三段式電流保護(hù)課程設(shè)計

1、<p>　　《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》</p><p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p><b>　　（2012屆本科）</b></p><p>　　題 目： 三段式電流保護(hù)課程設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 </p&

2、gt;<p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　作者姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 職稱： </p><p>　　完成日期： 2015年12 月 25 日</p><p><b>　　摘要</b>

3、;</p><p>　　本次課程設(shè)計以電網(wǎng)的某條線路為例進(jìn)行了三段式電流保護(hù)的分析設(shè)計。重點進(jìn)行了電路的化簡，求各節(jié)點短路電流，繼電保護(hù)中電流保護(hù)整定值的具體計算，并對計算出的數(shù)值進(jìn)行靈敏度校驗。由于題中所給部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，保護(hù)3限時電流速斷未進(jìn)行整定計算。</p><p>　　關(guān)鍵字：繼電保護(hù)；電流保護(hù)</p><p><b>　　1設(shè)計原始資料</

4、b></p><p><b>　　具體題目</b></p><p>　　如圖所示網(wǎng)絡(luò)，過電流保護(hù)1、2、3的最大負(fù)荷電流分別為300、400、500A，，Ω/km，=1.2，=1.1，=1.15，=1.5，=0.85；=40Km，=60Km,=72。==0.5s，=1s。Ω，=5 Ω。</p><p>　　圖1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖</p

5、><p>　　試對線路AB、BC的保護(hù)3、4進(jìn)行電流保護(hù)的設(shè)計。</p><p><b>　　要完成的內(nèi)容</b></p><p>　　（1）保護(hù)的配置及選擇；</p><p>　?。?）短路電流計算（系統(tǒng)運(yùn)行方式的考慮、短路點的考慮、短路類型的考慮）； </p><p>　?。?）保護(hù)配合及整定計算

6、； </p><p>　?。?）保護(hù)原理展開圖及展開圖的設(shè)計； </p><p><b>　　對保護(hù)的評價。</b></p><p><b>　　設(shè)計要考慮的問題</b></p><p><b>　　設(shè)計規(guī)程</b></p><p><b>　

7、　短路電流計算規(guī)程</b></p><p>　　在決定保護(hù)方式前，必須較詳細(xì)地計算各短路點短路時，流過有關(guān)保護(hù)的短路電流， 然后根據(jù)計算結(jié)果，在滿足《繼電保護(hù)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(hù)方式。其計算步驟及注意事項如下。</p><p>　　（1）系統(tǒng)運(yùn)行方式的考慮</p><p>　　除考慮發(fā)電廠發(fā)電容量的最大和最小

8、運(yùn)行方式外，還必須考慮在設(shè)備檢修或故障切除的情況下，發(fā)生短路時流過保護(hù)裝置的短路電流最大和最小的系統(tǒng)運(yùn)行方式，以便計算保護(hù)的整定值和保護(hù)靈敏度。在需采用電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)時，還必須考慮系統(tǒng)的正常運(yùn)行方式。</p><p><b>　　（2）短路點的考慮</b></p><p>　　求不同保護(hù)的整定值和靈敏度時，應(yīng)注意短路點的選擇。若要繪制短路電流、電壓與距離的關(guān)系曲

9、線，每一條線路上的短路點至少要取三點，即線路的始端、中點和末端三點。</p><p>　　（3）短路類型的考慮</p><p>　　相間短路保護(hù)的整定計算應(yīng)取系統(tǒng)最大運(yùn)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(yùn)行方式下計算兩相短路電流，以作計算靈敏度之用。短路的計算選用三相短路或兩相短路進(jìn)行計算均可，因為對保護(hù)所取的殘余而言，三相短路和兩相短路的殘余數(shù)值相同。</p&

