电力系统继电保护课程设计--蓝羽

电力系统继电保护电力系统继电保护 课程设计 课程设计 题目 题目 线路距离保护的设计线路距离保护的设计 班级 专业 电气工程及其自动化 姓名 蓝羽 学号 指导教师 设计时间 二零一二年十一月三十日 西安理工大学高科学院 电力系统继电保护课程设计 蓝羽设计 II 西安理工大学高科学院 电力系统继电保护课程设计 蓝羽设计 I 目录 1 1 设计原始资料 1 1 1 具体题目 1 1 2 完成内容 1 2 分析课题设计内容 1 2 1 设计规程 1 2 2 保护配置 2 2 2 1 主保护配置 2 2 2 2 后备保护配置 4 3 保护配合的整定 4 3 1 线路 L1 距离保护的整定与校验 4 3 1 1 线路 L1 距离保护第 段整定 4 3 1 2 线路 L1 距离保护第 段整定 4 3 1 3 线路 L1 距离保护第 段整定 5 3 2 线路 L2 距离保护的整定与校验 6 3 2 1 线路 L2 距离保护第 段整定 6 3 2 2 线路 L2 距离保护第 段整定 7 3 2 3 线路 L2 距离保护第 段整定 8 3 3 线路 L3 距离保护的整定与校验 8 3 3 1 线路 L3 距离保护第 段整定 8 3 3 2 线路 L3 距离保护第 段整定 9 3 3 3 线路 L3 距离保护第 段整定 10 4 继电保护设备选择 11 4 1 互感器的选择 11 4 1 1 电流互感器的选择 11 4 1 2 电压互感器的选择 13 4 2 继电器的选择 14 4 2 1 按使用环境选型 14 4 2 2 按输入信号不同确定继电器种类 14 西安理工大学高科学院 电力系统继电保护课程设计 蓝羽设计 II 4 2 3 输入参量的选定 14 4 2 4 根据负载情况选择继电器触点的种类和容量 15 5 二次展开图的绘制 15 5 1 保护测量回路 15 5 1 1 绝对值比较原理的实现 16 5 1 2 相位比较原理的实现 16 5 2 保护跳闸回路 17 5 2 1 起动回路 18 5 2 2 测量回路 18 5 2 3 逻辑回路 18 6 对距离保护的评价 18 参考文献 20 西安理工大学高科学院 电力系统继电保护课程设计 蓝羽设计 1 1 设计原始资料设计原始资料 1 1 具体题目 如下图所示网络 系统参数为 115 kV km km 线路阻抗 0 4 km G1 G2 G3 98 76 45 123 A B C D EL1 L2 L3 试对线路 L1 L2 L3 进行距离保护的设计 1 2 完成内容 我们要完成的内容是实现对线路的距离保护 距离保护是利用短路时电压 电流同时变化的特征 测量电压与电流的比值 反应故障点到保护安装处的距 离而工作的保护 2 分析课题设计内容 2 1 设计规程 距离保护中应满足一下四个要求 即可靠性 选择性 速动性和灵敏性 这几个之间 紧密联系 既矛盾又统一 必须根据具体电力系统运行的主要矛 盾和矛盾的主要方面 配置 配合 整定每个电力原件的继电保护 充分发挥 西安理工大学高科学院 电力系统继电保护课程设计 蓝羽设计 2 和利用继电保护的科学性 工程技术性 使继电保护为提高电力系统运行的安 全性 稳定性和经济性发挥最大效能 可靠性包括安全性和信赖性 是对继电保护性能的最根本要求 所谓安全 性 是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作 即不发生误动作 所谓信 赖性 是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作 即不发生拒绝动作 安全性和信赖性主要取决于保护装置本身的制造质量 保 护回路的连接和运行维护的水平 一般而言 保护装置的组成原件质量越高 回路接线越简单 保护的工作就越可靠 同时 正确的调试 整定 良好的运 行维护以及丰富的运行经验 对于提高保护的可靠性具有重要作用 继电保护的选择性是指保护装置动作时 在可能最小的区间内将故障从电 力系统中断开 最大限度的保证系统中无故障部分仍能继续安全运行 它包含 两种意思 其一是只应有装在故障元件上的保护装置动作切除故障 其二是要 力争相邻原件的保护装置对它起后备保护作用 继电保护的速动性是指尽可能快的切出故障 以减少设备及用户在大短路 电流 低电压下运行的时间 降低设备的损坏程度 提高电力系统并列运行的 稳定性 动作迅速而又能满足选择性要求的保护装置 一般结构都比较复杂 价格比较昂贵 对大量的中 低压电力原件 不一定都采用高速动作的保护 对保护速动性要求的保护装置 一般结构都比较复杂 价格比较昂贵 对大量 的中 低压电力原件的具体情况 经技术经济比较后确定 继电保护的灵敏性 是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的 能力 满足灵敏性要求的保护装置应该是在规定的保护范围内部故障时 在系 统任意的运行条件下 无论短路点的位置 短路的类型如何以及短路点是否有 过渡电阻 当发生短路时都能敏锐感觉 正确反应 灵敏性通常用灵敏系数或 灵敏度来衡量 增大灵敏度 增加了保护动作的信赖性 