电力系统继电保护设计毕业设计

毕业设计题目5 # 电力系统继电保护设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：
指导教师签名：日期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日
导师签名：日期：年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
教研室（或答辩小组）及教学系意见
学生毕业设计开题报告
3、未来发展趋势
继电保护技术未来发展趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和通信一体化发展。

随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，出现了一些引人注目的新趋势。

二、课题任务、重点研究内容、实现途径、条件：
1、课题任务：5#电力系统继电保护设计
（1）电力系统情况：系统如下图所示。

（2）任务书要求：
①用标准图符重做系统图，并标出各元件的标识；
②用标幺制计算个元件参数，写出过程，列出参数表；
③画出全系统等值电路图，标出编号和参数；
④选择短路点计算各短路电流周期分量，写出计算公式、过程步骤，列出结果数据表；
⑤计算流过各保护的最大负荷电流，列出数据表；
⑥发电机只配定子绕组住保护、变压器只配电气量主保护、线路配置完整保护、母线保护不要求，闭环网络按开环运行方式考虑保护的配置与整定。

⑦对各保护进行整定计算，写出整定计算过程与结果，列出保护配置及定值清单表；
⑧到实验室用软件作仿真计算全个系统的参数，校验计算成果。

如有问题重新修改。

⑨编写设计说明书或毕业设计论文，必须按论文要求格式，图文并茂，逻辑性强，语言流畅，
注:此报告，学生应根据教师下发的任务书，独立撰写，在毕业设计（论文）开始后两周内完成。

表格篇幅不够可自行增加页数。

摘要
继电保护作为电力系统中发生故障或者异常状况监测的主要设施，通过对故障现象进行分析，从而发出相关警报信号或者暂时隔离、切除这一缺陷状态的。

就一般情况而言，当电力系统发生故障或者处于非正常运行状态的时候，将对用电设备的安全生产造成巨大的威胁，甚至会造成更加严重的后果。

因此为了在工作中确保电力设备的运行安全和稳定，减少由电力事故引起的大面积停电或者重要设施破坏，必须在工作中对继电保护装置进行研究与优化，确保其能够可靠、准确、快速的控制线路。

本文以某（110kv）系统为例，详细讲述了该系统的设计过程。

为保证继电保护所应该具有的可靠性、选择性、灵敏性、速动性,充分发挥继电保护装置的作用，保证系统安全稳定地运行，做好短路电流计算以及各保护的整定计算工作是本系统设计的必要条件。

