电力系统继电保护原理课程设计

电力系统继电保护原理课程设计电力系统继电保护原理课程设计 姓名 姓名 邓义茂邓义茂 班级 班级 电气电气 1 1 班班 学号 学号 201028009201028009 20132013 年年 1212 月月 1 电力系统继电保护原理课程设计电力系统继电保护原理课程设计 任务书任务书 一 课程设计的目的一 课程设计的目的 课程设计是本课程的重要实践环节 安排在理论教学结束后进行 搞好课 程设计 对巩固所学知识 提高实际工作能力具有重要作用 经过设计 使学 生掌握电力系统继电保护的方案设计 整定计算 设备选型 资料整理查询和 电气绘图等使用方法 安排在理论教学结束后进行 搞好课程设计 对巩固所 学知识 提高实际工作能力具有重要作用 通过本课程设计 使学生掌握新型 继电保护设计的内容 步骤和方法 提高学生编写技术文件的技能 锻炼学生 独立思考 运用所学知识分析和解决生产实际问题的能力 二 原始资料二 原始资料 某企业供电系统如图所示 图 1 1 某企业供电系统图 三 设计要求三 设计要求 1 AB 段设三段式保护 速断 限时速断 过流 BC 段设两段式保护 速断 过流 CD 段设过流保护 2 计算出各保护的整定值 校验其保护范围和灵敏度系数是否符合要求 并 完成主要电气设备的型号选择 3 画出 A 段和 B 段的保护接线原理图和展开图 四 原始参数四 原始参数 1 速断可靠系数取 1 2 2 限时速断可靠系数取 1 1 3 过流可靠系数取 1 2 4 接线系数取 1 5 返回系数取 0 85 6 自起动系数取 1 2 7 线路均阻抗Kmz 4 0 课程设计时间分为二周 合计共 10 个工作日 时间分配可参考如下 序号序号 时间 天 时间 天 内容安排内容安排备注备注 10 5讲解设计目的 要求 方法 任务分解 21熟悉资料 查阅参考文献 1方案的设计比较 确定主保护方案 31短路电流计算 41 5 查阅图书资料 产品手册和工具书进行设备校 验 51主要电气设备选型 72绘制图继电保护单相配置原理图 81成果整理及总结 1 天 91任务验收 编写设计说明书 评分 总计10 天 参考文献 参考文献 1 电力系统继电保护和自动装置设计规范 GB50062 922 2 电力工程设计手册 二册 3 电力系统继电保护原理及新技术 第二版 李佑光主编 科 学出版社 4 电力系统分析 于永源 杨绮雯 北京 中国电力出版社 2007 5 供变电工程 第二版 翁双安 北京 机械工业出版社 2012 五 设计效果评价与考核五 设计效果评价与考核 设计成绩按学生在课程设计中的表现 对知识的掌握程度 分析问题和解 决问题的能力及创新能力 完成任务的质量 课程设计成果及设计等综合评定 共分五级评定 设计成绩综合后按优秀 90 100 分 良好 80 90 分 中等 70 一 79 及格 60 69 分 不及格 60 分以下 五级计分制评定 六 备注六 备注 最终成绩按照平时表现和设计说明书为主要参考依据 最后总评以优 良 中 及格 不及格记 若发现有抄袭 取消参加考核的资格 成绩以零分记录 3 摘要摘要 供电系统中大量的不同类型的电气设备通过线路联结在一起 受线路运行 环境复杂 线路分布广阔等因素的制约 故障在电力系统中的发生几乎是无法 避免的 而各个环节之间又是相辅相成缺一不可的关系 因此无论哪一个环节 出现故障 都会对整个系统的正常运行造成影响 输电线路是连接供电部门与 用电部门的纽带 是整个店里系统的网络支撑 针对现有电力系统容量的扩大 电压等级的提高 线路输电容量的增加 为了保证电力系统运行的稳定性 本 文对输电线路继电保护的任务及基本要求做简要说明 在对短路电流和继电保 护动作电流进行了计算的基础上 对输电线路中继电保护配置进行了分析 绪论绪论 1 1 电力系统继电保护的原理和任务 电力系统继电保护的原理和任务 继电保护原理是利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量 电 流 电压 功率 频率等 的变化构成继电保护动作的原理 还有其他的物理 量 如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度 的增高 大多数情况下 不管反应哪种物理量 继电保护装置都包括测量部分 和定值调整部分 逻辑部分 执行部分 继电保护的基本任务 1 自动 迅速 有选择性地将故障元件从电力系统 中切除 使故障元件免于继续遭到破坏 并保证其他无故障部分迅速恢复正常 运行 2 反应电气设备的不正常工作情况 并根据运行维护的条件 例如有无 经常值班人员 而动作于发出信号 减负荷或跳闸 此时一般不要求保护迅速 动作 而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时 以免不必要 的动作和由于干扰而引起的误动作 2 2 对继电保护的基本要求 对继电保护的基本要求 继电保护装置应满足可靠性 选择性 灵敏性和速动性的要求 这四 性 之间紧密联系 既矛盾又统一 1 可靠性是指保护该动作时应可靠动作 不该动作时应可靠不动作 可靠性 是对继电保护装置性能的最根本的要求 4 2 选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障 当故障设备或线 路本身的保护或断路器拒动时 才允许由相邻设备保护 线路保护或断路器失 灵保护切除故障 