繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)--輸電線路階段式電流保護(hù)設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)》</p><p>　　題 目: 輸電線路階段式電流保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　系 別: 自動(dòng)化工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè): 電氣工程及其自動(dòng)化10級(jí)</p><p>　　姓

2、 名: xxx </p><p>　　學(xué) 號(hào): xxxxxxxxxx </p><p>　　指導(dǎo)教師: xxx </p><p>　　設(shè)計(jì)日期：2013年9月3日—2013年9</p><p>　　一．課程設(shè)計(jì)目的和任務(wù)</p>&l

3、t;p><b>　　設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　理解輸電線路階段式電流保護(hù)的原理圖、展開圖及保護(hù)裝置中各繼電器的功用，掌握階段式電流保護(hù)的電氣接線和操作實(shí)驗(yàn)技術(shù)通過設(shè)計(jì),掌握和應(yīng)用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì),整定計(jì)算,資料整理查詢和電氣繪圖等使用方法.。本課程主要設(shè)計(jì)35KV輸電線路，110KV輸電線路,變壓器,發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的原理,配置及整定計(jì)算,為繼電保護(hù)的工作打下良好的基

4、礎(chǔ)。但由于實(shí)驗(yàn)條件所限，我們只能用200V的單輻射式輸電線路階段式電流保護(hù)設(shè)計(jì)來模擬上述設(shè)計(jì)。</p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：某線路網(wǎng)絡(luò)接線如下</p><p>　　圖1 線路網(wǎng)絡(luò)接線圖</p><p>　　已知：，，，，，，線路正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷電流為0.25A。要求：</p><p>　　(1)計(jì)算f1、f2、f3、f4各點(diǎn)的最大和最小運(yùn)

5、行方式下的短路電流；</p><p>　　(2)選出線路L1的電流互感器變比；</p><p>　　(3)選出線路L1的保護(hù)方案并作出整定計(jì)算；</p><p><b>　　(4)畫出原理圖</b></p><p>　　(5)選出所需繼電器的規(guī)格、型號(hào)；</p><p>　　(6)根據(jù)選出的繼電器

6、進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。</p><p>　　二． 階段式電流保護(hù)實(shí)驗(yàn)原理</p><p>　　無時(shí)限電流速斷保護(hù)、帶時(shí)限電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)都是反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的保護(hù)裝置。他們之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來選擇起動(dòng)電流。即速斷是按照躲開某一點(diǎn)的最大短路電流來整定，限時(shí)速斷是按照躲過前方各相鄰元件電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流整定，而過電流保護(hù)則是按照躲過最大負(fù)荷電流來整定。由于電流速斷不能保

7、護(hù)線路全長，限時(shí)電流速斷又不能作為相鄰元件的后備保護(hù)，因此，為保證迅速而有選擇性的切除故障，常常將電流速斷、限時(shí)電流速斷和過電流保護(hù)組合在一起，構(gòu)成階段式過流保護(hù)。具體應(yīng)用時(shí)，可以只采用速斷加過流保護(hù)，或限時(shí)速斷加過流保護(hù)，及構(gòu)成兩段式過流保護(hù)，也可以三者同時(shí)使用，及構(gòu)成三段濕過流保護(hù)。</p><p>　　由無時(shí)限電流速斷保護(hù)、帶時(shí)限電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)相配合而構(gòu)成階段式電流保護(hù)裝置。這三部分保護(hù)分別

8、叫作I、II、III段，其中I段無時(shí)限電流速斷保護(hù)、II段帶時(shí)限電流速斷保護(hù)是主保護(hù)，III段定時(shí)限過電流保護(hù)是后備保護(hù)。</p><p>　　（1）階段式電流保護(hù)的保護(hù)范圍及時(shí)限配合</p><p>　　如圖11-6所示，當(dāng)在L1線路首端f1點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)1的I、II、III段均啟動(dòng)，由I段將故障瞬時(shí)切除，II段和III段返回；在線路末端f2點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)II段和III段啟動(dòng)，II段以0

