三段式電流保護課程設(shè)計

1、學(xué)號 125電力系統(tǒng)繼電保護課 程 設(shè) 計（2012屆本科）題 目： 三段式電流保護課程設(shè)計 學(xué) 院： 物理與機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 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)計以電網(wǎng)的某條線路為例進(jìn)行了三段式電流保護的分析設(shè)計。重點進(jìn)行了電路的化簡，求各節(jié)點短路電流，繼電保護中電流保護整定值的具體計算，并對計算出的數(shù)值進(jìn)行靈敏度校驗。由于題中所給部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，保護3限時電流速斷未進(jìn)行整定計算。關(guān)鍵字：繼電保護；電流保護目錄1設(shè)計原始資料11.1具體題目12設(shè)計要考慮的問題22.1設(shè)計規(guī)程22.1.1短路電流計算規(guī)程22.1.2保

2、護方式的選取及整定計算32.2設(shè)計的保護配置32.2.1主保護配置32.2.2后備保護配置33短路電流計算33.1等效電路的建立33.2保護短路點及短路點的選取43.3短路電流的計算53.3.1最大運行方式短路電流計算53.3.2最小運行方式短路電流計算54保護的配合及整定計算64.1主保護的整定計算64.1.1動作電流的整定65原理圖及展開圖的的繪制85.1原理接線圖85.2交流回路展開圖85.3直流回路展開圖96繼電器的選擇97保護的評價11參考文獻(xiàn)121設(shè)計原始資料1.1 具體題目如圖所示網(wǎng)絡(luò)，過電流保護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)圖試對線路AB、BC的保護3、4進(jìn)行電流保護的設(shè)計。1.2 要完成的內(nèi)容（1）保護的配置及選擇；（2）短路電流計算（系統(tǒng)運行方式的考慮、短路點的考慮、短路類型的考慮）； （3）保護配合及整定計算； （4）保護原理展開圖及展開圖的設(shè)計； （5） 對保護的評價。2 設(shè)計要考慮的問題2.1 設(shè)計規(guī)程2.1.1 短路電流計算規(guī)程在決定保

4、護方式前，必須較詳細(xì)地計算各短路點短路時，流過有關(guān)保護的短路電流， 然后根據(jù)計算結(jié)果，在滿足繼電保護和自動裝置技術(shù)規(guī)程和題目給定的要求條件下，盡可能采用簡單的保護方式。其計算步驟及注意事項如下。（1）系統(tǒng)運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)生短路時流過保護裝置的短路電流最大和最小的系統(tǒng)運行方式，以便計算保護的整定值和保護靈敏度。在需采用電流電壓聯(lián)鎖速斷保護時，還必須考慮系統(tǒng)的正常運行方式。（2）短路點的考慮求不同保護的整定值和靈敏度時，應(yīng)注意短路點的選擇。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至少要取三點，即

5、線路的始端、中點和末端三點。（3）短路類型的考慮相間短路保護的整定計算應(yīng)取系統(tǒng)最大運行方式下三相短路電流，以作動作電流整定之用；而在系統(tǒng)最小運行方式下計算兩相短路電流，以作計算靈敏度之用。短路的計算選用三相短路或兩相短路進(jìn)行計算均可，因為對保護所取的殘余而言，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，系統(tǒng)運行方式應(yīng)采用正常運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算時查考每一點的短路時保護安裝處的短路電流和，將計算結(jié)果列成表格。流過保護安裝處的短路電流應(yīng)考慮后備保護的計算，即列出本線路各短路點短路時流過保護安裝處的短路電流，還要列出相鄰線

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

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

8、知可得,線路的總阻抗的計算公式為 Z=Z1L 其中：Z1線路單位長度阻抗； 線路長度。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=Z1LA-B=0.440=16()ZB-C=Z1LB-C=0.460=24()經(jīng)分析可知，對保護3最大運行方式即阻抗最小時，有 Zs.3.min=Zs.min+ZA-B=3+16=19()對保護4最大運行方式即阻抗最小時，有Zs.4.min=Zs.min=3 ()式中 Xs.min最大運行方式下的阻抗值；同理，對于保護3，最小運行方式即阻抗值最大，分析可知在只有XA-B和XB-C運行，相應(yīng)地有Zs.3.max=Zs.max+ZA-B=5+

