10KV單側電源三段式繼電保護設計

1、 電氣綜合課程設計 題 目： 10KV單側電源三段式繼電保護設計 院 （系）： 機電工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學生姓名： 學 號： 指導教師： 2014年 01 月03日目 錄摘要1前言2一、10KV單側電源三段式繼電保護設計3（一）10KV單側電源三段式繼電保護設計課題3（二）10KV單側電源三段式保護系統(tǒng)概況說明4（三）10KV單側電源三段式保護設計原理4（四）10KV單側電源三段式保護計算5二、結論7三、結束語8四、參考文獻9五、附錄10摘要電力系統(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。在單側電源輻射形網(wǎng)絡中采用

2、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。 前言電力系統(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，再通過各種設備轉換

3、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成的，在單側電源輻射形網(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

4、，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、10KV單側電源三段式繼電保護設計對于單側電源網(wǎng)絡的相間短路保護主要采用三段式電流保護，即第一段為電流速斷保護，第二段為限時電流速斷保護，第三段為定時限過電流保護。其中第一段、第二段共同構成線路的主保護，第三段作為后備保護。 （一） 10KV單側電源三段式繼電保護設計課題對10kv電力線路進行保護設計，已知TA1的變流比Ki(1)為160/5A，TA2的變流比Ki(2)為100/5A。WL1和WL2的過電流保護均采用三相三繼電器式接線。WL1的計算電流IL,

5、max(1)為105A，WL1首端的I(3)K1為2150A,其末端的I(3)K2為1300A。WL2的計算電流IL,max(2)為75A，WL2首端的I(3)K2為910A,其末端的I(3)K3為400A，對其進行三段式繼電保護設計。 （二）10KV單側電源三段式保護系統(tǒng)概況說明對繼電保護的評價，主要是從選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個方面出發(fā)，看其是否滿足電力系統(tǒng)安全運行的要求，是否符合有關規(guī)程的規(guī)定。（1) 選擇性在三段式電流保護中，電流速斷保護的選擇性是靠動作電流來實現(xiàn)的；限時電流速斷保護和過電流保護則是靠動作電流和動作時限來實現(xiàn)的。它們在35kV及以下的單側電源輻射形電網(wǎng)中具有明顯

6、的選擇性，但在多電源網(wǎng)絡或單電源環(huán)網(wǎng)中，則只有在某些特殊情況下才能滿足選擇性要求。（2) 速動性I電流速斷保護以保護固有動作時限動作于跳閘；II限時電流速斷保護動作時限一般在0.5S以內(nèi)，因而動作 迅速是這兩種保護的優(yōu)點。III過電流保護動作時限較長，特別是靠近電源側的保護動作時限可能長達幾秒，這是過電流保護的主要缺點。（3) 靈敏性I電流速斷保護不能保護本線路全長，且保護范圍受系統(tǒng)運行方式的影響較大；II限時電流速斷保護能保護本線路全長，但靈敏性要受系統(tǒng)運行方式影響；III過電流保護因按最大負荷電流整定，靈敏性一般能滿足要求，但在長距離重負荷線路上，由于負荷電流幾乎與短路電流相當，則往往難以

7、滿足要求。受系統(tǒng)運行方式影響大、靈敏性差是三段式電流保護的主要缺點。（4) 可靠性由于三段式電流保護中繼電器簡單，數(shù)量少，接線、調(diào)試和整定計算都較簡便，不易出錯，因此可靠性較高?？傊?，使用一段、二段或三段而組成的階段式電流保護，其最主要的優(yōu)點就是簡單、可靠，并且在一般情況下能滿足快速切除故障的要求，因此在電網(wǎng)中特別是在35kV及以下的單側電源輻射形電網(wǎng)中得到廣泛的應用。其缺點是受電網(wǎng)的接線及電力系統(tǒng)運行方式變化的影響，使其靈敏性和保護范圍不能滿足要求。 （三）10KV單側電源三段式保護設計原理 （1）第一段保護：電流速斷保護電路速斷的特點：接線簡單，動作可靠，切除故障快，但不能保護線路全長，保

