1、<p>　　電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計</p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級： 電氣093 　　 </p><p>　　2012 年 6月 30日</p><p><b>　　1設(shè)計原始資料：</b></p><p>&

2、lt;b>　　1.1具體題目</b></p><p>　　系統(tǒng)接線圖如下圖，發(fā)電機以發(fā)電機-變壓器組方式接入系統(tǒng)，開機方式為兩側(cè)各開1臺機，變壓器T6 1臺運行。參數(shù)為：</p><p>　　=115/kV,=5Ω、5Ω、X1.T1==5Ω, X0.T1==15ΩΩ、Ω,,線路阻抗0.4Ω/km,、,</p><p>　　試對1、2、3、4進行零序

3、保護的設(shè)計。（說明：可讓不同的學生做1、2、3、4、處一至二處保護設(shè)計。</p><p><b>　　1.2要完成的內(nèi)容</b></p><p>　　本課程設(shè)計主要對題目中所述系統(tǒng)進行零序保護的設(shè)計。主要完成對1、3點的零序保護的設(shè)計。通過對1、3點的保護方式的分析，短路電流的計算，進行零序三段電流保護，并對設(shè)計的保護進行靈敏度校驗和整定時間的確定；最后進行有關(guān)設(shè)備的

4、選擇和評價。</p><p>　　2分析要設(shè)計的課題內(nèi)容（保護方式的確定）</p><p>　　首先應該分析運行方式。由于本題開機運行方式為兩側(cè)各開1臺發(fā)電機，變壓器T6 1臺運行，所以不存在受最大運行方式和最小運行方式對零序保護的影響。</p><p><b>　　2.1設(shè)計規(guī)程</b></p><p>　　根據(jù)規(guī)定：

5、繼電保護裝置應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。.</p><p>　　規(guī)范規(guī)定：110~220kV有效接地電力網(wǎng)線路，應按下列規(guī)定裝設(shè)反應接地短路和相間短路的保護裝置。</p><p>　　(1)對于接地短路：</p><p>　?、僖搜b設(shè)帶方向和不帶方向的階段式零序電流保護；</p><p>　?、诹阈螂娏鞅Ｗo不能滿足要求時，可裝

6、設(shè)接地距離保護，并應裝設(shè)一段或兩段零序電流保護作為后備保護。</p><p>　　(2)對于相間短路：</p><p>　　①單側(cè)電源單回線路，應裝設(shè)三相多段式電流或電壓保護，如不能滿足要求，則應裝設(shè)距離保護；</p><p>　　②雙側(cè)電源線路宜裝設(shè)階段式距離保護。</p><p>　　2.2本設(shè)計的保護配置</p><

7、;p>　　2.2.1主保護（零序電流保護）的配置</p><p>　　電力系統(tǒng)正常運行時是三相對稱的，其零序、負序電流值理論上是零。多數(shù)的短路故障是不對稱的，其零、負序電流電壓會很大，利用故障的不對稱性可以找到正常與故障的區(qū)別，并且這種差別是零與很大值得比較，差異更為明顯。所以零序電流保護被廣泛的應用在110KV及以上電壓等級的電網(wǎng)中。</p><p>　　2.2.2后備保護（距離保

8、護）配置</p><p>　　距離保護是利用短路發(fā)生時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，該比值反應故障點到保護安裝處的距離，如果短路點距離小于整定值，則保護裝置動作。</p><p>　　在保護1、2、3和4處配備三段式距離保護，選用接地距離保護接線方式和相間距離保護接線方式。</p><p><b>　　3短路電流計算</b>&

9、lt;/p><p>　　3.1等效電路的建立</p><p>　　所有元件全運行時三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)圖如下圖3.1、3.2、3.3所示。</p><p>　　3.2保護短路點的選取</p><p><b>　　選取B點為故障點。</b></p><p>　　3.3短路電流的計算</p>&

10、lt;p>　　由已知得： X1.A-B=61km×0.4/km=24.4</p><p>　　X1.B-C=40km×0.4/km=16</p><p>　　X0.A-B=61km×1.2/km=73.2</p><p>　　X0.B-C=40km×1.2/km=48</p><p>