10、gt;<p>　　若采用電流電壓連鎖速斷保護(hù)，系統(tǒng)運(yùn)行方式應(yīng)采用正常運(yùn)行方式下的短路電流和電壓的數(shù)值作為整定之用。</p><p><b>　?。?）短路電流列表</b></p><p>　　為了便于整定計算時查考每一點的短路時保護(hù)安裝處的短路電流和，將計算結(jié)果列成表格。</p><p>　　流過保護(hù)安裝處的短路電流應(yīng)考慮后備保護(hù)

11、的計算，即列出本線路各短路點短路時流過保護(hù)安裝處的短路電流，還要列出相鄰線路各點短路時流過保護(hù)安裝處的短路電流。</p><p>　　計算短路電流時，用標(biāo)幺值或用有名值均可，可根據(jù)題目的數(shù)據(jù)，用較簡單的方法計算。</p><p>　　保護(hù)方式的選取及整定計算</p><p>　　采用什么保護(hù)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(hù)就可采用；不能滿

12、足要求時，就必須采取措施使其符合要求或改用其他保護(hù)方式。</p><p>　　選用保護(hù)方式時，首先考慮采用最簡單的保護(hù)，以便提高保護(hù)的可靠性。當(dāng)采用簡單保護(hù)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(hù)方式。</p><p>　　選用保護(hù)方式時，可先選擇主保護(hù)，然后選擇后備保護(hù)。通過整定計算，檢驗?zāi)芊駶M足靈敏性和速動性的要求。</p><p>　　當(dāng)

13、采用的保護(hù)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(hù)動作。</p><p>　　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(hù)的相繼動作，以提高保護(hù)的靈敏性。</p><p>　　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(hù)。</p><p>　　后備保護(hù)的動作電流必須配合，要保證較靠近電源的

14、上一元件保護(hù)的動作電流大于下一元件保護(hù)的動作電流，且有一定的裕度，以保證選擇性。</p><p><b>　　設(shè)計的保護(hù)配置</b></p><p><b>　　主保護(hù)配置</b></p><p>　　在滿足線路靈敏度要求的情況下，選用三段式電流保護(hù)作為主保護(hù)。若靈敏度不滿足要求時應(yīng)選用三段式距離保護(hù)作為主保護(hù)。</

15、p><p><b>　　后備保護(hù)配置</b></p><p>　　過電流保護(hù)作為本線路的近后備保護(hù)和相鄰線路遠(yuǎn)后備保護(hù)。</p><p><b>　　短路電流計算</b></p><p><b>　　等效電路的建立</b></p><p>　　由已知可得,線

16、路的總阻抗的計算公式為</p><p>　　其中：—線路單位長度阻抗；</p><p><b>　　—線路長度。</b></p><p>　　所以，將數(shù)據(jù)代入公式(3.1.1)可得各段線路的線路阻抗分別為</p><p>　　0.440=16(Ω)</p><p>　　0.460=24(Ω)<

17、;/p><p>　　經(jīng)分析可知，對保護(hù)3最大運(yùn)行方式即阻抗最小時，有 </p><p>　　==3+16=19(Ω)</p><p>　　對保護(hù)4最大運(yùn)行方式即阻抗最小時，有</p><p><b>　　==3 (Ω)</b></p><p>　　式中 —最大運(yùn)行方式下的阻抗值；</p>

18、<p>　　同理，對于保護(hù)3，最小運(yùn)行方式即阻抗值最大，分析可知在只有和運(yùn)行，相應(yīng)地有</p><p>　　+=5+16=21(Ω)</p><p>　　對于保護(hù)4，最小運(yùn)行方式即阻抗值最大，分析可知在只有運(yùn)行，相應(yīng)地有</p><p><b>　　=5 (Ω)</b></p><p>　　由此可得最大運(yùn)行

19、方式等效電路如圖3.1所示，最小運(yùn)行方式等效電路圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.1 最大運(yùn)行方式等效電路圖</p><p>　　圖3.2 最小運(yùn)行方式等效電路圖</p><p>　　保護(hù)短路點及短路點的選取</p><p>　　選取B、C點進(jìn)行計算。</p><p><b>　　短路電流的計算&