关键词：继电保护短路计算整定计算
Abstract
In power system relay protection as a failure or abnormal condition monitoring of the main facilities, through analyze the fault phenomenon, to make relevant alarm signal or temporary isolation, removal of the defect status. In terms of the general situation, when the abnormal operation of the power system failure or when the poses a great threat to the safety in production of electrical equipment, will be even more serious consequences. So in order to ensure the operation of the power equipment in the work safety and stability, reduce blackouts caused by power accident or important facilities damaged, must work in study and optimization of relay protection device, ensure it can be reliable, accurate and fast control circuit.
In this paper a (110 kv) system as an example, the system design process is described in detail. In order to ensure the reliability of relay protection should have, selectivity, sensitivity, quick action, give full play to the role of the relay protection device, ensure the safe and stable operation of system, completes the short circuit current calculation and protection setting calculation work is a necessary condition for the system design. Keywords: Relay protection Short circuit calculation Setting calculation
目录
第一章引言 (1)
1.1综述 (1)
1.2继电保护研究情况及未来发展趋势 (1)
1.2.1研究现状 (1)
1.2.2未来趋势 (2)
1.3设计的主要内容 (2)
第二章保护配置原则及方案选择 (2)
2.1 配置原则 (2)
2.1.1 发-变组保护配置原则 (3)
2.1.2 变压器保护配置原则 (5)
2.1.3 线路保护配置原则 (6)
2.2选择方案 (7)
第三章短路计算 (8)
3.1系统情况 (9)
3.1.1 #5电力系统图 (9)
3.1.2 系统参数 (9)
3.2 基准值选择 (9)
3.3.1各元件等值电抗计算 (10)
3.3.2 最大负荷电流计算 (12)
3.4短路电流计算 (13)
3.4.1线路1始端发生三相短路时的短路电流 (13)
3.4.2线路1末端发生三相短路时的短路电流 (14)
3.4.3线路2始端发生三相短路时的短路电流 (15)
3.4.4线路2末端发生三相短路时的短路电流 (15)
3.4.5线路3始端发生三相短路时的短路电流 (16)
3.4.6线路3末端发生三相短路时的短路电流 (17)
3.4.7线路4始端发生三相短路时的短路电流 (18)
3.4.8线路4末端发生三相短路时的短路电流 (19)
第四章保护配置及整定计算 (20)
4.1 变压器保护配置 (20)
4.1.1变压器配置 (20)
4.1.2保护配置的整定 (22)
4.2发电机保护配置 (25)
4.2.1 保护配置的原理 (25)
4.2.2 保护配置的整定 (26)
4.3接地距离保护的配置和整定 (27)
4.3.1保护1的配置和整定 (27)
4.3.2 保护2的配置和整定 (29)
4.3.3 保护3的配置和整定 (30)
4.3.4保护4的配置和整定 (31)
第五章总结 (35)
致谢 (1)
第一章引言
1.1综述
在我国,地区级电网主要是指 35~110kV 电网，它具有电压等级低，接入的电厂容量较小，输电距离短等特点。

110kV 电网在各地区的普及度越来越高，在电网中承担了很大一部分的电力传输。

110kV 电网的形成和不断拓展的过程，体现了电网结构不断与电力负荷增长、城市规划以及供电可靠性相适应的过程。

在电网的运行过程中，故障是不可避免的，为了电网能够在出现故障时，也能及时排除并安全稳定的继续运行，继电保护装置是不可缺少的。

继电保护作为电力系统中发生故障或者异常状况监测的主要设施，是通过对故障现象进行分析，从而发出相关警报信号或者暂时隔离、切除这一缺陷状态的。

就一般情况而言，当电力系统发生故障或者处于非正常运行状态的时候，将对用电设备的安全生产造成巨大的威胁，甚至会造成更加严重的后果。

因此为了在工作中确保电力设备的运行安全和稳定，减少由电力事故引起的大面积停电或者重要设施破坏，必须在工作中对继电保护装置进行研究与优化，确保其能够可靠、准确、快速的控制线路。

继电保护装置是电力系统安全稳定运行的重要防线，为保证继电保护充分发挥作用，继电保护必须满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求，而除了可靠性需要依赖于继电保护装置本身，选择性、灵敏性、速动性都是由保护定值决定的，因此做好电网继电保护定值的整定计算工作对于保证电力系统的安全运行是非常重要的。

1.2继电保护研究情况及未来发展趋势
1.2.1研究现状
电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。

我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。

重庆大学、华中科技大学、东南大学、华北电力大学、西安交通大学、天津大学、上海交通大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同形式的微机保护装置。

华北电力大学在1984年研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。

在主设备保护方面，东南大学和华中科技大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和
变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。

南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。

天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。

至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。

随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。

可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。

1.2.2未来趋势
继电保护技术未来发展趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和通信一体化发展。

随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，出现了一些引人注目的新趋势。

1.3设计的主要内容
(1)用标准图符重做系统图，并标出各元件的标识；
(2)用标幺制计算个元件参数，写出过程，列出参数表；
(3)画出全系统等值电路图，标出编号和参数；
(4)选择短路点计算各短路电流周期分量，写出计算公式、过程步骤，列出结果数据表；
(5)计算流过各保护的最大负荷电流，列出数据表；
(6)发电机只配定子绕组主保护、变压器只配电气量主保护、线路配置完整保护、母线保护不要求，闭环网络按开环运行方式考虑保护的配置与整定。

