电网三段式零序电流保护

1、第一章 设计题目系统接线图如下图 (图 1.1 ,发电机以发电机 -变压器组方式接入系统,开 机方式为两侧各开 1台机,变压器 T5 1台运行。参数为:115/E =, 1.G22.G25X X =, 1.G22.G45X X =, 1.T22.T45X X =, 0.T20.T415X X =,1.T515X =, 0.T520X =, 60km A B L -=, 线路阻抗 120.4/kmZ Z =, I K 1.2rel =, II1.15rel K =; 试对 1、 2、 3、4进行零序保护的设计。 图 1.1系统接线图1.1具体设计要求本设计主要对系统进行零序保护的设计。要求完成对

2、 1、 4点的零序保护的设计。通过对 1、 4点的保护方式的分析,进行零序三段电流保护,并对设计的 保护进行灵敏度校验和整定时间的确定 , 并进行有关设备的选择和评价。第二章 分析要设计的课题内容2.1设计规程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, 110220kV有效接地电力网线路,应按下列规定装设反应接地短路和相间短路的保护装置。 (1对于接地短路:装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护;零序电流保护不能满足要求时, 可装设接地距离保护, 并应装设一段或两 段零序电流保护作为后备保护。(2对于相间短路:单侧电源单回线路, 应装设三相多段式电流或电压保护, 如不能满足要求

3、, 则应装设距离保护;双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。2.2本设计的保护配置2.2.1主保护(零序电流保护的配置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。2.2.2后备保护(距离保护配置距离保护是利用短路发生时电压、 电流同时变化的特征, 测量电压与电流的 比值, 该比值反应故障点到保护安装处的距离, 如果短路点距离小于整定值, 则 保护装置动作。2.3绘制等效电路图绘制三序电压等值网络图如图 1; 图 2; 图 3

4、。 图 1正序网络 图 2负序网络 0.G4图 3零序网络第三章 短路电流及残压计算 3.1保护短路点的选取母线 A 处分别发生单相接地短路和两相接地短路, 求出流过保护 2的最大零 序电流。母线 B 处分别发生单相接地短路和两相接地短路, 求出流过保护 1和 4的最 大零序电流。母线 C 处分别发生单相接地短路和两相接地短路, 求出流过保护 3的最大零 序电流。3.2短路电流的计算整理线路参数 :AB 60km; L =1.AB 1.AB 600.424; Z Z =0.AB 601.272; Z = BC 45km; L =1.BC 2.BC 450.454; Z Z =0.BC 451.

5、254; Z = (1B母线单相接地短路时,有上述三序网络图得故障端口正序阻抗:11.AB 1.G21.T21.BC 1.G41.T4( |( Z X X Z Z X X =+(|55241855=+ 15.35; =故障端口负序阻抗 :12=15.35; =Z Z 故障端口零序阻抗 :00.T20.AB 0.T50.T40.BC ( |( Z X Z X X Z =+13.16; =所以系统单相接地短路的复合序图如图 3.1所示: 图 3.1 单相接地短路的复合序图故障端口的零序电流为:' 0102f E I Z Z =+ 00. 20. 0.10110.15113.16f T AB

6、 I X Z I Z =+=KA0. 40. 0.400110.1911113.16T BC f X X I I Z +=KA 当 B 母线发生两相接地短路时 , 故障端口各序阻抗与单相接地的相同,可画 出系统两相接地短路的复合时序图如图 3.3所示: 图 3.3 两相接地短路的复合序图11202.959f E Z Z Z I = =+ KA 1012015.352.9591.59315.3513.16f f Z I I Z Z =+KA0. 10. 0.100111.5930.24113.16T ABf X X II KA Z +=0. 40. 0.400111.5930.3041113.1

7、6T BCf X X I I Z +=KA由以上计算可得:I 0.4max =0.304KA;I0.1max =0.241KA同理得:A 母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。 故障端口正序阻抗为 :1.T41.G411.T21.G21.AB 1.BC ( |( Z X X Z Z X X =+8.387; = 故障端口负序阻抗为 :12 8.387Z Z =;故障端口零序阻抗为 :00. 40. 0. 50. 0. 2( |T BC T AB T Z X Z X Z X =+(1554 |2072|15=+ =; 12.805则最大短路零序电流 : 单相接地短路时0120115/2

8、.2458.3878.38712.805f E Z Z Z I =+KA 0. 40. 0. 50. 0.20011( (1554 20720.1461112.805T BC T AB f X Z X Z I I KAZ +=两相接地短路时 208.38712.8058.38712.805Z Z =+ 5.068故障端口正序电流1120115/4.9358.3875.068f E I KA Z Z Z = =+ 201208.3874.9351.958.38712.805f f Z I I KA Z Z =+40.200111.950.1771112.805T AB BCf X Z Z I I

9、 KAZ += 由以上计算可得 I 0.2max =0.177KA同理得:C 母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。 单相接地短路时,故障端口正序阻抗为 :11. 1. 1. 21. 21. 41. 4( |( AB BC T G T G Z Z Z X X X X =+8.387; = 故障端口负序阻抗为:12 8.387; Z Z =故障端口零序阻抗为:00.T20.AB 0.T50.BC 0.T4( |Z X Z X Z X =+12.361; = 则最大短路零序电流 :单相接地短路时:01202.279f E I KA Z Z Z =+ 在零序网络中按照零序导纳分配零序电流从