9、16=21()對于保護4，最小運行方式即阻抗值最大，分析可知在只有XA-B運行，相應(yīng)地有Zs.4.max=Zs.max=5 ()由此可得最大運行方式等效電路如圖3.1所示，最小運行方式等效電路圖如圖3.2所示。圖3.1 最大運行方式等效電路圖圖3.2 最小運行方式等效電路圖3.2 保護短路點及短路點的選取選取B、C點進(jìn)行計算。3.3 短路電流的計算3.3.1 最大運行方式短路電流計算在最大運行方式下流過保護元件的最大短路電流的公式為 IK.max=EZ=KEZs+Z 式中 系統(tǒng)等效電源的相電動勢； 短路點至保護安裝處之間的阻抗； 保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗； 短路類型系數(shù)、三相短路取1

10、，兩相短路取。(1)對于保護3等值電路圖如圖3.1所示，母線C最大運行方式下發(fā)生三相短路電流保護的最大短路電流為 IK.C.max=EZ=KEZs3.min+ZBC=137/319+24=0.497KA對于保護4等值電路圖如圖3.1所示，母線B最大運行方式下發(fā)生三相短路電流保護的最大短路電流為IK。B。max=EZ=KEZs.4.min+ZAB=137/33+16=1.124KA3.3.2 最小運行方式短路電流計算 在最小運行方式下流過保護元件的最小短路電流的公式為 IK.min=32EZs.max+ZL式中 系統(tǒng)等效電源的相電動勢； Zs.max保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗； 短路點到

11、保護安裝處之間的阻抗。所以帶入各點的數(shù)據(jù)可以計算得到C點的的最小短路電流。IK.C.min=32EZS.3.max+ZBC=3237/321+24=0.411KA所以帶入各點的數(shù)據(jù)可以計算得到B點的的最小短路電流IK.B.min=32EZS.4.max+ZAB=3237/35+16=0.881KA4 保護的配合及整定計算4.1 主保護的整定計算4.1.1 動作電流的整定對保護3相應(yīng)的速斷整定值整定原則：按照躲過本線路末端最大短路電流來整定。Iset.3=Krel.IK.C.max=1.210.497=0.601動作時限：t3=0S靈敏度校驗：最大保護范圍：Lmax=（KEIset.3-ZS.3

12、.min）/Z1=(37/30.601-19)/0.4=41.47KmLmaxLBC=41.4760100%=69.1% 50%(靈敏度滿足要求)最小保護范圍：Lmin=（KEIset.3-ZS.3.max）/Z1=(3237/30.601-21)/0.4=24.46KmLminLBC=24.4660100%=40.7% 15%(靈敏度滿足要求)對保護3相應(yīng)的定時限過電流整定值整定原則：按照大于本線路流過的最大負(fù)荷電流整定。Iset.3=Krel.KSSKres.IL.3.max=1.231.50.910.5=1.014靈敏度校驗：近后備：Ksen=IK.C.minIset.3=0.4111.

13、014=0.40550%(靈敏度滿足要求)最小保護范圍：Lmin=（KEIset.4-ZS.4.max）/Z1=(3237/31.36-5)/0.4=21.51KmLminLAB=21.5140100%=53.8% 15%(靈敏度滿足要求)保護4的限時電流速斷定值整定原則：按照躲過下級線路電流速斷保護的最大動作電流來整定。Iset.4=Krel.Iset.3=1.110.601=0.667動作時限：t4=0.5S靈敏度校驗： Ksen=IK.B.minIset.4=0.8810.667=1.32 1.3(靈敏度滿足要求)對保護4相應(yīng)的定時限過電流整定值IK.L.max=1200A=1.2KAI

14、set.4=Krel.KSSKres.IL.4.max=1.231.50.911.2=2.43動作時限：t4=t1.max，t2.max，t3.max+t=1S+0.5S=1.5S靈敏度校驗：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)電流保護靈敏度不滿足要求時，利用其他形式保護進(jìn)行該線路的保護。5 原理圖及展開圖的的繪制5.1 原理接線圖 如圖5.1所示，每個繼電器的線圈和觸點都畫在一個圖形內(nèi)，所有元件都用設(shè)備文字符號標(biāo)注，如

