繼電保護原理課程設(shè)計

1、<p><b>　　太原工業(yè)學(xué)院</b></p><p><b>　　繼電保護課程設(shè)計</b></p><p><b>　　題目： </b></p><p><b>　　系別：自動化</b></p><p>　　專業(yè)：電氣工程及其自動化</

2、p><p>　　班級：092033216 </p><p><b>　　092033226</b></p><p><b>　　姓名：馮亮 陳錦</b></p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　本線路以110ＫＶ線路繼電保護為例，簡述

3、了距離保護的具體整定方法和有關(guān)注意細節(jié)，對輸電網(wǎng)絡(luò)做了較詳細的分析同時對不同運行方式各個斷路器進行了述說，較為合理的選擇了不同場合下的電器元件的型號</p><p>　　關(guān)鍵詞：繼電保護；距離保護</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、系統(tǒng)運行方式和變壓器中性點接地的選擇</p><p>　　

4、１、發(fā)電機、變壓器運行方式的選擇</p><p>　?。?、變壓器中性點接地的選擇</p><p>　　3、 線路運行方式選擇原則</p><p>　　4、本次設(shè)計的具體運行方式的選擇</p><p>　　二、故障點的選擇及正、負、零序網(wǎng)絡(luò)制定</p><p><b>　　１、電網(wǎng)等效電路圖</b>

5、</p><p>　?。病ⅲ粒?、ＢＤ段故障點的選擇</p><p>　　3、故障點ｄ１、ｄ２、ｄ３的正、負、零序網(wǎng)絡(luò)圖</p><p><b>　　三、基準(zhǔn)值的選擇</b></p><p>　　四、系統(tǒng)線路和各個元件等值阻抗的計算</p><p>　　五、保護方式的選擇、配置與整定計算、短路其選擇

6、</p><p><b>　?。薄⒈Ｗo方式的選擇</b></p><p><b>　?。病⑴渲梅桨傅拇_定</b></p><p>　?。?、整定計算、斷路器的選擇</p><p><b>　　六、線路自動重合閘</b></p><p>　?。薄⒆詣又睾祥l裝

7、置的必要性與可能性</p><p>　?。病⒆詣又睾祥l裝置的基本要求</p><p>　?。?、單側(cè)電源自動重合閘裝置</p><p>　　4、 雙側(cè)電源線路的自動重合閘</p><p>　　5、自動重合閘與繼電保護的配合</p><p><b>　　七、保護的綜合評價</b></p>

8、<p>　　1、對電流保護的綜合評價</p><p>　　2、對零序電流保護的綜合評價</p><p>　　3、對距離保護的綜合評價</p><p><b>　　八、配置圖</b></p><p>　　一、系統(tǒng)運行方式和變壓器中性點接地的選擇</p><p>　　1、發(fā)電機、變壓器運行

9、方式選擇的原則 </p><p>　　(1)一個發(fā)電廠有兩臺機組時，一般應(yīng)考慮全停方式，一臺檢修，另一臺故 障；當(dāng)有三臺以上機組時，則選擇其中兩臺容量較大機組同時停用的方式。對水 電廠，還應(yīng)根據(jù)水庫運行方式選擇。 </p><p>　　(2)一個發(fā)電廠、變電站的母線上無論接幾臺變壓器，一般應(yīng)考慮其中容量 最大的一臺停用。 </p><p>　　變壓器中性點接地的選擇

10、</p><p>　　2、變壓器中性點接地選擇原則</p><p>　　(1)發(fā)電廠、變電所低壓側(cè)有電源的變壓器，中性點均要接地。</p><p>　　(2)自耦型和有絕緣要求的其它變壓器，其中性點必須接地。</p><p>　　(3)T 接于線路上的變壓器，以不接地運行為宜。</p><p>　　(4)為防止操作過電

11、壓，在操作時應(yīng)臨時將變壓器中性點接地，操作完畢后 再斷開，這種情況不按接地運行考慮。</p><p>　　3、線路運行方式選擇原則</p><p>　　(1)一個發(fā)電廠、變電站線線上接有多條線路，一般考慮選擇一條線路檢修，另 一條線路又故障的方式</p><p>　　(2)雙回路一般不考慮同時停用。 </p><p>　　4、本次設(shè)計的具體運