为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有 配合要求的两元件 如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件 的选择性 其灵敏 系数及动作时间 在一般情况下应相互配合 3 灵敏性是指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 各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定 选择性 和灵敏性的要求 通过继电保护的整定实现 4 速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障 其目的是提高系统稳定性 减轻故障设备和线路的损坏程度 缩小故障波及范围 提高自动重合闸和备用 电源或备用设备自动投入的效果等 一般从装设速动保护 如高频保护 差动保 护 充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用 减少继电器固有动 作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性 3 3 概述所作题目的意义 本人所做的工作及系统的主要功 概述所作题目的意义 本人所做的工作及系统的主要功 能能 1 概述所作题目的意义 我们选的这组题让我们进一步加深对电网电流保护的理解以及应用 掌握 电流速断和过流保护电流值的整定 灵敏度的校验以及继电器的选型 这对我 们以后工作有很大的实用意义 2 本人所做的工作 主要负责绪论部分的电力系统继电保护的原理和任务以及对继电保护的基本要求的 确定 3 系统的主要功能 通过测量电流的大小来反映一次电气设备的故障或异常运行状况 当电流 增大时 通过三段式电流保护将故障设备从电力系统中切除或发出警告信息 以防止各电气设备因为过电流而损坏及最大限度地维持系统的稳定 保持供电 的连续性 保障人身的安全 5 一 系统总体方案设计一 系统总体方案设计 根据继电保护的基本要求和本设计的要求 将在 AB 段和 BC 段均设速断和 过过流结合的两段式保护 CD 段只设过流保护 具体的设计方案如下 1 AB 段 用无时限电流速断保护作为 AB 段线路上的电流 I 段保护 用限 时电流速断保护以及配合 BC 段的保护作为 AC 段线路上的电流 II 段保护 并且 无时限电流速断保护和限时电流速断保护为主保护 用定时限过电流保护作为 该线路上的后备保护 即电流 III 段保护 包括对 AB 段线路上的近后备保护 和 BC 段线路上的远后备保护 2 BC 段 用无时限电流速断保护作为 BC 段线路上的电流 I 段保护 用限 时电流速断保护以及配合 CD 段的保护作为 BD 段线路上的电流 II 段保护 并且 无时限电流速断保护和限时电流速断保护作为主保护 用定时限过电流保护作 为此段线路上的后备保护 即电流 III 段保护 包括对 BC 段线路上的近后备 保护和 CD 段线路上的远后备保护 3 CD 段 用定时限过电流保护作为对 CD 段近后备保护 系统总体方案示意图如下 I 段保护区 II 段保护区 I 段保护区 II 段保护区 6 二 短路电流和继电保护的整定计算二 短路电流和继电保护的整定计算 一 一 ABAB 段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验 1 保护 1 无时限电流速断保护 电流 I 段 整定计算 1 求动作电流I I act 1 求最大运行方式下 AB 段线路末端 B 处的三相短路电流I bk max 由原始参数得 电力系统最大运行方式下的电力系统的电抗为 X 0 633 min 电力系统最小运行方式下的电力系统的电抗为 X 0 703 max AB 段线路的电抗 设线路采用架空线路 由表 3 1 得 X 0 35 km0 X 0 35 km 3km 1 05 AB 电力系统最大运行方式下总电抗为 X X X 0 633 1 05 1 683 min B minAB 则 I 1 7KAk max B min c 3 U B X KA 683 1 3 6 3 按躲过最大运行方式下本线路末端三相短路时流过保护的最大短路电流整定 即 I KI 1 2 1 7KA 2 1KA I act 1 relbk max 2 灵敏性校验 即求出最大 最小保护范围 在最大运行方式下发生三相短路时的保护范围为 I X km 3 0kmmax 0 1 X I 1 act c I U min 35 0 1 633 0 1 2 3 6 3 I 100 100 100 50 max AB l Imax 0 3 3 0 在最小运行方式下发生两相短路时的保护范围为 I X km 2 3kmmin 0 1 X I 1 act c I U 2 3 max 35 0 1 703 0 2 3 1 2 3 6 3 7 I 100 100 76 15 min AB l min I 0 3 2 3 2 保护 1 限时电流速断保护 电流 段 整定计算 1 求动作电流 I II 1 act 同理可以求出最大运行方式下 BC 段线路末端 C 处的三相短路电流 I 3 max kC BC 段线路的电抗 设线路采用架空线路 由表 3 1 得 X 0 35 km0 X 0 35 km 5km 1 75 BC 则 I 0 94KA 3 max kC minC