繼電保護(hù)原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告.docx

繼電保護(hù)原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告1設(shè)計(jì)原始資料1.1具體題目如圖1所示網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)參數(shù)為：E=115/3kV，XG1=15、XG2=10、XG3=10,L1=L2=60 km、L3=40 km，LB-C=50 km , LC-D=30 km，LD-E=20 km，線路阻抗0.4/km， Krel=Krel=Krel=0.85，IB-C.max=300 A、IC-D.max=200A、ID-CEmax=150A，KSS=1.5 ，Kre=0.85圖1 某線路接線圖試對(duì)線路L1、L2、L3進(jìn)行距離保護(hù)的設(shè)計(jì)（選擇計(jì)算3、5處保護(hù)）。1.2要完成保護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容距離保護(hù)是利用短路時(shí)電壓、電流同時(shí)變化的特征，測(cè)量電壓與電流的比值，反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離而工作的保護(hù)。本設(shè)計(jì)要完成的內(nèi)容是：（1）對(duì)線路的距離保護(hù)原理和設(shè)計(jì)原則的簡(jiǎn)述，并對(duì)線路各參數(shù)進(jìn)行分析及對(duì)線路L1、L2、L3進(jìn)行距離保護(hù)的具體整定計(jì)算并注意有關(guān)細(xì)節(jié)，并對(duì)圖中3和5處的保護(hù)進(jìn)行計(jì)算選擇，設(shè)計(jì)以上兩處的保護(hù)。（2）同時(shí)對(duì)以上兩處的住保護(hù)、后備保護(hù)所需要的互感器以及繼電器進(jìn)行選擇，簡(jiǎn)述原因。（3）畫出保護(hù)測(cè)量回路，跳閘回路原理圖。2設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容的保護(hù)規(guī)程及配置2.1設(shè)計(jì)規(guī)程距離保護(hù)在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，并不需要他們動(dòng)作，而在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常情況時(shí)，需要繼電保護(hù)裝置判斷準(zhǔn)確、行為迅速、反應(yīng)靈敏、動(dòng)作可靠，從而提高電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，在我國(guó)，對(duì)于繼電保護(hù)的要求稱為“保護(hù)四性”，即可靠性、選擇性、速動(dòng)性、靈敏性。距離保護(hù)有以下優(yōu)點(diǎn)： 靈敏度較高。因?yàn)樽杩筞=U/I，阻抗繼電器反映了正常情況與短路時(shí)電流、電壓值的變化，短路時(shí)電流I增大，電壓U降低，因此阻抗Z減小很多。 保護(hù)范圍與選擇性基本不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響。由于短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗取決于短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的電距離，基本上不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，因此，距離保護(hù)的保護(hù)范圍與選擇性基本上不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響。 迅速動(dòng)作范圍長(zhǎng)。距離保護(hù)第一段的保護(hù)范圍比電流速斷保護(hù)范圍長(zhǎng)，距離保護(hù)第二段的保護(hù)范圍比限時(shí)電流速斷保護(hù)范圍長(zhǎng)，因而距離保護(hù)迅速動(dòng)作的范圍長(zhǎng)。距離保護(hù)比電流保護(hù)復(fù)雜，投資多，但由于上述優(yōu)點(diǎn)，在電流保護(hù)下不能滿足技術(shù)要求的情況下應(yīng)當(dāng)采用距離保護(hù)。2.2本設(shè)計(jì)的保護(hù)配置2.2.1主保護(hù)配置選用三段式距離保護(hù)，距離段和距離段作為主保護(hù)。（1）距離段 保護(hù)的段就只能保護(hù)線路全長(zhǎng)的 80%85%，這是一個(gè)最大的缺點(diǎn)，為了切除本線路末端15%20%范圍以內(nèi)的故障，就需要設(shè)置距離保護(hù)段。 （2）距離段 整定值的選擇和限時(shí)電流速斷相似，即應(yīng)使其不超出下一條線路距離段的保護(hù)范圍，同時(shí)帶有高出一個(gè)t的時(shí)限，以保證選擇性。 2.2.2后備保護(hù)配置為了作為相鄰線路的保護(hù)裝置和斷路器拒絕動(dòng)作的后備保護(hù)，同時(shí)也作為距離段與段的后備保護(hù)，還應(yīng)該裝設(shè)距離保護(hù)段。距離段，整定值與過(guò)電流保護(hù)相似，其啟動(dòng)阻抗要按與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)段或段配合整定，動(dòng)作時(shí)限還按照階梯時(shí)限特性來(lái)選擇，并使其比距離段保護(hù)范圍內(nèi)其他各級(jí)保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè)t。3保護(hù)的配合及整定計(jì)算有關(guān)各元件阻抗值的計(jì)算及其等效電路圖如圖2所示： 線路正序阻抗：ZL1=z1L1=0.460=24，ZL3=z1L3=0.440=16，ZB-C=z1LB-C=0.450=20, ZC-D=z1LC-D=0.430=12，ZD-E=z1LD-E=0.420=8。等效電路圖：圖2 等效電路圖3.1保護(hù)的整定計(jì)算(1 ) 距離保護(hù)段的整定值計(jì)算： Zset=KrelL1z1 (3-1)式中, Zset為距離段的整定阻抗； L1為被保護(hù)線路的長(zhǎng)度；z1為被保護(hù)線路單位長(zhǎng)度阻抗0.4/km；Krel為可靠系數(shù)，題中Krel取0.85。(2 ) 距離保護(hù)段： 整定值計(jì)算（與相鄰線路距離保護(hù)段相配合）： Zset=Krel(Zb +Kb.minZset.next） (3-2) 式中，Zb為當(dāng)前被保護(hù)線路的阻抗值；Zset.next為當(dāng)前被保護(hù)線路的下一段線路段阻抗整定值；Krel為可靠系數(shù)，為確保在各種運(yùn)行方式下保護(hù)段范圍不會(huì)超過(guò)下一段保護(hù)段范圍；Kb.min為分支系數(shù)，因?yàn)榫嚯x保護(hù)是欠壓保護(hù)，應(yīng)取各種情況下的最小值。 靈敏度校驗(yàn)：Ksen= ZsetZb1.25 (3-3) 動(dòng)作延時(shí)：t= t+t (3-4)(3) 距離保護(hù)段的整定值計(jì)算： 整定阻抗a.按與相鄰線路距離保護(hù)段相配合：Zset=Krel(Zb+Kb.minZset.next) (3-5)式中，Zb為當(dāng)前被保護(hù)線路的阻抗值；Krel為可靠系數(shù)，取Krel=0.85；Kb.min為分支系數(shù)，因?yàn)榫嚯x保護(hù)是欠壓保護(hù)，應(yīng)取各種情況下的最小值；Zset.next為當(dāng)前被保護(hù)線路的下一段線路段阻抗整定值。b.按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定：ZL.min=UL.minIL.mzx=(0.90.95)UNIL.max (3-6)式中，ZL.min為最小負(fù)荷阻抗； UL.min為正常運(yùn)行母線電壓的最低值； IL.mzx為被保護(hù)線路最大負(fù)荷電流； UN為母線額定相電壓。 考慮到電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的情況下，保護(hù)段必須立即返回的要求，若采用全阻抗特性，則整定值為：Zset=KrelKssKreZL.min (3-7)式中，Krel為可靠系數(shù)，取Krel=0.85； Kre為返回系數(shù)，取Kre=0.85； Kss為電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)，取Kss=1.5。 靈敏度校驗(yàn)a作為近后備時(shí)：Ksen1=ZsetZb1.5 (3-8) b 作為遠(yuǎn)后備時(shí)：Ksen2=ZsetZb+Kb.maxZnext1.2 (3-9)式中，Znext為相鄰線路的阻抗； Kb.max為分支系數(shù)最大值，以保證在各種運(yùn)行方式下保護(hù)動(dòng)作的靈敏性。3.1.1保護(hù)3的距離保護(hù)與整定計(jì)算1保護(hù)3處段保護(hù)的整定計(jì)算(1) 根據(jù)式(3-1)，阻抗整定值： Zset.3= 0.8520 = 17(2) 動(dòng)作延時(shí)：t3= 0s (第I段實(shí)際動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置固有的動(dòng)作延時(shí)) 2保護(hù)3處段保護(hù)的整定計(jì)算(1) 整定阻抗：根據(jù)式(3-2)，此時(shí)Kb.min=1(為了確保各種運(yùn)行方式下保護(hù)3的段范圍不超過(guò)保護(hù)2的I段范圍)Zset.2=KrelZC-D = 0.8512 = 10.2Zset.3= Krel(LB-Cz1+Kb.minZset.2)= 0.85(20+10.2)= 25.67(2) 靈敏度校驗(yàn)：距離保護(hù)段，應(yīng)能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，本線路末端短路時(shí)，應(yīng)有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，要求靈敏系數(shù)應(yīng)滿足式(3-3) Ksen= Zset.3ZB-C = 25.6720 = 1.281.25 滿足要求。