1、电气工程及其自动化专业毕业论文设计电气工程及其自动化专业毕业论文设计 毕 业 论 文题 目 电气工程及其自动化专业毕业设计论文课 程 电 力 调 度 自 动 化 专 业 电 气 工 程 及 其 自 动 化2012年9月10日第 1 章 绪 论第节电力系统继电保护的作用第节继电保护的基本特性1 2 1 选择性1 2 2 速动性1 2 3 灵敏性1 2 4 可靠性第2章 发电机 变压器 线路的参数计算第21节 元件参数的意义第22节 系统元件参数的计算221 元件参数计算原则222 元件参数一览表第3章 电流 电压互感器及变压器中性点的选择 第31节 输电线路电流 电压互感器的选择311 输电线路
2、 CT的选择 312 输电线路 PT的选择第32节 变压器中性点的选择321 变压器中性点的选择原则第4章 系统运行方式的选择第41节系统最大最小运行方式的意义第42节 系统运行方式的选择第 5 章 短路计算 第 51 节 短路的概述511 短路的后果第 52 节短路计算的意义521 短路计算的目的522 计算短路电流的基本程序第 52 节短路计算531 短路电流计算结果第 6章 相间距离保护整定和灵敏度检验第 61 节 概述611 距离保护的基本概念612 阻抗继电器613 距离保护的基本特性第 62 节 相间距离保护装置各保护段定值配合的原则621 距离保护定值配合原则第 63 节 距离保
3、护整定计算631 距离保护段整定计算632 距离保护II段整定计算633 距离保护III段整定计算第 64节 距离保护整定和灵敏度校验641 1号断路器距离保642 2号断路器距离保643 3号断路器距离保644 5号断路器距离保第7章 电力网零序继电保护方式选择与整定计算第 71 节 概述711零序保护原理712零序电流保护的特点第 72 节 零序电流保护整定计算的运行方式分析721 接地短路电流电压的特点722 接地短路计算的运行方式选择723 流过保护最大零序电流的运行方式选择第 73 节 零序电流保护的整定计算731 零序电流保护I段的整定732 零序电流保护II段的整定733 零序电
4、流保护III段保护的整定第8章 自动重合闸选择及整定第 81 节 自动重合闸的选择第 82 节自动重合闸的基本要求第 83 节自动重合闸整定计算831自动重合闸整定原则831自动重合闸整定结果第9章 发电机变压器保护第91 节发电机保护911发电机保护整定原则912发电机变压器组913发电机保护整定结果详见计算书第8章42-45页第92节 变压器保护整定921变压器保护整定922发电机变压器保护整定923变压器保护整定结果详见计算书第8章45-47页第10章 WXB11C型微机继电保护装置的介绍与整定第101节 装置介绍1011 装置硬件特点1012 保护配置及特点1013 主要技术数据101
5、4 交流回路过负载能力1015 功耗1016 整定范围1017 精确工作范围1018 精度1019 整组动作时间10110允许环境温度10111湿度10112 振动10113绝缘耐压10114 抗干扰性第102节 WXB-11C微机继电保护整定原则1021距离保护定值整定计算1022距离保护定值清单1022零序保护及重合闸整定第103节 WXB-11C型微机保护性能分析1031距离保护1032零序保护 致谢第 1 章 绪 论第节电力系统继电保护的作用电力系统的运行要求安全可靠电能质量高经济性好但是电力系统的组成元件数量多结构各异运行情况复杂覆盖的地域辽阔因此受自然条件设备及人为因素的影响可能出
6、现各种故障和不正常运行状态故障中最常见危害最大的是各种型式的短路为此还应设置以各级计算机为中心用分层控制方式实施的安全监控系统它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行第节继电保护的基本特性动作于跳闸的继电保护在技术上一般应满足四个基本要求即选择性速动性灵敏性和可靠性2 快速切除故障可以减少发电厂厂用电及用户电压降低的时间加速恢复正常运行的过程保证厂用电及用户工作的稳定性因此快速切除短路故障所有电动机在故障切除后都可以继续正常运行因而保证发电厂和用户工作的稳定性通常要求在发电厂母线上的引出线上发生短路故障机端母线电压下降到额定电压60以下时必须无时限地