c 3 U X KA 75 1 1 23 6 3 按与相邻线路保护 2 的 段动作电流相配合的原则整定 即 I KKI 1 1 1 2 0 94KA 1 3KA II 1 act relrel 3 max kC 2 动作时限 应比相邻线路保护 2 的 I 段动作时限高一个时限级差 t 即 t t t 0 5s II AB I BC 3 灵敏系数校验 利用最小运行方式下本线路末端发生两相短路时流过保护的 电流来校验 即 K I II II act I 1 2 k min B I AB XX max c U 2 3 II 1 act 1 3 1 38 1 3 2 3 05 1 703 0 3 6 3 故灵敏度满足要求 3 保护 1 定时限过电流保护 电流 段 整定计算 1 求动作电流 I 按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定 即 III 1 act I I 0 8KA 1 13KA III 1 act re Ms III K K Krel max L 85 0 11 2 2 动作时限 应比相邻线路保护的最大动作时限高一个时限级差 t 即 t t t t 2 t 1 5s III 1 III 2 III 3 3 灵敏系数校验 作近后备时 利用最小运行方式下本线路末端两相短路时流过保护的电流校 验灵敏系数 即 8 K I IIIa1 III act I 1 2 k min B I AB XX max c U 2 3 III 1 act 1 13 1 59 1 5 2 3 05 1 703 0 3 6 3 近后备灵敏度满足要求 作远后备时 利用最小运行方式下相邻线路末端发生两相短路时流过保护的 电流校验灵敏系数 即 K I IIIa2 III act I 1 2 Cmink I AB XX max c U 2 3 III 1 act 1 13 1 25 1 2 2 3 8 2703 0 3 6 3 远后备灵敏度满足要求 二 二 BCBC 段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验 1 保护 2 无时限电流速断保护 电流 I 段 整定计算 1 求动作电流 I I 1 act 求最大运行方式下 BC 段线路末端 C 处的三相短路电流 I 3 max kc 则 I 1 1KA 3 max kC minC c 3 U X KA 433 3 3 6 3 按躲过最大运行方式下本线路末端三相短路时流过保护的最大短路电流整定 即 I KI 1 2 1 1KA 1 3KA I act 2 rel 3 x cmak 2 灵敏性校验 即求出最大 最小保护范围 在最大运行方式下发生三相短路时的保护范围为 I X km 6 2kmmax 0 1 X I 2 act c I U min 35 0 1 633 0 3 1 3 6 3 I 100 100 124 50 max BC l Imax 0 5 6 2 在最小运行方式下发生两相短路时的保护范围为 9 I X km 4 9kmmin 0 1 X I 2 act c I U 2 3 max 35 0 1 703 0 2 3 3 1 3 6 3 I 100 100 98 15 min AB l min I 0 5 4 9 2 保护 1 限时电流速断保护 电流 段 整定计算 1 求动作电流 I II 2 act 同理可以求出最大运行方式下 CD 段线路末端 D 处的三相短路电流 I 3 max kD BC 段线路的电抗 设线路采用架空线路 由表 3 1 得 X 0 35 km0 X 0 35 km 0 5km 0 175 CD 则 I 1KA 3 max kD minC c 3 U X KA 175 0 433 3 3 6 3 按与相邻线路保护 3 的 段动作电流相配合的原则整定 即 I KK I 1 1 1 2 1KA 1 3KA II 2 act relrel 3 max kD 2 动作时限 应比相邻线路保护 3 的 I 段动作时限高一个时限级差 t 即 t t t 0 5s II BC I BC 3 灵敏系数校验 利用最小运行方式下本线路末端发生两相短路时流过保护的 电流来校验 即 K I II II act I 1 2 k min C I BC XX max c U 2 3 II 2 act 1 3 1 31 1 3 2 3 75 1 05 1 703 0 3 6 3 故灵敏度满足要求 3 保护 2 定时限过电流保护 电流 段 整定计算 1 求动作电流 I 按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定 即 III 1 act I I 0 5KA 0 7KA III 2 act re Ms III K K Krel max L 85 0 11 2 2 动作时限 应比相邻线路保护的最大动作时限高一个时限级差 t 即 t t t 1 0s III 2 III 3 3 灵敏系数校验 10 作近后备时 利用最小运行方式下本线路末端两相短路时流过保护的电流校 验灵敏系数 即 K I III2 III act I 1 2 k min C I AC XX max c U 2 3 III 2 act 0 7 1 54 1 5 2 3 8 2703 0 3 6 3 近后备灵敏度满足要求 作远后备时 利用最小运行方式下相邻线路末端发生两相短路时流过保护的 电流校验灵敏系数 