電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置課程設(shè)計(jì)

1、提供全套畢業(yè)論文，各專業(yè)都有1 設(shè)計(jì)原始資料1.1 具體題目如下圖所示網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)參數(shù)為： =115/kV，XG1=15、XG2=10、XG3=10,L1=L2=60km、L3=40km，LB-C=50km，LC-D=30km，LD-E=20km，線路阻抗0.4/km，=0.85，IB-C.max=300A、IC-D.max=200A、ID-E.max=150A，KSS=1.5、Kre=1.2。圖1.1 線路網(wǎng)絡(luò)圖試對線路L1、L2、L3進(jìn)行距離保護(hù)的設(shè)計(jì)。1.2 要完成內(nèi)容對保護(hù)3和保護(hù)5進(jìn)行距離保護(hù)設(shè)計(jì)。其中包括距離保護(hù)段、段和段的整定計(jì)算，及設(shè)備選型。2 設(shè)計(jì)分析2.1 設(shè)計(jì)步驟其中包括四

2、個(gè)步，第一步：保護(hù)3和保護(hù)5的段的整定計(jì)算及靈敏度校驗(yàn)；第二步：保護(hù)3和保護(hù)5的段的整定計(jì)算及靈敏度的校驗(yàn)；第三部：保護(hù)3和保護(hù)5的段的整定計(jì)算及靈敏度的校驗(yàn)；第四步：繼電保護(hù)設(shè)備的選擇和原理的分析。2.2 本設(shè)計(jì)保護(hù)配置距離保護(hù)在作用上分為主保護(hù)和后備保護(hù)，主保護(hù)用于對線路進(jìn)行保護(hù)主要作用的裝置當(dāng)線路故障時(shí)，主保護(hù)首先動(dòng)作。當(dāng)主保護(hù)由于故障拒動(dòng)時(shí)就需要后備保護(hù)對線路起保護(hù)作用，后備保護(hù)用于對線路起后備保障作用。線路主保護(hù)有距離保護(hù)的段和段保護(hù)，線路的后備是距離保護(hù)段保護(hù)。后備保護(hù)又分為近后備保護(hù)和遠(yuǎn)后備保護(hù)。2.2.1 主保護(hù)配置距離保護(hù)的主保護(hù)是距離保護(hù)段和距離保護(hù)段。(1) 距離保護(hù)段保

3、護(hù)距離保護(hù)的第段是瞬時(shí)動(dòng)作的，它只反映本線路的故障，下級(jí)線路出口發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)可靠不動(dòng)作。以保護(hù)3為例，其啟動(dòng)阻抗的整定值必須躲開本線路末端短路的測量阻抗來整定。同時(shí)，在考慮到阻抗繼電器和電流、電壓互感器的誤差后，需要引入可靠系數(shù)（一般取0.80.85）以滿足要求。如此整定后，距離段就只能保護(hù)本線路全長的8085，無法保證保護(hù)線路全長，這是一個(gè)缺點(diǎn)。為了切除本線路末端1520范圍以內(nèi)的故障，就需設(shè)置距離保護(hù)第段。(2) 距離保護(hù)的段保護(hù)距離段整定值的選擇應(yīng)使其不超出相鄰下級(jí)保護(hù)段的保護(hù)范圍，同時(shí)帶有高出一個(gè)t的時(shí)限，以保證選擇性?？紤]到可能引起誤差，需引入可靠系數(shù)。距離段與段配合工作構(gòu)成本線路