7、切除故障3 快速切除故障可以减轻电气设备和线路的损坏程度4 快速切除故障可以防止故障的扩大提高自动重合闸和备用电源或设备自动投入成功率从上述理由可知快速切除鼓掌对提高电力系统运行的可靠性具有重大的意义切除故障的时间是指从发生短路故障的时刻起到断路器跳闸电弧熄灭为止的时间它等于继电保护装置的动作时间与断路器跳闸时间之和所以为了保证快速切除故障除了加快保护装置的动作时间之外还必须采用快速跳闸 断路器1 2 3 灵敏性所谓继电保护装置的灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时保护装置的反映能力1 2 4 可靠性所谓保护装置的可靠性是指在拨户范围内发生的故障该保护应该动作时
8、不应该由于它本身的缺陷而拒绝动作而在不属于它动作的任何情况下则应该可靠不动作要求继电保护装置有很高的可靠性是非常重要的因为博爱户装置的拒绝动作或误动作都将给电力系统和用户带来严重的损失所以在设计安装和维护继电保护装置时必须满足可靠性的要求以上四个基本要求是设计培植和维护继电保护的依据又是分析评价继电保护的基础这四个基本要求之间是相互联系的但往往由存在着矛盾因此在实际工作中要根据电网的结构和用户的性质辩证地进行统一第2章 发电机 变压器 线路的参数计算元件参数的意义参数计算需要用到标幺值或有名值在实际的电力系统中各元件的电抗表示方法不统一基值也不一样如发电机电抗厂家给出的是以发电机额定容量Sn和
9、额定电压Un为基值的标幺电抗Xd而输电线路电抗通常是用有名值在标幺制中单个物理量均用标幺值来表示标幺值的定义如下标幺值 实际有名值任意单位基准值与有名值同单位可见一个物理量的标幺值就是其有名值与选定的同单位的基准值比值也就是对基准值的倍数值显然同一个实际值当所选的基准值不同是其标幺值也不同所以当诉说一个物理量的标幺值是必须同时说明起基准值多大否则仅有一个标幺值是没意义的使用标幺值首先必须选定基准值电力系统的各电气量基准值的选择在符合电路基本关系的前提下原则上可以任意选取系统各元件参数的计算是进行以后各种计算的基础例如各种网络化简和短路零序电流的计算等等 系统元件参数的计算221 元件参数计算原
10、则参数计算需要用到标幺值或有名值因此做下述简介在实际的电力系统中各元件的电抗表示方法不统一基值也不一样如发电机电抗厂家给出的是以发电机额定容量Sn和额定电压Un为基值的标幺电抗Xd而输电线路电抗通常是用有名值在标幺制中单个物理量均用标幺值来表示标幺值的定义如下标幺值 实际有名值任意单位基准值与有名值同单位显然同一个实际值当所选的基准值不同是其标幺值也不同所以当诉说一个物理量的标幺值是必须同时说明起基准值多大否则仅有一个标幺值是没意义的当选定电压电流阻抗和功率的基准值分别为UBIBZB和SB时相应的标幺值为U UUB 2-1 I I IB 2-2Z ZZB 2-3 S SSB 2-4使用标幺值首
11、先必须选定基准值电力系统的各电气量基准值的选择在符合电路基本关系的前提下原则上可以任意选取四个物理量的基准值都要分别满足以上的公式因此四个基准值只能任选两个其余两个则由上述关系式决定至于先选定哪两个基准值原则上没有限制但习惯上多先选定UB B这样电力系统主要涉及三相短路的IB ZB 可得U 2-5UU2B 2-6U和原则上选任何值都可以但应根据计算的内容及计算方便来选择通常UB多选为额定电压或平均额定电压B可选系统的或某发电机的总功率有时也可取一整数如1001000MVA等3标幺值的归算 精确的计算法再标幺值归算中不仅将各电压级参数归算到基本级而且还需选取同样的基准值来计算标幺值 1将各电压级
12、参数的有名值按有名制的精确计算法归算到基本级再基本级选取统一的电压基值和功率基值 2各电压级参数的有名值不归算到基本值而是再基本级选取电压基值和功率基值后将电压基值向各被归算级归算然后救灾各电压级用归算得到的基准电压和基准功率计算各元件的标幺值 近似计算标幺值计算的近似归算也是用平均额定电行计算标幺值的近似计算可以就在各电压级用选定的功率基准值和各平均额定电压作为电压基准来计算标幺值即可本网络采用近似计算法选取基准值SB 100MVA UB1 115 KV UB2 105 KV UB3 63 KV计算结果为 计算结果详细过程见计算书第1页222 元件参数一览表电源 参数计算表 2-1 名称 额
13、定容量 功率因数 Xd 正序电抗 G SB COS 标幺值 有名值 发电机A 43 MVA 08 028 0651 86116 发电机B 75MVA 08 015 02 2645 发电机C 3125MVA 08 0165 01526 69828 变压器 参数计算表 2-2 变压器名称 变压器额定容量MVA 变比 短路电压百分比 绕组电抗标幺值 有名值 Uk XT XT T1 40 MVA 105 02625 34716 T2 15 MVA 105 07 92575 T3 315 MVA 105 0333 44083 T4 10 MVA 105 105 138863 T5 20 MVA 105
