電氣工程――繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)

新能源與動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2015年7月新能源與動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱:指導(dǎo)教師(簽名:班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)?cè)u(píng)定表指導(dǎo)教師簽字:年月日目錄1設(shè)計(jì)原始資料.............................................................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。1.1具體題目(11.2要完成的內(nèi)容(12分析要設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容(12.1設(shè)計(jì)規(guī)程(13短路電流(23.1等效電路的建立(23.2短路電流的計(jì)算(23.2.1最大運(yùn)行方式短路電流計(jì)算(23.2.2最小運(yùn)行方式短路電流計(jì)算(33.3主保護(hù)(33.1.1距離保護(hù)的整定計(jì)算(33.1.2動(dòng)作時(shí)間(43.1.3靈敏度校驗(yàn)(43.4后備保護(hù)的整定計(jì)算(43.4.1阻抗的整定計(jì)算(43.4.2動(dòng)作時(shí)間(43.4.3靈敏度校驗(yàn)(54繼電保護(hù)設(shè)備選擇(54.1繼電器的選擇(54.1.1按輸入信號(hào)不同確定繼電器種類(54.1.2輸入?yún)⒘康倪x定(54.2互感器的選擇(54.2.1電流互感器(64.2.2電壓互感器(65二次展開圖的繪制(65.1保護(hù)測(cè)量回路(65.1.1絕對(duì)值比較原理的實(shí)現(xiàn)(65.1.2相位比較原理的實(shí)現(xiàn)(75.2保護(hù)測(cè)量回路(86總結(jié)(9參考文獻(xiàn)(10繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)11設(shè)計(jì)原始資料1.1具體題目如圖1如下圖所示系統(tǒng)中,發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)-變壓器組方式接入系統(tǒng),最大開機(jī)方式為4臺(tái)機(jī)全開,最小開機(jī)方式為兩側(cè)各開1臺(tái)機(jī),變壓器T5和T6可能2臺(tái)也可能1臺(tái)運(yùn)行。參數(shù)為。3115/E=?kV,Ω==12XX2.G21.G2、Ω==10XX2.G41.G4、Ω==12XX1.T42.T1,Ω==28XX0.T40.T2Ω==20XX1.T61.T5、Ω==40XX0.T60.T5,LA-B=60km,LB-C=40km,線路阻抗Z1=Z2=0.4Ω/km,Z0=1.2Ω/km,線路阻抗角均為75°,IA-B.Lmax=IC-B.Lmax=300A,負(fù)荷功率因數(shù)角為30°;KSS=1.2,85.0K=Irel,75.0KIrel=,變壓器均裝有快速差動(dòng)保護(hù)。T6圖1設(shè)計(jì)參考圖試對(duì)3進(jìn)行距離保護(hù)的設(shè)計(jì)。。1.2要完成的內(nèi)容本課程設(shè)計(jì)要完成的內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)對(duì)線路3距離保護(hù)的設(shè)計(jì),具體指的是分析課題的內(nèi)容、保護(hù)的配置及整定計(jì)算、繼電保護(hù)設(shè)備選擇、原理圖連線及保護(hù)評(píng)價(jià)五部分。2分析要設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容2.1設(shè)計(jì)規(guī)程動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù),在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求,即可靠性、選擇性、速動(dòng)性和靈敏性。所謂安全性,即不發(fā)生誤動(dòng)作。所謂信賴性,即不發(fā)生拒絕動(dòng)作。選擇性是指保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí),在可能最小的區(qū)域內(nèi)將故障從電力系統(tǒng)中斷開,最大限度地保證系統(tǒng)中無(wú)故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。速動(dòng)性是指盡可能快的切除故障,以減少設(shè)備及用戶在大短路電流、低電壓下運(yùn)行的時(shí)間,降低設(shè)備的損壞程度,提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。靈敏性指的是對(duì)于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。