继电保护课程设计,电流保护及整定

1、学 号： 电力系统继电保护原理 课程设计题 目 线路电流保护的设计学 院自动化学院专 业电气工程及其自动化班 级姓 名指导教师2016年1月14日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位：自动化学院 题 目: 线路电流保护的设计初始条件：系统示意图如图所示。参数为：kV，= =5，=8，=5，=15,=15,=20，=60km，=40km，线路阻抗=0.4/km，=1.2/km，=1.2，=1.15。 试求：整定保护1、2、3、4的电流保护。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1. 选择并整定线路上各保护装置；2. 绘制保护装置的

2、原理图；3. 编写设计说明书；指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日20摘要 在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，安排了本次课程设计。发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统要求线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统断电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。本次110kv电网继电保护设计的任务

3、主要包括：运行方式的分析，电路保护的配置和整定，零序电流保护的配置和整定，原理接线图及展开图。 关键词：继电保护 电流保护 整定目录1 任务及要求51.1 初始条件51.2 要求完成的主要任务52 系统运行方式的考虑62.1 运行方式的类型6 2.1.1.最大运行方式6 2.1.2最小运行方式6 2.1.3正常运行方式62.2 基本参数计算62.3 各个保护运行方式的分析7 2.3.1保护1的运行方式分析7 2.3.2保护2的运行方式分析7 2.3.3保护3的运行方式分析8 2.3.4保护4的运行方式分析83 电流保护的配置和整定83.1 电流速断保护的配置和整定83.2 限时电流速断保护的配

4、置和整定93.3 过电流保护的配置和整定94 零序电流保护的配置和整定104.1 零序I段的配置和整定114.2 零序II段的配置和整定124.3 零序III段的配置和整定12 4.3.1 保护1的零序III段整定计算13 4.3.2 保护2的零序III段整定计算135 原理接线图及展开图13 5.1 保护1的原理接线图及展开图14 5.2 保护2的原理接线图及展开图15 5.3 保护3的原理接线图及展开图16 5.4 保护4的原理接线图及展开图176小结187参考文献181任务及要求1.1初始条件： 系统示意图如图所示。参数为：kV，= =5， =8，=5 =15,=15,=20，=60km

5、，=40km，线路阻抗=0.4/km，=1.2/km，=1.2，=1.15。 试求：整定保护1、2、3、4的电流保护。1.2要求完成的主要任务: （1）选择并整定线路上各保护装置；（2）绘制保护装置的原理图；（3）编写设计说明书；2系统运行方式的考虑2.1运行方式的类型在选择保护方式及对其整定计算时，都必须考虑系统运行方式变化带来的影响，所选用的保护方式，应在各种系统运行方式下，都能满足选择性和灵敏性的要求。对过量保护通常都是根据系统最大运行方式来确定保护整定值，以保证选择性。灵敏性的校验应根据最小运行方式来进行，因为在最小运行方式下灵敏性满足要求，则其他运行方式下，也一定满足要求。 2.1.

6、1最大运行方式 根据电力系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行以及选择的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护而言，是指短路时流过保护的短路电流最大的运行方式。 2.1.2最小运行方式 根据系统最小负荷，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护而言，是指短路时流过保护的短路电流最小的运行方式。 2.1.3正常运行方式 根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应数量的发电机、变压器和线路的运行方式称为正常运行方式。这种运行方式在一年之内的运行时间最长。对于某些特殊运行方式，运行时间很短，对保护的选择性或灵敏性有困难时，

7、且保护拒动或误动不会引起大面积停电的情况下，可不予考虑。2.2基本参数计算 图1 110kV电网系统接线图 系统接线图如图1所示，发电机以发电机变压器组方式接入系统，最大开机方式为4 台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数如下：电动势：Ej = 115/kv； 发电机： X1.G1 = X2.G1 = X1.G2 = X2.G2 = 5 + (15 - 5)/14=5.71， X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 8 + (9 - 8)/14=8.07；变压器： X1.T1 X1.T4 = 5 + (10 - 5)/14=

