三段式电流保护的设计-课程设计

1、电力系统继电保护课程设计题目：三段式电流保护的设计班级：楼宇112姓名： XXX学号：2011XXXX指导教师：设计时间：2013年5月14日评语:成绩1设计原始资料1.1具体题目如下图所示网络，系统参数为：E35/V3kV , Zgi 11 、Zg2 16 、Zg3 12 错误！未找到引用源。，LiL2 120km、L330km ,Lbc 40km 错误！未找到引用源。，Lcd 25km ,错误！未找到引用源。Ld e 25km错误！未找到引用源。，线路阻抗0.4 /km,K同1.2错误！未找到引用源。、K同K： 1.15错误！未找到引用源 ieie ieI B C .max 250A ?

2、1c D .max 200A? 1 D E.max 100 A, Kss 1.5 , Kre 0.85 错误!未找到引用源。AB试对线路L1, L2, L3进行电流保护的设计同C1111.2要完成的内容(1)保护的配置及选择；(2)短路电流计算(系统运行方式的考虑、短路点的考虑、短路类型的考 虑)；(3)保护配合及整定计算；(4)保护原理展开图的设计；(5)对保护的评价。2设计要考虑的问题2.1 设计规程2.1.1 短路电流计算规程在决定保护方式前，必须较详细地计算各短路点短路时，流过有关保护的短路电 流，然后根据计算结果，在满足继电保护和自动装置技术规程和题目给定的 要求条件下，尽可能采用简

3、单的保护方式。其计算步骤及注意事项如下。(1)系统运行方式的考虑除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式外， 还必须考虑在设备检修或 故障切除的情况下，发生短路时流过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行 方式，以便计算保护的整定值和保护灵敏度。在需采用电流电压联锁速断保护时， 还必须考虑系统的正常运行方式。(2)短路点的考虑求不同保护的整定值和灵敏度时，应注意短路点的选择。若要绘制短路电流、 电压与距离的关系曲线，每一条线路上的短路点至少要取三点，即线路的始端、 中点和末端三点。(3)短路类型的考虑相间短路保护的整定计算应取系统最大运行方式下三相短路电流， 以作动作 电流整定之用；而在系统最

4、小运行方式下计算两相短路电流，以作计算灵敏度之 用。短路的计算选用三相短路或两相短路进行计算均可， 因为对保护所取的残余 而言，三相短路和两相短路的残余数值相同。若采用电流电压连锁速断保护，系统运行方式应采用正常运行方式下的短路 电流和电压的数值作为整定之用。(4)短路电流列表为了便于整定计算时查考每一点的短路时保护安装处的短路电流和，将计算结果列成表格。流过保护安装处的短路电流应考虑后备保护的计算需要， 即列出本线路各短 路点短路时流过保护安装处的短路电流，还要列出相邻线路各点短路时流过保护 安装处的短路电流。计算短路电流时，用标幺值或用有名值均可，可根据题目的数据，用较简单 的方法计算。2

5、.1.2 保护方式的选取及整定计算采用什么保护方式，主要视其能否满足规程的要求。 能满足要求时，所采用 的保护就可采用；不能满足要求时，就必须采取措施使其符合要求或改用其他保 护方式。选用保护方式时，首先考虑采用最简单的保护，以便提高保护的可靠性。当 采用简单保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，则可采用较复杂的 保护方式。选用保护方式时，可先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。当采用的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸来校正选择性或加速保护动作。当灵敏度不能满足要求时，在满足速动性的前下，可考虑利用保护的相继动 作，

6、以提高保护的灵敏性。在用动作电流、电压或动作时间能保证选择性时，不要采用方向元件以简化 保护。后备保护的动作电流必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电 流大于下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度，以保证选择性。2.2 本设计的保护配置2.2.1 主保护配置选用三段式电流保护，经灵敏度校验可得电流速断保护不能作为主保护。因此，主保护应选用三段式距离保护。2.2.2 后备保护配置过电流保护作为后备保护和远后备保护。3短路电流计算3.1等效电路的建立由已知可得，线路的总阻抗的计算公式为X ZL(3.1)其中：Z一线路单位长度阻抗；L 一线路长度。所以，将数据代入公式(3.1.1)可得各段

