35kv電網(wǎng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　35kv電網(wǎng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的題目是35KV電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)——距離保護(hù)。主要任務(wù)是為保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行,需要對(duì)電網(wǎng)配置完善的繼電保護(hù)裝置.根據(jù)該電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、電壓等級(jí)、線路長度、運(yùn)行方式以及負(fù)荷性質(zhì)的要求，給35KV的輸電線路設(shè)計(jì)合適的繼電保護(hù)。根據(jù)給定的相關(guān)數(shù)據(jù)，首先設(shè)

2、計(jì)了輸電線路圖，然后進(jìn)行整定計(jì)算。根據(jù)對(duì)距離保護(hù)I，II， III段保護(hù)的整定計(jì)算，熟悉距離保護(hù)的基本原理。根據(jù)這次設(shè)計(jì)總結(jié)距離保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)。并對(duì)這次設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：35kv繼電保護(hù)、整定計(jì)算、故障分析、短路電流計(jì)算</p><p><b>　　第一章 概論2</b></p><p>　　1.1繼電保護(hù)的基本概念

3、2</p><p>　　第二章 距離保護(hù)的要求3</p><p>　　2.1 電力系統(tǒng)距離保護(hù)3</p><p>　　2.1.1距離保護(hù)概念及適用范圍3</p><p>　　2.1.2距離保護(hù)的時(shí)限特性3</p><p>　　2.2 阻抗繼電器4</p><p>　　第三章 距離保護(hù)

4、的計(jì)算5</p><p>　　3.1 系統(tǒng)電路圖5</p><p>　　3.2 短路電流計(jì)算5</p><p>　　3.3 距離保護(hù)的整定8</p><p>　　3.4本設(shè)計(jì)的具體計(jì)算13</p><p>　　3.4.1距離保護(hù)I段的整定計(jì)算13</p><p>　　3.4.2距離保

5、護(hù)II段的整定計(jì)算和校驗(yàn)13</p><p>　　3.4.3距離保護(hù)III段的整定計(jì)算和校驗(yàn)14</p><p>　　第四章 距離保護(hù)的評(píng)價(jià)15</p><p>　　4.1距離保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍15</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)心得16</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b

6、></p><p><b>　　第一章 概論</b></p><p>　　1.1繼電保護(hù)的基本概念 </p><p>　　在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，外界因素（如雷擊、鳥害等）、內(nèi)部因素（絕緣老化，損壞等）及操作等，都可能引起各種故障及不正常運(yùn)行的狀態(tài)出現(xiàn)，常見的故障有：單相接地；三相接地；兩相接地；相間短路；短路等。 </p>&l

7、t;p>　　電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行狀態(tài)有：過負(fù)荷，過電壓，非全相運(yùn)行，振蕩，次同步諧振，同步發(fā)電機(jī)短時(shí)失磁異步運(yùn)行等。 </p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常運(yùn)行情況時(shí)，用于快速切除故障，消除不正常狀況的重要自動(dòng)化技術(shù)和設(shè)備。電力系統(tǒng)發(fā)生故障或危及其安全運(yùn)行的事件時(shí)，他們能及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，或直接發(fā)出跳閘命令以終止事件。 </p><p>　　繼

8、電保護(hù)的基本任務(wù)： </p><p>　?。?）自動(dòng)迅速，有選擇的跳開特定的斷路器</p><p>　?。?）反映電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài) </p><p>　　電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)的基本要求 ：速動(dòng)性，選擇性，靈敏性,可靠性。</p><p>　　第二章 距離保護(hù)的要求</p><p>　　2.1 電力系統(tǒng)距離保護(hù)&

9、lt;/p><p>　　2.1.1距離保護(hù)概念及適用范圍</p><p>　　距離保護(hù)是反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離（或阻抗）。并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。該裝置的主要元件為距離（阻抗）繼電器，它可根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測知保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)間的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測量阻抗。當(dāng)短路點(diǎn)距保護(hù)安裝處近時(shí)，其測量阻抗小，動(dòng)作時(shí)間短；當(dāng)短路點(diǎn)距保護(hù)安裝處遠(yuǎn)時(shí)，其測量