9、.5s時(shí)限切除故障，III段返回。若I、II段拒動(dòng)，則過電流保護(hù)以較長時(shí)限將QF1跳開，此為過電流保護(hù)的近后備作用。當(dāng)在線路L2上f3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)由保護(hù)2動(dòng)作跳開QF2，但若QF2拒動(dòng)，則由保護(hù)1的過電流保護(hù)動(dòng)作將QF1跳開，這是過電流保護(hù)的遠(yuǎn)后備作用。</p><p>　?。?）階段式電流保護(hù)的原理圖</p><p>　　階段式電流保護(hù)的原理圖如圖下所示，圖中各元件均以完整的圖形符號(hào)

10、表示，有交流回路和直流回路，圖中所示的接線方式是廣泛應(yīng)用于小接地電流系統(tǒng)電力線路。由繼電器KA1、KS1組成I段；KA2、KT1、KS2組成II段；KA3、KT2、KS3組成III段。</p><p>　　三．階段式電流保護(hù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)整定計(jì)算</p><p>　　3.1計(jì)算各點(diǎn)最大和最小運(yùn)行方式下的短路電流</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下運(yùn)行時(shí)有：<

11、/p><p>　　f1的三相短路電流為： </p><p>　　f1的兩相短路電流為：</p><p>　　f2的三相短路電流為：</p><p>　　f2的兩相短路電流為：</p><p>　　由于f3點(diǎn)和f2點(diǎn)距離很近，兩者之間的阻抗值可以忽略, 其短路電流幾乎是相等的。故f3的三相短路電流為：</p>

12、<p>　　f3的兩相短路電流為：</p><p>　　f4的三相短路電流為：</p><p>　　f4的兩相短路電流為：</p><p>　　同理，系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下運(yùn)行時(shí)有：</p><p>　　f1的三相短路電流為：</p><p>　　f1的兩相短路電流為：</p><p>

13、　　f2的三相短路電流為：</p><p>　　f2的兩相短路電流為：</p><p>　　f3的三相短路電流為：</p><p>　　f3的兩相短路電流為：</p><p>　　f4的三相短路電流為：</p><p>　　f4的兩相短路電流為：</p><p>　　故對(duì)單側(cè)電源輻射式線路，L1

14、的繼電保護(hù)方案可擬定為階段式電流保護(hù)，保護(hù)采用二相二繼電器接線，其接線系數(shù)，電流互感器采用1:1，在最大運(yùn)行方式下及最小運(yùn)行方式下f1、f2、f3、f4各點(diǎn)短路電流值見下表：</p><p>　　表2 最大運(yùn)行方式下及最小運(yùn)行方式下f1、f2、f3、f4各點(diǎn)短路電流值</p><p>　　3.2 對(duì)AB線路繼電保護(hù)進(jìn)行三段整定</p><p>　　3.2.1無時(shí)限

15、電流速斷保護(hù)</p><p>　　在被保護(hù)線路上發(fā)生短路時(shí)，流過保護(hù)安裝點(diǎn)的短路電流值，隨短路點(diǎn)的位置不同而變化。在線路的始端短路時(shí)，短路電流值最大；短路點(diǎn)向后移動(dòng)時(shí)，短路電流將隨線路阻抗的增大而減小，直至線路末端短路時(shí)短路回路的阻抗最大，短路電流最小。短路電流值還與系統(tǒng)運(yùn)行方式及短路的類型有關(guān)。如圖2所示。</p><p>　　圖2 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的整定及動(dòng)作范圍</p>

16、<p>　　曲線1表示在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路時(shí)，線路各點(diǎn)短路電流變化的曲線；曲線2則為最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)，短路電流變化的曲線。如果要求在被保護(hù)線路的末端短路時(shí)，保護(hù)裝置能夠動(dòng)作，那么，在下一線路始端短路時(shí)，保護(hù)裝置不可避免地也將動(dòng)作。這樣，就不能保證應(yīng)有的選擇性。為了保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，將保護(hù)范圍嚴(yán)格地限制在本線路以內(nèi)，就應(yīng)使保護(hù)的動(dòng)作電流大于最大運(yùn)行方式下線路末端發(fā)生三相短路時(shí)的短路電流，即</p&g

