電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)-三段式電流保護(hù)設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目： 三段式電流保護(hù)的設(shè)計(jì)</p><p>　　班級(jí)：　　　 　　　</p><p>　　姓名：　　 </p><p>　　學(xué)號(hào)：　　　　　　 </p><p>　　指導(dǎo)教師：　　 　　　</p><

2、p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：　2012年3月2日　 </p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)原始資料</b></p><p><b>　　1.1 具體題目</b></p><p>　　如下圖所示網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)參數(shù)為： =115/ kV，Ω、 Ω、 Ω，km、 km、、、，線路阻抗0.4Ω/km,、,, ，。</p>

3、<p><b>　　圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖</b></p><p>　　試對(duì)線路BC、CD、DE進(jìn)行電流保護(hù)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2 繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>　?。?）選定供電系統(tǒng)各設(shè)備的保護(hù)方式和各種保護(hù)裝置的配合方式</p><p>　?。?）進(jìn)行各種保護(hù)裝置的整定計(jì)算 </p>

4、;<p>　?。?）給出保護(hù)裝置的原理圖和施工接線圖</p><p>　?。?）選擇所用繼電器、保護(hù)裝置和輔助裝置的型號(hào)、規(guī)格。</p><p>　?。?）對(duì)保護(hù)的評(píng)價(jià)。 </p><p><b>　　2 題目分析</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)規(guī)程</b></

5、p><p>　　2.1.1 設(shè)計(jì)的步驟</p><p>　　（1）設(shè)計(jì)資料的分析與參數(shù)計(jì)算；選取基準(zhǔn)值，計(jì)算各元件的阻抗標(biāo)幺值。</p><p>　?。?）系統(tǒng)運(yùn)行方式：確定系統(tǒng)運(yùn)行方式，計(jì)算系統(tǒng)最大阻抗和最小阻抗。</p><p>　?。?）短路電流計(jì)算：選擇短路點(diǎn)，求各短路點(diǎn)最大運(yùn)行方式下的三相短路電流，最小運(yùn)行方式時(shí)的兩相短路電流，求短路電

6、流時(shí)要繪制等值電路圖。</p><p>　　（4）電流保護(hù)整定計(jì)算：確定電流保護(hù)的動(dòng)作電流，動(dòng)作時(shí)限并進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)。</p><p>　　（5）繼電保護(hù)回路展開(kāi)圖：繪制電流保護(hù)的直流回路和交流回路展開(kāi)圖。</p><p>　　2.2 線路設(shè)計(jì)的保護(hù)配置</p><p>　　2.2.1 主保護(hù)配置</p><p>　　

7、根據(jù)分析應(yīng)選用三段式電流保護(hù)，靈敏度校驗(yàn)可得電流速斷保護(hù)不能作為主保護(hù)。因此，主保護(hù)應(yīng)選用三段式距離保護(hù)。</p><p>　　2.2.2 后備保護(hù)配置</p><p>　　過(guò)電流保護(hù)作為后備保護(hù)和遠(yuǎn)后備保護(hù)。</p><p><b>　　3 短路電流計(jì)算</b></p><p>　　3.1 等效電路的建立</p&

8、gt;<p>　　由已知可得,線路的總阻抗的計(jì)算公式為</p><p>　　(3.1.1) </p><p>　　其中：—線路單位長(zhǎng)度阻抗；</p><p><b>　　—線路長(zhǎng)度。</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)代入公式(3.1.1)可得各段線路的線路

9、阻抗分別為：</p><p>　　經(jīng)分析可知，最大運(yùn)行方式即阻抗最小時(shí)，則有三臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，線路、</p><p>　　運(yùn)行，由題意知、連接在同一母線上，則</p><p>　　式中 —最大運(yùn)行方式下的阻抗值；</p><p>　　“”表示取并聯(lián)的意思，以后不再解釋。</p><p>　　同理，最小運(yùn)行方式即阻抗值最

10、大，分析可知在只有和運(yùn)行，相應(yīng)地有</p><p>　　由此可得最大運(yùn)行方式等效電路如圖2所示，最小運(yùn)行方式等效電路圖如圖3所示。</p><p>　　圖2 最大運(yùn)行方式等效電路圖</p><p>　　圖3 最小運(yùn)行方式等效電路圖</p><p>　　3.2 保護(hù)短路點(diǎn)的選取</p><p>　　選取B、C、D、E點(diǎn)為