10、阻抗增大，動(dòng)作時(shí)間增長，這樣就保證了保護(hù)有選擇性地切除故障線路。 </p><p>　　用電壓與電流的比值(即阻抗)構(gòu)成的繼電保護(hù)，又稱阻抗保護(hù)，阻抗元件的阻抗值是接入該元件的電壓與 電流的比值：U/I=Z，也就是短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗值。因線路的阻抗值與距離成正比，所以叫距離保護(hù)或阻抗保護(hù)。距離保護(hù)分為接地距離保護(hù)和相間距離保護(hù)等。 </p><p>　　距離保護(hù)分的動(dòng)作行為反映保護(hù)安

11、裝處到短路點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近。與電流保護(hù)和電壓保護(hù)相比，距離保護(hù)的性能受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響較小。</p><p>　　距離保護(hù)分為接地距離保護(hù)和相間距離保護(hù)等。距離保護(hù)適用于35kv及以上的電壓等級(jí)電路。</p><p>　　2.1.2距離保護(hù)的時(shí)限特性</p><p>　　距離保護(hù)一般都作成三段式，第1段的保護(hù)范圍一般為被保護(hù)線路全長的80％～85％，動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置

12、的固有動(dòng)作時(shí)間。第Ⅱ段的保護(hù)范圍需與下一線路的保護(hù)定值相配合，一般為被保護(hù)線路的全長及下一線路全長的30％～40％，其動(dòng)作時(shí)限要與下一線路距離保護(hù)第1段的動(dòng)作時(shí)限相配合，一般為0．5s左右。第Ⅲ段為后備保護(hù)，其保護(hù)范圍較長，包括本線路和下一線路的全長乃至更遠(yuǎn)，其動(dòng)作時(shí)限按階梯原則整定。</p><p><b>　　2.2 阻抗繼電器</b></p><p>　　阻抗繼

13、電器針對(duì)的是線路的阻抗而言，故而分析線路阻抗是非常必要的。通常起動(dòng)元件采用過電流繼電器或阻抗繼電器。為了提高元件的靈敏度,也可采用反應(yīng)負(fù)序電流或零序電流分量的復(fù)合濾過器來作為起動(dòng)元件。</p><p>　　第三章 距離保護(hù)的計(jì)算</p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)電路圖</b></p><p><b>　　圖3-1</b&

14、gt;</p><p>　　3.2 短路電流計(jì)算</p><p>　　當(dāng)K2點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，短路電流的計(jì)算如下：最大運(yùn)行方式下，K2點(diǎn)短路的等值電路圖</p><p>　　圖3-2-1 等值簡化電路圖</p><p><b>　　圖3-2-2</b></p><p>　　最大運(yùn)行方式下k2短路時(shí)，A

15、電站、C電站到短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗分別為：</p><p>　　XAK=5.333/2+0.75=3.417</p><p>　　XCK=0.292+0.876+0.75+4/2=3.918</p><p>　　A電站、C電站到短路點(diǎn)的計(jì)算電抗為：</p><p>　　XJSA=3.417×(2×3/0.8)/100=0.25

16、6 </p><p>　　XJSC=3.918×(2×4/0.8)/100=0.391</p><p>　　查運(yùn)算曲線圖，得A、C短路電流標(biāo)幺值為：</p><p>　　IA0.2*=3.175 IC0.2*=2.412 </p><p><b>　　有名值為：</b></p>

17、<p>　　IAK0.2=3.175×15/(37× \* MERGEFORMAT )=0.74KA </p><p>　　ICK0.2=2.412×10/(37× \* MERGEFORMAT ）=0.38KA</p><p>　　最小運(yùn)行方式下，K2點(diǎn)短路的等值電路圖</p><p><b>

18、　　圖3-2-3</b></p><p><b>　　等值簡化電路圖：</b></p><p><b>　　圖3-2-4</b></p><p>　　最小運(yùn)行方式下k2短路時(shí)，A電站、C電站到短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗分別為</p><p>　　XAK=0.75+5.333=6.083</p

19、><p>　　XCK=0.292+0.876+0.75+4=5.917</p><p><b>　　計(jì)算電抗為</b></p><p>　　XJSA=6.083×3.75/100=0.228 XJSC=5.917×5/100=0.30</p><p>　　查運(yùn)算曲線圖，得A、C短路電流標(biāo)幺值為<

20、/p><p>　　IB0.2*=3.433 IC0.2*=2.950 </p><p><b>　　有名值為</b></p><p>　　IAK0.2=3.433×3.75/(37× \* MERGEFORMAT ）=0.201KA </p><p>　　ICK0.2=2.950×5