但有时与安全性相矛 盾 对各类保护的的灵敏系数的要求都作了具体规定 一般要求灵敏系数在 1 2 2 之间 以上四个基本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 又要根据被保护原件在电力系统中的作用 使以上四个基本要求 在所配置的保护中得到统一 继电保护的科学研究 设计 制造和运行的大部 分工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行的 相同原理的保护装 置在电力系统不同位置安装时如何配置相应的继电保护 才能最大限度地发挥 被保护电力系统的运行效能 充分体现着继电保护工作的科学性和继电保护工 程实践的技术性 西安理工大学高科学院 电力系统继电保护课程设计 蓝羽设计 3 2 2 保护配置 2 2 1 主保护配置 距离保护的主保护是距离保护 段和距离保护 段 图 2 1 网络接线图 1 距离保护第 段 距离保护的第 段是瞬时动作的 是保护本身的固有动作时间 以保护 2 为例 其第 段保护本应保护线路 A B 全长 即保护范围为全长的 100 然 而实际上却是不可能的 因为当线路 B C 出口处短路时 保护 2 第 段不应动 作 为此 其启动阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗 AB Z 即 0 9 iN U sN U iN U 4 5 式中 电压互感器一次侧额定电压 选择时 满足 即可 iN U iN U sN U 2 电压互感器二次侧额定电压的选择 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 在 6 35kV 屋内配电装置中 一般采用油浸式或浇注式 110 220kV 配电装置通常 采用串级式电磁式电压互感器 220kV 及其以上配电装置 当容量和准确级满 足要求时 也可采用电容式电压互感器 4 准确级选择 和电流互感器一样 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 5 按准确级和额定二次容量选择 首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器接线方式 并尽可能将负 荷均匀分布在各相上 然后计算各相负荷大小 按照所接仪表的准确级和容量 选择互感器的准确级额定容量 有关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 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 电压互感器的额定二次容量 对应于所要求的准确级 应不小于电 2N S 压互感器的二次负荷 即 2 S 22 SSN 2 0 2 0 2 0 2 0 sin cos QPSS 2 S 4 6 式中 各仪表的视在功率 有功功率和无功功率 00 0 QPS cos 各仪表的功率因数 西安理工大学高科学院 电力系统继电保护课程设计 蓝羽设计 16 如果各仪表和继电器的功率因数相近 或为了简化计算起见 也可以将各 仪表和继电器的视在功率直接相加 得出大于的近似值 它若不超过 2 S 2N S 则实际值更能满足式子的要求 由于电压互感器三相负荷常不相等 为了满足准确级要求 通常以最大相 负荷进行比较 计算电压互感器各相的负荷时 必须注意互感器和负荷的接线 方式 所以本题中的电压互感器的型号为 JDZJ 3 4 2 继电器的选择 4 2 1 按使用环境选型 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 对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围 最好不要选用交流电激励的 继电器 选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品 那些用固态器件 或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方 也要选择有瞬态抑制电路的产 品 4 2 2 按输入信号不同确定继电器种类 按输入信号是电 温度 时间 光信号确定选用电磁 温度 时间 光电 继电器 这是没有问题的 这里特别说明电压 电流继电器的选用 若整机供 给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器 是恒定电压值则选用电压继电 器 4 2 3 输入参量的选定 与用户密切相关的输入量是线圈工作电压 或电流 而吸合电压 或电流 则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断 考核的参数 对用户来 讲 它只是一个工作下极限参数值 控制安全系数是工作电压 电流 吸合电 压 电流 如果在吸合值下使用继电器 是不可靠的 不安全的 环境温度升 高或处于振动 冲击条件下 将使继电器工作不可靠 整机设计时 不能以空 