15、圖中KA表示電流繼電器，KT表示時間繼電器，KS表示信號繼電器。原理接線圖對整個保護的工作原理給出了一個完整的概念。圖5.1 三段式電流保護原理接線圖5.2 交流回路展開圖 展開圖中交流回路和直流回路分開表示，分別如圖5.2和圖5.3所示。其特點是每個繼電器的輸出量和輸出量根據(jù)實際動作的回路情況分別畫在途中不同的位置上，但任然用同一個符號標(biāo)注，一邊查對。在展開圖中，繼電器線圈和出點的鏈接盡量暗中故障后的動作連接，自左而右，自上而下的排列。圖5.2 保護交流電流回路圖5.3 直流回路展開圖圖5.3 保護直流回路展開圖6 繼電器的選擇正確選用繼電器的原則應(yīng)該是：繼電器的主要技術(shù)性能，如觸點負(fù)荷，動

16、作時間參數(shù)，機械和電氣壽命等，應(yīng)滿足整機系統(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)濟合理。(1)按使用環(huán)境條件選擇繼電器型號環(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濕度)、低氣壓(使用高度1000米以下可不考慮)、振動和沖擊。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，可按整機的環(huán)境力學(xué)條件或高一級的條件選用。(2)根據(jù)輸入量

17、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其進(jìn)行判斷、考核的參數(shù)，它只是一個工作下限參考值。不少用戶因不了解繼電器動作原理的特殊性，往往把吸合電壓(或電流)錯認(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，這是十分危險也是不允許的。因為吸合值只是保證繼電器可靠動作的最小 輸入量，而繼電器動作后，還需要一個保險量，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)境溫度升高或在機械振動和沖擊條 件下，或輸入回路電流波動和電源電壓降低時，僅靠吸合值

18、是不可能保證可靠工作的。所以選擇繼電器時，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的種類與參數(shù)與被控電路直接連接的觸點是繼電器的接觸系統(tǒng)。國外和國內(nèi)長期實踐證明，約百分之七十以上的故障發(fā)生在觸點上。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)問題是由于用戶的實際負(fù)載要求與繼電器觸點額定負(fù)載不同而引起的。根據(jù)控制要求確定觸點組合形式，如需要的是常開還是常閉觸點或轉(zhuǎn)換觸點；根據(jù)被控回路多少確定觸點的對數(shù)和組數(shù)；根據(jù)負(fù)載性質(zhì)與容量大小確定觸點有關(guān)參數(shù)，如額定電壓、

19、電流與容量，有時還需要考慮對觸點接觸電阻、抖動時間、分布電容等的要求。關(guān)于觸點切換的額定值，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)定的動作次數(shù)內(nèi)，在定的電壓和頻率下，觸點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)主要是指輸入信號對線圈的作用狀態(tài)。繼電器線圈的設(shè)計是對應(yīng)于不同的輸入信號狀態(tài)的，有長期連續(xù)作用的信號，有短期重復(fù)工作(脈沖)信號。連續(xù)工作是指線圈能連續(xù)地承受工作信號的長期作用。對脈沖信號還要考慮脈沖頻率、通斷比等。因此，要根據(jù)信號特點選用適合

20、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。在實際切換功率負(fù)載或大功率負(fù)載時，尤其要考慮不宜切換速率過高。一般應(yīng)少于10-20次/min。最大循環(huán)速率為：0.1次/(最大吸合時間最大釋放時間)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態(tài)特性，即吸合時間、釋放時間，由于電流的波動因素造成的抖動，以及觸點碰撞造成的回跳等。7 保護的評價在做繼電保護配置時我們應(yīng)該使配置的結(jié)果滿足繼電保護的基本要求，就是要保證可靠性、選擇性、速動性和靈敏性?？墒沁@四個指標(biāo)在很多情況下是互相矛盾的，因此我們要根據(jù)實際情況讓它們達(dá)到一定的平衡即可。通過設(shè)計過程可以看出，最大運行方式下三相短路的短路電流與最小運行方式下得兩相的短路電流相差很大。按躲過最大運行方式下末端最大短路電流整定的電流速斷保護的動作值很大，最小運行方式下靈敏度不能滿