繼電保護-方向電流原理設(shè)計與計算

方向電流保護原理設(shè)計與計算學(xué)院：專業(yè)：：班別：學(xué)號：目錄1方向電流保護原理 11.1具體題目 11.2要完成的容 11.3題目分析 11.4整定系數(shù)的分析與應(yīng)用 21.4.1可靠系數(shù) 21.4.2靈敏系數(shù) 31.5整定配合的基本原則 61.5.1各種保護的通用整定方法 61.5.2階段式保護的整定 61.6整定計算運行方式的選擇原則 71.6.1繼電保護整定計算的運行方式依據(jù) 71.6.2

發(fā)電機、變壓器運行變化限度的選擇原則 72變壓器保護整定計算 72.1變壓器保護的配臵原則 72.2

變壓器差動保護整定計算 82.2.1對雙繞組變壓器的計算 92.3電流元件定值計算 92.4動作時間整定 103方向電流保護整定計算 103.1各個保護的Ⅰ、Ⅱ段整定計算 103.1.1保護1的Ⅰ、Ⅱ段整定 103.1.2保護4的Ⅰ、Ⅱ段整定 113.2檢驗是否需安裝方向元件 113.3元件的正常工作 124方向電流保護原理圖的繪制 134.1動作過程分析 145心得體會 15參考文獻 171方向電流保護原理1.1具體題目10．系統(tǒng)接線圖如下圖，發(fā)電機以發(fā)電機-變壓器組方式接入系統(tǒng)，最大開機方式為4臺機全開，最小開機方式為兩側(cè)各開1臺機，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運行。參數(shù)為：,，，，，、，QUOTE，QUOTE,線路阻抗，，，QUOTE，對1、2、3、4進行方向電流保護的設(shè)計。QUOTE1.2要完成的容本文要完成的容是對方向性電流保護原理和計算原則的簡述，并對方向性各參數(shù)進行分析及保護1、2、3、4進行方向電流保護的具體整定計算并注意有關(guān)細節(jié)。1.3題目分析在電力系統(tǒng)中，兩側(cè)電源或單相環(huán)網(wǎng)的輸電線路，在這樣的電網(wǎng)中，為切除線路上的故障，線路兩側(cè)都裝有斷路器和相應(yīng)的保護，如裝設(shè)過流保護將不能保證動作的選擇性。為解決選擇性的問題，在原來的電流保護的基礎(chǔ)上裝設(shè)了方向原件（功率方向繼電器）。規(guī)定：功率的方向由母線流向線路為正，由線路流向母線為負。由功率方向繼電器加以判斷，當(dāng)功率方向為正時動作，反之不動。在電流保護的整定計算中，為什么要引入可靠系數(shù)。引入可靠系數(shù)的原因是必須考慮實際存在的各種誤差的影響，例如：（1）實際的短路電流可能大于計算值；（2）對瞬時動作的保護還應(yīng)考慮短路電流中非周期分量使總電流增大的影響；（3）電流互感器存在誤差；（4）保護裝置中的短路繼電器的實際啟動電流可能小于整定值?？紤]必要的裕度，從最不利的情況出發(fā)，即使同時存在著以上幾個因素的影響，也能保證在預(yù)定的保護圍以外故障時，保護裝置不誤動作，因而必須乘以大于1的可靠系數(shù)。1.4整定系數(shù)的分析與應(yīng)用

繼電保護的整定值一般通過計算公式計算得出。為使整定值符合電力系統(tǒng)正常運行及故障狀態(tài)下的規(guī)律，達到正確整定的目的，在計算公式中需引入各種整定系數(shù)。整定系數(shù)應(yīng)根據(jù)保護裝臵的構(gòu)成原理、檢測精度、動作速度、整定條件以及電力系統(tǒng)運行特性等因素來選擇。1.4.1可靠系數(shù)

由于計算、測量、調(diào)試及斷電器各項誤差的影響，使保護的整定值偏離預(yù)定數(shù)值，可能引起誤動作。為此，整定計算公式中需引入可靠系數(shù)用表示，其整定配合公式為。如圖1-1所示。

圖1-1系統(tǒng)圖

式中——所整定保護的動作電流；

——所整定保護的下一級保護的動作電流；

——可靠系數(shù)。

可靠系數(shù)的取值與各種因素有關(guān):

