三段式電流保護(hù)課程設(shè)計(jì)

1、學(xué)號(hào) 125電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課 程 設(shè) 計(jì)（2012屆本科）題 目： 三段式電流保護(hù)課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 作者姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱： 完成日期： 2015年12 月 25 日摘要本次課程設(shè)計(jì)以電網(wǎng)的某條線路為例進(jìn)行了三段式電流保護(hù)的分析設(shè)計(jì)。重點(diǎn)進(jìn)行了電路的化簡(jiǎn)，求各節(jié)點(diǎn)短路電流，繼電保護(hù)中電流保護(hù)整定值的具體計(jì)算，并對(duì)計(jì)算出的數(shù)值進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)。由于題中所給部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，保護(hù)3限時(shí)電流速斷未進(jìn)行整定計(jì)算。關(guān)鍵字：繼電保護(hù)；電流保護(hù)目錄1設(shè)計(jì)原始資料11.1具體題目12設(shè)計(jì)要考慮的問(wèn)題22.1設(shè)計(jì)規(guī)程22.1.1短路電流計(jì)算規(guī)程22.1.2保

2、護(hù)方式的選取及整定計(jì)算32.2設(shè)計(jì)的保護(hù)配置32.2.1主保護(hù)配置32.2.2后備保護(hù)配置33短路電流計(jì)算33.1等效電路的建立33.2保護(hù)短路點(diǎn)及短路點(diǎn)的選取43.3短路電流的計(jì)算53.3.1最大運(yùn)行方式短路電流計(jì)算53.3.2最小運(yùn)行方式短路電流計(jì)算54保護(hù)的配合及整定計(jì)算64.1主保護(hù)的整定計(jì)算64.1.1動(dòng)作電流的整定65原理圖及展開(kāi)圖的的繪制85.1原理接線圖85.2交流回路展開(kāi)圖85.3直流回路展開(kāi)圖96繼電器的選擇97保護(hù)的評(píng)價(jià)11參考文獻(xiàn)121設(shè)計(jì)原始資料1.1 具體題目如圖所示網(wǎng)絡(luò)，過(guò)電流保護(hù)1、2、3的最大負(fù)荷電流分別為300、400、500A，E=37/3KV，Z1=0.

3、4/km，Krel=1.2，Krel=1.1，Krel,=1.15，Kss=1.5，Kres=0.85；LA-B=40Km，LB-C=60Km,ZT=72。t1.max=t2.max=0.5s，t3.max=1s。Zs.min=3，Zs.max=5 。圖1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖試對(duì)線路AB、BC的保護(hù)3、4進(jìn)行電流保護(hù)的設(shè)計(jì)。1.2 要完成的內(nèi)容（1）保護(hù)的配置及選擇；（2）短路電流計(jì)算（系統(tǒng)運(yùn)行方式的考慮、短路點(diǎn)的考慮、短路類型的考慮）； （3）保護(hù)配合及整定計(jì)算； （4）保護(hù)原理展開(kāi)圖及展開(kāi)圖的設(shè)計(jì)； （5） 對(duì)保護(hù)的評(píng)價(jià)。2 設(shè)計(jì)要考慮的問(wèn)題2.1 設(shè)計(jì)規(guī)程2.1.1 短路電流計(jì)算規(guī)程在決定保

4、護(hù)方式前，必須較詳細(xì)地計(jì)算各短路點(diǎn)短路時(shí)，流過(guò)有關(guān)保護(hù)的短路電流， 然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在滿足繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程和題目給定的要求條件下，盡可能采用簡(jiǎn)單的保護(hù)方式。其計(jì)算步驟及注意事項(xiàng)如下。（1）系統(tǒng)運(yùn)行方式的考慮除考慮發(fā)電廠發(fā)電容量的最大和最小運(yùn)行方式外，還必須考慮在設(shè)備檢修或故障切除的情況下，發(fā)生短路時(shí)流過(guò)保護(hù)裝置的短路電流最大和最小的系統(tǒng)運(yùn)行方式，以便計(jì)算保護(hù)的整定值和保護(hù)靈敏度。在需采用電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)時(shí)，還必須考慮系統(tǒng)的正常運(yùn)行方式。（2）短路點(diǎn)的考慮求不同保護(hù)的整定值和靈敏度時(shí)，應(yīng)注意短路點(diǎn)的選擇。若要繪制短路電流、電壓與距離的關(guān)系曲線，每一條線路上的短路點(diǎn)至少要取三點(diǎn)，即

