电力系统继电保护课程设计.docx

电力系统继电保护课程设计电力系统继电保护课程设计 指导教师评语报告（30）总成绩修改（40）平时（30）专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气09x 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 6月 30日1设计原始资料e=115/3kv,xg1=15,xg3=10,l1=50km,l3=40km,lb-c=50km, lc-d=30km, ld-e=20km,线路阻抗0.4/km,krel=1.2,krel=krel=1.15,ib-c.max=300a,ic-d.max=200a,id-cemax=150a,kss=1.5, kre=0.85电路图如图1所示:图1试对线路处进行三段电流保护的设计。2 题目分析与方案设计2.1 题目分析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。2.2 方案设计、短路电流计算在决定保护方式前，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除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时流过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值和保护灵敏度。在需采用电流电压联锁速断保护时，还必须考虑系统的正常运行方式。（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。若要绘制短路电流、电压与距离的关系曲线，每一条线路上的短路点至少要取三点，即线路的始端、中点和末端三点。（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。 的计算选用三相短路或两相短路进行计算均可，因为对保护所取的残余而言，三相短路和两相短路的残余数值相同。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。（4）短路电流列表为了便于整定计算时查考每一点的短路时保护安装处的短路电流，将计算结果列成表格。流过保护安装处的短路电流应考虑后备保护的计算需要，即列出本线路各短路点短路时流过保护安装处的短路电流，还要列出相邻线路各点短路时流过保护安装处的短路电流。、保护方式的考虑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。3 电流保护的分析设计与计算3.1本设计的保护配置3.1.1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。3.1.2后备保护配置过电流保护作为后备保护和远后备保护。3.2短路电流计算3.2.1等效电路的建立由已知可得x=zl （1）其中，z线路单位长度阻抗； l是线路长度。将数据代入公式(1)得xl1=0.450=20() xl3=0.440=16() xb-c=0.450= 20() xc-d=0.430=12() xd-e=0.420=8()经分析可知，最大运行方式即阻抗最小时，如图2所示，则有三台发电机运行，线路全部运行，由题意知,连接在同一母线上，则xs.min=(xg1+xl1) (xg3+xl3)=14.9()其中“”表示取并联的意思，以后不再解释。同理，最小运行方式即阻抗值最大，如图3所示，分析可知在只有g1和l1运行，相应地有xs.min=xg+xl1=35()由此可得等效电路：图2 最大运行方式等效电路图3 最小运行方式等效电路3.2.2保护短路点的选取选取b、c、d、e点为短路点。3.2.3短路电流的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ik= e z =ke zs+zk （2）其中系统等效电源的相电动势；短路点至保护安装处之间的阻抗； 短路类型系数、三相短路取1，两相短路取32。（1）对于保护1，其等值电路图如图2所示：母线e最大运行方式下发生三相短路流过保护1的最大短路电流为保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；ik.e.max=exs.min+ xb-c+ xc-d+xd-e=115/314.9+20+12+8=1.21(ka) （2）对于保护2等值电路图如图2所示，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ik.d.max=exs.min+ xb-c+ xc-d=115/314.9+20+12=1.416(ka)（3）对于保护3等值电路图如图2所示，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ik.c.max=exs.min+ xb-c=115/334.9=1.90(ka)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ik.min= 32 ezs.min +zl (3)其中，系统等效电源的相电动势；保护安装处到系统等效电源之间的阻抗； 短路点到保护安装处之间的阻抗。所以有ie.min=32115/335+20+12+8=0.767(ka)id.min=32115/335+20+12=0.858(ka) ic.min=32115/335+20=1.045(ka)4保护的配合及整定计算4.1主保护的整定计算最小保护范围计算式为 iset.1i=32e.zs.min+z1lmin (4)其中，系统等效电源的相电动势； 短路点至保护安装处之间的阻抗； 线路单位长度的阻抗。