6KV线路进行纵联差动保护的设计.doc

6KV线路进行纵联差动保护的设计中文摘要:采用差动继电器作保护的测量元件，用来比较被保护元件各端电流的大小和相位之差，从而判断保护区内是否发生短路。 由于纵联差动保护只在保护区内短路时才动作，不存在与系统中相邻元件保护的选择性配合问题，因而可以快速切除整个保护区内任何一点的短路，这是它的可贵优点。但是，为了构成纵联差动保护装置，必须在被保护元件各端装设电流互感器，并将它们的二次线圈用辅助导线连接起来，接差动继电器。由于受辅助导线条件的限制，纵向连接的差动保护仅限于用在短线路上，对于发电机、变压器及母线等，则可广泛采用纵联差动保护实现主保护。纵联差动保护是最简单的一种用辅助导线或称导引线作为通道的纵联保护输电线的纵联保护随着所采用的通道不同，在装置原理、结构、性能和适用范围等方面具有很大的差别。纵联差动保护是最简单的一种辅助导线或称导引线作为通道的纵连保护。输电线路的纵联差动保护是指用某种通信通道 ( 简称通道 ) 将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量 ( 电流、功率的方向等 ) 传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在范围之外，从而决定是否切断被保护线路。关键词： 电流互感器 差动继电器 纵联差动保护 Differential relay for protection by the measurement device, used to compare the protected device the size of the end of the current and phase difference, so as to judge whether a short circuit protected areas. As the differential protection circuit only when the action in the protection zone, there is no adjacent components and systems to protect the selectivity with problems, which can quickly and removal of the entire protection zone at any point of the short circuit, which is its valuable advantages however, in order to constitute a differential current protection devices, protection devices must be installed in each end of the current transformer and the secondary coils are connected with the auxiliary wire, then the differential relay. Due to the auxiliary wire limitations, the longitudinal differential protection connection is limited to use in short-term way, for generators, transformers and bus, they can be widely used in differential protection to achieve the main protection. Differential protection is the simplest use of auxiliary wires, or as a channel guide wire transmission line for pilot protection for pilot protection with the channel used is different from the device principle, structure, properties and application, ect great difference. Differential protection is the simplest of an auxiliary line as a guide wire, or even the protection of the vertical channel.Transmission line differential protection is to use some kind of communication channel (the channel) to vertical transmission line linking both ends of the protection device, it will be the end of the electrical quantities (current, power of direction, etc.) sent to the right side, the two side compared electrical quantities to determine fault