继电保护原理课程设计报告.doc

继电保护原理课程设计报告继电保护原理课程设计报告评语：考 勤（10）守 纪（10）设计过程（40）设计报告（30）小组答辩（10）总成绩（100） 专 业：电气工程及其自动化班 级： 电气XXXX 姓 名： XXXXX 学 号： XXXXXXXX 指导教师： XXXX XXXXXX自动化与电气工程学院2013 年7月X日1 设计原始资料1.1 具体题目如下图1.1所示系统中，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，最大开机方式为2台机全开，最小开机方式为两侧只开1台，变压器和可能2台也可能1台运行。参数为：，线路阻抗，线路的阻抗角均为，流过该线路的负荷的功率因数角为，变压器均装有快速差动保护。图1.1 电路原理图1.2 设计任务对保护2、4进行距离保护设计。2 设计内容2.1 保护配置2.1.1主保护配置(1) 距离保护I段距离保护的第I段是无延时的速动段，它应该只反映本段的故障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠不动作。所以其测量元件的整定阻抗，应该按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。则测量元件的整定阻抗为(2.1)式中：(2) 距离保护II段 与相邻线路距离保护I段相配合。为了保证在下级线路上发生故障时，上级保护处的保护II段不至于越级跳闸，其II段的动作范围不应超过下级线路保护I段的动作范围。式中： 与相邻的变压器配合式中：距离保护I段和距离保护II段具有明确的方向性，一般联合工作构成本线路的主保护。2.1.2后备保护配置距离保护第III段为后备保护，包括对本线路I，II段保护的后备，相邻下一级线路保护的远后备和反向母线保护的后备。所以III段通常采用带偏移特性的测量元件，用较大的延时保证选择性。3 短路电流3.1 等效电路的建立图 3.1 最大运行方式等效电路图 3.2 最小运行方式等效电路由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式下各线路未端短路的情况,最小运行方式下各线路未端短路的情况。最大与最小运行方式下等效电路图如图3.1，图3.2所示。3.2 短路电流的计算3.2.1 最大运行方式短路电流计算(1) 最大运行方式如图3.1所示。保护2最大运行方式就是指流过保护2的电流最大即两个发电机共同运行，则式中，为流过保护2的最大短路电流。(2) 最大运行方式如图3.1所示。保护4的最大运行方式就是指流过保护4的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6两个都同时运行的运行方式，则式中，为流过保护3的最大短路电流。3.2.2 最小运行方式短路电流计算(1) 最小运行方式如图3.2所示。保护2的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小即是在G3和G4只有一个工作时运行方式，则式中，为流过保护2的最小短路电流。(2) 最小运行方式如图3.2所示。保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小即是在G3和G4只有一个工作，变压器T3、T4两个中有一个工作时的运行方式，则式中，为流过保护4的最小短路电流。4 保护的配合及整定计算4.1 保护2距离保护的整定4.1.1 保护2距离保护第I段整定(1) 保护2的I段的整定阻抗为式中，为保护2距离的I段的整定阻抗。(2) 动作时限第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。由于保护1的三段整定能够完整的保护，因此，对于保护2只需整定I段速断保护。4.2 保护4距离保护的整定与校验4.2.1 保护4距离保护第I段整定(1) 保护4的I段的整定阻抗为 式中，为保护4距离I段的整定阻抗。(2) 动作时间 第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。4.2.2 保护4距离保护第II段整定(1) 整定阻抗：按下面两个条件选择。 当与相邻下级线路距离保护I段配合时。图4.1 分支系数计算等值电路图由图4.1可得分支系数：式中： 当与相邻变压器的快速保护相配合时，同理可求得：，则有(2) 灵敏度校验满足灵敏度要求。(3) 动作时限与相邻保护2的I段配合，它能同时满足与相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。