（电力系统及其自动化专业论文）日照港供电系统及短线路保护方法的研究.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文日照港供电系统继电保护整定方 法的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究 工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：! i 叠日期： 妒7 多厂 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：二丝 目 期：绝2 三 导师签名：知) 莲勿 日期：加7 t 刁、f5 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题目的和意义 第一章引言 配电系统及工矿企业配电系统是电力系统的末端，通常包括终端线路、降压变 电所及其母线和配电网。因此，其保护通常不太复杂，但由于线路电气距离短，用 电设备种类多，负荷性质复杂，受环境因素影响大等原因，因此如何提高继电保护 的可靠性是需要研究的课题。 山东省日照市日照港动力公司供电网络包括两个6 k v 的供电系统，一个1 0 k v 的供电系统，大量的输配电线路为6 k v 或1 0 k v 的中压短线路( 约o 5 - 3 k m ) ，设计 中电流速断保护作配电线路的主保护。但在被保护线路的范围内这种保护存在死 区，无法对全线路进行保护。另外从电力部门限定的企业总降的保护动作时限来看， 无法满足企业多级中压配电站保护时限级差配合的要求。这种多级时限级差以及定 值的配合不当引起了西港区近年来的多次保护越级跳闸事故，造成了多个变电所停 电数小时，严重影响了港口的正常生产和工作，经济上受封了巨大的损失。因此在 设计上我们提出了采用线路纵差保护来快速切断故障，同时降低整个保护系统的时 限，提高了保护的可靠性。 随着电力事业的飞速发展，电力系统中出现了越来越多的中低压短线路。这些 短线路若采用传统的电流保护或距离保护，在整定值与动作时间上都难以配合。因 此采用纵联差动保护就成为一种必然选择。电流纵差保护由于原理简单、运行可靠、# 动作快速准确且不需要与相邻线路的保护进行配合等诸多优点，使其在短线路保护 中得到广泛应用。 1 2 研究概况 配电网络自动化是在实时情况下，使电业局能够监视、控制、协调和运行配 电系统部分元件或全部元件的一种集成自动化系统。配电自动化的根本目的是保证 配电网络的安全、可靠、经济运行，为用户提供高质量电能。而配电系统的中低压 短线路日益增多，短线路保护运行的安全可靠性无疑是实现配电自动化的关键阿题 之一。 目前国内外1 1 0 k v 线路上广泛采用短线路纵差保护”1 为主保护，然后配置三段 电流保护或三段距离保护为后备保护。国内各大保护厂家研制的微机光纤保护均在 华北电办大学硕士学位论文 不同程度上得到应用，如许继公司骶h 一3 5 型装置、南自厂p s l 6 3 l 型装置、南自 院l f p 一9 0 0 系列装置和四方公司c s l 一1 0 3 光纤保护装置等等。国外a b b 公司的 r e l 5 6 l 和英国的g e c 公司的l f c b l 0 2 1 0 3 型光纤( 微波) 保护装置均已进入中国 市场。 揭阳电网现有一条1 1 0 k v 路源电厂至2 2 0 k v 揭阳变电站的联络线( 长度为 8 0 0 m ) ，采用许继公司霄x h 一3 5 型“1 光纤纵差保护，8 芯单模，通信与保护复用， 通信和保护各用2 芯，另各留2 芯备用，配置分相电流差动主保护和三段相间距离 后备保护，自1 9 9 6 年投产以来经受过数次区外故障无误动情况。 齐齐哈尔电网现有l l o k v 南齐甲乙线、1 l o k y 南商甲乙线、1 l o k v 南龙甲乙线， 采用南自院l f p 9 4 3 型“”光纤纵差保护，8 芯单模。通信与保护复用，通信和保 护各用2 芯，另各留2 芯备用，自投运以来区外故障无误动情况。 1 3 本文所做的工作 针对日照港供电系统事故扩大化的系统短路和保护越级跳闸事故，通过对日照 港东西港区供电系统( 共2 7 个变电所) 运行方式以及所有线路( 共4 0 0 余条出线) 设备的调研、分析，取得系统的技术参数。通过计算系统各供电线路的负荷电流以 及不同运行方式下的短路电流，计算及校核各线路的继电保护定值，根据计算出的 定值与原定值的比较，制定出适合日照港供电系统运行的继电保护整定方案。 