電氣工程――繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)

新能源與動力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)專業(yè)班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師2015年7月新能源與動力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱:指導(dǎo)教師(簽名:班級:姓名:學(xué)號:指導(dǎo)教師評語及成績評定表指導(dǎo)教師簽字:年月日目錄1設(shè)計(jì)原始資料.............................................................................................錯誤!未定義書簽。1.1具體題目(11.2要完成的內(nèi)容(12分析要設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容(12.1設(shè)計(jì)規(guī)程(13短路電流(23.1等效電路的建立(23.2短路電流的計(jì)算(23.2.1最大運(yùn)行方式短路電流計(jì)算(23.2.2最小運(yùn)行方式短路電流計(jì)算(33.3主保護(hù)(33.1.1距離保護(hù)的整定計(jì)算(33.1.2動作時(shí)間(43.1.3靈敏度校驗(yàn)(43.4后備保護(hù)的整定計(jì)算(43.4.1阻抗的整定計(jì)算(43.4.2動作時(shí)間(43.4.3靈敏度校驗(yàn)(54繼電保護(hù)設(shè)備選擇(54.1繼電器的選擇(54.1.1按輸入信號不同確定繼電器種類(54.1.2輸入?yún)⒘康倪x定(54.2互感器的選擇(54.2.1電流互感器(64.2.2電壓互感器(65二次展開圖的繪制(65.1保護(hù)測量回路(65.1.1絕對值比較原理的實(shí)現(xiàn)(65.1.2相位比較原理的實(shí)現(xiàn)(75.2保護(hù)測量回路(86總結(jié)(9參考文獻(xiàn)(10繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)11設(shè)計(jì)原始資料1.1具體題目如圖1如下圖所示系統(tǒng)中,發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)-變壓器組方式接入系統(tǒng),最大開機(jī)方式為4臺機(jī)全開,最小開機(jī)方式為兩側(cè)各開1臺機(jī),變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運(yùn)行。參數(shù)為。3115/E=?kV,Ω==12XX2.G21.G2、Ω==10XX2.G41.G4、Ω==12XX1.T42.T1,Ω==28XX0.T40.T2Ω==20XX1.T61.T5、Ω==40XX0.T60.T5,LA-B=60km,LB-C=40km,線路阻抗Z1=Z2=0.4Ω/km,Z0=1.2Ω/km,線路阻抗角均為75°,IA-B.Lmax=IC-B.Lmax=300A,負(fù)荷功率因數(shù)角為30°;KSS=1.2,85.0K=Irel,75.0KIrel=,變壓器均裝有快速差動保護(hù)。T6圖1設(shè)計(jì)參考圖試對3進(jìn)行距離保護(hù)的設(shè)計(jì)。。1.2要完成的內(nèi)容本課程設(shè)計(jì)要完成的內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)對線路3距離保護(hù)的設(shè)計(jì),具體指的是分析課題的內(nèi)容、保護(hù)的配置及整定計(jì)算、繼電保護(hù)設(shè)備選擇、原理圖連線及保護(hù)評價(jià)五部分。2分析要設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容2.1設(shè)計(jì)規(guī)程動作于跳閘的繼電保護(hù),在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求,即可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。所謂安全性,即不發(fā)生誤動作。所謂信賴性,即不發(fā)生拒絕動作。選擇性是指保護(hù)裝置動作時(shí),在可能最小的區(qū)域內(nèi)將故障從電力系統(tǒng)中斷開,最大限度地保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。速動性是指盡可能快的切除故障,以減少設(shè)備及用戶在大短路電流、低電壓下運(yùn)行的時(shí)間,降低設(shè)備的損壞程度,提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。