KV电力线路继电保护初步设计.docx

工厂供电课程设计任务书完成期限： 2016 年 1 月 4 日开始至 2016 年 1 月 8 日题目：10KV电力线路继电保护初步设计一. 原始资料：某10kv电力线路，如图所示。已知TA1的变流比Ki(1)为160/5A，TA2的变流比Ki(2)为100/5A。WL1和WL2的过电流保护均采用两相两继电器式接线，继电器均为GL-21/5型。今KA1已经整定，其动作电流IOP(1)为8A，10倍动作电流的动作时间t(1)为1.4S。WL2的计算电流IL,max(2)为75A，WL2首端的I(3)K2为910A,其末端的I(3)K3为400A。试整定KA2的动作电流和动作时间，并校验其灵敏度。(计算时取：继电器返回系数Kre为0.8，可靠系数Krel为1.3，结线系数Kw为1，时限级差为t=0.7S。)二. 设计主要内容：（1）系统概况说明；（2）确定继电保护方案；（3）计算步骤与结果；（4）接线原理图；（5）选择主要电气设备并上网找出相应型号；（6）设计总结。三. 必须完成的图：系统原理图。过电流继电器实现两级保护原理电路如图(a)所示。图中TA1和TA2分别为上下两级线路的电流互感器。(a)(b)(c)两级保护一次系统和整定说明两级保护有：上一级为定时限电流保护，下一级为反时限电流保护。 上、下两级均为反时限电流保护。两级保护无论采取何种方式，两级保护的时限均要有时限级差，对于定时限过电流保护，可取时间级差为t=0.5S；对于反时限过电流保护，可取时间级差为t=0.7S。如图 (b)、(c)所示。定时限过电流保护的动作时间，利用时间继电器来整定。反时限过电流保护的动作时间，由于GL感应式电流继电器的时限调节机构是按10倍动作电流的动作时间来标度的，因此要根据前后两级保护的GL感应式电流继电器的动作特性曲线来整定。动作特性曲线是按所选型号给出来确定的。摘 要电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等五个环节组成的。在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的，电气故障的发生是不可避免的。由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。本文10kV供电继电保护设置方案如下：相间故障保护采用远后备方式、两段式电流保护、瞬时限流速断保护、延时限流速断保护、过流保护；接地保护采用零序电流保护方式；10kV配电线路采用后加速的三相一次重合闸；10kV线路装设两段式电流保护，不带时限的电流速断保护和带时限的过流保护；对于连接发电厂母线和10kV的单回线，装设带方向或不带方向的电流速断保护和过流保护。对于10kV不宜解列的线路，采用纵差、横差等保护。10kV供电系统中变压器的低压侧装设短路保护和过负荷保护。短路保护作为保护母线、变压器干线的主保护, 并作为配电线路的后备保护。10kV继电保护装置的运行维护是电力系统的一个重要部分，它能否安全、稳定、可靠地运行，直接关系到整个系统的正常运行。关键词：10kV继电器；继电保护装置；运行维护一、设计方案总论1.10KV供电系统在电力系统中的重要位置 电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等五个环节组成的。在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不可避免的。由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。例如，当系统中的某工矿企业的设备发生短路事故时，由于短路电流的热效应和电动力效应，往往造成电气设备或电气线路的致命损坏还有可能严重到使系统的稳定运行遭到破坏；当10KV不接地系统中的某处发生一相接地时，就会造成接地相的电压降低，其他两相的电压升高，常此运行就可能使系统中的绝缘遭受损坏，也有进一步发展为事故的可能。 10KV供电系统是电力系统的一部分。它能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常的运行。因此要全面地理解和执行地区电业部门的有关标准和规程以及相应的国家标准和规范。 由于10KV系统中包含着一次系统和二次系统。又由于一次系统比较简单、更为直观，在考虑和设置上较为容易；而二次系统相对较为复杂，并且二次系统包括了大量的继电保护装置、自动装置和二次回路。所谓继电保护装置就是在供电系统中用来对一次系统进行监视、测量、控制和保护，由继电器来组成的一套专门的自动装置。为了确保10KV供电系统的正常运行，必须正确的设置继电保护装置。 2.10KV系统中应配置的继电保护 按照工厂企业10KV供电系统的设计规范要求，在10KV的供电线路、配电变压器和分段母线上一般应设置以下保护装置： （1）10KV线路应配置的继电保护 10KV线路一般均应装设过电流保护。