繼電保護(hù)課程設(shè)計17

1、中北大學(xué)繼電保護(hù)課程設(shè)計說明書1 引言電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門主要課程,主要包括課堂講學(xué)、課程設(shè)計等幾個主要部分。在完成了理論的學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步加深對理論知識的理解，本專業(yè)特安排了本次課程設(shè)計。電能是現(xiàn)代社會中最重要、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,保護(hù)線路的各種繼電裝置應(yīng)該有比較可靠的、及時的保護(hù)動作,從而切斷故障點極大限度的降低電力系統(tǒng)供電

2、范圍。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)就是為達(dá)到這個目的而設(shè)置的。本次設(shè)計的任務(wù)主要包括了六大部分，分別為運行方式的選擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負(fù)荷電流計算、短路電流計算、繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計算和校驗、繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定計算和校驗、對所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評價。其中短路電流的計算和電氣設(shè)備的選擇是本設(shè)計的重點。通過此次線路保護(hù)的設(shè)計可以鞏固我們本學(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，能提高我們提出問題、思考問題、解決問題的能力。 電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和安全穩(wěn)定運行，給國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展帶來了巨大動力和效益。但是，電力系統(tǒng)一旦發(fā)生自然或人為故障，如果不能及時有效控制，就會失去穩(wěn)定運行，使電網(wǎng)瓦解

3、，并造成大面積停電，給社會帶來災(zāi)難性的后果。繼電保護(hù)（包括安全自動裝置）是保障電力設(shè)備安全和防止及限制電力系統(tǒng)長時間大面積停電的最基本、最重要、最有效的技術(shù)手段。許多實例表明，繼電保護(hù)裝置一旦不能正確動作，就會擴(kuò)大事故，釀成嚴(yán)重后果。因此，加強(qiáng)繼電保護(hù)的設(shè)計和整定計算，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要工作。1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的概念電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全自動裝置是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常運行情況時，用于快速切除故障，消除不正常狀況的重要自動化技術(shù)和設(shè)備。電力系統(tǒng)發(fā)生故障或危及其安全運行的事件時，他們能及時發(fā)出告警信號，或直接發(fā)出跳閘命令以終止事件。1.2 繼電保護(hù)裝置的特性繼電保護(hù)裝置必須具

4、備以下5項基本性能：安全性。在不該動作時，不發(fā)生誤動作。可靠性。在該動作時，不發(fā)生拒動作。快速性。能以最短時限將故障或異常消除。選擇性。在可能的最小區(qū)間切除故障，保證最大限度地向無故障部分繼續(xù)供電。靈敏性。反映故障的能力，通常以靈敏系數(shù)表示。1.3 繼電保護(hù)基本原理 繼電保護(hù)裝置要求能反應(yīng)電氣設(shè)備的故障和不正常工作狀態(tài)并自動迅速地，有選擇性地動作于斷路器將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，保證無故障設(shè)備繼續(xù)正常運行，將事故限制在最小范圍，提高系統(tǒng)運行的可靠性，最大限度地保證向用戶安全連接供電。繼電保護(hù)裝置的作用是起到反事故的自動裝置的作用，必須正確地區(qū)分“正?！迸c“不正常”運行狀態(tài)、被保護(hù)元件的“外部故障

5、”與“內(nèi)部故障”，以實現(xiàn)繼電保護(hù)的功能。因此，通過檢測各種狀態(tài)下被保護(hù)元件所反映的各種物理量的變化并予以鑒別。2 設(shè)計原始資料系統(tǒng)接線圖如下圖，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臺機(jī)全開，最小開機(jī)方式為兩側(cè)各開1臺機(jī)，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運行。參數(shù)為：=115/kV,5、=5=15,、,線路阻抗0.4/km,、,2.1 具體題目根據(jù)所給的資料，對上述系統(tǒng)中的1,2,3處進(jìn)行零序保護(hù)的設(shè)計。2.2 題目分析所謂零序保護(hù)，是指在大短路電流接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障后,就有零序電流，零序電壓和零序功率出現(xiàn),利用這些電氣量構(gòu)成保護(hù)接地短路的繼電保護(hù)裝置的統(tǒng)稱。三相電流平衡

6、時，沒有零序電流，不平衡時產(chǎn)生零序電流，零序保護(hù)就是用零序互感器采集零序電流，當(dāng)零序電流超過一定值（綜合保護(hù)中設(shè)定）,綜和保護(hù)接觸器吸合，斷開電路。零序電流互感器內(nèi)穿過三根相線矢量和零線。正常情況下，四根線的向量和為零，零序電流互感器無零序電流。當(dāng)人體觸電或者其他漏電情況下：四根線的向量和不為零，零序電流互感器有零序電流，一旦達(dá)到設(shè)定值，則保護(hù)動作跳閘。電力系統(tǒng)正常運行時是三相對稱的，其零序、負(fù)序電流值理論上是零。多數(shù)的短路故障是不對稱的，其零、負(fù)序電流電壓會很大，利用故障的不對稱性可以找到正常與故障的區(qū)別，并且這種差別是零與很大值得比較，差異更為明顯。所以零序電流保護(hù)被廣泛的應(yīng)用在110KV