12、行方式的選擇</p><p>　　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。這里要著重說明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 是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過保護的電流值最小。系統(tǒng)的 最大運行方式是所有設(shè)備全部投入運行；系統(tǒng)的最小運行方式為發(fā)電機 G1 或 G2 投入</p><

13、;p>　　二、故障點的選擇及正、負、零序網(wǎng)絡(luò)制定</p><p>　　電網(wǎng)等效電路圖如圖所示，在圖中AE、BD段選擇了d1、d2、d3三個故障點</p><p>　　d1點的正序、負序、零序網(wǎng)絡(luò)圖</p><p><b>　　正序</b></p><p><b>　　負序</b></p&

14、gt;<p><b>　　零序</b></p><p>　　d2點的正序、負序、零序網(wǎng)絡(luò)圖</p><p><b>　　正序</b></p><p><b>　　負序</b></p><p><b>　　零序</b></p>&

15、lt;p>　　D3點的正序、負序、零序網(wǎng)絡(luò)圖</p><p><b>　　正序</b></p><p><b>　　負序</b></p><p><b>　　零序</b></p><p><b>　　三、基準(zhǔn)值選擇</b></p>&l

16、t;p>　　基準(zhǔn)功率：SB=100MV·A，基準(zhǔn)電壓：VB=115kv。基準(zhǔn)電流：IB=SB/1.732 VB=100×103/1.732×115=0.502KA；基準(zhǔn)電抗：ZB=VB/1.732 IB=115×103/1.732×502=132.25Ω；電壓標(biāo)幺值：E=E(2)=1.05</p><p>　　四、系統(tǒng)線路和各個元件等值阻抗的計算</p

17、><p>　　線路AE等值電抗計算</p><p>　　正序以及負序電抗：XLAE= XAELAE=0.412×70=28.84Ω</p><p>　　XLAE*= XLAE/ ZB=28.84/132.25=0.218</p><p>　　零序電抗：XLAE0=3XLAE =86.52Ω</p><p>　　X

18、L20*= 3*0.218=0.654</p><p>　　線路AC等值電抗計算</p><p>　　正序以及負序電抗：XLAC= XACLAC=0.402×60=20.1Ω</p><p>　　XLAC*= XAC/ ZB=20.1/132.25=0.152</p><p>　　零序電抗：XLAC0= 3XLAC=60.3Ω<

19、;/p><p>　　XLAC0*= XLAC0/ ZB=72.36/132.25=0.456</p><p>　　線路AB等值電抗計算</p><p>　　正序以及負序電抗：XLAB= XABLAB=0.37×60=22.2Ω</p><p>　　XLAB*= XLAB/ ZB=22.2/132.25=0.168</p>

20、<p>　　零序電抗：XLAB0=3×=66.6Ω</p><p>　　XLAB0*= XLAB0/ ZB=66.6/132.25=0.504</p><p>　　線路BD等值電抗計算</p><p>　　正序以及負序電抗：XLBD= XBDLBD=0.37×40=14.8Ω</p><p>　　XLBD*= X

21、LBD/ ZB=14.8/132.25=0.11</p><p>　　零序電抗：XLBD0=3×14.8=44.4Ω</p><p>　　XLBD0*= XLABD0/ ZB=44.4/132.25=0.33</p><p><b>　　變壓器等值電抗計算</b></p><p>　　(1) 變壓器T1、T2

22、等值電抗計算</p><p>　　XT1= XT2= (UK%/100)×(VN2/ SN)≈82.28Ω</p><p>　　XT1*= XT2*=XT1/ ZB=82.28/132.25=0.622</p><p>　　(2) 變壓器T3/T4等值電抗計算</p><p>　　XT3= XT4= (UK%/100)×

23、(VN2/ SN)≈61.11Ω</p><p>　　XT3*= XT3*= XT3/ ZB=61.11/132.25=0.462</p><p>　　(3) 變壓器T6、T7等值電抗計算</p><p>　　XT6= XT7=(UK%/100)×(VN2/ SN)≈39.95Ω</p><p>　　XT6*=XT5*=0.302