8、5.36， X0.T1 X0.T4 = 15 + (30 - 15)/14=16.07.， X1.T5 = X1.T6 = 15 + (20 - 15)/14=15.36， X0.T5 = X0.T6 = 20 + (40 - 20)/14=21.43；线 路：LA-B = 60km，LB-C = 40km，线路阻抗z1 = z2 = 0.4W/km，z0 = 1.2W/km， X1.A-B=60km× 0.4W/km=24W，X1.B-C=40km×0.4W/km=16W； X0.A-B=60km×1.2W/km=72W，X0.B-C=40km×1.2

9、W/km=48W； IA-B.L.max = IC-B.L.max = 300A； Kss = 1.2，Kre = 1.2；电流保护：KIrel = 1.2，KIIrel = 1.15，负荷功率因数角为30°，线路阻抗角均为75°，变压器均装有快速差动保护。2.3各个保护运行方式的分析2.3.1 保护1的运行方式分析保护1的最小运行方式就是指流过保护1的电流最小即是在G1和G2只有一个工作，变压器T5、T6两个中有一个工作时的运行方式，则=（+）=5.71+5.36 =11.07；最大运行方式就是指流过保护1的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6两个都同时运行的

10、运行方式，则=（+）=（5.71+5.36）=5.54。2.3.2 保护2的运行方式分析 对于保护2，它的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小即是在G3和G4只有一个工作时运行，则=（+）=8.07+5.36=13.43；最大运行方式就是指流过保护2的电流最大即两个发电机共同运行，则=（+）=（8.07+5.36）=6.72。2.3.3 保护3的运行方式分析保护3的最小运行方式就是指流过保护3的电流最小即是在G1和G2只有一个工作时运行的运行方式，则=（+）=5.71+5.36=11.07；最大运行方式就是指流过保护3的电流最大即两个发电机共同运行，则=（+）=（5.71+5.36）=5.5

11、4。2.3.4 保护4的运行方式分析保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小即是在G3和G4只有一个工作，变压器T5、T6两个中有一个工作时的运行方式，则=（+）=8.07+5.36=13.43；最大运行方式就是指流过保护4的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6两个都同时运行的运行方式，则=（+）=（8.07+5.36）=6.72。3电流保护的配置和整定 三段式电流保护分为电流速断保护、限时电流速断保护和过电流速断保护。三段式电流保护在配合的过程中，如果电流速断保护能保护线路的全长，则不再需要配置限时电流速断保护。对于每一段保护，他的整定值得满足灵敏系数和其他要求。因此，配置

12、完以后得检验这个配置是否符合要求。 3.1 电流速断保护的配置和整定对于反应与短路电流负值增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。为了保证选择性，电流速断一般只能保护线路的一部分。电路速断保护要求一旦短路电流超过整定值，就立即将离短路点最近的断路器跳开，例如，在本设计中，当线路A-B上发生短路时，则保护1、2都要瞬时动作，使1、2处断路器跳开。由系统图可知，假设保护1、2、3和4都需要配置电流数段保护。则：对于保护1：动作电流：=，动作时间tI1=0s， 灵敏性校验：=×，100%=35.08%>15%，满足要求。对于保护2：动作电流：=，动作时间：tI2=0s，灵敏性校验

13、：=1.83=6.57（km） 100%=45%>15% 满足要求对于保护3：动作电流：IIset.3=，动作时间tI3=0s，灵敏性校验：IIset.3=×，不满足要求。对于保护4：动作电流IIset.4=，动作时间tI4=0s，灵敏性校验：IIset.4=×，100%=15.63%>15%，满足要求。 由以上的计算结果可知，保护1、2和4需要安装电流速断保护装置，保护3不需要。3.2 限时电流速断保护的配置和整定 限时电流速断保护即电流II段保护的范围是与下一级的I段保护相配合的。即从本级I段保护范围开始端一直延伸到下一级的I段的2/3处，既包括了本级的I段

14、保护范围又包含了下一级I段的大部分范围。由限时电流速断的计算结果可知，假设保护4处需安装限时电流速断保护，其他保护处不需要安装限时电流速断保护。则： IIISET.4=KIIrel×IIset.2=1.15×1.83=2.105KA，tII2=0.5S， KIIsen.4=0.949<1.3，不满足灵敏系数。故保护4也不装设限时电流速断保护。由此，保护2处不需要装设电流速断保护装置。3.3 过电流保护的配置和整定假设保护1、2、3和4处都装设过电流保护。则：tIII1=0.5s，tIII2=0s，tIII3=0s，tIII4=0.5s；保护2和3处都配置一个时间为0s