7、线路的线路阻抗分别为XL1 XL2 Z L1 =0.4 120=48Xl3 Z L30.4 30 12Xbc Z Lbc 0.4 40 16Xcd Z Lcd 10Xde Z Ld e 10经分析可知，最大运行方式即阻抗最小时，则有三台发电机运行，线路 L、L3运行，由题意知G、G3连接在同一母线上，则Xsmin (Xgi|Xg2 XL1 |XL2)|(Xg3 XL3)(6 12)|(10 16) 10.6() 式中Xsmin 最大运行方式下的阻抗值；同理，最小运行方式即阻抗值最大，分析可知在只有G1和L1运行，相应地有Xs.max Xg1 X L1 152439()由此可得最大运行方式等效电

8、路如图3.1所示，最小运行方式等效电路图如图3.2所示。图3.1最大运行方式等效电路图图3.2最小运行方式等效电路图3.2 保护短路点的选取选取B、G D E点为短路点进行计算3.3 短路电流的计算3.3.1 最大方式短路电流计算在最大运行方式下流过保护元件的最大短路电流的公式为(3.2)EE1k 一 KZZs Zk式中 E 一系统等效电源的相电动势；Zk 一短路点至保护安装处之间的阻抗；Zs一保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；3K 短路类型系数、三相短路取1,两相短路取。2(1)对于保护2等值电路图如图2所示，母线E最大运行方式下发生三相短路流过保护2的最大短路电流为代入数据得:I kDm

9、axEXsmin X BCXCD(3.3)1 kDmaxEXsmin X BCXCD1.558(kA)(2)对于保护5等值电路图如图 路流过保护5的最大短路电流为2所示，母线C最大运行方式下发生三相短I kCmaxEXsmin XBC(3.4)代入数据得：1 kCmaxEXsmin XBC2.17(kA)3.3.2最小方式短路电流计算在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的公式为.3 E1k.minVzF2 Z s.minZ L(3.5)式中 E 一系统等效电源的相电动势;Zs,min 一保护安装处到系统等效电源之间的阻抗;Zl 一短路点到保护安装处之间的阻抗。所以带入各点的数据可以计算得

10、到各点的的最小短路电流。I Emin.3 11523 39 20 12 8727.8( A)I Dmin3 1152. 3 39 20 12809.8(A)Cmin苧詈心974-51(A)4保护的配合及整定计算4.1 主保护的整定计算4.1.1 动作电流的计算最小保护范围计算式为“3 E(4.1 )1 set Qj2 Zsmax zILmin其中 E 一系统等效电源的相电动势；Zs.max一短路点至保护安装处之间的阻抗;Zi 一线路单位长度的正序阻抗。(1)对于保护2等值电路图如图2所示，母线D最大运行方式下发生三相短 路流过保护2的最大短路电流为IkDmax 1.558( kA)相应的速断定

11、值为ISet2 K： IkDmax12 1.558 1.87(kA)最小保护范围根据式(4.1 )可得L2min70.6(km)即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。(2)对于保护5等值电路图如图2所示，母线C最大运行方式下发生三相短 路流过保护3的最大短路电流为IkCmax 2.17(kA)相应的速断定值为I set.3 K rel I k.C .max 1.2 2.172.603( kA)最小保护范围根据式(3.4)可得L3min42.3(km)即3处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。所以，以上计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小 运行方式下可能没

12、有保护区。4.1.2灵敏度校验限时电流速断定值根据式(4.2)可以计算。I 口KFset rel set(4.2)其中K：一可靠系数，取值为1.15。(D整定保护2的限时电流速断定值为I set Kset.1 1.15 M.571.806(kA)线路末端(即D处)最小运行方式下发生两相短路时的电流为I k.D.min,3 2 X乙八s. maxEX BCXCD言小 震0.8098(©所以彳护2处的灵敏度系数为K 2.2I k.D.minHIT运 0.44841.806即不满足Ksen> 1.2(2)同理保护的要求。5的限时电流速断定值为I2.3K 11.2 1.15 X1.87

