電力系統(tǒng)繼電保護課程設計-三段式距離保護

電力系統(tǒng)繼電保護課程設計電力系統(tǒng)繼電保護課程設計選題標號： 三段式距離保護 班 級： 14電氣 姓 名： 學 號： 指導教師： 谷宇航 日 期： 2017年11月8日 天津理工大學電力系統(tǒng)繼電保護課程設計評語：平時考核（30） 實驗（20）答辯（40）出勤（10）天津理工大學目錄一、選題背景51.1選題意義51.2設計原始資料51.3要完成的內(nèi)容6二、分析要設計的課題內(nèi)容62.1設計規(guī)程62.2 保護配置72.2.1 主保護配置72.2.2 后備保護配置7三、短路電流、殘壓計算83.1等效電路的建立83.2保護短路點的選取83.3短路電流的計算83.3.1最大運行方式短路電流計算83.3.2最小運行方式短路電流計算8四、保護的配合94.1 線路L1距離保護的整定與校驗94.1.1 線路L1距離保護第段整定94.1.2 線路L1距離保護第段整定94.1.3 線路L1距離保護第段整定104.2 線路L3距離保護的整定與校驗104.2.1 線路L3距離保護第I段整定104.2.2線路L3離保護第II段整定104.2.3線路L3距離保護第段整定11五、實驗驗證12六、繼電保護設備選擇136.1互感器的選擇136.1.1電流互感器的選擇136.1.2電壓互感器的選擇146.2繼電器的選擇156.2.1按使用環(huán)境選型156.2.2按輸入信號不同確定繼電器種類156.2.3輸入?yún)⒘康倪x定156.2.4根據(jù)負載情況選擇繼電器觸點的種類和容量15結(jié)論17參考文獻18一、選題背景1.1選題意義隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)了容量大，電壓高，距離長，負荷重，結(jié)構(gòu)復雜的網(wǎng)絡，這時簡單的電流，電壓保護已不能滿足電網(wǎng)對保護的要求。 在高壓長距離重負荷線路上，線路的最大負荷電流有時可能接近于線路末端的短路電流，所以在這種線路上過電流保護是不能滿足靈敏系數(shù)要求的。另外對于電流速斷保護，其保護范圍受電網(wǎng)運行方式改變的影響，保護范圍不穩(wěn)定，有時甚至沒有保護區(qū)，過電流保護的動作時限按階梯原則來整定，往往具有較長時限，因此，滿足不了系統(tǒng)快速切除故障的要求。對于多電源的復雜網(wǎng)絡，方向過電流保護的動作時限往往不能按選擇性要求來整定，而且動作時限長，不能滿足電力系統(tǒng)對保護快速性的要求。1.2設計原始資料,、，、，線路阻抗， 、， ， ，試對線路L1、L3進行距離保護的設計。1.3要完成的內(nèi)容（1）保護的配置及選擇； （2）短路電流計算（系統(tǒng)運行方式的考慮、短路點的考慮、短路類型的考慮）； （3）保護配合及整定計算； （4）對保護的評價。二、分析要設計的課題內(nèi)容2.1設計規(guī)程 在距離保護中應滿足一下四個要求，即可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。這幾個之間，緊密聯(lián)系，既矛盾又統(tǒng)一，必須根據(jù)具體電力系統(tǒng)運行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每個電力原件的繼電保護。充分發(fā)揮和利用繼電保護的科學性、工程技術性，使繼電保護為提高電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性發(fā)揮最大效能?？煽啃园ò踩院托刨囆?，是對繼電保護性能的最根本要求。所謂安全性，是要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動作。所謂信賴性，是要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了應該動作的故障時可靠動作，即不發(fā)生拒絕動作。安全性和信賴性主要取決于保護裝置本身的制造質(zhì)量、保護回路的連接和運行維護的水平。一般而言，保護裝置的組成原件質(zhì)量越高、回路接線越簡單，保護的工作就越可靠。同時，正確的調(diào)試、整定，良好的運行維護以及豐富的運行經(jīng)驗，對于提高保護的可靠性具有重要作用。 