繼電保護課程設(shè)計.doc

電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計1. 前言電力系統(tǒng)繼電保護作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門主要課程,主要包括課堂講學(xué)、課程設(shè)計等幾個主要部分。在完成了理論的學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，為了進一步加深對理論知識的理解，本專業(yè)特安排了本次課程設(shè)計。電能是現(xiàn)代社會中最重要、也是最方便的能源。而發(fā)電廠正是把其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)過變壓器和不同電壓等級的輸電線路輸送并被分配給用戶，再通過各種用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合用戶需要的其他形式的能量。在輸送電能的過程中,電力系統(tǒng)希望線路有比較好的可靠性,因此在電力系統(tǒng)受到外界干擾時,保護線路的各種繼電裝置應(yīng)該有比較可靠的、及時的保護動作,從而切斷故障點極大限度的降低電力系統(tǒng)供電范圍。電力系統(tǒng)繼電保護就是為達到這個目的而設(shè)置的。本次110kv電網(wǎng)繼電保護設(shè)計的任務(wù)主要包括了五大部分，運行方式的分析，電路保護的配置和整定，零序電流保護的配置和整定，距離保護的配置和整定，原理接線圖及展開圖。通過此次線路保護的設(shè)計可以鞏固我們本學(xué)期所學(xué)的電力系統(tǒng)繼電保護這一課程的理論知識，能提高我們提出問題、思考問題、解決問題的能力。2. 運行方式分析電力系統(tǒng)運行方式的變化，直接影響保護的性能，因此，在對繼電保護進行整定計算之前，首先應(yīng)該分析運行方式。需要著重說明的是，繼電保護的最大運行方式是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過保護的電流值最大，繼電保護的最小運行方式是指網(wǎng)在某種連接情況下通過保護的電流值最小。 圖1 110kV電網(wǎng)系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)接線圖如圖1所示，發(fā)電機以發(fā)電機變壓器組方式接入系統(tǒng)，最大開機方式為4臺機全開，最小開機方式為兩側(cè)各開1臺機，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運行。參數(shù)如下：電動勢：Ej = 115/kv； 發(fā)電機：X1.G1 = X2.G1 = X1.G2 = X2.G2 = 5 + (15 - 5)/14=5.71， X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 8 + (9 - 8)/14=8.07；變壓器：X1.T1 X1.T4 = 5 + (10 - 5)/14=5.36， X0.T1 X0.T4 = 15 + (30 - 15)/14=16.07.， X1.T5 = X1.T6 = 15 + (20 - 15)/14=15.36， X0.T5 = X0.T6 = 20 + (40 - 20)/14=21.43；線 路：LA-B = 60km，LB-C = 40km，線路阻抗z1 = z2 = 0.4W/km，z0 = 1.2W/km， X1.A-B=60km 0.4W/km=24W，X1.B-C=40km0.4W/km=16W； X0.A-B=60km1.2W/km=72W，X0.B-C=40km1.2W/km=48W； IA-B.L.max = IC-B.L.max = 300A； Kss = 1.2，Kre = 1.2； 電流保護：KIrel = 1.2，KIIrel = 1.15， 距離保護：KIrel = 0.85，KIIrel = 0.75 負(fù)荷功率因數(shù)角為30，線路阻抗角均為75，變壓器均裝有快速差動保護。2.1 保護1的運行方式分析保護1的最小運行方式就是指流過保護1的電流最小即是在G1和G2只有一個工作，變壓器T5、T6兩個中有一個工作時的運行方式，則=（+）=5.71+5.36 =11.07；最大運行方式就是指流過保護1的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，而變壓器T5、T6兩個都同時運行的運行方式，則=（+）=（5.71+5.36）=5.54。