7、及以上電壓等級的電網(wǎng)中。3 保護(hù)方式的確定3.1 保護(hù)1的運行方式分析保護(hù)1的最小運行方式就是指流過保護(hù)1的電流最小即是在G1和G2只有一個工作，變壓器T5、T6兩個中有一個工作時的運行方式，則 =（+）； (2.1)將數(shù)據(jù)代入式2.1中可得=10最大運行方式就是指流過保護(hù)1的電流最大即兩個發(fā)電機(jī)共同運行，而變壓器T5、T6兩個都同時運行的運行方式，則：=（+） (2.2)將數(shù)據(jù)代入式2.2中，可得=53.2 保護(hù)2的運行方式分析對于保護(hù)2，它的最小運行方式就是指流過保護(hù)2的電流最小即是在G3和G4只有一個工作時運行，則：=（+） (2.3)將數(shù)據(jù)代入式2.3中，可得=13最大運行方式就是指流

8、過保護(hù)2的電流最大即兩個發(fā)電機(jī)共同運行，則：=（+） (2.4)將數(shù)據(jù)代入式2.4中，可得=6.53.3 保護(hù)3的運行方式分析保護(hù)3的最小運行方式就是指流過保護(hù)3的電流最小即是在G1和G2只有一個工作時運行的運行方式，則：=（+） (2.5)將數(shù)據(jù)代入式2.5中，可得=10最大運行方式就是指流過保護(hù)3的電流最大即兩個發(fā)電機(jī)共同運行，則：=（+） (2.6)將數(shù)據(jù)代入式2.6，可得=53.4 保護(hù)4的運行方式分析保護(hù)4的最小運行方式就是指流過保護(hù)4的電流最小即是在G3和G4只有一個工作，變壓器T5、T6兩個中有一個工作時的運行方式，則：=（+） (2.7)將數(shù)據(jù)代入式2.7，可得=13最大運行方

9、式就是指流過保護(hù)4的電流最大即兩個發(fā)電機(jī)共同運行，而變壓器T5、T6兩個都同時運行的運行方式，則：=（+） (2.8) 將數(shù)據(jù)代入式2.8，可得 = 6.5 4. 變壓器整定原則4.1.變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)（1）躲過外部短路時的最大不平衡電流計算，整定式為 式中 可靠系數(shù)，取1.3；-外部短路故障時的最大不平衡電流。包括電流互感器和變壓器變比不完全匹配產(chǎn)生的最大不平衡電流和互感器傳變誤差引起的最大不平衡電流。 （2）躲過變壓器最大的勵磁涌流，整定式為式中 可靠系數(shù)，取1.3-1.5； 變壓器的額定電流； 勵磁涌流的最大倍數(shù)（即勵磁涌流與變壓器額定電流的比值），取4-8。由于變壓器的勵磁涌流很大，

10、實際的縱差保護(hù)通常采用其他措施來減少祂的影響：一種是通過鑒別勵磁涌流和故障電流，在勵磁涌流時將差動保護(hù)閉鎖，這是在整定值中不必考慮勵磁涌流的影響，即取Ku =0；另一種是采用速飽和變流器減少勵磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流，采用加強(qiáng)型速飽和變流器的差動保護(hù)（BCH2型）時，取Ku =1。（3）躲過電流互感器二次回路斷線引起的差電流， 式中 變壓器的最大負(fù)荷電流。當(dāng)不能確定時，采用變壓器額定電流。選用上述三條件算得的保護(hù)動作電流的最大值作為計算值。4.2變壓器相間短路的后備保護(hù)（1）過電流保護(hù) 式中 可靠系數(shù)，取1.2-1.3； 返回系數(shù)，取0.85-0.95； 變壓器最大負(fù)荷電流二次值。（2）低電壓啟

11、動的過電流保護(hù)按躲過正常工作運行時出現(xiàn)的最低工作電壓整定；按躲過電動機(jī)自啟動時的電壓整定。4.3 變壓器接地短路后備保護(hù)變電所單臺變壓器的零序電流保護(hù)：在中性點直接接地系統(tǒng)中，接地短路是常見的故障形式，所以處于該系統(tǒng)中的變壓器要裝設(shè)接地（零序）保護(hù)，以反映變壓器高壓繞組、引出線上的接地短路，并作為變壓器主保護(hù)和相鄰母線、線路接地保護(hù)的后備保護(hù)。對降壓變壓器，如果中、低壓側(cè)沒有電源時，即使中性點接地運行，其中性點的零序電流保護(hù)也沒必要運行。式中 保護(hù)裝置段瞬時電流速斷保護(hù)的動作電流，又稱一次動作電流；可靠系數(shù)，考慮到繼電器的整定誤差、短路電流計算誤差和非周期分量的影響等而引入的大于1的系數(shù)，一般