21、/(37× \* MERGEFORMAT ）=0.23KA</p><p>　　按照上述方法，可求得K3、K4、K5、K6、K7、K8點(diǎn)短路時(shí)相應(yīng)的短路電流。</p><p>　　3.3 距離保護(hù)的整定 </p><p>　?。?）距離I段的整定</p><p>　　距離保護(hù)Ⅰ段無延時(shí)的速動(dòng)段它應(yīng)該只反映本線路的故障，下級(jí)出口處發(fā)

22、生短路故障時(shí)應(yīng)可靠不動(dòng)作，所以測量元件的阻抗整定應(yīng)該躲過本線路末端短路時(shí)的測量阻抗來整定。即</p><p>　　其中<1因?yàn)榫嚯x保護(hù)是欠量保護(hù)，考慮到繼電器誤差、互感器誤差和參數(shù)測量等誤差等因素一般取0.8~0.85</p><p><b>　　是被保護(hù)線路的長度</b></p><p>　　是被保護(hù)線路單位長度的正序阻抗</p&

23、gt;<p>　　（2） 距離Ⅱ段的整定</p><p>　　1、分支電路對(duì)測量阻抗的影響。在距離保護(hù)Ⅱ段整定時(shí)，類同于電流保護(hù)，應(yīng)考慮分支電路對(duì)測量阻抗的影響，如圖所示。</p><p>　?。╝）助增分支電路對(duì)測量阻抗的影響</p><p>　?。╞）外汲分支電路對(duì)測量阻抗的影響</p><p>　　圖中k1點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)

24、，保護(hù)1處的測量阻抗為</p><p>　　式中：母線B與短路點(diǎn)之間線路的正序阻抗；</p><p>　?。悍种禂?shù)。在助增分支電路和外汲分支電路中不同。</p><p>　　2、Ⅱ段的整定阻抗。距離保護(hù)Ⅱ段的整定阻抗，應(yīng)按照以下兩個(gè)原則進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　（1）與相鄰線路距離保護(hù)Ⅰ段相配合。距離Ⅱ段的整定阻抗為：</p&g

25、t;<p>　　式中，為可靠系數(shù)，一般取0.8；</p><p>　　（2）與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合。距離Ⅱ段的整定阻抗為：</p><p>　　為可靠系數(shù)，考慮變壓器阻抗誤差較大，一般取0.7～0.75。</p><p>　　當(dāng)被保護(hù)線路末端母線上既有出線又有變壓器時(shí)，距離Ⅱ段的整定阻抗應(yīng)分別按上述兩種情況計(jì)算，取其中的較小者作為整定阻抗。<

26、;/p><p><b>　　3、靈敏度校驗(yàn)</b></p><p>　　距離保護(hù)Ⅱ段，應(yīng)能保護(hù)線路的全長，本線路末端短路時(shí)，應(yīng)有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，要求靈敏系數(shù)應(yīng)滿足</p><p>　　如果不滿足要求，則距離保護(hù)1的Ⅱ段應(yīng)改為與相鄰元件的保護(hù)Ⅱ段相配合，計(jì)算方法與上面類似。</p><p><b>

27、　　4、動(dòng)作時(shí)間的整定</b></p><p>　　距離保護(hù)Ⅱ段的動(dòng)作時(shí)間，應(yīng)與之配合的相鄰元件保護(hù)動(dòng)作時(shí)間大一個(gè)時(shí)間級(jí)差，即</p><p>　　式中為與本保護(hù)配合的相鄰元件保護(hù)段（x為Ⅰ或Ⅱ段）最大的動(dòng)作時(shí)間。</p><p>　?。?）距離Ⅲ段的整定</p><p>　　1、Ⅲ段的整定阻抗。距離保護(hù)第Ⅲ段的整定阻抗，按以下幾

28、個(gè)原則計(jì)算：</p><p>　　（1）按與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)Ⅱ段配合時(shí)，Ⅲ段的整定阻抗為</p><p>　　可靠系數(shù)的取法與Ⅱ段整定中類似，分支系數(shù)應(yīng)取各種情況下的最小值。</p><p>　　如果與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)Ⅱ段配合靈敏系數(shù)不滿足要求，則應(yīng)改為與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)的Ⅲ段相配合。</p><p>　?。?）按與相鄰下級(jí)變壓器

