继电保护原理课程设计报告1

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 专专 业 业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级 级 姓姓 名 名 学学 号 号 指导教师 指导教师 兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州交通大学自动化与电气工程学院 2013 年年 7 月月 25 日日 继电保护原理课程设计 0 1 设计原始资料 1 1 具体题目 如图 1 1 所示网络 系统参数为 E115 3 kV 1 X15 G 3 X10 G 12 L L 60km B C L 50km 线路阻抗为 C D L 30km D E L 20km0 4 km I 1 2 rel K III KK1 15 relrel B C max I 300A C D max I 200A D E max I 150A SS K 1 5 re K 0 85 A1 B CDE G1 G3 12 3 4 5 89 L1 1 L3 3 A3 图 1 1 题目的线路图 试对线路进行三段电流保护的设计 说明 本报告将完成对 3 和 9 处的保护设 计 1 2 要完成的内容 1 保护的配置及选择 2 短路电流计算 系统运行方式的考虑 短路点的考虑 短路类型的考虑 3 保护的整定计算 灵敏度校验 4 保护原理展开图的设计 5 对保护的评价 2 设计的课题内容 2 1 设计规程 2 1 1 短路电流计算规程 在决定保护方式前 必须较详细地计算各短路点短路时 流过有关保护的短 继电保护原理课程设计 1 路电流 然后根据计算结果 在满足 继电保护和自动装置技术规程 和题目给 定的要求条件下 尽可能采用简单的保护方式 其计算步骤及注意事项如下 1 系统运行方式的考虑 需考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式 2 短路点的考虑 求不同保护的整定值和灵敏度时 应注意短路点的选择 3 短路类型的考虑 相间短路保护的整定计算应取系统最大运行方式下三相短路电流 以作动作 电流整定之用 而在系统最小运行方式下计算两相短路电流 以作计算灵敏度之 用 若采用电流电压连锁速断保护 系统运行方式应采用正常运行方式下的短路 电流和电压的数值作为整定之用 2 1 2 保护方式的选取及整定计算 采用什么保护方式 主要视其能否满足规程的要求 能满足要求时 所采用 的保护就可采用 不能满足要求时 就必须采取措施使其符合要求或改用其他保 护方式 选用保护方式时 首先考虑采用最简单的保护 以便提高保护的可靠性 当 采用简单保护不能同时满足选择性 灵敏性和速动性要求时 则可采用较复杂的 保护方式 选用保护方式时 可先选择主保护 然后选择后备保护 通过整定计算 检 验能否满足灵敏性和速动性的要求 当采用的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时 允许采用自动重合 闸来校正选择性或加速保护动作 当灵敏度不能满足要求时 在满足速动性的前下 可考虑利用保护的相继动 作 以提高保护的灵敏性 在用动作电流 电压或动作时间能保证选择性时 不要采用方向元件以简化 保护 后备保护的动作电流必须配合 要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电 流大于下一元件保护的动作电流 且有一定的裕度 以保证选择性 2 2 1 本设计的保护配置 本设计选用三段式电流保护 经灵敏度校验可得电流速断保护不能作为主保 护 因此 主保护应选用距离保护 继电保护原理课程设计 2 2 2 2 后备保护配置 本设计运用过电流保护作为近后备保护和远后备保护 3 短路电流计算 3 1 等效电路的建立 由已知可得 线路的总阻抗的计算公式为 1 X ZL 其中 线路单位长度阻抗 线路长度 ZL 所以 将数据代入公式 1 可得各段线路的线路阻抗分别为 L11 0 4 6024XZL 33 0 4 4016 L XZL 0 4 5020 BCB C XZL 0 4 3012 CDC D XZL 0 4 208 DED E XZL 3 2 保护短路点的选取 选取 A B C D 点为短路点进行计算 3 3 短路电流的计算 3 3 1 最大方式短路电流计算 所谓最大运行方式 即在相同的地点发生相同类型的短路流过保护安装处的 电流最大 最大运行方式下 线路阻抗最小 在最大运行方式下流过保护元件的最大短路电流的公式为 2 K SK