11、短路點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　3.3 短路電流的計(jì)算</p><p>　　3.3.1 最大方式短路電流計(jì)算</p><p>　　在最大運(yùn)行方式下流過(guò)保護(hù)元件的最大短路電流的公式為</p><p><b>　　(3.3.1)</b></p><p>　　式中 —系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢(shì)；&l

12、t;/p><p>　　—短路點(diǎn)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><p>　　—短路類(lèi)型系數(shù)、三相短路取1，兩相短路取。</p><p>　?。?）對(duì)于保護(hù)1，其等值電路圖如圖2所示,母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過(guò)保護(hù)1的最大短路電流為</p><p>&l

13、t;b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　?。?）對(duì)于保護(hù)2等值電路圖如圖2所示，母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過(guò)保護(hù)2的最大短路電流為</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　對(duì)于保護(hù)3等值電路圖如圖2所示，母線C最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過(guò)保護(hù)3的最大短路電流為</p&g

14、t;<p><b>　　代入數(shù)據(jù)得:</b></p><p>　　3.3.2 最小方式短路電流計(jì)算</p><p>　　在最小運(yùn)行方式下流過(guò)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(dòng)勢(shì)；</p><p>　　—保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗； </p>

15、<p>　　—短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的阻抗。</p><p>　　所以帶入各點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到各點(diǎn)的的最小短路電流。</p><p>　　4 保護(hù)的配合及整定計(jì)算</p><p>　　4.1 主保護(hù)的整定計(jì)算</p><p>　　4.1.1 動(dòng)作電流的計(jì)算</p><p>　　最小保護(hù)范圍計(jì)算式為&l

16、t;/p><p>　　其中 —系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢(shì)；</p><p>　　—短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗； </p><p>　　—線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗。</p><p>　?。?）對(duì)于保護(hù)1，其等值電路圖如圖2所示，母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過(guò)保護(hù)1的最大短路電流為</p><p>　　相應(yīng)的速斷定值的計(jì)算

17、公式為</p><p><b>　　（4.1.2）</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)可得</b></p><p>　　由最小保護(hù)范圍計(jì)算式（4.1.1）得</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)可得</b></p><p>　　即1處的電流速斷

18、保護(hù)在最小運(yùn)行方式下沒(méi)有保護(hù)區(qū)。</p><p>　　對(duì)于保護(hù)2等值電路圖如圖2所示，母線D最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過(guò)保護(hù)2的最大短路電流為</p><p><b>　　相應(yīng)的速斷定值為</b></p><p>　　最小保護(hù)范圍根據(jù)式（4.1.3）可得</p><p>　　即2處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒(méi)有保

19、護(hù)區(qū)。</p><p>　　對(duì)于保護(hù)3等值電路圖如圖2所示，母線C最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過(guò)保護(hù)3的最大短路電流為</p><p><b>　　相應(yīng)的速斷定值為</b></p><p>　　最小保護(hù)范圍根據(jù)式（4.1.3）可得</p><p>　　即3處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒(méi)有保護(hù)區(qū)。</p>

20、<p>　　所以，以上計(jì)算表明，在運(yùn)行方式變化很大的情況下，電流速斷保護(hù)在較小運(yùn)行方式下可能沒(méi)有保護(hù)區(qū)。根據(jù)以上計(jì)算可以得到電流速斷保護(hù)整定結(jié)果如表2所示。</p><p>　　表2 電流速斷保護(hù)整定結(jié)果</p><p>　　4.1.2 靈敏度校驗(yàn)</p><p>　　限時(shí)電流速斷定值根據(jù)式(4.2.1)可以計(jì)算。</p><p&g

21、t;<b>　　(4.1.4) </b></p><p>　　其中 —可靠系數(shù)，取值為1.15。</p><p>　?。?）整定保護(hù)2的限時(shí)電流速斷定值為</p><p>　　線路末端（即D處）最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為</p><p>　　所以保護(hù)2處的靈敏度系數(shù)為</p><p>

22、　　即不滿足≥1.2的要求。</p><p>　?。?）同理保護(hù)3的限時(shí)電流速斷定值為</p><p>　　線路末端（即C處）最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為</p><p>　　所以保護(hù)3處的靈敏度系數(shù)為</p><p>　　也不滿足≥1.2的要求。</p><p>　　可見(jiàn)，由于運(yùn)行方式變化太大，2、3處的限時(shí)

