電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計指導(dǎo)教師評語平時（30）|修改（40） 報告（30）總成績專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級：姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院2012年7月7日1設(shè)計原始資料1.1具體題目如圖 1.1 所示網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)參數(shù)為 %=115/j3kV, Xg15Q、XG2=10。、X =10。，L = L =60km、L =40km、L =50km、L =30km、L =20km 線路阻抗 0.4。/km，123B-CC - DD - E，Ki =1.2、Kii = Kiii=1.15，I =300A，I =200A，I=150A，K =1.5,relrel relB-C maxC一D maxD一E maxssK =0.85圖1.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖試對線路進行三段電流保護的設(shè)計。（說明：本報告將完成對2和9處的保護設(shè)計）1.2要完成的內(nèi)容（1）保護的配置及選擇；（2）短路電流計算（系統(tǒng)運行方式的考慮、短路點的考慮、短路類型的考慮）;（3）保護配合及整定計算；（4）保護原理展開圖的設(shè)計；（5）對保護的評價。2設(shè)計要考慮的問題2.1設(shè)計規(guī)程2.1.1短路電流計算規(guī)程在決定保護方式前，必須較詳細地計算各短路點短路時，流過有關(guān)保護的短路電流， 然后根據(jù)計算結(jié)果，在滿足繼電保護和自動裝置技術(shù)規(guī)程和題目給定的要求條件下， 盡可能采用簡單的保護方式。其計算步驟及注意事項如下：（1）系統(tǒng)運行方式的考慮需考慮發(fā)電廠發(fā)電容量的最大和最小運行方式。（2）短路點的考慮求不同保護的整定值和靈敏度時，應(yīng)注意短路點的選擇。（3）短路類型的考慮相間短路保護的整定計算應(yīng)取系統(tǒng)最大運行方式下三相短路電流，以作動作電流整 定之用；而在系統(tǒng)最小運行方式下計算兩相短路電流，以作計算靈敏度之用。若采用電流電壓連鎖速斷保護，系統(tǒng)運行方式應(yīng)采用正常運行方式下的短路電流和 電壓的數(shù)值作為整定之用。2.1.2保護方式的選取及整定計算采用什么保護方式，主要視其能否滿足規(guī)程的要求。能滿足要求時，所采用的保護 就可采用；不能滿足要求時，就必須采取措施使其符合要求或改用其他保護方式。選用保護方式時，首先考慮采用最簡單的保護，以便提高保護的可靠性。當(dāng)采用簡 單保護不能同時滿足選擇性、靈敏性和速動性要求時，則可采用較復(fù)雜的保護方式。選用保護方式時，可先選擇主保護，然后選擇后備保護。通過整定計算，檢驗?zāi)芊?滿足靈敏性和速動性的要求。當(dāng)采用的保護不能很好地滿足選擇性或速動性的要求時，允許采用自動重合閘來校 正選擇性或加速保護動作。當(dāng)靈敏度不能滿足要求時，在滿足速動性的前下，可考慮利用保護的相繼動作，以 提高保護的靈敏性。在用動作電流、電壓或動作時間能保證選擇性時，不要采用方向元件以簡化保護。后備保護的動作電流必須配合，要保證較靠近電源的上一元件保護的動作電流大于 下一元件保護的動作電流，且有一定的裕度，以保證選擇性。2.2本設(shè)計的保護配置2.2.1主保護配置選用三段式電流保護，經(jīng)靈敏度校驗可得電流速斷保護不能作為主保護。因此，主 保護應(yīng)選用三段式距離保護。2.2.2后備保護配置過電流保護作為后備保護和遠后備保護。3短路電流計算3.1等效電路的建立由已知可得，線路的總阻抗的計算公式為：X = ZL其中，Z 一線路單位長度阻抗；L 一線路長度。所以，將數(shù)據(jù)代入公式（3.1）可得各段線路的線路阻抗分別為：Xl1 = ZL = 40 x （1 + 47%） x 0.4 = 23.5（。）X l3 = Z x L3 = 0.4 x 40 = 16（。）XBC = Z x Lb c = 0.4 x 50 = 20（。）XCD = Z x LC d = 0.4 x 30 = 12（。）X = Z x L = 0.4 x 20 = 8（。）經(jīng)分析可知，最大運行方式即阻抗最小時，則有兩臺發(fā)電機運行，線路LL3運 行，由題意知G、 G連接在同一母線上，則3=（X + X ）1X（ + X =） +1 5 2 3 . + ）11= 1 0 （。6） 15.52G 1 L 1G 3 G 3其中，符號“ |”表示并聯(lián)的意思。同理，最小運行方式即阻抗值最大，分析可知在只有G和L運行，相應(yīng)地有：11X s = X g1 + X l1 = 15 + 23.5 = 38.5（。）