13、 2.151(kA)线路末端(即C处)最小运行方式下发生两相短路时的电流为所以保护也不满足1 k.C.min.3 I2 X 乙八s.maxEX bc3 115 3一 x39 201150.9746(kA)1185处的灵敏度系数为4.3I k.C .minI：et0.97462.1510.4531Ksen > 1.2的要求。可见，由于运行方式变化太大, 足要求。2、3处的限时电流速断的灵敏度远不能满4.2后备保护的整定计算4.2.1动作电流的计算过电流整定值计算公式为msetrelKeKmK I.rel ss L.maxKre(4.3)其中Kr1一可靠系数，取值为1.15；Kss一可靠系数

14、，取值为1.5；Kre一可靠系数，取值为0.85。所以有I set.1K m K Irel ss1 D E.LmaxKe1.15X1.5X150 八2.03X1500.85304.5(A)同理得Is：t.22.03X200 406(A)12.3 2.03X300 609(A)4.2.2动作时间的计算假设母线E过电流保护动作时限为0.5s,保护的动作时间为t；0.5 0.5 1(s)12nt；0.5 1.5(s)tt：0.5 2(s)4.2.3灵敏度校验在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的公式为I k.minEZs.max ZL(4.4)所以由灵敏度公式(4.4)KsenL .k.min

15、I田I set(4.5)可知，保护1作为近后备保护的灵敏度应为IX 皿 I E .min 727.8 q qq > 4 4Kset.1 , m ”，l 2.39 11.5I set.1 304.5满足近后备保护的要求；保护2作为远后备保护的灵敏度为/ 皿 E.min K set.2 -Tii- I set.2满足作为远后备保护的要求保护5作为远后备保护的灵敏度为/ 田 1 D.min Kset.3 inI set.3满足作为远后备保护灵敏度的要求5二次展开原理图的绘制5.1保护测量电路展开图中交流回路和直流回路分开表示，分别如图5.1和图5.2所示。其特点是每个继电器的输出量和输出量根据

16、实际动作的回路情况分别画在途中不同 的位置上，但任然用同一个符号标注，一边查对。在展开图中，继电器线圈和出 点的链接尽量暗中故障后的动作连接，自左而右，自上而下的排列。727.8406809.86091.79 >1.21.33 >1.2TAaTAa1TAa口TAa"图5.1保护交流电流回路图5.2保护跳闸电路+ wc:KAa 1_"_IKAa nKAc n KAa 皿 ,KAc 皿 KAb KT n-UKT皿广。QFKCO-wcKSIKT nKT皿KS nKS皿电流速断保护限时电流速断保护图5.2保护直流回路展开图过电流保护跳闸回路6继电保护设备的选择6.1 电

17、流互感器的选择互感器是按比例变换电压或电电流的设备。 其功能主要是将高电压或大电流 按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或10A,均指额定值),以便实 现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、 小型，其一次侧接在一次系统， 二次侧接测量仪表与继电保护装置等。 同时互感器还可用来隔开高电压系统， 以 保证人身和设备的安全。(1)小电流选线装置用零序电流互感器小电流选线装置本身没有整定值,零序电流只是装置的判据之一，要求零序 电流互感器在一次接地电流较小时， 和非金属性接地时，零序电流互感器也要有 一定的输出，来满足装置启动的门坎值。装置本身的负载阻抗并不大，但需要通 过电缆将

18、各个零序电流互感器与装置连接起来，所以电缆的阻抗就是零序电流互感器的主要负载阻抗，这种零序电流互感器的负载阻抗一般为2.5 Q左右，经过多年实践和试验得知与小电流选线装置配套的零序电流互感器选用：(2)与DD11/60型继电器配套使用的零序电流互感器DD11/60型继电器线圈并联阻抗为 10Q , CO =0.8,与ENR- LJ (K) XX A型零序电流互感器是其配套产品，二次电流 60mA时零序电流互感器一次电流 04A。(3)与DL11/0.2型继电器配套使用的零序电流互感器DL11/0.2型继电器线圈并联阻抗为10Q, CO =0.8,我公司生产的ENR- LJ (K) X XB型零

19、序电流互感器是其配套产品，二次电流 0.2A时零序电流互感 器一次电流0 10A。(4)精度与容量(额定负荷)的关系国标中规定：“在额定频率及额定负荷下，电流误差，相位差和复合误差不 超过上表所列限值。”所以所选零序电流互感器的容量要与二次回路(装置及回路)阻抗匹配，才能达到上表精度，如所选容量大时零序电流互感器在使用时将 出现正误差，反之则出现负误差。6.2 继电器的选择正确选用继电器的原则应该是：继电器的主要技术性能，如触点负荷，动 作时间参数，机械和电气寿命等，应满足整机系统的要求；继电器的结构型式 (包括安装方式)与外形尺寸应能适合使用条件的需要；经济合理。(1)按使用环境条件选择继电

20、器型号环境适应性是继电器可靠性指标之一，使用环境和工作条件的差异，对继电 器性能有很大的影响。使用环境条件主要指温度（最大与最小）、湿度（一股指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。止匕外，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。（2）根据输入量选定继电器的输入参数在电磁继电器的输入参数中，与用户密切相关的是线圈的工作电压（或电流），而吸合电压（或电流）则是继电器制造厂约束继电器灵敏度并对

21、其进行判 断、考核的参数，它只是一个工作下限参考值。 不少用户因不了解继电器动作原 理的特殊性，往往把吸合电压（或电流）错认为是继电器应可靠工作的电压（或电 流），而把工作电压值取在吸合电压值上，这是十分危险也是不允许的。因为吸 合值只是保证继电器可靠动作的最小 输入量，而继电器动作后，还需要一个保 险量，以提高维持可靠闭合所需的接触压力、 抗环境作用所需的电磁吸力。否则， 一旦环境温度升高或在机械振动和冲击条件下，或输入回路电流波动和电源电压降低时，仅靠吸合值是不可能保证可靠工作的。 所以选择继电器时，首先看继 电器技术条件规定的额定工作电压是否与整机线路所能提供的电压相符，绝不能与继电器吸

22、合值相比。（3）根据负载情况选择继电器触点的种类与参数与被控电路直接连接的触点 是继电器的接触系统。国外和国内长期实践证明，约百分之七十以上的故障发生 在触点上。这除了与继电器本身结构与制造因素密切相关之外， 未能正确选用和 使用也是重要因素之一。且大多数问题是由于用户的实际负载要求与继电器触点 额定负载不同而引起的。根据控制要求确定触点组合形式，如需要的是常开还 是常闭触点或转换触点；根据被控回路多少确定触点的对数和组数；根据负 载性质与容量大小确定触点有关参数， 如额定电压、电流与容量，有时还需要考 虑对触点接触电阻、抖动时间、分布电容等的要求。关于触点切换的额定值，电 磁继电器一般规定它

23、的性质及大小。 它的含义是指在规定的动作次数内， 在定的 电压和频率下，触点所能切换的电流的大小。这一负载值是由继电器结构要素决 定的。为了便于考核比较，一般只规定阻性负载。在实际使用中需要切换其它性 质的负载。（4）按工作状态选择继电器继电器的工作状态主要是指输入信号对线圈的作用状态。继电器线圈的设计 是对应于不同的输入信号状态的，有长期连续作用的信号，有短期重复工作（脉冲）信号。连续工作是指线圈能连续地承受工作信号的长期作用。对脉冲信号还 要考虑脉冲频率、通断比等。因此，要根据信号特点选用适合于不同工作状态的 继电器，一般不允许随便使用，特别要注意不能将短期工作状态的继电器使用在 连续工作状态，高温工作条