15、的定时限过电流保护装置，保护1和4处各装置一个延时为0.5s的定时限过电流保护装置。下面分别对个保护进行电流整定。对于保护1：动作电流：IIIIset.1=;近后备：KIIIsen.1=，满足要求。远后备：KIIIsen.1=，满足要求。同理，保护2、3和4处的整定电流IIIIset.2=IIIIset.3=IIIIset.4=0.36KA。且灵敏系数都满足要求。4零序电流保护的配置和整定电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数的短路故障是不对称的，其零、负序电流电压会很大，利用故障的不对称性可以找到正常与故障的区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差异更为明显。所以

16、零序电流保护被广泛的应用在110KV及以上电压等级的电网中。 所有元件全运行时三序电压等值网络图如下图所示： （a）：正序网络 图（b）：负序网络 （c）负序网络4.1 零序I段的配置和整定 零序电流I段按照躲开下级线路出口处单相或两相接地末端短路时可能出现的最大零序电流3I0.max和躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流3I0.unb以及非全相运行状态下发生系统震荡时所出现的最大零序电流来整定。 经分析，B母线单相接地短路时，故障端口正序阻抗= =12.84;，=8.09；所以故障端口的零序电流为：=1.650KA；所以B相单相接地短路时流过保护1、4的零序电流分别为：I0.1=

17、1.82=0.199KA；I0.4=1.82=0.282KA;同理得出：B母线两相接地短路时流过保护1、4的零序电流分别为：I0.1= 0.147KA； I0.4= 0.209KA；所以I0.max.1=0.199KA，I0.4.max=0.282KA；故零序I段整定为：IIset.1=3I0.max.1KIrel=1.230.199=0.717KA；IIset.4=IIset.43I0.4.max=1.230.282=1.014KA，同理可得：IIset.2=1.173KA；IIset.3=1.452KA；4.2 零序II段的配置和整定先求保护1的分支系数：=1+=1+ ，对，当只有一台发电

18、机变压器组运行时最大，有=+=16.07+72=88.07（）；当两台发电机变压器组运行时最小，有=+=16.07/2+72=80.04（）;对，当、只有一台运行时最大，=24（）；当、两台全运行时最小，=12（）。因此，保护1的最大分支系数=1+=1+=8.5最小分支系数=1+=1+=4.4.975。同理可得：=7.45；=3.775.保护1的零序II段定值为：校验灵敏度：母线B接地故障流过保护1的最小零序电流：灵敏系数： >1.3.保护4的零序II段定值为：校验灵敏度：母线B接地故障流过保护4的最小零序电流：灵敏系数：>1.3;4.3 零序III段的配置和整定假设保护1、2、3

19、和4处都装设零序III段电流保护。则：tIII1=0.5s，tIII2=0s，tIII3=0s，tIII4=0.5s；保护2和3处都配置一个时间为0s的定时限过电流保护装置，保护1和4处各装置一个延时为0.5s的定时限过电流保护装置。下面分别对个保护进行电流整定。 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=10.50.11.77=0.0885（kA） =1.250.0885=0.111（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

20、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=10.50.11.118=0.0559（kA） =1.250.062=0.0699（kA）作为近后备保护 满足要求 同理：对保护3和4进行整定，且灵敏系数均满足要求。 综上可知：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只配置III段保护，整个系统的安全稳定运行。5原理接线图及展开图5.1 保护1的原理接线图及展开图保护1为电流速断I和过电流保护III配合保护的：其原理接线图如下图2所示： 原理接线图交流电流回路 直流回路 图25.2 保护2的原理接线图及

21、展开图保护2处需要装置功率方向继电器，且2处安装过电流保护即可。因此采用接线三相式过电流保护接线方式。其原理图如下所示。 原理接线图 交流电流回路 直流回路 图35.3 保护3的原理接线图及展开图如图4所示 原理接线图 交流电流回路 直流回路 图45.4 保护4的原理接线图及展开图如图5所示 原理接线图交流电流回路 直流回路 图5 6小结 通过此次线路保护的设计巩固了我们本学期所学的电力系统继电保护这一课程的理论知识，提高了我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。本次设计是针对与110KV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。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，加强