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南京工程学院电力工程学院继电保护课程设计11概述电力系统中的发电机、变压器、输电线路、母线以及用电设备，一旦发生故障，继电保护及安全自动装置能够快速、可靠、有选择地将故障元件从系统中切除，使故障元件免于继续遭受损坏，既能保证其它无故障部分迅速恢复正常，又能提高电力系统运行的稳定性，是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。而课程设计是学生在校期间的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计（或研究）的综合性训练。通过课程设计，可以培养学生运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，增强工程观念，以便更好地适应工作的需求。本次课程设计为给110kV电网继电保护配置与线路保护整定计算，学习规程确定系统运行方式，变压器运行方式。选择各元件保护方式，计算发电机、变压器、线路的参数，确定保护方式及互感器变比；首先选择过电流保护，对电网进行短路电流计算，包括适中电流的正序、负序、零序电流的短路计算，整定电流保护的整定值。在过电流保护不满足的情况下，相间故障选择距离保护，接地故障选择零序电流保护，同时对距离保护、零序电流保护进行整定计算。110kv电网继电保护配置与线路保护整定计算22运行方式2.1最大最小运行方式继电保护整定计算用的运行方式，是在电力系统确定好远行方式的基础上、在不影响继电保护效果的前提下，为提高继电保护对运行方式变化的适应能力而进一步选择的。确定运行方式的限度，就是确定最大和最小运行方式，它应满足常见运行方式为基础、在不影响保护效果的前提下，适当加达变化范围。其一般原则如下：(1)必须考虑抢修与故障两种状态的重叠出现。(2)不考虑极少见的特殊方式。必要时，可采取临时的特殊措施加以解决。最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性。最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。2.2接地运行方式2.2.1中性点有效接地系统发生单项短路时，三相立即切除，供电的可靠性差，对低电压无变化，适用于110KV及以上的系统。2.2.2中性点非有效接地系统正常运行时，中性点对打的电压为零，各相对低电压等于相电压。发生单项接地故障时，中性点对地电压可达相电压，完好相对低电压可达线电压，接地相对地电压为零。适用于电压小于500KV的装置。根据以上说明本系统变压器（T1、T2、T3）有一台或两台采用中性点非有效接地系统，另外的采用中性点有效接地系统，终端变压器（T4、T5、T6、T7）采用中性点非有效接南京工程学院电力工程学院继电保护课程设计3地系统2.3本电网运行方式本电网的最大运行方式为系统s在最大运行方式下发电厂三台发电机同时投入运行，厂内有一至两台主变压器中性点接地，变电所两台主变压器并列运行，4T﹑5T﹑6T﹑7T作为终端变压器一般不接地。本电网的最小运行方式为系统s在最小运行方式下发电厂有一台发电机退出运行，即发电机3G退出运行，厂内有一至两台主变压器中性点接地，变电所两台主变压器独自运行，4T﹑5T﹑6T﹑7T作为终端变压器一般不接地。110kv电网继电保护配置与线路保护整定计算43保护配置3.1发电机变压器保护配置3.1.1配置原则1)根据国家电网公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》（国电发[2000]589号）第20.1.4条规定，“为提高继电保护的可靠性，对重要的路线和设备必须坚持设立两套独立的主保护的原则，并且两套保护宜为不同原理和不同厂家的产品，对重要元件应充分考虑后背保护的设置，200MW及以上容量的发电机设备应配置两套完整的互相独立的主保护和后备保护”。