（1）对于保护1，其等值电路图如图2所示：母线e最大运行方式下发生三相短路流过保护1的最大短路电流为ik.e.max=exs.min+ xb-c+ xc-d+xd-e=115/314.9+20+12+8=1.21(ka) 相应的速断定值为iset.1i=kreli. ik.e.max=1.21.21=1.45(ka)最小保护范围计算式为iset.1i=32ezs.min+z1lmin （5）lmin=32e iset.1i-zs.max10.4=-68.4(km)即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。（2）对于保护2等值电路图如图2所示，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ik.d.max=exs.min+ xb-c+ xc-d=115/314.9+20+12=1.416(ka)相应的速断定值为iset.2i=kreli.ik.d.max=1.21.416=1.70(ka)最小保护范围为lmin=32e iset.2i-zs.max10.4=-52.9(km) 即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。（3）对于保护3等值电路图如图2所示，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ik.c.max=exs.min+ xbc=115/334.9=1.90(ka)相应的速断定值为iset.3i=kreli. ik.c.max=1.21.90=2.28(ka)最小保护范围为lmin=32e iset.3i-zs.max10.4=-24.45(km)即3处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。动作电流(ka)最小保护范围(km)是否适用电流速断保护bc段保护32.28-68.4否cd段保护21.70-52.9否de段保护11.45-24.5否表4.1 电流速断保护整定结果上述计算表明，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。4.2后备保护的整定计算1、限时电流速断的整定iset.2=krel.iset.1i （6）其中，krel可靠系数，取值为1.15。整定保护2的限时电流速断定值为iset.2=krel.iset.1i=1.151.45=1.67(ka)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ik.d.min=32115/335+20+12=0.858(ka) 所以,保护2处的灵敏度系数为ksen= ik.d.min iset.2 =0.8581.67=0.514即不满足ksen1.2的要求。 同理保护3的限时电流速断定值为iset.3 = krel . iset.2i=1.151.70=1.955 (ka)线路末端（即c处）最小运行方式下发生两相短路时的电流为ik.c.min=32115/335+20=1.045(ka) 所以保护3处的灵敏度系数为ksen= ik.c.min iset.3 =1.0451.955=0.535也不满足ksen1.2的要求。可见，由于运行方式变化太大，2、3处的限时电流速断的灵敏度远不能满足要求。（4）过电流整定值计算公式为 isetiii=kreliiikssil.maxkre （7）其中, kreliii可靠系数，取值为1.15；kss可靠系数，取值为1.5； kre可靠系数，取值为0.85.所以iset.1iii=1.151.50.85 150=304.5 (a) 同理得iset.2iii= 2.03200=406(a)iset.3iii= 2.03300=609(a)假设母线e过电流保护动作时限为0.5s，保护的动作时间为t1iii=0.5+0.5=1(s)t2iii=t1iii+0.5=1.5(s)t3iii=t2iii+0.5=2(s) 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ik.min= 32 ezs.min +zl （8）所以有灵敏度公式ksen= ik.min isetiii 可知，保护1作为近后备保护的灵敏度应为ksen.1iii=ik.e.miniset.1iii=766.7304.5=2.521.5满足近后备保护的要求；保护2作为远后备保护的灵敏度为ksen.2iii=ik.e.miniset.2iii=766.7406=1.891.2满足作为远后备保护的要求保护3作为远后备保护的灵敏度为ksen.3iii=ik.e.miniset.3iii=858609=1.411.2满足作为远后备保护灵敏度的要求。对于保护4:假设短路点在l3上，电路图如图4所示图4母线f的最大短路电流:ik.f.max=exg3=115310=6.63(ka)所以，保护4的一段保护电流:iset.4i=1.26.63=7.97(ka)母线f的最小短路电流:ik.f.min=32ezs.min=5.75（ka）所以，保护4的二段保护电流按灵敏度要求整定:ksen=ik.f.miniset.2ii1.2所以，保护4的二段保护电流:iset.4ii=4.791对于保护8: 假设短路点在l1上，电路图如图5所示图5母线a的最大短路电流:ik.a.max=exg3=115315=4.42(ka)所以，保护8的一段保护电流:iset.8i=1.24.42=5.31(ka)母线a的最小短路电流:ik.a.min=32ezsmin=3.82（ka）所以，保护8的二段保护电流按灵敏度要求整定:ksen=ik.f.miniset.2ii1.2，所以，保护8的二段保护电流:iset.8ii=3.189（ka）对于保护5，分两种情况： 假设短路点在b-c上，等效电路如图2所示：保护5与保护3配合，完成对线路的保护。