繼電保護的選擇性是指保護裝置動作時，在可能最小的區(qū)間內(nèi)將故障從電力系統(tǒng)中斷開，最大限度的保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。它包含兩種意思：其一是只應有裝在故障元件上的保護裝置動作切除故障；其二是要力爭相鄰原件的保護裝置對它起后備保護作用。 繼電保護的速動性是指盡可能快的切出故障，以減少設備及用戶在大短路電流、低電壓下運行的時間，降低設備的損壞程度，提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。動作迅速而又能滿足選擇性要求的保護裝置，一般結(jié)構(gòu)都比較復雜，價格比較昂貴，對大量的中、低壓電力原件，不一定都采用高速動作的保護。對保護速動性要求的保護裝置，一般結(jié)構(gòu)都比較復雜，價格比較昂貴，對大量的中、低壓電力原件的具體情況，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定。 繼電保護的靈敏性，是指對于其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應該是在規(guī)定的保護范圍內(nèi)部故障時，在系統(tǒng)任意的運行條件下，無論短路點的位置、短路的類型如何以及短路點是否有過渡電阻，當發(fā)生短路時都能敏銳感覺、正確反應。靈敏性通常用靈敏系數(shù)或靈敏度來衡量，增大靈敏度，增加了保護動作的信賴性，但有時與安全性相矛盾。對各類保護的的靈敏系數(shù)的要求都作了具體規(guī)定，一般要求靈敏系數(shù)在1.22之間。 以上四個基本要求是評價和研究繼電保護性能的基礎，在它們之間，既有矛盾的一面，又要根據(jù)被保護原件在電力系統(tǒng)中的作用，使以上四個基本要求在所配置的保護中得到統(tǒng)一。繼電保護的科學研究、設計、制造和運行的大部分工作也是圍繞如何處理好這四者的辯證統(tǒng)一關系進行的。相同原理的保護裝置在電力系統(tǒng)不同位置安裝時如何配置相應的繼電保護，才能最大限度地發(fā)揮被保護電力系統(tǒng)的運行效能，充分體現(xiàn)著繼電保護工作的科學性和繼電保護工程實踐的技術性。2.2 保護配置2.2.1 主保護配置距離保護的主保護是距離保護段和距離保護段圖 2.1 網(wǎng)絡接線圖（1）距離保護段距離保護的第段是瞬時動作的，是保護本身的固有動作時間。以保護1為例，其第段保護本應保護線路AB全長，即保護范圍為全長的100%，然而實際上卻是不可能的，因為當線路BC出口處短路時，保護2的第段不應動作，為此，其啟動阻抗的整定值必須躲開這一點短路時所測量到的阻抗ZAB，即Zop11.5 滿足要求（3）動作時間，與相鄰線路LBC距離段保護配合，則 t2 =t2+t （3-8） =0.5s它能同時滿足與相鄰保護以及與相鄰變壓器保護配合的要求。4.1.3 線路L1距離保護第段整定（1）與相鄰距離保護第的配合 Zop1 = Krel（ZL1+Kb,minZBC）（3-9） = 1.15(50+133) = 95式中 Zop1距離保護的整定阻抗； ZL1被保護線路L1阻抗；Krel距離保護的段可靠系數(shù)； ZBC相鄰新路距離保護第段動作阻抗； Kb,min線路LCD 對線路LBC的分支系數(shù)，單線路時，其值為1；ZBC線路LBC的段整定阻抗，其值為 ZBC = Krel(ZBC+Kb,minZCD)（3-10） = 33式中，ZCD為線路LCD的段動作阻抗。（2）靈敏度校驗距離保護段，即作為本線路、段保護的近后備保護，又作為相鄰下級線路的遠后備保護，靈敏度應分別進行校驗。作為近后備保護時 KS,min = Zop1/ZL1（3-11） = 95/50=1.91.5 滿足要求作為遠后備保護時 KS,min = Zop1/(ZL1+Kb,maxZBC)（3-12） = 1.41.2 滿足要求4.2 線路L3距離保護的整定與校驗4.2.1 線路L3距離保護第I段整定（1）線路L3段的動作阻抗為Zop3=krelL3Z1（3-13）=1.2700.4=33式中ZOP3距離段的動作阻抗；L3被保護線路L3的長度；Z1被保護線路的單位阻抗；Krel距離保護的段可靠系數(shù)；（2）動作時間 t3=0s (第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間)。