电力系统继电保护课程设计.doc

电力系统继电保护设计报告电力系统继电保护课程设计平时（30）修改（40）报告（30）总成绩 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气092 姓 名： 张毅 学 号： 200909103 指导教师： 张红生 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1.1具体题目系统接线图如下图，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，开机方式为两侧各开1台机，变压器T6 1台运行。参数为：=115/kV,5、5、X1.T1=5, X0.T1=15,、，线路阻抗0.4/km，、试对1、2、3、4进行零序保护的设计。（说明：可让不同的学生做1、2、3、4、处一至处一至二处保护设计。）1.2要完成的内容本文要完成的内容是对线路的零序电流保护原理及其计算原则的简述、并对线路各参数进行分析及对保护1、2、3、4进行零序保护的具体整定计算并注意相关细节。零序保护是利用短路时线路中产生的零序电流的特征，反应故障点故障时，保护处零序电流较大而工作的保护。2.2本设计的保护装置2.2.1主保护配置零序电流保护段和零序电流段构成的零序保护的主保护。(1)零序电流保护1、3的段瞬时动作，t1是保护本身的固有动作时间。保护1的整定值应满足：Iset1 I0、1max考虑到继电器和电流、电压互感器的误差，引入可靠系数Krel =1.2,则Iset1=Krel *3I0、1max同理，保护2的段整定值为：Iset3=Krei *3I0、1max但是如此整定后，保护的一段不能保护线路的全长，这是一个严重的缺点。为了保护线路的全长，就需要设置保护第段。(在此处键入公式。2)零序电流保护1的段整定值的选择和限时电流速断相似，即应使其不超过下一条线路零序电流段的保护范围，同时带有高出一个t的时限，以保证动作选择性，在此引入可靠系数Krel=1.15和分子系数K，则保护1的段整定值为：Iset1=Krel /KIset32.2.2后备保护配置为了作为相邻线路的保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为零序电流段与段的后备保护，还应该装设零序电流保护第段。电流保护段：整定值与过电流保护相似，其启动电流要按躲开正常运行时的负载电流来选择，动作时限还按照阶梯时限特性来选择，并使其电流段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个t。3 保护的配合及整定计算3.1保护1零序电流保护的整定与校验3.1.1保护1零序电流保护段的整定(1)先求出线路参数，即AB段的正序阻抗为X1.AB=LA-BZ1=501030.4=20.6AB段的负序阻抗为X2.AB=LA-BZ2=501030.4=20.6AB段的零序阻抗为X0.AB=LA-BZ0=501031.2=61.8BC段的正序阻抗为X1.BC=LB-CZ1=400.4=16BC段的负序阻抗为X2.BC=LB-CZ2=400.4=16BC段的零序阻抗为X0.BC=LB-CZ0=401.2=48所有器件全运行时的三序电压等值网络图如图3-1所示。(a)(b)(c)图3-1 所有元器件全运行时三序电压等值网络图（a）正序等值图；（b）负序等值图；（c）零序等值图；(2)先求出所有元件全运行时，B母线分别发生单相接地和两相接地短路时的复合序网等值图。1）单相接地短路时，故障端口正序阻抗为Z1=(X1.G1+X1.T1+X1.AB)(X1.BC+X1.T4+X1.G3) =(5+5+20.6)(16+5+5) =14.06故障端口负序阻抗为Z2=Z1故障端口零序阻抗为Z0=(X0.T1+X0.AB)X0.T6(X0.BC+X0.T4) =(15+61.8) 20(48+15)=12.68则复合序网等值图如图3-2所示。图3-2 单相接地时的复合序网等值电路图故障端口零序电流为If0= Uf0Z1+Z2+Z0 =66.40(14.06+14.06+12.68) =1.63kA流过保护1、4的零序电流分别为I0.1=If0 Z0X0.AB+X0.T1 =1.6312.68(61.8+15) =0.269kAI0.2=If0Z0X0.BC+X0.T4 =If012.68(48+15) =0.328kA 2）两相接地时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时相同，即Z1=Z2=14.06 Z0=12.68则复合序网图如图3-3所示。