课程设计报告

( 2010 -- 2011 年度第 1 学期)

名 称： 继电保护定值计算 题 目： 保护定值计算 院 系： 电气与电子工程学院 班 级： 学 号： 学生姓名：

指导教师： 肖仕武 设计周数： 2周

成 绩：

日期：年 月日

课程 课程设计（综合实验）报告

一、课程设计(综合实验)的目的与要求

课程设计的目的

1.1 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。

1.2 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。

1.3 初步掌握继电保护设计的内容、步骤和方法。 1.4 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

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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。

二、设计（实验）正文

1. 某一水电站网络如图4所示。 已知：

a. 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； b. 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；

c. 平行线路L1、L2同时运行为正常运行方式；

d. 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。 e. 负荷自起动系数为1.3 ；

f. 保护动作是限级差△t ＝ 0.5s ；

g. 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4

试求：（注：由于电压互感器和电流互感器的变比未知，计算结果均为一次值） a. 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；

(一) 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。发电机主保护采用比率制动式纵联差动保护，整定计算如下：

1

1.

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1) 计算发电机额定电流 一次侧额定电流IGN?2) 确定最小动作电流

PGN3UGNcos??53?6.3?0.8?0.573?kA?

Iset.min??0.1~0.3?IGN??0.1~0.3??0.573kA?57.3~171.9?A?

取0.2倍额定电流，动作值为114.6A 3) 制动特性拐点电流

Ires.min?0.8IGN?0.8?573?458.4?A?

4) 确定制动特性曲线斜率K

机端保护区外三相短路时流过发电机的最大短路电流

?Ik?3.max?PGN115????2.864?kA? \Xd3UGNcos?0.23?6.3?0.8?3?差动回路最大不平衡电流Iunb.max?KunpKstKTIk.max?2.0?0.5?0.1?2864?286.4?A?

最大动作电流Iset.max?KrelIunb.max?1.3?286.4?372.3?A? 则K?Iset.max?Iset.min372.3?114.6??0.107 ?3?2864?458.4Ik.max?Ires.min5) 灵敏度校验

按发电机与系统断开且机端保护区内两相短路时的短路电流校核 流入差动回路的电流Ik?3PGN135????2.255?kA?

0.2?0.24X''?X23UGNcos?3?6.3?0.8制动电流Ires?0.5Ik?1127A

相应的动作电流Iop?Iset.min?K?Ires?Ires.min??114.6?0.107??1127?458.4??186.1?A? 灵敏系数Ksen?Ik1127??6，满足要求。 Iop186.16) 差动速断动作电流Ii?4IGN?4?573?2292?A?

(二) 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。

b. 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； 电流速断保护定值计算如下：

系统等值电路的参数标么值，选取 SB?6.3MVA，各部分等值参数如下： 发电机XG*?0.2?''

6.3?0.8?0.202 5

变压器XT*?0.105

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输电线路XBC*?0.4?40?系统等值阻抗图如下：

6.3?0.074 372

XCD*?0.4?56?6.3?0.103 372

无时限电流速断保护按躲过本线路末端发生短路时的最大短路电流整定。最大短路电流

Ik.max?S16.3?B??335.5?A?0.5XG*?0.5XT*?0.5XBC*?XCD3U3?37??0.101?0.052?0.037?0.103?动作定值Iset6?KrelIk.max?1.2?335.5?402.6?A? 电流速断保护保护范围校验：

Lmin61?UU2?1?37372???????Z?*??0.1326??0 Ⅰ???zCD?2Iset.6SB?0.4?2?0.40266.3??保护范围校验不满足要求

因为该保护位于保护的最后一级，且因为系统运行方式变化大，一般的电流保护均无法满足要求，故采用距离保护。配置距离保护Ⅰ段和Ⅲ段，整定计算如下：

ⅠⅠ距离保护Ⅰ段为无时限的速动段，整定阻抗 Zset6?KrelLCDz1?0.8?56?0.4?17.92???

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?372?0.8????180.2??? ILCD.maxSmax2?5距离保护Ⅲ段整定值ZⅢset6?ZLCD.minKrelKssKre?180.2?96.26???