10、而得到此时的流过保护 1、 4出的零序电流分别为20. 50.30011( (1572 20542.2790.1761112.361T AB T BC f X Z X Z I I KAZ +=两相接地短路时 :208.38712.3618.38712.361Z Z =+ 4.997端口正序电流:0120115/4.9618.3874.997f E I KA Z Z Z =+ 零序电流:201208.3874.9612.0058.38712.361f f Z I I KA Z Z =+20.300112.0050.1761112.361T AB BCf X Z Z I I KAZ += 由以上计

11、算可得:I 0.3max =0.176KA第四章 保护的配合及整定计算4.1整定原则:(例如保护 1处 (1躲过被保护线路末端接地短路使得最大零序电流 0.max 3I ,即0.set 0.max rel 3I K I = (4.1rel K 为可靠系数,一般取1.11.25; I0.set I 为保护处零序电流。(2零序段与下一条线路段配合,即与 3的段配合的零序电流为:II II Irel 0.set.10.set.3obK I I K = (4.2IIrel K 为可靠系数,取1.17; ob K 为分之系数。(3 按照躲过相邻线路出口处发生相间短路时的最大不平衡电流整定 整定计算公式:

12、 unb.max np st er k.max I K K K I = (4.30.dzi k unb.max I K I = (4.4 式中 np K 为短路电流中非周期分量影响系数,取 1.5; st K 为电流互感系数,取 0.5; er K 为电流互感误差,取 0.1; k.max I 为端点最大电流。 k K 为靠可系数,取 1.2。4.2保护 1处4.2.1保护 1零序段零序段躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流由 式 4.1得 :I 0.set.1rel 0.1.max 31.2630.2410.91; I I K I KA =4.2.2保护 1零序段零序段与下

13、一条线路段配合,即与 3的段配合由式 4.1得 :I 0.set.3rel 0.3.max 31.2630.1760.665kA; II K I = (4.5分之系数 0.T20.AB0b 0.T5X Z K X +=157220+=4.35; (4.6 由式结果带入 4.2中可得 1零序段电流为:II II I rel set.10.set.3ob 1.170.6650.179kA; 4.35K II K = (4.7 灵敏度校验灵敏度校验公式:k.minsen set.k3I K I =(4.8 式中 k.min I 为端点最小电流; set.k I 为保护电流将数据带入 4.7式中得灵敏

14、度系数 II0.1min sen IIset.1330.1512.530.179I K I = 1.15 动作时间保护 1的段为零序速断电流保护, 故动作时间均为 0s, 保护 1的段为限时零序电流 速断,比段延迟一个 t, 故保护 1的段的动作时间为 0.5s4.2.3保护 1零序段零序段保护按躲开末端最大不平衡电流得:unb.max np st er k.max I K K K I =1.50.50.10.176=kA 0.013; = (4.9将 4.9结果带入 4.4中得动作电流0.dz1k unb.max I K I =kA 0.016; = (4.10作为近后备保护d.0B 1m

15、0.dz13I 30.14627.381.3; I 0.016K => 满足要求 作为远后备保护d.0C 1m 0.dz1330.176331.2; 0.016I K I => 满足要求 保护 1的段保护与下段线路配合,动作时间比段的动作时间延迟 t , 故动作时间为 1s.4.3保护 4处4.3.1保护 4零序 段零序段躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流由 式 4.1得 :I 0.set.4rel 0.4.max 31.2630.3041.149; I I K I KA =(4.114.3.1保护 4零序 段零序段与下一条线路段配合,即与保护 2的段配合由式

16、4.1得 :I 0.set.2rel 0.2.max 31.2630.1770.669kA; II K I =(4.12分之系数 0.T40.BC0b 0.T5X Z K X +=155420+=3.45; (4.13 由式(4.12 、 (4.13结果带入 4.2中可得 1零序段电流为:II III rel set.40.set.2ob 1.170.6690.227kA; 3.45K II K = (4.14灵敏度校验灵敏度校验公式:k.minsen set.k3I K I =(4.15 式中 k.min I 为端点最小电流; set.k I 为保护电流将数据带入 4.7式中得灵敏度系数 I

17、I0.4min sen IIset.4330.1912.5240.227I K I = 1.15 动作时间保护 4的段为零序速断电流保护, 故动作时间均为 0s, 保护 4的段为限 时零序电流速断,比段延迟一个 t, 故保护 1的段的动作时间为 0.5s 4.3.1保护 4零序 段零序段保护按躲开末端最大不平衡电流得:unb.max np st er k.max I K K K I =1.50.50.10.177=kA 0.013; = (4.16将 4.16结果带入 4.4中得动作电流0.dz4k unb.max I K I =kA 0.016; =作为近后备保护d.0B 4m 0.dz43

18、I 30.176331.3; I 0.016K => 满足要求 作为远后备保护d.0A 4m 0.dz4330.14627.381.2; 0.016I K I => 满足要求 保护 4的段保护与下段线路配合,动作时间比段的动作时间延迟 t , 故动作时间为 1s.第五章 二次展开原理图的绘制绘制保护 1、保护 4的跳闸图如图 5.1, 图 5.2。KC0 >=1 0 0 0 QF KSI 0 KSII KTII KTIII 0 0 0 0 >=1 0 0 0 >=1 0 0 0 0 >=1 0 图 5.1 保护 1、保护 4 跳闸回路 KSIII KAa I KAb KAc I I KAa I KAb I KAc I KAa I KAb I KAc I 第六章 零序保护的评价 TAa TAb TAc 零序保护的特点： 选择性: