繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)課件

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)學(xué)院：工學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)人：李貞艷201101030467白艷紅201101030467朱正紅201101030109設(shè)計(jì)課題：三段式距離保護(hù)課程設(shè)

計(jì)1.1題目如圖所示系統(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(kāi)機(jī)方式為4臺(tái)機(jī)全開(kāi)，最小開(kāi)機(jī)方式為兩側(cè)各開(kāi)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：，，，，，，線路阻抗：，，，線路阻抗角均為75°，，負(fù)荷功率因數(shù)角為30°；，，，，變壓器均裝有快速差動(dòng)保護(hù)。試對(duì)1、4進(jìn)行距離保護(hù)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接線圖1.2要完成的內(nèi)容根據(jù)所給的資料,完成1和4處進(jìn)行距離保護(hù)的設(shè)計(jì)。具體要完成的內(nèi)容如下:（1）三序網(wǎng)絡(luò)圖；(2)保護(hù)的配置及選擇;(3)分支系數(shù)的計(jì)算;(4)整定阻抗的計(jì)算(系統(tǒng)運(yùn)行方式的考慮、短路點(diǎn)的考慮短路類型的考慮);(5)時(shí)間的整定;(6)靈敏度校驗(yàn);(7)保護(hù)設(shè)備的選擇。2設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容

2.1設(shè)計(jì)規(guī)程

距離保護(hù)是利用短路發(fā)生時(shí)電壓、電流同時(shí)發(fā)生變化的特征,測(cè)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,若短路點(diǎn)距離小于整定值則動(dòng)作的保護(hù)。(1)距離Ⅰ段保護(hù)為無(wú)延時(shí)的速動(dòng)段,只反應(yīng)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。(2)距離Ⅱ段的整定原則有二:①與相鄰線路距離保護(hù)Ⅰ段相配合;②與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合。本題中沒(méi)有涉及變壓器保護(hù),故與相鄰線路的Ⅰ段保護(hù)相配合。(3)距離Ⅲ段保護(hù)的整定原則有三:①按與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)Ⅱ段或Ⅲ段配合整定;②按與相鄰下級(jí)變壓器的電流、電壓保護(hù)相配合;③按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定。本次整定計(jì)算中采用第①③種方法進(jìn)行計(jì)算。2.2三序圖正序圖負(fù)序圖零序圖2.3保護(hù)配置(1)主保護(hù)配置:選用三段式距離保護(hù),距離Ⅰ段保護(hù)和距離Ⅱ段作為主保護(hù)。(2)后備保護(hù)配置:距離Ⅲ段保護(hù)作為近后備保護(hù)和遠(yuǎn)后備保護(hù)。3等效電路的建立

題目中已知條件為單位長(zhǎng)度線路阻抗以及各段線路長(zhǎng)度,由此,進(jìn)行基本數(shù)據(jù)計(jì)算如下:由以上的基本計(jì)算得其等效電路圖如下所示。4保護(hù)的配合及整定計(jì)算4.1分支系數(shù)的計(jì)算

由三序圖可知接地距離保護(hù)1和4的正序電流分支系數(shù)，當(dāng)A側(cè)開(kāi)一臺(tái)機(jī)，變壓器T5和T6均投入運(yùn)行，保護(hù)1的零序電流分支系數(shù)最大，如圖（a）所示。圖(a)當(dāng)A側(cè)開(kāi)兩臺(tái)機(jī)，變壓器T5和T6只有一臺(tái)投入運(yùn)行，保護(hù)1的零序電流分支系數(shù)最小，如圖（b）所示。圖（b）當(dāng)C側(cè)開(kāi)一臺(tái)機(jī)，變壓器T5和T6均投入運(yùn)行，保護(hù)4的零序電流分支系數(shù)最大，如圖（c）所示。序電流分支系數(shù)最大，如圖（c）所示。圖（c）當(dāng)C側(cè)開(kāi)兩臺(tái)機(jī)，變壓器T5和T6只有一臺(tái)投入運(yùn)行，保護(hù)4的零序電流分支系數(shù)最小，如圖（d）所示。圖（d）4.2保護(hù)處距離保1護(hù)的整定計(jì)算

1)保護(hù)1處距離Ⅰ段保護(hù)(主保護(hù))的整定計(jì)算:①阻抗整定:距離保護(hù)Ⅰ段的整定值計(jì)算公式為:(4.1)則保護(hù)1的整定阻抗為:其中:

—距離Ⅰ段保護(hù)的可靠系數(shù),其值為0.85;

