继电保护设计.doc

2.运行方式分析 对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流最大的方式，成为系统最大运行方式，而短路电流最小的方式，称为系统最小运行方式，对不同安装地点的保护装置，应根据网络接线的实际情况选取其最大和最小运行方式。在最大运行方式下三相短路时，通过保护装置的短路电流为最大，而在最小运行方式下两相短路时，短路电流为最小。2.1保护1的运行方式分析（注明：是指系统等效电源的阻抗值。）保护1的最小运行方式是指在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小的系统运行方式。流过保护1的电流最小是在G1和G2只有一个工作时运行时的电流，则=（+）=5.303+5.151=10.454。保护1的最大运行方式是指在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大的系统运行方式。流过保护1的电流最大是在两个发电机共同运行时的电流，则=（+）=10.454=5.227。2.2 保护2的运行方式分析保护2的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小，就是在G3和G4只有一个工作时运行的电流，则=（+）=8.061+5.151=13.212。保护2的最大运行方式就是指流过保护2的电流最大，就是当两个发电机共同运行时候的电流，则=（+）=13.212=6.606。2.3 保护3的运行方式分析保护3的最大最小运行方式和保护1的运行方式是一样的，流过保护3的电流最小就是在G1和G2只有一个工作时运行的电流，则=（+）=5.303+5.151=10.454。流过保护3的电流最大就是当两个发电机共同运行的时候的电流，则=（+）=10.454=5.227。2.4 保护4的运行方式分析保护4和保护2的最大最小运行方式一样，保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小，就是在G3和G4只有一个工作时运行的电流，则=（+）=8.061+5.151=13.212。保护4的最大运行方式就是指流过保护4的电流最大，就是当两个发电机共同运行时候的电流，则=（+）=13.212=6.606。综上可得：保护1和保护3最大最小运行方式对应系统等效电源的阻抗= 10.454，= 5.227；保护2和保护4最大最小运行方式对应系统等效电源的阻抗= 13.212，= 6.606。3. 电流保护的配置和整定3.1电流速断保护的配置和整定3.1.1保护1的I段配置和整定（1） 动作电流的整定 为了保证电流速断保护动作的选择性，对保护1来讲，其整定的动作电流必须大于在最大运行方式下输电线路B母线上三相短路时电流，所以动作电流为=引入可靠系数是考虑非周期分量的影响、实际的短路电流可能大于计算值、保护装置的实际动作之可能小于整定值和一定的裕度等因素。（2）动作时限的选择 电流速断保护的动作时限。（3） 保护范围校验 在已知保护的动作电流后，大于一次动作电流的短路电流对应的短路点区域，就是保护范围。保护范围随运行方式、故障类型的变化而变化，最小的保护范围在系统最小运行方式下两相短路时出现。一般情况下，应按这种这种运行方式和故障类型来校验保护的最小范围，要求大于被保护线路全长的15%20%满足要求3.1.2保护2的I段配置和整定（1） 动作电流的整定 对保护2来讲，其整定的动作电流必须大于在最大运行方式下输电线路A母线上三相短路时电流，所以动作电流为=（2） 动作时限的选择 电流速断保护的动作时限（3） 保护范围校验 按系统在最小运行方式下两相短路来校验保护的最小范围满足要求3.1.3保护3的I段配置和整定（1） 动作电流的整定 对保护3来讲，其整定的动作电流必须大于在最大运行方式下输电线路C母线上三相短路时电流，所以动作电流为=（2）动作时限的选择 电流速断保护的动作时限（3） 保护范围校验 按系统在最小运行方式下两相短路来校验保护的最小范围满足要求3.1.4保护4的I段配置和整定（1） 动作电流的整定 对保护4来讲，其整定的动作电流必须大于在最大运行方式下输电线路B母线上三相短路时电流，所以动作电流为=（2）动作时限的选择 电流速断保护的动作时限（3） 保护范围校验 按系统在最小运行方式下两相短路来校验保护的最小范围满足要求3.2限时电流速度按保护的配置和整定3.2.1保护1的II段配置和整定（1） 动作电流的整定 对保护1来讲，其整定的动作电流按照躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定，所以动作电流为（2） 动作时限的选择 限时电流速断保护的动作时限，应选择的比下级线路速断保护的动作时限高出一个时间阶梯，通常取0.5s，所以。（3） 灵敏系数校验 为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末段发生两相短路时，具有足够的反应能力，这个能力通常用灵敏系数来衡量。 