(7)对各保护进行整定计算，写出整定计算过程与结果，列出保护配置及定值清单表；
第二章保护配置原则及方案选择
2.1 配置原则
电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因会发生如短路、断路等故障。

最常见同时也是最危险的故障是发现各种类型的短路。

故障和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故。

为了避免
不必要的损失，在电力系统的各部分配置各种保护，保证电力系统安全稳定的运行。

本文以110KV电力系统为例，进行保护配置，110KV系统见图2.1.
图2.1 110KV电力系统图
2.1.1 发-变组保护配置原则
按照《继电保护和安全自动装置技术规程》可知：
对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，应按下列规定配置相应的保护作为发电机的主保护；
(1) 1MW 及以下单独运行的发电机，如中性点侧有引出线，则在中性点侧装设过电流保护，如中性点侧无引出线，则在发电机端装设低电压保护。

(2) 1MW 及以下与其它发电机或与电力系统并列运行的发电机，应在发电机端装设电流速断保护。

如电流速断灵敏系数不符合要求，可装设纵联差动保护；对中性点侧没有引出线的发电机，可装设低压过流保护。

(3) 1MW 以上的发电机，应装设纵联差动保护。

(4) 对 100MW 以下的发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机与变压器宜分别装设单独的纵联差动保护功能。

(5) 对 100MW 及以上发电机变压器组，应装设双重主保护，每一套主保护宜具有发电机纵联差动保护和变压器纵联差动保护功能。

(6) 在穿越性短路、穿越性励磁涌流及自同步或非同步合闸过程中，纵联差动保护应采取措施，减轻电流互感器饱和及剩磁的影响，提高保护动作可靠性。

(7) 纵联差动保护，应装设电流回路断线监视装置，断线后动作于信号。

电流回
路断线允许差动保护跳闸。

(8) 本条中规定装设的过电流保护、电流速断保护、低电压保护、低压过流和差动保护均应动作于停机。

对发电机定子匝间短路，应按下列规定装设定子匝间保护：
(1) 对定子绕组为星形接线、每相有并联分支且中性点侧有分支引出端的发电机，应装设零序电流型横差保护或裂相横差保护、不完全纵差保护。

(2) 50MW 及以上发电机，当定子绕组为星形接线，中性点只有三个引出端子时，根据用户和制造厂的要求，也可装设专用的匝间短路保护。

对发电机外部相间短路故障和作为发电机主保护的后备，应按下列规定配置相应的保护，保护装置宜配置在发电机的中性点侧：
(1) 对于 1MW 及以下与其它发电机或与电力系统并列运行的发电机，应装设过流保护。

(2) 1MW 以上的发电机，宜装设复合电压(包括负序电压及线电压)起动的过电流保护。

灵敏度不满足要求时可增设负序过电流保护。

(3) 50MW 及以上的发电机，宜装设负序过电流保护和单元件低压起动过电流保护。

(4) 自并励(无串联变压器)发电机，宜采用带电流记忆(保持)的低压过电流保护。

(5) 并列运行的发电机和发电机变压器组的后备保护，对所连接母线的相间故障，应具有必要的灵敏系数。

(6) 本条中规定装设的以上各项保护装置，宜带有二段时限，以较短的时限动作于缩小故障影响的范围或动作于解列，以较长的时限动作于停机。

(7) 对于按规定装设了定子绕组反时限过负荷及反时限负序过负荷保护，且保护综合特性对发电机变压器组所连接高压母线的相间短路故障具有必要的灵敏系数，并满足时间配合要求，可不再装设4.2.6.2 条规定的后备保护。