11、;<b>　　圖3.1 正序網(wǎng)絡(luò)</b></p><p><b>　　圖3.2 負序網(wǎng)絡(luò)</b></p><p><b>　　圖3.3 零序網(wǎng)絡(luò)</b></p><p>　　B母線單相接地短路時，故障端口正序阻抗：</p><p><b>　　=14.808 ?<

12、;/b></p><p><b>　　=14.808 ?</b></p><p><b>　　=12.925?</b></p><p>　　所以故障端口的零序電流為：</p><p><b>　　=1.567KA</b></p><p>　　所以B

13、相單相接地短路時流過保護1的零序電流分別為：</p><p>　　I0.1==0.233KA</p><p>　　B母線兩相接地短路時，流過保護1的零序電流為：</p><p><b>　　附加阻抗:</b></p><p><b>　　=6.885?</b></p><p>

14、;　　=3.071KA=1.636KA</p><p><b>　　=0.243KA</b></p><p><b>　　=0.243KA</b></p><p>　　C母線發(fā)生單相接地時，流過保護3的零序電流為：</p><p><b>　　=8.333?</b></

15、p><p><b>　　=12.161?</b></p><p>　　發(fā)生單相接地短路是有：</p><p><b>　　=2.303KA</b></p><p><b>　　=0.435KA</b></p><p>　　發(fā)生兩相接地短路時，流過保護3的零序

16、電流為：</p><p><b>　　附加阻抗：</b></p><p><b>　　=4.945?</b></p><p><b>　　=5KA</b></p><p><b>　　=2.035KA</b></p><p><

17、;b>　　=0.385KA</b></p><p><b>　　可知</b></p><p><b>　　=0.435KA</b></p><p>　　4保護的配合及整定計算</p><p>　　4.1主保護的整定計算</p><p>　　4.1.1 保護1

18、，3的零序I段的配置和整定</p><p>　　零序電流I段按照躲開下級線路出口處單相或兩相接地末端短路時可能出現(xiàn)的最大零序電流3I0.max。</p><p>　　由3.3的計算結(jié)果進行整定。</p><p><b>　　故零序I段整定為：</b></p><p><b>　　=0.875KA</b&g

19、t;</p><p><b>　　=1.566KA</b></p><p><b>　　整定時間：=0s。</b></p><p>　　4.1.2 零序II段的配置和整定</p><p>　　圖（4.1）分支系數(shù)</p><p>　　先求保護1的分支系數(shù)：</p>

20、<p><b>　　=5.35</b></p><p>　　保護1的零序II段定值為：</p><p><b>　　=0.337KA</b></p><p><b>　　靈敏系數(shù)：</b></p><p>　　==2.074>1.3</p>&

21、lt;p><b>　　滿足靈敏度要求</b></p><p><b>　　整定時間：</b></p><p>　　=0+0.5s=0.5s</p><p>　　保護3的零序II段定值為：</p><p>　　由C處發(fā)生兩相接地短路時，流過保護3的零序電流最小</p><p&

22、gt;　　=3*0.385=1.155KA</p><p>　　由零序Ⅱ段保護的靈敏度要求有：</p><p><b>　　>1.3</b></p><p><b>　　則=0.889KA</b></p><p><b>　　整定時間：</b></p>&l

23、t;p>　　=0+0.5s=0.5s。</p><p>　　4.1.3 零序III段的配置和整定</p><p>　?。?）保護3的零序III段整定計算：</p><p>　　當C母線發(fā)生三相短路時，流過保護3處的最大不平衡電流：</p><p><b>　　=0.133KA，</b></p><

24、;p>　　保護3的不平衡電流：</p><p><b>　　=0.159KA</b></p><p>　?。?）保護1的零序Ⅲ段整定計算：</p><p>　　當B處發(fā)生三相短路時，流過1處的最大不平衡電流為：</p><p><b>　　=0.195KA</b></p><

25、;p>　?、俦Ｗo1按躲過最大不平衡電流整定有：</p><p><b>　　=0.234KA</b></p><p>　　②保護1的Ⅲ段與保護3的Ⅲ段相互配合時有：</p><p><b>　　=0.0358KA</b></p><p><b>　　作為近后備保護</b>

