電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)-三段式電流保護(hù)設(shè)計(jì).doc

自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)題目： 三段式電流保護(hù)的設(shè)計(jì)班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年3月2日 評(píng)語：成績1 設(shè)計(jì)原始資料1.1 具體題目如下圖所示網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)參數(shù)為：=115/kV，、，km、km、，線路阻抗0.4/km,、, ，。圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖試對(duì)線路BC、CD、DE進(jìn)行電流保護(hù)的設(shè)計(jì)。1.2 繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)任務(wù)（1）選定供電系統(tǒng)各設(shè)備的保護(hù)方式和各種保護(hù)裝置的配合方式（2）進(jìn)行各種保護(hù)裝置的整定計(jì)算 （3）給出保護(hù)裝置的原理圖和施工接線圖（4）選擇所用繼電器、保護(hù)裝置和輔助裝置的型號(hào)、規(guī)格。（5）對(duì)保護(hù)的評(píng)價(jià)。 2 題目分析2.1 設(shè)計(jì)規(guī)程2.1.1 設(shè)計(jì)的步驟（1）設(shè)計(jì)資料的分析與參數(shù)計(jì)算；選取基準(zhǔn)值，計(jì)算各元件的阻抗標(biāo)幺值。（2）系統(tǒng)運(yùn)行方式：確定系統(tǒng)運(yùn)行方式，計(jì)算系統(tǒng)最大阻抗和最小阻抗。（3）短路電流計(jì)算：選擇短路點(diǎn)，求各短路點(diǎn)最大運(yùn)行方式下的三相短路電流，最小運(yùn)行方式時(shí)的兩相短路電流，求短路電流時(shí)要繪制等值電路圖。（4）電流保護(hù)整定計(jì)算：確定電流保護(hù)的動(dòng)作電流，動(dòng)作時(shí)限并進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)。（5）繼電保護(hù)回路展開圖：繪制電流保護(hù)的直流回路和交流回路展開圖。2.2 線路設(shè)計(jì)的保護(hù)配置2.2.1 主保護(hù)配置 根據(jù)分析應(yīng)選用三段式電流保護(hù)，靈敏度校驗(yàn)可得電流速斷保護(hù)不能作為主保護(hù)。因此，主保護(hù)應(yīng)選用三段式距離保護(hù)。2.2.2 后備保護(hù)配置過電流保護(hù)作為后備保護(hù)和遠(yuǎn)后備保護(hù)。3 短路電流計(jì)算3.1 等效電路的建立由已知可得,線路的總阻抗的計(jì)算公式為 (3.1.1) 其中：線路單位長度阻抗； 線路長度。將數(shù)據(jù)代入公式(3.1.1)可得各段線路的線路阻抗分別為： 經(jīng)分析可知，最大運(yùn)行方式即阻抗最小時(shí)，則有三臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，線路、運(yùn)行，由題意知、連接在同一母線上，則式中 最大運(yùn)行方式下的阻抗值； “”表示取并聯(lián)的意思，以后不再解釋。同理，最小運(yùn)行方式即阻抗值最大，分析可知在只有和運(yùn)行，相應(yīng)地有由此可得最大運(yùn)行方式等效電路如圖2所示，最小運(yùn)行方式等效電路圖如圖3所示。圖2 最大運(yùn)行方式等效電路圖圖3 最小運(yùn)行方式等效電路圖3.2 保護(hù)短路點(diǎn)的選取選取B、C、D、E點(diǎn)為短路點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。3.3 短路電流的計(jì)算3.3.1 最大方式短路電流計(jì)算在最大運(yùn)行方式下流過保護(hù)元件的最大短路電流的公式為 (3.3.1)式中 系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢； 短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗； 保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗； 短路類型系數(shù)、三相短路取1，兩相短路取。（1）對(duì)于保護(hù)1，其等值電路圖如圖2所示,母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)1的最大短路電流為 (3.3.2)代入數(shù)據(jù)得： （2）對(duì)于保護(hù)2等值電路圖如圖2所示，母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)2的最大短路電流為(3.3.3) 代入數(shù)據(jù)得： （3） 對(duì)于保護(hù)3等值電路圖如圖2所示，母線C最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)3的最大短路電流為(3.3.4) 代入數(shù)據(jù)得: 3.3.2 最小方式短路電流計(jì)算在最小運(yùn)行方式下流過保護(hù)元件的最小短路電流的公式為(3.3.4) 式中 系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢； 保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗； 短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的阻抗。所以帶入各點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到各點(diǎn)的的最小短路電流。4 保護(hù)的配合及整定計(jì)算4.1 主保護(hù)的整定計(jì)算4.1.1 動(dòng)作電流的計(jì)算最小保護(hù)范圍計(jì)算式為（4.1.1） 其中 系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢； 短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗； 線路單位長度的正序阻抗。