继电保护课程设计报告

继电保护原理课程设计报告继电保护原理课程设计报告评语：考勤（10）守纪（10）设计过程（40）设计报告（30）小组答辩（10）总成绩（100）专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院2013年7月18日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：=1155/kV，XG1=15、XG2=10、XG3=10,L1=L2=60km、L3=40km，LB-C=50km,LC-D=30km，LD-E=20km，线路阻抗0.4/km，=1.2、=0.85，IB-C.max=300A、IC-D.max=200A、ID-CEmax=150A，KSS=1.5Kre=0.85图1系统网络图试对线路L3的4处和线路CD的2处进行距离保护的设计。1.2要完成的内容要完成的内容是实现对线路的距离保护。距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。2设计的课题内容2.1设计规程在距离保护中应满足一下四个要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。这几个之间，紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力原件的继电保护。充分发挥和利用继电保护的科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性发挥最大效能。2.2本设计的保护配置2.2.1主保护配置距离保护的主保护是距离保护Ⅰ段和距离保护Ⅱ段。图2.1网络接线图（1）距离保护第Ⅰ段距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的，是保护本身的固有动作时间。以保护2为例，其第Ⅰ段保护本应保护线路A-B全长，即保护范围为全长的100％，然而实际上却是不可能的，因为当线路B-C出口处短路时，保护2第Ⅰ段不应动作，为此，其启动阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗,即<.考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，需引入可靠系数，（一般取0.8～0.85），则=（0.8～0.85）(2-1)同理对保护1的第Ⅰ段整定值应为=（0.8～0.85）(2-2)如此整定后，距离Ⅰ段就只能保护本线路全长的80％～85％，这是一个严重缺点。为了切除本线路末端15％～20％范围以内的故障，就需设置距离保护第Ⅱ段。（2）距离保护第Ⅱ段距离Ⅱ段整定值的选择是类似于限时电流速断的，即应使其不超出下一条线路距离Ⅰ段的保护范围，同时带有高出一个△t的时限，以保证选择性。例如在图1-1单侧电源网咯中，当保护1第Ⅰ段末端短路时，保护2的测量阻抗为=+(2-3)引入可靠系数，保护2的启动阻抗为=（+）=0.8［+（0.8～0.85）］(2-4)距离Ⅰ段与Ⅱ段联合工作构成本线路的主保护。2.2.2后备保护配置装设距离保护第Ⅲ段是为了作为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为Ⅰ、Ⅱ段的后备保护。对距离Ⅲ段整定值的考虑是与过电流保护相似的，其启动阻抗要按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来选择，而动作时限应使其比距离Ⅲ段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个。3整定计算3.1主保护的整定计算3.1.1整定阻抗（1）线路CD的2处距离保护第I段整定阻抗为(3-1)（2）线路CD的2处距离保护第Ⅱ段整定阻抗为(3-2)（3）线路L3的4处I段的整定阻抗为(3-3)3.1.2动作时间（1）线路CD的2处的I段的动作时间为（2）线路CD的2处的II段的动作时间，与相邻线路距离I段保护配合，则，它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。（3）线路L3的4处I段的动作时间3.1.3灵敏度校验（1）线路CD的Ⅱ段的灵敏度校验距离保护Ⅱ段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足(3-4)满足要求。3.2后备保护的整定计算3.2.1整定阻抗线路CD的2处距离保护第Ⅲ段整定按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗来整定计算的，所以有(3-5)其中，，，，于是(3-6)3.2.2灵敏度校验距离保护Ⅲ段，即作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，计算式为(3-7)满足要求。作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算式为(3-8)满足要求。4继电保护主要设备的选择4.1互感器的选择互感器分为电流互感器TA和电压互感器TV，它们既是电力系统中一次系统与二次系统间的联络元件，同时也是一次系统与二次系统的隔离元件。它们将一次系统的高电压、大电流，转变成二次系统的低电压、小电流，供测量、监视、控制及继电保护使用。互感器的具体作用是：（1）将一次系统各级电压均变成100以下的低电压，将一次系统各回路电流变成5A以下的小电流，以便于测量仪表及继电器的小型化、系列化、标准化。（2）讲一次系统与二次系统在电气方面隔离，同时互感器二次侧有一点可靠接地，从而保证了二次设备及人员安全。4.1.1电流互感器的选择（1）电流互感器的选择=1\*GB3①电流互感器一次回路额定电压和电流选择电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足：(4-1)(4-2)式中，、—电流互感器一次额定电压和电流。为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。=2\*GB3②二次额定电流的选择电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般强电系统用5A，弱电系统用1A。③电流互感器准确级的选择对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级。④二次容量或二次负载的校验为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接实际负载Z2l或所消耗的实际容量荷S2应不大于该准确级所规定的额定负载ZN2或额定容量SN2（ZN2及SN2均可从产品样本查到），即(4-3)或(4-4)式中，—电流互感器二次回路中所接仪表内阻的总和与所接继电器内阻的总和，可由产品样本中查得。—电流互感器二次联接导线的电阻。—电流互感器二次连线的接触电阻，一般取为0.1。(4-5)因为，所以(4-6)式中A，一电流互感器二次回路连接导线截面积（mm2）及计算长度（mm）。按规程要求联接导线应采用不得小于1.5mm2的铜线，实际工作中常取2.5mm2的铜线。当截面选定之后，即可计算出联接导线的电阻Rwi。有时也可先初选电流互感器，在已知其二次侧连接的仪表及继电器型号的情况下，利用式（7-16）确定连接导线的截面积。