4、的主保護(hù)。2.2.2 后備保護(hù)配置距離保護(hù)的后備保護(hù)是距離保護(hù)的段保護(hù)，其可作為近后備保護(hù)也可作為遠(yuǎn)后備保護(hù)。距離保護(hù)的段保護(hù)當(dāng)作為相鄰線路保護(hù)裝置和斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)的后備保護(hù)時(shí)，即為遠(yuǎn)后備保護(hù)；當(dāng)作為本線路、段的后備保護(hù)時(shí)，即為近后備保護(hù)。其作用是保證線路保護(hù)的完整性，防止出現(xiàn)線路全長沒有保護(hù)到的現(xiàn)象。3 等效電路建立及阻抗計(jì)算3.1 等效電路建立3.1.1 保護(hù)3等效電路建立保護(hù)3等效電路建立及短路點(diǎn)選取如圖3.1所示。圖3.1 保護(hù)3等效電路3.1.2 保護(hù)5等效電路建立及阻抗計(jì)算(1) 保護(hù)5與保護(hù)3配合時(shí)等效電路建立如圖3.2所示。圖3.2 保護(hù)5與保護(hù)3配合時(shí)等效電路(2) 保護(hù)5

5、與保護(hù)8配合時(shí)等效電路建立如圖4所示。圖3.3 保護(hù)5與保護(hù)8配合時(shí)等效電路3.2基本阻抗計(jì)算阻抗計(jì)算公式為：Z=Lz1 (1)其中： L為線路長度（km）；z1為線路單位長度上的阻抗(/km)。將線路L1的參數(shù)帶入(1)，算得線路L1的阻抗值為：ZL1=600.4=24 ()將線路L3的參數(shù)帶入(1)，算得線路L3的阻抗值為：ZL3=400.4=16 ()將線路B-C的參數(shù)帶入(1)，算得線路B-C的阻抗值為：ZB-C=500.4=20 ()將線路C-D的參數(shù)帶入(1)，算得線路C-D的阻抗值為：ZC-D=300.4=12 ()將線路D-E的參數(shù)帶入(1)，算得線路D-E的阻抗值為：ZD-E

6、=200.4=8 ()4 保護(hù)配合及整定計(jì)算4.1 主保護(hù)整定計(jì)算4.1.1 段整定計(jì)算(1) 段保護(hù)的阻抗整定公式為： (2)式中 距離段保護(hù)的整定阻抗()；距離段保護(hù)的可靠系數(shù)；被保護(hù)線路的正序阻抗()。將保護(hù)3的參數(shù)得帶入(2)得：=0.8520=17.0 ()將保護(hù)5的參數(shù)得帶入(2)得：=0.8516=13.6 ()將保護(hù)1的參數(shù)得帶入(2)得：=0.858=6.8 ()將保護(hù)2的參數(shù)得帶入(2)得：=0.8512=10.2 ()將保護(hù)8的參數(shù)得帶入(2)得：=0.8524=20.4 ()(2) 段保護(hù)的時(shí)間整定保護(hù)3的段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為：=0 (s)。保護(hù)5的段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為：=0

7、(s)。保護(hù)2的段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為：=0 (s)。保護(hù)8的段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為：=0 (s)。4.1.2 段整定計(jì)算(1) 段保護(hù)的阻抗整定公式為： =（ZL+） (3)式中 距離段保護(hù)的整定阻抗()；距離段保護(hù)的可靠系數(shù)；ZL保護(hù)安裝段的線路正序阻抗()；最小分支系數(shù)；相鄰下級(jí)保護(hù)的段保護(hù)阻抗整定值。1) 將保護(hù)3與保護(hù)2的參數(shù)得帶入(3)得：=0.85(20+10.2)=25.67 ()2) 保護(hù)5的段保護(hù)分為兩種情況。 保護(hù)5與保護(hù)3配合的段保護(hù)等效圖如圖3所示。Kb= = = =1.867將保護(hù)5與保護(hù)3的相應(yīng)參數(shù)帶入(3)得：=0.85(16+1.86717.0)=40.59 () 保護(hù)5