(3) 動(dòng)作延時(shí)：與相鄰保護(hù)2的段保護(hù)配合，則根據(jù)式(3-4) t3=t2+t=0.5s它能滿足與相鄰保護(hù)配合的要求。3保護(hù)3處段保護(hù)的整定計(jì)算(1) 整定阻抗：按式（3-6），則 ZL.min=UL.minIB-C.max=0.9UNIB-C.max=0.911030.3=190.53 因?yàn)槔^電器取為全阻抗圓特性，按式（3-7），則 Zset.3=KrelKssKreZL.min=0.851.50.85190.53=127.02(2) 靈敏度校驗(yàn)：距離保護(hù)段，既作為本線路、段保護(hù)的近后備保護(hù)，又作為相鄰下級(jí)線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，靈敏度應(yīng)分別進(jìn)行校驗(yàn)。作為近后備保護(hù)時(shí)，按本線路末端短路進(jìn)行校驗(yàn)，根據(jù)式（3-8）得：Ksen1=Zset.3ZB-C=127.0220 =6.3511.5 滿足要求。 作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，按相鄰線路末端短路進(jìn)行校驗(yàn)（其中Kb.max=1），根據(jù)式（3-9）得： Ksen2=Zset.3ZB-C+Kb.maxZC-D =127.0220+112 = 3.971.2滿足要求。(3) 動(dòng)作延時(shí)因?yàn)榫嚯x保護(hù)段一般不經(jīng)振蕩閉鎖，其動(dòng)作延時(shí)不應(yīng)該小于最大的振蕩周期(1.52s)，故?。簍2= 2s。t3=t2+t=2.5s3.1.2 保護(hù)5的距離保護(hù)與整定計(jì)算1保護(hù)5處段保護(hù)的整定計(jì)算(1) 根據(jù)式(3-1)，保護(hù)5處的阻抗整定值為： Zset.5=0.8516=13.6 Zset.3=0.8520=17(2) 動(dòng)作延時(shí)：t5=0s (第I段實(shí)際動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置固有的動(dòng)作延時(shí)) 2保護(hù)5處段保護(hù)的整定計(jì)算如圖3所示為整定距離段時(shí)求Kb.min的等值電路。圖3 整定距離段時(shí)求Kb.min的等值電路Kb.min的計(jì)算如下：Kb= I3I5 = (XG1/XG2)+ZL1 +XG3+ZL3XG1/XG2+ZL1 (1+0.15)ZB-C2ZB-C = 6+24+10+1630 = 1.87(1) 整定值計(jì)算（與相鄰線路距離保護(hù)段相配合）： 根據(jù)式(3-2)得：Zset.5=Krel(L3z1+Kb.minZset.3) = 0.85(400.4+1.8717)= 40.62(2) 靈敏度校驗(yàn)：根據(jù)式(3-3)得：= 2.541.25 Ksen= Zset.5ZL3 = 40.6216 = 2.541.25滿足要求。(3) 動(dòng)作延時(shí)：根據(jù)式(3-4)得：t5= t3+ t = 0.5s 3. 保護(hù)5處段保護(hù)的整定計(jì)算(1) 整定阻抗：根據(jù)式(3-5)得：Zset.5=Krel（ZL3+Kb.minZset.3）= 0.85(16+1.8725.67) = 54.40 (2) 靈敏度校驗(yàn)：距離保護(hù)段，既作為本線路、段保護(hù)的近后備保護(hù)，又作為相鄰下級(jí)線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，靈敏度應(yīng)分別進(jìn)行校驗(yàn)。作為近后備保護(hù)時(shí)，按本線路末端短路進(jìn)行校驗(yàn)，根據(jù)式（3-8）得：Ksen1=Zset.5ZL3= 54.4016 =3.41.5 滿足要求。 作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，按相鄰線路末端短路進(jìn)行校驗(yàn)（其中Kb.max=1.87），根據(jù)式（3-9）得： Ksen2=Zset.5ZL3+Kb.maxZB-C =54.4016+1.8720 = 1.041.2不滿足要求，需要重新選定保護(hù)5的段整定值，根據(jù)式（3-9）可得： Zset.564.08又由式(3-5)得：Zset.3X31.76又因?yàn)閆set.3=127.0231.76滿足靈敏性條件，所以保護(hù)3的段和保護(hù)5的段相配合：Zset.5= Krel（ZL3+Kb.minZset.3) = 0.85(16+1.87127.02)= 215.50再根據(jù)式（3-9）得： Ksen=Zset.5ZL3+Kb.maxZB-C = 215.5016+1.8720 = 4.041.2滿足要求。