4.2.2線路L3離保護第II段整定（1）與相鄰線路LBC距離保護段相配合，線路L3的段動作阻抗為Zop3= KrelL3Z1+KrelKb,minZBC（3-14）=1.15700.4+1.152.1220=81式中Zop3距離段的動作阻抗；L3Z1線路L3的阻抗；Krel距離保護的段可靠系數(shù)；ZBC線路LBC的第段整定阻抗，其值ZBC=KrelLBCZ1=20（3-15）（2）靈敏度校驗距離保護段，應能保護線路的全長，本線路末端短路時，應有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，要求靈敏系數(shù)應滿足Ks，min = ZOP3/(L3Z1)（3-16） = 81/28=2.81.5滿足要求（3）動作時間，與相鄰線路LBC距離段保護配合，則 t3 = t3+t（3-17） = 0.5s它能同時滿足與相鄰保護以及與相鄰變壓器保護配合的要求。4.2.3線路L3距離保護第段整定（1）與相鄰距離保護第的配合 Zop3=Krel（ZL3+Kb,minZBC）（3-9） =1.15(50+133) =70式中 Zop3距離保護的整定阻抗； ZL3被保護線路L3阻抗；Krel距離保護的段可靠系數(shù)； ZBC相鄰新路距離保護第段動作阻抗； Kb,min線路LCD 對線路LBC的分支系數(shù)，單線路時，其值為1；ZBC線路LBC的段整定阻抗，其值為 ZBC = Krel(ZBC+Kb,minZCD)（3-10） = 33式中，ZCD為線路LCD的段動作阻抗。（2）靈敏度校驗距離保護段，即作為本線路、段保護的近后備保護，又作為相鄰下級線路的遠后備保護，靈敏度應分別進行校驗。作為近后備保護時 KS,min =Zop3/ZL3（3-11） =70/28=2.51.5 滿足要求作為遠后備保護時 KS,min = Zop3/(ZL3+Kb,maxZBC)（3-12） = 70/(28+116.8) = 1.51.2 滿足要求五、實驗驗證六、繼電保護設備選擇6.1互感器的選擇 互感器分為互感器分為電流互感器TA和電壓互感器TV，它們既是電力系統(tǒng)中一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡元件，同時也是一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的高電壓、大電流，轉(zhuǎn)變成二次系統(tǒng)的低電壓、小電流，供測量、監(jiān)視、控制及繼電保護作用。互感器的具體作用是：（1）將一次系統(tǒng)各回路電流變成5A以下的小電流，以便于測量儀表及繼電器的小型化、系列化、標準化。（2）將一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)在電氣方面隔離，同時互感器二次側(cè)有一點可靠接地，從而保證了二次設備及人員安全。6.1.1電流互感器的選擇 （1）電流互感器的選擇 電流互感器一次回路額定電壓和電流選擇 電流互感器一次回路額定電壓和電流選擇應滿足：UN1UNSIN1Imax式中 UN1、 IN1電流互感器一次額定電壓和電流 為了確保所供儀表的準確度，互感器的一次側(cè)額定電流應盡可能與最大工作電流接近。二次額定電流的選擇 電流互感器的二次額定電流有5A和1A兩種，一般強電系統(tǒng)用5A，弱電系統(tǒng)用1A。電流互感器種類和型式的選擇在選擇互感器時，應根據(jù)安裝地點（如屋內(nèi)、屋外）和安裝方法（如穿墻式、支持式、裝入式等）選擇相適應的類別和型式。選用母線型電流互感器時，應注意校核窗口尺寸。電流互感器準確級的選擇 為保證測量儀表的準確度，互感器的準確級不得低于所供測量儀表的準確級。二次容量或二次負載的校驗 為了保證互感器的準確值，互感器二次側(cè)所接實際負載Z21或所消耗的實際容量荷S2應不大于該準確級所規(guī)定的額定負載ZN2或額定容量SN2（ZN2及SN2均可從產(chǎn)品樣本查到），即SN2S2=I2N2Z21或ZN2Z21Rwi+Rtou+Rm+Rr(4-1) 式中 Rm、Rr 電流互感器二次回路中所接儀表內(nèi)阻的總和與所接繼電器內(nèi)阻的總和，由產(chǎn)品樣本中查得Rw電流互感器二次聯(lián)接導線的電阻Rtou電流互感器耳二次連線的接觸電阻，一般取為0.1因為,所以A 式中A,lca 電流互感器二次回路連接導線截面積（mm2）及計算長度（mm）。的銅線。