8、與保護(hù)8配合時(shí)的段保護(hù)等效如圖4所示。將保護(hù)5與保護(hù)8的相應(yīng)參數(shù)帶入(3)得：=0.85(16+20.4)=30.94 ()取以上兩個(gè)計(jì)算值中較小者為保護(hù)5的段整定值，即取=30.94 ()。3) 保護(hù)2與保護(hù)1的參數(shù)帶入(3)得：=0.85(12+6.8)=15.98 ()(2) 段保護(hù)的時(shí)間整定保護(hù)3的段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為：=+=0.5 (s)。保護(hù)5的段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為：=+=0.5 (s)或=+=0.5 (s)取其中較長者，即=0.5 (s)。(3) 段保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)段保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)依據(jù)為：Ksen=1.25 (4)式中 Ksen靈敏系數(shù)；距離段的整定阻抗；ZL被保護(hù)線路阻抗。將保護(hù)

9、3的相應(yīng)參數(shù)帶入(4)得：Ksen.3=1.281.25將保護(hù)3的相應(yīng)參數(shù)帶入(4)得：Ksen.5=1.9341.25所以保護(hù)3和保護(hù)5的段保護(hù)整定值均滿足要求。4.2后備保護(hù)整定計(jì)算4.2.1整定動(dòng)作值(1) 按與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)段配合時(shí)，段的整定阻抗為：=（ZL+） . (5)式中 保護(hù)段的可靠系數(shù)；ZL阻抗測量元件返回系數(shù)；最小分支系數(shù)；相鄰下級(jí)保護(hù)的段保護(hù)阻抗整定值。1) 將保護(hù)3和保護(hù)1的對應(yīng)參數(shù)帶入(5)得：=0.85(20+15.98)=30.58 ()2) 將保護(hù)5和保護(hù)3的對應(yīng)參數(shù)帶入(5)得：=0.85(16+1.86725.67)=54.34 ()(2) 按躲過正常

10、運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定。當(dāng)線路上的負(fù)荷最大且母線電壓最小時(shí)，負(fù)荷阻抗最小，其值為：ZL.min= (6)式中 正常運(yùn)行母線電壓的最低值； 被保護(hù)線路最大負(fù)荷電流； 母線額定線電壓。考慮到電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的情況下，保護(hù)段必須立即返回的要求，則整定值為：= (7)式中 可靠系數(shù)； 電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)； 阻抗測量元件的返回系數(shù)。將保護(hù)3的參數(shù)帶入(6)、(7)得：ZL.min.3=190.53 ()=89.97 ()取其中較小者作為距離保護(hù)段的整定阻抗。保護(hù)3的段的整定阻抗=30.58 ()。保護(hù)5的段的整定阻抗=54.34 ()。4.2.2動(dòng)作時(shí)間(1) 保護(hù)3的段保，護(hù)動(dòng)作時(shí)間：=+=1 (s)(2

11、) 保護(hù)4的段后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間：=+=2 (s)或=+=1 (s)取其中較大者作為距離保護(hù)段的整定時(shí)間，所以=1 (s)，=2 (s)。4.2.3靈敏度校驗(yàn)(1) 保護(hù)3的段保護(hù)靈敏度校驗(yàn)。1) 作為近后備時(shí)，按本線路末端短路校驗(yàn)，計(jì)算式為：Ksen(1)=1.5 (8)將保護(hù)3的參數(shù)帶入(8)得：Ksen(1)=1.531.5滿足要求。2) 作為遠(yuǎn)后備時(shí)，按相鄰設(shè)備末端短路校驗(yàn)，計(jì)算式為：Ksen(2)=1.2 (9)將保護(hù)3的參數(shù)帶入(9)得：Ksen(2)=0.961.2滿足要求。2) 保護(hù)5作為遠(yuǎn)后備保護(hù)又分為兩種情況。 作保護(hù)3的遠(yuǎn)后備保護(hù)，將相應(yīng)參數(shù)帶入(9)得：Ksen(2)=1