2)根据国电公司25项反措第11.6条要求精神，防止发电机变压器组和变压器的主断路器出现非全相运行，引起设备事故或扩大为系统事故，220KV及以上发电机变压器组和变压器的主断路器及母联、母线分段断路器应选用三相联动的双跳断路器。3)发变组保护技术要求高，对运行安全性，可靠性有严格的要求，必须选用有良好运行实绩的危机发变组保护。根据以上的原则110kV输电线路方式为：相间距离保护和零序电流保护。其中段Ⅰ、Ⅱ作为主保护，Ⅲ段作为后备保护。3.1.2发电机-变压器组保护方式的选择与配置3.1.2.1发电机-变压器组保护配置（1）差动保护发电机定子绕组相间短路是一种严重的故障，为防止其危害，要装设纵联差动保护。（2）发电机定子匝间短路保护大型发电机由于额定电流大，定子绕组每相都由两个或以上的并联支路组成。同一支路或同相不同支路绕组之间的短路称为匝间短路。发电机在正常运行中，定子绕组由于电晕腐蚀，长期受热，机械振动以及机械磨损等因素的影响，匝间绝缘将会逐步劣化。发生匝间短路后，在匝间电势的作用下，短路绕组内将形成很大的短路环流，其值甚至超过机端三相短路电流，因此定子绕组匝间短路是发电机不容忽视的一种严重故障形式。（3）发电机定子绕组的接地保护发电机发生单相接地故障的危害，主要表现在故障点的电弧将烧伤铁芯并进一步南京工程学院电力工程学院继电保护课程设计5扩大定子绕组的损坏范围。同时绕组发生一点接地后，如未能及时发现，则当绕组再发生另一点接地时，就会造成匝间或相间故障，使发电机定子遭受更严重的损坏。（4）主变零序保护大型电力变压器高压侧所连接的都是中性点直接接地的高压电力系统，配置于变压器高压侧的零序保护，是用来作为变压器、相邻母线及输电线路的单相接地故障的后备保护。（5）低阻抗保护低阻抗保护用于防护发电机及变压器内部相间短路，作为发变组差动保护的后备，并兼作220KV母线短路的近后备以及220KV输电线路的远后备。（6）对称过负荷保护当发电机差动保护范围外部故障，而故障元件的保护拒动时，为了能可靠切除故障，在发电机上应装设过负荷保护。同时也作为发电机差动保护的后备。（7）不对称过负荷保护不对称过负荷保护不仅作为发电机相间短路的后备，而且是大型发电机反应转子表层过热的主保护。电力系统发生不对称短路或三相负荷不平衡时，定子绕组将流过负序电流，建立起相对转子两倍转速的负序磁场。在转子表层感应出数值很大的100Hz电流，引起转子表层过热、局部灼伤，甚至造成护环受热松脱。此外，产生的100Hz交变电磁转矩作用在转子大轴和定子机座上，将引起机组振动。对于大型汽轮发电机，由于热容量相对较小，所以发热条件是决定机组承受负序电流能力的主要依据。（8）发电机失磁保护发电机失磁指的是励磁电流突然消失或下降到静态极限所对应的励磁电流以下（即部分失磁）。失磁的原因主要有：转子绕组短路、励磁回路开路、励磁系统故障、灭磁开关误跳闸以及误操作等。（9）发电机过电压保护大型机组由于自动电压调节器故障或功频调节系统反应迟缓，在满载下突然甩负荷后，出现危及绝缘安全的过电压是比较常见的现象。过电压是造成发电机或变压器过励磁的原因之一，因此过电压保护尚具有不完全的过励磁保护的功能。（8）过励磁保护引起发变组中主变过励磁的原因有：110kv电网继电保护配置与线路保护整定计算61）发电机在低速下预热或启动过程中转速尚未上升到额定值时，误加励磁并升压到额定值，即因频率较低而导致过励磁。2）发电机并列过程中，误加较大励磁，使变压器电压超过额定值而导致过励磁。3）机组停运转速下降时，若灭磁开关未跳，而电压自动调节器（AVR）仍作用调压，而导致过励磁。4）机组突然甩负荷时，由于电压自动调节器（AVR）调整惯性，特别当其失灵或停运时，则由于频率升高赶不上电压急剧升高而导致过励磁。（11）逆功率保护汽轮发电机由于机炉保护动作或调速系统故障，可能会出现主汽门突然关闭的情况，此后随着汽轮机动能的消失，发电机将迅速转变为电动机运行，即由向系统输出有功功率变为从系统吸收有功功率，此即为逆功率。（12）发电机失步保护发电机或机组群在受到大的扰动时（如相邻设备短路故障延时切除或相邻大型机组发生低励故障），并与系统或与系统其余部分电势间相角的摇摆可能会不断扩大，以致超过180°进入异步运行状态，即为失步，或称不稳定振荡。