3.2保護短路點的選取選取B、C、D、E點為短路點進行計算。3.3短路電流的計算3.3.1最大方式短路電流計算在最大運行方式下流過保護元件的最大短路電流的公式為：1=k Z Z + Z其中，E中一系統(tǒng)等效電源的相電動勢；Z.一短路點至保護安裝處之間的阻抗;Z,一保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；K中一短路類型系數(shù)、三相短路取1,兩 相短路取技。2(1)對于保護2,母線E最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護2的最大短路電流 為：kDmax X . + X BC + X cd代入數(shù)據(jù)得： = E +e + E ' WO 心 Ismin BC CD(2)對于保護9,母線C在最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護9的最大短路電流 為：IkCmax代入數(shù)據(jù)得:IkCmax X + X=1.88 (k A)Ikmin其中，E中一系統(tǒng)等效電源的相電動勢；z l一短路點到保護安裝處之間的阻抗。所以帶入各點的數(shù)據(jù)可以計算得到各點的的最小短路電流為:1 Emin 號 X 省 X 38.5 + 20 +12 + 8 = °'73(k A)I =己 X X1= 0.82(kA)Dmin 2<3 38.5 + 2° +12'I = W x 空 x 1=°.98(k A)Cmin 2<3 38.5 + 2°3.3.2最小方式短路電流計算在最小運行方式下流過保護元件的最小短路電流的公式為：v'3E=甲2 ZSmax + Z LZsma廠保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗;4保護的配合及整定計算4.1主保護的整定計算4.1.1保護I動作電流的計算最小保護范圍計算式為：3 E11 =X甲8612 Z smax + Z1Lmin其中，E中一系統(tǒng)等效電源的相電動勢；Zsma短路點至保護安裝處之間的阻抗；z - 線路單位長度的正序阻抗。(1) 對于保護2,母線D最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護2的最大短路電流為：I D = 1.40( kA)相應(yīng)的速斷定值為：Ii 2 = Ki x ID = 1.2x 1.40 = 1.68(kA)(2) 對于保護9,母線C最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護3的最大短路電流為：I C = 1.88( kA)相應(yīng)的速斷定值為：II 3 = Ki XIC= 1.2 X 1.88 = 2.26(kA)所以，以上計算表明，在運行方式變化很大的情況下，電流速斷保護在較小運行方 式下可能沒有保護區(qū)。4.1.2保護II段動作電流的計算限時電流速斷定值根據(jù)如下公式可以計算：In = Kn Ii set r e Is e t其中，K n 一可靠系數(shù)，取值為1.15。 rel(1)整定保護2的限時電流速斷定值為：Ii = Ki x I 日.2 x 1.8 法 2 .26() rel k.C.max s e t . 2線路末端(即D處)最小運行方式下發(fā)生兩相短路時的電流為：I '巨E二耳 115 百=0.82(泌)k.D.min 2 X + X + X 238.5 + 20 +12所以保護2處的靈敏度系數(shù):K ii =-k.D.min 082 0.45 < 1.2set.2 III1.806即不滿足K> 1.2的要求。 "sen(2)同理保護9的限時電流速斷定值為：與保護3的I段相配合分支系數(shù)為：K X- + X&3 + X% + X%3 15 +10 + 23.5 +16 2 48b 6 X：3 + X；* 10 +16.保護3的I段電流整定值 為：n Klel1 kCm疽 2.24(kA)保護9的II段電流整定值為：I iiset.9Ki"re I 1K set.3b1.5 x 2.242.481.35(k A)與保護4的I段相配合 發(fā)電機的短路電流值為:115/1 KGmax " X + X + X = 23.5 + 皿 16 " 膏G1 L1 L3保護4的I段電流整定值為：11 Ki I 1.2 x 1.22 1.46(kA) 保護9的II段電流整定值為：順I(yè) ii K ii 11 1.15 x 1.46 1.68(kA)set.9 rel set4比較后取兩值較大者：Iii Kii 11 1.15 x 1.46 1.68(KA) set .9 rel set4保護9處的靈敏度系數(shù)為：Kii -k. B .min 些0.89 < 1.3sen9I ii1.68set 9也不滿足Ksen'1.2的要求?？