24、</p><p>　　發(fā)電機等值電抗計算 </p><p>　　發(fā)電機G1、G2電抗標(biāo)幺值計算</p><p>　　XG1* = 0.13</p><p>　　XG2* = 0.11</p><p><b>　　五、 短路電流計算</b></p><p>　　D1短路流經(jīng)

25、保護11的短路計算：</p><p>　　最大運行方式的短路：</p><p>　　最小運行方式下的兩相短路：同上</p><p>　　兩相短路的零序電流：</p><p>　　D2短路流經(jīng)保護的短路計算：</p><p>　　最大運行方式的短路：</p><p>　　最小運行方式下的兩相短路：

26、</p><p>　　五、保護方式的選擇、配置與整定計算、短路其選擇</p><p><b>　　1、保護方式的選擇</b></p><p>　　110KV 輸電線路一般采用三段式相間距離保護作為故障的保護方式，采用階 段式零序電流保護作為接地短路的保護方式。對于極個別非常短的線路，如有必 要也可以采用縱差保護作為主保護。</p>

27、<p>　　2、 配置方案的確定</p><p>　　根據(jù)題目的要求和保護的配置原則</p><p>　　從經(jīng)濟性出發(fā)：本系統(tǒng)線路的保護方式 采用三段式相間距離保護作為故障的保護方式， 采用階段式零序電流保護作為接 地短路的保護方式。其中，第一段作為線路的主保護，二、三段作為后備保護</p><p>　　3、距離保護的整定計算</p>&l

28、t;p>　　1 距離保護整定計算的方法及原理：</p><p><b>　　距離保護第一段</b></p><p><b>　　1.動作阻抗</b></p><p>　　(１)對輸電線路，按躲過本線路末端短路來整定，即取</p><p>　　圖4.1 電力系統(tǒng)接線圖</p>&l

29、t;p><b>　　2．動作時限</b></p><p><b>　　秒。</b></p><p><b>　　距離保護第二段</b></p><p><b>　　1．動作阻抗</b></p><p>　?。?）與下一線路的第一段保護范圍配合，并用分

30、支系數(shù)考慮助增及外汲電流對測量阻抗的影響，即</p><p><b>　　式中為分支系數(shù)</b></p><p>　?。?）與相鄰變壓器的快速保護相配合</p><p>　　?。?）、（2）計算結(jié)果中的小者作為。</p><p><b>　　2. 動作時限</b></p><p&

31、gt;　　保護第Ⅱ段的動作時限，應(yīng)比下一線路保護第Ⅰ段的動作時限大一個時限階段，即</p><p><b>　　3.靈敏度校驗</b></p><p>　　如靈敏度不能滿足要求，可按照與下一線路保護第Ⅱ段相配合的原則選擇動作阻抗，即</p><p>　　這時，第Ⅱ段的動作時限應(yīng)比下一線路第Ⅱ段的動作時限大一個時限階段，即</p>

32、<p><b>　　距離保護的第三段</b></p><p><b>　　1．動作阻抗</b></p><p>　　按躲開最小負荷阻抗來選擇，若第Ⅲ段采用全阻抗繼電器，其動作阻抗為</p><p><b>　　2．動作時限</b></p><p>　　保護第Ⅲ段的動作

33、時限較相鄰與之配合的元件保護的動作時限大一個時限階段，即</p><p><b>　　3．靈敏度校驗</b></p><p>　　作近后備保護時 </p><p>　　作遠后備保護時 </p><p>　　式中，Kfz為分支系數(shù)，取最大可能值。</p><p><b>　　動作

34、時限：</b></p><p>　　故其動作時限為2.5s</p><p><b>　　靈敏度校驗：</b></p><p><b>　　4、斷路器的選擇</b></p><p>　　高壓斷路器選擇.斷路器種類與型式的選擇</p><p>　　種類選擇的一般原則：

35、</p><p><b>　　屋內(nèi)：真空斷路器</b></p><p>　　屋外：六氟化硫斷路器</p><p>　　2）型式選擇的一般原則</p><p>　　發(fā)電機回路：使用專用斷路器---額定電壓低，開斷電流大；</p><p>　　配電裝置：635kV屋內(nèi)---真空斷路器；35500kV屋