5、線路的始端、中點(diǎn)和末端三點(diǎn)。（3）短路類型的考慮相間短路保護(hù)的整定計(jì)算應(yīng)取系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路電流，以作動(dòng)作電流整定之用；而在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下計(jì)算兩相短路電流，以作計(jì)算靈敏度之用。短路的計(jì)算選用三相短路或兩相短路進(jìn)行計(jì)算均可，因?yàn)閷?duì)保護(hù)所取的殘余而言，三相短路和兩相短路的殘余數(shù)值相同。若采用電流電壓連鎖速斷保護(hù)，系統(tǒng)運(yùn)行方式應(yīng)采用正常運(yùn)行方式下的短路電流和電壓的數(shù)值作為整定之用。（4）短路電流列表為了便于整定計(jì)算時(shí)查考每一點(diǎn)的短路時(shí)保護(hù)安裝處的短路電流和，將計(jì)算結(jié)果列成表格。流過(guò)保護(hù)安裝處的短路電流應(yīng)考慮后備保護(hù)的計(jì)算，即列出本線路各短路點(diǎn)短路時(shí)流過(guò)保護(hù)安裝處的短路電流，還要列出相鄰線

6、路各點(diǎn)短路時(shí)流過(guò)保護(hù)安裝處的短路電流。計(jì)算短路電流時(shí)，用標(biāo)幺值或用有名值均可，可根據(jù)題目的數(shù)據(jù)，用較簡(jiǎn)單的方法計(jì)算。2.1.2 保護(hù)方式的選取及整定計(jì)算采用什么保護(hù)方式，主要視其能否滿足規(guī)程的要求。能滿足要求時(shí)，所采用的保護(hù)就可采用；不能滿足要求時(shí)，就必須采取措施使其符合要求或改用其他保護(hù)方式。選用保護(hù)方式時(shí)，首先考慮采用最簡(jiǎn)單的保護(hù)，以便提高保護(hù)的可靠性。當(dāng)采用簡(jiǎn)單保護(hù)不能同時(shí)滿足選擇性、靈敏性和速動(dòng)性要求時(shí)，則可采用較復(fù)雜的保護(hù)方式。選用保護(hù)方式時(shí)，可先選擇主保護(hù)，然后選擇后備保護(hù)。通過(guò)整定計(jì)算，檢驗(yàn)?zāi)芊駶M足靈敏性和速動(dòng)性的要求。當(dāng)采用的保護(hù)不能很好地滿足選擇性或速動(dòng)性的要求時(shí)，允許采用自

7、動(dòng)重合閘來(lái)校正選擇性或加速保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)靈敏度不能滿足要求時(shí)，在滿足速動(dòng)性的前下，可考慮利用保護(hù)的相繼動(dòng)作，以提高保護(hù)的靈敏性。在用動(dòng)作電流、電壓或動(dòng)作時(shí)間能保證選擇性時(shí)，不要采用方向元件以簡(jiǎn)化保護(hù)。后備保護(hù)的動(dòng)作電流必須配合，要保證較靠近電源的上一元件保護(hù)的動(dòng)作電流大于下一元件保護(hù)的動(dòng)作電流，且有一定的裕度，以保證選擇性。2.2 設(shè)計(jì)的保護(hù)配置2.2.1 主保護(hù)配置在滿足線路靈敏度要求的情況下，選用三段式電流保護(hù)作為主保護(hù)。若靈敏度不滿足要求時(shí)應(yīng)選用三段式距離保護(hù)作為主保護(hù)。2.2.2 后備保護(hù)配置過(guò)電流保護(hù)作為本線路的近后備保護(hù)和相鄰線路遠(yuǎn)后備保護(hù)。3 短路電流計(jì)算3.1 等效電路的建立由已

8、知可得,線路的總阻抗的計(jì)算公式為 Z=Z1L 其中：Z1線路單位長(zhǎng)度阻抗； 線路長(zhǎng)度。所以，將數(shù)據(jù)代入公式(3.1.1)可得各段線路的線路阻抗分別為ZA-B=Z1×LA-B=0.4×40=16()ZB-C=Z1×LB-C=0.4×60=24()經(jīng)分析可知，對(duì)保護(hù)3最大運(yùn)行方式即阻抗最小時(shí)，有 Zs.3.min=Zs.min+ZA-B=3+16=19()對(duì)保護(hù)4最大運(yùn)行方式即阻抗最小時(shí)，有Zs.4.min=Zs.min=3 ()式中 Xs.min最大運(yùn)行方式下的阻抗值；同理，對(duì)于保護(hù)3，最小運(yùn)行方式即阻抗值最大，分析可知在只有XA-B和XB-C運(yùn)行，相應(yīng)地

