三段式電流保護(hù)的設(shè)計(完整版)[1]

1、學(xué)號 2010電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課 程 設(shè) 計（2010屆本科）題 目： 三段式電流保護(hù)課程設(shè)計 學(xué) 院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣程及其自動化 作者姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱：教授 完成日期： 年12月26 日 目錄1 設(shè)計原始資料- 2 -1.1 具體題目- 2 -1.2 要完成的內(nèi)容- 2 -2 設(shè)計要考慮的問題- 2 -2.1 設(shè)計規(guī)程- 2 -2.1.1 短路電流計算規(guī)程- 2 -2.1.2 保護(hù)方式的選取及整定計算- 3 -2.2 本設(shè)計的保護(hù)配置- 4 -2.2.1 主保護(hù)配置- 4 -2.2.2 后備保護(hù)配置- 4 -3 短路電流計算- 4 -3.1 等效電路的建立- 4

2、 -3.2 保護(hù)短路點及短路點的選取- 5 -3.3 短路電流的計算- 5 -3.3.1 最大方式短路電流計算- 5 -3.3.2 最小方式短路電流計算- 6 -4 保護(hù)的配合及整定計算- 7 -4.1 主保護(hù)的整定計算- 7 -4.1.1 動作電流的計算- 7 -4.1.2 靈敏度校驗- 8 -4.2 后備保護(hù)的整定計算- 8 - 動作電流的計算- 8 -4.2.2 動作時間的計算- 9 -4.2.3 靈敏度校驗- 9 -5 原理圖及展開圖的的繪制- 9 -5.1 原理接線圖- 9 -5.2 交流回路展開圖- 10 -5.3 直流回路展開圖- 11 -6 繼電保護(hù)設(shè)備的選擇- 11 -6.1

3、 電流互感器的選擇- 11 -6.2 繼電器的選擇- 12 -7 保護(hù)的評價- 13 -摘要電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力。因此，繼電保護(hù)技術(shù)得天獨厚，在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個歷史階段：繼電保護(hù)的萌芽期、晶體管繼電保護(hù)、集成運算放大器的集成電路保護(hù)和計算機(jī)繼電保護(hù)。繼電保護(hù)技術(shù)未來趨勢是向計算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化的發(fā)展。繼電保護(hù)的原理是利用被保護(hù)線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量為信號量，當(dāng)突變量到達(dá)一定值時，起動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。

4、對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本性能要求是有選擇性，速動性，靈敏性，可靠性。本次課程設(shè)計以電網(wǎng)的某條線路為例進(jìn)行了三段式電流保護(hù)的分析設(shè)計。重點進(jìn)行了電路的化簡，短路電流的求法，繼電保護(hù)中電流保護(hù)的具體計算。關(guān)鍵字：繼電保護(hù)，電流保護(hù)1 設(shè)計原始資料1.1 具體題目如圖1.1所示網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)參數(shù)為=115/kV，=18、=18、=10， =50km、=30km、=60km、=40km、=30km，線路阻抗0.4/km，=1.3、=1.15，=300A，=200A，=150A，=1.5，=0.85。圖1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖試對線路保護(hù)3進(jìn)行三段式電流保護(hù)的設(shè)計。1.2 要完成的內(nèi)容（1）保護(hù)的配置及選擇； （

5、2）短路電流計算（系統(tǒng)運行方式的考慮、短路點的考慮、短路類型的考慮）； （3）保護(hù)配合及整定計算； （4）保護(hù)原理展開圖及展開圖的設(shè)計； （5）對保護(hù)的評價。2 設(shè)計要考慮的問題2.1 設(shè)計規(guī)程 短路電流計算規(guī)程在決定保護(hù)方式前，必須較詳細(xì)地計算各短路點短路時，流過有關(guān)保護(hù)的短路電流， 然后根據(jù)計算結(jié)果，在滿足繼電保護(hù)和自動裝置技術(shù)規(guī)程和題目給定的要求條件下，盡可能采用簡單的保護(hù)方式。其計算步驟及注意事項如下。（1）系統(tǒng)運行方式的考慮除考慮發(fā)電廠發(fā)電容量的最大和最小運行方式外，還必須考慮在設(shè)備檢修或故障切除的情況下，發(fā)生短路時流過保護(hù)裝置的短路電流最大和最小的系統(tǒng)運行方式，以便計算保護(hù)的整定值

6、和保護(hù)靈敏度。在需采用電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)時，還必須考慮系統(tǒng)的正常運行方式。（2）短路點的考慮求不同保護(hù)的整定值和靈敏度時，應(yīng)注意短路點的選擇。若要繪制短路電流、電壓與距離的關(guān)系曲線，每一條線路上的短路點至少要取三點，即線路的始端、中點和末端三點。（3）短路類型的考慮相間短路保護(hù)的整定計算應(yīng)取系統(tǒng)最大運行方式下三相短路電流，以作動作電流整定之用；而在系統(tǒng)最小運行方式下計算兩相短路電流，以作計算靈敏度之用。短路的計算選用三相短路或兩相短路進(jìn)行計算均可，因為對保護(hù)所取的殘余而言，三相短路和兩相短路的殘余數(shù)值相同。若采用電流電壓連鎖速斷保護(hù)，系統(tǒng)運行方式應(yīng)采用正常運行方式下的短路電流和電壓的數(shù)值作為

7、整定之用。（4）短路電流列表為了便于整定計算時查考每一點的短路時保護(hù)安裝處的短路電流和，將計算結(jié)果列成表格。流過保護(hù)安裝處的短路電流應(yīng)考慮后備保護(hù)的計算需要，即列出本線路各短路點短路時流過保護(hù)安裝處的短路電流，還要列出相鄰線路各點短路時流過保護(hù)安裝處的短路電流。計算短路電流時，用標(biāo)幺值或用有名值均可，可根據(jù)題目的數(shù)據(jù)，用較簡單的方法計算。 保護(hù)方式的選取及整定計算采用什么保護(hù)方式，主要視其能否滿足規(guī)程的要求。能滿足要求時，所采用的保護(hù)就可采用；不能滿足要求時，就必須采取措施使其符合要求或改用其他保護(hù)方式。選用保護(hù)方式時，首先考慮采用最簡單的保護(hù)，以便提高保護(hù)的可靠性。當(dāng)采用簡單保護(hù)不能同時滿足

8、選擇性、靈敏性和速動性要求時，則可采用較復(fù)雜的保護(hù)方式。選用保護(hù)方式時，可先選擇主保護(hù)，然后選擇后備保護(hù)。通過整定計算，檢驗?zāi)芊駶M足靈敏性和速動性的要求。當(dāng)采用的保護(hù)不能很好地滿足選擇性或速動性的要求時，允許采用自動重合閘來校正選擇性或加速保護(hù)動作。當(dāng)靈敏度不能滿足要求時，在滿足速動性的前下，可考慮利用保護(hù)的相繼動作，以提高保護(hù)的靈敏性。在用動作電流、電壓或動作時間能保證選擇性時，不要采用方向元件以簡化保護(hù)。后備保護(hù)的動作電流必須配合，要保證較靠近電源的上一元件保護(hù)的動作電流大于下一元件保護(hù)的動作電流，且有一定的裕度，以保證選擇性。2.2 本設(shè)計的保護(hù)配置 主保護(hù)配置 選用三段式電流保護(hù)，經(jīng)靈

9、敏度校驗可得電流速斷保護(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)。 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 短路電流計算3.1 等效電路的建立由已知可得,線路的總阻抗的計算公式為 (3.1) 其中：線路單位長度阻抗； 線路長度。所以，將數(shù)據(jù)代入公式()可得各段線路的線路阻抗分別為 經(jīng)分析可知，最大運行方式即阻抗最小時，則有三臺發(fā)電機(jī)運行，線路、運行，由題意知、連接在同一母線上，則式中 最大運行方式下的阻抗值；同理，最小運行方式即阻抗值最大，分析可知在只有和運行，相應(yīng)地有由此可得最大運行方式等效電路如圖3.1所示，最小運行方式等效電路圖如圖3.2所示。 圖3.1 最大運行方式

10、等效電路圖圖3.2 最小運行方式等效電路圖3.2 保護(hù)短路點及短路點的選取選取B、C、D、E點為短路點進(jìn)行計算。3.3 短路電流的計算 最大方式短路電流計算在最大運行方式下流過保護(hù)元件的最大短路電流的公式為 (3.2)式中 系統(tǒng)等效電源的相電動勢； 短路點至保護(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）對于保護(hù)2等值電路圖如圖3.1所示，母線D最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)2的最大短路電流為(3.3) 代入數(shù)據(jù)得： (2)對于保護(hù)3等值電路圖如圖3.1所示，母線C最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)3的最大短路電流為(3.4) 代

11、入數(shù)據(jù)得: 最小方式短路電流計算在最小運行方式下流過保護(hù)元件的最小短路電流的公式為(3.5) 式中 系統(tǒng)等效電源的相電動勢； 保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗； 短路點到保護(hù)安裝處之間的阻抗。所以帶入各點的數(shù)據(jù)可以計算得到各點的的最小短路電流。 4 保護(hù)的配合及整定計算4.1 主保護(hù)的整定計算 動作電流的計算最小保護(hù)范圍計算式為（4.1） 其中 系統(tǒng)等效電源的相電動勢； 短路點至保護(hù)安裝處之間的阻抗； 線路單位長度的正序阻抗。(1)對于保護(hù)2等值電路圖如圖3.1所示，母線D最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)2的最大短路電流為整定原則：按照躲過本線路末端最大短路電流來整定。相應(yīng)的速斷定值為)(

12、72.132.13.1max.2.kAIKIDkrelset=最小保護(hù)范圍根據(jù)式（4.1）可得即2處的電流速斷保護(hù)在最小運行方式下沒有保護(hù)區(qū)。（2） 對于保護(hù)3等值電路圖如圖3.1所示，母線C最大運行方式下發(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)(52.294.13.1max.3.kAIKICkrelset=最小保護(hù)范圍根據(jù)式（3.4）可得即3處的電流速斷保護(hù)在最小運行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。所以，以上計算表明，在運行方式變化很大的情況下，電流速斷保護(hù)在較小運行方式下可能沒有保護(hù)區(qū)。 靈敏度校驗限時電流速斷定值根據(jù)式(4.2)可以計算。 (4.2) 其中 可靠系數(shù)，取值為1.15。

13、（1） 整定原則：按照躲過下級線路電流速斷保護(hù)的最大動作電流來整定。（2） 保護(hù)3的限時電流速斷定值為 )(.2.172.12.12.3.kAIKIsetrelset= 線路末端（即C處）最小運行方式下發(fā)生兩相短路時的電流為 所以保護(hù)5處的靈敏度系數(shù)為 也不滿足1.2的要求?？梢?，由于運行方式變化太大，3處的限時電流速斷的靈敏度遠(yuǎn)不能滿足要求。4.2 后備保護(hù)的整定計算 動作電流的計算過電流整定值計算公式為 （4.3） 其中 可靠系數(shù)，取值為1.2； 可靠系數(shù)，取值為1.5； 可靠系數(shù)，取值為0.9。整定原則：按照大于本線路流過的最大負(fù)荷電流整定所以有 動作時間的計算假設(shè)母線E過電流保護(hù)動作時