29、的電流、電壓保護(hù)配合整定。定值計(jì)算為：</p><p>　　式中為電流、電壓保護(hù)的最小保護(hù)范圍對(duì)應(yīng)的阻抗值。</p><p>　?。?）按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定。</p><p>　　當(dāng)線路上的負(fù)荷最大且母線電壓最低時(shí)，負(fù)荷阻抗最小，其值為</p><p>　　式中為正常運(yùn)行母線電壓的最低值；為被保護(hù)線路最大負(fù)荷電流；為母線額定電壓

30、。</p><p>　　參照過電流保護(hù)的整定原則，考慮到電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的情況下，保護(hù)Ⅲ段必須立即返回的要求，若采用全阻抗特性，則整定值為：</p><p>　　式中為可靠系數(shù)，一般取1.2~1.25；為電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)，取1.5~2.5；為阻抗測量元件（欠量動(dòng)作）的返回系數(shù)，取1.15~1.25。</p><p>　　若采用方向圓特性，必須考慮動(dòng)作阻抗隨阻抗角的變化，

31、由躲開的負(fù)荷阻抗換算成整定阻抗值，整定阻抗可由下式給出,式中為整定阻抗的阻抗角；為負(fù)荷阻抗的阻抗角。</p><p>　　按上述三個(gè)原則進(jìn)行計(jì)算，取其中的較小者作為距離Ⅲ段的整定阻抗。</p><p><b>　　2、靈敏度校驗(yàn)。</b></p><p>　　距離保護(hù)的Ⅲ段，既作為本線路Ⅰ、Ⅱ段保護(hù)的近后備，又作為相鄰下級(jí)設(shè)備保護(hù)的遠(yuǎn)后備，靈敏

32、度應(yīng)分別進(jìn)行校驗(yàn)。</p><p>　　作為近后備時(shí)，按本線路末端短路校驗(yàn)，計(jì)算式為</p><p>　　作為遠(yuǎn)后備時(shí)，按相鄰設(shè)備末端短路校驗(yàn)，計(jì)算式為</p><p>　　式中為相鄰設(shè)備（線路、變壓器等）的阻抗；為分支系數(shù)最大值，以保證在各種運(yùn)行方式下保護(hù)動(dòng)作的靈敏性。</p><p>　　3、動(dòng)作時(shí)間的整定。</p><

33、;p>　　距離保護(hù)Ⅲ段的動(dòng)作時(shí)間，應(yīng)比與之配合的相鄰設(shè)備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間大一個(gè)時(shí)間級(jí)差，但考慮到距離Ⅲ段一般不經(jīng)歷震蕩閉鎖，其動(dòng)作時(shí)間不應(yīng)小于最大的震蕩周期（1.5~2s）。</p><p>　　3.4本設(shè)計(jì)的具體計(jì)算</p><p>　　3.4.1距離保護(hù)I段的整定計(jì)算</p><p><b>　　動(dòng)作阻抗</b></p>&

34、lt;p>　　對(duì)輸電線路，按躲過本線路末端短路來整定,則取=0.85，所以=0.85*10*0.4=3.4Ω</p><p><b>　　(2)動(dòng)作時(shí)限</b></p><p>　　距離保護(hù)?段的動(dòng)作時(shí)限是由保護(hù)裝置的繼電器固有動(dòng)作時(shí)限決定，人為延時(shí)為零，即=0s。</p><p>　　3.4.2距離保護(hù)II段的整定計(jì)算和校驗(yàn)</p

35、><p>　　(1)動(dòng)作阻抗：按下列三個(gè)條件選擇。</p><p>　　①與相鄰線路34的保護(hù)的?段配合</p><p>　　式中，取=0.85, =0 .8，為保護(hù)2的?段末端發(fā)生短路時(shí)對(duì)保護(hù)2而言的最小分支系數(shù)。當(dāng)保護(hù)2的?段末端發(fā)生短路時(shí)，分支系數(shù)為：=I12/I34=1于是</p><p><b>　　Ω</b>&l

36、t;/p><p>　　(2)動(dòng)作時(shí)間，與相鄰保護(hù)2的?段配合，則</p><p>　　t1"=t2'+Δt=0.5 s</p><p>　　它能同時(shí)滿足與相鄰線路34保護(hù)配合的要求。</p><p>　　(3) 靈敏性校驗(yàn)：</p><p>　　/=9.52/3.4=2.8>1.5, 滿足要求。&l