14、0525 69431 线路名称 长度KM 正负序电阻 正负序电抗 零序电阻 零序电抗 有名值 标幺值 有名值 标幺值 有名值 标幺值 有名值 标幺值 L1 30 51 00386 12 00907 153 01157 42 0318 L2 30 51 00386 12 00907 153 01157 42 0318 L3 30 51 00386 12 00907 153 01157 42 0318 L4 60 102 00771 24 01815 306 02314 132 09981 线路 参数计算表 2-3 第3章 电流 电压互感器及变压器中性点的选择 第31节 输电线路电流 电压互感器的
15、选择311 输电线路 CT的选择 1CT的作用电流互感器将高压回路中的电流变换为低压回路中的小电流并将高压回路与低压回路隔离使他们之间不存在电的直接关系额定的情况下电流互感器的二次侧电流取为5A这样可使继电保护装置和其它二次回路的设计制造标准化电保护装置和其它二次回路设备工作于低电压和小电流不仅使造价降低维护方便而且也保证了运行人员的安全电流互感器二次回路必须有一点接地否则当一二次击穿时造成威胁人身和设备的安全2CT的选择和配置型号电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择一次电压Ug UnUg-电流互感器安装处一次回路工作电压Un-电流互感器的额定电压一次回路电流I1nIgIg电流互感
16、器安装处一次回路最大电流I1n电流互感器一次侧额定电流准确等级用于保护装置为05级用于仪表可适当提高 二次负荷S2SnS2-电流互感器二次负荷Sn-电流互感器额定负荷输电线路上CT的选择根据最大极限电流来选择最大极限电流值可查计算书由IL20995A可知1-6号断路器可选变比为2150 5 型号为LCWD-110由IL7873可知7-10号断路器可选变比为100 5 型号为LCWD-110 312 输电线路 PT的选择1PT的作用电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例的变换为较低的电压实现了二 次系统与一次系统的隔离保证了工作人员的安全电压互感器二次侧电压通常为100V这样可以做到测量仪表及继
17、电器的小型化和标准化2PT的配置原则型式电压互感器的型式应根据使用条件选择在需要检查与监视一次回路单相接地时应选用三相五柱式电压互感器或具有三绕组的单相互感器组一次电压的波动范围11Un U1 09Un二次电压100V准确等级电压互感器应在哪一准确度等级下工作需根据接入的测量仪表继电器与自动装置及设备对准确等级的要求来确定二次负荷S2Sn3 输电线路上PT变比的选择线路电均为110KV故选用三相屋外的PT由发电厂电气部分课设参考资料查得变比为110电力网中性点的接地方式决定了变压器中性点的接地方式主变压器的侧采用中性点直接接地方式凡是中低压有电源的升压站和降压站至少有一台变压器直接接地 终端变
18、电所的变压器中性点一般接地 变压器中性点接地点的数量应使用电网短路点的综合零序电抗4所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地以便于运行调度灵活选择接地点当变压器中性点可能断开运行时若该变压器中性点绝缘不按线电压设计应在中性点装设避雷器的保护5选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地系统双母线界限有两台及以上变压器时可考虑两台主变压器中性点接地根据上述原则本次设计的变压器中性点的接地方式为表31名称 发电厂 变电站 变压器数 4 台 2 台 接地数目 3 台 2台 第4章 系统运行方式的选择系统最大最小运行方式的意义411 最大运行方式计算短路电流时运行方式的确非常重要因为