对于保护1的限时电流速断而言，即应采取系统最小运行方式下线路A-B末段发生两相短路时短路电流作为故障参数的计算值，即3.2.2保护4的II段配置和整定（1）动作电流的整定 对保护4来讲，其整定的动作电流按照躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定，所以动作电流为（2）动作时限的选择 限时电流速断保护的动作时限（3）灵敏系数校验 对于保护4的限时电流速断而言，即应采取系统最小运行方式下线路B-C末段发生两相短路时短路电流作为故障参数的计算值，即不满足要求3.3过电流保护的配置和整定3.3.1保护1的III段配置和整定（1） 动作电流的整定 按照躲开本元件最大负荷电流来整定（2） 动作时限的选择 过电流保护的动作时限应比下一级保护的III段整定时间高出至少一个时间阶梯，即比保护3的III段保护动作时限高出0.5s，。（3）灵敏系数校验 当过电流保护作为本线路的主保护时，应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验，要求；当作为线路的后备保护时，则应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验，要求。保护1的作为近后备；满足要求作为远后备：满足要求3.3.2保护2的III段配置和整定（1） 动作电流的整定 按照躲开本元件最大负荷电流来整定（2） 动作时限的选择 过电流保护的动作时限应比下一级保护的III段整定时间高出至少一个时间阶梯，因为保护2为最后一段线路的保护，所以。（3） 灵敏系数校验 保护2的过电流保护只作为本线路的主保护，只采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验，要求，3.3.3保护3的III段配置和整定（4） 动作电流的整定 按照躲开本元件最大负荷电流来整定（2） 动作时限的选择 过电流保护的动作时限应比下一级保护的III段整定时间高出至少一个时间阶梯，因为保护3为最后一段线路的保护，所以。（3） 灵敏系数校验 保护3的过电流保护只作为本线路的主保护，只采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验，要求，3.3.4保护4的III段配置和整定（1） 动作电流的整定按照躲开本元件最大负荷电流来整定（2） 动作时限的选择 过电流保护的动作时限应比下一级保护的III段整定时间高出至少一个时间阶梯，即比保护2的III段保护动作时限高出0.5s，（3） 灵敏系数校验 保护4的过电流保护既作为本线路的主保护也作为下级线路的后备保护，作为主保护时应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验，要求；当作为线路的后备保护时，则应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验，要求。保护4的作为近后备；满足要求远后备：满足要求 通过对输电线路电力元件的电流速断保护的配置和整定计算可知，四个保护都具有III段保护，而且都满足要求。再由其动作时间可以判断出保护2和保护3需要加方向性元件，以免发生误动作。虽然保护1-4都没有安装配置II段保护，但是由于III段保护即过电流保护的保护范围能够满足任何地方发生任何故障的要求，此时作为后备保护的过电流保护不仅仅是做后备保护，同时它也起到了主保护的作用，所以即使在没有II段保护的情况下，系统在有I段保护和III段保护的情况下是依然能够保证系统的正常安全运行的。 4. 零序电流保护的配置和整定与反应相间短路故障的电流保护相似，零序电流保护只反应在发生单相或两相接地短路时电流中的零序分量。零序电流保护的配置和整定是求出三倍的零序电流随线路长度L变化的关系曲线，然后相似于相间短路电流保护的原则，进行保护的整定计算。=0.460=24（），=1.260=72（）=0.440=16（），=1.240=48（）（1）当系统中的所有元件都投入运行时B母线分别发生单相接地短路时故障端口正序阻抗为=（+）/（+） =（24+5.227）/(16+6.606)=12.75()故障端口负序阻抗为=12.75（）故障端口零序阻抗为=（+）/（+）=79.727/10.303/55.727=7.840（）则B母线发生单相接地短路时的复合序网是三个序网的串联，那么故障端口零序电流为=1.991（kA）在零序网中分流从而得到此时流过保护1和保护4的零序电流分别为=/()+=1.9917.840/(15.454+72)=0.178（kA）=/()+=1.9917.840/15.454+48)=0.246（kA）(2)当系统中的所有元件都投入运行时B母线分别发生两相接地短路时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时相同，即=12.75（），=7.840（）；不同的是复合序网是三序的并联而不是串联。