1.2?1.3?1.2距离保护Ⅲ段灵敏度校验Ksen灵敏度满足要求

ⅢZset96.266???4.3?1.5 ZCD56?0.4距离保护Ⅲ段动作时间：t6?0

c. 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；

因为系统运行方式变化大，一般的电流保护均无法满足要求，故采用距离保护。由于距离保护Ⅱ段在霜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：

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距离保护Ⅰ段为无时限的速动段，整定阻抗 Zset?KrelLBCz1?0.8?40?0.4?12.8???

ⅠⅠ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?372?0.8????180.2??? ILBC.maxSmax2?5距离保护Ⅲ段整定值ZⅢset1?ZLBC.minKrelKssKre?180.2?96.26???

1.2?1.3?1.2距离保护Ⅲ段灵敏度校验Ksen灵敏度满足要求

ⅢZset96.266???6?1.5 ZBC40?0.4距离保护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

d. 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。 三相重合闸时间t?1s

e. 继电保护6QF的接线图及展开图。

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2.已知一配电网络如图1所示。 已知：

a. 系统中各变压器参数如图所示，忽略变压器电阻； b. 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。

c. 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?。 d. 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?

e. 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。

试求：

a. 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； (一) 短路计算

系统各部分的等值阻抗标么值，选取基准容量SB?4MVA，基准电压为平均电压 高压母线HA以上部分

Xs.HAmax*?Xs.HAmaxSB2.0?4??0.0726

U210.525

Xs.HAmin*?Xs.HAminSB1.0?4??0.0363

U210.52变压器T1和T2

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XT1*?0.06?4?0.06 4

XT2*?0.06?4?0.12 24?0.00626 2374?0.087?0.2??0.435 20.4电缆线路L1和L2

RL1*?0.153?18?RL2*4?0.00805 2374?0.163?0.2??0.815 20.4XL1*?0.119?18?XL2*系统等值阻抗图如下：

系统最大运行方式下电缆线路L1末端三相短路时

Ik.L1.max?S14?B??606.7?A?

Xs.HAmin*?XT1*?ZL1*3U0.103?3?37系统最小运行方式下电缆线路L1末端两相短路时

Ik.L1.min?S314??B??388.9?A? 2Xs.HAmax*?XT1*?ZL1*3U2?0.139?37

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*?SB3U?40.223?3?37?280.3?A?

系统最小运行方式下变压器T2末端两相短路时

Ik.T2.min?S314??B??208.7?A? 2Xs.HAmax*?XT1*?ZL1*?XT2*2?0.259?373US14?B??5.48?kA?

?ZL1*?XT2*?ZL2*3U1.05?3?0.4系统最大运行方式下电缆线路L2末端三相短路时

Ik.L2.max?Xs.HAmin*?XT1*系统最小运行方式下电缆线路L2末端两相短路时

Ik.L2.min?S314??B??4.645?kA? 2Xs.HAmax*?XT1*?ZL1*?XT2*?ZL2*2?1.08?0.43U(二) 整定计算

电流保护Ⅰ段整定

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ⅠⅠ对CB107 动作电流Iset.107?KrelIk.L1.max?1.2?606.7?728.04?A? ⅠⅠ对CB108 动作电流Iset.108?KrelIk.T2.max?1.2?280.3?336.36?A? ⅠⅠ对CB503 动作电流Iset.503?KrelIk.L2.max?1.2?5.48?6.576?kA? Ⅰ对CB506 动作电流Iset.506?8Imax?8?400?3.2?kA? Ⅰ对CB504 动作电流Iset.504?8Imax?8?400?3.2?kA? Ⅰ对CB505 动作电流Iset505?8Imax?8?500?4?kA?

电流保护Ⅰ段保护范围校验 对CB107 Lmin1071?UU2?1?37372???????Z?*??0.1326??0 Ⅰ???zL1?2Iset.107SB?0.194?2?0.7284??1?zL2?UU2?1?0.40.42??????Z?*??0.2628??107.7?M? ???2IⅠ?SB?0.185?2?6.5764??set.503对CB503 Lmin503电流保护Ⅱ段整定

ⅡⅡⅠ对CB107 动作电流Iset107?KrelIset108?1.1?336.36?370?A?

对CB108 动作电流Iset.108?KrelIset503?1.1?6576?ⅡⅠ对CB107 动作时间tset107?tset108??t?0.5s ⅡⅠ对CB108 动作时间tset108?tset503??t?0.5s

ⅡⅡⅠ0.4?78.2?A? 37电流保护Ⅱ段灵敏度校验 对CB107 Ksen107?ⅡIk.L1.min388.9??1.05 370IⅡset.107Ik.T2.min208.7??2.67 Ⅱ78.2Iset.108Ⅱ对CB108 Ksen108?电流保护Ⅲ段整定 对CB107 动作电流IⅢset.107ⅢKrelKss1.2?1.30.4?IL1.max??1300??24.36?A?