即 K I III1 III act I 2 2 Dmink I AD XX max c U 2 3 III 2 act 0 7 1 22 1 2 2 3 175 0 8 2703 0 3 6 3 远后备灵敏度满足要求 三 三 CDCD 段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验 保护 3 CD 段定时限过电流保护正定计算 1 求动作电流 按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定 即 3 1 2 1 0 85 0 2 0 28 2 动作时限 线路保护的最大动作时限为 3 0 5 3 灵敏系数校验 利用最小运行方式下本线路末端两相短路时流过保护的电流校验灵敏系数 2 3 3 2 3 6 3 3 0 703 2 8 0 175 3 2 0 28 11 1 23 1 2 灵敏度满足要求 三 保护接线原理图三 保护接线原理图 保护原理图构成如下 I 段保护测量元件由 1KA 2KA 组成 电流继电器动作后起动 1KA 发 I 段 保护动作信号并由出口继电器 1KM 接通 QF 跳闸回路 II 段保护测量元件由 3KA 4KA 组成 电流继电器动作后起动时间继电 器 1KT 1KT 经延时起动 2KS 发 II 段保护动作信号并由出口继电器 1KM 接通 QF 跳闸回路 1KT 延时整定值为电流 II 动作时限 I II 段保护共同构成主保护 可共用一个出口继电器 III 段保护测量元件由 5KA 6KA 组成 电流继电器动作后起动时间继电 器 2KT 2KT 经延时起动 3KM 发 III 段保护动作信号并由出口继电器 2KM 接通 QF 跳闸回路 2KT 延时整定值为电流 III 段动作时限 III 段保护为后备保护 为提高保护动作可靠性可以独立使用一个出口继电器 12 四 电流继电器型号的选择四 电流继电器型号的选择 根据原始资料中过流 速断可靠系数可初步选定设备的型号为 DL 型电流继 电器 下面根据具体的动作电流对设备型号做进一步的选择 AB 段电流 I 段无时限电流速断保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为 1 2 2 1 800 5 13 故 AB 段电流 I 段无时限电流速断保护的电流断电器 KA1 KA2 的型号选为 DL 11 AB 段电流 II 段限时电流速断保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为 2 2 1 3 800 5 8 故 AB 段电流 II 段限时电流速断保护的电流继电器的 KA3 KA4 的型号选为 DL 12 AB 段电流 III 段定时限过电流保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为 1 1 1 13 800 5 7 故 AB 段电流 III 段定时限过电流保护的电流继电器 KA5 KA6 的型号选为 DL 12 BC 段电流 I 段无时限电流速断保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为 2 2 1 3 500 5 13 故 BC 段电流 I 段无时限电流速断保护的电流断电器 KA1 KA2 的型号选为 DL 11 BC 段电流 II 段限时电流速断保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为 13 2 2 1 500 5 10 故 BC 段电流 II 段限时电流速断保护的电流继电器的 KA3 KA4 的型号选为 DL 12 BC 段电流 III 段定时限过电流保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为 2 2 0 7 500 5 7 故 BC 段电流 III 段定时限过电流保护的电流继电器 KA5 KA6 的型号选为 DL 12 CD 段定时限过电流保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为 2 2 0 28 200 5 7 故 CD 段电流段定时限过电流保护的电流继电器 KA1 KA2 的型号选为 DL 12 五 课程设计体会五 课程设计体会 本次设计是针对电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析计 算和整定的 通过具体的短路电流的三段式保护 故根据本次设计的实际要求 以继电保护 四性 的总要求 由于本次设计涉及到不同运行方式下的不同类 型的短路电流的计算 这对本次设计增加了难度 在进行设计时首先要将各元 件参数标准化 而后对每一个保护线路未端短路时进行三相短路电流的计算 二相短路电流的计算及零序电流的计算 在整定时对每一个保护分别进行零序 电流保护的整定和距离保护阻抗的整定 并且对其进行灵敏度较验 通过这次设计 在获得知识之余 还加强了个人的独立提出问题 思考问题 解决问题能力 从中得到了不少的收获和心得 在思想方面上更加成熟 个人 能力有进一步发展 本次课程设计使本人对自己所学专业知识有了新了 更深 层次的认识 在这次设计中 我深深体会到理论知识的重要性 只有牢固掌握 所学的知识 才能更好的应用到实践中去 这次设计提高了我们思考问题 解 决问题