繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)

1、1. 前言電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門主要課程,主要包括課堂講學(xué)、課程設(shè)計(jì)等幾個主要部分。在完成了理論的學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步加深對理論知識的理解，本專業(yè)特支配了本次課程設(shè)計(jì)。電能是現(xiàn)代社會中最重要、也是最便利的能源。而發(fā)電廠正是把其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)過變壓器和不同電壓等級的輸電線路輸送并被安排給用戶，再通過各種用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合用戶需要的其他形式的能量。在輸送電能的過程中,電力系統(tǒng)盼望線路有比較好的牢靠性,因此在電力系統(tǒng)受到外界干擾時,保護(hù)線路的各種繼電裝置應(yīng)該有比較牢靠的、準(zhǔn)時的保護(hù)動作,從而切斷故障點(diǎn)極大限度的降低電力系統(tǒng)供電范圍。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)就是為

2、達(dá)到這個目的而設(shè)置的。本次110kv電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的任務(wù)主要包括了五大部分，運(yùn)行方式的分析，電路保護(hù)的配置和整定，零序電流保護(hù)的配置和整定，距離保護(hù)的配置和整定，原理接線圖及展開圖。通過此次線路保護(hù)的設(shè)計(jì)可以鞏固我們本學(xué)期所學(xué)的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)這一課程的理論知識，能提高我們提出問題、思考問題、解決問題的能力。2. 運(yùn)行方式分析電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，直接影響保護(hù)的性能，因此，在對繼電保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算之前，首先應(yīng)該分析運(yùn)行方式。需要著重說明的是，繼電保護(hù)的最大運(yùn)行方式是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過保護(hù)的電流值最大，繼電保護(hù)的最小運(yùn)行方式是指網(wǎng)在某種連接情況下通過保護(hù)的電流值最小。 圖1 110k

3、V電網(wǎng)系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)接線圖如圖1所示，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臺機(jī)全開，最小開機(jī)方式為兩側(cè)各開1臺機(jī)，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運(yùn)行。參數(shù)如下：電動勢：Ej = 115/kv； 發(fā)電機(jī)：X1.G1 = X2.G1 = X1.G2 = X2.G2 = 5 + (15 - 5)/14=5.71， X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 8 + (9 - 8)/14=8.07；變壓器：X1.T1 X1.T4 = 5 + (10 - 5)/14=5.36， X0.T1 X0.T4 = 15 + (30 - 15)/14=16.07.， X1.

4、T5 = X1.T6 = 15 + (20 - 15)/14=15.36， X0.T5 = X0.T6 = 20 + (40 - 20)/14=21.43；線 路：LA-B = 60km，LB-C = 40km，線路阻抗z1 = z2 = 0.4W/km，z0 = 1.2W/km， X1.A-B=60km× 0.4W/km=24W，X1.B-C=40km×0.4W/km=16W； X0.A-B=60km×1.2W/km=72W，X0.B-C=40km×1.2W/km=48W； IA-B.L.max = IC-B.L.max = 300A； Kss = 1

5、.2，Kre = 1.2； 電流保護(hù)：KIrel = 1.2，KIIrel = 1.15， 距離保護(hù)：KIrel = 0.85，KIIrel = 0.75 負(fù)荷功率因數(shù)角為30°，線路阻抗角均為75°，變壓器均裝有快速差動保護(hù)。2.1 保護(hù)1的運(yùn)行方式分析保護(hù)1的最小運(yùn)行方式就是指流過保護(hù)1的電流最小即是在G1和G2只有一個工作，變壓器T5、T6兩個中有一個工作時的運(yùn)行方式，則=（+）=5.71+5.36 =11.07；最大運(yùn)行方式就是指流過保護(hù)1的電流最大即兩個發(fā)電機(jī)共同運(yùn)行，而變壓器T5、T6兩個都同時運(yùn)行的運(yùn)行方式，則=（+）=（5.71+5.36）=5.54。2.2

