继电保护课程设计 对已知线路设计三段式电流保护

电力系统继电保护课程设计指导教师评语平时（30）|修改（40） 报告（30）总成绩专 业：电气工程及其自动化班 级：姓 名：学 号：指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院2012年7月7日1设计原始资料1.1具体题目如图 1.1 所示网络，系统参数为 %=115/j3kV, Xg15Q、XG2=10。、X =10。，L = L =60km、L =40km、L =50km、L =30km、L =20km 线路阻抗 0.4。/km，123B-CC - DD - E，Ki =1.2、Kii = Kiii=1.15，I =300A，I =200A，I=150A，K =1.5,relrel relB-C maxC一D maxD一E maxssK =0.85图1.1系统网络图试对线路进行三段电流保护的设计。（说明：本报告将完成对2和9处的保护设计）1.2要完成的内容（1）保护的配置及选择；（2）短路电流计算（系统运行方式的考虑、短路点的考虑、短路类型的考虑）;（3）保护配合及整定计算；（4）保护原理展开图的设计；（5）对保护的评价。2设计要考虑的问题2.1设计规程2.1.1短路电流计算规程在决定保护方式前，必须较详细地计算各短路点短路时，流过有关保护的短路电流， 然后根据计算结果，在满足继电保护和自动装置技术规程和题目给定的要求条件下， 尽可能采用简单的保护方式。其计算步骤及注意事项如下：（1）系统运行方式的考虑需考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式。（2）短路点的考虑求不同保护的整定值和灵敏度时，应注意短路点的选择。（3）短路类型的考虑相间短路保护的整定计算应取系统最大运行方式下三相短路电流，以作动作电流整 定之用；而在系统最小运行方式下计算两相短路电流，以作计算灵敏度之用。若采用电流电压连锁速断保护，系统运行方式应采用正常运行方式下的短路电流和 电压的数值作为整定之用。2.1.2保护方式的选取及整定计算采用什么保护方式，主要视其能否满足规程的要求。能满足要求时，所采用的保护 就可采用；不能满足要求时，就必须采取措施使其符合要求或改用其他保护方式。选用保护方式时，首先考虑采用最简单的保护，以便提高保护的可靠性。当采用简 单保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，则可采用较复杂的保护方式。选用保护方式时，可先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否 满足灵敏性和速动性的要求。当采用的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸来校 正选择性或加速保护动作。当灵敏度不能满足要求时，在满足速动性的前下，可考虑利用保护的相继动作，以 提高保护的灵敏性。在用动作电流、电压或动作时间能保证选择性时，不要采用方向元件以简化保护。后备保护的动作电流必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电流大于 下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度，以保证选择性。2.2本设计的保护配置2.2.1主保护配置选用三段式电流保护，经灵敏度校验可得电流速断保护不能作为主保护。因此，主 保护应选用三段式距离保护。2.2.2后备保护配置过电流保护作为后备保护和远后备保护。3短路电流计算3.1等效电路的建立由已知可得，线路的总阻抗的计算公式为：X = ZL其中，Z 一线路单位长度阻抗；L 一线路长度。所以，将数据代入公式（3.1）可得各段线路的线路阻抗分别为：Xl1 = ZL = 40 x （1 + 47%） x 0.4 = 23.5（。）X l3 = Z x L3 = 0.4 x 40 = 16（。）XBC = Z x Lb c = 0.4 x 50 = 20（。）XCD = Z x LC d = 0.4 x 30 = 12（。）X = Z x L = 0.4 x 20 = 8（。）经分析可知，最大运行方式即阻抗最小时，则有两台发电机运行，线路LL3运 行，由题意知G、 G连接在同一母线上，则3=（X + X ）1X（ + X =） +1 5 2 3 . + ）11= 1 0 （。6） 15.52G 1 L 1G 3 G 3其中，符号“ |”表示并联的意思。同理，最小运行方式即阻抗值最大，分析可知在只有G和L运行，相应地有：11X s = X g1 + X l1 = 15 + 23.5 = 38.5（。）3.2保护短路点的选取选取B、C、D、E点为短路点进行计算。3.3短路电流的计算3.3.1最大方式短路电流计算在最大运行方式下流过保护元件的最大短路电流的公式为：1=k Z Z + Z其中，E中一系统等效电源的相电动势；Z.一短路点至保护安装处之间的阻抗;Z,一保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；K中一短路类型系数、三相短路取1,两 相短路取技。2(1)对于保护2,母线E最大运行方式下发生三相短路流过保护2的最大短路电流 为：kDmax X . + X BC + X cd代入数据得： = E +e + E WO 心 Ismin BC CD(2)对于保护9,母线C在最大运行方式下发生三相短路流过保护9的最大短路电流 为：IkCmax代入数据得:IkCmax X + X=1.88 (k A)Ikmin其中，E中一系统等效电源的相电动势；z l一短路点到保护安装处之间的阻抗。