12、.021.2滿足要求。4.3 距離保護(hù)振蕩閉鎖當(dāng)多電源并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，電源之間就會(huì)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。因?yàn)樵撓到y(tǒng)各部分的阻抗角都相等，所以振蕩中心的位置就位于阻抗中心處，即位于Z=(6+24+16+10)=28 ()處，距離保護(hù)5的阻抗為18 ()。因?yàn)?13.6 ()，=30.94 ()，=54.34 ()，可以知道，振蕩中心不在保護(hù)5的段的整定定范圍內(nèi)，因此保護(hù)5的段不需要加振蕩閉鎖；但是振蕩中心在保護(hù)5的的段和段的整定范圍內(nèi)，因此保護(hù)5的段和段都必須加振蕩閉鎖，來防止由于振蕩而使保護(hù)誤動(dòng)。5繼電保護(hù)主要設(shè)備選擇5.1互感器的選擇(1) 電流互感器保護(hù)3處的最大短路電流Umax=4.77 (kA)，

13、保護(hù)5處的最大短路電流Umax=6.64 (kA)，保護(hù)3和保護(hù)5的電壓最大值不會(huì)超過2，所以保護(hù)3處選取的電流互感器為LZZB9-10，保護(hù)5處選取的電流互感器為LZMB1-10保護(hù)3和保護(hù)5的電壓互感器選用URED-20。他們的具體參數(shù)如表1、表2所示。表1電流互感器選擇型號(hào)額定一次電流(A)額定短時(shí)熱電流(kA/s)額定動(dòng)穩(wěn)定電流(kA)準(zhǔn)確級(jí)組合額定二次輸出0.20.55PLZMB1-10250050001002500.2/0.5/5P10/5P20303030LZZB9-108000631000.2/0.5/10P10101520表2電壓互感器的選擇型號(hào)電壓比額定絕緣水平(kV)準(zhǔn)確

14、級(jí)及額定輸出(VA)極限輸出(VA)URED-2024/65/1250.5/3P(6P)-40/504005.2繼電器的選擇根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇相應(yīng)的繼電器，其結(jié)果分別如表3、表4、表5所示。表3 阻抗繼電器的選擇型號(hào)功能測量范圍()輸出DIA53S相AC直接連接100AC,可調(diào)設(shè)定值,滯后可調(diào)。2-205-5010-1008A/250VAC5A/24VDC表4 信號(hào)繼電器的選擇型號(hào)功能工作線圈額定電流(A)工作線圈額定電壓(V)保持線圈額定值(V)DX-32A燈光信號(hào)，機(jī)械保持，電氣復(fù)歸。0.01-2.412-22048-220表5延時(shí)繼電器的選擇型號(hào)時(shí)間范圍輸出供電電源DBB01C0.1s-1

15、0h5A/250VAC5A/24VDC24VDC24-240VAC6原理圖繪制6.1保護(hù)測量回路對于動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)功能來說，最為重要的是判斷出故障處于規(guī)定的保護(hù)區(qū)內(nèi)還是保護(hù)區(qū)外，因此測量回路主要作用是判斷出故障位置，至于區(qū)內(nèi)或區(qū)外的具體位置，一般并不需要確切的知道。6.1.1絕對值比較法原理絕對值比較的電壓形成回路如圖6.1所示。圖6.1 絕對值比較的電壓形成阻抗繼電器的動(dòng)作條件為|，該式兩端同乘以測量電流，并令=，=，則絕對值比較的動(dòng)作條件為|。絕對值比較式的阻抗元件，既可以用阻抗比較的方式實(shí)現(xiàn)，也可以用電壓比較的方式實(shí)現(xiàn)。6.1.2相位比較原理的實(shí)現(xiàn)相位比較原理電路圖如圖6.2所示。