17、t;<p>　　為了保證裝置不誤動(dòng)，考慮到非周期分量、實(shí)際的短路電流大于計(jì)算值、保護(hù)裝置的實(shí)際動(dòng)作電流小于整定值、一定的裕度等因素，可引入可靠系數(shù)，則動(dòng)作電流為：</p><p><b>　　，其中取1.3</b></p><p><b>　　靈敏性校驗(yàn)：</b></p><p>　　最大運(yùn)行方式下的最小保護(hù)

18、范圍：</p><p>　　最小運(yùn)行方式下的最小保護(hù)范圍：</p><p><b>　　滿足靈敏性要求。</b></p><p>　　本段保護(hù)整定電流值為3.4A，可選用DL-21C型電流繼電器，其額定電流為6A，動(dòng)作電流的整定范圍為1.5～6A，線圈采用并聯(lián)接法。</p><p>　　3.2.2帶時(shí)限電流速斷保護(hù)<

19、;/p><p>　　無時(shí)限電流速斷保護(hù)雖然能實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作，但卻不能保護(hù)線路的全長。因此，必須裝設(shè)第II段保護(hù)，即帶時(shí)限電流速斷保護(hù)，用以反應(yīng)無時(shí)限電流速斷保護(hù)區(qū)外的故障。對(duì)第II段保護(hù)的要求是能保護(hù)線路的全長，還要有盡可能短的動(dòng)作時(shí)限。</p><p>　　帶時(shí)限電流速斷保護(hù)要求保護(hù)線路的全長，那么保護(hù)區(qū)必然會(huì)延伸至下一線路，因?yàn)楸揪€路末端短路時(shí)流過保護(hù)裝置的短路電流與下一線路始端短路時(shí)的短路

20、電流相等，再加上還有運(yùn)行方式對(duì)短路電流的影響，如若較小運(yùn)行方式下保護(hù)范圍達(dá)到線路末端，則較大運(yùn)行方式下保護(hù)范圍必然延伸到下一線路。為盡量縮短保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，通常要求帶時(shí)限電流速斷延伸至下一線路的保護(hù)范圍不能超出下一線路無時(shí)限電流速斷的保護(hù)范圍，因此線路L1帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于下一線路無時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流，即</p><p>　　線路L2無時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流：</p>&

21、lt;p>　　則限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流為：</p><p><b>　　，其中取1.1</b></p><p>　　保護(hù)裝置靈敏性校驗(yàn)：</p><p>　　L1線路末端在最小運(yùn)行方式下，發(fā)生兩相短路時(shí)的電流</p><p><b>　　故其靈敏系數(shù)為：</b></p>&l

22、t;p>　　由于Ⅱ段保護(hù)的靈敏度不能滿足要求，故需采用降低動(dòng)作電流來提高其靈敏度。為此，應(yīng)使線路L1上的帶時(shí)限電流速斷保護(hù)范圍與線路L2上的帶時(shí)限電流速斷保護(hù)相配合，即</p><p>　　但由于本設(shè)計(jì)題目中未給出L2線路下一段的線路參數(shù)，為了解決問題，我門在L2線路的后增加了一段長度為的線路，則可以計(jì)算出，系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式運(yùn)行式，L3段線路末端的三相短路電流為：</p><p>

23、　　L3段線路的無限時(shí)速斷保護(hù)動(dòng)作電流為：</p><p><b>　　靈敏性校驗(yàn)：</b></p><p>　　最大運(yùn)行方式下的最小保護(hù)范圍：</p><p>　　最小運(yùn)行方式下的最小保護(hù)范圍：</p><p>　　滿足電流速斷保護(hù)的靈敏性要求。</p><p>　　則線路L2的II段整定電流為