当过电流保护的时限不大于0.5s0.7s,并没有保护配合上的要求时，可不装设电流速断保护；自重要的变配电所引出的线路应装设瞬时电流速断保护。当瞬时电流速断保护不能满足选择性动作时，应装设略带时限的电流速断保护。 （2）10KV配电变压器应配置的继电保护 1）当配电变压器容量小于400KVA时：一般采用高压熔断器保护； 2）当配电变压器容量为400630KVA，高压侧采用断路器时，应装设过电流保护，而当过流保护时限大于0.5s时，还应装设电流速断保护；对于车间内油浸式配电变压器还应装设气体保护； 3）当配电变压器容量为800KVA及以上时，应装设过电流保护，而当过流保护时限大于0.5s时，还应装设电流速断保护；对于油浸式配电变压器还应装设气体保护；另外尚应装设温度保护。 （3）10KV分段母线应配置的继电保护 对于不并列运行的分段母线,应装设电流速断保护，但仅在断路器合闸的瞬间投入，合闸后自动解除；另外应装设过电流保护。如采用的是反时限过电流保护时，其瞬动部分应解除；对于负荷等级较低的配电所可不装设保护。 3.10KV系统中继电保护的配置现状 目前，一般企业高压供电系统中均为10KV系统。除早期建设的10KV系统中，较多采用的是直流操作的定时限过电流保护和瞬时电流速断保护外，近些年来飞速建设的电网上一般均采用了环网或手车式高压开关柜，继电保护方式多为交流操作的反时限过电流保护装置。很多重要企业为双路10KV电源、高压母线分段但不联络或虽能联络但不能自动投入。在系统供电的可靠性、故障响应的灵敏性、保护动作的选择性、切除故障的快速性以及运行方式的灵活性、运行人员的熟练性上都存在着一些急待解决的问题。 4.10KV供电系统的几种运行状况 （1）供电系统的正常运行 这种状况系指系统中各种设备或线路均在其额定状态下进行工作；各种信号、指示和仪表均工作在允许范围内的运行状况； （2）供电系统的故障 这种状况系指某些设备或线路出现了危及其本身或系统的安全运行，并有可能使事态进一步扩大的运行状况； （3）供电系统的异常运行 这种状况系指系统的正常运行遭到了破坏，但尚未构成故障时的运行状况。 2.10KV供电系统继电保护装置的任务 （1）在供电系统中运行正常时，它应能完整地、安全地监视各种设备的运行状况，为值班人员提供可靠的运行依据； （2）如供电系统中发生故障时，它应能自动地、迅速地、有选择性地切除故障部分，保证非故障部分继续运行； （3）当供电系统中出现异常运行工作状况时，它应能及时地、准确地发出信号或警报，通知值班人员尽快做出处理； 不难看出，在10KV系统中装设继电保护装置的主要作用是通过缩小事故范围或预报事故的发生，来达到提高系统运行的可靠性，并最大限度地保证供电的安全和不间断。 可以想象，在10KV系统中利用熔断器去完成上述任务是不能满足要求的。因为熔断器的安秒特性不甚完善，熄灭高压电路中强烈电弧的能力不足，甚至有使故障进一步扩大的可能；同时还延长了停电的历时。只有采用继电保护装置才是最完美的措施。因此，在10KV系统中的继电保护装置就成了供电系统能否安全可靠运行的不可缺少的重要组成部分。 5.对继电保护装置的基本要求 对继电保护装置的基本要求有四点：即选择性、灵敏性、速动性和可靠性 （1）选择性 当供电系统中发生故障时，继电保护装置应能有选择性地将故障部分切除。也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器，以保证系统中其它非故障部分能继续正常运行。系统中的继电保护装置能满足上述要求的，就称为有选择性；否则就称为没有选择性。 主保护和后备保护： 10KV供电系统中的电气设备和线路应装设短路故障保护。短路故障保护应有主保护、后备保护，必要时可增设辅助保护。 当在系统中的同一地点或不同地点装有两套保护时，其中有一套动作比较快，而另一套动作比较慢，动作比较快的就称为主保护；而动作比较慢的就称为后备保护。即：为满足系统稳定和设备的要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护，就称为主保护；当主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，就称为后备保护。 后备保护不应理解为次要保护，它同样是重要的。后备保护不仅可以起到当主保护应该动作而未动作时的后备，还可以起到当主保护虽已动作但最终未能达到切除故障部分的作用。除此之外，它还有另外的意义。为了使快速动作的主保护实现选择性，从而就造成了主保护不能保护线路的全长,而只能保护线路的一部分。也就是说，出现了保护的死区。这一死区就必须利用后备保护来弥补不可。 近后备和远后备： 当主保护或断路器拒动时，由相临设备或线路的保护来实现的后备称为远后备保护；由本级电气设备或线路的另一套保护实现后备的保护，就叫近后备保护； 辅助保护： 为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护，称为辅助保护。 （2）灵敏性 灵敏性系指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力。