继电保护课程设计课件

电力系统继电保护课程设计学院：工学院专业：电气工程及其自动化设计人：李贞艳201101030467白艳红201101030467朱正红201101030109设计课题：三段式距离保护课程设

计1.1题目如图所示系统中，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：，，，，，，线路阻抗：，，，线路阻抗角均为75°，，负荷功率因数角为30°；，，，，变压器均装有快速差动保护。试对1、4进行距离保护的设计。系统网络接线图1.2要完成的内容根据所给的资料,完成1和4处进行距离保护的设计。具体要完成的内容如下:（1）三序网络图；(2)保护的配置及选择;(3)分支系数的计算;(4)整定阻抗的计算(系统运行方式的考虑、短路点的考虑短路类型的考虑);(5)时间的整定;(6)灵敏度校验;(7)保护设备的选择。2设计的课题内容

2.1设计规程

距离保护是利用短路发生时电压、电流同时发生变化的特征,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,若短路点距离小于整定值则动作的保护。(1)距离Ⅰ段保护为无延时的速动段,只反应本线路的故障,下级线路出口发生短路故障时,应可靠不动作。(2)距离Ⅱ段的整定原则有二:①与相邻线路距离保护Ⅰ段相配合;②与相邻变压器的快速保护相配合。本题中没有涉及变压器保护,故与相邻线路的Ⅰ段保护相配合。(3)距离Ⅲ段保护的整定原则有三:①按与相邻下级线路距离保护Ⅱ段或Ⅲ段配合整定;②按与相邻下级变压器的电流、电压保护相配合;③按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。本次整定计算中采用第①③种方法进行计算。2.2三序图正序图负序图零序图2.3保护配置(1)主保护配置:选用三段式距离保护,距离Ⅰ段保护和距离Ⅱ段作为主保护。(2)后备保护配置:距离Ⅲ段保护作为近后备保护和远后备保护。3等效电路的建立

题目中已知条件为单位长度线路阻抗以及各段线路长度,由此,进行基本数据计算如下:由以上的基本计算得其等效电路图如下所示。4保护的配合及整定计算4.1分支系数的计算

由三序图可知接地距离保护1和4的正序电流分支系数，当A侧开一台机，变压器T5和T6均投入运行，保护1的零序电流分支系数最大，如图（a）所示。图(a)当A侧开两台机，变压器T5和T6只有一台投入运行，保护1的零序电流分支系数最小，如图（b）所示。图（b）当C侧开一台机，变压器T5和T6均投入运行，保护4的零序电流分支系数最大，如图（c）所示。序电流分支系数最大，如图（c）所示。图（c）当C侧开两台机，变压器T5和T6只有一台投入运行，保护4的零序电流分支系数最小，如图（d）所示。图（d）4.2保护处距离保1护的整定计算

1)保护1处距离Ⅰ段保护(主保护)的整定计算:①阻抗整定:距离保护Ⅰ段的整定值计算公式为:(4.1)则保护1的整定阻抗为:其中:

—距离Ⅰ段保护的可靠系数,其值为0.85;

—被保护线路的整体阻抗值,其值为32。②动作时间整定:距离Ⅰ段保护为速动段保护,无延时,所以:2)保护1处距离Ⅱ段保护(主保护)的整定计算:①阻抗整定:距离保护Ⅱ段的整定值计算公式为(按与相邻下一级相邻线路距离保护Ⅰ段配合计算):(4.2)由(4.1)式可得:由于分支系数,所以:其中:—距离II段保护的可靠系数,其值为0.85;—保护4处距离Ⅰ段的阻抗整定值。②动作时间整定:,其中:—保护4处距离Ⅰ段的整定时间,为速动段,其值为0,并取=0.5s。灵敏度的计算公式为:(4.3)由(4.3)式可得:,满足对灵敏度的要求。(3)保护1处距离Ⅲ段保护(后备保护)的整定计算:①阻抗整定:按躲过正常运行时最小负荷阻抗整定。距离Ⅲ段保护的计算公式为:(4.4)其中:则:

其中:

—距离Ⅲ段保护的可靠系数,其值为0.75;

—最小负荷阻抗;

—电动机自启动系数,取值1.2;

—阻抗测量元件的返回系数,取值1.2，

为整定阻抗的阻抗角,

为负荷阻抗的阻抗角。

阻抗整定：与相邻线路距离保护II段相配合。由于距离保护属于欠量保护，所以:②动作时间整定:

③灵敏度校验:当保护1作为近后备时,按本线路膜端短路来校验，其灵敏度校验公式为:(4.5)满足要求。当保护1作为远后备时,按相邻设备末端短路校验，其灵敏度校验公式为:（4.6）由于分支系数