14、限為0.5s，保護(hù)的動作時間為 靈敏度校驗在最小運行方式下流過保護(hù)元件的最小短路電流的公式為（4.4）所以由靈敏度公式（4.4） （4.5） 保護(hù)3作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度為1.2不滿足作為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要求。5 原理圖及展開圖的的繪制5.1 原理接線圖如圖5-1所示，每個繼電器的線圈和觸點都畫在一個圖形內(nèi)，所有元件都用設(shè)備文字符號標(biāo)注，如圖中KA表示電流繼電器，KT表示時間繼電器，KS表示信號繼電器。原理接線圖對整個保護(hù)的工作原理給出了一個完整的概念。 圖5.1 三段式電流保護(hù)原理接線圖5.2 交流回路展開圖展開圖中交流回路和直流回路分開表示，分別如圖5.2和圖5.3所示。其特點是每個繼電

15、器的輸出量和輸出量根據(jù)實際動作的回路情況分別畫在途中不同的位置上，但任然用同一個符號標(biāo)注，一邊查對。在展開圖中，繼電器線圈和出點的鏈接盡量暗中故障后的動作連接，自左而右，自上而下的排列。 圖5.2 保護(hù)交流電流回路圖5.3 直流回路展開圖圖5.3 保護(hù)直流回路展開圖6 繼電保護(hù)設(shè)備的選擇6.1 電流互感器的選擇互感器是按比例變換電壓或電電流的設(shè)備。其功能主要是將高電壓或大電流按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓(100V)或標(biāo)準(zhǔn)小電流(5A或10A，均指額定值)，以便實現(xiàn)測量儀表、保護(hù)設(shè)備及自動控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、小型，其一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測量儀表與繼電保護(hù)裝置等。同時互感器還可用來隔開高電壓系統(tǒng)，

16、以保證人身和設(shè)備的安全。（1）小電流選線裝置用零序電流互感器小電流選線裝置本身沒有整定值，零序電流只是裝置的判據(jù)之一，要求零序電流互感器在一次接地電流較小時，和非金屬性接地時，零序電流互感器也要有一定的輸出，來滿足裝置啟動的門坎值。裝置本身的負(fù)載阻抗并不大，但需要通過電纜將各個零序電流互感器與裝置連接起來，所以電纜的阻抗就是零序電流互感器的主要負(fù)載阻抗，這種零序電流互感器的負(fù)載阻抗一般為2.5左右，經(jīng)過多年實踐和試驗得知與小電流選線裝置配套的零序電流互感器選用：（2）與DD11/60型繼電器配套使用的零序電流互感器DD11/60型繼電器線圈并聯(lián)阻抗為10，COS=0.8，與ENRLJ（K）A型

17、零序電流互感器是其配套產(chǎn)品，二次電流60mA時零序電流互感器一次電流4A。（3）與DL11/0.2型繼電器配套使用的零序電流互感器 DL11/0.2型繼電器線圈并聯(lián)阻抗為10，COS=0.8，我公司生產(chǎn)的ENRLJ（K）B型零序電流互感器是其配套產(chǎn)品，二次電流0.2A時零序電流互感器一次電流10A。（4）精度與容量（額定負(fù)荷）的關(guān)系國標(biāo)中規(guī)定：“在額定頻率及額定負(fù)荷下，電流誤差，相位差和復(fù)合誤差不超過上表所列限值?！彼运x零序電流互感器的容量要與二次回路（裝置及回路）阻抗匹配，才能達(dá)到上表精度，如所選容量大時零序電流互感器在使用時將出現(xiàn)正誤差，反之則出現(xiàn)負(fù)誤差。6.2 繼電器的選擇正確選用繼

18、電器的原則應(yīng)該是：繼電器的主要技術(shù)性能，如觸點負(fù)荷，動作時間參數(shù)，機(jī)械和電氣壽命等，應(yīng)滿足整機(jī)系統(tǒng)的要求；繼電器的結(jié)構(gòu)型式(包括安裝方式)與外形尺寸應(yīng)能適合使用條件的需要；經(jīng)濟(jì)合理。(1)按使用環(huán)境條件選擇繼電器型號環(huán)境適應(yīng)性是繼電器可靠性指標(biāo)之一,使用環(huán)境和工作條件的差異，對繼電器性能有很大的影響。使用環(huán)境條件主要指溫度(最大與最小)、濕度(一般指40攝氏度下的最大相對濕度)、低氣壓(使用高度1000米以下可不考慮)、振動和沖擊。此外，尚有封裝方式、安裝方法、外形尺寸及絕緣性等要求。由于材料和結(jié)構(gòu)不同，繼電器承受的環(huán)境力學(xué)條件各異，超過產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境力學(xué)條件下使用，有可能損壞繼電器，可按