3短路電流3.1等效電路的建立AC圖2最大運(yùn)行方式等效電路AC圖3最小運(yùn)行方式等效電路由于短路電流計(jì)算是電網(wǎng)繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),因此分別考慮最大運(yùn)行方式下各線路未端短路的情況,最小運(yùn)行方式下各線路未端短路的情況。最大與最小運(yùn)行方式下等效電路圖如圖3.1,圖3.2所示。3.2短路電流的計(jì)算3.2.1最大運(yùn)行方式短路電流計(jì)算最大運(yùn)行方式如圖2所示。保護(hù)3最大運(yùn)行方式就是指流過保護(hù)3的電流最大即兩個(gè)發(fā)電機(jī)共同運(yùn)行,則Ω=++++=++++=39.21241210//(161212(//((AB2.T42.G4BC2.T42.G2min.ZXXZXXZskA104.339.213115s.mink.3.max=?==ZEI?式中為流過保護(hù)3的最大短路電流。3.2.2最小運(yùn)行方式短路電流計(jì)算最小運(yùn)行方式如圖3所示。保護(hù)3的最小運(yùn)行方式就是指流過保護(hù)3的電流最小即是在G2只有一個(gè)工作時(shí)運(yùn)行方式,則Ω=+=242.T42.G2s.maxXXZkA19.12416(31152323BCABs.maxk.3.min=+??=++?=ZZZEI?式中,為流過保護(hù)3的最小短路電流。3.3主保護(hù)3.3.1距離保護(hù)的整定計(jì)算(1整定保護(hù)1~4的距離Ⅰ段由題目已知條件計(jì)算可得AB的正序阻抗Ω600.4BA1AB24=?==-LZZ線路BC的正序阻抗16404.0CB1BCΩ=?==-LZZ可得保護(hù)1,2的距離保護(hù)Ⅰ段的整定值Ω=?==?20.42485.0ABΙrelΙ1.2setZKZ保護(hù)3,4的距離保護(hù)Ⅰ段的整定Ω=?==6.131685.0BCIrelIset3,4ZKZ(2整定保護(hù)3的距離保護(hù)Ⅱ段①保護(hù)3接地距離Ⅱ段的分支系數(shù)的計(jì)算由于整個(gè)線路左端只裝有發(fā)電機(jī)G2,右端只裝有發(fā)電機(jī)G4,所以沒有最大,最小分支系數(shù),線路計(jì)算中分支系數(shù)按b.minK=1計(jì)算,在距離Ⅱ段的整定計(jì)算中1b.minK=2.92,在距離Ⅲ段的整定計(jì)算3b.maxK=1.63計(jì)算。②保護(hù)3距離Ⅱ段的整定計(jì)算a當(dāng)與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)Ⅰ段相配合時(shí),得Ω=?+?=?+=27.320.4116(75.033(Iset.2bBCIIrelIIset,ZKZKZb當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí),得Ω=?+?=?+=85.322039.116(75.0(tb.min3BCIIrelIIset.4ZKZKZ比較二者,取整定值較小的一個(gè),所以取Ω=349.32II3set.Z3.3.2動(dòng)作時(shí)間(1保護(hù)3的I段主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間t3=0(s由于保護(hù)Ⅰ段瞬時(shí)動(dòng)作,所以保護(hù)1~4距離保護(hù)Ⅰ段的動(dòng)作時(shí)間它的動(dòng)作時(shí)限為Ⅰt,是斷路器固有的動(dòng)作時(shí)間,約為0.5秒。(2保護(hù)3的距離保護(hù)Ⅱ段的動(dòng)作時(shí)間sttt5.0ΔI1II3=+=3.3.3靈敏度校驗(yàn)(1保護(hù)1~4距離保護(hù)Ⅰ段的靈敏度校驗(yàn)由阻抗整定計(jì)算可得,保護(hù)的Ⅰ段就只能保護(hù)線路全長(zhǎng)的80%-85%,所以保護(hù)1~4距離保護(hù)Ⅰ段的靈敏度為0.8-0.85。(2保護(hù)3的距離保護(hù)Ⅱ段的靈敏度校驗(yàn)48.2Ω32.34910.75(31.92(IIset31b.mimABIIrelIIset1=?+=+=ZKZKZ1.251.5131.9248.2ABIIset.1sen>===ZZK則滿足靈敏度的要求3.4后備保護(hù)的整定計(jì)算3.4.1阻抗的整定計(jì)算保護(hù)3距離Ⅲ段的整定計(jì)算距離Ⅲ段的整定阻抗按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定,即Ω=?-????=62.013075(cos15.12.1190.50.83Ⅲset.3Z3.4.2動(dòng)作時(shí)間(1保護(hù)3距離保護(hù)Ⅲ段的動(dòng)作時(shí)間,保護(hù)3距離保護(hù)Ⅲ段的動(dòng)作時(shí)間與相鄰設(shè)備保護(hù)配合,即sttt15.05.0ΔIII1III3=+=+=3.4.3靈敏度校驗(yàn)(2保護(hù)3的距離保護(hù)Ⅲ段的靈敏度校驗(yàn)①作為近后備,本線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù):5.174.91693.1553>===BCIIIset.sen(1ZZK②作為遠(yuǎn)后備,相鄰設(shè)備末端短路時(shí)靈敏系數(shù):2.129.292.3163.11693.155nextb.minBCIII3set.sen(2>=?