继电保护课程设计17

1、中北大学继电保护课程设计说明书1 引言电力系统继电保护作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。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，本专业特安排了本次课程设计。电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而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,电力系统希望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供电

2、范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。通过此次线路保护的设计可以巩固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，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。 电力系统的不断发展和安全稳定运行，给国民经济和社会发展带来了巨大动力和效益。但是，电力系统一旦发生自然或人为故障，如果不能及时有效控制，就会失去稳定运行，使电网瓦解

3、，并造成大面积停电，给社会带来灾难性的后果。继电保护（包括安全自动装置）是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。许多实例表明，继电保护装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿成严重后果。因此，加强继电保护的设计和整定计算，是保证电网安全稳定运行的重要工作。1.1 电力系统继电保护的概念电力系统继电保护和安全自动装置是在电力系统发生故障和不正常运行情况时，用于快速切除故障，消除不正常状况的重要自动化技术和设备。电力系统发生故障或危及其安全运行的事件时，他们能及时发出告警信号，或直接发出跳闸命令以终止事件。1.2 继电保护装置的特性继电保护装置必须具

4、备以下5项基本性能：安全性。在不该动作时，不发生误动作。可靠性。在该动作时，不发生拒动作。快速性。能以最短时限将故障或异常消除。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。灵敏性。反映故障的能力，通常以灵敏系数表示。1.3 继电保护基本原理 继电保护装置要求能反应电气设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地，有选择性地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证无故障设备继续正常运行，将事故限制在最小范围，提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连接供电。继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障

5、”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。2 设计原始资料系统接线图如下图，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。参数为：=115/kV,5、=5=15,、,线路阻抗0.4/km,、,2.1 具体题目根据所给的资料，对上述系统中的1,2,3处进行零序保护的设计。2.2 题目分析所谓零序保护，是指在大短路电流接地系统中发生接地故障后,就有零序电流，零序电压和零序功率出现,利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置的统称。三相电流平衡

6、时，没有零序电流，不平衡时产生零序电流，零序保护就是用零序互感器采集零序电流，当零序电流超过一定值（综合保护中设定）,综和保护接触器吸合，断开电路。零序电流互感器内穿过三根相线矢量和零线。正常情况下，四根线的向量和为零，零序电流互感器无零序电流。当人体触电或者其他漏电情况下：四根线的向量和不为零，零序电流互感器有零序电流，一旦达到设定值，则保护动作跳闸。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。所以零序电流保护被广泛的应用在110KV

7、及以上电压等级的电网中。3 保护方式的确定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 =（+）； (2.1)将数据代入式2.1中可得=10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运行方式，则：=（+） (2.2)将数据代入式2.2中，可得=53.2 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：=（+） (2.3)将数据代入式2.3中，可得=13最大运行方式就是指流

8、过保护2的电流最大即两个发电机共同运行，则：=（+） (2.4)将数据代入式2.4中，可得=6.53.3 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：=（+） (2.5)将数据代入式2.5中，可得=10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：=（+） (2.6)将数据代入式2.6，可得=53.4 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：=（+） (2.7)将数据代入式2.7，可得=13最大运行方

9、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：=（+） (2.8) 将数据代入式2.8，可得 = 6.5 4. 变压器整定原则4.1.变压器纵联差动保护（1）躲过外部短路时的最大不平衡电流计算，整定式为 式中 可靠系数，取1.3；-外部短路故障时的最大不平衡电流。包括电流互感器和变压器变比不完全匹配产生的最大不平衡电流和互感器传变误差引起的最大不平衡电流。 （2）躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为式中 可靠系数，取1.3-1.5； 变压器的额定电流； 励磁涌流的最大倍数（即励磁涌流与变压器额定电流的比值），取4-8。由于变压器的励磁涌流很大，

