單側(cè)電源網(wǎng)絡三段式相間電流保護設計

1、電力系統(tǒng)繼電保護 期末考試院 、 系 專 業(yè) 發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 學 號 論文名稱 單側(cè)電源網(wǎng)絡三段式相間電流保護設計 姓 名 項目分 數(shù)簽 名知識點答辯成績課程設計論文成績總 分評閱教師簽字： （試卷為論文、設計圖、報告的在給出成績的同時須由評閱人寫出評語）試 卷 評 語評閱教師簽字：2012年 6 月 5 日單側(cè)電源網(wǎng)絡三段式相間電流保護設計作者： 班級20103094 摘要：電網(wǎng)相間短路的電流保護是根據(jù)短路時電流增大的特點構(gòu)成的，在單側(cè)電源輻射形網(wǎng)絡中采用階段式電流保護，它由無時限電流速斷保護、限時電流速斷保護、定時限過電流保護組成，可根據(jù)實際情況采用兩段式或三段式。無時限電流速斷保護、限

2、時電流速斷保護共同構(gòu)成電流的主保護，定時限過電流保護是本線路的近后備保護和相鄰線路的遠后備保護。設計首先是對保護原理進行分析，保護的整定計算及靈敏性效驗。設計內(nèi)容包括原理分析、保護整定計算和靈敏性校驗。電力系統(tǒng)繼電保護是反映電力系統(tǒng)中電氣設備發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)而動作于斷路器跳閘或發(fā)生信號的一種自動裝置。電力系統(tǒng)繼電保護的基本作用是：全系統(tǒng)范圍內(nèi)，按指定分區(qū)實時地檢測各種故障和不正常運行狀態(tài)，快速及時地采取故障隔離或告警信號等措施，以求最大限度地維持系統(tǒng)的穩(wěn)定、保持供電的連續(xù)性、保障人身的安全、防止或減輕設備的損壞。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的求，電子技術、計算機技術與通訊

3、技術的飛速發(fā)展又為電力系統(tǒng)繼電保護技術的發(fā)展不斷地注入了新的活力。關鍵詞：繼電保護、整定計算、故障分析、設計原理引言：電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、供電、配電、用電等設備和技術組成的一個將一次能源轉(zhuǎn)換為電能的同一系統(tǒng)。電能是現(xiàn)代社會中最重要、也是最為方便的能源。而發(fā)電廠正是把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能，電能經(jīng)過變壓器和不同電壓等級的輸電線路輸送并分配電能，再通過各種設備轉(zhuǎn)換為用戶需要的其它形式的能量。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，保護線路的各種繼電裝置應該有比較可靠的、及時的保護動作，從而切斷故障點，極大限度的降低電力系統(tǒng)供電范圍。電力系統(tǒng)繼電

4、保護就是為達到這個目的而設計的。電網(wǎng)相間短路的電流保護是根據(jù)短路時電流增大的特點構(gòu)成的，在單側(cè)電源輻射形網(wǎng)絡中采用階段式電流保護，它由無時限電流速斷保護、限時電流速斷保護、定時限過電流保護組成，可根據(jù)實際情況采用兩段式或三段式。無時限電流速斷保護、限時電流速斷保護共同構(gòu)成電流的主保護，定時限過電流保護是本線路的近后備保護和相鄰線路的遠后備保護。設計首先是對保護原理進行分析，保護的整定計算及靈敏性效驗。設計內(nèi)容包括原理分析、短路電流的計算、距離保護的整定計算、靈敏性校驗和對所選擇的保護裝置進行綜合評價。一、繼電保護概論1.1繼電保護的作用電力系統(tǒng)繼電保護是反映電力系統(tǒng)中電氣設備發(fā)生故障或不正常運

5、行狀態(tài)而動作于斷路器跳閘或發(fā)生信號的一種自動裝置。繼電保護的基本任務是：電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動、快速、有選擇地將故障設備從電力系統(tǒng)中切除，保證非故障設備繼續(xù)運行，盡量縮小停電范圍;電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常運行狀態(tài)時，根據(jù)運行維護的要求能自動、及時、有選擇地發(fā)出告警信號或者減負荷、跳閘。1.2對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求1.2.1選擇性繼電保護動作的選擇性是指保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。 圖1-4 三段保護線路1.2.2速動性繼電保護的速動性是指繼電保護裝置應以盡可能快的速度切除故障設備。故障后,為防止并列運行的系統(tǒng)失步,