靈敏性指的是對于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。3短路電流3.1等效電路的建立AC圖2最大運(yùn)行方式等效電路AC圖3最小運(yùn)行方式等效電路由于短路電流計(jì)算是電網(wǎng)繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),因此分別考慮最大運(yùn)行方式下各線路未端短路的情況,最小運(yùn)行方式下各線路未端短路的情況。最大與最小運(yùn)行方式下等效電路圖如圖3.1,圖3.2所示。3.2短路電流的計(jì)算3.2.1最大運(yùn)行方式短路電流計(jì)算最大運(yùn)行方式如圖2所示。保護(hù)3最大運(yùn)行方式就是指流過保護(hù)3的電流最大即兩個(gè)發(fā)電機(jī)共同運(yùn)行,則Ω=++++=++++=39.21241210//(161212(//((AB2.T42.G4BC2.T42.G2min.ZXXZXXZskA104.339.213115s.mink.3.max=?==ZEI?式中為流過保護(hù)3的最大短路電流。3.2.2最小運(yùn)行方式短路電流計(jì)算最小運(yùn)行方式如圖3所示。保護(hù)3的最小運(yùn)行方式就是指流過保護(hù)3的電流最小即是在G2只有一個(gè)工作時(shí)運(yùn)行方式,則Ω=+=242.T42.G2s.maxXXZkA19.12416(31152323BCABs.maxk.3.min=+??=++?=ZZZEI?式中,為流過保護(hù)3的最小短路電流。3.3主保護(hù)3.3.1距離保護(hù)的整定計(jì)算(1整定保護(hù)1~4的距離Ⅰ段由題目已知條件計(jì)算可得AB的正序阻抗Ω600.4BA1AB24=?==-LZZ線路BC的正序阻抗16404.0CB1BCΩ=?==-LZZ可得保護(hù)1,2的距離保護(hù)Ⅰ段的整定值Ω=?==?20.42485.0ABΙrelΙ1.2setZKZ保護(hù)3,4的距離保護(hù)Ⅰ段的整定Ω=?==6.131685.0BCIrelIset3,4ZKZ(2整定保護(hù)3的距離保護(hù)Ⅱ段①保護(hù)3接地距離Ⅱ段的分支系數(shù)的計(jì)算由于整個(gè)線路左端只裝有發(fā)電機(jī)G2,右端只裝有發(fā)電機(jī)G4,所以沒有最大,最小分支系數(shù),線路計(jì)算中分支系數(shù)按b.minK=1計(jì)算,在距離Ⅱ段的整定計(jì)算中1b.minK=2.92,在距離Ⅲ段的整定計(jì)算3b.maxK=1.63計(jì)算。②保護(hù)3距離Ⅱ段的整定計(jì)算a當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)Ⅰ段相配合時(shí),得Ω=?+?=?+=27.320.4116(75.033(Iset.2bBCIIrelIIset,ZKZKZb當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí),得Ω=?+?=?+=85.322039.116(75.0(tb.min3BCIIrelIIset.4ZKZKZ比較二者,取整定值較小的一個(gè),所以取Ω=349.32II3set.Z3.3.2動作時(shí)間(1保護(hù)3的I段主保護(hù)動作時(shí)間t3=0(s由于保護(hù)Ⅰ段瞬時(shí)動作,所以保護(hù)1~4距離保護(hù)Ⅰ段的動作時(shí)間它的動作時(shí)限為Ⅰt,是斷路器固有的動作時(shí)間,約為0.5秒。(2保護(hù)3的距離保護(hù)Ⅱ段的動作時(shí)間sttt5.0ΔI1II3=+=3.3.3靈敏度校驗(yàn)(1保護(hù)1~4距離保護(hù)Ⅰ段的靈敏度校驗(yàn)由阻抗整定計(jì)算可得,保護(hù)的Ⅰ段就只能保護(hù)線路全長的80%-85%,所以保護(hù)1~4距離保護(hù)Ⅰ段的靈敏度為0.8-0.85。(2保護(hù)3的距離保護(hù)Ⅱ段的靈敏度校驗(yàn)48.2Ω32.34910.75(31.92(IIset31b.mimABIIrelIIset1=?+=+=ZKZKZ1.251.5131.9248.2ABIIset.1sen>===ZZK則滿足靈敏度的要求3.4后備保護(hù)的整定計(jì)算3.4.1阻抗的整定計(jì)算保護(hù)3距離Ⅲ段的整定計(jì)算距離Ⅲ段的整定阻抗按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定,即Ω=?-????=62.013075(cos15.12.1190.50.83Ⅲset.3Z3.4.2動作時(shí)間(1保護(hù)3距離保護(hù)Ⅲ段的動作時(shí)間,保護(hù)3距離保護(hù)Ⅲ段的動作時(shí)間與相鄰設(shè)備保護(hù)配合,即sttt15.05.0ΔIII1III3=+=+=3.4.3靈敏度校驗(yàn)(2保護(hù)3的距離保護(hù)Ⅲ段的靈敏度校驗(yàn)①作為近后備,本線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù):5.174.91693.1553>===BCIIIset.sen(1ZZK②作為遠(yuǎn)后備,相鄰設(shè)備末端短路時(shí)靈敏系數(shù):2.129.292.3163.11693.155nextb.minBCIII3set.sen(2>=?