在保护装置的保护范围内，不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样，保护装置均不应产生拒绝动作；但在保护区外发生故障时,又不应该产生错误动作。保护装置灵敏与否，一般用灵敏系数来衡量。保护装置的灵敏系数应根据不利的运行方式和故障类型进行计算。灵敏系数越高，则反映轻微故障的能力越强。各类保护装置灵敏系数的大小，根据保护装置的不同而不尽相同。（3）速动性 速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障。缩短切除故障的时间，就可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度，加快系统电压的恢复，从而为电气设备的自启动创造了有利条件，同时还提高了发电机并列运行的稳定性。 所谓故障的切除时间是指保护装置的动作时间与断路器的跳闸时间之和。由于断路器一经选定，其跳闸时间就已确定，目前我国生产的断路器跳闸时间均在0.02S以下。所以实现速动性的关键是选用的保护装置应能快速动作。 （4）可靠性 保护装置应能正确的动作，并随时处于准备状态。如不能满足可靠性的要求，保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性，则要求保护装置的设计原理、整定计算、安装调试要正确无误；同时要求组成保护装置的各元件的质量要可靠、运行维护要得当、系统应尽可能的简化有效，以提高保护的可靠性。 4.继电保护的基本原理 （1）电力系统故障的特点 电力系统中的故障种类很多，但最为常见、危害最大的应属各种类型的短路事故。一旦出现短路故障，就会伴随其产生三大特点。即：电流将急剧增大、电压将急剧下降、电压与电流之间的相位角将发生变化。 （2）继电保护的类型 在电力系统中以上述物理量的变化为基础，利用正常运行和故障时各物理量的差别就可以构成各种不同原理和类型的继电保护装置。如： 反映电流变化的电流保护，有定时限过电流保护、反时限过电流保护、电流速断保护、过负荷保护和零序电流保护等； 反映电压变化的电压保护，有过电压保护和低电压保护；既反映电流的变化又反映电压与电流之间相位角变化的方向过电流保护； 反映电压与电流之间比值，也就是反映短路点到保护安装处阻抗的距离保护；反映输入电流与输出电流之差的差动保护，其中又分为横联差动和纵联差动保护； 用于反映系统中频率变化的周波保护； 专门用于反映变压器内部故障的气体保护（即瓦斯保护），其中又分为轻瓦斯和重瓦斯保护； 专门用于反映变压器温度变化的温度保护等。 另外，10KV系统中一般可在进线处装设电流保护；在配电变压器的高压侧装设电流保护、温度保护（油浸变压器根据其容量大小尚应考虑装设气体保护）；高压母线分段处应根据具体情况装设电流保护等。二、10kv电力线路继电保护整定计算1. 整定2KA的动作电流 : 可靠系数 取1.3； ：接线系数 取1； : 继电器返回系数 取0.8； ：电流互感器的变比 100/5； ： 自启动系数 取2；则有： 故继电器2KA的动作电流整定为4.5A；2. 整定2KA的动作时间先确定1KA的实际动作时间，由，K1点短路时流过1KA的电流为故对1KA的动作电流倍数为故对 利用=3.6和1KA整流时限1.4s，查GL-21/5型继电器的动作特性曲线，得出1KA的实际动作时间为=6s由此可知2KA的实际动作时间为 现确定2KA 10倍动作电流的动作时间，由点发生三相短路时，2KA中的电流为 故对2KA的动作电流倍数为 利用和2KA的实际动作时限，查GL-21/5 型继电器动作曲线可得2KA的10倍动作时间。3. 2KA的灵敏系数校验2KA所保护的线路末端点的两相短路电流为其最小短路电流保护2的2KA的灵敏系数为由此可见，2KA整定的动作电流满足保护灵敏度要求。三、设计原理图1. 10kv线路过电流保护原理图图（1) 10kv线路过电流保护原理图1-断路器； 2-电流互感器； 3,4-电流继电器； 5-时间继电器； 6-信号继电器； 7-保护出口中间继电器； 8-断路器辅助触点； 9-跳闸线图 从图中可以看出，整套保护装置由五只继电器组成，电流继电器3，4的线圈接于A，C两相电流互感器的二次线圈回路中，即两相两继电器式接线。当发生三相短路或任意两相短路时，流过继电器的电流超过整定值，其常开触点闭合，接通了时间继电器5的线圈回路，直流电源电压加在时间继电器5的线圈上，使其启动，经过一定延时后其延时触点闭合，接通信号继电器6和保护出口中间继电器7的线圈回路，二继电器同时启动，信号继电器6触点闭合，发出10KV过流保护动作信号并自保持，中间继电器7启动后把断路器的辅助触点8和跳闸线圈9二者串联接到直流电源中，跳闸线圈9通电，跳闸电磁铁励磁，脱扣机构动作，使断路器跳闸，切断故障电路，断路器1跳闸后，辅助触点8分开，切断跳闸回路。 2. 展开接线图图（2） 展开接线图QS-隔离开关； QF-断路器； 1TA，2TA-电流互感器；1KA，2KA-电流继电器；KT-时间继电器； KS-信号继电器； KM-保护出口中间继电器； YR-跳闸线圈； 根据图（2）所示的原理接线图绘制的展开接线图。