8、護范圍受到系統(tǒng)運行方式變化的影響較大。速斷保護是一種短路保護，為了使速斷保護動作具有選擇性，一般電力系統(tǒng)中速斷保護其實都帶有一定的時限，這就是限時速斷，離負荷越近的開關保護時限設置得越短，末端的開關時限可以設置為零，這就成速斷保護，這樣就能保證在短路故障發(fā)生時近故障點的開關先跳閘，避免越級跳閘。定時限過流保護的目的是保護回路不過載，與限時速斷保護的區(qū)別在于整定的電流相對較小，而時限相對較長。這三種保護因為用途的不同，不能說各有什么優(yōu)缺點，并且往往限時速斷和定時限過流保護是結合使用的。 （2）第二段保護：限時電流速斷保護 電流速斷保護只能保護線路的一部分，而改線路剩下的部分的短路故障依靠限時電流

9、速斷保護，它的特點是保護線路的全長，并且具有靈敏度，而且具有最小動作時限。 （3）第三段保護：定限時過電流保護 限時電流速斷保護雖能保護線路的全長，但不能作為下一線路保護的后備。而定時限過電流保護不僅能保護本線路全長，還能保護相鄰線路的全長，可以起到后備保護的作用。這是因為過電流保護不是按躲過某一短路電流，而是按躲過最大負荷電流來整定的，故它的動作電流值較低，靈敏度較高，保護范圍大。三段式過流保護包括： 1、瞬時電流速斷保護（簡稱電流速斷保護或電流段） 2、限時電流速斷保護（電流段） 3、過電流保護（電流段） 這三段保護構成一套完整的保護。它們的不同是保護范圍不同： 1、瞬時電流速斷保護：保護

10、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、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 （四）10KV單側電源三段式保護計算過電流繼電器實現(xiàn)兩級保護原理電路如圖(a)所示。圖中TA1和TA2分別為上下兩級線路的電流互感器。電流速斷，限時電流速斷與定時限過電流保護相配合構成了三段式電流保護，以線路XL1的整定為例。第I段：電流速斷，保護范圍為WL1段的一部分，根據(jù)流過B點的最大短路電流來整定。整定電流： ，式中：-接線系數(shù)；-電流互感器變化；-I段的可靠系數(shù)，取保1.3；-B點的最大短路電流。

11、動作時限為，它由繼電器的固有動作時間決定，整定電流：(1) 保護1電流段整定計算： 求動作電流。按躲過最大運行方式下本線路末端(即k1點)三相短路時流過保護的最大短路電流來整定，即=1.3400=520A 保護裝置二次側動作電流，即繼電器的動作電流=520/160/5=16.25A 動作時限。第段為電流速斷，動作時間為保護裝置的固有動作時間，即 。(2) 保護1電流段整定計算：第段：限時電流速斷保護，保護范圍為線路WL1段，并延伸到線路WL2段的一部分，根據(jù)流過C點的三相短路時的最大短路電流來整定。整定電流： 式中：-第段的可靠系數(shù)，??； -C點三相短路的最大短路電流。動作時限：，。 求動作電

12、流 ;按與相鄰線路保護I段動作電流相配合的原則來整定，即=1.11.3400=572A 動作時限。應比相鄰線路保護I段動作時限高一個時限級差 ，即動作時限：t1=t2+t，t=5s，t1=5s（3) 保護1電流段整定計算：第段：定時限過電流保護，保護范圍是線路WL1及WL2全部，根據(jù)線路的最大負荷電流來整定。整定電流： 式中：-可靠系數(shù),??；-自啟動系數(shù)，??；-返回系數(shù)，??；：最大負荷電流。動作時限（，則），為線路WL2的過電流保護的動作時限，即按階梯原則來選擇的。 求動作電流 。按躲過本線路可能流過的最大負荷電流來整定，即 =1.15/0.8875=98A 動作時限。應比相鄰線路保護的最大動

13、作時限高一個時限級差 ，即 （，則），2、 結論電流速斷保護、限時電流速斷保護共同構成電流的主保護，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。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。三、結束語繼電保護裝置是電力系統(tǒng)安全保障體系的重要組成部分,同時也是電力系統(tǒng)的安全重要保障,是保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定

14、運行的有效手段。準確的整定計算是提高繼電保護運行可靠性、保障電網(wǎng)安全運行的基礎,提高不拒動和誤動作,是繼電保護可靠性的核心。要確保供電系統(tǒng)的正常運行,必須正確地設置繼電保護裝置并準確整定各項相關定值,此外還要對繼電保護系統(tǒng)進行定期檢查和維護,按時巡檢其運行狀況,處理好發(fā)現(xiàn)的故障,以保證系統(tǒng)無故障設備正常運行,提高供電可靠性。在此要感謝我們的指導老師對我們悉心的指導，感謝老師們給我們的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。四、參考文獻1 王翠平.繼電保護裝置的維護及試驗J.黑龍江科技信