载电压作为继电器工作电压依据 而应将线圈接入作为负载来计算实际电压 特别是电源内阻大时更是如此 当用三极管作为开关元件控制线圈通断时 三 西安理工大学高科学院 电力系统继电保护课程设计 蓝羽设计 17 极管必须处于开关状态 对 6VDC 以下工作电压的继电器来讲 还应扣除三极 管饱和压降 当然 并非工作值加得愈高愈好 超过额定工作值太高会增加衔 铁的冲击磨损 增加触点回跳次数 缩短电气寿命 一般 工作值为吸合值的 1 5 倍 工作值的误差一般为 10 4 2 4 根据负载情况选择继电器触点的种类和容量 国内外长期实践证明 约 70 的故障发生在触点上 这足见正确选择和使 用继电器触点非常重要 触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定 动合触点组和转 换触点组中的动合触点对 由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大 其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高 整 机线路可通过对触点位置适当调整 尽量多用动合触点 根据负载容量大小和负载性质 阻性 感性 容性 灯载及马达负载 确 定参数十分重要 认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的 一 般说 继电器切换负荷在额定电压下 电流大于 100mA 小于额定电流的 75 最好 电流小于 100mA 会使触点积碳增加 可靠性下降 故 100mA 称作试验 电流 是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容 由于一 般继电器不具备低电平切换能力 用于切换 50mV 50 A 以下负荷的继电器订 货 用户需注明 必要时应请继电器生产厂协助选型 继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压 电流下 负载为阻性的动 作次数 当超出额定电压时 可参照触点负载曲线选用 当负载性质改变时 其触点负载能力将发生变动 5 二次展开图的绘制二次展开图的绘制 5 1 保护测量回路 对于动作于跳闸的继电保护功能来说 最为重要的是判断出故障处于规定 的保护区内还是保护区外 至于区内或区外的具体位置 一般并不需要确切的 知道 可以用两种方法来实现距离保护 一种是首先精确地测量出 然后再 m Z 将它与事先确定的动作进行比较 当落在动作区之内时 判为区内故障 给 m Z 出动作信号 当落在动作区之外时 继电器不动作 另一种方法不需要精确 m Z 西安理工大学高科学院 电力系统继电保护课程设计 蓝羽设计 18 的测出 只需间接地判断它是处在动作边界之外还是处在动作边界之内 即 m Z 可确定继电器动作或不动作 5 1 1 绝对值比较原理的实现 如前所述 绝对值比较的一般动作表达式如式所示 绝对值比较 AB ZZ 式的阻抗元件 既可以用阻抗比较的方式实现 也可以用电压比较的方式实现 该式两端同乘以测量电流 并令 则绝对值比较 m I A A U Z I mB B U Z I m 的动作条件又可以表示为 5 1 AB UU 式 5 1 称为电压形式的绝对值比较方程 电路图如图 5 1 所示 图 5 1 绝对值比较的电压形成 5 1 2 相位比较原理的实现 相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式如式所 oo 90arg90 D C Z Z 示 相角表达式的分子 分母同乘以 并令 则相 m I C UZI C mD UZI D m 位比较的动作条件又可以表示为 5 oo 90arg90 D C U U 2 西安理工大学高科学院 电力系统继电保护课程设计 蓝羽设计 19 式 5 2 称为电压形式相位比较方程 电路图如图 5 2 所示 图 5 2 相位比较的电压形成 5 2 保护跳闸回路 三段式距离保护主要由测量回路 起动回路和逻辑回路三部分组成 如图 5 3 所示 图 5 3 保护跳闸回路 西安理工大学高科学院 电力系统继电保护课程设计 蓝羽设计 20 5 2 1 起动回路 起动回路主要由起动元件组成 起动元件可由电流继电器 阻抗继电器 负序电流继电器或负序零序电流增量继电器构成 实践证明 负序零序电流增 量继电器动作可靠 灵敏度高 同时还可兼起断线闭锁保护作用 正常运行时 整套保护处于未起动状态 即使测量元件动作也不会产生误跳闸 起动部分用 来在短路时起动整套保护 即解除闭锁 允许 1 和通过与门和ZKJ2ZKJ3 1 Y 去跳闸 起动部分启动后 起动时间电路 在 0 1s 时间内 开放时间内 2Y1T 允许距离 段跳闸 超过 0 1s 时动作 一方面通过禁止门闭锁距离 段 1TJZ 另一方面起动切换继电器 对于各段或各相有公用阻抗继电器的距离保护装置 进行段别或相别切换 5 2 2 测量回路 测量回路的 段和 段 由公用阻抗继电器 1 组成 而第 段由ZKJ2 测量阻抗继电器组成 测量回路是测量短路点到保护安装处的距离