電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)三段式電流保護(hù)設(shè)計(jì)

1設(shè)計(jì)原始資料具體題目如下圖所示網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)參數(shù)為：1=115/WkV,二二二=。、二二二：：Q、二二=：：Q,L=Le=60km、La=4。km、LB_C=50km^!<_口=30krn、LD_.E=20krn,線路阻抗0.4Q/km,"：=…、=-，.=,：三.』?二二3：J;二巧-：二二二:二—二二一,Kss=1.5,Kre=0.85GG圖GG圖1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖試對(duì)線路BC、CD、DE進(jìn)行電流保護(hù)的設(shè)計(jì)。繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)任務(wù)（1）選定供電系統(tǒng)各設(shè)備的保護(hù)方式和各種保護(hù)裝置的配合方式（2）進(jìn)行各種保護(hù)裝置的整定計(jì)算（3）給出保護(hù)裝置的原理圖和施工接線圖（4）選擇所用繼電器、保護(hù)裝置和輔助裝置的型號(hào)、規(guī)格。（5）對(duì)保護(hù)的評(píng)價(jià)。2題目分析設(shè)計(jì)規(guī)程設(shè)計(jì)的步驟（1）設(shè)計(jì)資料的分析與參數(shù)計(jì)算；選取基準(zhǔn)值，計(jì)算各元件的阻抗標(biāo)幺值。（2）系統(tǒng)運(yùn)行方式：確定系統(tǒng)運(yùn)行方式，計(jì)算系統(tǒng)最大阻抗和最小阻抗。（3）短路電流計(jì)算：選擇短路點(diǎn)，求各短路點(diǎn)最大運(yùn)行方式下的三相短路電流，最小運(yùn)行方式時(shí)的兩相短路電流，求短路電流時(shí)要繪制等值電路圖。（4）電流保護(hù)整定計(jì)算：確定電流保護(hù)的動(dòng)作電流，動(dòng)作時(shí)限并進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)。（5）繼電保護(hù)回路展開(kāi)圖：繪制電流保護(hù)的直流回路和交流回路展開(kāi)圖。線路設(shè)計(jì)的保護(hù)配置主保護(hù)配置根據(jù)分析應(yīng)選用三段式電流保護(hù)，靈敏度校驗(yàn)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(guò)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(jì)算等效電路的建立由已知可得,線路的總阻抗的計(jì)算公式為X=ZL (3.1.1)其中：Z一線路單位長(zhǎng)度阻抗；L一線路長(zhǎng)度。將數(shù)據(jù)代入公式(3.1.1)可得各段線路的線路阻抗分別為：Xl1=XL22=ZxL=0.4x60=24(0)XL33=ZxL3=0.4x40=16(0)XBC=ZxLBC=0.4x50=20(0)Xcd=ZxLCD=0.4x30=12(0)Xde=ZxLDE=0.4x20=8(0)

經(jīng)分析可知，最大運(yùn)行方式即阻抗最小時(shí)，則有三臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，線路L1、L3運(yùn)行，由題意知G1、G3連接在同一母線上，則Xm=(X1IIX2+XL1IIXL2)11(X+XJ=(6+12)11(10+16)=10.6(。)式中X：：—最大運(yùn)行方式下的阻抗值；“11”表示取并聯(lián)的意思，以后不再解釋。同理，最小運(yùn)行方式即阻抗值最大，分析可知在只有G1和L1運(yùn)行，相應(yīng)地有X=X+X=15+24=39(。)由此可得最大運(yùn)行方式等效電路如圖2所示，最小運(yùn)行方式等效電路圖如圖3所示。圖2最大運(yùn)行方式等效電路圖圖3最小運(yùn)行方式等效電路圖圖2最大運(yùn)行方式等效電路圖圖3最小運(yùn)行方式等效電路圖保護(hù)短路點(diǎn)的選取選取B、C、D、E點(diǎn)為短路點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。短路電流的計(jì)算最大方式短路電流計(jì)算在最大運(yùn)行方式下流過(guò)保護(hù)元件的最大短路電流的公式為(3.3.1)I=-^-=K^—(3.3.1)kZZ+Z2 sk式中％一系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢(shì)；Zk一短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗；Zs一保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；K1短路類型系數(shù)、三相短路取1，兩相短路取年。

