繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì),電流保護(hù)及整定

1、學(xué) 號(hào)： 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理 課程設(shè)計(jì)題 目 線路電流保護(hù)的設(shè)計(jì)學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師2016年1月14日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位：自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 線路電流保護(hù)的設(shè)計(jì)初始條件：系統(tǒng)示意圖如圖所示。參數(shù)為：kV，= =5，=8，=5，=15,=15,=20，=60km，=40km，線路阻抗=0.4/km，=1.2/km，=1.2，=1.15。 試求：整定保護(hù)1、2、3、4的電流保護(hù)。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書撰寫等具體要求）1. 選擇并整定線路上各保護(hù)裝置；2. 繪制保護(hù)裝置的

2、原理圖；3. 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書；指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日20摘要 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，安排了本次課程設(shè)計(jì)。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(guò)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(guò)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(guò)程中,電力系統(tǒng)要求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)斷電范圍。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)

3、主要包括：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，原理接線圖及展開(kāi)圖。 關(guān)鍵詞：繼電保護(hù) 電流保護(hù) 整定目錄1 任務(wù)及要求51.1 初始條件51.2 要求完成的主要任務(wù)52 系統(tǒng)運(yùn)行方式的考慮62.1 運(yùn)行方式的類型6 2.1.1.最大運(yùn)行方式6 2.1.2最小運(yùn)行方式6 2.1.3正常運(yùn)行方式62.2 基本參數(shù)計(jì)算62.3 各個(gè)保護(hù)運(yùn)行方式的分析7 2.3.1保護(hù)1的運(yùn)行方式分析7 2.3.2保護(hù)2的運(yùn)行方式分析7 2.3.3保護(hù)3的運(yùn)行方式分析8 2.3.4保護(hù)4的運(yùn)行方式分析83 電流保護(hù)的配置和整定83.1 電流速斷保護(hù)的配置和整定83.2 限時(shí)電流速斷保護(hù)的配

4、置和整定93.3 過(guò)電流保護(hù)的配置和整定94 零序電流保護(hù)的配置和整定104.1 零序I段的配置和整定114.2 零序II段的配置和整定124.3 零序III段的配置和整定12 4.3.1 保護(hù)1的零序III段整定計(jì)算13 4.3.2 保護(hù)2的零序III段整定計(jì)算135 原理接線圖及展開(kāi)圖13 5.1 保護(hù)1的原理接線圖及展開(kāi)圖14 5.2 保護(hù)2的原理接線圖及展開(kāi)圖15 5.3 保護(hù)3的原理接線圖及展開(kāi)圖16 5.4 保護(hù)4的原理接線圖及展開(kāi)圖176小結(jié)187參考文獻(xiàn)181任務(wù)及要求1.1初始條件： 系統(tǒng)示意圖如圖所示。參數(shù)為：kV，= =5， =8，=5 =15,=15,=20，=60km

5、，=40km，線路阻抗=0.4/km，=1.2/km，=1.2，=1.15。 試求：整定保護(hù)1、2、3、4的電流保護(hù)。1.2要求完成的主要任務(wù): （1）選擇并整定線路上各保護(hù)裝置；（2）繪制保護(hù)裝置的原理圖；（3）編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書；2系統(tǒng)運(yùn)行方式的考慮2.1運(yùn)行方式的類型在選擇保護(hù)方式及對(duì)其整定計(jì)算時(shí)，都必須考慮系統(tǒng)運(yùn)行方式變化帶來(lái)的影響，所選用的保護(hù)方式，應(yīng)在各種系統(tǒng)運(yùn)行方式下，都能滿足選擇性和靈敏性的要求。對(duì)過(guò)量保護(hù)通常都是根據(jù)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式來(lái)確定保護(hù)整定值，以保證選擇性。靈敏性的校驗(yàn)應(yīng)根據(jù)最小運(yùn)行方式來(lái)進(jìn)行，因?yàn)樵谧钚∵\(yùn)行方式下靈敏性滿足要求，則其他運(yùn)行方式下，也一定滿足要求。 2.1.

6、1最大運(yùn)行方式 根據(jù)電力系統(tǒng)最大負(fù)荷的需要，電力系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備都投入運(yùn)行以及選擇的接地中性點(diǎn)全部接地的系統(tǒng)運(yùn)行方式稱為最大運(yùn)行方式。對(duì)繼電保護(hù)而言，是指短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的短路電流最大的運(yùn)行方式。 2.1.2最小運(yùn)行方式 根據(jù)系統(tǒng)最小負(fù)荷，投入與之相適應(yīng)的發(fā)電設(shè)備且系統(tǒng)中性點(diǎn)只有少部分接地的運(yùn)行方式稱為最小運(yùn)行方式。對(duì)繼電保護(hù)而言，是指短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的短路電流最小的運(yùn)行方式。 2.1.3正常運(yùn)行方式 根據(jù)系統(tǒng)正常負(fù)荷的需要，投入與之相適應(yīng)數(shù)量的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路的運(yùn)行方式稱為正常運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式在一年之內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)。對(duì)于某些特殊運(yùn)行方式，運(yùn)行時(shí)間很短，對(duì)保護(hù)的選擇性或靈敏性有困難時(shí)，

7、且保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)不會(huì)引起大面積停電的情況下，可不予考慮。2.2基本參數(shù)計(jì)算 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(kāi)機(jī)方式為4 臺(tái)機(jī)全開(kāi)，最小開(kāi)機(jī)方式為兩側(cè)各開(kāi)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=