36、外：六氟化硫斷路器</p><p>　　2.額定電壓UN≥UNS3.額定電流選擇KθIN≥ I max （物理含義）4.額定開斷電流選擇INbr≥ I kt式中I kt---動靜觸頭分開時，流過的最大短路電流t---t br開斷計算時間。</p><p>　　5.短路關(guān)合電流的選擇iNcl≥ish 物理含義）斷路器操動機構(gòu)能關(guān)合的最大短路電流。斷路器操動機構(gòu)能克服動靜觸頭之間的最大電動斥力

37、，使斷路器合閘成功。</p><p>　　6.熱穩(wěn)定校驗It2tQ k</p><p>　　7 動穩(wěn)定校驗ies≥ish</p><p>　　各斷路器的距離整定計算與校驗</p><p>　　對11斷路器距離保護的整定計算:</p><p><b>　　距離保護的Ⅰ段：</b></p>

38、<p><b>　　動作阻抗：</b></p><p>　　對輸電線路，按躲過本線路末端短路來整定。</p><p>　　動作時限：距離保護?段的動作時限是由保護裝置的繼電器固有動作時限決定，人為延時為零</p><p>　　由于該線路沒有下一段，所以不用進行二段保護</p><p><b>　　

39、斷路器Ⅲ段保護</b></p><p>　　按躲過正常運行時最小負荷阻抗整定</p><p><b>　　取</b></p><p>　　=1.3測量阻抗元件的返回系數(shù)</p><p><b>　　=1.5可靠系數(shù)</b></p><p><b>　　敏

40、度校驗：</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　對21斷路器距離保護的整定計算:</p><p><b>　　距離保護的Ⅰ段：</b></p><p><b>　　動作阻抗：</b></p><p>　　

41、對輸電線路，按躲過本線路末端短路來整定。</p><p>　　動作時限：距離保護?段的動作時限是由保護裝置的繼電器固有動作時限決定，人為延時為零</p><p>　　由于該線路沒有下一段，所以不用進行二段保護</p><p><b>　　斷路器三段保護</b></p><p>　　按躲過正常運行時最小負荷阻抗整定<

42、/p><p><b>　　?。?.5</b></p><p>　　Kre=1.3測量阻抗元件的返回系數(shù)</p><p><b>　　Krel=可靠系數(shù)</b></p><p><b>　　敏度校驗：</b></p><p><b>　　滿足要求。&

43、lt;/b></p><p>　　12、22斷路器裝斷路器基本沒有用</p><p>　　六、線路的自動重合閘</p><p>　?。薄⒆詣又睾祥l裝置的必要性與可能性</p><p>　　自動重合閘的采用,是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的客觀需求。架空線路的故障大多數(shù)是瞬時性的,如雷電引起的閃絡(luò)、鳥害引起的故障等。因此,在架空線路上采用自動重合

44、閘,不僅可以提高供電的可靠性,而且對高壓電網(wǎng)還提高了其暫態(tài)穩(wěn)定水平。此外,還可以糾正由于斷路器機構(gòu)不良或運行</p><p>　　在電力系統(tǒng)中輸電線路是發(fā)生故障最多的設(shè)備而且它發(fā)生的故障大都屬于暫時性的如大風(fēng)引起的碰線、線路通過線下樹木對地放電或異物落在導(dǎo)線上引起的短路等這類故障在線路跳開后電弧可自行熄滅故障點的絕緣基本恢復(fù)到正常水平這時合上電源就能夠恢復(fù)正常供電。因此自動重合閘裝置在高壓輸電線路上得到極其廣泛的

45、應(yīng)用。在高壓輸電線路上裝設(shè)自動重合閘對于提高供電的可靠性意義非凡即在輸電線路發(fā)生瞬時性故障時可迅速恢復(fù)供電從而提高供電可靠性對于雙側(cè)電源的高壓輸電線路可以提高系統(tǒng)并列運行穩(wěn)定性從而提高線路輸送容量可以糾正由于斷路器或繼電保護誤動作引起的誤跳閘。 </p><p>　　2、自動重合閘裝置的基本要求</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)需要同時考慮我國的運行經(jīng)驗對輸電線路的自動重合閘裝置ZCH提出如下