+=+=ZKZZK綜上計(jì)算,不同短路情況下靈敏度校驗(yàn)都滿足要求。整定計(jì)算匯總?cè)绫?所示。表1.整定計(jì)算匯總整定計(jì)算動(dòng)作時(shí)間靈敏度校驗(yàn)主保護(hù)Ⅰ段保護(hù)3Ι3.4set?Z=Ω13.6tΙ3=s085.0-8.0不滿足要求Ⅱ段保護(hù)3Ω=349.32IIset.3Z0.5sII3=t2.02sen=K滿足要求后備保護(hù)Ⅲ段保護(hù)3Ω=93.155IIIset.3Zs1III3=t74.9sen(1=K滿足要求29.2sen(2=K滿足要求4繼電保護(hù)設(shè)備選擇4.1繼電器的選擇4.1.1按輸入信號(hào)不同確定繼電器種類按輸入信號(hào)是電、溫度、時(shí)間、光信號(hào)確定選用電磁、溫度、時(shí)間、光電繼電器。4.1.2輸入?yún)⒘康倪x定與用戶密切相關(guān)的輸入量是線圈工作電壓(或電流,而吸合電壓(或電流則是繼電器制造廠控制繼電器靈敏度并對(duì)其進(jìn)行判斷、考核的參數(shù)。4.2互感器的選擇互感器分為電流互感器TA和電壓互感器TV,它們既是電力系統(tǒng)中一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)元件,同時(shí)也是一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的隔離元件。4.2.1電流互感器電流互感器種類和型式的選擇在選擇互感器時(shí),應(yīng)根據(jù)安裝地點(diǎn)(如屋內(nèi)、屋外和安裝方式(如穿墻式、支持式、裝入式等選擇相適應(yīng)的類別和型式。選用母線型電流互感器時(shí),應(yīng)注意校核窗口尺寸。4.2.2電壓互感器電壓互感器的種類和型式應(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)和使用條件進(jìn)行選擇,例如:在6-35kV屋內(nèi)配電裝置中,一般采用油浸式或澆注式,110-220kV配電裝置通常采用串級(jí)式電磁式電壓互感器;220kV及其以上配電裝置,當(dāng)容量和準(zhǔn)確級(jí)滿足要求時(shí),也可采用電容式電壓互感器。5二次展開圖的繪制5.1保護(hù)測(cè)量回路對(duì)于動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)功能來(lái)說,最為重要的是判斷出故障處于規(guī)定的保護(hù)區(qū)內(nèi)還是保護(hù)區(qū)外,至于區(qū)內(nèi)或區(qū)外的具體位置,一般并不需要確切的知道?？梢杂脙煞N方法來(lái)實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)。一種是首先精確地測(cè)量出mZ,然后再將它與事先確定的動(dòng)作進(jìn)行比較。當(dāng)mZ落在動(dòng)作區(qū)之內(nèi)時(shí),判為區(qū)內(nèi)故障,給出動(dòng)作信號(hào);當(dāng)mZ落在動(dòng)作區(qū)之外時(shí),繼電器不動(dòng)作。另一種方法不需要精確的測(cè)出mZ,只需間接地判斷它是處在動(dòng)作邊界之外還是處在動(dòng)作邊界之內(nèi),即可確定繼電器動(dòng)作或不動(dòng)作。5.1.1絕對(duì)值比較原理的實(shí)現(xiàn)如前所述,絕對(duì)值比較的一般動(dòng)作表達(dá)式如式BAZZ≤所示。絕對(duì)值比較式的阻抗元件,既可以用阻抗比較的方式實(shí)現(xiàn),也可以用電壓比較的方式實(shí)現(xiàn)。該式兩端同乘以測(cè)量電流mI?,并令mAIZ?=AU?,mBIZ?=BU?。則絕對(duì)值比較的動(dòng)作條件又可以表示為上式稱為電壓形式的絕對(duì)值比較方程。電路圖如圖2所示。BAUU??≤繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)TAUR.1/2KIIm..1/2KImIR.UA絕對(duì)值比較回路.UBTVT.5.1.2相位比較原理的實(shí)現(xiàn).KUUm圖2絕對(duì)值比較的電壓形成-90oarg相位比較原理的阻抗元件動(dòng)作條件的一般表達(dá)式如式相角表達(dá)式的分子、分母同乘以的動(dòng)作條件又可以表示為ImZC90oZD所示，，并令I(lǐng)mZCUC，ImZDUD，則相位比較-90argoUCUD90o上式稱為電壓形式相位比較方程。電路圖如圖3所示。7繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)圖3相位比較的電壓形成5.2保護(hù)測(cè)量回路三段式距離保護(hù)主要由測(cè)量回路、起動(dòng)回路和邏輯回路三部分組成，如圖4所示。圖4保護(hù)跳閘回路8繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)6總結(jié)(1由于同時(shí)利用了短路時(shí)電壓、電流的變化特征，通過測(cè)量故障阻抗來(lái)確定故障所處的范圍，保護(hù)區(qū)穩(wěn)定，靈敏度高，動(dòng)作情況受電網(wǎng)運(yùn)行方式變化的影響小，能夠在多側(cè)電源的高壓及超高壓復(fù)雜電力