/=4.855（）端口正序电流为=3.771（kA）端口零序电流为=（/）=2.335（kA）同样的，流过保护1和保护4的零序电流分别为=/()+=2.3357.840/(15.454+72)=0.209（kA）=/()+=2.3357.840/(15.454+48)=0.288（kA）（3）先求保护1的分支系数当BC段发生接地故障，变压器5、6有助增作用,如图2所示图2=1+=1+ ，对，当只有一台发电机变压器组运行时最大，有=+=15.454+72=87.454（）；当两台发电机变压器组运行时最小，有=+=7.727+72=79.727（）;对，当、只有一台运行时最大，=20.606（）；当、两台全运行时最小，=10.303（）。因此，保护1的最大分支系数=1+=9.488，最小分支系数=1+=4.869。同样地分析保护4的分支系数，当AB段发生接地故障，变压器5、6有助增作用，如图3所示：图3=1+=1+ ，对，当只有一台发电机变压器组运行时最大，有=+=15.454+48=63.454（）；当两台发电机变压器组运行时最小，有=+=15.454/2+48=55.727（）;对，当、只有一台运行时最大，=20.606（）；当、两台全运行时最小，=10.303（）。因此，保护4的最大分支系数=1+=7.159，最小分支系数=1+=3.704。2、设在母线A处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护2的最大零序电流。此时有=（）/（）=4.700）=（）/=7.052（）A处单相接地时，有=4.036（kA）从而求得流过保护2的电流=4.036=0.353（kA）A处两相接地时，有/=2.820（kA）端口正序电流为=8.829（kA）端口零序电流为=（/）=3.531（kA）从而求得流过保护2的电流=3.531=0.309（kA）这样，流过保护2的最大零序电流=0.353（kA）3、设在母线C处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护3的最大零序电流。此时有=（）/（）=5.76（）=（）/=6.806（）母线C单相接地短路时，有=3.623（kA）从而求得流过保护3的电流=3.623=0.432（kA）C处两相接地时，有/=3.11（kA）端口正序电流为=7.485（kA）端口零序电流为=（/）=3.431（kA）从而求得流过保护3的电流=3.431=0.409（kA）这样，流过保护3的最大零序电流=0.432（kA）4.1 零序I段的配置和整定保护1整定计算：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=0.209（kA），故I段整定值=3=1.230.209=0.752（kA）保护2整定计算：由之前的分析结果可得，母线A故障流过保护1的最大零序电流为=0.209（kA），故I段整定值=3=1.230.353=1.271（kA）保护3整定计算：由之前的分析结果可得，母线C故障流过保护1的最大零序电流为=0.209（kA），故I段整定值=3=1.230.432=1.555（kA）保护4整定计算：由之前的分析结果可得，母线B故障流过保护1的最大零序电流为=0.209（kA），故I段整定值=3=1.230.288=1.037（kA）4.2 零序II段的配置和整定在各个保护中，只有保护1和保护4有零序II段保护，所以下面我们就来针对保护1和保护4进行零序II段的整定计算。保护1：零序II段整定值为：=0.367（kA）灵敏系数=1.4551.3 满足要求保护4：零序II段整定值为：=0.322（kA）灵敏系数=2.2921.3 满足要求4.3 零序III段的配置和整定A处两相接地时，有/=0.353（kA）端口零序电流为=（/）=3.531（kA）即3=3=33.531=10.593（kA）B母线两相接地短路时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时相同，即=12.75（），=7.840（）；因为,所以,故按单相接地短路作为整定条件，两相接地短路作为灵敏度校验条件，则/=4.855（）端口零序电流为=（/）=2.335（kA）即3=3=32.335=7.005(kA）C处两相接地时，有/=3.11（kA）端口零序电流为=（/）=3.431（kA）即3=3=33.431=10.293（kA）4.3.1保护1的零序III段整定计算：B母线的三相短路电流：=因为是110kv线路，可不考虑非全相运行情况，按躲开末端最大不平衡电流整定。则=10.50.11.919=0.0959（kA）=1.250.0959=0.120（kA）作为近后备保护 满足要求作为远后备保护 满足要求4.3.2保护2的零序III段整定计算：A母线的三相短路电流：=因为是110kv线路，可不考虑非全相运行情况，按躲开末端最大不平衡电流整定。