26、</p><p><b>　　2.88>1.3</b></p><p><b>　　近后備要求滿足；</b></p><p>　　動作時限：假設(shè)保護1、2、3和4處都裝設(shè)零序III段電流保護。則：tIII1=0.5s，tIII2=0s，tIII3=0s，tIII4=0.5s；保護2和3處都配置一個時間為0s的定時限過

27、電流保護裝置，保護1和4處各裝置一個延時為0.5s的定時限過電流保護裝置</p><p>　　綜上可知：在零序電流保護的配置和保護中，保護1和保護4均有I段、II段和III段，其中對于保護1中有。而保護2和保護3配置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護并且都安裝方向零序電流保護裝置，其中對于保護3中有，整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。</p><p>　　5繼電保護設(shè)備的選擇</p><p>

28、<b>　　5.1互感器的選擇</b></p><p>　　互感器是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護等二次設(shè)備獲取電氣一次回路信息的傳感器，互感器將高電壓、大電流按比例變成低電壓（100，100/）和小電流（5，1A），其一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測量儀表與繼電保護等。</p><p>　　互感器包括電流互感器和電壓互感器兩大類，結(jié)構(gòu)上主要是電磁式的。</p>

29、;<p>　　5.1.1電流互感器</p><p>　　電流互感器TA是將一次系統(tǒng)大電流轉(zhuǎn)變?yōu)槎蜗到y(tǒng)小電流的設(shè)備。選擇電流互感器時，應根據(jù)安裝地點和安裝方式選擇其型式。</p><p>　　(1)種類和型式的選擇。選擇互感器時，應根據(jù)安裝地點和安裝方式選擇其型式。3-20kV屋內(nèi)配電裝置的電流互感器，應選擇瓷絕緣結(jié)構(gòu)和樹脂澆注式結(jié)構(gòu)；35kV及以上配電裝置宜采用油浸瓷箱式絕

30、緣結(jié)構(gòu)的獨立式配電裝置。</p><p>　　(2)一次回路額定電壓和電流的選擇。一次回路額定電壓和應滿足： (5.1)</p><p><b>　　(5.2)</b></p><p>　　當

31、電流互感器用于測量時,其一次側(cè)額定電流應盡量選擇比實際正常工作電流大1/3左右,以保證測量儀表的最佳工作，并在負荷時有適當?shù)闹甘尽ｋ娏ψ儔浩髦行渣c電流互感器的一次額定電流應按大于變壓器允許的不平衡電流選擇。一般情況下可按變壓器額定電流的1/3進行選擇。</p><p>　　(3)準確級和額定容量的選擇。對測量精確度要求較大的大容量發(fā)電機、系統(tǒng)干線、發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電量等宜用0.2級；裝于重要回路的互感器，準確級采用0

32、.2—0.5級。電流互感器的額定容量S2N是指電流互感器在額定二次電流I2N和額定二次阻抗Z2N下運行時，二次繞組輸出的容量S2N=I2NZ2N。國家標準規(guī)定：電流互感器在額定負荷及下限負荷范圍內(nèi)，其誤差才不會超過給定的準確等級。</p><p>　　(4)熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗。電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1s允許通過的熱穩(wěn)定電流It來表示熱穩(wěn)定校驗式為</p><p>　　≥

33、 (5.3)</p><p>　　對動穩(wěn)定校驗是對產(chǎn)品本身帶有一次回路導體的電流互感器進行校驗,對于母線從窗口穿過且無固定板的電流互感器可不校驗動穩(wěn)定。由同一相的電流相互作用產(chǎn)生的內(nèi)部電動力校驗。</p><p>　　≥ 或≥ (5.4)</p><p>　　根據(jù)以上分析，選LGBJ-110

34、kV干式電流互感器</p><p>　　5.1.2電壓互感器的選擇</p><p>　　電壓互感器是把一次回路高電壓呀轉(zhuǎn)換為100V的電壓,以滿足繼電保護﹑自動裝置和測量儀表的要求。在并聯(lián)電容器裝置中，電壓互感器除作測量外，還作為放電元件。</p><p>　　(1)電壓互感器種類和型式選擇應根據(jù)裝設(shè)地點和使用條件進行選擇。110-220kV配電裝置當容量和準確級