（1）對(duì)于保護(hù)1，其等值電路圖如圖2所示，母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)1的最大短路電流為相應(yīng)的速斷定值的計(jì)算公式為 （4.1.2）代入數(shù)據(jù)可得由最小保護(hù)范圍計(jì)算式（4.1.1）得 (4.1.3)代入數(shù)據(jù)可得即1處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下沒有保護(hù)區(qū)。（2） 對(duì)于保護(hù)2等值電路圖如圖2所示，母線D最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)2的最大短路電流為相應(yīng)的速斷定值為最小保護(hù)范圍根據(jù)式（4.1.3）可得即2處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。（3） 對(duì)于保護(hù)3等值電路圖如圖2所示，母線C最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)3的最大短路電流為相應(yīng)的速斷定值為最小保護(hù)范圍根據(jù)式（4.1.3）可得即3處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。所以，以上計(jì)算表明，在運(yùn)行方式變化很大的情況下，電流速斷保護(hù)在較小運(yùn)行方式下可能沒有保護(hù)區(qū)。根據(jù)以上計(jì)算可以得到電流速斷保護(hù)整定結(jié)果如表2所示。表2 電流速斷保護(hù)整定結(jié)果動(dòng)作電流(kA)最小保護(hù)范圍(km)是否適用電流速斷保護(hù)BC段保護(hù)32.603-85.9否CD段保護(hù)21.87-70.6否DE段保護(hù)11.57-42.3否4.1.2 靈敏度校驗(yàn)限時(shí)電流速斷定值根據(jù)式(4.2.1)可以計(jì)算。 (4.1.4) 其中 可靠系數(shù)，取值為1.15。（1）整定保護(hù)2的限時(shí)電流速斷定值為線路末端（即D處）最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為所以保護(hù)2處的靈敏度系數(shù)為即不滿足1.2的要求。（2）同理保護(hù)3的限時(shí)電流速斷定值為 線路末端（即C處）最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為 所以保護(hù)3處的靈敏度系數(shù)為 也不滿足1.2的要求?？梢姡捎谶\(yùn)行方式變化太大，2、3處的限時(shí)電流速斷的靈敏度遠(yuǎn)不能滿足要求。4.2 后備保護(hù)的整定計(jì)算4.2.1 動(dòng)作電流的計(jì)算過電流整定值計(jì)算公式為 （4.2.1） 其中 可靠系數(shù)，取值為1.15； 可靠系數(shù)，取值為1.5； 可靠系數(shù)，取值為0.85。所以有 同理得 4.2.2 動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算假設(shè)母線E過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.5s，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為4.2.3 靈敏度校驗(yàn)在最小運(yùn)行方式下流過保護(hù)元件的最小短路電流的公式為（4.2.2）所以由靈敏度公式（4.2.4）（4.2.4） 可知，保護(hù)1作為近后備保護(hù)的靈敏度應(yīng)為1.5 滿足近后備保護(hù)的要求；保護(hù)2作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度為1.2 滿足作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的要求保護(hù)3作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度為1.2滿足作為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要求。5 二次展開原理圖的繪制5.1 三段式電流保護(hù)原理接線圖 繼電保護(hù)接線圖一般可以用原理接線圖和展開圖兩種形式來表示。原理接線圖中的每個(gè)功能塊，再有電磁型繼電器實(shí)現(xiàn)時(shí)可能是一個(gè)獨(dú)立的原件，但在數(shù)字式保護(hù)和集成電路式保護(hù)中，往往將幾個(gè)功能塊用一個(gè)原件實(shí)現(xiàn)。如圖4所示，每個(gè)繼電器的線圈和觸點(diǎn)都畫在一個(gè)圖形中，所有元件都用設(shè)備文字符號(hào)表示，如圖中KA表示電流繼電器，KT表示時(shí)間繼電器，KS表示時(shí)間繼電器。原理接線圖對(duì)整個(gè)保護(hù)的工作原理能給出一個(gè)完整的概念。圖4 三段式電流保護(hù)原理接線圖5.2 保護(hù)測量電路展開圖中交流回路和直流回路分開表示，分別如圖5和圖6 所示。其特點(diǎn)是每個(gè)繼電器的輸出量和輸出量根據(jù)實(shí)際動(dòng)作的回路情況分別畫在途中不同的位置上，但任然用同一個(gè)符號(hào)標(biāo)注，一邊查對(duì)。在展開圖中，繼電器線圈和出點(diǎn)的鏈接盡量暗中故障后的動(dòng)作連接，自左而右，自上而下的排列。圖5 保護(hù)交流電流回路圖5.3 保護(hù)跳閘電路圖6 保護(hù)直流回路展開圖6 保護(hù)的評(píng)價(jià)根據(jù)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，一般情況下，對(duì)動(dòng)作跳閘的繼電保護(hù)在技術(shù)上有四條基本要求：選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性。我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮這些因素，選擇最合理的設(shè)計(jì)配置方案。110kV多點(diǎn)原系統(tǒng)中按躲過最大運(yùn)行方式下末端最大短路電流整定的電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流值很大，最小運(yùn)行方式下靈敏度不能滿足要求。限時(shí)電流速斷保護(hù)的定值必須與下一級(jí)線路電流速斷保護(hù)的定值相配合，所以其定值也很大，靈敏度也均不能滿足要求。過電流整定按照躲過最大負(fù)荷電流整定，其動(dòng)作受運(yùn)