保护宜动作于停机。

对发电机定子绕组的异常过电压，应按下列规定装设过电压保护：
(1) 对水轮发电机，应装设过电压保护，其整定值根据定子绕组绝缘状况决定。

过电压保护宜动作于解列灭磁。

(2) 对于 100MW 及以上的汽轮发电机，宜装设过电压保护，其整定值根据定子
绕组绝缘状况决定。

过电压保护宜动作于解列灭磁或程序跳闸。

对过负荷引起的发电机定子绕组过电流，应按下列规定装设定子绕组过负荷保护：
(1) 定子绕组非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护，保护接一相电流，带时限动作于信号。

(2) 定子绕组为直接冷却且过负荷能力较低(例如低于1.5 倍、60s)，过负荷保护由定时限和反时限两部分组成。

定时限部分：动作电流按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定，带时限动作于信号，在有条件时，可动作于自动减负荷。

2.1.2 变压器保护配置原则
按照《继电保护和安全自动装置技术规程》可知：
（1）反映变压器线圈及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地的纵差动保护。

（2）反映变压器内部各种故障和油面降低的瓦斯保护及有载调压的瓦斯保护。

（3）反映变压器外部短路引起的过电流和作为变压器主保护后备保护的相间后备保护。

（4）反映大接地电网外部接地短路的零序电流、电压后备保护。

（5）0.4MVA 及以上车间内油浸式变压器和0.8MVA 及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当壳内故障产生大量瓦斯时，应瞬时动作于断开变压器各侧断路器。

带负荷调压变压器充油调压开关，亦应装设瓦斯保护。

瓦斯保护应采取措施，防止因瓦斯继电器的引线故障、震动等引起瓦斯保护误动作。

（6）电压在 10kV 及以下、容量在10MVA 及以下的变压器，采用电流速断保护。

（7）电压在 10kV 以上、容量在10MVA 及以上的变压器，采用纵差保护。

（8）对于电压为10kV 的重要变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时也可采用纵差保护。

（9）电压为 220kV 及以上的变压器装设数字式保护时，除非电量保护外，应采用双重化保护配置。

当断路器具有两组跳闸线圈时，两套保护宜分别动作于断路器的一组跳闸线圈。

（10）35kV～66kV 及以下中小容量的降压变压器，宜采用过电流保护。

保护的整定值要考虑变压器可能出现的过负荷。

（11）110kV～500kV 降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，相间短路后备保护用过电流保护不能满足灵敏性要求时，宜采用复合电压起动的过电流保护或复合电流保护。

（12）对降压变压器，升压变压器和系统联络变压器，根据各侧接线、连接的系统和电源情况的不同，应配置不同的相间短路后备保护，该保护宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的故障。

（13）单侧电源双绕组变压器和三绕组变压器，相间短路后备保护宜装于各侧。

非电源侧保护带两段或三段时限，用第一时限断开本侧母联或分段断路器，缩小故障影响范围；用第二时限断开本侧断路器；用第三时限断开变压器各侧断路器。

电源侧保护带一段时限，断开变压器各侧断路器。

（14）两侧或三侧有电源的双绕组变压器和三绕组变压器，各侧相间短路后备保护可带两段或三段时限。

为满足选择性的要求或为降低后备保护的动作时间，相间短路后备保护可带方向，方向宜指向各侧母线，但断开变压器各侧断路器的后备保护不带方向。

（15）低压侧有分支，并接至分开运行母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个分支装设相间短路后备保护。

2.1.3 线路保护配置原则
按照《继电保护和安全自动装置技术规程》可知：
110kV～220kV 中性点直接接地电力网的线路，应按规程装设反应相间短路和接地短路的保护。

（1）110kV 双侧电源线路符合下列条件之一时，应装设一套全线速动保护。

a.根据系统稳定要求有必要时；
b．线路发生三相短路，如使发电厂厂用母线电压低于允许值（一般为60%额定电压），且其他保护不能无时限和有选择地切除短路时；
c．如电力网的某些线路采用全线速动保护后，不仅改善本线路保护性能，而且能够改善整个电网保护的性能。

