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文檔簡介
1、<p> 《電力系統(tǒng)繼電保護基礎(chǔ)》</p><p><b> 課程設(shè)計</b></p><p> 學(xué)生姓名: </p><p> 學(xué) 號: </p><p> 專業(yè)班級:
2、 </p><p> 指導(dǎo)教師: </p><p> 二○一三 年 一月 十九 日</p><p><b> 前言</b></p><p> 《電力系統(tǒng)繼電保護基礎(chǔ)》作為電氣工程與自動化專業(yè)的一門主要課程,主要包括課堂講學(xué)、課后實驗、課程設(shè)計等三個主要部分
3、。在完成了理論的學(xué)習的基礎(chǔ)上,為了進一步加深對理論知識的理解,本專業(yè)特安排了本次課程設(shè)計。</p><p> 在輸送電能的過程中,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,保護線路的各種繼電裝置應(yīng)該有比較可靠的、及時的保護動作,從而切斷故障點極大限度的降低電力系統(tǒng)供電范圍。電力系統(tǒng)繼電保護就是為達到這個目的而設(shè)置的。本次設(shè)計的任務(wù)主要包括了六大部分,分別為系統(tǒng)中各元件主要參數(shù)計算、正序,負
4、序,零序等值阻抗圖、系統(tǒng)潮流計算、動穩(wěn)定計算、短路電流計算、繼電保護方式的選擇與整定計算等。其中短路電流的計算和繼電保護方式的選擇與整定計算是本設(shè)計的重點。通過此次線路保護的設(shè)計可以鞏固我們本學(xué)期所學(xué)的《電力系統(tǒng)繼電保護基礎(chǔ)》這一課程的理論知識,能提高我們提出問題、思考問題、解決問題的能力。</p><p> 【關(guān)鍵詞】 繼電保護 潮流 短路 等值阻抗 動穩(wěn)定 整定</p><p>&l
5、t;b> 目錄</b></p><p><b> 前言</b></p><p><b> 一、題目1</b></p><p> 二、系統(tǒng)中各元件的主要參數(shù)2</p><p> 2.1發(fā)電機及等值系統(tǒng)的參數(shù)2</p><p> 2.2變壓器的
6、參數(shù)3</p><p> 2.4電流互感器和電壓互感器變比4</p><p> 2.5變壓器中性接地點的數(shù)目和位置4</p><p> 三、正序、負序、零序等值阻抗圖5</p><p> 四、系統(tǒng)潮流計算結(jié)果6</p><p><b> 五、動穩(wěn)定計算8</b></p&
7、gt;<p> 六、短路電流計算8</p><p> 6.1運行方式的確定原則8</p><p> 6.2短路電流的計算9</p><p> 七、繼電保護方式的選擇與整定計算12</p><p> 7.1單電源輻射線路(AB)的整定計算12</p><p> 7.2雙回線路BC和環(huán)網(wǎng)
8、線路主保護的整定計算13</p><p> 7.3雙回線路和環(huán)網(wǎng)線路后備保護的整定計算(選做)15</p><p> 八、220kV電網(wǎng)中輸電線路繼電保護配置15</p><p><b> 總結(jié)16</b></p><p><b> 參考文獻16</b></p>&l
9、t;p> 220kV電網(wǎng)繼電保護設(shè)計</p><p><b> 題目</b></p><p> 選擇圖1所示電力系統(tǒng)220kV線路的繼電保護方式并進行整定計算。圖1所示系統(tǒng)由水電站W(wǎng)、 R和兩個等值的110kV系統(tǒng)S、N,通過六條220kV線路構(gòu)成一個整體。整個系統(tǒng)的最大開機總?cè)萘繛?509.29MVA,最小開機總?cè)萘繛?007.79 MVA,兩種情況下各
10、電源的開機容量如表1所示。各發(fā)電機、變壓器容量和連接方式已在圖1中示出。</p><p> 表1 系統(tǒng)各電源的開機情況</p><p> 圖1 220kV系統(tǒng)接線圖</p><p> 系統(tǒng)中各元件的主要參數(shù)</p><p> 計算系統(tǒng)各元件的參數(shù)標么值時,取基準功率Sb=60MVA,基準電壓Ub=220kV,基準電流Ib==0.157
11、kA,基準電抗xb = 806.67?。</p><p> 2.1發(fā)電機及等值系統(tǒng)的參數(shù)</p><p> 用基準值計算所得的發(fā)電機及等值系統(tǒng)元件的標么值參數(shù)見表2所列。</p><p> 表2 發(fā)電機及等值系統(tǒng)的參數(shù)</p><p> 注:系統(tǒng)需要計算最大、最小方式下的電抗值;水電廠發(fā)電機,系統(tǒng)。</p><p&
12、gt;<b> 計算過程:</b></p><p><b> ,</b></p><p><b> ,</b></p><p> 正序阻抗和負序阻抗計算:</p><p> 采用近似計算方法, ,可求得:</p><p><b>
13、,又根據(jù)和,可求</b></p><p><b> , 。</b></p><p> 根據(jù)以上計算方法,可依次求得W廠、R廠、S系統(tǒng)和N系統(tǒng)各正序阻抗和負序阻抗標幺值,計算結(jié)果見表2。</p><p><b> 2.2變壓器的參數(shù)</b></p><p> 變壓器的參數(shù)如表3所列
14、。</p><p><b> 表3 變壓器參數(shù)</b></p><p> 回路電壓計算:根據(jù)題目已知,從圖中獲取。</p><p> 繞組電抗標幺值計算:</p><p> 雙繞組變壓器: (1),取 ,根據(jù)公式,可求得;;</p><p><b> ; ,</b
15、></p><p><b> 三繞組變壓器: </b></p><p> 把所求得的值分別代入式(1),即可求得三繞組變壓器的繞組電抗標幺值:</p><p><b> ; </b></p><p><b> ; </b></p><p>
16、<b> ; </b></p><p><b> 2.3輸電線的參數(shù)</b></p><p> 線路單位電抗 x1=x2=0.41?/km,x0=3x1,線路阻抗角80o。</p><p><b> 表4 輸電線參數(shù)</b></p><p> 線路正負序電抗計算: ,
17、 </p><p><b> ,</b></p><p><b> 例: ,</b></p><p><b> ,</b></p><p> 2.4電流互感器和電壓互感器變比</p><p> 220kV線路的所有電流互感器均采用同一變比600
18、:5=120,電壓互感器的變比均為220000:100=2200。</p><p> 2.5變壓器中性接地點的數(shù)目和位置</p><p> 正序、負序、零序等值阻抗圖</p><p> 根據(jù)系統(tǒng)各元件參數(shù)計算結(jié)果和變壓器中性點接地的情況,做出系統(tǒng)的正序、負序、零序阻抗圖。</p><p> 3.1、正序等值阻抗圖:</p>
19、<p> 3.2、負序等值阻抗圖:</p><p> 3.3、零序等值阻抗圖:</p><p><b> 系統(tǒng)潮流計算結(jié)果</b></p><p> 為了確定各線路的最大負荷電流,應(yīng)計算系統(tǒng)在最大開機情況下的潮流分布。</p><p><b> 潮流分布圖如下:</b><
20、;/p><p> 各潮流功率計算(均采用標幺值):</p><p><b> ,</b></p><p><b> ;</b></p><p><b> ,</b></p><p><b> ;</b></p>
21、<p><b> ,</b></p><p><b> ;</b></p><p><b> ,</b></p><p><b> ;</b></p><p><b> ,</b></p><p
22、> 因為E、C線路之間功率流向為0,所以可認為C母線和E母線上功率是一致,即:, 則:;</p><p><b> ,</b></p><p><b> ;</b></p><p><b> ,</b></p><p><b> ;</b>
23、</p><p><b> ,</b></p><p><b> ;</b></p><p><b> ;</b></p><p><b> ,</b></p><p><b> 。</b></
24、p><p><b> 動穩(wěn)定計算</b></p><p> 計算動穩(wěn)定的目的是為了確定能滿足系統(tǒng)動穩(wěn)定要求的、主保護動作切除故障的最大允許時間。</p><p> 從動穩(wěn)定觀點看,不同的故障點和故障類型,對系統(tǒng)穩(wěn)定破壞的程度是不同的。一般來說,三相路對穩(wěn)定的影響較其他短路類型嚴重,靠近大型發(fā)電廠或大負荷中心的短路較其它地點發(fā)生的短路對穩(wěn)定性的
25、破壞要嚴重得多。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,應(yīng)迅速將故障切除。</p><p> 本設(shè)計中以0.2S(包括斷路器跳閘時間在內(nèi))作為保護設(shè)計中的最大動作時限,不再要求進行動穩(wěn)定計算。</p><p><b> 短路電流計算</b></p><p> 短路電流計算的目的是為了確定保護裝置的整定值和檢驗靈敏度。計算短路電流時,運行方式的確定非常重要
26、,因為它關(guān)系到所選的保護是否經(jīng)濟合理、單可靠,以及是否能滿足靈敏度要求等一系列問題。保護的運行方式是以通過保護裝置的短路電流的大小來區(qū)分的。例如,某保護的最大(小)運行方式,是指在某一點短路時通過該保護裝置的短路電流為最大(?。┑倪\行方式。</p><p> 6.1運行方式的確定原則</p><p> 本設(shè)計中,各線路保護的運行方式按下列原則確定。</p><p&g
27、t; 對單側(cè)電源的輻射形線路AB</p><p> 保護的最大運行方式由以下兩條件決定:</p><p> 電源在表1的第一種運行情況下運行;</p><p> 系統(tǒng)所有線路和選定的接地中性點均投入;</p><p> 保護的最小運行方式是:</p><p> 電源在表1的第二種運行情況下運行;</p
28、><p> 雙回線路BC單回線運行。</p><p> 對雙側(cè)電源和多側(cè)電源的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的線路</p><p> 保護的最大運行方式是:</p><p> 電源在表1的第一種運行情況下運行;</p><p> 環(huán)網(wǎng)開環(huán),開環(huán)點在該線路相鄰的下一級線路上。</p><p> 保護的最小運行
29、方式是:</p><p> 電源在表1的第二種情況下運行;</p><p> 線路閉環(huán)運行,停運該線路背后可能的機組和線路。</p><p><b> 對雙回線路</b></p><p> 除考慮上述情況外,還應(yīng)考慮雙回線路保護的接線方式,當雙回線路分別裝設(shè)保護時,單回線運行為保護的最大運行方式;雙回線路同時運行
30、為保護的最小運行方式。當雙回線路接一套電流保護時,情況剛好相反。</p><p> 保護的運行方式確定后,還應(yīng)根據(jù)選擇保護方式的需要選擇短路點,然后再逬行短路電流的計算。</p><p> 6.2短路電流的計算</p><p> 1、最大運行方式正序阻抗各參數(shù)如下:</p><p><b> ?。?lt;/b></
31、p><p><b> ?。?;</b></p><p><b> ?。?;</b></p><p> 最大運行方式正序阻抗圖如下:</p><p> 其中CDE三角形阻抗變換成星型等值阻抗:</p><p><b> ,,</b></p>
32、<p><b> 所以 </b></p><p> 最小運行方式正序阻抗各參數(shù)如下:</p><p><b> ,,</b></p><p><b> , ,</b></p><p> 最小運行方式正序阻抗圖如下:</p><p>&
33、lt;b> 同理可知:</b></p><p> 2、最大運行方式負序阻抗各參數(shù)如下:</p><p><b> ,</b></p><p><b> , ,</b></p><p><b> , ;</b></p><p>
34、 最大運行方式負序阻抗圖如下:</p><p> 最小運行方式負序阻抗各參數(shù)如下:</p><p><b> ,,</b></p><p><b> , ,</b></p><p> 最大運行方式負序阻抗圖如下:</p><p> 3、最大運行方式零序阻抗各參數(shù)如
35、下:</p><p><b> ,, ,</b></p><p><b> , ;</b></p><p> 最大運行方式零序阻抗圖如下:</p><p> 其中CDE三角形阻抗變換成星型等值阻抗:</p><p><b> ,,</b>&l
36、t;/p><p><b> 所以。</b></p><p> 最小運行方式零序阻抗各參數(shù)如下:</p><p><b> ,,,</b></p><p><b> ,。</b></p><p> 最小運行方式零序阻抗圖如下:</p>
37、<p><b> 。</b></p><p> 繼電保護方式的選擇與整定計算</p><p> 根據(jù)規(guī)程規(guī)定和所給系統(tǒng)的具體情況,選擇220kV線路保護時作了如下考慮。</p><p> 由于本系統(tǒng)允許切除故障的時間為0.2s,為保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定,當220kV輸電線路任何低點發(fā)生短路故降時,繼電保護切除故障線路的時間都必須小于
38、0.2s。因而,凡是不能在0.2S內(nèi)切除線路故障的保護裝置都不宜用作主保護?;谶@種考慮,對雙電源的雙回線路和環(huán)網(wǎng)內(nèi)的線路采用高頻保護作為主保護。后備保護釆距離保護比較合適。對于單電源的輻射線路AB,可采用距離保護作為相間短路保護,零序電流保護作為接地短路保護。</p><p> 7.1單電源輻射線路(AB)的整定計算</p><p> 反應(yīng)相間短路的距離保護的整定計算</p&g