in the circuit or within the scope to determine whether to cut off the protected circuit.Key Words：Current Transformer Differential relay Differential protection 目 录引 言1 第一章 继电保护的一般概念2 1.1 继电保护的概念2 1.2 继电保护的性能31.3 纵联差动保护的概念3 第二章 课程设计的主要任务3 第三章 课程设计的目的6 第四章 课程设计的任务书6第五章 课程设计的内容和过程105.1 选择电流互感器的型号 105.2 选择输电线路的线型和截面105.3 确定输电线路的长度10 5.4 纵联差动保护的整定计算105.5 纵联差动保护的灵敏度校验11 5.6 电流互感器10%误差校验11第六章 设计总结及心得体会 14 6.1 设计总结 14 6.2 心得体会 15 致 谢 15 参考文献 16 引言继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的。20世纪初随着电力系统的发展，继电器开始广泛应用于电力系统的保护，这时期是继电保护技术发展的开端。最早的继电保护装置是熔断器。从2O世纪5O年代到90年代末，在40余年的时间里，继电保护完成了发展的4个阶段，即从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。随着电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展，人工智能技术如人工神经网络、遗传算法、进化规模、模糊逻辑等相继在继电保护领域的研究应用，继电保护技术向计算机化、网络化、一体化、智能化方向发展。它是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以沿称继电保护。基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。此外，机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。因此，系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力，机、炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护，还应研究、推广故障预测技术。电力系统发展日趋复杂化和多样化，远距离、重负荷、超高压线路大量出现，供电的可靠性越来越高。作为线路的主保护纵联差动将得到大量应用。而实现纵联差动保护的主要手段是先进的通信技术，高频载波及微波通信虽已得到广泛应用，但存在许多缺点，光纤通信容量大、频道宽，不受电磁干扰，必将成为纵联差动保护的主要形式。可以预见，光纤、微波、卫星等现代化通信技术将成为送电线路纵联差动保护主要手段，对系统安全可靠将起到重要作用。第一章 继电保护的一般概念1.1 继电保护的概念继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装置是保障电网可靠运行的重要组成部分，一般由感受元件、比较元件和执行元件组成。1.2 继电保护的性能继电保护装置必须具备以下4项基本性能：灵敏性。灵敏性表示保护范围内发生故障或不正常运行状态时，继电保护装置的反应能力，通常以灵敏系数表示。在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数。可靠性。在规定的保护范围内发生了属于其应该动作的故障时，保护装置不应拒动作；而在任何不属于其应该动作的情况下，保护装置不应该误动作。快速性。为防止故障扩大，减轻其危害程度，加快系统电压的恢复，提高电力系统运行的稳定性，在系统发生故障时，保护装置应尽快动作，切除故障。选择性。在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。即首先由距故障点最近的断路器动作切除故障线路，尽量减小停电范围，保证系统中无故障部分仍能正常运行。以上四项基本要求，对一个具体的保护装置来说，不一定都是同等重要的，而往往要根据被保护元件在电力系统的具体作用有所侧重。选择继电保护方案时，除设置需满足以上4 项基本性能外，还应注意其经济性。即不仅考虑保护装置的投资和运行维护费，还必须考虑因装置不完善而发生拒动或误动对国民经济和社会生活造成的损失。1.3 纵联差动保护的概念纵联差动保护就是采用差动继电器作保护的测量元件，用来比较被保护元件各端电流的大小和相位之差，从而判断保护区内是否发生短路。由于纵联差动保护只在保护区内短路时才动作，不存在与系统中相邻元件保护的选择性配合问题，因而可以快速切除整个保护区内任何一点的短路，这是它的可贵优点。但是，为了构成纵联差动保护装置，必须在被保护元件各端装设电流互感器，并将它们的二次线圈用辅助导线连接起来，接差动继电器。由于受辅助导线条件的限制，纵向连接的差动保护仅限于用在短线路上，对于发电机、变压器及母线等，则可广泛采用纵联差动保护实现主保护。第二章 本课程设计主要任务利用纵联差动保护的原理，对6Kv线路进行纵联差动保护的设计。纵联差动保护的原理：电网的纵联差动保护反应被保护线路首末两端电流的大小和相位，保护整条线路，全线速动。线路纵联差动保护原理接线如图1所示。被保护线路两侧的电流互感器变比相等，极性标注如图1（a）所示。