对日照港近年典型越级跳闸事故原因进行分析，指出原保护配置的不足，和保 护整定配合存在的问题，提出正确的处理建议。通过对保护整定值的分析，提出保 护整定中应注意的重点事项，从而提高保护正确动作率。 对配电系统短线路保护方法进行研究分析，提出l o k v 配电系统短线路保护配 置可由原来的三段式电流保护作为主保护改为纵联差动保护作为主保护，三段式电 流保护作为后备保护。从而解决了供电企业与工矿企业之间保护定值和时限配合的 矛盾。 2 华北电力大学硕士学位论文 第二章日照港供电系统短路电流和负荷电流计算 供电系统的短路电流、负荷电流计算是进行电气设计，继电保护整定所必不可 少的环节。短路电流计算2 1 就是根据电网的结构以及各元件的参数，对规定的短路 点求出所需的短路电流。负荷电流计算嘲首先要根据负荷特点估算各个线路上的计 算负荷和最大负荷，然后根据线路平均电压计算出各条线路上的负荷电流。 2 1 东西港区供电系统概况 日照港三个供电系统分别是，东港港口站供电系统，包括一个l l o k v 降压站和 1 5 个6 k v 变电站；东港港口二站供电系统，包括一个1 1 0 k v 降压站和5 个6 k v 变电 站；西港供电系统，包括5 个l o k v 变电站。东港区两个1 1 0 k v 降压站i 段都引自 东园港1 支线，h 段都引自兴园港1 支线；西港区供电系统直接由日照供电局黄海 站经西港i 线和西港l l 线供给。各变电所大多是两段分裂运行，t 接方式，短线路 运行方式较多，从而增加了电网结构的复杂性。三个供电系统的各个出线负荷大多 是不同工作性质的电动机( 皮带机，装卸船机，堆取料机，岸桥，门机) ，因不同 电动机内部带有不同种类的电机，增加了系统运行的不稳定性，同时也为负荷电流 计算和保护整定计算增加了难度。三个供电系统的进线和出线都是短线路，进线一 般为l k 卅2 k m ，出线一般为几百米，所以线路始端和末端的短路电流相差不大。 2 2 短路电流计算方案 2 2 1 短路电流计算方法 在继电保护的整定计算中，一般都要考虑电力系统的最大、最小运行方式”1 。最大 运行方式是指在被保护对象末端短路时，系统的等值阻抗最小，通过保护装置的短路电 流为最大的运行方式。最小的运行方式是指在上述同样短路情况下，系统等值阻抗最大， 通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。最大、最小运行方式的选择”，目的是为 了计算通过保护的最大、最小短路电流。其中最大短路电流用于计算电流保护的起动电 流整定值，最小短路电流用于校验保护的灵敏度。同一点短路时，最大运行方式下三相 短路电流最大，最小运行方式下两相短路电流最小。 三相璐蝴：牡盎， 公式( 2 1 ) 华北电力大学硕士学位论文 两相短路电流：砰，= 譬 ( k a ) 电源到短路点的总阻抗：z 主= 0 叼( q ) 公式( 2 2 ) 公式( 2 3 ) 式中：u 。平均电压( k v ) 永电源到短路点的总电阻( q ) * 电源到短路点的总电抗( q ) 本次计算中，采用有名值“计算短路电流，采用的短路电流计算方法属于近似 计算法。在近似计算法中，取各电压等级电网的平均电压为基准电压。其中6 k v 电 压等级的平均电压为6 3 k v ，l o k v 电压等级的平均电压为l o 5 k v 2 2 2 短路电流计算实例 在进行继电保护整定时，短路电流计算是其中的一个重要环节。它不仅决定保 护装置整定值的正确性，也影响到对现在保护的正确评价日照港供电系统继电保 护整定计算的基础工作就是短路电流计算。日照港属于中性点非直接接地系统，因 此整定计算过程中需要进行两相短路电流和三相短路电流的计算。 曰照港三个供电系统简图见附录，下面以矿石l # 变电站为例说明短路电流的计 算过程。图2 1 为矿石l # 变接线简图。 东园港线1 支线 井关台_ 兴园港线1 支线 3 1 s i v b b l 2 o s 图2 1 矿石1 # 变接线简图 系统三种运行方式分别为： 1 、正常运行方式： 4 华北电力大学硕士学位论文 东园港线带# 1 主变运行，港口i i 站母联6 0 0 闭合( 方式1 ) ，5 7 9 l 尉喇 2 、最大运行方式： 兴园港线( 最大短路容量) 带# 2 主变运行，港口站母联6 0 0 闭合( 方式2 ) ， 5 8 2 6 膨啊： 3 、最小运行方式： 兴园港线( 最小短路容量) 带# 2 主变运行，港口站母联6 0 0 闭合( 方式3 ) ， 5 4 7 5 脚。 