但须指出，只用一只电流互感器时电阻的计算长度应取连接长度2倍，如用三只电流互感器接成完全星形接线时，由于中线电流近于零，则只取连接长度为电阻的计算长度。若用两只电流互感器接成不完全星形结线时，其二次公用线中的电流为两相电流之向量和，其值与相电流相等，但相位差为60，故应取连接长度的倍为电阻的计算长度。所以本题中电流互感器的型号为LCWB6-110B。4.1.2电压互感器的选择（1）电压互感器一次回路额定电压选择为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在（1.1-0.9）范围内变动，即满足下列条件1.1>>0.9(4-7)式中—电压互感器一次侧额定电压。选择时，满足=即可。（2）电压互感器二次侧额定电压的选择电压互感器二次侧额定线间电压为100V，要和所接用的仪表或继电器相适应。（3）电压互感器种类和型式的选择电压互感器的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如：在6-35kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式；110-220kV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；220kV及其以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。（4）准确级选择和电流互感器一样，供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。（5）按准确级和额定二次容量选择首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级额定容量。有关电压互感器准确级的选择原则，可参照电流互感器准确级选择。一般供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），应不小于电压互感器的二次负荷，即。(4-8)式中—各仪表的视在功率、有功功率和无功功率。cos—各仪表的功率因数。如果各仪表和继电器的功率因数相近，或为了简化计算起见，也可以将各仪表和继电器的视在功率直接相加，得出大于的近似值，它若不超过，则实际值更能满足式子的要求。由于电压互感器三相负荷常不相等，为了满足准确级要求，通常以最大相负荷进行比较。计算电压互感器各相的负荷时，必须注意互感器和负荷的接线方式。所以本题中的电压互感器的型号为JDZJ-3。4.2继电器的选择4.2.1按使用环境选型使用环境条件主要指温度（最大与最小）、湿度（一般指40摄氏度下的最大相对湿度）、低气压（使用高度1000对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬态抑制电路的产品。4.2.2按输入信号不同确定继电器种类按输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。4.2.3输入参量的选定与用户密切相关的输入量是线圈工作电压（或电流），而吸合电压（或电流）则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。对用户来讲，它只是一个工作下极限参数值。控制安全系数是工作电压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。整机设计时，不能以空载电压作为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别是电源内阻大时更是如此。当用三极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管必须处于开关状态，对6VDC以下工作电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和压降。当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的冲击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的1.5倍，工作值的误差一般为±10%。4.2.4根据负载情况选择继电器触点的种类和容量国内外长期实践证明，约70%的故障发生在触点上，这足见正确选择和使用继电器触点非常重要。触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。动合触点组和转换触点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用动合触点。根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）确定参数十分重要。认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的，一般说，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最好。电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠性下降，故100mA称作试验电流，是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。由于一般继电器不具备低电平切换能力，用于切换50mV、50μA以下负荷的继电器订货，用户需注明，必要时应请继电器生产厂协助选型。继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下，负载为阻性的动作次数，当超出额定电压时，可参照触点负载曲线选用。当负载性质改变时，其触点负载能力将发生变动。5原理图的绘制5.1保护测量电路对于动作于跳闸的继电保护功能来说，最为重要的是判断出故障处于规定的保护区内还是保护区外，至于区内或区外的具体位置，一般并不需要确切的知道。可以用两种方法来实现距离保护。一种是首先精确地测量出，然后再将它与事先确定的动作进行比较。当落在动作区之内时，判为区内故障，给出动作信号；当落在动作区之外时，继电器不动作。另一种方法不需要精确的测出，只需间接地判断它是处在动作边界之外还是处在动作边界之内，即可确定继电器动作或不动作。5.1.1绝对值比较原理的实现如前所述，绝对值比较的一般动作表达式如式所示。绝对值比较式的阻抗元件，既可以用阻抗比较的方式实现，也可以用电压比较的方式实现。该式两端同乘以测量电流，并令，,则绝对值比较的动作条件又可以表示为(5-1)式（5-1）称为电压形式的绝对值比较方程。5.1.2相位比较原理的实现相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式如式所示，相角表达式的分子、分母同乘以，并令，，则相位比较的动作条件又可以表示为(5-2)式（5-2）称为电压形式相位比较方程。电路图如图5.2所示。图5.2相位比较的电压形成5.2保护跳闸电路三段式距离保护主要由测量回路、起动回路和逻辑回路三部分组成，如图5.3所示。图5.3保护跳闸回路5.2.1起动回路起动回路主要由起动元件组成，起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。实践证明，负序零序电流增量继电器动作可靠、灵敏度高，同时还可兼起断线闭锁保护作用。正常运行时，整套保护处于未起动状态，即使测量元件动作也不会产生误跳闸。起动部分用来在短路时起动整套保护，即解除闭锁，允许1、和通过与门和去跳闸。起动部分启动后，起动时间