19、整機(jī)的環(huán)境力學(xué)條件或高一級的條件選用。(2)根據(jù)輸入量選定繼電器的輸入?yún)?shù)在電磁繼電器的輸入?yún)?shù)中，與用戶密切相關(guān)的是線圈的工作電壓(或電流)，而吸合電壓(或電流) 則是繼電器制造廠約束繼電器靈敏度并對其進(jìn)行判斷、考核的參數(shù)，它只是一個工作下限參考值。不少用戶因不了解繼電器動作原理的特殊性，往往把吸合電壓(或電流)錯認(rèn)為是繼電器應(yīng)可靠工作的電壓(或電流)，而把工作電壓值取在吸合電壓值上，這是十分危險也是不允許的。因為吸合值只是保證繼電器可靠動作的最小 輸入量，而繼電器動作后，還需要一個保險量，以提高維持可靠閉合所需的接觸壓力、抗環(huán)境作用所需的電磁吸力。否則，一旦環(huán)境溫度升高或在機(jī)械振動和沖擊條

20、 件下，或輸入回路電流波動和電源電壓降低時，僅靠吸合值是不可能保證可靠工作的。所以選擇繼電器時，首先看繼電器技術(shù)條件規(guī)定的額定工作電壓是否與整機(jī)線 路所能提供的電壓相符，絕不能與繼電器吸合值相比。(3)根據(jù)負(fù)載情況選擇繼電器觸點的種類與參數(shù)與被控電路直接連接的觸點是繼電器的接觸系統(tǒng)。國外和國內(nèi)長期實踐證明，約百分之七十以上的故障發(fā)生在觸點上。這除了與繼電器本身結(jié)構(gòu)與制造因素密切相關(guān)之外，未能正確選用和使用也是重要因素之一。且大多數(shù)問題是由于用戶的實際負(fù)載要求與繼電器觸點額定負(fù)載不同而引起的。根據(jù)控制要求確定觸點組合形式，如需要的是常開還是常閉觸點或轉(zhuǎn)換觸點；根據(jù)被控回路多少確定觸點的對數(shù)和組數(shù)

21、；根據(jù)負(fù)載性質(zhì)與容量大小確定觸點有關(guān)參數(shù)，如額定電壓、電流與容量，有時還需要考慮對觸點接觸電阻、抖動時間、分布電容等的要求。關(guān)于觸點切換的額定值，電磁繼電器一般規(guī)定它的性質(zhì)及大小。它的含義是指在規(guī)定的動作次數(shù)內(nèi)，在定的電壓和頻率下，觸點所能切換的電流的大小。這一負(fù)載值是由繼電器結(jié)構(gòu)要素決定的。為了便于考核比較，一般只規(guī)定阻性負(fù)載。在實際使用中需要切換其它性質(zhì)的負(fù)載。(4)按工作狀態(tài)選擇繼電器繼電器的工作狀態(tài)主要是指輸入信號對線圈的作用狀態(tài)。繼電器線圈的設(shè)計是對應(yīng)于不同的輸入信號狀態(tài)的，有長期連續(xù)作用的信號，有短期重復(fù)工作(脈沖)信號。連續(xù)工作是指線圈能連續(xù)地承受工作信號的長期作用。對脈沖信號還要考慮脈沖頻率、通斷比等。因此，要根據(jù)信號特點選用適合于不同工作狀態(tài)的繼電器，一般不允許隨便使用，特別要注意不能將短期工作狀態(tài)的繼電器使用在連續(xù)工作狀態(tài)，高溫工作條件下尤其要注意。在實際