表2 1 ，表2 2 分别列出了各级线路的短路阻抗。 表2 1 系统短路电抗和各级线路等值电阻、电抗 正常运行方式最大运行方式最小运行方式 港口i i 站系统短路电抗以 o 0 5 0 1 7 7 ( q ) o 0 4 8 0 5 1 ( q ) o 0 8 3 5 5 8 ( q ) 1 # ，2 # 主交等值电抗x r x ，一u d 。移刍：o 1 2 0 5 6 3 2 ：o 1 5 1 8 3 ( q ) 1 墨3 1 5 港口i i 站进线电阻、电抗( 从 i 段进线的电阻和电抗i i 段进线的电阻和电抗 1 l o k y 归算至口饿矿) 震= o 。0 0 3 6 5 5 ( q )震= o 0 0 3 7 1 8 ( q ) x = o 0 0 2 7 8 5 ( q )x = o 0 0 2 8 3 3 ( q ) 矿石l # 变进线电阻、电抗r = 0 1 1 9 1 2 3 ( 0 )x = o 0 9 0 7 6 ( q ( i 段、i i 段进线型号和长度相同) 表2 2 短路回路总阻抗 短路回路的总电阻、总电抗和总阻抗 正常运行方式 咫= r 港口站i 段进线+ r 矿石l 坡l 段进线= o 1 2 2 7 7 8 ( q ) 盖2 = j 素统( 正常) + 义+ 爿r 港口站i 段进线+ 爿矿石l 檀i 县进线= o 2 9 5 5 5 2 ( q ) 乏= o 3 2 0 0 4 ( q ) 最大运行方式 咫= r 港口站l l 段进线+ r 矿石i # 壹i 段进线= o 1 2 2 8 4 0 5 ( o ) 爿= y 系统( 量大) + 墨+ 口n 蛄i 段进线+ y 矿石l 艘i 段进线= o 2 9 3 4 7 4 ( q ) z = o 3 1 8 1 4 6 ( q ) 最小运行方式 咫= r 港口n 站h 巨进线+ r 矿石1 # 熏l 段麟= o 1 2 2 8 4 0 5 ( q ) 工2 = r 系统( 量小) + 砖+ r 港口站i 段迸线+ r 矿石l 坡i 段进绞= o 3 2 8 9 8 l ( q ) z = 0 3 5 1 1 6 7 ( q ) 华北电力大学硕士学位论文 根据2 2 1 短路电流计算方法中所列公式和表2 1 ，表2 2 计算出的短路阻抗 得出表2 3 中所列的矿石l # 变i 段母线( d 点) 在三种运行方式下的短路电流。 表2 3 矿石l # 变电所i 段母线( d 点) 短路电流 矿石l # 变电所i 段母线( d 点) 短路电流 三相短路两相短路 正常运行方式 = 1 1 3 6 5 5 1 3 ( 翩)以2 = 9 8 4 2 5 3 4 ( 削) 最大运行方式 口= 1 1 4 3 3 l 钗黝) 最小运行方式 口= l o 3 5 8 0 7 2 ( 削) ，5 2 = 8 9 7 0 0 9 ( 柏) 2 3 用电设备负荷电流计算方案 本计算中负荷的计算采用需要系数法。需要系数法进行负荷计算时，需将用 电设备按性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率。 港口用电负荷较为复杂，主要由以下三类构成：装卸机械设备用电，辅助生产 及生活设施动力用电( 以下简称辅助动力) 及照明用电，装卸机械设备用电占绝大 部分。除皮带机外的装卸机械设备，如堆取料机、卸船机、门机、岸桥等港口设备 包含多种不同类型的电动机和变压器等，构成比较复杂。根据其实际运行情况，这 些设备的计算电流按照其所带所有同时运行电动机的电流之和进行计算。 2 3 1 负荷电流计算方法 一、用电设备组负荷电流的计算”1 1 、皮带机的计算电流即铭牌上的额定电流，数据由日照港港务局动力公司提 供。 2 、除皮带机外的装卸机械设备，如堆取料机、卸船机、门机、岸桥等港口设 备包含多种不同类型的电动机，计算电流时只计算同时运行电机的电流之和。 ( 1 ) 低压电机( 3 8 0 v 或6 9 0 v ) ： 只= 只 q l = 只留矿 s 1 = 网 必= 2 墨 6 公式( 2 4 ) 公式( 2 5 ) 公式( 2 6 ) 公式( 2 7 ) 华北电力大学硕士学位论文 蚣= 1 0 墨 公式( 2 8 ) 式中： 一个电压等级的设备功率总和，不包括备用设备容量( 册) 只、q 1 、墨一一在计算范围内用电设备组有功、无功、视在功率 伍矿，kv a r ，k 剐) r g 妒与运行功率因数角对应的正切值，值为需要系数表中查出的 运行功率因数角 r ，幺变压器有功损耗似) ，变压器无功损耗伍v a r ) ( 2 ) 高压电机( 6 k v 或1 0 k v ) ：有功功率只，即各高压电机铭牌上的额定容量 由公式( 2 5 ) 可得无功功率q ：。 ( 3 ) 总计： 尸息= 毋+ b + b q 总= q i + q 6 + q 2 = 吃+ q 盎 t i = 盖 公式( 2 9 ) 公式( 2 1 0 ) 公式( 2 一1 1 ) 公式( 2 1 2 ) 式中：以用电设备所连母线上的额定电压( 线电压) 矿) ，计算电流0 ) 下面以矿石1 # 变3 # 堆取料机为例说明负荷电流计算过程，图2 2 为矿石1 # 变 典型出线图。根据上述公式。表2 4 列出矿石l # 变3 # 堆取料机负荷电流的计算过 程和结果。堆取料机内部同时运行的电机有两种，分别是斗轮电机和皮带电机。所 以在计算时只考虑这两种电机。 l 变压嚣i 段电容嚣勰堆取料机 图2 2 矿石1 # 变典型出线 7 华北电力大学硕士学位论文 表2 43 # 堆取料机负荷电流 斗轮电机皮带电机 只= 2 0 0 足f 矿，以= 3 8 0 矿，培妒= o 7 5只= 3 5 量，以= 6 k 矿，g 妒= o 7 5 3 # 堆 q l = 只f g 妒= 2 0 0 o 7 5 = 1 5 0 伍v 盯)q 2 = b 留妒= 3 5 o 7 5 = 2 6 2 5 伍v 缸) 取墨= 2 5 0 僻瑚) 料 变压器有功损耗 机己= 2 墨= o 0 2 2 5 0 = 5 ( 鬈彤) 变压器无功损耗 包= l o 墨= o 1 2 s o = 2 5 伍v a r ) 总计 p 簋= e + 只+ 最= 2 0 0 + 5 + 3 5 = 2 4 0 僻) q _ a = q l + q + q l = 1 5 0 + 2 5 + 2 6 2 5 = 2 0 1 2 5 似v a r ) s = 3 1 3 2 1 1 6 8 9 6 ( 翩啊) 计算电流 厶= 3 0 1 4 0 ) 二、变压器和电容器电流的计算 i | = s ：郇u 公式( 2 一1 3 ) 式中： 筑变压器或电容器的额定容量伍蹦) ( ，。变压器或电容器的额定电压( 线电压)伍矿) 根据上述公式，表2 5 列出矿石1 # 变l # 变压器和i 段电容器额定电流的计算 结果。 表2 5矿石1 # 变l # 变压器和i 段电容器额定电流 1 # 变压器1只= 4 0 0 足删，以= “矿，l = 3 8 4 9 1 1 4 7 l 段电容器i= 3 0 0 x 3 x v 甜，u ，= 繇y ，j 。= 8 6 三、配电干线或车间变电所母线上电流的计算 在计算配电所( 变电所) 母线上的计算电流时，需要先把各段出线( 用电设备) 的计算电流分别按照需要系数折合后，再相加。 l 、出线上( 用电设备) 的计算电流的折合计算 ( 1 ) 皮带机的计算电流： 8 华北电力大学硕士学位论文 ip = l t s l k l l q = lp t g 垂 公式( 2 1 4 ) 公式( 2 1 5 ) 式中：t 皮带杌额定电流0 ) ，皮带机有功电流0 ) ，。皮带机无功电流0 ) c o s 皮带机功率因数，取o 8 6 k ，需要系数它等于用电设备负荷曲线上最大有功负荷p 眦与设 备容量总和之比，联锁的皮带机一般取o 6 5 ，非联锁的取 o 5 o 6 辔与皮带机运行功率因数角对应的正切值 ( 2 ) 除皮带机以外的其它电动机的计算电流计算公式同皮带机，功率因数 c o s 妒根据电动机的性质取o 8 或o 8 s ，需要系数足。一般取o 4 。 ( 3 ) 变压器和电容器的计算电流取额定电流。其功率因数近似按0 ，8 5 计算。 2 、母线上的计算电流 式中：置，有功同期系数，取o 8 无功同期系数，取o 9 j ，母线上的有功电流总和0 ) 如母线上的无功电流总和0 ) 公式( 2 1 6 ) 客 橇 b z p 2 图2 3 矿石l # 变1 段母线各出线 图2 3 所示为矿石l # 变i 段母线各出线，根据上述公式，表2 6 列出矿石l # 交i 段母线各出线计算电流及总电流的计算结果。 9 囊一 2 。堆嚣轼 。堆募鬟一 3 t 堆嚣筑 n n 所曼1 ，蠢i 华北电力大学硕士学位论文 表2 6 矿石l # 变i 段母线各出线计算电流及总电流 额定电流功率因数 需要系数 有功电流无功电流分量 i 段母线 l 0 ) c o s i k l分量l 0 )乇0 ) i 段电容器 一8 6 68 6 6 0 1 t r 所用变 4 8 1 1 3 9o 8 54 0 8 9 6 82 5 3 4 5 5 9 1 # 变压器 3 8 4 9 1 1 4o 8 53 2 7 1 7 2 0 2 7 6 4 6 9 8 9 3 # 堆取料机 3 0 1 4o 8 5o 61 5 3 79 5 2 6 1 # 堆取料机 3 0 1 4o 8 5 0 6 1 5 3 79 5 2 6 2 # 堆取料机 3 0 1 4o 。8 5o 61 5 ，3 79 5 2 6 皮带机b m 卜1 4 7 80 8 60 6 52 6 7 2 0 21 5 8 5 4 8 3 5 6 皮带机阴卜2 4 7 80 8 6o 6 52 6 7 2 0 21 5 8 5 4 8 3 5 6 皮带机删卜3 4 7 8o 8 60 6 52 6 7 2 0 21 5 8 5 4 8 3 5 6 皮带机b h l 5 3 6o 8 60 6 52 9 9 6 2 41 7 7 7 8 6 4 4 皮带机b h 2 4 7 80 8 60 6 52 6 7 2 0 21 5 8 5 4 8 3 5 6 皮带机b j 卜3 3 0 4 0 8 6o 6 51 6 9 9 3 6l o 0 8 3 4 皮带机b j 卜l 3 0 40 8 6o 6 51 6 9 9 3 61 0 0 8 3 4 皮带机b j 卜2 3 0 4 o 8 6o 6 51 6 9 9 3 6 1 0 0 8 3 4 皮带机b z 3 1 5 3 6o 8 6o 6 52 9 9 6 2 41 7 7 7 8 6 4 4 皮带机b z 3 2 5 3 6o 8 6o 6 52 9 9 6 2 41 7 7 7 8 6 4 4 总有功电流分量 = 3 3 0 6 7 0 ) 总无功电流分量 乇= 1 9 8 4 0 ) 总计算电流l = 2 8 0 0 6 0 ) 2 3 2 尖峰电流计算方法 尖峰电流”1 是指单台或多台用电设备持续1 s 左右的最大负荷电流。 一、有多台电机的电动机尖峰电流的计算 尖峰电流只按一台启动电流为最大的电机启动情况来考虑。除皮带机外的装卸 机械设备，如堆取料机、卸船机、门机、岸桥等港口设备包含多种不同类型的电机， 求取尖峰电流时只考虑同时运行电机。 1 、电机额定电流l ( 低压电机折算到高压侧) l2 面面笔而 式中：p 低压电机额定功率 也配电线路额定电压( 线电压) ( k y ) 1 0 公式( 2 一1 7 ) 华北电力大学硕士学位论文 c o s 巧功率因数乘效率，取o 8 2 、启动电流为最大的一台电机的启动电流： i l = x l i t 式中：k 电机的启动电流倍数，取5 5 l 电机的额定电流 3 、除去启动电流最大的一台电机外的线路中计算电流 l j 啼山2i 电一i ： 公式( 2 一1 8 ) 公式( 2 1 9 ) 式中： k 装卸机械设备等港口设备包含的同时运行电机的额定电流总和 0 ) t 启动电流最大的一台电动机的额定电流0 ) 4 、尖峰电流： 0 = + l 忙i ) 公式( 2 2 0 ) 根据上述公式，表2 7 列出矿石l i 变3 # 堆取科机尖峰电流的计算结果。 表2 73 # 堆取料机尖峰电流 斗轮电机皮带电机 3 # 堆取料机 厶= 2 4 0 5 7 ( 4 )l ：= 4 2 1 ( 彳) 除去启动电流最大的一台电 动机( 斗轮电机) 外的配电“1 ) = 仉l + l 2 ) 一l i = 2 4 0 5 7 + 4 2 l 一2 4 0 5 7 = 4 2 1 0 ) 线路中计算电流 启动电流为最大的一台电动 = 1 3 2 3 1 3 0 ) ( 折算到6 髟矿) 机的启动电流 尖峰电流j = + ( 。一1 ) = 1 3 2 1 3 1 3 + 4 2 l = 1 3 6 5 2 3 0 ) 二、单台电动机尖峰电流的计算 i = k f i e 公式( 2 2 1 ) 华北电力大学硕士学位论文 式中： l 电动机额定电流 b 尖蜂电流系数。对电动机而言，勤即是启动电流倍数k 一。对 于皮带机一般取5 5 或6 三、配电干线或车间变电所母线上的尖峰电流计算 各段出线( 用电设备) 的尖峰电流分别按照上述公式计算， 变压器的最大负 荷电流计算中按1 5 倍额定电流考虑。 母线上的尖峰电流按照下式计算： 。lf 。i 一+ k ij b m 公式( 2 2 2 ) 式中：j 尖峰电流为最大的一条出线的尖蜂电流0 ) k 同时系数，一般取o 7 ，“一。) 一一除去尖峰电流最大的一条出线外配电线路所有计算电流总和 0 ) 根据上述公式，表2 8 列出矿石1 # 变i 段母线各出线尖锋电流和母线总尖锋电 流的计算结果。 表2 8 矿石l # 变i 段母线各出线尖锋电流和母线总尖锋电流 1 段母线计算电流l 0 )尖峰电流o0 ) i 段电容器 一8 6 6 0 1 t r 所用变 4 8 1 1 3 9 l # 变压器 3 8 4 9 1 1 4 7 3 # 堆取料机 3 0 1 41 3 6 5 2 3 1 # 堆取料机 3 0 1 41 3 6 5 2 3 2 # 堆取料机 3 0 1 41 3 6 5 2 3 皮带机8 m 卜l 4 7 82 8 2 皮带机叫卜2 4 7 8 2 8 2 皮带机b m 卜3 4 7 82 8 2 皮带机b h l 5 3 63 0 2 8 皮带机阴2 4 7 82 8 2 皮带机b j 卜33 0 4 1 7 9 4 皮带机b j 卜1 3 0 41 7 9 4 皮带机b j 卜2 3 0 41 7 9 4 皮带机b z 3 一l5 3 6 3 0 2 8 皮带机b z 3 2 5 3 63 0 2 8 母线尖锋电流= 6 0 8 5 0 ) 1 2 华北电力大学硕士学位论文 第三章日照港供电系统保护整定计算 3 1 整定计算方案 3 1 1 高压异步电动机保护整定计算 一、瞬时电流速断保护 1 、动作电流 异步电动机的瞬时电流速断保护“町的动作电流应按躲过电动机的启动电流整 定。保护的动作电流计算式为： i m l = k 试k “i ，。 j _ ，= k i 节1 | n 口 公式( 3 1 ) 公式( 3 2 ) 式中：乙，保护装置一次动作电流以) 七。，电动机启动电流倍数 置。可靠系数 l ，电动机额定电流0 ) l ，继电器动作电流0 ) k 。接线系数，当继电器接于相电流时，取l ，当继电器接于两相电 流差时，取1 7 3 疗。电流互感器变比 2 、灵敏性校验 咚k 公式( 3 3 ) 式中：茁璺系统最小运行方式，电动机端子上发生两相短路时，保护装置 的灵敏系数，不应小于2 k 一。两相短路的相对灵敏系数 1 3 华北电力大学硕士学位论文 磴系统最小运行方式，电动机端子上的三相次暂态短路电流 二、过热保护 综合考虑了电动机正序电流、负序电流所产生的热效应，为电动机各种过负荷 引起的过热提供保护2 “，也作为电动机短路的后备保护。 1 、用等效电流来模拟电动机的发热效应m ，即 l q = 扛翮。 公式( 3 4 ) 式中：l 等效电流0 ) 正序电流0 ) 厶负序电流0 ) k 正序电流发热系数，在电动机启动过程中墨= o 5 ，启动完毕蜀= 1 疋负序电流发热系数，叠= 3 1 0 ，可取如= 6 2 、保护装置用热含量来表示电动机的热过程，当热含量达到反映电动机过负 荷能力的时同常数f 时，装置郎跳闸；当热含量达到e f 时，发过热告警信号，其 厂r、2 中，k 为告警系数，取值范围为i 等i 1 5 ( 即使考虑到变压器接线方式也能满足要求) 过电流保护动作时限取o 3 秒。 3 1 3 电容器保护整定计算 一、短延时过流保护2 玎 1 、动作电流 按躲开投入电容器时的冲击电流整定，一般按3 5 倍额定电流整定。 式中：屯，。保护装置一次动作电流0 ) j i 。可靠系数，对微机型取3 5 o 一电容器额定电流“) 屯，继电器动作电流0 ) 置。继电器接线系数 开，电流互感器变比 2 、灵敏性校验： 保护装置的灵敏性系数按照下式计算： 。? l 。d i “ k h2 - 露， 1 8 公式( 3 一1 4 ) 公式( 3 1 5 ) 公式( 3 1 6 ) l k i b k = = 肪 枷 华北电力大学硕士学位论文 式中： h 灵敏性系数，要求k 2 ，。一系统最小运行方式下，保护装置安装处的两相短路电流 3 、短延时过流的整定时限为o 1 0 3 s 二、过电流保护n 7 】 l ，动作电流 i t i l 2k m i i k j 吗等 式中：k ，保护装置一次动作电流0 ) x 。可靠系数，对微机型取l3 一1 5 l 电容器额定电流0 ) 屯，继电器动作电流u ) 置。继电器接线系数 电流互感器变比 2 、灵敏性校验： r 1 1 “m h2 一 掘j 公式( 3 一1 7 ) 公式( 3 一1 8 ) 公式( 3 1 9 ) 式中：h 灵敏性系数，要求h 2 n ，一系统最小运行方式下，保护装置安装处的两相短路电流 3 短延时过流的整定时限为o 3 1s 。 三、过负荷保护1 1 、动作电流 过负荷保护的动作电流按下式计算： i t 2k _ c i i 。| kr k - k 。导 式中：k 保护装置一次动作电流0 ) 1 9 公式( 3 2 0 ) 公式( 3 2 1 ) 华北电力大学硕士学位论文 k 。可靠系数，对微机型取1 0 5 1 1 疋返回系数，取0 8 5 l 电容器额定电流乜) 屯，继电器动作电流0 ) k 。继电器接线系数 肌电流互感器变比 2 一般定时限取9 s 。 四、过电压保护“” 标准规定电容器允许在1 1 倍额定电压下长期运行，1 1 5 倍额定电压运行3 0 分钟，1 2 倍额定电压运行5 分钟，1 3 倍额定电压时延时动作于信号。在实际整定 中，1 2 倍额定电压时5 1 0 s 动作于断路器跳闸，延时跳闸的目的是为了避免瞬时 电压波动引起的误跳闸。 动作电压计算式为： ：笠坠 刀t 公式( 3 2 2 ) 式中：置电容器允许的过电压倍数 以。电容器装置接入母线的额定电压 疗。电压互感器的变比 五、低电压保护“” 该保护的整定值既要保证失压后，电容器尚有残压时能可靠动作，又要防止在 配电系统瞬间电压降低时发生误动作。一般低电压保护的电压继电器动作值可整定 为5 0 6 0 配电网额定电压，带短延时跳闸。在时限上应考虑： l 、同级母线上的其他出线故障时，在故障被切除前不应先跳闸； 2 、当有备用电源自动投入装置时在自动投入合上电源前或在电源线有失电重合 闸时在重合闸前先跳闸 计算式为： = 半 公式( 3 2 3 ) 式中：k 。系统正常运行时可能出现的最低电压系数，一般取o 5 u 。电容器装置接入母线的额定电压 华北电力大学硕士学位论文 疗。电压互感器的变比 六、根据上述公式，矿石1 # 变i 段电容器的保护整定计算过程及结果如下： 参数：额定电压6 k 矿，容量3 3 0 0 k v a r ，额定电流8 6 6 爿，电流互感 器变比为1 5 0 5 。最小运行方式下保护安装处最小短路电流为8 9 7 0 彳。 1 、短延时过流保护；屯，= 如l = 3 8 6 6 = 2 5 9 80 ) 2 等。2 5 9 8 3 0 = 8 6 6 0 ) 灵敏度校验：髟h = 兰；丝= 8 9 7 0 2 5 9 8 = 3 4 5 2 2 l 赶1 短延时过流的整定时限取o 1s 2 、过电流保护：动作电流k i = k l = 1 5 8 6 6 = 1 2 9 9 0 ) 5 k 等。1 2 9 9 3 0 = 4 3 3 0 ) 灵敏度校验：k = 尝= 8 9 7 0 1 2 9 9 = 6 9 0 5 2 届， 过电流的整定时限取o 3 s 。 3 、过负荷保护：气= b l 巧= 1 1 8 6 6 o 8 5 = 1 1 2 1 0 ) r k 2 等2 1 1 2 1 3 0 = 3 7 4 0 ) 动作时限取9 s 。 4 、过电压保护： 过电压动作值取1 2 倍的额定电压。二次动作电压值为1 2 l o o = 1 2 0 。 动作跳闸时间取5 1 0 s 。 5 、低电压保护： 一般低电压保护的电压继电器动作值可整定为5 0 6 0 配电网额定电压， 带短延时跳闸。二次动作电压值为o 5 l o o = 5 0 0 ，) 3 1 4 线路保护整定计算 一、瞬时电流速断保护 1 、动作电流 瞬时电流速断保护1 3 按躲过线路末端短路时的最大三相短路电流整定，若为线 路变压器组，按躲过变压器二次侧短路时的最大三相短路电流整定。动作电流按下 2 l 华北电力大学硕士学位论文 式计算： i h l = k t i 盟。 k i 吨k ，警 公式( 3 2 4 ) 公式( 3 2 5 ) 式中：l 。保护装置一次动作电流0 ) 丘可靠系数，对微机型保护一般取1 3 璎一系统最大运行方式线路末端三相短路时的短路电流0 ) 屯，继电器动作电流0 ) 足。接线系数 珂，电流互感器变比 2 、灵敏系数 灵敏系数按最小运行方式下线路始端两相短路电流来校验，要求 名2 。 ，( 2 也= 警 公式( 3 2 6 ) 式中：屯。保护装置一次动作电流0 ) 焉系统最小运行方式线路始端两相短路电流0 ) 若瞬时电流速断保护不能满足灵敏系数要求，则装设限时电流速断保护。 二、限时电流速断保护 1 、动作电流 限时电流速断保护按躲过相邻元件末端短路时的最大三相短路电流整定或 与相邻元件电流速断保护相配合，保护装置的动作电流按照下式计算： i 。，= k k i 臻。或i k ，= k i ：。 l ：k t k 。 。嘞 式中：k ，保护装置一次动作电流0 ) 丘可靠系数，对微机型取1 3 j ：相邻元件末端短路时的最大三相短路电流0 ) i 。相邻元件的速断保护的一次动作电流0 ) k 。配合系数，一般取1 卜1 2 屯，继电器动作电流0 ) 公式( 3 2 7 ) 公式( 3 2 8 ) 华北电力大学硕士学位论文 足。继电器接线系数 n ，电流互感器变比 2 、灵敏性校验同电流速断保护。 3 、限时速断保护的动作时间较相邻元件的速断动作时间高一个时阶t ，t 一般取o 3 s 。 三、定时限过电流保护 l 、动作电流 过电流保护2 钔按躲过线路的过负荷电流来整定。 i 驴k t a k i 吨等 式中：屯，保护装置一次动作电流0 ) ，一线路的最大负荷电流( 包括电动机自启动引起的) 0 ) 噩可靠系数，一般取1 2 疋继电器返回系数，微机型取o 9 ，其它取o 8 5 2 、灵敏性校验 ( 1 ) 在线路末端发生短路时 公式( 3 2 9 ) 公式( 3 3 0 ) 公式( 3 3 1 ) 式中：以灵敏性系数，要求大于1 5 ，一。一系统最小运行方式下，线路末端的两相短路电流0 ) ( 2 ) 在配电变压器低压侧发生短路时 b = 等 公式( 3 3 2 ) 式中： 瓦灵敏性系数，要求大于1 2 ，( 2 ) n 一系统最小运行方式下，配电变压器低压侧短路流过线路的两相 短路电流0 ) 华北电力大学硕士学位论文 3 、保护动作时限较相邻元件过电流保护大一时限阶段t ，微机型保护t 一 般取o 3 s 。 四、根据上述公式，矿石1 # 变i 段进线( 6 1 1 7 ) 的保护整定计算过程及结果如下： 参数：矿石1 # 变i 段迸线( 6 “7 ) 采用y j v ：广3 2 4 0 姗2 电缆，长度3 1 6 0 米。 电流互感器变比8 0 0 5 ，矿石l # 变母联断开时流过i 段进线的最大负荷电流为 6 0 8 6 彳，矿石i 段母线上元件的无时限速断定值最大者为1 2 8 1 8 4 ；矿石l # 变母 联闭合时流过i 段进线的最大负荷电流为8 1 7 9 2 彳，矿石1 # 变的所有元件的无时 限速断定值最大者为1 6 3 8 8 。最小运行方式下线路始端两相短路电流为 1 3 2 2 1 4 0 6 j 翻，馈线末端最小短路电流为8 9 7 0 0 9 。 1 、限时电流速断保护：因线路较短，瞬时电流速断保护灵敏性不满足要求( 计算过程省略) ，按照限时电流速断整定。 ( 1 ) 矿石1 # 变母联断开时，矿石1 # 变i 段进线限时电流速断保护的动作电流 为 l l = 置曲丘= 1 2 1 2 8 1 8 = 1 5 3 8 0 ) 屯，= 足肛三生= 1 5 3 8 1 6 0 = 9 6 0 ) 啊 灵敏系数按系统最小运行方式下，保护装置安装处两相短路电流校验 足。：盆：旦坐：8 6 2 如2 等2 酱。8 石圯1 女1 o ( 2 ) 矿石1 # 变母联闭合时，矿石1 # 变i 段进线限时电流速断保护的动作电流 为 丘l = 五时t = 1 2 1 6 3 8 8 = 1 9 6 7 u ) 瓦，= 置口三生= 1 9 6 7 1 6 0 = 1 2 3 0 ) 灵敏系数按系统最小运行方式下，保护装置安装处两相短路电流校验 鼠：鳖：旦坐：6 7 2 吒2 等2 岢“7 2 1 女i 矿石l # 变l 段进线限时电流速断保护的动作电流可以取( 1 ) ( 2 ) 中的大者， 或按不同运行方式分别取值。 矿石l # 变i 段进线限时电流速断保护的动作时间较相邻元件的无时限速断动 作时问高一个时阶t ，取o 3 s 。 2 、过电流保护： 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 ) 矿石l # 交母联断开 k 。= 墨惫= 1 2 x 6 。8 6 ，。9 = 8 1 1 3 。) k ：以鲁= 8 1 1 3 懈_ 5 1 。) 瓦：竺亨；8 9 7 0 0 9 ，8 1 1 3 ：1 1 1 1 5 1 露 动作时限比相邻元件过电流保护大一时限阶段t ，取o 6 s 。 ( 2 ) 矿石l # 变母联断开 l = 墨丢= 1 2 8 ，9 2 ，0 9 = l 。9 1 。) k ，= 鲁- 1 0 9 1 1 6 。= 6 8 0 ) h ：竺坐：8 9 7 0 0 9 ，1 0 9 1 ：8 2 2 1 5 1 立 动作时限比相邻元件过电流保护大一时限阶段