46、要求:</p><p>　　1動作迅速。在滿足故障點去游離所需要的時間和斷路器消弧室與斷路器的傳動機構(gòu)準(zhǔn)備好再次動作所必需的時間條件下ZCH 的動作時間應(yīng)盡可能短。 </p><p>　　2不容許任意多次重合。如果重合閘多次重合于永久性故障將使系統(tǒng)多次遭受沖擊同時還可能損壞斷路器從而擴大事故。 </p><p>　　3動作后應(yīng)能自動復(fù)歸。當(dāng) ZCH 成功動作一次后應(yīng)

47、能自動復(fù)歸準(zhǔn)備好再次動作。對于受雷擊機會較多的線路這是必須的。</p><p>　　4手動跳閘時不應(yīng)重合。當(dāng)運行人員手動操作或遙控操作使斷路器斷開時ZCH 不應(yīng)重合。</p><p>　　5手動合閘于故障線路時不重合。當(dāng)手動合閘于故障線路時繼電保護動作使斷路器跳閘后裝置應(yīng)不重合因為手動合閘前線路上還沒有電壓如合閘后即已有故障則故障多屬于永久性故障重合定不成功。</p><

48、;p>　　3、單側(cè)電源線路的自動重合閘</p><p>　　單側(cè)電源線路廣泛應(yīng)用三相一次自動重合閘方式。所謂三相一次自動重合閘方式， 就是不論在輸電線路上單相、兩相或三相短路故障時，繼電保護均將線路的三相斷路器 一起斷開，然后 AAR 裝置起動，經(jīng)預(yù)定延時將三相斷路器重新一起合閘。若故障為瞬時 的，則重合成功；若故障為永久性的，則繼電保護再次將三相斷路器一起斷開，且不再重合。 </p><

49、;p>　　4、 雙側(cè)電源線路的自動重合閘</p><p>　　在這種線路上采用自動重合閘裝置時，除了應(yīng)滿足前述基本要求外，還必須考慮以 下兩點： </p><p>　?。?）當(dāng)線路發(fā)生故障時，線路兩側(cè)的保護可能以不同的時限斷開兩側(cè)短路器。 </p><p>　?。?）在某些情況下，當(dāng)線路發(fā)生故障，兩側(cè)斷路器斷開之后，線路兩側(cè)電源之間 有可能失去同步。 因此后合

50、閘一側(cè)的斷路器在進行重合閘時，必須確保兩電源間的同步條件，或者校 驗是否允許非同步重合閘。 由此可見， 雙側(cè)電源線路上的三相自動重合閘， 應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的接線方式和運行情況， 采用不同的重合閘方式。國內(nèi)采用的有：非同步自動重合閘；快速自動重合閘；檢定線 路無電壓和檢定同步的自動化重合閘；解列重合閘及自同步重合閘等。 </p><p>　　5、 自動重合閘與繼電保護的配合</p><p>　　自

51、動重合閘與繼電保護的適當(dāng)配合， 能有效地加速故障的切除， 提高供電的可靠性。 自動重合閘的應(yīng)用在某些情況下還可以簡化繼電保護。 自動重合閘與繼電保護的配合方式，有重合閘前加速保護和重合閘后加速保護兩 種。重合閘前加速是，當(dāng)線路上發(fā)生故障時，靠近電源側(cè)的保護先無選擇性的瞬時動作 于跳閘，而后再借助自動重合閘來糾正這種非選擇性動作。重合閘后加速保護是當(dāng)線路 故障時，先按正常的繼電保護動作時限有選擇性地動作于斷路器跳閘，然后 AAR 裝置動

52、作將斷路器重合， 同時將過電流保護的時限解除。 這樣， 當(dāng)斷路器重合于永久性故障時， 電流保護將無時限地作用于斷路器跳閘。實現(xiàn)后加速的方法是，在被保護的各條線路上 都裝設(shè)有選擇性的保護和自動重合閘裝置。</p><p>　　. 七、保護的綜合評價</p><p>　　1 、對電流保護的綜合評價</p><p>　　三段式電流保護的主要優(yōu)