（2）对多级串联或采用电缆的单侧电源线路，为满足快速性和选择性的要求，
可装设全线速动保护作为主保护。

（3）110kV 线路的后备保护宜采用远后备方式。

（4）单侧电源线路，可装设阶段式相电流和零序电流保护，作为相间和接地故障的保护，如不能满足要求，则装设阶段式相间和接地距离保护，并辅之用于切除经电阻接地故障的一段零序电流保护。

（5）双侧电源线路，可装设阶段式相间和接地距离保护，并辅之用于切除经电阻接地故障的一段零序电流保护。

2.2选择方案
本次毕业设计的主要内容是对5#电力系统继电保护的配置。

可跟据继电保护配置原理，先选择两套保护方案，通过比较后认可其中的一套方案，再对这套方案中的保护进行确定性的整定计算和灵敏性校验，看看它们是否能满足要求，如果能满足便可以采用，如果不能满足则需要重新选择，重新整定和校验。

表2-1 方案选择表
方案1
保护对象主保护后备保护
变压器纵联差动保护、瓦斯保护
复合电压启动过电流保护、
过负荷保护母线不要求无
输电线路距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ保护零序电流Ⅰ、Ⅲ保护
发电机纵联差动保护定子绕组接地保护
方案2
保护对象主保护后备保护
变压器
电流速断保护、
瓦斯保护复合电压启动过电流保护、零
序电流保护
母线不要求无
输电线路距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ保护零序电流Ⅰ、Ⅲ保护
发电机纵联差动保护定子绕组接地保护对于变压器而言，它的主保护可以采用最常见的纵联差动保护和瓦斯保护，用两者的结合来做到优势互补。

变压器差动保护通常采用三侧电流差动，其中高电压侧电
流引自高压熔断器处的电流互感器，中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。

考虑到与发电机的保护配合，所以采用纵联差动保护作为变压器的主保护，不考虑用电流速断保护。

瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由于一方面简单，灵敏，经济；另一方面动作速度慢，且仅能反映变压器油箱内部故障，就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补，效果更佳。

后备保护首先可以采用复合低电压启动过电流保护，这主要是考虑到低电压启动的过电流保护中的低电压继电器灵敏系数不够高。

由于发电机-变压器组中发电机采用了定子绕组接地保护，所以，变压器不采用零序电流保护。

110kV侧的母线接线可以采用完全电流差动保护，简单，可靠也经济。

但此设计对母线保护不进行要求，对于110kV侧的输电线路，可以直接考虑用距离保护，因为在电压等级高的复杂网络中，电流保护很难满足选择性，灵敏性以及快速切除故障的要求，因此这个距离保护也选择得合理，同时由于它的电压等级较高，我们还应该考虑给它一个接地故障保护，先选择零序电流保护，因为当中性点直接接地的电网(又称大接地电流系统)中发生短路时,将出现很大的零序电流,而在正常运行情况下它们是不存在的。

因此,利用零序电流来构成接地短路的保护,就有显著的优点。

发电机则采用纵联差动保护作为主保护，定子绕组接地保护作为后备保护。

综上所述，方案1比较合理，方案1保护作为设计的初始保护，在后续章节对这些保护进行整定与校验，是否符合设计要求。

第三章短路计算
计算短路电流的目的是为了选择保护方式和确定保护装置的整定参数。

因此要求计算得比较准确。

计算短路电流时，运行方式的确定非常重要，因为它关系到所选定的保护是否经济合理简单可靠，以及是否能满足灵敏度的要求等一系列问题。

短路电流计算原则：
（1）忽略发电机、变压器等阻抗参数的电阻部分，并假定旋转电机的负序电抗等于正序阻抗。

（2）发电机电势可以假定均等于 1（标幺值）且相位一致。

（3）不考虑短路电流的衰减以及强励的作用。