（1）對(duì)于保護(hù)1,其等值電路圖如圖2所示,母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過(guò)保護(hù)1的最大短路電流為i= E kEmaxXi+Xbc+XCD+XDE OB?）代入數(shù)據(jù)得：IkIkEmaxEXsmm+XBC十'D+3e115<310.6+20+12+8二1.312(kA)（2）對(duì)于保護(hù)2等值電路圖如圖2所示，母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過(guò)保護(hù)2的最大短路電流為i二 E—(3.3.3)kDmaxXi+XBC+XCD(3.3.3)代入數(shù)據(jù)得:I= E kDmaxXi+XBC+XCD二1.558(kA)IkCmaxIkCmax(3.3.4)代入數(shù)據(jù)得:IkCmax=2.17(kA)3.3.2最小方式短路電流計(jì)算在最小運(yùn)行方式下流過(guò)保護(hù)元件的最小短路電流的公式為

Ik.min(3.3.4)式中E-系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢(shì)；zsminIk.min(3.3.4)式中E-系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢(shì)；zsmin一保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；Z￡一短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的阻抗。所以帶入各點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到各點(diǎn)的的最小短路電流。IEmin<3115= X—="X 2 x/339+20+12+8=727.8(A), ?打115I=——x^^Dmin 2 %：3X 39+20+12=809.8(A)v3115 1ICmin=——xx =974.51(ICmin2 \；339+204保護(hù)的配合及整定計(jì)算主保護(hù)的整定計(jì)算動(dòng)作電流的計(jì)算最小保護(hù)范圍計(jì)算式為丁_<3E11X^set2z+zL （4.1.1）smax1min其中E,一系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢(shì)；zsma1短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗；z1一線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗。（1）對(duì)于保護(hù)1，其等值電路圖如圖2所示，母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過(guò)保護(hù)1的最大短路電流為I =1.312（kA）相應(yīng)的速斷定值的計(jì)算公式為

，」=K：Lemax (4-1-2)代入數(shù)據(jù)可得Il=K1XI =1.2X1.312=1.57(kA)set.1 rel k.,E.max由最小保護(hù)范圍計(jì)算式(4.1.1)得211 smaxsetLi211 smaxset代入數(shù)據(jù)可得L=-85.9(km)1min即1處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下沒(méi)有保護(hù)區(qū)。(2)對(duì)于保護(hù)2等值電路圖如圖2所示，母線D最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過(guò)保護(hù)2的最大短路電流為ID =1.558(kA)相應(yīng)的速斷定值為Ii=KixI=1.2x1.558=1.87(kA)最小保護(hù)范圍根據(jù)式(4.1.；)可得L =-70.6(km)min即2處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒(méi)有保護(hù)區(qū)。(3)對(duì)于保護(hù)3等值電路圖如圖2所示，母線C最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過(guò)保護(hù)3的最大短路電流為I =2.17(kA)相應(yīng)的速斷定值為Ii3=K\xJ=1.2x2.17=2.603(kA)最小保護(hù)范圍根據(jù)式(4.1.3)可得L =-42.3(km)min即3處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒(méi)有保護(hù)區(qū)。所以，以上計(jì)算表明，在運(yùn)行方式變化很大的情況下，電流速斷保護(hù)在較小運(yùn)行方式下可能沒(méi)有保護(hù)區(qū)。根據(jù)以上計(jì)算可以得到電流速斷保護(hù)整定結(jié)果如表2所示。表2電流速斷保護(hù)整定結(jié)果動(dòng)作電流(kA)最小保護(hù)范圍(km)是否適用電流速斷保護(hù)BC段保護(hù)32.603-85.9否CD段保護(hù)21.87-70.6否DE段保護(hù)11.57-42.3否

4.1.2靈敏度校驗(yàn)限時(shí)電流速斷定值根據(jù)式(4.2.1)可以計(jì)算。(4.1.4)In=Kn11(4.1.4)setrelset其中Kn—可靠系數(shù)，取值為1.15。rel(1)整定保護(hù)2的限時(shí)電流速斷定值為In=KnIi=1.15x1.57=1.806(kA)

setrelset.1線路末端(即D處)最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為Ik.Ik.D.min二是x115君二世239+20+12142=0.8098(kA)所以保護(hù)2處的靈敏度系數(shù)為Kn二二二竺吧二0.4484

set.2In1.806set即不滿足Ken三1.2的要求。(2)同理保護(hù)3的限時(shí)電流速斷定值為In=KnIi=1.15x1.87=2.151(kA)