Kre0.937ⅢKrelKss1.2?1.30.4?IT2.max??1300??24.36?A?

Kre0.937ⅢKrelKss1.2?1.3?IL2.max??900?1.56?kA?

Kre0.9对CB108 动作电流IⅢset.108对CB503 动作电流IⅢset.5037

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对CB506 动作电流IⅢset.506ⅢKrelKss1.2?1.3?I506.max??400?693.3?A?

Kre0.9ⅢKrelKss1.2?1.3?I504.max??500?866.7?A?

Kre0.9ⅢKrelKss1.2?1.3?I505.max??400?693.3?A?

Kre0.9对CB504 动作电流IⅢset.504对CB505 动作电流IⅢset.505电流保护Ⅲ段动作时间整定

ⅢⅢ对CB107 动作时间tset107?tset108??t?2.0s ⅢⅢ对CB108 动作时间tset108?tset503??t?1.5s Ⅲ对CB503 动作时间tset503?0.5s??t?1.0s Ⅲ对CB506 动作时间tset506?0.5s Ⅲ对CB504 动作时间tset504?0.5s Ⅲ对CB505 动作时间tset505?0.5s

b. 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；

根据系统的中性点接地方式，可知在CB107上，可配置零序电流保护Ⅰ段和Ⅲ段，整定计算如下： 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 2U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?*?3U????ZL1?2?*?ZL1?0?*ZL1?1?*?????ZL1?2?*?ZL1?0?*? ????0.1034???259.8?A?0.103?0.0686?3?37?0.103?0.0686????0.103??0.103?0.0686??Ik0.L1.max??1,1?ZL1?2?*????SB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??Z1L1??1?*?ZL1?2?*?ZL1?0?*????SB3U?14??227.3?A?

0.103?2?0.06863?37零序电流Ⅰ段

Ⅰ?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?56.88?A?

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零序电流Ⅲ段按本线路末端单相接地短路校验灵敏度

ⅢKsen?227.3?4.0 灵敏度满足要求 56.88c.

对配置继电保护方案进行评价，如有缺陷提出改进措施。

对CB107，通过整定计算可以看出，其电流保护Ⅰ段在系统最小运行方式下对于相间短路故障不具有保护范围且电流保护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，以适应系统运行方式的变化，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，在本配电网中，智能应用在L1线路中。这样，零序电流保护的作用范围，且无法和相邻的线路或变压器配合。

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2. 110kV单电源环形网络如图2所示。 已知：

a. 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； b. 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Ｙ，d11 接线；

c. 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）； d. 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 ； e. 线路的电抗每公里均为 0.4 Ω，忽律电阻；

f. 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2

试求：

a. 确定继电保护1、 3、 5（或2、4、6）的保护配置方式，以及它们的动作定值和动作时限； 继电保护1、3应配置三段式距离保护；继电保护5应配置距离保护Ⅰ段和Ⅲ段，整定计算如下： 系统各部分归算到110kV侧的阻抗有名值 线路

ZAB?40?0.4?16??? ZBC?30?0.4?12??? ZAB?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段动作值整定

ⅠⅠ对1QF Zset.1?KrelZAB?0.85?16?13.6???

对3QF Zset.3?KrelZBC?0.85?12?10.2???

ⅠⅠ10

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ⅠⅠ对5QF Zset.5?KrelZAC?0.85?20?17??? Ⅰ距离保护Ⅰ段均为无时限动作，即动作时限tset?0

距离保护Ⅱ段动作值整定

ⅡⅡⅠ对1QF 与3QF距离保护Ⅰ段配合 Zset.1?KrelZAB?Zset.3?0.8??16?10.2??20.96???

??按躲过母线B处变压器电压侧出口短路整定，此处分支系数Kb1.min?ZAB?ZBC?ZAC48??1.5

ZBC?ZAC32ⅡZⅡ16?1.5?0.5?69.43??47.65??? set.1?Krel?ZAB?K1.min?0.5ZTB??0.7??Ⅱ综上，取较小者，即Zset.1?20.96?

