繼電保護課程設計課件

電力系統(tǒng)繼電保護課程設計學院：工學院專業(yè)：電氣工程及其自動化設計人：李貞艷201101030467白艷紅201101030467朱正紅201101030109設計課題：三段式距離保護課程設

計1.1題目如圖所示系統(tǒng)中，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各開1臺機，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運行。參數為：，，，，，，線路阻抗：，，，線路阻抗角均為75°，，負荷功率因數角為30°；，，，，變壓器均裝有快速差動保護。試對1、4進行距離保護的設計。系統(tǒng)網絡接線圖1.2要完成的內容根據所給的資料,完成1和4處進行距離保護的設計。具體要完成的內容如下:（1）三序網絡圖；(2)保護的配置及選擇;(3)分支系數的計算;(4)整定阻抗的計算(系統(tǒng)運行方式的考慮、短路點的考慮短路類型的考慮);(5)時間的整定;(6)靈敏度校驗;(7)保護設備的選擇。2設計的課題內容

2.1設計規(guī)程

距離保護是利用短路發(fā)生時電壓、電流同時發(fā)生變化的特征,測量電壓與電流的比值,該比值反應故障點到保護安裝處的距離,若短路點距離小于整定值則動作的保護。(1)距離Ⅰ段保護為無延時的速動段,只反應本線路的故障,下級線路出口發(fā)生短路故障時,應可靠不動作。(2)距離Ⅱ段的整定原則有二:①與相鄰線路距離保護Ⅰ段相配合;②與相鄰變壓器的快速保護相配合。本題中沒有涉及變壓器保護,故與相鄰線路的Ⅰ段保護相配合。(3)距離Ⅲ段保護的整定原則有三:①按與相鄰下級線路距離保護Ⅱ段或Ⅲ段配合整定;②按與相鄰下級變壓器的電流、電壓保護相配合;③按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定。本次整定計算中采用第①③種方法進行計算。2.2三序圖正序圖負序圖零序圖2.3保護配置(1)主保護配置:選用三段式距離保護,距離Ⅰ段保護和距離Ⅱ段作為主保護。(2)后備保護配置:距離Ⅲ段保護作為近后備保護和遠后備保護。3等效電路的建立

題目中已知條件為單位長度線路阻抗以及各段線路長度,由此,進行基本數據計算如下:由以上的基本計算得其等效電路圖如下所示。4保護的配合及整定計算4.1分支系數的計算

由三序圖可知接地距離保護1和4的正序電流分支系數，當A側開一臺機，變壓器T5和T6均投入運行，保護1的零序電流分支系數最大，如圖（a）所示。圖(a)當A側開兩臺機，變壓器T5和T6只有一臺投入運行，保護1的零序電流分支系數最小，如圖（b）所示。圖（b）當C側開一臺機，變壓器T5和T6均投入運行，保護4的零序電流分支系數最大，如圖（c）所示。序電流分支系數最大，如圖（c）所示。圖（c）當C側開兩臺機，變壓器T5和T6只有一臺投入運行，保護4的零序電流分支系數最小，如圖（d）所示。圖（d）4.2保護處距離保1護的整定計算

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

—距離Ⅰ段保護的可靠系數,其值為0.85;

—被保護線路的整體阻抗值,其值為32。②動作時間整定:距離Ⅰ段保護為速動段保護,無延時,所以:2)保護1處距離Ⅱ段保護(主保護)的整定計算:①阻抗整定:距離保護Ⅱ段的整定值計算公式為(按與相鄰下一級相鄰線路距離保護Ⅰ段配合計算):(4.2)由(4.1)式可得:由于分支系數,所以:其中:—距離II段保護的可靠系數,其值為0.85;—保護4處距離Ⅰ段的阻抗整定值。②動作時間整定:,其中:—保護4處距離Ⅰ段的整定時間,為速動段,其值為0,并取=0.5s。靈敏度的計算公式為:(4.3)由(4.3)式可得:,滿足對靈敏度的要求。(3)保護1處距離Ⅲ段保護(后備保護)的整定計算:①阻抗整定:按躲過正常運行時最小負荷阻抗整定。距離Ⅲ段保護的計算公式為:(4.4)其中:則:

其中:

—距離Ⅲ段保護的可靠系數,其值為0.75;

—最小負荷阻抗;