所以带入各点的数据可以计算得到各点的的最小短路电流为:1 Emin 号 X 省 X 38.5 + 20 +12 + 8 = 73(k A)I =己 X X1= 0.82(kA)Dmin 23 38.5 + 2 +12I = W x 空 x 1=.98(k A)Cmin 23 38.5 + 23.3.2最小方式短路电流计算在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的公式为：v3E=甲2 ZSmax + Z LZsma厂保护安装处到系统等效电源之间的阻抗;4保护的配合及整定计算4.1主保护的整定计算4.1.1保护I动作电流的计算最小保护范围计算式为：3 E11 =X甲8612 Z smax + Z1Lmin其中，E中一系统等效电源的相电动势；Zsma短路点至保护安装处之间的阻抗；z - 线路单位长度的正序阻抗。(1) 对于保护2,母线D最大运行方式下发生三相短路流过保护2的最大短路电流为：I D = 1.40( kA)相应的速断定值为：Ii 2 = Ki x ID = 1.2x 1.40 = 1.68(kA)(2) 对于保护9,母线C最大运行方式下发生三相短路流过保护3的最大短路电流为：I C = 1.88( kA)相应的速断定值为：II 3 = Ki XIC= 1.2 X 1.88 = 2.26(kA)所以，以上计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小运行方 式下可能没有保护区。4.1.2保护II段动作电流的计算限时电流速断定值根据如下公式可以计算：In = Kn Ii set r e Is e t其中，K n 一可靠系数，取值为1.15。 rel(1)整定保护2的限时电流速断定值为：Ii = Ki x I 日.2 x 1.8 法 2 .26() rel k.C.max s e t . 2线路末端(即D处)最小运行方式下发生两相短路时的电流为：I 巨E二耳 115 百=0.82(泌)k.D.min 2 X + X + X 238.5 + 20 +12所以保护2处的灵敏度系数:K ii =-k.D.min 082 0.45 1.2的要求。 sen(2)同理保护9的限时电流速断定值为：与保护3的I段相配合分支系数为：K X- + X&3 + X% + X%3 15 +10 + 23.5 +16 2 48b 6 X：3 + X；* 10 +16.保护3的I段电流整定值 为：n Klel1 kCm疽 2.24(kA)保护9的II段电流整定值为：I iiset.9Kire I 1K set.3b1.5 x 2.242.481.35(k A)与保护4的I段相配合 发电机的短路电流值为:115/1 KGmax X + X + X = 23.5 + 皿 16 膏G1 L1 L3保护4的I段电流整定值为：11 Ki I 1.2 x 1.22 1.46(kA) 保护9的II段电流整定值为：顺I ii K ii 11 1.15 x 1.46 1.68(kA)set.9 rel set4比较后取两值较大者：Iii Kii 11 1.15 x 1.46 1.68(KA) set .9 rel set4保护9处的灵敏度系数为：Kii -k. B .min 些0.89 1.30.6满足作为远后备保护灵敏度的要求。保护9作为远后备保护的灵敏度为：K inD.min 082 = 1.33 1.3set.9 I III 0.6set.9满足作为远后备保护灵敏度的要求。5二次展开原理图的绘制5.1保护测量电路展开图中交流回路和直流回路分开表示，分别如图5.1和图5.2所示。其特点是每 个继电器的输出量和输出量根据实际动作的回路情况分别画在途中不同的位置上，但任 然用同一个符号标注，以便查对。在展开图中，继电器线圈和出点的连接尽量按故障后 的动作连接，自左而右，自上而下的排列。交流电流回路图5.1保护交流电流回路图5.2保护跳闸电路+ wc- wc图5.2保护直流回路展开图6继电保护设备的选择6.1电流互感器的选择互感器是按比例变换电压或电电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例 变换成标准低电压（100V）或标准小电流（5A或10A，均指额定值），以便实现测量仪表、 保护设备及自动控制设备的标准化、小型，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表 与继电保护装置等。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。（1）小电流选线装置用零序电流互感器；（2）与DD11/60型继电器配套使用的零序电流互感器；（3）与DL11/0.2型继电器配套使用的零序电流互感器；（4）精度与容量（额定负荷）的关系。国标中规定：“在额定频率及额定负荷下，电流误差，相位差和复合误差不超过上 表所列限值。”所以所选零序电流互感器的容量要与二次回路（装置及回路）阻抗匹配， 才能达到上表精度，如所选容量大时零序电流互感器在使用时将出现正误差，反之则出 现负误差。6.2继电器的选择正确选用继电器的原则应该是：（1）继电器的主要技术性能，如触点负荷，动作时间参数，机械和电气寿命等，应满 足整机系统的要求；（2）继电器的结构型式（包括安装方式）与外形尺寸应能适合使用条件的需要；（3）经济合理。7保护的评价在做继电保护配置时我们应该使配置的结果满足继电保护的基本要求，就是要保证 可靠性、选择性、速动性和灵敏性。可是这四个指标在很多情况下是互相矛盾的，因此 我们要根据实际情况让它们达到一定的平衡即可。通过设计过程可以看出，在运行方式变化很大的110kV多点原系统中，最大运行方 式下三相短路的短路电流与最小运行方式下得两相的短路电流相差很大。按躲过最大运 行方式下末端最大短路电流整定的电流速断保护的动作值很大，最小运行方式下灵敏度 不能满足要求。限时电流速断保护的定值必须与下一级线路电流速断保护的定值相配 合，所以其定值也很大，灵敏度也均不能满足要求。过电流整定按照躲过最大负荷电流 整定，其动作之受运行方式的限制不大，作为近后备和远后备灵敏度都能满足要求，一 般采用受运行方式变化影响很小的距离保护。参考文献1张保会，尹项根.电力系统继电保护M.北京:中国电力出版社,2005. 王永康.继电保护与自动装置M.北京:中国铁道出版社,1986.