24、：</p><p>　　線路L2的II段靈敏性校驗(yàn)：</p><p>　　L2線路末端在最小運(yùn)行方式下，發(fā)生兩相短路時(shí)的電流</p><p><b>　　其靈敏系數(shù)為： </b></p><p>　　那么，L1段的帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的電流整定值為：</p><p><b>　　其靈敏系數(shù)

25、為：</b></p><p><b>　　靈敏度滿足要求。</b></p><p>　　本段保護(hù)整定電流值為1A，可選用DL-21C型電流繼電器，其額定電流為3A，動(dòng)作電流的整定范圍為0.5～2A，線圈采用并聯(lián)接法。</p><p><b>　　動(dòng)作時(shí)限：</b></p><p>　　為

26、了便于觀察時(shí)限可整定為1秒，時(shí)間繼電器可選用DS-21型，其延時(shí)范圍為0.25～1.25S。</p><p>　　3.2.3定時(shí)限過電流保護(hù)</p><p>　　無時(shí)限電流速斷保護(hù)和帶時(shí)限電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路全長，可作為線路的主保護(hù)用。為防止本線路的主保護(hù)發(fā)生拒動(dòng)，必須給線路裝設(shè)后備保護(hù)，以作為本線路的近后備和下一線路的遠(yuǎn)后備。這種后備保護(hù)通常采用定時(shí)限過電流保護(hù)，又稱為第III段保護(hù)，

27、其動(dòng)作電流按躲過最大負(fù)荷電流整定，動(dòng)作時(shí)限按保證選擇性的階梯時(shí)限來整定。其原理接線圖與帶時(shí)限電流速斷保護(hù)相同，但由于保護(hù)范圍和保護(hù)的作用不同，其動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限則不同。</p><p>　　過電流保護(hù)工作原理：</p><p>　　正常運(yùn)行時(shí)，線路流過負(fù)荷電流，保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)，經(jīng)過保證選擇性的延時(shí)動(dòng)作，將故障切除。</p><p>　　

28、過電流保護(hù)動(dòng)作電流：</p><p>　　過電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定，要考慮可靠性原則，即只有在線路存在短路故障的情況下，才允許保護(hù)裝置動(dòng)作。</p><p>　　過電流保護(hù)應(yīng)按躲過最大的負(fù)荷電流計(jì)算保護(hù)的動(dòng)作電流，根據(jù)可靠性要求，過電流保護(hù)的動(dòng)作電流必須滿足以下兩個(gè)條件。</p><p>　　在被保護(hù)線路通過最大負(fù)荷電流的情況下，保護(hù)裝置不應(yīng)該動(dòng)作，即</p&

29、gt;<p><b>　　。</b></p><p>　　式中，——保護(hù)的一次動(dòng)作電流值</p><p>　　——被保護(hù)線路的最大負(fù)荷電流</p><p>　　最大負(fù)荷電流要考慮電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的電流。由于短路時(shí)電壓下降，變電所母線上所接負(fù)荷中的電動(dòng)機(jī)被制動(dòng)，在故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)有一個(gè)自啟動(dòng)過程，電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)電流大于正常運(yùn)

30、行時(shí)的額定電流，則線路的最大負(fù)荷電流也大于其正常值，即。</p><p>　　式中，——自啟動(dòng)系數(shù)，一般取1.53。</p><p>　　2）對(duì)于已經(jīng)啟動(dòng)的保護(hù)裝置，故障切除后，在被保護(hù)線路通過最大負(fù)荷電流的情況下應(yīng)能可靠地返回。如圖11-4所示，在線路L1、L2分別裝有過電流保護(hù)1和保護(hù)2，當(dāng)在f點(diǎn)短路時(shí)，短路電流流過保護(hù)1也流過保護(hù)2，它們都啟動(dòng)。按選擇性的要求，應(yīng)該由保護(hù)2動(dòng)作將QF