8、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=40km×0.4W/km=16W； X0.A-B=60km×1.2W/km=72W，X0.B-C=40km×1.2

9、W/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，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)。2.3各個(gè)保護(hù)運(yùn)行方式的分析2.3.1 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(guò)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(guò)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

10、運(yùn)行方式，則=（+）=（5.71+5.36）=5.54。2.3.2 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(guò)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(guò)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。2.3.3 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(guò)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(guò)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）=5.5

11、4。2.3.4 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(guò)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(guò)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(guò)電流速斷保護(hù)。三段式電流保護(hù)在配合的過(guò)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

12、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(guò)整定值，就立即將離短路點(diǎn)最近的斷路器跳開(kāi)，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(kāi)。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)

13、：=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(kāi)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

14、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=KIIrel×IIset.2=1.15×1.83=2.105KA，tII2=0.5S， KIIsen.4=0.949<1.3，不滿足靈敏系數(shù)。故保護(hù)4也不裝設(shè)限時(shí)電流速斷保護(hù)。由此，保護(hù)2處不需要裝設(shè)電流速斷保護(hù)裝置。3.3 過(guò)電流保護(hù)的配置和整定假設(shè)保護(hù)1、2、3和4處都裝設(shè)過(guò)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

15、的定時(shí)限過(guò)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(guò)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。對(duì)于保護(hù)1：動(dòng)作電流：IIIIset.1=;近后備：KIIIsen.1=，滿足要求。遠(yuǎn)后備：KIIIsen.1=，滿足要求。同理，保護(hù)2、3和4處的整定電流IIIIset.2=IIIIset.3=IIIIset.4=0.36KA。且靈敏系數(shù)都滿足要求。4零序電流保護(hù)的配置和整定電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)是三相對(duì)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(duì)稱的，其零、負(fù)序電流電壓會(huì)很大，利用故障的不對(duì)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

16、零序電流保護(hù)被廣泛的應(yīng)用在110KV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)中。 所有元件全運(yùn)行時(shí)三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)圖如下圖所示： （a）：正序網(wǎng)絡(luò) 圖（b）：負(fù)序網(wǎng)絡(luò) （c）負(fù)序網(wǎng)絡(luò)4.1 零序I段的配置和整定 零序電流I段按照躲開(kāi)下級(jí)線路出口處單相或兩相接地末端短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流3I0.max和躲開(kāi)斷路器三相觸頭不同期合閘時(shí)出現(xiàn)的最大零序電流3I0.unb以及非全相運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)生系統(tǒng)震蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流來(lái)整定。 經(jīng)分析，B母線單相接地短路時(shí)，故障端口正序阻抗= =12.84;，=8.09；所以故障端口的零序電流為：=1.650KA；所以B相單相接地短路時(shí)流過(guò)保護(hù)1、4的零序電流分別為：I0.1=

17、1.82=0.199KA；I0.4=1.82=0.282KA;同理得出：B母線兩相接地短路時(shí)流過(guò)保護(hù)1、4的零序電流分別為：I0.1= 0.147KA； I0.4= 0.209KA；所以I0.max.1=0.199KA，I0.4.max=0.282KA；故零序I段整定為：IIset.1=3I0.max.1KIrel=1.230.199=0.717KA；IIset.4=IIset.43I0.4.max=1.230.282=1.014KA，同理可得：IIset.2=1.173KA；IIset.3=1.452KA；4.2 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(duì)，當(dāng)只有一臺(tái)發(fā)電

18、機(jī)變壓器組運(yùn)行時(shí)最大，有=+=16.07+72=88.07（）；當(dāng)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時(shí)最小，有=+=16.07/2+72=80.04（）;對(duì)，當(dāng)、只有一臺(tái)運(yùn)行時(shí)最大，=24（）；當(dāng)、兩臺(tái)全運(yùn)行時(shí)最小，=12（）。因此，保護(hù)1的最大分支系數(shù)=1+=1+=8.5最小分支系數(shù)=1+=1+=4.4.975。同理可得：=7.45；=3.775.保護(hù)1的零序II段定值為：校驗(yàn)靈敏度：母線B接地故障流過(guò)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段定值為：校驗(yàn)靈敏度：母線B接地故障流過(guò)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

19、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(guò)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(guò)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。 4.3.1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(kāi)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4.3.2保護(hù)2的零序III段整定計(jì)算： A母線的三

20、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(kāi)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原理接線圖及展開(kāi)圖5.1 保護(hù)1的原理接線圖及展開(kāi)圖保護(hù)1為電流速斷I和過(guò)電流保護(hù)III配合保護(hù)的：其原理接線圖如下圖2所示： 原理接線圖交流電流回路 直流回路 圖25.2 保護(hù)2的原理接線圖及

21、展開(kāi)圖保護(hù)2處需要裝置功率方向繼電器，且2處安裝過(guò)電流保護(hù)即可。因此采用接線三相式過(guò)電流保護(hù)接線方式。其原理圖如下所示。 原理接線圖 交流電流回路 直流回路 圖35.3 保護(hù)3的原理接線圖及展開(kāi)圖如圖4所示 原理接線圖 交流電流回路 直流回路 圖45.4 保護(hù)4的原理接線圖及展開(kāi)圖如圖5所示 原理接線圖交流電流回路 直流回路 圖5 6小結(jié) 通過(guò)此次線路保護(hù)的設(shè)計(jì)鞏固了我們本學(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)，提高了我們提出問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。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。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(guò)這次設(shè)計(jì)，加強(qiáng)