2.2 保護2的運行方式分析對于保護2，它的最小運行方式就是指流過保護2的電流最小即是在G3和G4只有一個工作時運行，則=（+）=8.07+5.36=13.43；最大運行方式就是指流過保護2的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，則=（+）=（8.07+5.36）=6.72。2.3 保護3的運行方式分析保護3的最小運行方式就是指流過保護3的電流最小即是在G1和G2只有一個工作時運行的運行方式，則=（+）=5.71+5.36=11.07；最大運行方式就是指流過保護3的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，則=（+）=（5.71+5.36）=5.54。2.4 保護4的運行方式分析保護4的最小運行方式就是指流過保護4的電流最小即是在G3和G4只有一個工作，變壓器T5、T6兩個中有一個工作時的運行方式，則=（+）=8.07+5.36=13.43；最大運行方式就是指流過保護4的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，而變壓器T5、T6兩個都同時運行的運行方式，則=（+）=（8.07+5.36）=6.72。3. 電流保護的配置和整定 三段式電流保護分為電流速斷保護、限時電流速斷保護和過電流速斷保護。三段式電流保護在配合的過程中，如果電流速斷保護能保護線路的全長，則不再需要配置限時電流速斷保護。對于每一段保護，他的整定值得滿足靈敏系數(shù)和其他要求。因此，配置完以后得檢驗這個配置是否符合要求。 3.1 電流速斷保護的配置和整定對于反應(yīng)與短路電流負(fù)值增大而瞬時動作的電流保護，稱為電流速斷保護。為了保證選擇性，電流速斷一般只能保護線路的一部分。電路速斷保護要求一旦短路電流超過整定值，就立即將離短路點最近的斷路器跳開，例如，在本設(shè)計中，當(dāng)線路A-B上發(fā)生短路時，則保護1、2都要瞬時動作，使1、2處斷路器跳開。由系統(tǒng)圖可知，假設(shè)保護1、2、3和4都需要配置電流數(shù)段保護。則：對于保護1：動作電流：=，動作時間tI1=0s， 靈敏性校驗：=，100%=35.08%15%，滿足要求。對于保護2：動作電流：=，動作時間：tI2=0s，靈敏性校驗：=1.83=6.57（km） 100%=45%15% 滿足要求對于保護3：動作電流：IIset.3=，動作時間tI3=0s，靈敏性校驗：IIset.3=，不滿足要求。對于保護4：動作電流IIset.4=，動作時間tI4=0s，靈敏性校驗：IIset.4=，100%=15.63%15%，滿足要求。 由以上的計算結(jié)果可知，保護1、2和4需要安裝電流速斷保護裝置，保護3不需要。3.2 限時電流速斷保護的配置和整定 限時電流速斷保護即電流II段保護的范圍是與下一級的I段保護相配合的。即從本級I段保護范圍開始端一直延伸到下一級的I段的2/3處，既包括了本級的I段保護范圍又包含了下一級I段的大部分范圍。由限時電流速斷的計算結(jié)果可知，假設(shè)保護4處需安裝限時電流速斷保護，其他保護處不需要安裝限時電流速斷保護。則： IIISET.4=KIIrelIIset.2=1.151.83=2.105KA，tII2=0.5S， KIIsen.4=0.9491.3.保護4的零序II段定值為：校驗靈敏度：母線B接地故障流過保護4的最小零序電流：靈敏系數(shù)：1.3;4.3 零序III段的配置和整定假設(shè)保護1、2、3和4處都裝設(shè)零序III段電流保護。則：tIII1=0.5s，tIII2=0s，tIII3=0s，tIII4=0.5s；保護2和3處都配置一個時間為0s的定時限過電流保護裝置，保護1和4處各裝置一個延時為0.5s的定時限過電流保護裝置。下面分別對個保護進行電流整定。1、保護1的零序III段整定計算：B母線的三相短路電流：=因為是110kv線路，可不考慮非全相運行情況，按躲開末端最大不平衡電流整定。則=10.50.11.77=0.0885（kA）=1.250.0885=0.111（kA）作為近后備保護 滿足要求作為遠(yuǎn)后備保護 滿足要求2、保護2的零序III段整定計算：A母線的三相短路電流：=因為是110kv線路，可不考慮非全相運行情況，按躲開末端最大不平衡電流整定。則=10.50.11.118=0.0559（kA）=1.250.062=0.0699（kA）作為近后備保護 滿足要求同理：對保護3和4進行整定，且靈敏系數(shù)均滿足要求。綜上可知：在零序電流保護的配置和保護中，保護1和保護4均有I段、II段和III段，而保護2和保護3只配置III段保護，整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。