繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì).doc

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)1. 前言電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為電氣工程及其自動(dòng)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(gè)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(duì)理論知識(shí)的理解，本專業(yè)特安排了本次課程設(shè)計(jì)。電能是現(xiàn)代社會(huì)中最重要、也是最方便的能源。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(jí)的輸電線路輸送并被分配給用戶，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)希望線路有比較好的可靠性,因此在電力系統(tǒng)受到外界干擾時(shí),保護(hù)線路的各種繼電裝置應(yīng)該有比較可靠的、及時(shí)的保護(hù)動(dòng)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)就是為達(dá)到這個(gè)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(shí)，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(duì)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 110kV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(tái)機(jī)全開，最小開機(jī)方式為兩側(cè)各開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)如下：電動(dòng)勢(shì)：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.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=40km0.4W/km=16W； X0.A-B=60km1.2W/km=72W，X0.B-C=40km1.2W/km=48W； IA-B.L.max = IC-B.L.max = 300A； Kss = 1.2，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(dòng)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(gè)工作，變壓器T5、T6兩個(gè)中有一個(gè)工作時(shí)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(gè)發(fā)電機(jī)共同運(yùn)行，而變壓器T5、T6兩個(gè)都同時(shí)運(yùn)行的運(yùn)行方式，則=（+）=（5.71+5.36）=5.54。2.2 保護(hù)2的運(yùn)行方式分析對(duì)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(gè)工作時(shí)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(gè)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(gè)工作時(shí)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(gè)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的電流最小即是在G3和G4只有一個(gè)工作，變壓器T5、T6兩個(gè)中有一個(gè)工作時(shí)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(gè)發(fā)電機(jī)共同運(yùn)行，而變壓器T5、T6兩個(gè)都同時(shí)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(shí)電流速斷保護(hù)和過電流速斷保護(hù)。三段式電流保護(hù)在配合的過程中，如果電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，則不再需要配置限時(shí)電流速斷保護(hù)。對(duì)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(gè)配置是否符合要求。 3.1 電流速斷保護(hù)的配置和整定對(duì)于反應(yīng)與短路電流負(fù)值增大而瞬時(shí)動(dòng)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(shí)，則保護(hù)1、2都要瞬時(shí)動(dòng)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(duì)于保護(hù)1：動(dòng)作電流：=，動(dòng)作時(shí)間tI1=0s， 靈敏性校驗(yàn)：=，100%=35.08%15%，滿足要求。對(duì)于保護(hù)2：動(dòng)作電流：=，動(dòng)作時(shí)間：tI2=0s，靈敏性校驗(yàn)：=1.83=6.57（km） 100%=45%15% 滿足要求對(duì)于保護(hù)3：動(dòng)作電流：IIset.3=，動(dòng)作時(shí)間tI3=0s，靈敏性校驗(yàn)：IIset.3=，不滿足要求。對(duì)于保護(hù)4：動(dòng)作電流IIset.4=，動(dòng)作時(shí)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(shí)電流速斷保護(hù)的配置和整定 限時(shí)電流速斷保護(hù)即電流II段保護(hù)的范圍是與下一級(jí)的I段保護(hù)相配合的。即從本級(jí)I段保護(hù)范圍開始端一直延伸到下一級(jí)的I段的2/3處，既包括了本級(jí)的I段保護(hù)范圍又包含了下一級(jí)I段的大部分范圍。由限時(shí)電流速斷的計(jì)算結(jié)果可知，假設(shè)保護(hù)4處需安裝限時(shí)電流速斷保護(hù)，其他保護(hù)處不需要安裝限時(shí)電流速斷保護(hù)。則： IIISET.4=KIIrelIIset.2=1.151.83=2.105KA，tII2=0.5S， KIIsen.4=0.9491.3.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，tIII2=0s，tIII3=0s，tIII4=0.5s；保護(hù)2和3處都配置一個(gè)時(shí)間為0s的定時(shí)限過電流保護(hù)裝置，保護(hù)1和4處各裝置一個(gè)延時(shí)為0.5s的定時(shí)限過電流保護(hù)裝置。下面分別對(duì)個(gè)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：=因?yàn)槭?10kv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：=因?yàn)槭?10kv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=10.50.11.118=0.0559（kA）=1.250.062=0.0699（kA）作為近后備保護(hù) 滿足要求同理：對(duì)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(gè)系統(tǒng)的安全穩(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(shí)電壓、電流同時(shí)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，如果短路點(diǎn)距離小于整定值，則保護(hù)裝置動(dòng)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(gè)條件選擇。對(duì)保護(hù)1：1） 當(dāng)與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段配合時(shí)，有， 2） 當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，有， 對(duì)保護(hù)4：、1） 當(dāng)與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段配合時(shí)，有， 2） 當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，有， （a）當(dāng)與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段相配合時(shí)，有 ; (b)當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，有; ;所以，??； 2)靈敏度校驗(yàn)：,滿足靈敏度要求。 3）動(dòng)作時(shí)限：與相鄰保護(hù)3的I段配合，有，它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)配合的要求。 保護(hù)4距離II段的整定： 1）整定阻抗：按下面兩個(gè)條件選擇。（a）當(dāng)與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段相配合時(shí)，有 ; (b)當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，有；所以取。2)靈敏度校驗(yàn)：；3）動(dòng)作時(shí)限：與相鄰保護(hù)2的I段配合，有，它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)配合的要求。5.3 距離III段的配置和整定保護(hù)1距離III段的整定：1）整定阻抗：按躲過正常運(yùn)行時(shí)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(shí)靈敏系數(shù)為；3）動(dòng)作時(shí)限：與相鄰設(shè)備保護(hù)配合，有，它能同時(shí)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)的配合要求。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(shí)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(shí)靈敏系數(shù)為；所以靈敏度校驗(yàn)滿足要求。3）動(dòng)作時(shí)限：與相鄰設(shè)備保護(hù)配合有，它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)和相鄰變壓器保護(hù)的配合要求。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配合保護(hù)的：其原理接線圖如下圖所示： 原理接線圖交流電流回路 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。因此采用接線三相式過電流保護(hù)接線方式。其原理圖如下所示。 6.3 保護(hù)3的原理接線圖及展開圖 交流電流回路 直流回路6.4 保護(hù)4的原理接線圖及展開圖 原理接線圖交流電流回路 直流回路7.結(jié) 論本次設(shè)計(jì)是針對(duì)與110KV電網(wǎng)在不同運(yùn)行方式以及短路故障類型的情況下進(jìn)行的分析計(jì)算和整定的。通過具體的短路電流的計(jì)算發(fā)現(xiàn)電流的三段式保護(hù)不能滿足要求，故根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，以及繼電保護(hù)“四性”的總要求故采用了反應(yīng)相間短路的距離保護(hù)和反應(yīng)接地故障的零序電流三段式保護(hù)。由于本次設(shè)計(jì)涉及到不同運(yùn)行方式下的不同類型的短路電流的計(jì)算，這對(duì)本次設(shè)計(jì)增加了難度。在整定時(shí)對(duì)每一個(gè)保護(hù)分別進(jìn)行零序電流保護(hù)的整定和距離保護(hù)阻抗的整定，并且對(duì)其進(jìn)行靈敏度較驗(yàn)。通過這次設(shè)計(jì)，在獲得知識(shí)之余，還加強(qiáng)了個(gè)人的獨(dú)立提出問題、思考問題、解決問題能力，從中得到了不少的收獲和心得。在思想方面上更加成熟，個(gè)人能力有進(jìn)一步發(fā)展，本次課程設(shè)計(jì)使本人對(duì)自