图3-3 两相接地时的复合序网图故障端口正序电流为If1=Uf0Z1+(Z2Z0)=66.4014.06+(14.0612.68)=3.10kA故障点的零序电流If0=If1Z1Z2+Z0=If114.0614.06+12.68=1.63kA同样，流过保护1、4的零序电流分别为I0.1=1.6312.9261.8+15=0.274kAI0.2=1.6312.9215+48=0.334kA（3）先求保护1的分值系数K1当BC段发生故障时，变压器T6起助增作用，如图3-4所示图3-4 BC段故障时变压器的助增作用K1=IBCMIACM=X0.T6+X0.T1+X0.ABX0.T6=1+15+61.820=4.84再求保护4的分支系数K4当AB段发生故障时，变压器T6起助增作用，如图3-5所示图3-5 AB段故障时变压器的助增作用K4=IABMICBM=X0.T6+X0.BC+X0.T4X0.T6=1+15+4820=4.15(4)保护1整定计算：零序段：根据前面分析的结果，母线B故障流过保护1的最大零序电流为I0.1.max=0.274kA 故段定值Iset.1=Krel3I0.1.max=0.986kA整定时间5tset1=0s3.1.2保护1的零序电流保护段及保护3零序电流保护段的整定为求保护1零序段定值，应先求出保护3零序段定值，设在母线C处分别发生单相接地和两相接地短路，求出流过保护3的最大零序电流。此时有Z1=Z2=(X1.G1+X1.T1+X1.AB+X1.BC)(X1.T4+X1.G3) =8.23Z0=(X0.T1+X0.AB)X0.T6)+X0.BC)X0.T4 =12.15单相接地时，有If0=Uf0Z1+Z2+Z0=2.32kA从而求得流过保护3的电流I0.3=2.321563.87+15=0.44kA两相接地短路时，有Z2Z0=8.2312.158.23+12.15=4.91正序电流If1=Uf0Z1+(Z2Z0)=66.408.23+9.41=5.05kA负序电流If0=If1Z2Z2+Z0=8.238.23+12,155.05=2.04kA从而求得流过保护3的电流I0.3=2.041563.87+15=0.388kA这样流过保护3的最大零序电流I0.3.max=0.44kA保护3的段定值为Iset3=Krel3 I0.3.max =1.584kA这样，保护1的段定值为Iset1=Krel K1Iset3=1.154.841.584=0.376kA校验灵敏度：母线B接地故障流过保护1的最小零序电流I0.min=0.269kA灵敏系数Kre=3I0.minIset1=30.2690.376=2.146整定时间tset1=tset1+t3.2保护1、3的后备保护当母线C发生短路时，保护3流过的最大正序负荷电流为：I3.max=66.4010+16+20.6=2.17kA此时可用最大不平衡电流计算得Iunb.max=0.1KstKnpI3.max其中Kst=0.5,Knp=1.5-2, Krel=1.15得Iset3=Krel Iunb.max =0.187-0.250kA当母线B短路时，保护1流过的最大正序负荷电流为I1.max=66.4010+20.6+16=1.42kA此时最大不平衡电流为Iunb.max=0.1KstKnpI1.maxIset1=Krel Iunb.max =0.122-0.163kA整定时间tset1=tset3+t4继电保护设备的选择4.1互感器的选择互感器是按比例变换电压和电流的设备。其功能是主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压或标准小电流，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，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。4.1.1电流互感器的选择（1）形式的选择：根据安装的地点和使用条件，选择电流互感器的绝缘结构、安装方式、一次绕组匝数。对于本题针对的是零序电流的保护，可采用开合式、环氧树脂浇注结构，安装时可将互感器分为两半，然后合并为一体，用夹紧箍连接。（2）额定电压：电流互感器的一次回路额定电压不应低于安装地点的电网额定电压。（3）额定电流：电流互感器一次回路额定电流不应小于所在回路的最大持续工作电路。（4）准确等级：为保证测量仪表的测量表，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。4.1.2电流互感器的接线图本题的电流互感器的接法如图4-1所示。电流速断保护部分由电流元件及连接器件KM和信号元件1KS构成：限时电流速断保护由电流元件及时间元件1KT和信号元件2KS构成；过电流部分则由电流元件和时间元件2KT和信号元件3KS。由于三段的启动电流和动作时间整定的均不相同，因此必须分别使用三个串联的电流元件和两个不同时限的时间元件，二信号元件则分别用以发出、段动作的信号。图4-1零序三段式电流保护原理接线图5保护的评价在中性点直接接地的高压电网中，由于零序电流保护简单、经济、可靠、作为辅助保护和后备保护获得广泛使用。它与相电流保护相比具有它独特的特点（1）零序电流保护特征明显。中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序电流，利用零序电流分量构成保护，可以作为一种主要的接地短路保护。保护时易于区分是否有零序电流。（2）灵敏性高。由于线路的零序阻抗较正序阻抗大，所以线路始端和末端接地短路时，零序电流变化显著，曲线较陡，因此零序电流I段和零序电流II 段保护范围较长。零序过电流保护按躲过最大不平衡电流来整定，而相间短路的过电流保护要按最大负荷电流来整定。零序过电流保护灵敏性高。受系统运行方式变化的影响要小，保护范围较稳定。零序网络不变或变化不大，所以零序电流的分布基本不变。（3）抗干扰能力强。当系统中发生某些不正常运行状态时，如系