母线b最大运行方式下发生三相短路流过保护5的最大短路电流为 ik.b.max=exs.max=4.46（ka）相应的电流速断整定值为iset.5=krelik.b.max=1.24.46=5.35（ka）保护5所对应的分支系数为kb=xg1+xg3+xl1+xl3xg1+xl1=1.74保护5对应的限时电流速断整定值为iset.5=krelkbiset.3=1.5（ka）为保证保护8不误动，则iset.8iset.5，iset.5max=5.35线路末端（即b处）最小运行方式下发生两相短路时的电流为ik.b.min=32115326=2.21（ka）保护5处的灵敏度系数为kset.5=ik.b.miniset.5=2.211.5=1.461.2即满足作为远后备保护的要求。 假设短路点在a-b上，等效电路如图6所示：、图6保护5与保护8配合，完成对线路的保护。母线b最大运行方式下发生三相短路流过保护5的最大短路电流为ik.b.max=exg3+xl3=115310+16=2.55（ka）相应的电流速断整定值为iset.5=krelik.b.max=1.22.55=3.06（ka）母线a最大运行方式下发生三相短路流过保护8的最大短路电流为ik.a.max=exg3+xl1+xl3=115310+16+20=1.44（ka）保护8的电流速断整定值为iset.8=krelik.a.max=1.21.44=1.728（ka）保护5对应的限时电流速断整定值为iset.5=kreliset.8=1.151.728=1.99（ka）线路末端（即a处）最小运行方式下发生两相短路时的电流为ik.a.min=32115310+16+20=1.25（ka）保护5处的灵敏度系数为kset.5=ik.a.miniset.5=1,.991.25=1.5921.2即满足作为远后备保护的要求。对于保护5，综合两种情况，应按照iset.5=5.35ka, iset.5=1.99ka整定。对于保护9（1）保护9与保护3配合,假设短路点在b-c上,电路图如图2所示。 三相短路时的最大短路电流：ik.b.max =ezs.min=115314.9=4.46(ka) 保护9的一段整定电流：iset.9i=kreliik.9.max=5.35(ka)分支系数：kb=xg1+xg3+xl1+xl3xg1+xl3=10+16+15+2010+16=2.34保护9的二段整定电流：iset.9ii=kreliikbiset.3i=1.152.342.28=1.12(ka)为了防止保护4误动则iset.4iiset.9i,iset.9iimax=5.35(ka)最小运行方式下两相短路电流：ik.b.min=32115335=1.64(ka)保护9的灵敏度校验：kset.9ii=ik.b.miniset.9ii=1.641.12=1.461.2满足要求，所以保护9可以做保护3的远后备保护。 （2）保护9与保护4配合，假设短路点在b-f上，电路图如图7所示。图7三相短路时的最大短路电流：ik.b.max=exg1+xl1=115315+20=1.897(ka)保护9的一段整定电流：iset.9i=kreliik.9.max=2.276(ka)保护4的最大运行方式下的三相短路电流：ik.4.max=exg1+xl1+xl3=115315+20+16=1.30(ka)保护4的一段整定电流：iset.4i=kreliik.4.max=1.56(ka)保护9的二段整定电流：iset.9ii=kreliiiset.4i=1.7949(ka)由两种情况可知，一段整定按第一种情况整定，二段保护按第二种情况整定。5继电保护设备的选择5.1互感器的选择根据计算得出各段的最大短路电流：ik.e.max=1.21(ka) ik.d.max=1.416(ka)ik.c.max=1.90(ka)由此可以选择相应的电流互感器。5.2继电器（或微机保护装置、测控保护单元）的选择根据最大短路电流进而计算出继电器的整定电流和整定时间：(1)速断保护整定电流：iset.1i=1.45(ka)iset.2i=1.70(ka)iset.3i=2.28(ka) (2)过电流保护整定电流： iset.2=1.67(ka) iset.3=1.955(ka) (3)限时过电流保护整定电流和整定时间：iset.1iii=2.03 150=304.5 (a) 同理得iset.2iii= 2.03200=406(a)iset.3iii= 2.03300=609(a)t1iii=0.5+0.5=1(s)t2iii=t1iii+0.5=1.5(s)t3iii=t2iii+0.5=2(s)根据以上计算参数就可以选择合适的继电器设备。6.二次展开原理图的绘制6.1保护测量电路y,d11接线变压器差动保护的三相原理接线图如图3所示，对图3说明以下两点：(1) 该图所示是主变压器差动保护装置的三相原理图，电流互感器装设在断路器与母线之间，这样可以扩大保护范围。而习惯上将差动保护装置的电流互感器绘于断路器与变压器之间。(2) 当y形接线的电流互感器二次侧的中性点接地后，形接线的电流互感器二次侧任何一相都不允许再接地。否则，将引起y形接线的电流互感器二次侧一相被旁路，使差动保护装置误动作。 图8 三段式电流保护原理接线图图9 保护交流电流回路 图10 保护直流回路展开图结 论在做继电保护配置时