6、減少用戶在電壓降低情況下工作的時間及故障元件損壞程度，應盡量地快速切除故障。1.2.3靈敏性繼電保護的靈敏性是指保護裝置對于其應保護的范圍內(nèi)發(fā)生故障的反應能力。（般用靈敏系數(shù)Ksen來衡量靈敏度）1.2.4可靠性繼電保護的可靠性是指保護裝置在電力系統(tǒng)正常運行時不誤動;再規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，應可靠動作;而在不屬于該保護動作的其他任何情況下，應可靠的不動作。（主保護對動作快速性要求相對較高；后備保護對靈敏性要求相對較高。）三段式過流保護包括：1、無時限電流速斷保護（又稱電流段保護）2、限時電流速斷保護（電流段保護）3、定時限過電流保護（電流段保護）。三段的區(qū)別主要在于起動電流的選擇原則不同

7、。其中速 斷和限時速斷保護是按照躲開某一點的最大短路電流來整定的，而過電流保護是按照躲開最 大負荷電流來整定的。1、無時限電流速斷保護：保護范圍小于被保護線路的全長一般設定為被保護線路的全長的85%2、限時電流速斷保護：保護范圍是被保護線路的全長或下一回線路的15%3、定時限過電流保護：保護范圍為被保護線路的全長至下一回線路的全長二、短路的電流保護通常輸電線路電流保護采用階段式電流保護，采用三套電流保護共同構(gòu)成三段式電流保護?？梢愿鶕?jù)具體的情況，只采用速斷加過流保護或限時速斷加過流保護，也可以三段同時采用。 2.1.1無時限電流速斷保護的工作原理 瞬時電流速斷保護又稱段電流保護，它是反應電流增

8、大而能瞬時動作切除故障的電流保護。當系統(tǒng)電源電勢一定，線路上任一點發(fā)生短路故障時，短路電流的大小與短路點至電源之間的電抗（忽略電阻）及短路類型有關，三相短路和兩相短路時，流過保護安裝地點的短路電流可用下式表示式中 系統(tǒng)等電源相電勢；系統(tǒng)等效電源到保護安裝處之間的電抗；線路千米長度的正序電抗； 短路點至保護安裝處距離。由式（2.1-1）、式（2.1-2）可見，當系統(tǒng)運行方式一定時，和是常數(shù)，流過保護安裝處的短路電流，是短路點至保護安裝處距離的函數(shù)。短路點距離電源越遠（越大），短路電流值越小。圖2-1 瞬時電流速斷保護原理接線圖 瞬時電流速斷保護單相原理接線，如圖（2.11）所示，它是由電流繼電器

9、KA（測量元件）、中間繼電器KM、信號繼電器KS組成。2.2限時電流速斷電流保護 2.2.1 限時電流速斷保護的單相原理接線限時電流速斷保護的單相原理接線圖1所示。它與瞬時電流速斷保護相似，只是時間繼電器KT代替了中間繼電器KM。當保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時，繼電器KA動作后，必須經(jīng)時間繼電器的延時，啟動信號繼電器，動作于斷開斷路器。圖2-2 限時電流速斷保護單相原理接線圖限時電流速斷保護靈敏性較高，能保護線路的全長，并且還可作為本線路瞬時電流速斷保護的后備保護。2.2.2總結(jié)1.限時電流速斷保護作為線路的主保護，要求應能保護被保護線路全長。為了縮短保護的動作時間，動作值與相鄰線路、元件速斷保護