10、实际的纵差保护通常采用其他措施来减少祂的影响：一种是通过鉴别励磁涌流和故障电流，在励磁涌流时将差动保护闭锁，这是在整定值中不必考虑励磁涌流的影响，即取Ku =0；另一种是采用速饱和变流器减少励磁涌流产生的不平衡电流，采用加强型速饱和变流器的差动保护（BCH2型）时，取Ku =1。（3）躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流， 式中 变压器的最大负荷电流。当不能确定时，采用变压器额定电流。选用上述三条件算得的保护动作电流的最大值作为计算值。4.2变压器相间短路的后备保护（1）过电流保护 式中 可靠系数，取1.2-1.3； 返回系数，取0.85-0.95； 变压器最大负荷电流二次值。（2）低电压启

11、动的过电流保护按躲过正常工作运行时出现的最低工作电压整定；按躲过电动机自启动时的电压整定。4.3 变压器接地短路后备保护变电所单台变压器的零序电流保护：在中性点直接接地系统中，接地短路是常见的故障形式，所以处于该系统中的变压器要装设接地（零序）保护，以反映变压器高压绕组、引出线上的接地短路，并作为变压器主保护和相邻母线、线路接地保护的后备保护。对降压变压器，如果中、低压侧没有电源时，即使中性点接地运行，其中性点的零序电流保护也没必要运行。式中 保护装置段瞬时电流速断保护的动作电流，又称一次动作电流；可靠系数，考虑到继电器的整定误差、短路电流计算误差和非周期分量的影响等而引入的大于1的系数，一般

12、取1.21.3;被保护线路末端B母线上三相短路时流过保护安装处的最大短路电流，一般取次暂态短路电流周期分量的有效值5 零序电流保护的配置和整定将本题中的系统简化成三序电压等值网络，即负序网络，如图1；正序网络。如图2；零序网络，图3。 图1 负序网络图2 正序网络 图3 零序网络5.1 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: (3.1)将数据代入

13、式3.1，可得=12.67.同理，可计算得: 所以故障端口的零序电流为：=2.01(KA)；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： =1.82=0.199(KA)； =1.82=0.282(KA);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：= 0.147(KA)；= 0.209(KA)；所以=0.199(KA)，=0.282(KA)；故零序I段整定为： =3 (3.2)将数据代入式3.2中，其中=1.2为电流系数，得到:=0.717(KA) =3 (3.3)将数据代入式3.3中, 其中=1.2为电流系数，可得=1.014(KA)同理可得：IIset.2=1.

14、173(KA)；IIset.3=1.452(KA)；5.2 零序II段的配置和整定先求保护1的分支系数：=1+=1+ :对,当只有一台发电机变压器组运行时最大，有=+=88.07（）；当两台发电机变压器组运行时最小，有=+=80.04（）;对于则按照同上述叙述，有：当、只有一台运行时最大，=24（）；当、两台全运行时最小，=12（）。可得：保护1的最大分支系数=1+=1+=8.5,保护1的最小分支系数=1+=1+=4.975。同理可得：=7.45；=3.775. 保护1的零序II段保护的整定保护1的零序II段定值为： (3.4)将数据代入式3.4，可得0.336KA校验灵敏度：经过计算可得，母

15、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段保护的整定保护4的零序II段定值为： (3.5)将数据代入式3.5，可得，KA校验灵敏度：经过计算可得，母线B接地故障流过保护4的最小零序电流：0.263 灵敏系数： >1.3;5.3 零序III段的配置和整定假设保护1、2、3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。 保护1的零序I

16、II段整定计算：B母线的三相短路电流：=(KA)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 (3.6) 将数据代入式3.6可得，=0.0885（KA） (3.7)将数据代入式3.7可得，=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 保护2的零序III段整定计算：A母线的三相短路电流：=(KA)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。 (3.8)将数据代入式3.8中，可得=0.0559（KA） (3.9)将数据代入式3.9可得，=0.0669（KA）作为近后备保护 满足要求同理：对保护3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。心得体会 通过本课程设计，巩固