19、它关系到所选的保护是否经济合理简单可靠以及是否能满足灵敏度要求等一系列问题保护的运行方式是以通过保护装置的短路电流大小来区分的根据系统最大负荷的需要电力系统中的发点设备都投入运行或大部分投入运行以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式它是指供电系统中的发电机变压器并联线路全投入的运行方式系统在最大运行方式工作的时候等值阻抗最小短路电流最大发电机容量最大412 最小运行方式根据系统最小负荷投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式对继电保护来说是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式对通常都是根据最大运行方式来缺定保护的整定值以保证选择性在其它
20、运行方式下也一定能保证选择性灵敏度的校验应根据最小运行方式来运行因为只要在最小运行方式下灵敏度一定能满足要求它是指供电系统中的发电机变压器并联线路部分投入的运行方式系统在最小运行方式工作的时候应该满足等值阻抗最大短路电流最小发电机容量最小的条件系统运行方式的选择系统最大最小运行方式的结果为详细过程见计算书第15-25页DL1 最大运行方式 A厂运行L4双回线运行 最小运行方式 A厂运行L4单线运行 DL2 最大运行方式 A厂运行L4双回线运行 最小运行方式 A厂运行L4单线运行 DL3DL4 最大运行方式 A厂停行L4单线运行 最小运行方式 A厂运行L4双回线运行 DL5 DL6 最大运行方式
21、 A厂运行L4单线运行 最小运行方式 A厂停行L4双回线运行 第 5 章 短路计算 第 51 节 短路的概述短路是电力系统最常见的故障所谓短路是指一切不正常的相程与相或中性点接地系统中相与地之间的短路511 短路的后果短路故障对电力系统的正常运行会带来严重后果主要表现在如下几方面 1 短路故障使短路点附近的某些支路中流过巨大的短路电流大容量系统中可达数万或数十万安培产生的电动力效应可能使电气设备变形或损坏 2 巨大短路电流的热效应可能烧坏设备 3 短路时短路点的电压比正常运行时低如果是三相短路则短路点的电压为零这必然导致整个电网电压大幅度的下降可能使部分用户的供电受到破坏接在网络中的用电设备不
22、能正常工作如在用电设备中占有很大比重的异步电动机其电磁转矩与电压的平方成正比当电压下降幅度较大时电动机将停止转动在离短路点较远的电动机因电压下降幅度较小而能继续运转但它的转速将降低导致产生废次产品此外由于电压下降转速降低而电动机拖动的机械负载又未变化电动机绕组将流过较大的电流如果短路持续时间较长电动机必然过热使绝缘迅速老化缩短电动机的寿命 4 影响电力系统运行的稳定性在由多个发电机组成的电力系统中发生短路时由于电压大幅度下降发电机输出的电磁功率急剧减少如果由原动机供给的机械功率来不及调整发电机就会加速而失去同步使系统瓦解而造成大面积停电这是短路造成的最严重最危险的后果 5 对通信干扰第 52
23、节 短路计算的意义521 短路计算的目的短路故障对电力系统正常运行的影响很大所造成的后果也十分严重因此在系统的设计设备选择以及系统运行中都应着眼于防止短路故障的发生以及在短路故障发生后要尽量限制所影响的范围短路的问题一直是电力技术的基本问题之一无论从设计制造安装运行和维护检修等各方面来说都必须了解短路电流的产生和变化规律掌握分析计算短路电流的方法针对本次设计短路电流计算的主要目的是继电保护的配置和整定系统中应配置哪些继电保护以及保护装置的参数整定都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析而且不仅要计算短路点的短路电流还要计算短路电流在网络各支路中的分并要作多种运行方式的短路计算电力工程中计算短
24、路电流的目的还很多不可能一一列举如确定中性点的接地方式验算接地装置的接触电压和跨步电压计算软导线的短路摇摆计算输电线路分裂导线间隔棒所承受的向心压力等都需要计算短路电流综上所述对电力系统短路故障进行计算和分析是十分重要的无论是电力系统的设计或是运行和管理各环节都免不了对短路故障的分析和计算但是实际的电力系统是十分复杂的突然短路的暂态过程更加复杂要精确计算任意时刻的短路电流非常困难然而实际工程中并不需要十分精确的计算结果但却要求计算方法简捷适用其计算结果只要能满足工程允许误差即可因此工程中适用的短路计算是采用在一定假设条件下的近似计算法 这种近似计算法在电力工程中称为短路电流实用计算522 计算