,所以:,不满足要求，所以保护1不能作为保护4的远后备。4.3保护处距离保4护的整定计算(1)保护4处距离Ⅰ段保护(主保护)的整定计算:①阻抗整定:距离保护Ⅰ段的整定值计算公式为:则保护4的整定阻抗为:其中:

—距离Ⅰ段保护的可靠系数,其值为0.85;

—被保护线路的整体阻抗值,其值为24。②动作时间整定:距离Ⅰ段保护为速动段保护,无延时,所以:

(2)保护4处距离Ⅱ段保护(主保护)的整定计算:①阻抗整定:距离保护Ⅱ段的整定值计算公式为(按与相邻下一级相邻线路距离保护Ⅰ段配合计算)分支系数

,所以:其中:

—距离II段保护的可靠系数,其值为0.85;

—保护1处距离Ⅰ段的阻抗整定值。②动作时间整定:③灵敏度校验:灵敏度的计算公式为:

可得:

,满足对灵敏度的要求。(3)保护4处距离Ⅲ段保护(后备保护)的整定计算:①阻抗整定:按躲过正常运行时最小负荷阻抗整定。距离Ⅲ段保护的计算公式为:其中:，则:其中:—距离Ⅲ段保护的可靠系数,其值为0.75;—最小负荷阻抗;—电动机自启动系数,取值1.2;—阻抗测量元件的返回系数,取值1.2，为整定阻抗的阻抗角,为负荷阻抗的阻抗角。阻抗整定：与相邻线路距离保护II段相配合。

由于距离保护属于欠量保护，所以②动作时间整定:③灵敏度校验:当保护4作为近后备时,按本线路膜端短路来校验，其灵敏度校验公式为:（4.5），满足要求。

当保护4作为远后备时,按相邻设备末端短路校验，其灵敏度校验公式为:（4.6）由于分支系数

,所以:，不满足要求，所以保护4不能作为保护1的远后备。5继电保护设备的选择5.1电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。其功能主要是将大电流按比例变换标准小电流(5A或10A,均指额定值),以实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化,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。同时还可用来隔开高电压系统,以保证人身和设备的安全。根据电流互感器安装处的电网电压、最大工作电流和安装地点要求,选型号为LCWB6-110W2屋外型电流互感器。5.2电压互感器的选择电压互感器一次侧并联在电力回路中,二次侧额定电压通常为100V(或

V),由于负载阻抗很大,相当于空载运行。使用中二次侧不允许短路,为安全起见,二次绕组应该接地。选型的两个重要参量为误差和准确度,两者均与功率因数

有关。依照以上所述,进行电压互感器选型,如选择型号为JSQXF—110ZH—110kV。5.2继电器的选择

而在距离保护中,要采用阻抗继电器,其作用是在系统发生短路故障时,通过比较测量阻抗与整定阻抗来确定故障位置是区内还是区外。若为区内故障,可靠跳闸;若为区外故障,则可靠不动作。对于描述阻抗继电器,可以通过动作特性和动作方程加以描述,并通过动作特性与动作方程,选择合适的阻抗继电器。

依据以上原则,选择阻抗继电器LZ-21,其阻抗特性为方位圆特性。6原理图绘制6.1绝对值比较原理的实现由于所选择的阻抗继电器具有方向圆特性,所以依据:

并且可得:所以可得绝对值比较的电压形成回路如下图所示。

根据动作特性的需要，首先先形成两个参与比较的电压量

当时

，发出动作命令。电压的形成是依靠电路串并联连接的方法实现。T——电压变换器，它将电压互感器的输出电压变换为适合弱电回路运算的电压，有一个输入绕组和一个输出绕组，输出电压接入阻抗继电器的电压回路。变换器的变换系数Ku为没有量纲的实数，所以变换器的输出电压与输入电压同相位，幅值为UR为电抗互感器，它有一个输入绕组和三个输出绕组，输入来自电流互感器TA的二次电流，三个输出绕组中，其中一个绕组接调节电阻，另外两个绕组接阻抗继电器的电压形成回路。6.2保护跳闸回路原理

保护跳闸部分主要由启动回路、测量回路和逻辑回路三部分构成。

保护跳闸部分的电路图如下图所示。

启动回路主要由起动元件组成,启动元件可由电流继电器、阻抗继电器、负序电流继电器或负序零序电流增量继电器构成;测量回路的Ⅰ段和Ⅱ段,由公用阻抗继电器1、2ZKJ组成,而第Ⅲ段由测量阻抗继电器3ZKJ组成。测量回路是测量短路点到保护安装处的距离,用以判断故障处于那一段保护范围;逻辑回路主要由门电路和时