB的正序阻抗。 2）相间距离保护第段的动作时间为： 3）相间距离保护第段的灵敏度用范围表示，即为被保护线路全

22、长的80%85% （2） 相间距离保护段整定计算1） 按与相邻线路距离保护I段配合整定 （4-2）式中， 被保护线路AB阻抗； 相邻线路相间距离保护I段动作阻抗； 相间距离保护第段可靠系数，取0.80.85； 相间距离保护第段可靠系数，取0.8； 分支系数最小值，为相邻线路第段距离保护范围末端短路时流过故障线电流之比的最小值。 2）与相邻变压器纵差保护配合 （4-3）式中， =0.7 相邻变压器的正序阻抗； 相邻变压器另侧母线，如D母线短路时流过变压器的短路电流与被保护线电流之比的最小值。取所有与相邻元件相间短路保护配合计算值中的最小值为整定值。 3） 相间距离保护第段的动作时间为： =0.5

23、s 4） 相间距离保护第段的灵敏度校验： （4-4） 5） 当不满足灵敏度要求时可与相邻线相间距离保护第段配合。这时有： （4-5）式中， =0.800.85 相邻线路相间距离保护第段的整定值。这时，相间距离保护第的动作时间为： =+式中， 相邻线路相间距离保护第段的动作时间。（3） 相间距离保护段整定计算1）躲过被保护线路的最小负荷阻抗采用方向阻抗继电器 （4-6）式中， 相间距离保护第段可靠系数，取1.21.3； 返回系数，取1.151.25： 自起动系数，取1； 电网的额定相电压； 最大负荷电流； 阻抗元件的最大灵敏角，取。 负荷阻抗角，取。 2）相间距离保护第段动作时间为： 3）相间距

24、离保护第段灵敏度校验： 当作近后备时 （4-7） 当作远后备时 （4-8） 式中， 分支系数最大值。2.3.1 计算网络参数： 2.3.2 1QF距离保护整定值计算：图2.7 阻抗等效电路（1） 1QF距离保护整定值计算：一段整定阻抗：（2） 1QF距离保护二段整定：与相邻下级LBC段的一段配合：保护3的一段保护：2)按躲过相邻变压器出口短路整定： 灵敏度校验：要求=1.25结论：=20.629 t=ts保护1段距离保护整定阻抗：按躲开正常运行时的最小负荷阻抗整定，其整定阻抗为作近后备： 满足灵敏度校验作远后备：满足灵敏度校验2.3.3 3QF距离保护整定值计算保护3的保护：与下级相邻线路保护

25、配合： 与下级变压器保护配合： 2.2.4 5QF的距离保护整定计算：（1）与下级相邻线路保护配合：（2）与下级变压器保护配合：2.3.5 7QF距离保护整定值计算（1)与相邻下级LCD段的一段配合：（2)按躲过相邻变压器出口短路整定： 灵敏度校验：要求=1.25结论： t=s保护7段距离保护整定阻抗：作近后备： 满足灵敏度校验作远后备：满足灵敏度校验 表4.1各段保护数据保护1保护3保护5保护7段整定值13.618.71717段整定值21.61830.7223.42924.35段整定值72.8876.52注意根据设计要求：“系统允许的最大故障切除时间为 0.85s”系统最低等级的后备保护延时

26、时间都已经超过了了1.5S，如果按照阶梯原则配合，不满足设计要求，所以不需要加装三段保护3.0 距离保护的综合评价主要优点：能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。其中段距离保护基本不受运行方式的影响，而、段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。主要缺点：不能实现全线瞬动。对双侧电源接受的。阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。线路，将有全线的3040的第段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统

27、来说是不能。第三章设计总计课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异。在这次宝贵的设计活动中，经验才是对于我们最大的收获，而且还增强了自身对未知问题以及对知识的深化认识的能力，但是，仅仅是完成了作品还是不可以自我满足的，我们要认真的思考设计过程中遇到的问题，多查资料，将理论与实际相结合思考，并在以后的学习中更要加倍注意犯过的错误。 对于我们这些实践中的新手来说，这是一次考验。怎么才能找到课堂所学与实际应用的最佳结合点？怎样让自己的业余更接近专业？怎样让自己的计划更具有序性，而不

28、会忙无一用？这都是我们所要考虑和努力的。这次课程设计我学到很多很多的东西，学会了怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对继电保护掌握得不够好。在设计中遇到了很多问

29、题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解，在此我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！ 参考文献1 张保会，尹项根. 电力系统继电保护. 2版. 北京：中国电力出版社，2010.2 王风华. 电力系统继电保护整定计算. 北京：中国水利水电出版社，2007.3 贺家李，宋从矩. 电力系统继电保护原理. 3版. 北京：中国电力出版社，1994.4 葛耀中. 新型继电保护与故障测距原理与技术. 西安：西安交通大学出版社，1996.5 王广延，吕继绍. 电力系统继电保护原理与运行分析. 北京：水利电力出版社，2001.6 王瑞敏. 电力系统继电保护. 北京：北京科学技术出版社，1994.7 陈曾田. 电力变压器保护. 2版. 北京：中国电力出版社，1989.