39、t;<p> 因為AB線路末端為變壓器,所以直接采用距離Ⅲ段作為相間短路保護,不考</p><p> 慮時延。第Ⅲ段距離保護按躲過最小負荷阻抗來整定,,可靠系數(shù)Krel=1.25,自起動系數(shù)KMS=1.2,返回系數(shù)Kre=1.15,則:</p><p> 當負荷處取1.3倍的變壓器容量時,此時負荷最大:</p><p><b> ,&
40、lt;/b></p><p> 為在最小運行方式下,所有電源標幺值均取1.05時的值:</p><p><b> ,</b></p><p> 距離Ⅲ段保護無須整定。</p><p> 反應(yīng)接地短路的零序電流保護的整定計算</p><p> 零序Ⅰ段:由6.2可知 ,</p&
41、gt;<p><b> 單相接地短路:,</b></p><p><b> 兩相接地短路:,</b></p><p><b> ,</b></p><p> 零序Ⅲ段:按躲開下一條線路出口處相間短路時的最大不平衡電流整定,不考慮時延。當A點處變壓器的出線處短路時的短路電流求得短路
42、阻抗為 。</p><p><b> ,</b></p><p><b> 所以</b></p><p> 7.2雙回線路BC和環(huán)網(wǎng)線路主保護的整定計算</p><p> 雙回線路BC主保護的整定計算</p><p><b> 采用相差高頻保護。</
43、b></p><p> BC段250km線路:</p><p><b> 閉鎖角:,</b></p><p><b> 動作角: ,</b></p><p><b> 保護動作范圍:,</b></p><p> 保護不動作區(qū): 。&l
44、t;/p><p> BC段230km線路:</p><p><b> 閉鎖角:,</b></p><p><b> 動作角: ,</b></p><p><b> 保護動作范圍:,</b></p><p> 保護不動作區(qū): 。</p>
45、;<p> 雙回線路CE、ED、CD主保護的整定計算(選做)</p><p><b> 采用相差高頻保護。</b></p><p><b> CE線路:</b></p><p><b> 閉鎖角:,</b></p><p><b> 動作角:
46、 ,</b></p><p><b> 保護動作范圍:,</b></p><p> 保護不動作區(qū): 。</p><p><b> ED線路:</b></p><p><b> 閉鎖角:,</b></p><p><b>
47、 動作角: ,</b></p><p><b> 保護動作范圍:,</b></p><p> 保護不動作區(qū): 。</p><p><b> CD線路:</b></p><p><b> 閉鎖角:,</b></p><p><
48、b> 動作角: ,</b></p><p><b> 保護動作范圍:,</b></p><p> 保護不動作區(qū): 。</p><p> 7.3雙回線路和環(huán)網(wǎng)線路后備保護的整定計算(選做)</p><p> 雙回線路和環(huán)網(wǎng)線路均采用相間距離保護和接地距離保護作為后備保護。</p>
49、<p> 環(huán)網(wǎng)中CE線的整定計算</p><p> 環(huán)網(wǎng)中ED、 CD線及雙回線BC的整定計算</p><p> 220kV電網(wǎng)中輸電線路繼電保護配置</p><p><b> 總結(jié)</b></p><p> 本次設(shè)計是針對220KV電網(wǎng)在不同運行方式以及短路故障類型的情況下進行的分析計算和整定的
50、。根據(jù)本次設(shè)計的實際要求,線路末端短路根據(jù)具體情況和繼電保護“四性”的要求,采用了反應(yīng)相間短路的距離保護和反應(yīng)接地故障的零序電流三段式保護;線路之間采用相差高頻保護。</p><p> 通過這次設(shè)計,我對自己所學(xué)專業(yè)知識有了更新、更深層次的認識。由于繼電保護的重要性和特殊性,在計算各參數(shù)和短路電流過程中,要用到電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的相關(guān)知識。在這過程中,我深深體會到理論知識的重要性,只有牢固掌握所
51、學(xué)的知識,才能更好的應(yīng)用到實踐中去。這次設(shè)計提高了我們思考問題、解決問題的能力,它使我們的思維更加縝密,這將對我們今后的學(xué)習、工作大有裨益。</p><p> 此次課程設(shè)計能順利的完成與同學(xué)的幫助是分不開的,在對某些求解方案模棱兩可的情況下,多虧和同學(xué)的討論、交流,才能最終確定方案,在此衷心感謝各位同學(xué)的幫助!</p><p><b> 參 考 文 獻</b>&l
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