31、2跳開切除故障。但由于變電所B仍有其他負(fù)荷，并且因電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)，線路L1可能出最大負(fù)荷電流，為使保護(hù)1的電流繼電器可靠返回，它的返回電流Irel（繼電器的返回電流折算到一次電路的值），應(yīng)大于故障切除后線路L1最大負(fù)荷電流。</p><p>　　式中，Irel——保護(hù)1的返回電流</p><p><b>　　由于，即 </b></p><p>

32、　　式中，Krel——可靠系數(shù)，取1. 2 1.25。</p><p>　　Kre——電流繼電器的返回系數(shù)，取0.850.95。</p><p>　　故線路L1的定時(shí)限過電流保護(hù)的動(dòng)作電流為：</p><p><b>　　靈敏性校驗(yàn)</b></p><p>　　作為L1段的近后備保護(hù)時(shí)有：</p><

33、p><b>　　滿足靈敏性要求。</b></p><p>　　作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)有：</p><p><b>　　滿足靈敏性要求。</b></p><p>　　本段保護(hù)整定電流值為0.53A，可選用DL-21C型電流繼電器，其額定電流為3A，動(dòng)作電流的整定范圍為0.5～2A，線圈采用串聯(lián)接法。</p>&

34、lt;p><b>　　動(dòng)作時(shí)限：</b></p><p>　　為了便于觀察時(shí)限可整定為3秒，時(shí)間繼電器可選用DS-22型，其延時(shí)范圍為1.2～5S。</p><p>　　3.2.4階段式保護(hù)選用的繼電器規(guī)格及整定值列表</p><p>　　表3 階段式保護(hù)選用的繼電器規(guī)格及整定值</p><p><b>

35、;　　四．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與調(diào)整</b></p><p>　　在實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)條件限制，沒有DS-22型的時(shí)間繼電器。故我們只能用DS-21型的時(shí)間繼電器來代替。而DS-21型時(shí)間繼電器的時(shí)間整定范圍只有0.25～1.25S，無法滿足我們之前過電流保護(hù)時(shí)限的整定值3S。所以我們唯有將帶時(shí)限電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)的時(shí)限整定得小一些。帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的時(shí)限重新整定為0.5S，定時(shí)限過電流保護(hù)的時(shí)限重新

36、整定為1.25S。實(shí)驗(yàn)器材也按實(shí)驗(yàn)室的條件重新調(diào)整了，具體器材如下表：</p><p>　　表4 調(diào)整后的實(shí)驗(yàn)器材表</p><p>　　選好實(shí)驗(yàn)設(shè)備后，按下圖接線。</p><p>　　圖3 實(shí)驗(yàn)接線原理圖</p><p>　　接好線后，分別驗(yàn)證L1段的各段電流和時(shí)間整定值，并記錄到下表中。</p><p>　　

37、表5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)記錄表</p><p><b>　　五．總結(jié)與評(píng)價(jià)</b></p><p>　　通過這次繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)，我們可以把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去了。這次課程設(shè)計(jì)學(xué)到很多，在整定動(dòng)作電流的過程中，我不但鞏固了自己繼電保護(hù)的理論知識(shí)，還進(jìn)一步熟識(shí)各段保護(hù)的應(yīng)用。</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)我們從中發(fā)現(xiàn)了很多問題，通過老師指

38、導(dǎo)與同學(xué)的交流成功的解決。還發(fā)現(xiàn)前面學(xué)的很多知識(shí)大部分我都已經(jīng)記憶不深了。但經(jīng)過這次實(shí)訓(xùn)，讓我又重新溫習(xí)了一次繼電保護(hù)的課本知識(shí)。在溫習(xí)的過程中，我加深了對(duì)它們的認(rèn)識(shí)，就連之前很多不太理解的問題，現(xiàn)在也變得清晰起來。通過這次設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)從而培養(yǎng)和提高自己獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了所學(xué)的內(nèi)容，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高</p><p