10、配合2.限時電流速斷保護的選擇性是依靠動作值、動作時間來保證。3.當靈敏度不滿足要求時，可與相鄰線路限時電流速斷保護配合。2.3定時限過電流保護定時限過電流保護是指按躲過最大負荷電流整定，并以動作時限保證其選擇性的一種保護。輸電線路正常運行時它不應啟動，發(fā)生短路且短路電流大于其動作電流時，保護啟動延時動作于斷路器跳閘。過電流保護不僅能保護本線路的全長，也能保護相鄰線路的全長，是本線路的近后備和相鄰線路的遠后備保護。圖2- 3定時限過電流保護的工作原理及時限特性2.4電流三段保護小結(jié)使用1段、2段或3段組成的階段式電流保護的主要優(yōu)點是簡單、可靠，并且在一般情況下能夠滿足快速切除故障的要求，因此在

11、35kv及以下的中、低壓網(wǎng)絡中得到了廣泛應用。其缺點是它直接受電網(wǎng)的接線及電力系統(tǒng)運行方式的影響，例如整定值必須按電網(wǎng)最大運行方式整定，而靈敏性必須用電網(wǎng)最小運行方式來校驗，這就難以滿足靈敏系數(shù)和保護范圍的要求。無時限電流速斷、限時電流速斷和定時限過電流保護構(gòu)成三段式電流保護。主要由繼電器KA1、KA2、KCO和KS1組成第I保護，由KA3、KA4、KT1和KS2組成第II段保護，過電流部分則由KA5、KA6、KA7KT2和KS3組成。由于三段電流保護的動作電流和動作時限整定均不相同，必須分別使用不同的電流繼電器和時間繼電器，而信號繼電器KS1、KS2和KS3則分別用以發(fā)出I、II、III段保

12、護動作的信號。接線圖三 設計方案3.1、原始數(shù)據(jù)及保護方案的選擇3.1.1原始數(shù)據(jù)35kV單側(cè)電源輻射網(wǎng)絡，已知：1、變電所B、E中變壓器連接組別為Y，d11，并且裝設差動保護；2、線路AB的最大傳輸功率Pmax=9MW，功率因數(shù)cos=0.9，系統(tǒng)中的發(fā)電機均裝設了自動勵磁調(diào)節(jié)器，自啟動系數(shù)1.3；3、圖中電抗為歸算至37kV電壓級的有名值，各線路正序電抗為X1=0.4/km；4、系統(tǒng)等值阻抗Zs.max=9.4， Zs.min=6.3。5、設第三段動作時間為1s3.1.2保護方案的選擇選三段式電流保護作為線路AB的保護方案四、保護整定計算4.1無時限電流保護的整定計算B母線短路時流過線路A

13、B的最大三相短路電流為線路AB的無時限電流速斷保護的動作電流為其最大保護范圍可見，最大保護范圍滿足要求。校驗，最小保護范圍可見，最小保護范圍滿足要求。4.2限時電流速斷保護的整定計算4.2.1最大三相短路電流整定與變壓器T1配合，按躲過變壓器的低壓側(cè)母線三相短路時，流過線路AB的最大三相短路電流整定，4.2.2與相鄰線路的電流速斷保護相配合取較大值作為動作電流。4.2.3靈敏度校驗。B母線短路時，流過線路AB的最小兩相短路電流靈敏系數(shù)為靈敏系數(shù)滿足要求4.3定時限過電流保護的整定計算4.3.1流過線路AB的最大負荷電流動作電流為靈敏度校驗4.3.2過電流保護作為本線路的近后備時4.3.3過電流保護作為相鄰線路的遠后備時線路BC末端發(fā)生兩相短路時流過線路AB的最小兩相短路電流變壓器T1低壓側(cè)發(fā)生兩相短路時，流過線路AB的最小兩相短路電流（采用兩相三繼電器接線時）定時限過電流保護的靈敏系數(shù)均滿足要求五、三段式電流保護的評價優(yōu)點：使用1段、2段或3段組成的階段式電流保護的主要優(yōu)點是簡單、可靠，并且在一般情況下能夠滿足快速切除故障的要求，因此在35kv及以下的中、低壓網(wǎng)絡中得到了廣泛應用。缺點：它直接受電網(wǎng)的接線及電力系統(tǒng)運行方式的影響，例如整定值必須按電網(wǎng)最大運行方式整定，而靈敏性必須用電網(wǎng)最小