EE I ZZZ 其中 系统等效电源的相电动势 短路点至保护安装处之间的阻抗 E k Z 保护安装处到系统等效电源之间的阻抗 s Z 因为最大运行方式下 线路阻抗最小 即发电机 G1 和 G3 并联运行 代入公式 2 则有 min1133 1524 1016 15 6 SGLGL XXXXX 最大运行方式下其等效电路图如图 2 所示 EA Xsmin XBCXCD XDE BCDE 继电保护原理课程设计 3 图 2 最大运行方式等效图 1 对于保护 3 母线 C 最大运行方式下发生三相短路流过保护 3 的最大短路电流 为 K C max s minBC E115 3 I 1 87kA X X15 620 2 对于保护 9 保护 8 处发生三相短路时 流过保护 9 的最大短路电流为 K 8 max 11 E115 3 I 1 7kA X X1524 GL 3 对于保护 2 母线 D 最大运行方式下发生三相短路流过保护 2 的最大短路 电流为 K D max min E115 3 I1 39kA 15 620 12 sBCCD XXX 4 若发电机 3 的母线 A 侧发生短路 则经保护 9 保护 3 流过的最大短路电 流为 K A max G11L3 115 3 I1 21kA 24 15 16 L E XXX 3 3 2 最小方式短路电流计算 所谓最小运行方式 即在相同的地点发生相同类型的短路流过保护安装处的 电流最小 最小运行方式下 线路阻抗最大 所以在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的公式为 3 kmin SmaxL 3 2 E I ZZ 其中 系统等效电源的相电动势 保护安装处到系统等效电源之间 E smax Z 的阻抗 短路点到保护安装处之间的阻抗 L Z 最小运行方式下 线路阻抗最大 即只有 G1 一台发电机运行 代入公式 3 得 max11 152439 SGL XXX 最小运行方式下其等效电路图 2 所示 EA Xsmax XBCXCD XDE BCDE 继电保护原理课程设计 4 图 3 最小运行方式等效图 母线 D 的最小短路电流为 min max 33115 3 0 81kA 223920 12 A KD SBCCD E I XXX 母线 C 的最小短路电流为 K C min 31151 0 97k 239203 I A 保护 8 短路时流过的最小电流为 K 8 min 11 3E3 115 3 I 1 47kA 2X X21524 GL 母线 A 短路时流过的最小电流为 K A min 113 33115 3 1 05kA 221524 16 GLL E I XXX 4 保护的配合及整定计算 4 1 主保护的整定计算 4 1 1 保护 I 段动作电流的计算 1 对于保护 3 母线 C 最大运行方式下发生三相短路流过保护 3 的最大短路电流 为 K C max I 1 87kA 相应的速断定值为 II 3 max 1 2 1 872 24kA setrelK C IKI 2 对于保护 9 保护 8 发生三相短路流过保护 9 的最大短路电流为 K 8 1 7kAI 相应的速断定值为 set 9relK 8 1 2 1 72 04kAIKI 最小保护范围计算式为 4 3 max1min 3 2 set s E I Zz L 继电保护原理课程设计 5 其中 系统等效电源的相电动势 短路点至保护安装处之间的阻 E s max Z 抗 线路单位长度的正序阻抗 1 z 对于保护 3 代入公式 4 得速断保护的最小范围是 即无保护区 min L24 8km 对于保护 9 代入公式 4 其速断保护的最小范围是 min L32 9km 所以 以上计算表明 对于保护 3 电流速断保护不能作为主保护 对于保护 9 电流速断保护可以作为主保护 4 1 2 保护 II 段动作电流的计算 限时电流速断定值根据如下公式可以计算 5 2rel set 1 set IK I 其中 可靠系数 取值为 1 15 rel K 1 求整定保护 3 的限时电流速断 因为在母线 D 处发生短路的最大电流为 K D max 115 3 I1 39kA 15 620 12 所以保护 2 的电流速断为 I 2K D max IKI1 2 1 391 67kA setrel 所以保护 3 的限时电流速断为 IIII set 3rel 2 1 15 1 391 92kA set IKI 线路末端 即 C 处 最小运行方式下发生两相短路时的电流为 k C min s maxBC 3E31153 0 97kA 22152420 I XX 所以保护 3 