37、t;/p><p>　　3.4.3距離保護(hù)III段的整定計(jì)算和校驗(yàn)</p><p>　　(1)動(dòng)作阻抗：按躲開最小負(fù)荷阻抗整定；</p><p>　　Kzq=1,=1.15,=0.83， =1.5，I =1.75KA</p><p>　　ZL·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×35/1.732

38、5;1.75=10.39Ω</p><p>　　=（ ZL·min）/ ( Kzq)=(0.83*10,39) /(1.5*1.15)=5Ω</p><p><b>　　(2)動(dòng)作時(shí)間：</b></p><p>　　斷路器1的動(dòng)作時(shí)間為：= +Δt=1.5+0.5=2 s</p><p>　　斷路器2的動(dòng)作時(shí)間

39、為：t2= +Δt=2.0+0.5=2.5 s</p><p>　　取其中較長者，于是,斷路器1的動(dòng)作時(shí)間為：t1= +Δt=2.0+0.5=2.5 s</p><p><b>　　(3)靈敏性校驗(yàn)：</b></p><p>　　① 本線路末端短路時(shí)的靈敏系數(shù)為： /Z12=5/0=∞>1.5 ，滿足要求。</p><

40、p>　　第四章 距離保護(hù)的評(píng)價(jià)</p><p>　　4.1距離保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍</p><p>　　主要優(yōu)點(diǎn)：能滿足多電源復(fù)雜電網(wǎng)對(duì)保護(hù)動(dòng)作選擇性的要求；阻抗繼電器是同時(shí)反應(yīng)電壓的降低和電流的增大而動(dòng)作的，因此距離保護(hù)較電流保護(hù)有較高的靈敏度。其中Ⅰ段距離保護(hù)基本不受運(yùn)行方式的影響，而Ⅱ、Ⅲ段受系統(tǒng)運(yùn)行變化的影響也較電流保護(hù)要小一些，保護(hù)區(qū)域比較穩(wěn)定。</p>&

41、lt;p>　　主要缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)全線瞬動(dòng)。對(duì)雙側(cè)電源線路，將有全線的30﹪～40﹪的第Ⅱ段時(shí)限跳閘，這對(duì)穩(wěn)定有較高要求的超高壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)來說是不能接受的。阻抗繼電器本身較長復(fù)雜，還增設(shè)了振蕩閉鎖裝置，電壓斷線閉鎖裝置，因此距離保護(hù)裝置調(diào)試比較麻煩，可靠性也相對(duì)低些。</p><p>　　應(yīng)用范圍：對(duì)不要求全線速動(dòng)的線路，可作為主保護(hù)，否則，可作為相間或接地故障的后備保護(hù)。</p><

42、p><b>　　第五章 設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是針對(duì)35KV輸電線路在雙回路情況下進(jìn)行的分析計(jì)算和整定的。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)首先要設(shè)計(jì)線路圖。然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行距離保護(hù)的整定，并且對(duì)其進(jìn)行靈敏度較驗(yàn)。</p><p>　　我認(rèn)為，在這次的課程設(shè)計(jì)中，在收獲知識(shí)的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我通過查找大量資料，與同學(xué)探討，以及不

43、懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，通過本次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)能順利的完成與同學(xué)和老師的幫助是分不開的，在對(duì)某些知識(shí)模棱兩可的情況下，多虧有同學(xué)的熱心幫助才可以度過難關(guān)；更與老師的悉心教導(dǎo)分不開，在有解不開的難題時(shí)，多虧老

44、師們的耐心指導(dǎo)才使設(shè)計(jì)能順利進(jìn)行。</p><p>　　很感謝學(xué)校和老師給我們安排了這次課程設(shè)計(jì)，讓我真正感受到的是合作的重要，許多時(shí)候都是組員的討論，老師的指導(dǎo)中的一句半句啟發(fā)了我，就出現(xiàn)的讓人欣喜的結(jié)果；理論知識(shí)同樣很重要，有些問題都是由于基礎(chǔ)知識(shí)掌握不好才出現(xiàn)的。</p><p>　　在此衷心再次感謝老師的悉心教導(dǎo)和各位同學(xué)的幫助！</p><p><b

45、>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 崔家佩.《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)整定計(jì)算》.北京：中國電力出版社，2006</p><p>　　[2] 張保會(huì)，尹項(xiàng)根.《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》（第二版）. 北京：中國電力出版社,2009</p><p>　　[3] 許建安.《繼電保護(hù)整定計(jì)算》. 北京：中國水利水電出版社，2003</p&