左侧是保护回路展开图，右侧是示意图。从中可以看出，展开接线图由交流电流回路，直流操作回路和信号回路三部分组成。交流电流回路由电流互感器1LH的二次绕组供电，电流互感器仅装在A，C两相上，其二次绕组各接入一个电流继电器线圈，然后用一根公共线引回构成不完全心形接线。4、 电流继电器的选型 DL-30系列电流继电器用于电机保护、变压器保护和输电线的过负荷和短路保护线路中，作为起动元件。继电器系电磁式，瞬时动作，磁系统有两个线圈，线圈出头接在底座端子上，用户可以根据需要串并联，因而可使继电器整定变化一倍。继电器名牌的刻度值及额定值对于电流继电器是线圈串联的(以安培为单位)转动刻度盘上的指针、以改变游丝的反作用力矩，从而可以改变继电器的动作值。继电器的动作：电流升至整定值或大于整定值时，继电器就动作，动合触点闭合，动断触点断开。当电流降低到0.8倍整定值时，继电器就返回，动合触点断开，动断触点闭合。触点的数量，见下表。电流继电器各型号及其数据参数继电器条件要求：1.按整定值的范围来分：每整定值的动作误差不大于6。2.继电器刻度极限误差不大于6%。3.动作值的变差不大于6%4.对于DL-31、32、33、34电流继电器的返回系数不小于0.8，最大整定电流为200A的不小于0.7。5.动作时间 在1.1倍动作值时，动作时间不大于0.12s；在2倍动作值，动作时间不大于0.04s。6.过电流能力：线圈串联，从整定值均匀地上升至表中所列的最大电流时，继电器不应有使得动合触点不工作的振动。经五次后，继电器仍能满足本技术条件的要求。7.过电流：继电器当加1.75倍整定值或更高时继电器的动合触点应无抖动地闭合。8.当无外来的碰撞和振动时，继电器的各整定(第一点除外)位置上的工作电流为0.6整定值时，其动断触点应可靠地闭合电路。9.在动作和返回电流下：继电器的可动系统不应当停滞在中间位置。10. 当周围空气的相对湿度不大于85，继电器的电路对外壳(外壳上的非导电金属部分)的绝缘电阻，用500V兆欧表测量应当不小于300M。11.继电器的导电部分对外壳(外壳上的非导电金属部分)的绝缘，能耐受50Hz交流电压2kV历时1min的试验。12. 触点断开容量：当电压不大于250V及电流不大于2A时，触点的断开功率，在具有电感负荷的直流电路(时间常数不大于510-3s)中为50W，在交流电路中为250VA。13.功率消耗 在最小整定值处，继电器的线圈所消耗的功率不超过表中的数据。14.当周围介质度为+40时，继电器在表2和表3所示的长期允许电流，电压下长期工作时，不会有绝缘和其他电气元件的损坏，而线圈的温升不大于65。15.寿命：继电器电寿命500次，机械寿命为5000次。综上所述，按照整定计算结果可知，应选择GL-21/5继电器。5、 总结与体会通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅课本和设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种课程设计?如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢?我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。其次，这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性，只有分工协作才能保证整个项目的有条不絮。另外在课程设计的过程中，当我们碰到不明白的问题时，指导老师总是耐心的讲解，给我们的设计以极大的帮助，使我们获益匪浅。因此非常感谢老师的教导。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习” ，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。设计这种东西需要我们大家一起齐心协力，从平时做的实验、老师上课的举例、书本上的知识以及老师的辅导和其他同学的帮助下终于完成了。应该说这是通过我们小组成员的共同努力和动脑完成的，虽然内容并不是很复杂，但是我们觉得设计的过程相当重要，学到了很多，收获了很多。我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合、相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获。由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。参考文献1 王抒祥. 继电保护M.山西：中国电力出版社，20082 翁双安. 供电工程M.北京：机械工业出版社，20123 孟祥忠. 现代供电技术M.北京：清华大学出版社，20064 刘学军. 继电保护原理M.北京：中国电力出版社，20045 韩天行. 继电保护及自动化装置检验手册M.南京：机械工业出版社，2003