當截面選定之后，即可計算出聯(lián)接導線的電阻R，有時也可先初選電流互感器，在已知其二次側(cè)連接的儀表及繼電器型號的情況下，確定連接導線的截面積，但須指出，只用一只電流互感器時電阻的計算長度應取連接長度2倍，如用三只電流互感器接成完全星形接線時，由于中性電流接近于零，則只取連接長度為電阻的計算長度，若用兩只電流互感器接成不完全星形接線時，其二次公用線中的電流為兩相電流之向量和，其值與相電流相等，但相位差為60，故應取連線長度的倍為電阻的計算長度。所以本題中電流互感器的型號為LCWB6-1108。6.1.2電壓互感器的選擇（1）電壓互感器一次回路額定電壓選擇 為了確保電壓互感器安全和在規(guī)定的準確級下運行，電壓互感器一次繞組所接電力網(wǎng)電壓應在（1.1-0.9）UNi范圍內(nèi)變動，即滿足下列條件1.1UNiNS0.9UNi式中 UNi電壓互感器一次測額定電壓。選擇時滿足UNi=UNS即可。（2）電壓互感器二次側(cè)額定電壓的選擇 電壓互感器二次側(cè)額定線間電壓為100V，要和所接用的儀表或繼電器相適應。（3）電壓互感器種類和型式的選擇 電壓互感器的種類和型式應根據(jù)裝設地點和使用條件進行選擇，例如：在6-35kV屋內(nèi)配電裝置中，一般采用油浸式或澆注式110-220kV配電裝置通常采用串級式電磁式電壓互感器；220kV及其以上配電裝置，當容量和準確級滿足要求時，也可采用電容式電壓互感器。（4）準確級選擇和電流互感器一樣，供功率測量、電能測量以及功率方向保護用的電壓互感器應選擇0.5級或1級的，只供估計被測值的儀表和一般電壓繼電器的選用3級電壓互感器為宜。（5）按準確級和額定二次容量選擇首先根據(jù)儀表和繼電器接線要求擇電壓互感器接線方式，并盡可能將負荷均勻分布在各相上，然后計算各相負荷大小，按照所接儀表的準確級和容量選擇互感器的準確級額定容量。有關電壓互感器準確級的選擇原則，可參照電流互感器準確級選擇。一般供功率測量、電能測量以及功率方向保護用的電壓互感器應選擇0.5級或1級的，只供估計被測值的儀表和一電壓繼電器的選用3級電壓互感器為宜。電壓互感器的額定二次容量（對應于所要求的準確級）SN2，應不小于電壓互感器的二次負荷S2，即SN2S2。S2=式中 S0、P0、Q0一各儀表的視在功率、有功功率和無功功率 cos一各儀表的功率因數(shù)。如果各儀表和繼咆器的功率因數(shù)相近，或為了簡化計算起見也可以將各儀表和繼電器的視在功率直接相加得出S2大于的近似值，它若不超過SN2,則實際值更能滿足式子的要求。由于電壓互感器三相負荷常不相等，為了滿足準確級要求，通常以最大相負荷進行比較。計算電壓互感器各相的負荷時，必須注意互感器和負荷的接線方式。 所以本題中的電壓互感器的型號為JDZJ-3.。6.2繼電器的選擇6.2.1按使用環(huán)境選型使用環(huán)境條件主要指溫度（最大與最?。?、濕度（一般指40攝氏度下的最大相對濕度），低氣（壓使用高度1000米以下可不考慮）、振動和沖擊。此外，尚有封裝方式、安裝方法、外形尺寸及絕緣性等要求。由于材料和結(jié)構(gòu)不同，繼電器承受的環(huán)境力學條件各異，超過產(chǎn)品標準規(guī)定的環(huán)境力學條件下使用，有可能損壞繼電器，可按整機的環(huán)境力學條件或高級的條件選用。 對電磁干擾或射頻干擾比較敏感的裝置周圍，最好不要選用交流電激勵的繼電器。選用直流繼電器要選用帶線圈瞬態(tài)抑制電路的產(chǎn)品。那些用固態(tài)器件或電路提供激勵及對尖峰信號比較敏感地地方，也要選擇有瞬態(tài)抑制電路的產(chǎn)品。6.2.2按輸入信號不同確定繼電器種類 按輸入信號是電、濕度、時間、光信號確定選用電磁、溫度、時間、光電繼電器，這是沒有問題的。這里特別說明電壓、電流繼電器的選用。若整機供給繼電器線圈是恒定的電流應選用電流繼電器，是恒定電壓值則選用電壓繼電器。6.2.3輸入?yún)⒘康倪x定 與用戶密切相關的輸入暈是線圈工作電壓或電流，而吸合電壓或電流則是繼電器制造廠控制繼電器靈敏度并對其進行判斷、考核的參數(shù)。對用戶來講， 它只是一個工作下極限參數(shù)值?？刂瓢踩禂?shù)是工作電壓（電流）/吸合電壓（電流），如果在吸合值下使用繼電器，是不可靠的、不安全的，環(huán)境溫度升高或處于振動、沖擊條件下，將使繼電器工作不可靠。整機設計時，不能以空載電壓怍為繼電器工作電壓依據(jù)，而應將線圈接入作為負載來計算實際電壓，特別是電源內(nèi)阻大時更是如此。