继电保护定值计算课程设计

某一水电站网络如图4所示。 

已知：

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； 

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； 

平行线路L1、L2同时运行为正常运行方式； 

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。     

负荷自起动系数为1.3 ； 

保护动作是限级差△t ＝ 0.5s ； 

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； 

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； 

根据GTB14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规范》的规定，1MW以上的发电机，应装设纵连差动保护（条款4.2.3.3）；1MW以上的发电机，宜装设复合电压启动的过电流保护。灵敏度不满足要求时可增设负序过电流保护（条款4.3.6.2）故对于水电站发电机，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：

计算发电机额定电流

一次侧额定电流

确定最小动作电流

1)

取0.3倍额定电流，动作值为114.6A

2)制动特性拐点电流

取0.8倍额定电流，动作值为458.4A

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

差动回路最大不平衡电流

最大动作电流

则

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

制动电流

相应的动作电流

灵敏系数，满足要求。

差动速断动作电流

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，各部分等值参数如下：

发电机               变压器

输电线路            

系统等值阻抗图如下：

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

动作定值

电流速断保护保护范围校验：

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：

距离保护Ⅰ段为无时限的速动段，整定阻抗    

距离保护Ⅲ段按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定

距离保护Ⅲ段整定值

距离保护Ⅲ段灵敏度校验

灵敏度满足要求

距离保护Ⅲ段动作时间： 

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：

    距离保护Ⅰ段为无时限的速动段，整定阻抗    

距离保护II段

按照QF6末端短路整定

距离保护II段灵敏度校验

满足要求

按照QF7末端短路整定

距离保护II段灵敏度校验

不满足要求

所以QF1 的距离II段保护需要和7QF的距离II保护配合

距离保护II段灵敏度校验

满足要求

距离保护II段动作时间： 

距离保护Ⅲ段按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定

距离保护Ⅲ段整定值

距离保护Ⅲ段灵敏度

近后备校验

远后备校验

灵敏度满足要求

距离保护Ⅲ段动作时间： 

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

e. 继电保护6QF的接线图及展开图。

原理图能展示出保护装置的全部组成元件及其他们之间的联系和动作原理。在原理图上所有元件都以完整的图形符号表示，所以能对整套保护装置的构成和工作原理给出直观、完整的概念，易于阅读。三段式距离保护的原理接线图如图下所示：

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。

展开图是将交流回路和直流回路分开画出的。各继电器的线圈和触点分别画在各自所属的回路中，并用相同的文字符号标注，以便阅读和查对。在连接上按照保护的动作顺序，自上而下、从左到右依次排列线圈和触点。如下所示：

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：

，，,

母线LA与LE之间的电缆L2参数：

，，,。

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：

， 

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：

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；

短路计算

系统各部分的等值阻抗标么值，选取基准容量，基准电压为平均电压

高压母线HA以上部分

变压器T1和T2

电缆线路L1和L2

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

系统最小运行方式下电缆线路L1末端两相短路时

系统最大运行方式下变压器T2末端三相短路时

系统最小运行方式下变压器T2末端两相短路时

系统最大运行方式下电缆线路L2末端三相短路时

系统最小运行方式下电缆线路L2末端两相短路时

整定计算

电流保护Ⅰ段整定

对CB107 动作电流

对CB108 动作电流

对CB503 动作电流

对CB506 动作电流

对CB504 动作电流

对CB505 动作电流

电流保护Ⅰ段保护范围校验

对CB107 

CB503 

电流保护Ⅱ段整定

对CB107 动作电流

对CB108 动作电流

对CB107 动作时间

对CB108 动作时间

电流保护Ⅱ段灵敏度校验

对CB107 

对CB108 

电流保护Ⅲ段整定

对CB107 动作电流

对CB108 动作电流

对CB503 动作电流

对CB506 动作电流

对CB504 动作电流

对CB505 动作电流

电流保护Ⅲ段动作时间整定

对CB107 动作时间

对CB108 动作时间

对CB503 动作时间

对CB506 动作时间

对CB504 动作时间

对CB505 动作时间

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：

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

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

零序电流Ⅰ段    

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

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。

110kV单电源环形网络如图2所示。

    已知：

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； 

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； 

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）； 

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 ； 

线路的电抗每公里均为 0.4 Ω，忽律电阻； 

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。

试求： 

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            

母线B侧一台变压器    

母线C侧一台变压器    

距离保护Ⅰ段动作值整定

对1QF    

对3QF    

对5QF    

距离保护Ⅰ段均为无时限动作，即动作时限

距离保护Ⅱ段动作值整定

对1QF    与3QF距离保护Ⅰ段配合    

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

综上，取较小者，即

对3QF    与5QF距离保护Ⅰ段配合    

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

综上，取较小者，即

距离保护Ⅱ段动作实现整定

对1QF                 对3QF     

距离保护Ⅱ段灵敏度校验

对1QF        满足要求

对3QF        满足要求

距离保护Ⅲ段动作值整定

对1QF    ，则

对3QF    ，则

对5QF    ，则

距离保护Ⅲ段动作时限整定

对1QF    

对3QF    

对5QF    

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        满足要求

相邻线路BC末端短路时，灵敏系数为        满足要求

对3QF，线路BC末端短路时，灵敏系数为        满足要求

相邻线路CA末端短路时，灵敏系数为        满足要求

对5QF，线路CA末端短路时，灵敏系数为        满足要求

B. 原理接线图

原理图能展示出保护装置的全部组成元件及其他们之间的联系和动作原理。在原理图上所有元件都以完整的图形符号表示，所以能对整套保护装置的构成和工作原理给出直观、完整的概念，易于阅读。三段式距离保护的原理接线图如图下所示：

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。

展开图

展开图是将交流回路和直流回路分开画出的。各继电器的线圈和触点分别画在各自所属的回路中，并用相同的文字符号标注，以便阅读和查对。在连接上按照保护的动作顺序，自上而下、从左到右依次排列线圈和触点。如下所示：

C 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。