9、有Zs.3.max=Zs.max+ZA-B=5+16=21()對(duì)于保護(hù)4，最小運(yùn)行方式即阻抗值最大，分析可知在只有XA-B運(yùn)行，相應(yīng)地有Zs.4.max=Zs.max=5 ()由此可得最大運(yùn)行方式等效電路如圖3.1所示，最小運(yùn)行方式等效電路圖如圖3.2所示。圖3.1 最大運(yùn)行方式等效電路圖圖3.2 最小運(yùn)行方式等效電路圖3.2 保護(hù)短路點(diǎn)及短路點(diǎn)的選取選取B、C點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。3.3 短路電流的計(jì)算3.3.1 最大運(yùn)行方式短路電流計(jì)算在最大運(yùn)行方式下流過(guò)保護(hù)元件的最大短路電流的公式為 IK.max=EZ=KEZs+Z 式中 系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢(shì)； 短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗； 保護(hù)安裝處到系統(tǒng)

10、等效電源之間的阻抗； 短路類型系數(shù)、三相短路取1，兩相短路取。(1)對(duì)于保護(hù)3等值電路圖如圖3.1所示，母線C最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路電流保護(hù)的最大短路電流為 IK.C.max=EZ=KEZs3.min+ZBC=1×37/319+24=0.497KA對(duì)于保護(hù)4等值電路圖如圖3.1所示，母線B最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路電流保護(hù)的最大短路電流為IK。B。max=EZ=KEZs.4.min+ZAB=1×37/33+16=1.124KA3.3.2 最小運(yùn)行方式短路電流計(jì)算 在最小運(yùn)行方式下流過(guò)保護(hù)元件的最小短路電流的公式為 IK.min=32EZs.max+ZL式中 系統(tǒng)等效電源

11、的相電動(dòng)勢(shì)； Zs.max保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗； 短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的阻抗。所以帶入各點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到C點(diǎn)的的最小短路電流。IK.C.min=32EZS.3.max+ZBC=32×37/321+24=0.411KA所以帶入各點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到B點(diǎn)的的最小短路電流IK.B.min=32EZS.4.max+ZAB=32×37/35+16=0.881KA4 保護(hù)的配合及整定計(jì)算4.1 主保護(hù)的整定計(jì)算4.1.1 動(dòng)作電流的整定對(duì)保護(hù)3相應(yīng)的速斷整定值整定原則：按照躲過(guò)本線路末端最大短路電流來(lái)整定。Iset.3=Krel.IK.C.max=1.21×

12、;0.497=0.601動(dòng)作時(shí)限：t3=0S靈敏度校驗(yàn)：最大保護(hù)范圍：Lmax=（KEIset.3-ZS.3.min）/Z1=(37/30.601-19)/0.4=41.47KmLmaxLBC=41.4760×100%=69.1% >50%(靈敏度滿足要求)最小保護(hù)范圍：Lmin=（KEIset.3-ZS.3.max）/Z1=(32×37/30.601-21)/0.4=24.46KmLminLBC=24.4660×100%=40.7% >15%(靈敏度滿足要求)對(duì)保護(hù)3相應(yīng)的定時(shí)限過(guò)電流整定值整定原則：按照大于本線路流過(guò)的最大負(fù)荷電流整定。Iset.3

13、=Krel.KSSKres.IL.3.max=1.23×1.50.91×0.5=1.014靈敏度校驗(yàn)：近后備：Ksen=IK.C.minIset.3=0.4111.014=0.405<1.3(不滿足要求)對(duì)保護(hù)4相應(yīng)的速斷整定值為Iset.4=Krel.IK.B.max=1.21×1.124=1.36動(dòng)作時(shí)限：t4=0S靈敏度校驗(yàn)：最大保護(hù)范圍：Lmax=（KEIset.4-ZS.4.min）/Z1=(37/31.36-3)/0.4=31.77KmLmaxLAB=31.7740×100%=79.4% >50%(靈敏度滿足要求)最小保護(hù)范圍：L

14、min=（KEIset.4-ZS.4.max）/Z1=(32×37/31.36-5)/0.4=21.51KmLminLAB=21.5140×100%=53.8% >15%(靈敏度滿足要求)保護(hù)4的限時(shí)電流速斷定值整定原則：按照躲過(guò)下級(jí)線路電流速斷保護(hù)的最大動(dòng)作電流來(lái)整定。Iset.4=Krel.Iset.3=1.11×0.601=0.667動(dòng)作時(shí)限：t4=0.5S靈敏度校驗(yàn)： Ksen=IK.B.minIset.4=0.8810.667=1.32 >1.3(靈敏度滿足要求)對(duì)保護(hù)4相應(yīng)的定時(shí)限過(guò)電流整定值IK.L.max=1200A=1.2KAIset