3.1.3本电网变压器的运行方式发电厂变压器的运行方式为有一至两台主变压器中性点接地，4T﹑5T﹑6T﹑7T作为终端变压器一般不接地。3.1.4本电网发电机-变压器组保护类型本电网中发变组应该装设差动保护、瓦斯保护、失磁保护、转子一点接地保护、定子单相接地保护、过电压保护、过负荷保护等。表1保护方式的选择与配置输电线路发电机-变压器组相间距离保护（Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅲ段）零序电流保护（Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅲ段）差动保护、瓦斯保护、失磁保护、转子一点接地保护、定子单相接地保护、过电压保护、过负荷保护等3.2线路保护配置南京工程学院电力工程学院继电保护课程设计73.2.1配置原则1）110KV系统线路保护现按远后备原则考虑实施，只配置一套线路微机保护。保护的主要工能为相间距离保护、接地距离保护、零序电流保护和三相一次重合闸。2）同一变电所宜采用同一制造厂的产品。对于110KV线路，保护和监控了两个独立的单元机箱应装设在同一屏上。一面屏上可装设两条线路的保护和监控，以避免不必要的连线，简化回路接线，提高抗干扰力。3）地区发电厂至变电所的110KV联络线可根据电网稳定运行或继电保护整定配合需要可装设一套完整的纵联距离保护（有条件时可考虑采用光纤通道）。3.2.2本电网线路保护类型本设计中线路发生相间短路时采用相间距离保护（Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅲ段），接地短路时采用零序电流保护（Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅲ段）。3.3互感器变比3.3.1电压互感器变比根据《电气工程专业毕业设计指南—继电保护分册》—韩笑﹑宋丽群主编，电压互感器的选择：1）一次电压与二次电压的选择与配置电压互感器的一次绕组额定电压有3KV、6KV、20KV、35KV、110KV、220KV、500KV各级，电压互感器二次绕组分主二次绕组及辅助二次绕组两类，即主二次绕组的额定电压是按下述原则设计的：①一次绕组接于线电压时，二次绕组额定电压为100V；②一次线路接于相电压时，二次绕组的额定电压为3100。辅助二次绕组的额定电压按下述原则设计：①中性点直接接地的系统中，二次绕组额定电压为100V；②中性点不接待或经消弧线圈接地的系统中，二次绕组额定电压为3100。在本次设计中选择的电压互感器变比是KVKV1.01103.3.2电流互感器选择3.3.2.1选择原则为降低工程造价，在设计上通常采用测量仪表与继电保护共用一组电流互感器的方式，一个电流互感器内有一个或多个铁芯，每个铁芯上有一个二次绕组，测量仪表和继电保护接不同的二次绕组，且供测量仪表的铁芯与供继电保护的铁芯在特性上有110kv电网继电保护配置与线路保护整定计算8较大差别。测量铁芯是按电流互感器正常运行条件设计的，铁芯截面小，饱和倍数低；而保护用铁芯是按短路条件设计的，铁芯截面大，饱和倍数高。1）一次电流的选择测量仪表用电流互感器的一次电流一般应取nTAII25.1。其中，nI为发电机或变压器的额定电流，对线路应是最大负荷电流。对于直接起动电动机的测量仪表用电流互感器应选用nTAII25.1。继电保护用电流互感器额定电流应大于该电气主设备可能出现的最大长期负荷电流。2)二次电流的选择标准电流互感器二次额定电流为5A或1A。110kV及以上的电流互感器的额定二次电流宜选1A，这样可大幅度降低电缆中的有功损耗，在相同的条件下可减轻电流互感器的二次负担，减小电流回路电缆截面，以降低工程造价。3)额定输出容量的选择电流互感器的额定输出容量是指在额定一次电流、额定变比条件下，保证所要求的准确级时，所能输出的最大容量。可根据二次负载所消耗的容量来计算电流互感器的输出容量。电流互感器二次负载所消耗的容量loaS为loanloaZIS2式中nI——电流互感器的二次额定电流，A;loaZ——二次回路的负载阻抗，可采用实际测量值或通过计算得到。选择电流互感器的额定输出容量loanS