+=+=ZKZZK綜上計(jì)算,不同短路情況下靈敏度校驗(yàn)都滿足要求。整定計(jì)算匯總?cè)绫?所示。表1.整定計(jì)算匯總整定計(jì)算動作時(shí)間靈敏度校驗(yàn)主保護(hù)Ⅰ段保護(hù)3Ι3.4set?Z=Ω13.6tΙ3=s085.0-8.0不滿足要求Ⅱ段保護(hù)3Ω=349.32IIset.3Z0.5sII3=t2.02sen=K滿足要求后備保護(hù)Ⅲ段保護(hù)3Ω=93.155IIIset.3Zs1III3=t74.9sen(1=K滿足要求29.2sen(2=K滿足要求4繼電保護(hù)設(shè)備選擇4.1繼電器的選擇4.1.1按輸入信號不同確定繼電器種類按輸入信號是電、溫度、時(shí)間、光信號確定選用電磁、溫度、時(shí)間、光電繼電器。4.1.2輸入?yún)⒘康倪x定與用戶密切相關(guān)的輸入量是線圈工作電壓(或電流,而吸合電壓(或電流則是繼電器制造廠控制繼電器靈敏度并對其進(jìn)行判斷、考核的參數(shù)。4.2互感器的選擇互感器分為電流互感器TA和電壓互感器TV,它們既是電力系統(tǒng)中一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)元件,同時(shí)也是一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的隔離元件。4.2.1電流互感器電流互感器種類和型式的選擇在選擇互感器時(shí),應(yīng)根據(jù)安裝地點(diǎn)(如屋內(nèi)、屋外和安裝方式(如穿墻式、支持式、裝入式等選擇相適應(yīng)的類別和型式。選用母線型電流互感器時(shí),應(yīng)注意校核窗口尺寸。4.2.2電壓互感器電壓互感器的種類和型式應(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)和使用條件進(jìn)行選擇,例如:在6-35kV屋內(nèi)配電裝置中,一般采用油浸式或澆注式,110-220kV配電裝置通常采用串級式電磁式電壓互感器;220kV及其以上配電裝置,當(dāng)容量和準(zhǔn)確級滿足要求時(shí),也可采用電容式電壓互感器。5二次展開圖的繪制5.1保護(hù)測量回路對于動作于跳閘的繼電保護(hù)功能來說,最為重要的是判斷出故障處于規(guī)定的保護(hù)區(qū)內(nèi)還是保護(hù)區(qū)外,至于區(qū)內(nèi)或區(qū)外的具體位置,一般并不需要確切的知道?？梢杂脙煞N方法來實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)。一種是首先精確地測量出mZ,然后再將它與事先確定的動作進(jìn)行比較。當(dāng)mZ落在動作區(qū)之內(nèi)時(shí),判為區(qū)內(nèi)故障,給出動作信號;當(dāng)mZ落在動作區(qū)之外時(shí),繼電器不動作。另一種方法不需要精確的測出mZ,只需間接地判斷它是處在動作邊界之外還是處在動作邊界之內(nèi),即可確定繼電器動作或不動作。5.1.1絕對值比較原理的實(shí)現(xiàn)如前所述,絕對值比較的一般動作表達(dá)式如式BAZZ≤所示。絕對值比較式的阻抗元件,既可以用阻抗比較的方式實(shí)現(xiàn),也可以用電壓比較的方式實(shí)現(xiàn)。該式兩端同乘以測量電流mI?,并令mAIZ?=AU?,mBIZ?=BU?。則絕對值比較的動作條件又可以表示為上式稱為電壓形式的絕對值比較方程。電路圖如圖2所示。BAUU??≤繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)TAUR.1/2KIIm..1/2KImIR.UA絕對值比較回路.UBTVT.5.1.2相位比較原理的實(shí)現(xiàn).KUUm圖2絕對值比較的電壓形成-90oarg相位比較原理的阻抗元件動作條件的一般表達(dá)式如式相角表達(dá)式的分子、分母同乘以的動作條件又可以表示為ImZC90oZD所示，，并令I(lǐng)mZCUC，ImZDUD，則相位比較-90argoUCUD90o上式稱為電壓形式相位比較方程。電路圖如圖3所示。7繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)圖3相位比較的電壓形成5.2保護(hù)測量回路三段式距離保護(hù)主要由測量回路、起動回路和邏輯回路三部分組成，如圖4所示。圖4保護(hù)跳閘回路8繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)6總結(jié)(1由于同時(shí)利用了短路時(shí)電壓、電流的變化特征，通過測量故障阻抗來確定故障所處的范圍，保護(hù)區(qū)穩(wěn)定，靈敏度高，動作情況受電網(wǎng)運(yùn)行方式變化的影響小，能夠在多側(cè)電源的高壓及超高壓復(fù)雜電力