对保护线路来说，将两侧电流互感器二次的内侧及外侧分别用二次线连接，组成一个循环臂。在内外侧连线的两点a ,b处接入继电器KD，设两侧电流互感器外侧输入电流为正方向电流，按减极性标注电流互感器。在正常运行时，两侧电流互感器的一次侧流过的电流为和。互感器二次侧输出的电流为和，流入继电器的电流为-，即为电流互感器二次电流的差。一般把继电气回路称为差回路。 在正常运行时，流入差回路的电流 式中 两侧电流互感器的变化。当被保护线路外部d点短路时，如图1（b）所示，流入差动保护差回路中的电流为 式中 电源供给短路点的短路电流。(a) (b) (c)图1 线路纵联差动保护原理接线图(a)正常运行情况；(b)区外短路情况；(c)区内短路情况纵差继电器的内部结构如图2；图2 纵差继电器的内部结构 故被保护线路在正常运行及区外故障时，在理想状态下，流入差动保护差回路中的电流为零。但实际上，两侧电流互感器的性能不会完全相同，所以差回路中还有一个不平衡电流。差动继电器KD的起动电流是按大于不平衡电流整定的，所以，在被保护线路正常及外部故障时差动保护不会动作。 当被保护线路内部d点短路时，如图1（c）所示。流入差动保护回路的电流为 式中 线路两侧电源供给短路点的短路电流； 流经短路点的短路电流。 故被保护线路内部故障时，流经差回路的电流为短路点短路电流的二次值，其值远大于差动继电器的起动电流，差动继电器动作，瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两侧断路器。 由于区内故障时，流入差动继电器的故障电流远大于继电器的起动电流，故纵联差动保护灵敏度很高。纵联差动保护的保护范围为被保护线路两侧互感器之间的区域，保护范围稳定。而且，纵联差动保护在外部故障时是不动作的，故就不需要和相邻保护在动作值和动作时限上配合。所以说，纵联差动保护可以实现全线速动保护，但不能作相邻元件的后备保护。第三章 课程设计目的（1）熟悉各种继电器的操作和应用； （2）进一步深入了解继电保护的工作原理和整定方法； （3）通过课程设计，熟练掌握的继电保护的工作原理和整定计算方法；（4）学会利用纵联差动保护设计6Kv输电线路的主保护；（5）通过课程设计，培养解决实际问题的能力，为今后的学习打下基础； （6）通过课程设计，熟练掌握资料的查询（图书、网络）的方法，同时使电力网继电保护原理课程中所获得的知识在工程设计工作中综合地加以应用，从而使理论知识和实践结合起来。 第四章 课程设计任务书电力系统继电保护课程设计任务书1 课程设计题目6KV线路中纵联差动保护的设计2 课程设计时间自 2010 年6月21日起至 2010 年7月4曰止，共 14 天。3 课程设计地点四教205教室4 课程设计的主要工具及方法利用纵联差动保护的原理对线路进行整定计算，使得在故障时能很好的起到保护作用。5 课程设计的主要内容及要求(1)纵联差动保护的原理：为实现全线短路故障时能快速切除，必须采用线路两侧电气量作为保护的测量信息，通过信息交换，对区内、区外故障位置进行判断实现全线速动保护。(2)线路纵联差动保护的工作原理：当短路故障时，电流互感器铁芯开始饱和，于是励磁电流急剧上升，由于电流互感器特性不一致，造成两个电流互感器二次电流之间的较大差别，饱和程度越严重，差别越大，于是差动回路中就有不平衡电流流过，并对不平衡点流进行计算。(3)节省设计：为节省资源，用单回辅助线传送三相工作状态的测量信息，以及区外短路故障时，差动回路中不平衡电流的影响。(4)设计中测量元件的选择：三相电流综合为单相输出的方式为综合变流器，但由于三相电流的系数不等，所以在不同类型短路故障和不同相别故障时，纵差保护有不同的灵敏度。(5)纵差保护整定计算：1.按躲过区外短路故障时的最大不平衡电流整定。式中：可靠系数，取1.31.5；非周期分量系数； 电流互感器同型系数，当两侧电流互感器同型时取0.5，不同时取1；电流互感器误差，取0.1；外部短路故障时流过本线路的最大短路电流；2.按躲过电流互感器二次回路断线条件整定。 式中： 线路正常运行时的最大负荷电流； 可靠系数，取1.51.8。(6) 校验灵敏度：当灵敏度不满足要求的时候可采用带制动特性的差动继电器或重新测量及整定。 (7)完成设计报告。6 课程设计的组织形式及设计进度安排基于继电保护课程设计要求分组进行，每组人数不超过 20人，组间设计题目要求不同，组内题目形式相同、但数据不同，学生必须自己动手亲自设计，避免了抄袭现象。并要求个人独立进行整个过程的设计，说明书均独立撰写。由于在课程的讲解过程中已经对设计对象中有共性的地方进行统一讲解，并讲解了关于继电保护的发展史以及各种继电保护装置的使用和整定算法的了解，本次课程设计不再提供统一的课堂讲解；仅在课程设计的过程中随堂对相关的一些问题进行特殊的解释、个别辅导答疑解决。具体时间确定如下：第一周（15天）：进行手工计算与设计；第一周（67天）：检查、整理手算资料;第二周（13天）：通过和老师的交流对设计进行完善。第二周 (47 天)：完成设计报告并提交。时间可灵活安排，在进行课程设计过程中，若发现设计问题可再次仿真直至合理。7 课程设计考核方法及成绩评定课程设计结束时学生必须写出设计报告，课程设计成绩分三部份，手工计算20%，节省设计10%；设计报告 60(设计过程，图表，曲线，总结)；考勤 10。8 设计报告的主要内容包括设计报告采用 A4 打印纸打印，其版面要求如下：页边距：上为 22，下为2.2，左为 2.5，右为 2.2；页眉页脚均为 1.1；文档网格选“指定行和字符网格”，字符每行 39，行为每页 35。