20、lt;/b></p><p>　　最大運(yùn)行方式短路電流計算</p><p>　　在最大運(yùn)行方式下流過保護(hù)元件的最大短路電流的公式為</p><p>　　式中 —系統(tǒng)等效電源的相電動勢；</p><p>　　—短路點至保護(hù)安裝處之間的阻抗； </p><p>　　—保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；</p

21、><p>　　—短路類型系數(shù)、三相短路取1，兩相短路取。</p><p>　　(1)對于保護(hù)3等值電路圖如圖3.1所示，母線C最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路電流保護(hù)的最大短路電流為</p><p>　　=1=0.497KA</p><p>　　對于保護(hù)4等值電路圖如圖3.1所示，母線B最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路電流保護(hù)的最大短路電流為</p&g

22、t;<p><b>　　=1.124KA</b></p><p>　　最小運(yùn)行方式短路電流計算</p><p>　　在最小運(yùn)行方式下流過保護(hù)元件的最小短路電流的公式為</p><p>　　式中 —系統(tǒng)等效電源的相電動勢；</p><p>　　—保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；</p>

23、<p>　　—短路點到保護(hù)安裝處之間的阻抗。</p><p>　　所以帶入各點的數(shù)據(jù)可以計算得到C點的的最小短路電流。</p><p><b>　　==0.411KA</b></p><p>　　所以帶入各點的數(shù)據(jù)可以計算得到B點的的最小短路電流</p><p><b>　　==0.881KA<

24、/b></p><p>　　保護(hù)的配合及整定計算</p><p><b>　　主保護(hù)的整定計算</b></p><p><b>　　動作電流的整定</b></p><p>　　對保護(hù)3相應(yīng)的速斷整定值</p><p>　　整定原則：按照躲過本線路末端最大短路電流來整定。

25、</p><p>　　=.=1.210.497=0.601</p><p><b>　　動作時限：=0S</b></p><p><b>　　靈敏度校驗：</b></p><p>　　最大保護(hù)范圍：/=()/0.4=41.47Km</p><p>　　>50%(靈敏度滿

26、足要求)</p><p>　　最小保護(hù)范圍：/==24.46Km</p><p>　　>15%(靈敏度滿足要求)</p><p>　　對保護(hù)3相應(yīng)的定時限過電流整定值</p><p>　　整定原則：按照大于本線路流過的最大負(fù)荷電流整定。</p><p><b>　　=1.014</b><

27、;/p><p><b>　　靈敏度校驗：</b></p><p>　　近后備：<1.3(不滿足要求)</p><p>　　對保護(hù)4相應(yīng)的速斷整定值為</p><p>　　=.=1.21.124=1.36</p><p><b>　　動作時限：=0S</b></p>

28、;<p><b>　　靈敏度校驗：</b></p><p>　　最大保護(hù)范圍：/=()/0.4=31.77Km</p><p>　　>50%(靈敏度滿足要求)</p><p>　　最小保護(hù)范圍：/==21.51Km</p><p>　　>15%(靈敏度滿足要求)</p><p

29、>　　保護(hù)4的限時電流速斷定值</p><p>　　整定原則：按照躲過下級線路電流速斷保護(hù)的最大動作電流來整定。</p><p>　　=.=1.110.601=0.667</p><p>　　動作時限：=0.5S</p><p>　　靈敏度校驗： = >1.3(靈敏度滿足要求)</p><p>　　

30、對保護(hù)4相應(yīng)的定時限過電流整定值</p><p>　　=1200A=1.2KA</p><p><b>　　=2.43</b></p><p>　　動作時限：={}+Δt=1S+0.5S=1.5S</p><p><b>　　靈敏度校驗：</b></p><p>　　近后備：