6、 保護(hù)2的運(yùn)行方式分析對于保護(hù)2，它的最小運(yùn)行方式就是指流過保護(hù)2的電流最小即是在G3和G4只有一個工作時運(yùn)行，則=（+）=8.07+5.36=13.43；最大運(yùn)行方式就是指流過保護(hù)2的電流最大即兩個發(fā)電機(jī)共同運(yùn)行，則=（+）=（8.07+5.36）=6.72。2.3 保護(hù)3的運(yùn)行方式分析保護(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G1和G2只有一個工作時運(yùn)行的運(yùn)行方式，則=（+）=5.71+5.36=11.07；最大運(yùn)行方式就是指流過保護(hù)3的電流最大即兩個發(fā)電機(jī)共同運(yùn)行，則=（+）=（5.71+5.36）=5.54。2.4 保護(hù)4的運(yùn)行方式分析保護(hù)4的最小運(yùn)行方式就是指流過保護(hù)4的電

7、流最小即是在G3和G4只有一個工作，變壓器T5、T6兩個中有一個工作時的運(yùn)行方式，則=（+）=8.07+5.36=13.43；最大運(yùn)行方式就是指流過保護(hù)4的電流最大即兩個發(fā)電機(jī)共同運(yùn)行，而變壓器T5、T6兩個都同時運(yùn)行的運(yùn)行方式，則=（+）=（8.07+5.36）=6.72。3. 電流保護(hù)的配置和整定 三段式電流保護(hù)分為電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)和過電流速斷保護(hù)。三段式電流保護(hù)在協(xié)作的過程中，如果電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路的全長，則不再需要配置限時電流速斷保護(hù)。對于每一段保護(hù)，他的整定值得滿足靈敏系數(shù)和其他要求。因此，配置完以后得檢驗(yàn)這個配置是否符合要求。 3.1 電流速斷保護(hù)的配置和整定對于

8、反應(yīng)與短路電流負(fù)值增大而瞬時動作的電流保護(hù)，稱為電流速斷保護(hù)。為了保證選擇性，電流速斷一般只能保護(hù)線路的一部分。電路速斷保護(hù)要求一旦短路電流超過整定值，就立即將離短路點(diǎn)最近的斷路器跳開，例如，在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)線路A-B上發(fā)生短路時，則保護(hù)1、2都要瞬時動作，使1、2處斷路器跳開。由系統(tǒng)圖可知，假設(shè)保護(hù)1、2、3和4都需要配置電流數(shù)段保護(hù)。則：對于保護(hù)1：動作電流：=，動作時間tI1=0s， 靈敏性校驗(yàn)：=×，100%=35.08%>15%，滿足要求。對于保護(hù)2：動作電流：=，動作時間：tI2=0s，靈敏性校驗(yàn)：=1.83=6.57（km） 100%=45%>15% 滿足要求

9、對于保護(hù)3：動作電流：IIset.3=，動作時間tI3=0s，靈敏性校驗(yàn)：IIset.3=×，不滿足要求。對于保護(hù)4：動作電流IIset.4=，動作時間tI4=0s，靈敏性校驗(yàn)：IIset.4=×，100%=15.63%>15%，滿足要求。 由以上的計(jì)算結(jié)果可知，保護(hù)1、2和4需要安裝電流速斷保護(hù)裝置，保護(hù)3不需要。3.2 限時電流速斷保護(hù)的配置和整定 限時電流速斷保護(hù)即電流II段保護(hù)的范圍是與下一級的I段保護(hù)相協(xié)作的。即從本級I段保護(hù)范圍開頭端始終延長到下一級的I段的2/3處，既包括了本級的I段保護(hù)范圍又包含了下一級I段的大部分范圍。由限時電流速斷的計(jì)算結(jié)果可知，假

10、設(shè)保護(hù)4處需安裝限時電流速斷保護(hù)，其他保護(hù)處不需要安裝限時電流速斷保護(hù)。則： IIISET.4=KIIrel×IIset.2=1.15×1.83=2.105KA，tII2=0.5S， KIIsen.4=0.949<1.3，不滿足靈敏系數(shù)。故保護(hù)4也不裝設(shè)限時電流速斷保護(hù)。由此，保護(hù)2處不需要裝設(shè)電流速斷保護(hù)裝置。3.3 過電流保護(hù)的配置和整定假設(shè)保護(hù)1、2、3和4處都裝設(shè)過電流保護(hù)。則：tIII1=0.5s，tIII2=0s，tIII3=0s，tIII4=0.5s；保護(hù)2和3處都配置一個時間為0s的定時限過電流保護(hù)裝置，保護(hù)1和4處各裝置一個延時為0.5s的定時限過電