字体要求：每部分的标题统一用四号，正文用小四。设计内容布置按下面格式进行。目录设计中文摘要及摘要英文翻译一、引言二、继电保护的一般概念三、本课程设计主要任务四、课程设计目的五、课程设计任务书六、课程设计内容及过程七、课程设计总结九、参考文献9 教材及参考书1输电线路新型继电保护， 许正亚， 中国水利水电出版社， 2002 2. 继电保护整定计算， 许建安，中国水利水电出版社，20013. 电力系统继电保护， 许建安， 中国水利水电出版社4新型继电保护与故障测距原理和技术， 葛耀中， 西安交通大学出版社，19965. 自适应保护的讨论， 许建安， 水利科技，2002(1)。6.电力网继电保护原理，孙国凯，中国电力出版社，2008第五章 课程设计内容及过程5.1 选择电流互感器的型号取最大负荷为300KW，功率因数，效率为，。由于最大负荷电流=,所以选择两个型号相同的LZZBJ-10型100/5的电流互感器。5.2 选择输电线路的线型和截面在电网中310Kv架空线路宜采用铝绞线，主干线截面为150240，所以我们选择LJ-185导线其相应的=0.2，=0.3。5.3 确定输电线路的长度纵联差动保护需敷设与被保护线路等长的辅助导线，且要求电流互感器的二次负载阻抗满足电流互感器10%的误差；需装设辅助导线断线与短路的监视装置，辅助导线断线应将纵联差动保护闭锁。由于上述的问题，所以在输电线路中，只有用其他线路不能满足要求对的短线路（一般不超过57Km的线路）才采用。因此选择线路长度为6Km。5.4 纵联差动保护的整定计算取最大负荷为300KW，功率因数，效率为，。取： 5.5 ，则保护线路的最大短路电流： （1）. 按躲过区外短路故障时的最大不平衡电流整定,其整定电流为 式中 ， （2）. 按躲过电流互感器二次回路断线条件整定，其整定电流为 式中 取两者中的最大值 5.5 纵联差动保护的灵敏度校验 =2所以设计满足要求。5.6 电流互感器10%误差校验对于线路的纵联差动保护，为保证装置不误动作，需校验流过电流互感器最大短路电流所产生的电流误差不超过10% 。（1）电流互感器的一次电流倍数 式中 ，m为电流互感器一次电流倍数；K为可靠系数，取1.3；为电流互感器一次侧额定电流。（2） 二次负载的计算由于外部短路时流入继电器的电流为0（不考虑不平衡电流），故二次负载不包括继电器阻抗，辅助线一般采用电阻时电阻远大于电抗，故忽略电抗。等效电路如图3；图3 外部短路时等效电路当或相短路时计算负载最大，此时故障情况下计算负载。即 =21.73+0.05=3.5 式中，Z为二次负载；为辅助电缆电阻；为接触电阻，取0.05。（3） 辅助电缆长度的计算 连接导线最大允许长度（m）按下式计算： =6 =1,16 m 式中，S为连接导线的截面，；为电阻系数，。以LZZBJ-10型电流互感器为例，求出辅助导线长度，见表1。 表1 两线电流互感器两继电器序号 外部最大短路电流（m）一次侧电流倍数电流互感器 m电流互感器10%误差允许负载Z()辅助电缆允许电阻（）下列截面下辅助电缆允许长度L（m）110001.63220003.25330004.885.02.48202337539809440006.503.51.73141235376564550008.132.71.33108181289433660009.752.11.03841402243367700011.382.00.98801332133208800013.001.40.6855921482229900014.631.20.584779126189101000016.251.10.534372115173从表1可知，如系统短路电流过大，则辅助电缆允许长度很短，即能保护的线路很短。所以在确定保护方案前必须先做短路计算，然后再根据表1的计算方法确定方案的可行性。第六章 课程设计总结6.1 设计总结 这次我们做的是继电保护的课程设计，我们组设计的题目是关于6KV线路中的纵联差动保护的设计，时间是6月21日至7月4日，总共14天时间。由于纵连差动保护是反映被保护变压器各端流入和流出的相量差，在做这次课程设计中我总结出以下五点：第一 抓住整体思路：在设计开始时必须有对设计的整体思路。我们做的是6KV线路纵联差动保护。首先要对线路保护有一个整体的思路，怎样采用差动保护装置，其次构划出原理接线图及整定、校验等过程。进行电力系统继电保护课程设计的目的是把所学到的继电保护的理论知识进行综合运用，从而达到巩固、加深及扩大专业知识，做到灵活应用，解决实际问题。第二 对理论的学习非常重要：理论是实践的基础，只有具有强厚的理论知识才能保证实践的可行性。在这次课设中，我平时对继电保护原理的课程学习一般，所以又投入了很多时间去学习理论知识，查了很多资料，理论这一层次的解决，只有对于理论知识相当熟悉才能构思出整体的思路。第三 熟练应用计算机软件：计算机是现代应用广泛的工具，我们在设计过程中不仅用到计算机去编辑相关文字，而且也要用一些专业方面软件绘制电路图，我们用到的Visio软件是电力方面专门的绘图工具，只有熟练掌握了才能精确快速的绘制出来相应的原理图。第四 注意细节，把握设计的准确性：在设计过程中我们要用到的互感器、导线等，这都需要我们自己查找选择相应的型号，在选择时定要注意满足设计要求且考虑到节约成本的问题，如线路纵联差动保护的长度一般不超过57km 。第五 互相合作，取长补短：我们组总共有15人同时做一个题目，我们采用分组合作的办法去