15、.4=Krel.KSSKres.IL.4.max=1.23×1.50.91×1.2=2.43動(dòng)作時(shí)限：t4=t1.max，t2.max，t3.max+t=1S+0.5S=1.5S靈敏度校驗(yàn)：近后備：Ksen=IK.B.minIset.4=0.8812.43=0.36 <1.5(靈敏度不滿足要求)遠(yuǎn)后備：Ksen=IK.C.minIset.4=0.4112.43=0.169 <1.2(靈敏度不滿足要求)當(dāng)電流保護(hù)靈敏度不滿足要求時(shí)，利用其他形式保護(hù)進(jìn)行該線路的保護(hù)。5 原理圖及展開(kāi)圖的的繪制5.1 原理接線圖 如圖5.1所示，每個(gè)繼電器的線圈和觸點(diǎn)都畫(huà)在一個(gè)圖形內(nèi)

16、，所有元件都用設(shè)備文字符號(hào)標(biāo)注，如圖中KA表示電流繼電器，KT表示時(shí)間繼電器，KS表示信號(hào)繼電器。原理接線圖對(duì)整個(gè)保護(hù)的工作原理給出了一個(gè)完整的概念。圖5.1 三段式電流保護(hù)原理接線圖5.2 交流回路展開(kāi)圖 展開(kāi)圖中交流回路和直流回路分開(kāi)表示，分別如圖5.2和圖5.3所示。其特點(diǎn)是每個(gè)繼電器的輸出量和輸出量根據(jù)實(shí)際動(dòng)作的回路情況分別畫(huà)在途中不同的位置上，但任然用同一個(gè)符號(hào)標(biāo)注，一邊查對(duì)。在展開(kāi)圖中，繼電器線圈和出點(diǎn)的鏈接盡量暗中故障后的動(dòng)作連接，自左而右，自上而下的排列。圖5.2 保護(hù)交流電流回路圖5.3 直流回路展開(kāi)圖圖5.3 保護(hù)直流回路展開(kāi)圖6 繼電器的選擇正確選用繼電器的原則應(yīng)該是：繼

17、電器的主要技術(shù)性能，如觸點(diǎn)負(fù)荷，動(dòng)作時(shí)間參數(shù)，機(jī)械和電氣壽命等，應(yīng)滿足整機(jī)系統(tǒng)的要求；繼電器的結(jié)構(gòu)型式(包括安裝方式)與外形尺寸應(yīng)能適合使用條件的需要；經(jīng)濟(jì)合理。(1)按使用環(huán)境條件選擇繼電器型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性是繼電器可靠性指標(biāo)之一,使用環(huán)境和工作條件的差異，對(duì)繼電器性能有很大的影響。使用環(huán)境條件主要指溫度(最大與最小)、濕度(一般指40攝氏度下的最大相對(duì)濕度)、低氣壓(使用高度1000米以下可不考慮)、振動(dòng)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(xué)條件各異，超過(guò)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境力學(xué)條件下使用，有可能損壞繼電器，可按整機(jī)的環(huán)境力學(xué)條件或

18、高一級(jí)的條件選用。(2)根據(jù)輸入量選定繼電器的輸入?yún)?shù)在電磁繼電器的輸入?yún)?shù)中，與用戶密切相關(guān)的是線圈的工作電壓(或電流)，而吸合電壓(或電流) 則是繼電器制造廠約束繼電器靈敏度并對(duì)其進(jìn)行判斷、考核的參數(shù)，它只是一個(gè)工作下限參考值。不少用戶因不了解繼電器動(dòng)作原理的特殊性，往往把吸合電壓(或電流)錯(cuò)認(rèn)為是繼電器應(yīng)可靠工作的電壓(或電流)，而把工作電壓值取在吸合電壓值上，這是十分危險(xiǎn)也是不允許的。因?yàn)槲现抵皇潜ＷC繼電器可靠動(dòng)作的最小 輸入量，而繼電器動(dòng)作后，還需要一個(gè)保險(xiǎn)量，以提高維持可靠閉合所需的接觸壓力、抗環(huán)境作用所需的電磁吸力。否則，一旦環(huán)境溫度升高或在機(jī)械振動(dòng)和沖擊條 件下，或輸入回路電

