继电保护原理课程设计报告-三段保护的整定设计.doc

继电保护原理课程设计报告继电保护原理课程设计评语：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XXX 姓 名： XXXXXX 学 号： XXXXXXX 指导教师： XXXXXX XXXXXXX自动化与电气工程学院2013 年7月 X日继电保护原理课程设计报告1 设计原始题目1.1 具体题目如下图1所示网络，系统参数为：kV，、，km、km，km，km，km，线路阻抗为，。试对线路L1、L2、L3进行距离保护的设计。图1 网络图1.2 要完成的内容对线路DE的保护1与线路AB的保护9进行三段距离保护的设计。2 设计的课题内容2.1 设计规程由于本课程设计是进行三段保护的整定设计，所以其基本设计规程应首先考虑对继电保护的基本要求。也就是说，本课题所遵循的规程就是首先要满足继电保护的四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。对于距离三段保护，阻抗整定设计就是使保护具有可靠性和选择性，而时限的选取既要保证速动性又要不和选择性有所冲突，而灵敏性校验便是保证其灵敏性。所提到的四个要求是评价和研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾的一面，又要根据被保护元件在电力系统中的作用，使以上四个基本要求再所配置的保护中得到统一。2.2 本设计的保护配置2.2.1 主保护配置配置距离段和距离段作为主保护。2.2.2 后备保护配置配置距离段保护作为后备保护。3 保护的配合及整定计算3.1 保护2的段整定计算3.1.1 阻抗定值线路CD的正序阻抗为整定阻抗为 3.1.2 动作时间整定时限为 （第段动作时间为保护装置固有的动作时限）。3.1.3 灵敏度校验灵敏度为 =853.2 保护2的段整定计算3.2.1 阻抗定值线路DE的正序阻抗为 保护1的段整定阻抗为明显，所以保护2的段整定阻抗为3.2.2 动作时间与相邻保护1的段配合，则 3.2.3 灵敏度校验按本线路末端短路求灵敏系数为 满足要求3.3 保护2的段整定计算3.3.1 阻抗定值按躲开最小负荷阻抗整定 若采用全阻抗特性，则整定值为 3.3.2 动作时间设，则 。3.3.3 灵敏度校验（1） 本线路末端短路（作为近后备）时的灵敏度系数为，满足要求。（2） 相邻线路末端短路（作为远后备）时的灵敏度系数为，满足要求。3.4 保护9的段整定计算3.4.1 阻抗定值AB线路的正序阻抗为 整定阻抗为 3.4.2 动作时间（第段动作时间为保护装置固有的动作时限）。3.4.3 灵敏度校验=853.5 保护9的段整定计算3.5.1 阻抗定值线路BC的正序阻抗为 保护3的段整定阻抗为 而 现在来求，为保护3的段末端发生短路时对保护9而言的最小分支系数。求最小分支系数的等值电路如下图2：图2 求的等值电路3.5.2 动作时间与相邻保护3的段配合，则 3.5.3 灵敏度校验按本线路末端短路求灵敏度系数为3.6 保护9的段整定计算3.6.1 阻抗定值按与相邻下级线路距离保护段配合整定，则段的整定阻抗为，其中。下面求：则 所以 3.6.2 动作时间由于已设，则3.6.3 灵敏度校验（1）本线路末端短路（作为近后备）时的灵敏系数为，满足作为近后备的要求。（2）相邻元件末端短路（作为远后备）时的灵敏度系数为，满足作为远后备的要求。4 继电保护主要设备的选择4.1 互感器的选择互感器是按比例变换电压或电流的设备。电流互感器作用是将交流大电流变成小电流（1A或5A），供电给测量仪表和继电保护装置的电流线圈；电压互感器的作用是将交流高电压变成低电压（100V或V），供电给测量仪表和继电保护装置的电压线圈，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，即起到电压隔离的作用，以保证人身和设备的安全。4.1.1 电流互感器的选择(1) 一次回路额定电压和电流的选择：电流互感器一次回路额定电压不应低于安装地点的电网额定电压，即；其一次回路额定电流不应小于所在回路的最大持续工作电流，即。(2) 额定二次电流的选择：额定二次电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A。(3)种类和形式的选择：应根据安装地点、安装方式及产品情况选择电流互感器的绝缘结构、安装方式、一次绕组匝数等。对于6-20kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器，一般选择LA、LDZ、LFZ的型号。对于35kV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式流互感器，常采用LCW系列。在有条件时，如回路中有变压器套管、穿墙套管，应尽量采用套管式电流互感器。选用母线式互感器时，应该校核其窗口允许穿过的母线尺寸。(4) 准确级选择：准确级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。例如:装于重要回路(如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和计费的电能表一般采用0.5-1级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级；对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆用1-1.5级的，相应的电流互感器应为0.5-1级。供只需估计电参数仪表的互感器可用3级的。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。所以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，选型号为LCWB6-110W2屋外型电流互感器。4.1.2 电压互感器的选择(1)一次回路额定电压选择电压互感器的一次绕组的额定电压必须与实际承受的电压相符，由于电压互感器接入电网方式的不同，在同一电压等级中，电压互感器一次绕组的额定电压也不尽相同。为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在(1.1-0.9)范围内变动，即满足条件(其中电压互感器一次侧额定电压)。(2)二次回路额定电压的选择电压互感器二次侧额定线间电压为100V，要和所接用的仪表或继电器相适应。