(1)按短路電流整定的無時限保護,應(yīng)選用較大的系數(shù)。

（2）按與相鄰保護的整定值配合整定的保護，應(yīng)選較小的系數(shù)。

（3）保護動作速度較快時，應(yīng)選用較大的系數(shù)。

（4）不同原理或不同類型的保護之間整定值配合時，應(yīng)選用較大的系數(shù)。

（5）感應(yīng)型反時限電流、電壓保護，因惰性較大，應(yīng)選用較大的系數(shù)。

如感應(yīng)型反時限保護可靠系數(shù)為1.3～1.5；瞬時段或速斷電流保護為1.25～1.3；與相鄰?fù)愋瓦^電流保護為1.1～靈敏系數(shù)

在繼電保護的保護圍發(fā)生故障，保護裝臵反應(yīng)的靈敏程度稱為靈敏度。靈敏度用靈敏系數(shù)表示。靈敏系數(shù)是指在被保護對象的某一指定點發(fā)生故障時，故障量與整定值之比。

靈敏系數(shù)一般分為主保護靈敏系數(shù)和后備保護靈敏系數(shù)兩種。前者是被保護對象的全部圍而言，后者則是被保護的相鄰保護對象的全部圍而言。

靈敏系數(shù)在保證安全性的前提下，一般希望越大越好，但在保證可靠動作的基礎(chǔ)上規(guī)定了下限值作為衡量的標準。不同類型保護的靈敏系數(shù)要求不同。由于電流互感器接線形式的不同以及接入保護的相數(shù)不同，反應(yīng)的靈敏度也不同。對于各個檢測元件構(gòu)成的整套保護裝臵，因為各個檢測元件擔(dān)任的任務(wù)不同，對它們靈敏度的要求也不同，一般應(yīng)滿足：閉鎖元件的＞啟動元件的＞測量元件的。

選擇計算靈敏系數(shù)的運行方式和短路類型是至關(guān)重要的。選擇的恰當(dāng)與否直接影響對保護效果的評價。因此，一般應(yīng)以選擇常見的不利運行方式為原則。短路保護的最小靈敏系數(shù)見表1-2。

表1-2

短路保護的最小靈敏系數(shù)

保護分類保護類型組成元件靈敏系數(shù)備注主保護帶方向和不帶方向的電流保護式電壓保護電流元件和電壓元件1.3~1.5200km以上線路，不小于1.350~200km線路，不小于1.450km以下線路，不小于1.5零序或負序方向元件1.5距離保護啟動元件負序和零序增量或負序分量元件、相電流突變量元件4距離保護第三段動作區(qū)末端幫陽，大于1.5電流和阻抗元件1.5線路末端短路電流應(yīng)阻抗元件精確工作電流1.5倍以上；200km以上線路，不下于1.350~200km，不小于1.4以下線路，不小于1.5距離元件1.3~1.5主保護平行線路的饋聯(lián)差動方向保護和電流平衡保護電流和電壓啟動元件2.0線路兩側(cè)均末端開前，其中一側(cè)保護按線路中點短路平行線路的饋聯(lián)差動方向保護和電流平衡保護1.5線路一側(cè)斷開后，另一側(cè)保護按對側(cè)短路計算平行線路的饋聯(lián)差動方向保護和電流平衡保護零序方向元件2.0線路兩側(cè)均末端開前，其中一側(cè)保護按線路中點短路計算線路縱聯(lián)保護跳閘元件對離阻接地故障的測量元件1.5個別情況下，為1.5發(fā)動機、變壓器、電動機縱差保護差電流元件的啟動電流1.5母線的安全電流差動保護差電流元件的啟動電流1.5發(fā)動機、變壓器、線路和電動機的電流速斷保護電流元件1.5按保護安裝處短路計算后備保護遠后備保護電流、電壓和阻抗元件1.2按相鄰電力設(shè)備和線路末端短路計算（短路電流應(yīng)為搞元件精確工作電流1.5倍以上），可考慮相繼動作零序或負序方向元件1.5近后備保護電流、電壓和阻抗元件1.3按線路末端短路計算零序或負序方向元件2.0輔助保護電流速斷保護1.2按正常運行方式保護安裝處短路計算注：1．主保護的靈敏系數(shù)除表中注出者外，均按被保護線路(設(shè)備)末端短路計算。