19、流波動(dòng)和電源電壓降低時(shí)，僅靠吸合值是不可能保證可靠工作的。所以選擇繼電器時(shí)，首先看繼電器技術(shù)條件規(guī)定的額定工作電壓是否與整機(jī)線 路所能提供的電壓相符，絕不能與繼電器吸合值相比。(3)根據(jù)負(fù)載情況選擇繼電器觸點(diǎn)的種類與參數(shù)與被控電路直接連接的觸點(diǎn)是繼電器的接觸系統(tǒng)。國(guó)外和國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期實(shí)踐證明，約百分之七十以上的故障發(fā)生在觸點(diǎn)上。這除了與繼電器本身結(jié)構(gòu)與制造因素密切相關(guān)之外，未能正確選用和使用也是重要因素之一。且大多數(shù)問(wèn)題是由于用戶的實(shí)際負(fù)載要求與繼電器觸點(diǎn)額定負(fù)載不同而引起的。根據(jù)控制要求確定觸點(diǎn)組合形式，如需要的是常開(kāi)還是常閉觸點(diǎn)或轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)；根據(jù)被控回路多少確定觸點(diǎn)的對(duì)數(shù)和組數(shù)；根據(jù)負(fù)載性質(zhì)與容量

20、大小確定觸點(diǎn)有關(guān)參數(shù)，如額定電壓、電流與容量，有時(shí)還需要考慮對(duì)觸點(diǎn)接觸電阻、抖動(dòng)時(shí)間、分布電容等的要求。關(guān)于觸點(diǎn)切換的額定值，電磁繼電器一般規(guī)定它的性質(zhì)及大小。它的含義是指在規(guī)定的動(dòng)作次數(shù)內(nèi)，在定的電壓和頻率下，觸點(diǎn)所能切換的電流的大小。這一負(fù)載值是由繼電器結(jié)構(gòu)要素決定的。為了便于考核比較，一般只規(guī)定阻性負(fù)載。在實(shí)際使用中需要切換其它性質(zhì)的負(fù)載。(4)按工作狀態(tài)選擇繼電器繼電器的工作狀態(tài)主要是指輸入信號(hào)對(duì)線圈的作用狀態(tài)。繼電器線圈的設(shè)計(jì)是對(duì)應(yīng)于不同的輸入信號(hào)狀態(tài)的，有長(zhǎng)期連續(xù)作用的信號(hào)，有短期重復(fù)工作(脈沖)信號(hào)。連續(xù)工作是指線圈能連續(xù)地承受工作信號(hào)的長(zhǎng)期作用。對(duì)脈沖信號(hào)還要考慮脈沖頻率、通斷

21、比等。因此，要根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)選用適合于不同工作狀態(tài)的繼電器，一般不允許隨便使用，特別要注意不能將短期工作狀態(tài)的繼電器使用在連續(xù)工作狀態(tài)，高溫工作條件下尤其要注意。在實(shí)際切換功率負(fù)載或大功率負(fù)載時(shí)，尤其要考慮不宜切換速率過(guò)高。一般應(yīng)少于10-20次/min。最大循環(huán)速率為：0.1次/(最大吸合時(shí)間最大釋放時(shí)間)s。(5)按安裝工作位置、安裝方式及尺寸、重量的選擇繼電器工作位置與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，大多數(shù)繼電器可在任意位置下工作，但也有部分繼電器工作位置有具體的規(guī)定。例如普通水銀繼電器，就規(guī)定要直立安裝，其偏斜極限不得超過(guò)30，否則，由于水銀的連接中斷將不起繼電器作用。繼電器除需滿足在各種穩(wěn)態(tài)的線路和環(huán)境條件下工作的要求外，還必須考慮到各種動(dòng)態(tài)特性，即吸合時(shí)間、釋放時(shí)間，由于電流的波動(dòng)因素造成的抖動(dòng)，以及觸點(diǎn)碰撞造成的回跳等。7 保護(hù)的評(píng)價(jià)在做繼電保護(hù)配置時(shí)我們應(yīng)該使配置的結(jié)果滿足繼電保護(hù)的基本要求，就是要保證可靠性、選擇性、速動(dòng)性和靈敏性。可是這四個(gè)指標(biāo)在很多情況下是互相矛盾的，因此我們要根據(jù)實(shí)際情況讓它們達(dá)到一定的平衡即可。通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程可以看出，最大運(yùn)行方式下三相短路的短路電流與最小運(yùn)行方式下得兩相的短路電流相差很大。按躲過(guò)最大運(yùn)行方式下末端最大短