25、短路电流的基本程序短路电流计算是电力系统基本计算之一一般采用标幺制进行计算对于已知电力系统结构和参数的网络短路电流计算的主要步骤如下1 制定等值网络并计算各元件在统一基准值下的标幺值2 网络简化对复杂网络消去电源点与短路点以外的中间节点把复杂网络简化为如下两种形式之一3一个等值电势和一个等值电抗的串联电路4多个有源支路并联的多支星形电路5 考虑接在短路点附近的大型电动机对短路电流的影响6计算指定时刻短路点发生某种短路时的短路电流含冲击电流和短路全电流有效值7 计算网络各支路的短路电流和各母线的电压一般情况下三相短路是最严重的短路某些情况下单相接地短路或两相接地短路电流可能大于三相短路电流因此绝
26、大多数情况是用三相短路电流来选择或校验电气设备另外三相短路是对称短路它的分析和计算方法是不对称短路分析和计算的基础第 53 节 短路计算531短路电流计算结果DL1大方式下B母线短路时流过1DL的零序电流为IDL10 06239-800502 313978-800 A小方式下1DL15处短路时流过1DL的零序电流为IDL10 23442-8780502 1176788-800ADL2 大方式下A母线短路时流过2DL的零序电流为IDL20 14164-7540502 711033-7540 A小方式下2DL15处短路时流过2DL的零序电流为IDL10 24552-8480502 123251-8
27、480ADL3 大方式下B母线短路时流过3DL的零序电流为IDL20 0566-821502 284132-8210 A小方式下3DL15处短路时流过3DL的零序电流为IDL10 19191-8460502 963388-8460A DL4计算结果同DL3DL5 大方式下C母线短路时流过5DL的零序电流为IDL20 0977-780502 490454-780 A小方式下5DL15处短路时流过5DL的零序电流为IDL10 22177-8270502 1113285-8270ADL6计算结果同DL5第 6章 相间距离保护整定和灵敏度检验第 61 节 概述611 距离保护的基本概念 由于电力系统的
28、迅速发展出现了一些新的情况系统的运行方式变化增大长距离负荷线路增多网络结构复杂化在这些情况下相间的电流电压保护的灵敏度快速性选择性往往不能满足要求 电流电压保护是依据保护安装处测量电流电压的大小及相应的动作时间来判断故障是否发生以及是否属于内部故障因不受系统的运行方式及电网的接线影响大可以联想到对一个被保护元件在其一端装设的保护如能测量出故障点至保护安装处的距离并于保护范围对应的距离比较即少判断出故障点位置从而决定其行为这种方式显然不受运行方式和接线的影响这样构成的保护就是距离保护显然它是适应新的情况的保护612 阻抗继电器 阻抗继电器是距离保护装置的主要元件它是反映从故障点至保护安装之间阻抗
29、值大小的的测量元件通常称为阻抗继电器阻抗继电器的种类很多但根据其基本性质可分为两大类即第I类阻抗继电器和第II类阻抗继电器第I类阻抗继电器的主要特点是它的动作特性可直接表示在阻抗或导纳复数平面上因而可利用它在复数平面上的特性曲线对继电器在各种故障方式及系统运行方式下的行为进行分析这些特性曲线都可以表示为通入继电器的电压与电流的某种函数根据各种不同的构成方式可以得到圆直线椭圆平行四边形等各种轨迹曲线也可以构成带有方向性的圆特性及带有偏移的圆特性曲线对于第II类阻抗继电器根据它的动作原理其动作特性不能表示成为复数平面上的单一变量Z的某个函数曲线因而只能根据继电器的原始动作方程式以及具体的系统运行方
30、式和故障类型对继电器的动作行为进行分析所以其特性分析较为复杂613 距离保护的基本特性 1 距离保护的基本构成距离保护是以反映从故障点到保护安装处之间阻抗大小距离大小的阻抗继电器为主要元件测量元件动作时间具有阶梯性的相间保护装置当故障点至保护安装处之间的实际阻抗大雨预定值时表示故障点在保护范围之外保护不动作当上述阻抗小于预定值时表示故障点在保护范围之内保护动作当再配以方向元件方向特性及时间元件即组成了具有阶梯特性的距离保护装置 2 距离保护的应用距离保护可以应用在任何结构复杂运行方式多变的电力系统中能有选择性的较快的切除相间故障当线路发生单相接地故障时距离保护在有些情况下也能动作当发生两相短路接地故障时它可与零序电流保护同时动作切除故障因此在电网结构复杂运行方式多变采用一般的电流电压保护不能满足运行要求时则应考虑采用距离保护装置 3 距离保护各段动作特性距离保护一般装设三段必要时也可采用四段其中第I段可以保护全线路的8085其动作时间一般不大于00301s保护装置的固有动作时间前者为晶体管保护的动作时间后者为机电型保护的动作时间第II段按阶梯性与相邻保护相配合动作时间一般为0515s通常能够灵敏而较快速地切除全线路范围内的故障由II