11、流保護(hù)裝置。下面分別對個保護(hù)進(jìn)行電流整定。對于保護(hù)1：動作電流：IIIIset.1=;近后備：KIIIsen.1=，滿足要求。遠(yuǎn)后備：KIIIsen.1=，滿足要求。同理，保護(hù)2、3和4處的整定電流IIIIset.2=IIIIset.3=IIIIset.4=0.36KA。且靈敏系數(shù)都滿足要求。4. 零序電流保護(hù)的配置和整定電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時是三相對稱的，其零序、負(fù)序電流值理論上是零。多數(shù)的短路故障是不對稱的，其零、負(fù)序電流電壓會很大，利用故障的不對稱性可以找到正常與故障的區(qū)分，并且這種差別是零與很大值得比較，差異更為明顯。所以零序電流保護(hù)被廣泛的應(yīng)用在110KV及以上電壓等級的電網(wǎng)中。 全部元

12、件全運(yùn)行時三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)圖如下圖所示： （a）：正序網(wǎng)絡(luò) 圖（b）：負(fù)序網(wǎng)絡(luò) （c）負(fù)序網(wǎng)絡(luò)4.1 零序I段的配置和整定 零序電流I段依據(jù)躲開下級線路出口處單相或兩相接地末端短路時可能消失的最大零序電流3I0.max和躲開斷路器三相觸頭不同期合閘時消失的最大零序電流3I0.unb以及非全相運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)生系統(tǒng)震蕩時所消失的最大零序電流來整定。 經(jīng)分析，B母線單相接地短路時，故障端口正序阻抗= =12.84;，=8.09；所以故障端口的零序電流為：=1.650KA；所以B相單相接地短路時流過保護(hù)1、4的零序電流分別為：I0.1=1.82=0.199KA；I0.4=1.82=0.282KA;同理得

13、出：B母線兩相接地短路時流過保護(hù)1、4的零序電流分別為：I0.1= 0.147KA； I0.4= 0.209KA；所以I0.max.1=0.199KA，I0.4.max=0.282KA；故零序I段整定為：IIset.1=3I0.max.1KIrel=1.230.199=0.717KA；IIset.4=IIset.43I0.4.max=1.230.282=1.014KA，同理可得：IIset.2=1.173KA；IIset.3=1.452KA；4.2 零序II段的配置和整定先求保護(hù)1的分支系數(shù)：=1+=1+ ，對，當(dāng)只有一臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時最大，有=+=16.07+72=88.07（）；當(dāng)兩

14、臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時最小，有=+=16.07/2+72=80.04（）;對，當(dāng)、只有一臺運(yùn)行時最大，=24（）；當(dāng)、兩臺全運(yùn)行時最小，=12（）。因此，保護(hù)1的最大分支系數(shù)=1+=1+=8.5最小分支系數(shù)=1+=1+=4.4.975。同理可得：=7.45；=3.775.保護(hù)1的零序II段定值為：校驗(yàn)靈敏度：母線B接地故障流過保護(hù)1的最小零序電流：靈敏系數(shù)： >1.3.保護(hù)4的零序II段定值為：校驗(yàn)靈敏度：母線B接地故障流過保護(hù)4的最小零序電流：靈敏系數(shù)：>1.3;4.3 零序III段的配置和整定假設(shè)保護(hù)1、2、3和4處都裝設(shè)零序III段電流保護(hù)。則：tIII1=0.5s，tIII

15、2=0s，tIII3=0s，tIII4=0.5s；保護(hù)2和3處都配置一個時間為0s的定時限過電流保護(hù)裝置，保護(hù)1和4處各裝置一個延時為0.5s的定時限過電流保護(hù)裝置。下面分別對個保護(hù)進(jìn)行電流整定。1、保護(hù)1的零序III段整定計(jì)算：B母線的三相短路電流：=由于是110kv線路，可不考慮非全相運(yùn)行情況，按躲開末端最大不平衡電流整定。則=10.50.11.77=0.0885（kA）=1.250.0885=0.111（kA）作為近后備保護(hù) 滿足要求作為遠(yuǎn)后備保護(hù) 滿足要求2、保護(hù)2的零序III段整定計(jì)算：A母線的三相短路電流：=由于是110kv線路，可不考慮非全相運(yùn)行情況，按躲開末端最大不平衡電流整定