31、= <1.5(靈敏度不滿足要求)</p><p>　　遠(yuǎn)后備：= <1.2(靈敏度不滿足要求)</p><p>　　當(dāng)電流保護(hù)靈敏度不滿足要求時，利用其他形式保護(hù)進(jìn)行該線路的保護(hù)。</p><p>　　原理圖及展開圖的的繪制</p><p><b>　　原理接線圖</b></p><p&g

32、t;　　如圖5.1所示，每個繼電器的線圈和觸點都畫在一個圖形內(nèi)，所有元件都用設(shè)備文字符號標(biāo)注，如圖中KA表示電流繼電器，KT表示時間繼電器，KS表示信號繼電器。原理接線圖對整個保護(hù)的工作原理給出了一個完整的概念。</p><p>　　圖5.1 三段式電流保護(hù)原理接線圖</p><p><b>　　交流回路展開圖</b></p><p>　　展開

33、圖中交流回路和直流回路分開表示，分別如圖5.2和圖5.3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，一邊查對。在展開圖中，繼電器線圈和出點的鏈接盡量暗中故障后的動作連接，自左而右，自上而下的排列。</p><p>　　圖5.2 保護(hù)交流電流回路圖</p><p><b>　　直流回路展開圖</b>&l

34、t;/p><p>　　圖5.3 保護(hù)直流回路展開圖</p><p><b>　　繼電器的選擇</b></p><p>　　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(fù)荷，動作時間參數(shù)，機(jī)械和電氣壽命等，應(yīng)滿足整機(jī)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(jì)合理。</p>&l

35、t;p>　　(1)按使用環(huán)境條件選擇繼電器型號</p><p>　　環(huán)境適應(yīng)性是繼電器可靠性指標(biāo)之一,使用環(huán)境和工作條件的差異，對繼電器性能有很大的影響。</p><p>　　使用環(huán)境條件主要指溫度(最大與最小)、濕度(一般指40攝氏度下的最大相對濕度)、低氣壓(使用高度1000米以下可不考慮)、振動和沖擊。此外，尚有封裝方式、安裝方法、外形尺寸及絕緣性等要求。由于材料和結(jié)構(gòu)不同，繼

36、電器承受的環(huán)境力學(xué)條件各異，超過產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境力學(xué)條件下使用，有可能損壞繼電器，可按整機(jī)的環(huán)境力學(xué)條件或高一級的條件選用。</p><p>　　(2)根據(jù)輸入量選定繼電器的輸入?yún)?shù)</p><p>　　在電磁繼電器的輸入?yún)?shù)中，與用戶密切相關(guān)的是線圈的工作電壓(或電流)，而吸合電壓(或電流) 則是繼電器制造廠約束繼電器靈敏度并對其進(jìn)行判斷、考核的參數(shù)，它只是一個工作下限參考值。不少用戶

37、因不了解繼電器動作原理的特殊性，往往把吸合電壓(或電流)錯認(rèn)為是繼電器應(yīng)可靠工作的電壓(或電流)，而把工作電壓值取在吸合電壓值上，這是十分危險也是不允許的。因為吸合值只是保證繼電器可靠動作的最小 輸入量，而繼電器動作后，還需要一個保險量，以提高維持可靠閉合所需的接觸壓力、抗環(huán)境作用所需的電磁吸力。否則，一旦環(huán)境溫度升高或在機(jī)械振動和沖擊條 件下，或輸入回路電流波動和電源電壓降低時，僅靠吸合值是不可能保證可靠工作的。所以選擇繼電器時，首先

38、看繼電器技術(shù)條件規(guī)定的額定工作電壓是否與整機(jī)線 路所能提供的電壓相符，絕不能與繼電器吸合值相比。</p><p>　　(3)根據(jù)負(fù)載情況選擇繼電器觸點的種類與參數(shù)與被控電路直接連接的觸點是繼電器的接觸系統(tǒng)。國外和國內(nèi)長期實踐證明，約百分之七十以上的故障發(fā)生在觸點上。這除了與繼電器本身結(jié)構(gòu)與制造因素密切相關(guān)之外，未能正確選用和使用也是重要因素之一。且大多數(shù)問題是由于用戶的實際負(fù)載要求與繼電器觸點額定負(fù)載不同而引起的