(3)电压互感器种类和型式的选择电压互感器的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如：3-20kV屋内配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器；在6-35kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式；110-220kV配电装置当容量和准确级满足要求时宜采用电容式电压互感器，也可采用油浸式；330kV及以上配电装置，宜采用电容式电压互感器。(4)准确级选择电压互感器准确级的选择原则，可参照电流互感器准确级选择。用于继电保护的电压互感器不应低于3级。一般供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。则根据电压等级选型号为为JCC6-110W2的电压互感器。4.2 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。(1)按使用环境条件选择继电器型号环境适应性是继电器可靠性指标之一,使用环境和工作条件的差异，对继电器性能有很大的影响。使用环境条件主要指温度(最大与最小)、湿度(一般指40摄氏度下的最大相对湿度)、低气压(使用高度1000米以下可不考虑)、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。(2)根据输入量选定继电器的输入参数在电磁继电器的输入参数中，与用户密切相关的是线圈的工作电压(或电流)，而吸合电压(或电流) 则是继电器制造厂约束继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数，它只是一个工作下限参考值。不少用户因不了解继电器动作原理的特殊性，往往把吸合电压(或电流)错认为是继电器应可靠工作的电压(或电流)，而把工作电压值取在吸合电压值上，这是十分危险也是不允许的。因为吸合值只是保证继电器可靠动作的最小 输入量，而继电器动作后，还需要一个保险量，以提高维持可靠闭合所需的接触压力、抗环境作用所需的电磁吸力。否则，一旦环境温度升高或在机械振动和冲击条 件下，或输入回路电流波动和电源电压降低时，仅靠吸合值是不可能保证可靠工作的。所以选择继电器时，首先看继电器技术条件规定的额定工作电压是否与整机线 路所能提供的电压相符，绝不能与继电器吸合值相比。(3)根据负载情况选择继电器触点的种类与参数与被控电路直接连接的触点是继电器的接触系统。国外和国内长期实践证明，约百分之七十以上的故障发生在触点上。这除了与继电器本身结构与制造因素密切相关之外，未能正确选用和使用也是重要因素之一。且大多数问题是由于用户的实际负载要求与继电器触点额定负载不同而引起的。根据控制要求确定触点组合形式，如需要的是常开还是常闭触点或转换触点；根据被控回路多少确定触点的对数和组数；根据负载性质与容量大小确定触点有关参数，如额定电压、电流与容量，有时还需要考虑对触点接触电阻、抖动时间、分布电容等的要求。关于触点切换的额定值，电磁继电器一般规定它的性质及大小。它的含义是指在规定的动作次数内，在定的电压和频率下，触点所能切换的电流的大小。这一负载值是由继电器结构要素决定的。为了便于考核比较，一般只规定阻性负载。在实际使用中需要切换其它性质的负载。(4)按工作状态选择继电器继电器的工作状态主要是指输入信号对线圈的作用状态。继电器线圈的设计是对应于不同的输入信号状态的，有长期连续作用的信号，有短期重复工作(脉冲)信号。连续工作是指线圈能连续地承受工作信号的长期作用。对脉冲信号还要考虑脉冲频率、通断比等。因此，要根据信号特点选用适合于不同工作状态的继电器，一般不允许随便使用，特别要注意不能将短期工作状态的继电器使用在连续工作状态，高温工作条件下尤其要注意。在实际切换功率负载或大功率负载时，尤其要考虑不宜切换速率过高。一般应少于10-20次/min。最大循环速率为：0.1次/(最大吸合时间最大释放时间)s。(5)按安装工作位置、安装方式及尺寸、重量的选择继电器工作位置与其结构有关，大多数继电器可在任意位置下工作，但也有部分继电器工作位置有具体的规定。例如普通水银继电器，就规定要直立安装，其偏斜极限不得超过30，否则，由于水银的连接中断将不起继电器作用。继电器除需满足在各种稳态的线路和环境条件下工作的要求外，还必须考虑到各种动态特性，即吸合时间、释放时间，由于电流的波动因素造成的抖动，以及触点碰撞造成的回跳等。5 原理图的绘制5.1 保护测量电路测量部分是距离保护的核心，对它的要求是在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和距离，并与预先设定的保护范围相比较，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。在传统的模拟是距离保护中，实现故障距离测量和比较的电路元件，称为阻抗继电器。具体由阻抗继电器实现的保护测量电路有两种：绝对值比较原理的实现以及相位比较原理的实现(如下图3及图4所示)。这两种测量电路都是模拟式的实现方式，在模拟式距离保护中，绝对值比较原理是以电压比较的形式实现的。与绝对值比较原理的实现方法类似，模拟式保护的相位比较原理也是以电压比较的形式实现的。所不同的是，绝对值比较原理的实现是在绝对值比较电路中比较两个参量的大小，而相位比较原理的实现是在相位比较电路中比较两个参量的相位。图3 绝对值比较原理实现的保护测量电路图4 相位比较原理实现的保护测量电路5.2 保护跳闸电路三段式距离保护的跳闸回路的如下图5所示。图5 三段式距离保护的跳闸回路6 结论本题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。本题配置时将距离、段作为主保护，而将距离段保护作为后备保护。距离保护的整定计算，就是根据被保护电力系统的实际情况，计算出距离段、段和段测量元件的整定阻抗以及段和段的动作延时。距离保护段为无延时的速动段，它应该只反映本线路的故障，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；距离段的整定阻抗应该与相邻线路距离保护的段相配合。为了保证在下级线路上发生故障时，上级线路保护处的保护段不至于越级跳闸，其段的动作范围不应该超出下级保护段的动作范围；距离三段阻抗整定时，可以按与相邻下级线路距离保护或段配合，也可以按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定，还可以按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。由于题设