16、。則=10.50.11.118=0.0559（kA）=1.250.062=0.0699（kA）作為近后備保護(hù) 滿足要求同理：對保護(hù)3和4進(jìn)行整定，且靈敏系數(shù)均滿足要求。綜上可知：在零序電流保護(hù)的配置和保護(hù)中，保護(hù)1和保護(hù)4均有I段、II段和III段，而保護(hù)2和保護(hù)3只配置III段保護(hù)，整個系統(tǒng)的平平穩(wěn)定運(yùn)行。5. 距離保護(hù)的配置和整定 距離保護(hù)是利用短路發(fā)生時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，該比值反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離，如果短路點(diǎn)距離小于整定值，則保護(hù)裝置動作。 在保護(hù)1、2、3和4處配備三段式距離保護(hù)：選用接地距離保護(hù)接線方式和相間距離保護(hù)接線方式：它們的I、II、段選

17、擇具有方向的距離保護(hù)，III選擇具有偏移特性的距離保護(hù)。5.1 距離I段的配置和整定線路AB得正序阻抗ZAB=z1LA-B=0.460=24;線路BC得正序阻抗ZBC=z1LB-C=0.440=16；保護(hù)1、2的距離I段ZIset.1,2=KIrelZAB=0.8524=20.4；保護(hù)3、4的距離I段ZIset.3,4=KIrelZBC=0.8516=13.6；5.2 距離II段的配置和整定1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。對保護(hù)1：1） 當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)I段協(xié)作時，有， 2） 當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相協(xié)作時，有， 對保護(hù)4：、1） 當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)I段協(xié)作時，有， 2） 當(dāng)

18、與相鄰變壓器的快速保護(hù)相協(xié)作時，有， （a）當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)I段相協(xié)作時，有 ; (b)當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相協(xié)作時，有; ;所以，??； 2)靈敏度校驗(yàn)：,滿足靈敏度要求。 3）動作時限：與相鄰保護(hù)3的I段協(xié)作，有，它能同時滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)協(xié)作的要求。 保護(hù)4距離II段的整定： 1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。（a）當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)I段相協(xié)作時，有 ; (b)當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相協(xié)作時，有；所以取。2)靈敏度校驗(yàn)：；3）動作時限：與相鄰保護(hù)2的I段協(xié)作，有，它能同時滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)協(xié)作的要求。5.3 距離III段的配置和整定保

19、護(hù)1距離III段的整定：1）整定阻抗：按躲過正常運(yùn)行時的最小負(fù)荷阻抗整定，有 ， 取，和，于是 2）靈敏度校驗(yàn)：（a）本線路末端短路時靈敏系數(shù)為；3）動作時限：與相鄰設(shè)備保護(hù)協(xié)作，有，它能同時滿足與相鄰線路保護(hù)和相鄰線路保護(hù)和相鄰變壓器保護(hù)的協(xié)作要求。保護(hù)4距離III段的整定：1）整定阻抗：按躲過正常運(yùn)行時的最小負(fù)荷阻抗整定，有 ， ；取，和，,于是 。2）靈敏度校驗(yàn)： 本線路末端短路時靈敏系數(shù)為；所以靈敏度校驗(yàn)滿足要求。3）動作時限：與相鄰設(shè)備保護(hù)協(xié)作有，它能同時滿足與相鄰線路保護(hù)和相鄰變壓器保護(hù)的協(xié)作要求。6. 原理接線圖及展開圖6.1 保護(hù)1的原理接線圖及展開圖保護(hù)1為電流速斷I和過電流保護(hù)III協(xié)作保護(hù)的：其原理接線圖如下圖所示： 原理接線圖溝通電流回路 直流回路6.2 保護(hù)2的原理接線圖及展開圖保護(hù)2處需要裝置功率方向繼電器，且2處安裝過電流保護(hù)即可。因此接受接線三相式過電流保護(hù)接線方式。其原理