ⅡⅡⅠ对3QF 与5QF距离保护Ⅰ段配合 Zset.3?KrelZBC?Zset.5?0.8??16?17??26.4???

??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Kb3.min?ZAB?ZBC?ZAC48??2.4

ZAC20ⅡZⅡ12?2.4?69.43??125.04??? set.3?Krel?ZBC?K3.minZTC??0.7??Ⅱ综上，取较小者，即Zset.3?26.4?

距离保护Ⅱ段动作实现整定

ⅡⅠ对1QF tset.1?tset.3??t?0.5s

ⅡⅠ对3QF tset.3?tset.5??t?0.5s

距离保护Ⅱ段灵敏度校验 对1QF KⅡsen.1ZⅡ20.96?set.1??1.31?1.25 ZAB16满足要求

对3QF KⅡsen.3ZⅡ26.4?set.3??2.2?1.25 满足要求 ZAB120.9?1103?0.230.9?1103?0.150.9?1103?0.23ZLAB.min248.5??120.05???

KrelKssKre1.2?1.5?1.15距离保护Ⅲ段动作值整定 对1QF ZLAB.min?Ⅲ?248.5???，则Zset.1?对3QF ZLBC.min?Ⅲ?381.05???，则Zset.3?ZLBC.min381.05??184.1???

KrelKssKre1.2?1.5?1.15对5QF ZLAC.min?Ⅲ?248.5???，则Zset.5?ZLAC.min248.5??120.05???

KrelKssKre1.2?1.5?1.15距离保护Ⅲ段动作时限整定

ⅢⅢ对1QF tset.1?maxtB??t,tset.1??t?2.5s

??11

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ⅢⅢ对3QF tset.3?maxtC??t,tset.5??t?2.0s Ⅲ对5QF，按躲过最大振荡周期整定 tset.5?1.5s

??距离保护Ⅲ段灵敏度校验

对1QF，线路AB末端短路时，灵敏系数为

KⅢsen?1?.1ⅢZset120.05.1???7.5?1.5 ZAB16满足要求

相邻线路BC末端短路时，灵敏系数为

KⅢsen?2?.1ⅢZset120.05.1???4.3?1.2 满足要求 ZAB?ZBC16?12ⅢZset184.1.1\\3???15.3?1.5 满足要求 ZBC12对3QF，线路AB末端短路时，灵敏系数为

KⅢsen?1?.3相邻线路BC末端短路时，灵敏系数为

KⅢsen?2?.3ⅢZset184.1.3???5.8?1.2 满足要求 ZBC?ZAC12?20ⅢZset120.05.5???6.0?1.5 满足要求 ZAC20对5QF，线路AC末端短路时，灵敏系数为

KⅢsen?1?.5b. 对本网络所采用的保护进行评价。

本网络为110kVd单电源环形网络，网络结构比较复杂，系统运行方式变化大。为了更好地适应系统运行方式的变化，本网络采用了距离保护。它的保护区稳定，灵敏度高。从整定值可以看出，线路两侧短路器在同一故障时动作时间不一定相同，这可能不能达到保护对故障快速切除的要求。在需全线快速切除故障的保护中，距离保护还需和纵联保护配合。 三、课程设计总结

通过这次课程设计，我对继电保护中采用的电流保护、零序电流保护、距离保护、纵联保护的基本原理有了更深入的理解，基本掌握了继电保护整定计算的基本方法和步骤。继电保护的设计原则是满足继电保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性。在实际进行设计的时候，遇到的情况可能更加复杂，需要灵活的配置保护方式，以满足继电保护“四性”的要求。当保护不能满足要求时，应适当的更换保护的配置方式。

此次课程设计，不仅巩固和拓展了我的继电保护知识，还加强了我分析问题，解决问题的能力，使我能更有耐心、更细心地解决问题。在此次课程设计，让我认识到，扎实的理论知识必不可少，灵活处理问题的能力不可或缺。这些都对我在将来的学习和工作中大有裨益。 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] 李光琦? 《电力系统暂态分析》. 中国电力出版社, 第三版. 2007年1月

[3] 陈根永? 《电力系统继电保护整定计算原理与算例》. 化学工业出版社, 第一版. 2010年9月 [4] 中国华电集团公司电气及热控技术研究中心? 《电力主设备继电保护的理论实践及运行案例》. 中

国水利水电出版社, 第一版. 2009年4月

[5] 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 [6]

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