梢?，由于運行方式變化太大，2、9處的限時電流速斷的靈敏度遠不能滿足要求。4.2后備保護的整定計算4.2.1動作電流的計算過電流整定值計算公式為:IIII =set、Ks ' L.maxKre其中，Kn一可靠系數(shù)，取值為1.15； relK ss一可靠系數(shù)，取值為1.5；Kre一可靠系數(shù)，取值為0.85。所以有:I III relssD-Emaxset.2Krel1.15 X1.5 X150 = 2.03 X150 = 0.3(kA)0.85對于9的III段存在分支系數(shù)，因此，線路L1的最大電流值為:L1maxB-Cmax 120(kA)Kb保護9的三段電流值為:I mset.9rel ss L1max =0.244(kA)rel4.2.2動作時間的計算假設(shè)母線E過電流保護動作時限為0.5s，保護的動作時間為:t m = 0.5 + 0.5 = 1( s)1t m = t m + 0.5 = 1.5( s)21t m = t m + 0.5 + 0.5 = 2.5( s)9 一4.2.3靈敏度校驗靈敏度的計算公式為:KsenIk.minI mset保護2作為遠后備保護的靈敏度為:K inE.minsen2 11set.2098 = 1.6 > 1.30.6滿足作為遠后備保護靈敏度的要求。保護9作為遠后備保護的靈敏度為：K inD.min 082 = 1.33 >1.3set.9 I III 0.6set.9滿足作為遠后備保護靈敏度的要求。5二次展開原理圖的繪制5.1保護測量電路展開圖中交流回路和直流回路分開表示，分別如圖5.1和圖5.2所示。其特點是每 個繼電器的輸出量和輸出量根據(jù)實際動作的回路情況分別畫在途中不同的位置上，但任 然用同一個符號標(biāo)注，以便查對。在展開圖中，繼電器線圈和出點的連接盡量按故障后 的動作連接，自左而右，自上而下的排列。交流電流回路圖5.1保護交流電流回路圖5.2保護跳閘電路+ wc- wc圖5.2保護直流回路展開圖6繼電保護設(shè)備的選擇6.1電流互感器的選擇互感器是按比例變換電壓或電電流的設(shè)備。其功能主要是將高電壓或大電流按比例 變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓（100V）或標(biāo)準(zhǔn)小電流（5A或10A，均指額定值），以便實現(xiàn)測量儀表、 保護設(shè)備及自動控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、小型，其一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測量儀表 與繼電保護裝置等。同時互感器還可用來隔開高電壓系統(tǒng)，以保證人身和設(shè)備的安全。（1）小電流選線裝置用零序電流互感器；（2）與DD11/60型繼電器配套使用的零序電流互感器；（3）與DL11/0.2型繼電器配套使用的零序電流互感器；（4）精度與容量（額定負荷）的關(guān)系。國標(biāo)中規(guī)定：“在額定頻率及額定負荷下，電流誤差，相位差和復(fù)合誤差不超過上 表所列限值?！彼运x零序電流互感器的容量要與二次回路（裝置及回路）阻抗匹配， 才能達到上表精度，如所選容量大時零序電流互感器在使用時將出現(xiàn)正誤差，反之則出 現(xiàn)負誤差。6.2繼電器的選擇正確選用繼電器的原則應(yīng)該是：（1）繼電器的主要技術(shù)性能，如觸點負荷，動作時間參數(shù)，機械和電氣壽命等，應(yīng)滿 足整機系統(tǒng)的要求；（2）繼電器的結(jié)構(gòu)型式（包括安裝方式）與外形尺寸應(yīng)能適合使用條件的需要；（3）經(jīng)濟合理。7保護的評價在做繼電保護配置時我們應(yīng)該使配置的結(jié)果滿足繼電保護的基本要求，就是要保證 可靠性、選擇性、速動性和靈敏性?？墒沁@四個指標(biāo)在很多情況下是互相矛盾的，因此 我們要根據(jù)實際情況讓它們達到一定的平衡即可。通過設(shè)計過程可以看出，在運行方式變化很大的110kV多點原系統(tǒng)中，最大運行方 式下三相短路的短路電流與最小運行方式下得兩相的短路電流相差很大。按躲過最大運 行方式下末端最大短路電流整定的電流速斷保護的動作值很大，最小運行方式下靈敏度 不能滿足要求。限時電流速斷保護的定值必須與下一級線路電流速斷保護的定值相配 合，所以其定值也很大，靈敏度也均不能滿足要求。過電流整定按照躲過最大負荷電流 整定，其動作之受運行方式的限制不大，作為近后備和遠后備靈敏度都能滿足要求，一 般采用受運行方式變化影響很小的距離保護。參考文獻1張保會，尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護M.北京:中國電力出版社,2005. 王永康.繼電保護與自動裝置M.北京:中國鐵道出版社,1986.