则=10.50.11.312=0.066（kA）=1.250.066=0.082（kA）作为近后备保护 满足要求4.3.3保护3的零序III段整定计算：C母线的三相短路电流：=因为是110kv线路，可不考虑非全相运行情况，按躲开末端最大不平衡电流整定。则=10.50.11.312=0.066（kA）=1.250.066=0.082(kA）作为近后备保护 满足要求4.3.4保护4的零序III段整定计算：B母线的三相短路电流：=因为是110kv线路，可不考虑非全相运行情况，按躲开末端最大不平衡电流整定。则=10.50.12.510=0.125（kA）=1.250.125=0.157（kA）作为近后备保护 满足要求作为远后备保护 满足要求 通过对输电线路电力元件的零序保护的配置和整定计算可知，在零序电流保护的配置和保护中，保护1和保护4均有I段、II段和III段，而保护2和保护3只有保护I段和保护II段没有保护III段。在整个配置当中，足以保护整个系统的安全稳定运行。5. 距离保护的配置和整定距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反应故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作的保护。 与距离保护类似，距离保护装置也采用阶梯延时配合的三段式配置方式，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I段、II段和III段测量元件的整定阻抗以及II段和III段的动作时间。5.1 距离保护I段的配置和整定为了快速切除线路上的各种短路，线路A-B、B-C应在1、2、3、4处配备三段式距离保护；选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式；它们的I、II段选择具有方向特性的距离保护，III选用具有偏移特性的距离保护。距离保护I段为无延时的速动段，它应该只反应本线路的故障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠动作。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。线路AB的正序阻抗 =0.460=24（）线路BC的正序阻抗 =0.440=16（）保护1、2的距离I段 （）保护3、4的距离I段 （）5.2 距离保护II段的配置和整定 分支电路对测量阻抗的影响。在距离保护II段整定时，类似于电流保护，应考虑分支电路对测量阻抗的影响。保护1和保护4接地距离II段的最大和最小分支系数为：（在距离保护II段时，类同于电流保护，应考虑分支电路对测量阻抗的影响。）对保护1：1）当与相邻下级线路距离保护I段配合时，有=3.022， =1.7472）当与相邻变压器的快速保护相配合时，有=2.524， =2.001对保护4：、1）当与相邻下级线路距离保护I段配合时，有=2.699， =1.6582）当与相邻变压器的快速保护相配合时，有=1.921，=1.5735.2.1保护1距离II段的配置和整定：（1）II段的整定阻抗应按以下按两个条件选择。（a）当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，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II段不至于越级跳闸，其II段的动作范围不应超出保护3的I段的动作范围，即（）（b）当与相邻变压器的快速保护相配合时，当被保护线路末端母线有变压器时，距离II段应与变压器的快速保护相配合，其动作范围不应超出变压器快速保护的范围，其距离II段的整定值应为（）（）（2) 灵敏度校验： 距离保护II段应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。 满足灵敏度要求。（3） 动作时限的选择： 距离保护II段的动作延时，应比与之配合的相邻元件保护动作延时大一个时间阶梯。与相邻保护3的I段配合，有 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。5.2.2保护4的距离II段配置和整定：（1）II段的整定阻抗应按以下按两个条件选择。（a）当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，有（）（b）当与相邻变压器的快速保护相配合时，有（）（）所以取（）（2) 灵敏度校验：距离保护II段应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。 满足灵敏度要求。（3） 动作时限的选择： 与相邻保护2的I段配合，有，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。5.3 距离保护III