16、圖6.2 相位比較電壓形成電路在圖6.2中，電壓變換器T有兩個(gè)輸出繞組，輸出的電壓都為；電抗互感器UR也有兩個(gè)輸出繞組，其中一個(gè)的輸出電壓為，另一個(gè)繞組接相角調(diào)節(jié)電阻。按照圖示連接，可以得到=-,=。所以相位比較阻抗繼電器的動(dòng)作條件為-90o90o。6.2保護(hù)跳閘回路保護(hù)跳閘電路圖如圖6.3所示。圖6.3 保護(hù)跳閘電路首先電路電流互感器和電壓互感器將測量數(shù)據(jù)傳入阻抗繼電器，阻抗繼電器將測量值與整定值進(jìn)行邏輯比較，如果測量阻抗在距離保護(hù)段范圍內(nèi)，保護(hù)直接跳閘，如果測量阻抗在段或段范圍內(nèi)，保護(hù)經(jīng)過段延時(shí)或段延時(shí)后，保護(hù)跳閘，切出故障，對線路起到保護(hù)作用。結(jié)論：設(shè)計(jì)主要完成的內(nèi)容是對保護(hù)3、5進(jìn)行相

17、應(yīng)的設(shè)計(jì)，通過分析和計(jì)算，在保護(hù)3和保護(hù)5處設(shè)置段、段主保護(hù)和段后備保護(hù)。在保護(hù)3處，是瞬時(shí)動(dòng)作的，但是它只能保護(hù)線路全長的80%85%，剩下的10%15%故障時(shí)經(jīng)過段延時(shí)段主保護(hù)啟動(dòng)。若主保護(hù)未啟動(dòng)，經(jīng)過段延時(shí)段后備保護(hù)啟動(dòng)，通過后備保護(hù)將故障切除，從而實(shí)現(xiàn)對全線路的保護(hù)。總 結(jié)通過為期一周的課程設(shè)計(jì)，讓我學(xué)習(xí)了很多，也了解了很多，真的可以說是受益匪淺。此次課程設(shè)計(jì)中，我做的課題是基于51單片機(jī)倒車?yán)走_(dá)控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制電路、超聲波發(fā)射與接收電路、溫度補(bǔ)償電路、LCD顯示電路以及語音報(bào)警電路等幾部分組成。查閱了很多資料并且對以前學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)并有針對性的復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)出了自己滿意作

18、品，進(jìn)而得到同學(xué)和老師的肯定，也只有這樣才能起到此次課程設(shè)計(jì)的目的。通過各方面的努力，最終設(shè)計(jì)出了自己較為滿意的系統(tǒng)。雖然這一周過得很辛苦，但是自己付出的努力得到了回報(bào)，那種成就感是任何事物都無法代替的。 還有在設(shè)計(jì)過程中，我們積累的經(jīng)驗(yàn)，對我們以后的學(xué)習(xí)和工作會(huì)有莫大的幫助。致 謝通過這次課程設(shè)計(jì)，我對傳感器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)了一遍，而且更重要的是又學(xué)到了很多新的知識(shí)，獲得了新的經(jīng)驗(yàn)。我從中學(xué)會(huì)了如何去做設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)知道團(tuán)隊(duì)精神的重要性，在這次的課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，在一些材料的選用，與其它同學(xué)進(jìn)行了交流，提高了自己的工作效率。在如此短的時(shí)間。依靠個(gè)人能力是不可能完成如此繁瑣的資料查找與收集的。所以，通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了同學(xué)之間的交流，大大增進(jìn)了我們班的凝聚力，協(xié)作的精神更強(qiáng)了。而且自己也學(xué)到了很多實(shí)際的有用的東西，相信對以后的工作一定會(huì)大有益處。最后，在此對竟靜靜老師的幫助表示深深的謝意。參考文獻(xiàn)1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理第三版，賀家李 宋從矩，北京：中國電力出版社2 工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)劉介才，北京：機(jī)械工業(yè)出版社3 電氣工程基礎(chǔ)劉笙，北京：科學(xué)出版社4 電力系統(tǒng)分析第三版，何仰贊，溫增銀武漢：華中科技大學(xué)出版社5 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)原理 呂繼紹，水利電力出版社，1992.10 6 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與應(yīng)用宋從矩，華