5. 距離保護的配置和整定 距離保護是利用短路發(fā)生時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，該比值反應(yīng)故障點到保護安裝處的距離，如果短路點距離小于整定值，則保護裝置動作。 在保護1、2、3和4處配備三段式距離保護：選用接地距離保護接線方式和相間距離保護接線方式：它們的I、II、段選擇具有方向的距離保護，III選擇具有偏移特性的距離保護。5.1 距離I段的配置和整定線路AB得正序阻抗ZAB=z1LA-B=0.460=24;線路BC得正序阻抗ZBC=z1LB-C=0.440=16；保護1、2的距離I段ZIset.1,2=KIrelZAB=0.8524=20.4；保護3、4的距離I段ZIset.3,4=KIrelZBC=0.8516=13.6；5.2 距離II段的配置和整定1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。對保護1：1） 當(dāng)與相鄰下級線路距離保護I段配合時，有， 2） 當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有， 對保護4：、1） 當(dāng)與相鄰下級線路距離保護I段配合時，有， 2） 當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有， （a）當(dāng)與相鄰下級線路距離保護I段相配合時，有 ; (b)當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有; ;所以，?。?2)靈敏度校驗：,滿足靈敏度要求。 3）動作時限：與相鄰保護3的I段配合，有，它能同時滿足與相鄰線路保護以及相鄰變壓器保護配合的要求。 保護4距離II段的整定： 1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。（a）當(dāng)與相鄰下級線路距離保護I段相配合時，有 ; (b)當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有；所以取。2)靈敏度校驗：；3）動作時限：與相鄰保護2的I段配合，有，它能同時滿足與相鄰線路保護以及相鄰變壓器保護配合的要求。5.3 距離III段的配置和整定保護1距離III段的整定：1）整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負(fù)荷阻抗整定，有 ， 取，和，于是 2）靈敏度校驗：（a）本線路末端短路時靈敏系數(shù)為；3）動作時限：與相鄰設(shè)備保護配合，有，它能同時滿足與相鄰線路保護和相鄰線路保護和相鄰變壓器保護的配合要求。保護4距離III段的整定：1）整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負(fù)荷阻抗整定，有 ， ；取，和，,于是 。2）靈敏度校驗： 本線路末端短路時靈敏系數(shù)為；所以靈敏度校驗滿足要求。3）動作時限：與相鄰設(shè)備保護配合有，它能同時滿足與相鄰線路保護和相鄰變壓器保護的配合要求。6. 原理接線圖及展開圖6.1 保護1的原理接線圖及展開圖保護1為電流速斷I和過電流保護III配合保護的：其原理接線圖如下圖所示： 原理接線圖交流電流回路 直流回路6.2 保護2的原理接線圖及展開圖保護2處需要裝置功率方向繼電器，且2處安裝過電流保護即可。因此采用接線三相式過電流保護接線方式。其原理圖如下所示。 6.3 保護3的原理接線圖及展開圖 交流電流回路 直流回路6.4 保護4的原理接線圖及展開圖 原理接線圖交流電流回路 直流回路7.結(jié) 論本次設(shè)計是針對與110KV電網(wǎng)在不同運行方式以及短路故障類型的情況下進行的分析計算和整定的。通過具體的短路電流的計算發(fā)現(xiàn)電流的三段式保護不能滿足要求，故根據(jù)本次設(shè)計的實際要求，以及繼電保護“四性”的總要求故采用了反應(yīng)相間短路的距離保護和反應(yīng)接地故障的零序電流三段式保護。由于本次設(shè)計涉及到不同運行方式下的不同類型的短路電流的計算，這對本次設(shè)計增加了難度。在整定時對每一個保護分別進行零序電流保護的整定和距離保護阻抗的整定，并且對其進行靈敏度較驗。通過這次設(shè)計，在獲得知識之余，還加強了個人的獨立提出問題、思考問題、解決問題能力，從中得到了不少的收獲和心得。在思想方面上更加成熟，個人能力有進一步發(fā)展，本次課程設(shè)計使本人對自