(3) 動(dòng)作延時(shí)：t5=t3+ t = 2.5s+0.5s=3s4繼電保護(hù)設(shè)備的選擇4.1電流互感器的選擇假設(shè)互感器安裝地點(diǎn)在屋內(nèi)，安裝處線路Imax=350A，電網(wǎng)的額定電壓UNS=110kv。電流互感器的選擇應(yīng)滿足： UNUNSIN=KIN1Imax（A）式中，K為溫度修正系數(shù)；IN1為電流互感器一次側(cè)額定電流。由此可選型號(hào)為L(zhǎng)CWB-110屋外型電流互感器，變比為400/5，準(zhǔn)確級(jí)0.5，額定阻抗ZN2=0.4，熱穩(wěn)定倍數(shù)Kt=75，動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)Kes=135。熱穩(wěn)定校驗(yàn)： （KtIN1）2Qk動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：2IN1KesiM4.2電壓互感器的選擇根據(jù)電壓等級(jí)選型號(hào)為JDR-110的電壓互感器，變比為110000/100。4.2繼電器的選擇繼電器型號(hào)的選擇如下：DZB-12B出口中間繼電器，DS-22時(shí)間繼電器，DXM-2A信號(hào)繼電器。5原理圖的繪制5.1保護(hù)測(cè)量回路測(cè)量部分是距離保護(hù)的核心，對(duì)它的要求是在系統(tǒng)故障的情況下，快速、準(zhǔn)確地測(cè)定出故障方向和距離，并與預(yù)先設(shè)定的保護(hù)范圍相比較，區(qū)內(nèi)故障時(shí)給出動(dòng)作信號(hào)，區(qū)外故障時(shí)不動(dòng)作。在傳統(tǒng)的模擬是距離保護(hù)中，實(shí)現(xiàn)故障距離測(cè)量和比較的電路元件，稱為阻抗繼電器。具體由阻抗繼電器實(shí)現(xiàn)的保護(hù)測(cè)量電路有兩種：絕對(duì)值比較原理的實(shí)現(xiàn)以及相位比較原理的實(shí)現(xiàn)(如下圖4及圖5所示)。這兩種測(cè)量電路都是模擬式的實(shí)現(xiàn)方式，在模擬式距離保護(hù)中，絕對(duì)值比較原理是以電壓比較的形式實(shí)現(xiàn)的。與絕對(duì)值比較原理的實(shí)現(xiàn)方法類似，模擬式保護(hù)的相位比較原理也是以電壓比較的形式實(shí)現(xiàn)的。所不同的是，絕對(duì)值比較原理的實(shí)現(xiàn)是在絕對(duì)值比較電路中比較兩個(gè)參量的大小，而相位比較原理的實(shí)現(xiàn)是在相位比較電路中比較兩個(gè)參量的相位。圖4 絕對(duì)值比較原理實(shí)現(xiàn)的保護(hù)測(cè)量電路 圖5 相位比較原理實(shí)現(xiàn)的保護(hù)測(cè)量電路5.1保護(hù)跳閘回路三段式距離保護(hù)的跳閘回路如圖6所示： 圖6 保護(hù)跳閘回路6結(jié)論本題是對(duì)三段距離保護(hù)進(jìn)行整定設(shè)計(jì)，與電流保護(hù)類似，距離保護(hù)裝置也采用階梯延時(shí)配合的三段式配置方式。本題配置時(shí)將距離I、II段作為主保護(hù)，而將距離III段保護(hù)作為后備保護(hù)。距離保護(hù)的整定計(jì)算，就是根據(jù)被保護(hù)電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，計(jì)算出距離I段、II段和III段測(cè)量元件的整定阻抗以及II段和III段的動(dòng)作延時(shí)。距離保護(hù)I段為無(wú)延時(shí)的速動(dòng)段，它應(yīng)該只反映本線路的故障，下級(jí)線路出口發(fā)生短路故障時(shí)，應(yīng)可靠不動(dòng)作。所以其測(cè)量元件的整定阻抗應(yīng)該按躲過(guò)本線路末端短路時(shí)的測(cè)量阻抗來(lái)整定；距離II段的整定阻抗應(yīng)該與相鄰線路距離保護(hù)的I段相配合。為了保證在下級(jí)線路上發(fā)生故障時(shí)，上級(jí)線路保護(hù)處的保護(hù)II段不至于越級(jí)跳閘，其II段的動(dòng)作范圍不應(yīng)該超出下級(jí)保護(hù)I段的動(dòng)作范圍；距離三段阻抗整定時(shí)，可以按與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)II或III段配合，也可以按與相鄰下級(jí)變壓器的電流、電壓保護(hù)配合整定，還可以按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定。由于題設(shè)所給條件所限，本題的保護(hù)