set3relset.2線路末端(即C處)最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為, 、.:3 E 、；3115x/3115I=- =——x =——=0.9746(kA)k.C.min 2X+XBC2 39+20118所以保護(hù)3處的靈敏度系數(shù)為Kn=￡cmn=0,9746=0.4531

set.3 In 2.151set也不滿足Ken三1.2的要求?？梢?jiàn)，由于運(yùn)行方式變化太大，2、3處的限時(shí)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(jì)算動(dòng)作電流的計(jì)算過(guò)電流整定值計(jì)算公式為其中KUI一可靠系數(shù)，

relKss一可靠系數(shù)，Kre一可靠系數(shù)，所以有同理得I_IIm rel-setKre取值為1.15；取值為1.5其中KUI一可靠系數(shù)，

relKss一可靠系數(shù)，Kre一可靠系數(shù)，所以有同理得I_IIm rel-setKre取值為1.15；取值為1.5；取值為0.85。KmKI rel s-L.maxKre(4.2.1)KmKI rel ss-DE.LmaxKre1.15x1.5x150 二2.03x1500.85304.5(A)Im=2.03x200=406(A)set.2Im=2.03x300=609(A)set.3動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算假設(shè)母線E過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.5s，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為tm=0.5+0.5=1(s)1tm=tm+0.5=1.5(s)tm=tm+0.5=2(s)靈敏度校驗(yàn)在最小運(yùn)行方式下流過(guò)保護(hù)元件的最小短路電流的公式為Ik.minEZs.max+%乙(4.2.2)所以由靈敏度公式（4.2.4）senI-k.minImset(4.2.4)可知，保護(hù)1作為近后備保護(hù)的靈敏度應(yīng)為Km=IEmn-=727.8=2.39三1.5set.1 Im304.5set.1滿足近后備保護(hù)的要求；保護(hù)2作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度為Km=Ln=727.8=1.79三1.2set.2 Im 406set.2滿足作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的要求保護(hù)3作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度為Km==80918=1.33三1.2set.3 Im 609set.3滿足作為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要求。5二次展開(kāi)原理圖的繪制三段式電流保護(hù)原理接線圖繼電保護(hù)接線圖一般可以用原理接線圖和展開(kāi)圖兩種形式來(lái)表示。原理接線圖中的每個(gè)功能塊，再有電磁型繼電器實(shí)現(xiàn)時(shí)可能是一個(gè)獨(dú)立的原件，但在數(shù)字式保護(hù)和集成電路式保護(hù)中，往往將幾個(gè)功能塊用一個(gè)原件實(shí)現(xiàn)。如圖4所示，每個(gè)繼電器的線圈和觸點(diǎn)都畫(huà)在一個(gè)圖形中，所有元件都用設(shè)備文字符號(hào)表示，如圖中KA表示電流繼電器，KT表示時(shí)間繼電器，KS表示時(shí)間繼電器。原理接線圖對(duì)整個(gè)保護(hù)的工作原理能給出一個(gè)完整的概念。圖4三段式電流保護(hù)原理接線圖

保護(hù)測(cè)量電路展開(kāi)圖中交流回路和直流回路分開(kāi)表示，分別如圖5和圖6所示。其特點(diǎn)是每個(gè)繼電器的輸出量和輸出量根據(jù)實(shí)際動(dòng)作的回路情況分別畫(huà)在途中不同的位置上，但任然用同一個(gè)符號(hào)標(biāo)注，一邊查對(duì)。在展開(kāi)圖中，繼電器線圈和出點(diǎn)的鏈接盡量暗中故障后的動(dòng)作連接，自左而右，自上而下的排列。TAa TAa1 TAa11 TAam圖5保護(hù)交流電流回路圖保護(hù)跳閘電路+wc _wc圖6保護(hù)直流回路展開(kāi)圖6保護(hù)的評(píng)價(jià)根據(jù)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，一般情況下，對(duì)動(dòng)作跳閘的繼電保護(hù)在技術(shù)上有四條基本要求：選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性。我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮這些因素，選擇最合理的設(shè)計(jì)配置方案。110kV多點(diǎn)原系統(tǒng)中按躲過(guò)最大運(yùn)行方式下末端最大短路電流整定的電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流值很大，最小運(yùn)行方式下靈敏度