23、電流速斷的靈敏度遠(yuǎn)不能滿足要求。</p><p>　　4.2 后備保護(hù)的整定計(jì)算</p><p>　　4.2.1 動(dòng)作電流的計(jì)算</p><p>　　過(guò)電流整定值計(jì)算公式為</p><p>　?。?.2.1） </p><p>　　其中 —可靠系數(shù)，取值為1.15；</p>&

24、lt;p>　　—可靠系數(shù)，取值為1.5；</p><p>　　—可靠系數(shù)，取值為0.85。</p><p><b>　　所以有</b></p><p><b>　　同理得</b></p><p>　　4.2.2 動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算</p><p>　　假設(shè)母線E過(guò)電流保護(hù)動(dòng)

25、作時(shí)限為0.5s，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為</p><p>　　4.2.3 靈敏度校驗(yàn)</p><p>　　在最小運(yùn)行方式下流過(guò)保護(hù)元件的最小短路電流的公式為</p><p>　　所以由靈敏度公式（4.2.4）</p><p>　　可知，保護(hù)1作為近后備保護(hù)的靈敏度應(yīng)為</p><p><b>　　≥1.5</

26、b></p><p>　　滿足近后備保護(hù)的要求；</p><p>　　保護(hù)2作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度為</p><p><b>　　≥1.2</b></p><p>　　滿足作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的要求</p><p>　　保護(hù)3作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度為</p><p><

27、;b>　　≥1.2</b></p><p>　　滿足作為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要求。</p><p>　　5 二次展開(kāi)原理圖的繪制</p><p>　　5.1 三段式電流保護(hù)原理接線圖</p><p>　　繼電保護(hù)接線圖一般可以用原理接線圖和展開(kāi)圖兩種形式來(lái)表示。原理接線圖中的每個(gè)功能塊，再有電磁型繼電器實(shí)現(xiàn)時(shí)可能是一個(gè)獨(dú)立的原

28、件，但在數(shù)字式保護(hù)和集成電路式保護(hù)中，往往將幾個(gè)功能塊用一個(gè)原件實(shí)現(xiàn)。如圖4所示，每個(gè)繼電器的線圈和觸點(diǎn)都畫(huà)在一個(gè)圖形中，所有元件都用設(shè)備文字符號(hào)表示，如圖中KA表示電流繼電器，KT表示時(shí)間繼電器，KS表示時(shí)間繼電器。原理接線圖對(duì)整個(gè)保護(hù)的工作原理能給出一個(gè)完整的概念。</p><p>　　圖4 三段式電流保護(hù)原理接線圖</p><p>　　5.2 保護(hù)測(cè)量電路</p>&l

29、t;p>　　展開(kāi)圖中交流回路和直流回路分開(kāi)表示，分別如圖5和圖6 所示。其特點(diǎn)是每個(gè)繼電器的輸出量和輸出量根據(jù)實(shí)際動(dòng)作的回路情況分別畫(huà)在途中不同的位置上，但任然用同一個(gè)符號(hào)標(biāo)注，一邊查對(duì)。在展開(kāi)圖中，繼電器線圈和出點(diǎn)的鏈接盡量暗中故障后的動(dòng)作連接，自左而右，自上而下的排列。</p><p>　　圖5 保護(hù)交流電流回路圖</p><p>　　5.3 保護(hù)跳閘電路</p>

30、<p>　　圖6 保護(hù)直流回路展開(kāi)圖</p><p><b>　　6 保護(hù)的評(píng)價(jià)</b></p><p>　　根據(jù)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，一般情況下，對(duì)動(dòng)作跳閘的繼電保護(hù)在技術(shù)上有四條基本要求：選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性。我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮這些因素，選擇最合理的設(shè)計(jì)配置方案。</p><p>　　110kV多點(diǎn)原

31、系統(tǒng)中按躲過(guò)最大運(yùn)行方式下末端最大短路電流整定的電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流值很大，最小運(yùn)行方式下靈敏度不能滿足要求。限時(shí)電流速斷保護(hù)的定值必須與下一級(jí)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(guò)電流整定按照躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定，其動(dòng)作受運(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)<