當用二極管作為開關元件控制線圈通斷時，三極管必須處于開關狀態(tài)，對6VDC以下工作電壓的繼電器來講，還應扣除三極管飽和壓降。當然，并非工作值加得愈高愈好，超過額定工作值太高會增加銜鐵的沖擊磨損，增加觸點回跳次數(shù)，縮短電氣壽命，一般，工作值為吸合值的1.5倍，工作值的誤差一般為10%。6.2.4根據(jù)負載情況選擇繼電器觸點的種類和容量國內(nèi)外長期實踐證明，約70的故障發(fā)生在觸點上，這足見正確選擇和使用繼電器觸點非常重要。觸點組合形式和觸點組數(shù)應根據(jù)被控回路實際情況確定。動合觸點組和轉(zhuǎn)換觸點組中的動合觸點對，由于接通時觸點回跳次數(shù)少和觸點燒蝕后補償量大，其負載能力和接觸可靠性較動斷觸點組和轉(zhuǎn)換觸點組中的動斷觸點對要高，整機線路可通過對觸點位置適當調(diào)整，盡量多用動合觸點。根據(jù)負載容量大小和負載性質(zhì)（阻性、感性、容性、燈載及馬達負載）確定參數(shù)十分重要。認為觸點切換負荷小一定比切換負荷大可靠是不正確的，一般說，繼電器切換負荷在額定電壓下，電流大于100mA、小于額定電流的75最好。電流小于100mA會使觸點積碳增加，可靠性下降，故100mA稱作試驗電流，是國內(nèi)外專業(yè)標準對繼電器生產(chǎn)廠工藝條件和水平的考核內(nèi)容。由于一般繼電器不具備低電平切換能力，用于切換50mV、50A以下負荷的繼電器訂貨，用戶需注明必要時應請繼電器生產(chǎn)廠協(xié)助選型。繼電器的觸點額定負載與壽命是指在額定電壓、電流下，負載為阻性的動作次數(shù)，當超出額定電壓時，可參照觸點負載曲線選用。當負載性質(zhì)改變時，其觸點負載能力將發(fā)生變動。結(jié)論通過此次課程設計是我更加扎實的掌握了有關繼電保護的基礎知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足，實踐出真知，通過親自動手制作，是我們掌握的知識不再是紙上談兵。在做繼電保護配置時我們應該使配置的結(jié)果滿足繼電保護的基本要求，就是要保證可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。可是這四個指標在很多情況下是互相矛盾的，因此我們要根據(jù)實際情況讓它們達到一定的平衡即可。通過設計過程可以看出，在運行方式變化很大的110kV多點原系統(tǒng)中，最大運行方式下三相短路的短路電流與最小運行方式下得兩相的短路電流相差很大。按躲過最大運行方式下末端最大短路電流整定的電流速斷保護的動作值很大，最小運行方式下靈敏度不能滿足要求。限時電流速斷保護的定值必須與下一級線路電流速斷保護的定值相配合，所以其定值也很大，靈敏度也均不能滿足要求。過電流整定按照躲過最大負荷電流整定，其動作之受運行方式的限制不大，作為近后備和遠后備靈敏度都能滿足要求，一般采用受運行方式變化影響很小的距離保護。過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷的發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷的改正，不斷領悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于迎刃而解。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事。從對距離保護所提出的基本要求來評價距離保護，可以得出如下幾個主要的結(jié)論：（1）根據(jù)距離保護工作原理，它可以在多電源的復雜網(wǎng)絡中保證動作的選擇性。（2）距離I段是瞬時動作的，但是它只能保護線路全長的80%-85%，因此，兩端合起來就使得在30%-40%線路長度內(nèi)的故障不能從兩端切除，在一端需經(jīng)過0.5s的延時才能切除。在220kV及以上電壓的網(wǎng)絡中，這有時候不能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的要求，因而，不能作為主保護來應用。（3）由于阻抗繼電器同時反應于電壓的降低和電流的增大而動作，因此，距離保護較電流、電壓保護具有較高的靈敏度。此外，距離I段的保護范圍不受系統(tǒng)運行方式變化的影響，其它兩段受到的影響也比較小，因此，保護范圍比較穩(wěn)定。