12、取1.21.3;被保護(hù)線路末端B母線上三相短路時流過保護(hù)安裝處的最大短路電流，一般取次暫態(tài)短路電流周期分量的有效值5 零序電流保護(hù)的配置和整定將本題中的系統(tǒng)簡化成三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)，即負(fù)序網(wǎng)絡(luò)，如圖1；正序網(wǎng)絡(luò)。如圖2；零序網(wǎng)絡(luò)，圖3。 圖1 負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖2 正序網(wǎng)絡(luò) 圖3 零序網(wǎng)絡(luò)5.1 零序I段的配置和整定 零序電流I段按照躲開下級線路出口處單相或兩相接地末端短路時可能出現(xiàn)的最大零序電流3I0.max和躲開斷路器三相觸頭不同期合閘時出現(xiàn)的最大零序電流3I0.unb以及非全相運行狀態(tài)下發(fā)生系統(tǒng)震蕩時所出現(xiàn)的最大零序電流來整定。經(jīng)分析，B母線單相接地短路時，故障端口正序阻抗: (3.1)將數(shù)據(jù)代入

13、式3.1，可得=12.67.同理，可計算得: 所以故障端口的零序電流為：=2.01(KA)；所以B相單相接地短路時流過保護(hù)1、4的零序電流分別為： =1.82=0.199(KA)； =1.82=0.282(KA);同理得出：B母線兩相接地短路時流過保護(hù)1、4的零序電流分別為：= 0.147(KA)；= 0.209(KA)；所以=0.199(KA)，=0.282(KA)；故零序I段整定為： =3 (3.2)將數(shù)據(jù)代入式3.2中，其中=1.2為電流系數(shù)，得到:=0.717(KA) =3 (3.3)將數(shù)據(jù)代入式3.3中, 其中=1.2為電流系數(shù)，可得=1.014(KA)同理可得：IIset.2=1.

14、173(KA)；IIset.3=1.452(KA)；5.2 零序II段的配置和整定先求保護(hù)1的分支系數(shù)：=1+=1+ :對,當(dāng)只有一臺發(fā)電機(jī)變壓器組運行時最大，有=+=88.07（）；當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)變壓器組運行時最小，有=+=80.04（）;對于則按照同上述敘述，有：當(dāng)、只有一臺運行時最大，=24（）；當(dāng)、兩臺全運行時最小，=12（）?？傻茫罕Ｗo(hù)1的最大分支系數(shù)=1+=1+=8.5,保護(hù)1的最小分支系數(shù)=1+=1+=4.975。同理可得：=7.45；=3.775. 保護(hù)1的零序II段保護(hù)的整定保護(hù)1的零序II段定值為： (3.4)將數(shù)據(jù)代入式3.4，可得0.336KA校驗靈敏度：經(jīng)過計算可得，母

15、線B接地故障流過保護(hù)1的最小零序電流：靈敏系數(shù)： >1.3. 保護(hù)4的零序II段保護(hù)的整定保護(hù)4的零序II段定值為： (3.5)將數(shù)據(jù)代入式3.5，可得，KA校驗靈敏度：經(jīng)過計算可得，母線B接地故障流過保護(hù)4的最小零序電流：0.263 靈敏系數(shù)： >1.3;5.3 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處都配置一個時間為0s的定時限過電流保護(hù)裝置，保護(hù)1和4處各裝置一個延時為0.5s的定時限過電流保護(hù)裝置。下面分別對個保護(hù)進(jìn)行電流整定。 保護(hù)1的零序I

16、II段整定計算：B母線的三相短路電流：=(KA)因為是110kv線路，可不考慮非全相運行情況，按躲開末端最大不平衡電流整定。則 (3.6) 將數(shù)據(jù)代入式3.6可得，=0.0885（KA） (3.7)將數(shù)據(jù)代入式3.7可得，=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 保護(hù)2的零序III段整定計算：A母線的三相短路電流：=(KA)因為是110kv線路，可不考慮非全相運行情況，按躲開末端最大不平衡電流整定。 (3.8)將數(shù)據(jù)代入式3.8中，可得=0.0559（KA） (3.9)將數(shù)據(jù)代入式3.9可得，=0.0669（KA）作為近后備保護(hù) 滿足要求同理：對保護(hù)3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)，整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。心得體會 通過本課程設(shè)計，鞏固