39、。①根據(jù)控制要求確定觸點組合形式，如需要的是常開還是常閉觸點或轉(zhuǎn)換觸點；②根據(jù)被控回路多少確定觸點的對數(shù)和組數(shù)；③根據(jù)負(fù)載性質(zhì)與容量大小確定觸點有關(guān)參數(shù)，如額定電壓、電流與容量，有時還需要考慮對觸點接觸電阻、抖動時間、分布電容等的要求。關(guān)于觸點切換的額定值，電磁繼電器一般規(guī)定它的性質(zhì)及大小。它的含義是指在規(guī)定的動作次數(shù)內(nèi)，在定的電壓和頻率下，觸點所能切換的電流的大小。這一負(fù)載值是由繼電器結(jié)構(gòu)要素決定的。為了便于考核比較，一般只規(guī)定阻性負(fù)

40、載。在實際使用中需要切換其它性質(zhì)的負(fù)載。</p><p>　　(4)按工作狀態(tài)選擇繼電器</p><p>　　繼電器的工作狀態(tài)主要是指輸入信號對線圈的作用狀態(tài)。繼電器線圈的設(shè)計是對應(yīng)于不同的輸入信號狀態(tài)的，有長期連續(xù)作用的信號，有短期重復(fù)工作(脈沖)信號。連續(xù)工作是指線圈能連續(xù)地承受工作信號的長期作用。對脈沖信號還要考慮脈沖頻率、通斷比等。因此，要根據(jù)信號特點選用適合于不同工作狀態(tài)的繼電器

41、，一般不允許隨便使用，特別要注意不能將短期工作狀態(tài)的繼電器使用在連續(xù)工作狀態(tài)，高溫工作條件下尤其要注意。在實際切換功率負(fù)載或大功率負(fù)載時，尤其要考慮不宜切換速率過高。一般應(yīng)少于10-20次/min。最大循環(huán)速率為：0.1次/(最大吸合時間最大釋放時間)s。</p><p>　　(5)按安裝工作位置、安裝方式及尺寸、重量的選擇</p><p>　　繼電器工作位置與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，大多數(shù)繼電器可在

42、任意位置下工作，但也有部分繼電器工作位置有具體的規(guī)定。例如普通水銀繼電器，就規(guī)定要直立安裝，其偏斜極限不得超過30℃，否則，由于水銀的連接中斷將不起繼電器作用。</p><p>　　繼電器除需滿足在各種穩(wěn)態(tài)的線路和環(huán)境條件下工作的要求外，還必須考慮到各種動態(tài)特性，即吸合時間、釋放時間，由于電流的波動因素造成的抖動，以及觸點碰撞造成的回跳等。</p><p><b>　　保護(hù)的評價

43、</b></p><p>　　在做繼電保護(hù)配置時我們應(yīng)該使配置的結(jié)果滿足繼電保護(hù)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(dá)到一定的平衡即可。</p><p>　　通過設(shè)計過程可以看出，最大運(yùn)行方式下三相短路的短路電流與最小運(yùn)行方式下得兩相的短路電流相差很大。按躲過最大運(yùn)行方式下末端最大短路電流整定

44、的電流速斷保護(hù)的動作值很大，最小運(yùn)行方式下靈敏度不能滿足要求。限時電流速斷保護(hù)的定值必須與下一級線路電流速斷保護(hù)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(fù)荷電流整定，其動作之受運(yùn)行方式的限制不大，作為近后備和遠(yuǎn)后備靈敏度都能滿足要求，一般采用受運(yùn)行方式變化影響很小的距離保護(hù)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p

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