4.2.3 保护4距离保护第III段整定(1) 整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有式中：则有：(2) 灵敏度校验距离保护III段，既是保护I、II段保护的近后备，又作为相邻下级设备的远后备，灵敏度应分别进行校验。 作为近后备，按本线路末端短路校验，有满足灵敏度要求。 作为远后备，按相邻线路末端短路校验。经分析可得满足灵敏度要求。(3) 动作时限由以上计算得，它能同时满足与相邻线路保护和相邻变压器保护的要求。5 继电保护主要设备选择5.1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1A，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、小型化，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。根据电流互感器安装处的电网电压、最大工作电流和安装地点要求，本次设计选型号为LCWB6-110W2屋外型电流互感器。根据电压等级选型号为YDR-110的电压互感器。5.2 继电器的选择正确选用继电器的原则应该是： 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； 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； 经济合理。所以选择阻抗继电器为本设计的继电器。在距离保护中，阻抗继电器的作用是在系统发生短路故障时，通过测量故障环路上的测量阻抗，并将它与整定阻抗比较，来确定故障所处的区段，在保护范围内部故障时，给出动作信号。6 原理图的绘制6.1 保护测量电路对于动作于跳闸的继电保护功能来说，最为重要的是判断出故障处于规定的保护区内还是保护区外，至于区内或区外的具体位置，一般并不需要确切的知道。可以用两种方法来实现距离保护。一种是首先精确地测量出，然后再将它与事先确定的动作进行比较。当落在动作区之内时，判为区内故障，给出动作信号；当落在动作区之外时，继电器不动作。另一种方法不需要精确的测出，只需间接地判断它是处在动作边界之外还是处在动作边界之内，即可确定继电器动作或不动作。6.1.1 绝对值比较原理的实现 设绝对值比较的一般动作表达式如式所示。绝对值比较式的阻抗元件，既可以用阻抗比较的方式实现，也可以用电压比较的方式实现。该式两端同乘以测量电流，并令，,则绝对值比较的动作条件又可以表示为上式称为电压形式的绝对值比较方程。电路图如图6.1所示。图6.1 绝对值比较的电压形成6.1.2 相位比较原理的实现相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式如式所示，相角表达式的分子、分母同乘以，并令，则相位比较的动作条件又可以表示为上式称为电压形式相位比较方程。电路图如图6.2所示。图6.2 相位比较的电压形成6.2 保护跳闸回路三段式距离保护跳闸回路如图6.3所示。(1) 电压二次回路断线闭锁元件。当电压二次回路断线时，保护会误动作。为防止电压二次回路线断线时保护的误动作，当出现电压二次回路断线时可将距离保护闭锁。(2) 起动元件。被保护线路发生短路时，立即起动保护装置，以判别被保护线路是否发生故障。(3) I、II、III段测量元件。ZI、Zll、ZIII，用来测量故障点到保护安装处阻抗的大小（距离的长短），以判别故障是否发生在保护范围内，决定保护是否动作。图6.3 保护跳闸回路(4) 振荡闭锁元件。振荡闭锁元件是用来防止当电力系统发生振荡时距离保护的误动作。在正常运行或系统发生振荡时，振荡闭锁装置可将保护闭锁；而当系统发生短路故障时，解除闭锁开放保护。所以振荡闭锁元件又可理解为故障开放元件。(5) 时间元件。根据保护间配合的需要，为满足选择性而设的必要延时。正常运行时，起动元件ZI、Zll、ZIII，均不动作，距离保护可靠地不动作。当被保护线路发生故障时，起动元件起动、振荡闭锁元件开放，ZI、Zll、ZIII，测量故障点到保护安装处的阻抗，在保护范围内故障，保护出口跳闸。7 小结本设计是对三段距离保护进行整定设计，与电流保护类似，距离保护装置也采用阶梯延时配合的三段式配置方式。本设计配置时将距离I、II段作为主保护，而将距离III段保护作为后备保护。当距离保护用于双侧电源的电力系统时，为便于配合，一般要求I、II段的测量元件都要具有明确的方向性，即采用具有方向性的测量元件。第III段为后备段，包括对本线段I、II段保护的近后备、相邻下一级线路保护的远后备和反向母线保护的后备，所以第III段通常采用带有偏移特性的测量元件，用较大的延时保证其选择性。本设计选用了三段式距离保护，在保护配置时使配置的结果满足继电保护的基本要求，要求保证可靠性、选择性、速动性和灵敏性。但是这四