—電動機自啟動系數,取值1.2;

—阻抗測量元件的返回系數,取值1.2，

為整定阻抗的阻抗角,

為負荷阻抗的阻抗角。

阻抗整定：與相鄰線路距離保護II段相配合。由于距離保護屬于欠量保護，所以:②動作時間整定:

③靈敏度校驗:當保護1作為近后備時,按本線路膜端短路來校驗，其靈敏度校驗公式為:(4.5)滿足要求。當保護1作為遠后備時,按相鄰設備末端短路校驗，其靈敏度校驗公式為:（4.6）由于分支系數

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

—距離Ⅰ段保護的可靠系數,其值為0.85;

—被保護線路的整體阻抗值,其值為24。②動作時間整定:距離Ⅰ段保護為速動段保護,無延時,所以:

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

,所以:其中:

—距離II段保護的可靠系數,其值為0.85;

—保護1處距離Ⅰ段的阻抗整定值。②動作時間整定:③靈敏度校驗:靈敏度的計算公式為:

可得:

,滿足對靈敏度的要求。(3)保護4處距離Ⅲ段保護(后備保護)的整定計算:①阻抗整定:按躲過正常運行時最小負荷阻抗整定。距離Ⅲ段保護的計算公式為:其中:，則:其中:—距離Ⅲ段保護的可靠系數,其值為0.75;—最小負荷阻抗;—電動機自啟動系數,取值1.2;—阻抗測量元件的返回系數,取值1.2，為整定阻抗的阻抗角,為負荷阻抗的阻抗角。阻抗整定：與相鄰線路距離保護II段相配合。

由于距離保護屬于欠量保護，所以②動作時間整定:③靈敏度校驗:當保護4作為近后備時,按本線路膜端短路來校驗，其靈敏度校驗公式為:（4.5），滿足要求。

當保護4作為遠后備時,按相鄰設備末端短路校驗，其靈敏度校驗公式為:（4.6）由于分支系數

,所以:，不滿足要求，所以保護4不能作為保護1的遠后備。5繼電保護設備的選擇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備。其功能主要是將大電流按比例變換標準小電流(5A或10A,均指額定值),以實現測量儀表、保護設備及自動控制設備的標準化,其一次側接在一次系統(tǒng),二次側接測量儀表與繼電保護裝置等。同時還可用來隔開高電壓系統(tǒng),以保證人身和設備的安全。根據電流互感器安裝處的電網電壓、最大工作電流和安裝地點要求,選型號為LCWB6-110W2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并聯(lián)在電力回路中,二次側額定電壓通常為100V(或

V),由于負載阻抗很大,相當于空載運行。使用中二次側不允許短路,為安全起見,二次繞組應該接地。選型的兩個重要參量為誤差和準確度,兩者均與功率因數

有關。依照以上所述,進行電壓互感器選型,如選擇型號為JSQXF—110ZH—110kV。5.2繼電器的選擇

而在距離保護中,要采用阻抗繼電器,其作用是在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時,通過比較測量阻抗與整定阻抗來確定故障位置是區(qū)內還是區(qū)外。若為區(qū)內故障,可靠跳閘;若為區(qū)外故障,則可靠不動作。對于描述阻抗繼電器,可以通過動作特性和動作方程加以描述,并通過動作特性與動作方程,選擇合適的阻抗繼電器。

依據以上原則,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絕對值比較原理的實現由于所選擇的阻抗繼電器具有方向圓特性,所以依據:

并且可得:所以可得絕對值比較的電壓形成回路如下圖所示。

根據動作特性的需要，首先先形成兩個參與比較的電壓量

當時

，發(fā)出動作命令。電壓的形成是依靠電路串并聯(lián)連接的方法實現。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算的電壓，有一個輸入繞組和一個輸出繞組，輸出電壓接入阻抗繼電器的電壓回路。變換器的變換系數Ku為沒有量綱的實數，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，它有一個輸入繞組和三個輸出繞組，輸入來自電流互感器TA的二次電流，三個輸出繞組中，其中一個繞組接調節(jié)電阻，另外兩個繞組接阻抗繼電器的電壓形成回路。6.2保護跳閘回路原理

保護跳閘部分主要由啟動回路、測量回路和邏輯回路三部分構成。

保護跳閘部分的電路圖如下圖所示。

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