53、點是簡單、可靠、經(jīng)濟，并且一般情況下都能較快的切除 故障。但是一般用于 35KV 及以下的電壓等級的電網(wǎng)中，對于容量大、電壓高或者結(jié)構(gòu) 復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，它難于滿足電網(wǎng)對保護的要求。缺點是它的靈敏度和保護范圍直接受系統(tǒng) 運行方式和短路類型的影響，此外，它只在單側(cè)電源電網(wǎng)中才有選擇性。 </p><p>　　2、對電流保護的綜合評價</p><p>　　零序電流保護比相間短路的電流保護有較高的靈敏

54、度。對于零序一段，由于線路的 零序阻抗大于正序阻抗，使的線路始末兩端電流變化較大，因此使零序一段保護范圍增 大，即提高了靈敏度；對于零序三段，由于起動值是按不平衡電流來整定的，所以比相 間短路的電流保護的起動值小， 即靈敏度高； 零序過電流保護的動作時限較相間保護短； 零序電流保護不反映系統(tǒng)振蕩和過負荷；零序功率元件無死區(qū)，副方電壓斷線時，不會 誤動作；接線簡單可靠。其缺點是不能反應(yīng)相間短路。 </p><p>

55、　　3、 對距離保護的綜合判斷</p><p><b>　　主要優(yōu)點：</b></p><p>　　能滿足多電源復(fù)雜電網(wǎng)對保護動作選擇性的要求，阻抗繼電器是同時反 應(yīng)電壓的降低和電流的增大而動作的，因此距離保護較電流保護有較高的靈敏度。其中 Ⅰ段距離保護基本不受運行方式的影響，而Ⅱ、Ⅲ段受系統(tǒng)運行變化的影響也較電流保 護要小一些，保護區(qū)域比較穩(wěn)定。 </p>

56、;<p><b>　　主要缺點：</b></p><p>　　不能實現(xiàn)全線瞬動。對雙側(cè)電源線路，將有全線的 30％～40％的第Ⅱ段 時限跳閘，這對穩(wěn)定有較高要求的超高壓遠距離輸電系統(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，因此距離保護裝置調(diào)試 比較麻煩，可靠性也相對低些。 33 9.結(jié)束語本次設(shè)計過程主要是針對 110KV 電網(wǎng)接線，

57、 重點介紹了距離保護整定計算和零序電 流保護整定計算，從不同的短路情況進行分析和計算，首先選擇過電流保護，對電網(wǎng)進 行短路電流計算，包括電流的正序、負序、零序電流的短路計算，整定電流保護的整定 值。在過電流保護不滿足的情況下，相間故障選擇距離保護，接地故障選擇零序電流保 護，同時對距離保護、零序電流保護進行整定計算，并用 AUTOCAD 繪制出保護配置原理 圖。對不同的短路參數(shù)來進行不同種類設(shè)備的選擇。 內(nèi)容結(jié)構(gòu)層次清晰，并對該設(shè)計進行

58、了理論分析，在理論上證實了繼電保護設(shè)計的 實際可行性。但是，在本次設(shè)計中，存在很多計算的不夠正確，這主要是自己對理論知 識的掌握不夠熟練所導(dǎo)致。</p><p>　　主要優(yōu)點：能滿足多電源復(fù)雜電網(wǎng)對保護動作選擇性的要求；阻抗繼電器是 同時反應(yīng)電壓的降低和電流的增大而動作的， 因此距離保護較電流保護有較高的 靈敏度。其中Ⅰ段距離保護基本不受運行方式的影響，而Ⅱ、Ⅲ段受系統(tǒng)運行變 化的影響也較電流保護要小一些，保護區(qū)

59、域比較穩(wěn)定。</p><p><b>　　八、保護配置圖</b></p><p>　　參考文獻：《電力系統(tǒng)繼電保護》張寶會 尹項根主編</p><p>　　《電力系統(tǒng)分析》 曹娜 主編</p><p>　　六氟化硫斷路器 斷路器、隔離開關(guān) 電流互感器、電壓互感器、避雷器置</p><p>　　電