2．保護裝臵如反應(yīng)故障時增長的量，其靈敏系數(shù)為金屬性短路計算值與保護整定值之比；如反應(yīng)故障時減少的量，則為保護整定值與金屬性短路計算值之比。

3．各種類型的保護中，接于全電流和全電壓的方向元件的靈敏系數(shù)不作規(guī)定。

4．本表未包括的其他類型的保護．其靈敏系數(shù)另作規(guī)定。1.5整定配合的基本原則

電力系統(tǒng)中的繼電保護是按斷路器配臵裝設(shè)的，因此，繼電保護必須按斷路器分級進行整定。繼電保護的分級是按保護的正方向來劃分的，要求按保護的正方向各相鄰的上下級保護之間實現(xiàn)配合協(xié)調(diào)，以達到選擇性的目的。這是繼電保護整定配合的總原則。

1.5.1各種保護的通用整定方法

(1)根據(jù)保護裝臵的構(gòu)成原理和電力系統(tǒng)運行特點，確

定其整定條件及整定公式中的有關(guān)系數(shù)。

(2)按整定條件進行初選整定值。按電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)

的最小運行方式校驗靈敏度，其靈敏系數(shù)應(yīng)滿足要求，在滿足要求之后即可確定為選定的整定值。若不滿足要求，就須重新考慮整定條件和最小運行方式的選擇是否恰當(dāng)，再進一步還可考慮保護裝臵的配臵和選型問題，然后，經(jīng)過重新計算直到選出合適的整定值。1.5.2階段式保護的整定（1）相鄰一上下級保護之間的配合有三個要點：第一，

時間上應(yīng)有配合。即上一級保護的整定時間應(yīng)比其相配合的下一級保護的整定時間大一個時間級差△t，第二，在保護圍上有配合。即對同一故障點而言，上一級保護的靈敏系數(shù)應(yīng)低于下一級保護的靈敏系數(shù)。第三，上下級保護的配合一般是按保護正方向進行的，其方向性一般由保護的方向特性或方向元件來保證。

（2）多段保護的整定應(yīng)按保護段分段進行。第一段(一般指無時限保護段)保護通常按保護圍不伸出被保護對象的全部圍整定。其余的各段均按上下級保護的對應(yīng)段進行整定配合。所謂對應(yīng)段是指上一級保護的二段與下一級保護的一段相對應(yīng)。1.6整定計算運行方式的選擇原則

電力系統(tǒng)運行方式是保護整定計算基礎(chǔ)，整定計算用的運行方式選擇合理與否，不僅影響繼電保護的保護效果，也會影響繼電保護的配臵和選型的正確性，因此要特別重視這一環(huán)節(jié)。

1.6.1繼電保護整定計算的運行方式依據(jù)

即正常運行方式和正常檢修方式，一般遵循以下原則：

(1)必須考慮檢修和故障兩種狀態(tài)的重疊出線，但不考慮多種重疊。

(2)不考慮極少見的特殊方式。因為出現(xiàn)特殊方式的概率較小，不能因為惡化了絕大部分時間的保護效果。必要時，可采取臨時性的措施加以解決。

1.6.2

發(fā)電機、變壓器運行變化限度的選擇原則

(1)一個發(fā)電廠有兩臺機組時，一般應(yīng)考慮全停方式，即一臺機組檢修時另一臺發(fā)生故障；當(dāng)三臺以上機組時，應(yīng)選擇其中兩臺容量較大機組同時停用方式。對水力發(fā)電廠的機組，還應(yīng)結(jié)合水庫運行特性選擇，如調(diào)峰、蓄能、用水調(diào)節(jié)發(fā)電等。(2)一個廠、站母線上無論接有幾臺變壓器，一般應(yīng)考慮其中容量最大的一臺停用，因變壓器的運行可靠性很高。但對于發(fā)電機一變壓器組應(yīng)服從于發(fā)電機的投停變化。2變壓器保護整定計算2.1變壓器保護的配臵原則

電力變壓器繼電保護保護裝臵的配臵原則：

（1）應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)部短路和油面降低的瓦斯保護。

（2）應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)變壓器繞組和引出線的多相短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動保護或電流速斷保護。

（3）應(yīng)裝設(shè)作為變壓器外部相間短路和部短路的后備保護的過電流保護(或帶有復(fù)合電壓啟動的過電流保護或負序電流保護)。

（4）為防止中性點直接接地系統(tǒng)中外部接地短路的變壓器零序電流保護。（5）防止大型變壓器過勵磁的變壓器過勵磁保護及過電壓保護。

（6）為防止相間短路的變壓器阻抗保護。

（7）為防止變壓器過負荷的變壓器過負荷(信號)保護。

2.2

變壓器差動保護整定計算

微機型差動保護一般采用比率制動特性的差動保護，具備2次諧波制動、5次諧波制動及TA斷線閉鎖功能，能可靠躲過勵磁涌流，其定值按躲過最大負荷電流條件下流人保護裝臵的不平衡電流整定，因此有很高的靈敏度。二段折線式動作特性的動作方程

（2-1）（2-2）式中——差電流；

——拐點電流，即開始出現(xiàn)制動作用的最小制動電流；——差動元件的啟動電流，也叫最小動作電流；

S——折線的斜率，通常也叫比率制動系數(shù)；

——制動電流。(1)差動最小動作電流按躲過最大負荷條件下流人保護裝臵的不平衡電流

(2-3)

式中——變壓器額定電流；

——電流互感器的變比；——可靠系數(shù)，取1.3～1.5；

——電流互感器的比誤差(10P型取0.03x2,5P型和TP型取0.01x2)；

——電流互感器變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差，初始取0.05；

——變壓器調(diào)壓引起誤差，可取調(diào)壓圍中偏離額定值的最大值(百分數(shù))。

在實用計算中可選取=(0.2～0.5)，一般不小于0.3。(2)起始制動電流的整定

(2-4)

動作特性折線斜率S的整定?？v差保護的動作電流應(yīng)大于外部短路時流過差動回路的不平衡電流。變壓器種類不同，不平衡電流計算也有較大差別，下面給出普通雙繞組變壓器差動保護回路最大不平衡電流計算公式。2.2.1對雙繞組變壓器的計算

(2-5)

式中——電流互感器的同型系數(shù)，Kcc=1.0；

——外部短路時最大穿越短路周期分量；

——非周期分量系數(shù)，兩側(cè)同為TP級電流互感器取1.0；兩側(cè)同為P級電流互感器取1.5-2.0。

的含義同式(2-3)，但=1.0。2.3電流元件定值計算

按變壓器額定電流整定

(2-17)

靈敏度校驗按變壓器低壓母線故障時的最小短路電流計算，即

(2-18)

式中——變壓器低壓母線故障最小短路電流，計算時尚應(yīng)考慮變壓器的接線、短路故障的類型及過電流保護的接線方式等因素，取最嚴重的情況。

要求Kr≥1.25。2.4動作時間整定

(1)單側(cè)電源變壓器，負荷側(cè)后備保護動作時間與同側(cè)出線保護動作時間配合，電源側(cè)后備保護動作時間與負荷側(cè)后備保護最長動作時間配合。

(2)多側(cè)電源變壓器，各側(cè)的后備保護動作時間與各側(cè)

出線的動作時間相配合；動作后跳三側(cè)的保護段的動作時間與各側(cè)后備保護的最長動作時間相配合。且在動作時間小的一側(cè)加裝方向元件。3方向電流保護整定計算3.1各個保護的Ⅰ、Ⅱ段整定計算3.1.1保護1的Ⅰ、Ⅱ段整定最大運行方式為G1、G2全運行，相應(yīng)的9最小運行方式為一臺電機運行，相應(yīng)的18線路A-B相應(yīng)的==30母線B處三相短路流過保護1的最大電流3.257kA保護1的Ⅰ段定值為1.2×=3.908kA線路A-C相應(yīng)的==(75+35)*0.4=44母線C三相短路流過保護3的最大電流2.397kA保護3的Ⅰ段定值為2.876kA保護1的Ⅱ段定值為3.307kA母線B兩相短路流過保護1的最小電流2.292kA(=30)保護1電流Ⅱ斷的靈敏度系數(shù)=0.693<1.5靈敏度不滿足要求。3.1.2保護4的Ⅰ、Ⅱ段整定最大運行方式為G3、G4全運行，相應(yīng)的27.5最小運行方式為一臺電機運行，相應(yīng)的55母線B處三相短路流過保護4的最大電流3.061kA(=14)保護1的Ⅰ段定值為3.673kA母線A三相短路流過保護2的最大電流2.209kA(=30)保護2的Ⅰ段定值為2.651kA保護4的Ⅱ段定值為3.048kA母線B兩相短路流過保護4的最小電流1.594kA(=14)保護4電流Ⅱ斷的靈敏度系數(shù)=0.523<1.5靈敏度不滿足要求。3.2檢驗是否需安裝方向元件計算母線A背側(cè)三相短路時流過保護1的最大短路電流，即1.776kA由于＜3.908kA=，并且＜3.307kA=，故保護1的Ⅰ、Ⅱ均不需要加裝方向元件。計算母線C背側(cè)三相短路時流過保護4的最大短路電流，即2.397kA由于＜3.673kA=，并且＜3.048kA=，故保護4的Ⅰ、Ⅱ均不需要加裝方向元件。3.3元件的正常工作對相間短路電流保護功率方向判別元件而言，當(dāng)0°＜＜90°，使相間短路電流保護功率方向判別元件在一切故障時都能動作的條件為：角應(yīng)滿足30°＜＜60°。對某一已經(jīng)確定了阻抗角的送電線路而言，應(yīng)采用=90°-，以便短路時獲得最大靈敏角。而對零序功率方向判別元件而言，在保護圍故障時，最大靈敏角=-95°~-110°，即角一般為95°~110°。現(xiàn)場測定互感器極性的常用原理圖如圖2-1所示。一般采用直流電池組配合直流毫安表的簡單工具，將電池正極接在互感器的一次同名端，直流電表的紅筆（正極）接在二次同名端，當(dāng)電路接通時一次電流由同名端流入，二次電流由同名端流出，指針向右擺動，穩(wěn)定后電路斷開是指針向左擺動，則同名端標識正確。若指針擺動方向相反，則二次同名端應(yīng)在另一端。當(dāng)電壓、電流互感器的同名端（極性）被正確標定以后，按照功率方向元件接線原理圖仔細地接入后，還可以采用電壓、電流、功率和相角一體化測量儀表進行測量，根據(jù)以上電量的幅值、相位關(guān)系和各讀數(shù)值對接線校核。圖2-1現(xiàn)場測定電流互感器極性的常用原理接線圖相間短路的電流保護的功率4方向電流保護原理圖的繪制方向判別元件與零序功率方向元件的交流接線圖分別如圖2-2、2-3所示。方向電流保護原理圖，如圖2-4所示。圖2-2相間短路的電流保護的功率方向判別元件交流接線圖圖2-3零序功率方向元件的交流接線圖圖2-4

方向電流保護原理圖4.1動作過程分析電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動方式，當(dāng)兩者都滿足時線路才能接通。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，有本線路所在保護的Ⅰ段切故障。當(dāng)Ⅰ斷拒動或故障時，電流繼電器經(jīng)過延時繼電器，延時元件則用于判別是否本線路發(fā)生了故障而主保護據(jù)動和判別是否相鄰元件發(fā)生了故障而相鄰元件保護或斷路器據(jù)動，若出現(xiàn)上述舉動情況，則延時元件會有輸出，使本線斷路器跳閘。振蕩元件和電壓互感器二次斷線閉鎖元件，分別在系統(tǒng)振蕩和電壓互感器二次斷線時有輸出，經(jīng)非門閉鎖保護，可防止保護誤動作。發(fā)生故障時相應(yīng)段的保護動作，信號元件動作輸出保護動作的報警信號。

整套保護也可用距離保護中第Ⅲ段的測量元件ⅢZ兼做啟動元件，保護中第Ⅰ、Ⅱ段的測量元件ⅠZ、ⅡZ整定值可由一個阻抗元件用接點進行切換實現(xiàn)，若測量元件ⅠZ、ⅡZ和ⅢZ無方向性，則需加方向判別元件。整套保護中每相均有啟動元件，可以增加保護的可靠性。5心得體會

課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，繼電保護已經(jīng)成為當(dāng)今城市企業(yè)和工廠應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學(xué)來說掌握繼電保護是十分重要的?；仡櫰鸫舜卫^電保護方向電流保護課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)繼電保護方向電流保護方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！

課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設(shè)計，我掌握了方向電