—被保護(hù)線路的整體阻抗值,其值為32。②動(dòng)作時(shí)間整定:距離Ⅰ段保護(hù)為速動(dòng)段保護(hù),無(wú)延時(shí),所以:2)保護(hù)1處距離Ⅱ段保護(hù)(主保護(hù))的整定計(jì)算:①阻抗整定:距離保護(hù)Ⅱ段的整定值計(jì)算公式為(按與相鄰下一級(jí)相鄰線路距離保護(hù)Ⅰ段配合計(jì)算):(4.2)由(4.1)式可得:由于分支系數(shù),所以:其中:—距離II段保護(hù)的可靠系數(shù),其值為0.85;—保護(hù)4處距離Ⅰ段的阻抗整定值。②動(dòng)作時(shí)間整定:,其中:—保護(hù)4處距離Ⅰ段的整定時(shí)間,為速動(dòng)段,其值為0,并取=0.5s。靈敏度的計(jì)算公式為:(4.3)由(4.3)式可得:,滿足對(duì)靈敏度的要求。(3)保護(hù)1處距離Ⅲ段保護(hù)(后備保護(hù))的整定計(jì)算:①阻抗整定:按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)最小負(fù)荷阻抗整定。距離Ⅲ段保護(hù)的計(jì)算公式為:(4.4)其中:則:

其中:

—距離Ⅲ段保護(hù)的可靠系數(shù),其值為0.75;

—最小負(fù)荷阻抗;

—電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù),取值1.2;

—阻抗測(cè)量元件的返回系數(shù),取值1.2，

為整定阻抗的阻抗角,

為負(fù)荷阻抗的阻抗角。

阻抗整定：與相鄰線路距離保護(hù)II段相配合。由于距離保護(hù)屬于欠量保護(hù)，所以:②動(dòng)作時(shí)間整定:

③靈敏度校驗(yàn):當(dāng)保護(hù)1作為近后備時(shí),按本線路膜端短路來(lái)校驗(yàn)，其靈敏度校驗(yàn)公式為:(4.5)滿足要求。當(dāng)保護(hù)1作為遠(yuǎn)后備時(shí),按相鄰設(shè)備末端短路校驗(yàn)，其靈敏度校驗(yàn)公式為:（4.6）由于分支系數(shù)

,所以:,不滿足要求，所以保護(hù)1不能作為保護(hù)4的遠(yuǎn)后備。4.3保護(hù)處距離保4護(hù)的整定計(jì)算(1)保護(hù)4處距離Ⅰ段保護(hù)(主保護(hù))的整定計(jì)算:①阻抗整定:距離保護(hù)Ⅰ段的整定值計(jì)算公式為:則保護(hù)4的整定阻抗為:其中:

—距離Ⅰ段保護(hù)的可靠系數(shù),其值為0.85;

—被保護(hù)線路的整體阻抗值,其值為24。②動(dòng)作時(shí)間整定:距離Ⅰ段保護(hù)為速動(dòng)段保護(hù),無(wú)延時(shí),所以:

(2)保護(hù)4處距離Ⅱ段保護(hù)(主保護(hù))的整定計(jì)算:①阻抗整定:距離保護(hù)Ⅱ段的整定值計(jì)算公式為(按與相鄰下一級(jí)相鄰線路距離保護(hù)Ⅰ段配合計(jì)算)分支系數(shù)

,所以:其中:

—距離II段保護(hù)的可靠系數(shù),其值為0.85;

—保護(hù)1處距離Ⅰ段的阻抗整定值。②動(dòng)作時(shí)間整定:③靈敏度校驗(yàn):靈敏度的計(jì)算公式為:

可得:

,滿足對(duì)靈敏度的要求。(3)保護(hù)4處距離Ⅲ段保護(hù)(后備保護(hù))的整定計(jì)算:①阻抗整定:按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)最小負(fù)荷阻抗整定。距離Ⅲ段保護(hù)的計(jì)算公式為:其中:，則:其中:—距離Ⅲ段保護(hù)的可靠系數(shù),其值為0.75;—最小負(fù)荷阻抗;—電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù),取值1.2;—阻抗測(cè)量元件的返回系數(shù),取值1.2，為整定阻抗的阻抗角,為負(fù)荷阻抗的阻抗角。阻抗整定：與相鄰線路距離保護(hù)II段相配合。

由于距離保護(hù)屬于欠量保護(hù)，所以②動(dòng)作時(shí)間整定:③靈敏度校驗(yàn):當(dāng)保護(hù)4作為近后備時(shí),按本線路膜端短路來(lái)校驗(yàn)，其靈敏度校驗(yàn)公式為:（4.5），滿足要求。