处的灵敏度系数为 II k C min set 0 97 0 511 2 1 92 sen I K I 即不满足的要求 1 2 sen K 2 同理保护 9 的限时电流速断定值为 与保护 3 的 I 段相配合 该段限时电流受助增电流的影响 且分支系数为 继电保护原理课程设计 6 1133 33 2 5 GLLG b LG XXXX K XX 保护 3 的 I段电流整定值为 set 3 2 24 kA I 所以保护 9 的 II 段电流整定值为 rel set 9set 3 b 1 15 2 24 1 03k 2 5 K II K 与保护 4 的 I 段相配合 发电机 3 的短路电流值为 K A max G11L3 115 3 1 21kA 24 15 16 L E I XXX 保护 4 的 段电流整定值为 II set 4relk A max 1 2 1 211 45kAIK I 保护 9 的 段电流整定值为 IIIII set 9rel set4 1 15 1 451 67kAIK I 比较后取两值较大者 IIIII set 9rel set4 1 15 1 451 67kAIK I 保护 9 处的灵敏度系数为 min sen 9 1 05 0 631 3 1 67 k B set I K I 故也不满足大于等于 1 2 的要求 可见 由于运行方式变化太大 3 9 处的限时电流速断的灵敏度远不能满足要求 4 2 后备保护的整定计算 4 2 1 动作电流的计算 过电流整定值计算公式为 6 relssL max set re KK I I K 其中 可靠系数 取值为 1 15 可靠系数 取值为 1 5 rel K ss K 可靠系数 取值为 0 85 re K 所以代入公式 6 有 继电保护原理课程设计 7 relssB C max set 3 rel 1 15 1 5 0 3 0 61kA 0 85 KK I I K 对于 9 的 段存在分支系数 因此 线路 L1 的最大电流值为 max 1 max 300 120A 2 5 B C L b I I K 保护 9 的三段电流值为 1 max 9 1 15 1 5 0 12 0 24kA 0 85 relSSL set rel KK I I K 4 2 2 动作时间的计算 假设母线 E 过电流保护动作时限为 0 5s 保护的动作时间为 1 0 50 51ts 31 0 50 51 5tts 93 0 50 52 5tts 4 2 3 灵敏度校验 灵敏度的计算公式为 set k min sen I I K 1 对于保护 3 保护 3 的过电流保护作为近后备保护的灵敏度为 K C min sen set 3 0 97 1 591 5 0 61 I K I 满足作为近后备保护灵敏度的要求 保护 3 的过电流保护作为远后备保护的灵敏度为 K D min sen set 3 0 81 1 331 2 0 61 I K I 满足作为远后备保护灵敏度的要求 2 对于保护 9 保护 9 的过电流保护作为近后备保护的灵敏度为 K 8 min set 9 1 47 6 131 5 0 24 sen I K I 满足作为远后备保护灵敏度的要求 保护 9 的过电流保护作为保护 3 的远后备保护的灵敏度为 继电保护原理课程设计 8 K C min set 9 0 97 4 041 3 0 24 sen I K I 满足作为远后备保护灵敏度的要求 保护 9 的过电流保护作为保护 4 的远后备保护的灵敏度为 K A min set 9 1 05 4 3751 3 0 24 sen I K I 满足作为远后备保护灵敏度的要求 5 二次展开原理图的绘制 三段式电流保护的单相原理图如图 4 所示 线 路 跳闸 KA KA KA KT KT KS KS KS TA 图 4 三段式电流保护的单相原理框图 6 继电保护设备的选择 6 1 电流互感器的选择 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 10A 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 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 1 小电流选线装置用零序电流互感器 2 与 DD11 60 型继电器配套使用的零序电流互感器 3 与 DL11 0 2 型继电器配套使用的零序电流互感器 4 精度与容量 额定负荷 的关系 继电保护原理课程设计 9 国标中规定 在额定频率及额定负荷下 电流误差 相位差和复合误差不 超过上表所列限值 所以所选零序电