當(dāng)保護(hù)4作為遠(yuǎn)后備時(shí),按相鄰設(shè)備末端短路校驗(yàn)，其靈敏度校驗(yàn)公式為:（4.6）由于分支系數(shù)

,所以:，不滿足要求，所以保護(hù)4不能作為保護(hù)1的遠(yuǎn)后備。5繼電保護(hù)設(shè)備的選擇5.1電流互感器的選擇互感器是按比例變換電壓或電電流的設(shè)備。其功能主要是將大電流按比例變換標(biāo)準(zhǔn)小電流(5A或10A,均指額定值),以實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x表、保護(hù)設(shè)備及自動(dòng)控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化,其一次側(cè)接在一次系統(tǒng),二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表與繼電保護(hù)裝置等。同時(shí)還可用來(lái)隔開(kāi)高電壓系統(tǒng),以保證人身和設(shè)備的安全。根據(jù)電流互感器安裝處的電網(wǎng)電壓、最大工作電流和安裝地點(diǎn)要求,選型號(hào)為L(zhǎng)CWB6-110W2屋外型電流互感器。5.2電壓互感器的選擇電壓互感器一次側(cè)并聯(lián)在電力回路中,二次側(cè)額定電壓通常為100V(或

V),由于負(fù)載阻抗很大,相當(dāng)于空載運(yùn)行。使用中二次側(cè)不允許短路,為安全起見(jiàn),二次繞組應(yīng)該接地。選型的兩個(gè)重要參量為誤差和準(zhǔn)確度,兩者均與功率因數(shù)

有關(guān)。依照以上所述,進(jìn)行電壓互感器選型,如選擇型號(hào)為JSQXF—110ZH—110kV。5.2繼電器的選擇

而在距離保護(hù)中,要采用阻抗繼電器,其作用是在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),通過(guò)比較測(cè)量阻抗與整定阻抗來(lái)確定故障位置是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外。若為區(qū)內(nèi)故障,可靠跳閘;若為區(qū)外故障,則可靠不動(dòng)作。對(duì)于描述阻抗繼電器,可以通過(guò)動(dòng)作特性和動(dòng)作方程加以描述,并通過(guò)動(dòng)作特性與動(dòng)作方程,選擇合適的阻抗繼電器。

依據(jù)以上原則,選擇阻抗繼電器LZ-21,其阻抗特性為方位圓特性。6原理圖繪制6.1絕對(duì)值比較原理的實(shí)現(xiàn)由于所選擇的阻抗繼電器具有方向圓特性,所以依據(jù):

并且可得:所以可得絕對(duì)值比較的電壓形成回路如下圖所示。

根據(jù)動(dòng)作特性的需要，首先先形成兩個(gè)參與比較的電壓量

當(dāng)時(shí)

，發(fā)出動(dòng)作命令。電壓的形成是依靠電路串并聯(lián)連接的方法實(shí)現(xiàn)。T——電壓變換器，它將電壓互感器的輸出電壓變換為適合弱電回路運(yùn)算的電壓，有一個(gè)輸入繞組和一個(gè)輸出繞組，輸出電壓接入阻抗繼電器的電壓回路。變換器的變換系數(shù)Ku為沒(méi)有量綱的實(shí)數(shù)，所以變換器的輸出電壓與輸入電壓同相位，幅值為UR為電抗互感器，它有一個(gè)輸入繞組和三個(gè)輸出繞組，輸入來(lái)自電流互感器TA的二次電流，三個(gè)輸出繞組中，其中一個(gè)繞組接調(diào)節(jié)電阻，另外兩個(gè)繞組接阻抗繼電器的電壓形成回路。6.2保護(hù)跳閘回路原理

保護(hù)跳閘部分主要由啟動(dòng)回路、測(cè)量回路和邏輯回路三部分構(gòu)成。

保護(hù)跳閘部分的電路圖如下圖所示。

啟動(dòng)回路主要由起動(dòng)元件組成,啟動(dòng)元件可由電流繼電器、阻抗繼電器、負(fù)序電流繼電器或負(fù)序零序電流增量繼電器構(gòu)成;測(cè)量回路的Ⅰ段和Ⅱ段,由公用阻抗繼電器1、2ZKJ組成,而第Ⅲ段由測(cè)量阻抗繼電器3ZKJ組成。測(cè)量回路是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離,用以判斷故障處于那一段保護(hù)范圍;邏輯回路主要由門電路和時(shí)