35、滿足要求時，宜采用電容式電壓互感器，也可采用油浸式；500kV均為電容式。</p><p>　　(2)額定電壓和電流的選擇：</p><p><b>　　≥，≥</b></p><p>　　(3)準確級。規(guī)程規(guī)定，用于變壓器，所用饋線，出線等回路中的電度表，供所有計算電費的電度表，其準確等級要求為0.5級，供運行監(jiān)視估算電能的電度表，功率表和電

36、壓繼電器等，期準確等級要求一般為1級，在電壓二次回路上，同一回路接有幾種不同型式和用途的表計時，應按要求等級高的儀表，確定為電壓互感器工作的最高準確等級。采用串聯(lián)絕緣瓷箱式電壓互感器，作電壓、電能測量及繼電保護用。選定PT的型號為：JCC-110。</p><p>　　5.2繼電器（或微機保護裝置、測控保護單元）的選擇</p><p>　　5.2.1按使用環(huán)境選型</p>&

37、lt;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，繼電器承受的環(huán)境力學條件各異，超過產(chǎn)品標準規(guī)定的環(huán)境力學條件下使用，有可能損壞繼電器，可按整機的環(huán)境力學條件或高一級的條件選用。對電磁干擾或射頻干擾比較敏感的裝置周圍，最好不選用交流電激勵的繼電器。選用直流繼電器

38、要選帶線圈瞬態(tài)抑制電路的產(chǎn)品。那些用固態(tài)器件或電路提供激勵及對尖峰信號比較敏感地地方，也要選有瞬態(tài)抑制電路的產(chǎn)品。</p><p>　　5.2.2按輸入信號不同確定繼電器種類</p><p>　　按輸入信號是電、溫度、時間、光信號確定選用電磁、溫度、時間、光電繼電器，若整機供給繼電器線圈是恒定的電流應選用電流繼電器，恒定電壓值則選用電壓繼電器。</p><p>　　

39、5.2.3輸入?yún)⒘康倪x定</p><p>　　與用戶密切相關(guān)的輸入量是線圈工作電壓（或電流），而吸合電壓（或電流）是繼電器制造廠控制繼電器靈敏度并對其進行判斷、考核的參數(shù)。對用戶來講，它只是一個工作下極限參數(shù)值?？刂瓢踩禂?shù)是工作電壓（電流）/吸合電壓（電流），如果在吸合值下使用繼電器，是不可靠的、不安全的，環(huán)境溫度升高或處于振動、沖擊條件下，將使繼電器工作不可靠。整機設(shè)計時，不能以空載電壓作為繼電器工作電壓依據(jù)

40、，而應將線圈接入作為負載來計算實際電壓，特別是電源內(nèi)阻大時更是如此。當然，并非工作值加得愈高愈好，超過額定工作值太高會增加銜鐵的沖擊磨損，增加觸點回跳次數(shù)，縮短電氣壽命，一般，工作值為吸合值的1.5倍，工作值的誤差一般為±10%。</p><p>　　5.2.4根據(jù)負載情況選擇繼電器觸點的種類和容量</p><p>　　實踐證明，約70%的故障發(fā)生在觸點上，觸點組合形式和觸點組數(shù)

41、應根據(jù)被控回路實際情況確定。動合觸點組和轉(zhuǎn)換觸點組中的動合觸點對，由于接通時觸點回跳次數(shù)少和觸點燒蝕后補償量大，其負載能力和接觸可靠性較動斷觸點組和轉(zhuǎn)換觸點組中的動斷觸點對要高，整機線路可通過對觸點位置適當調(diào)整，盡量多用動合觸點。</p><p>　　根據(jù)負載容量大小和負載性質(zhì)（阻性、感性、容性、燈載及馬達負載）確定參數(shù)十分重要。認為觸點切換負荷小一定比切換負荷大可靠是不正確的，一般說，繼電器切換負荷在額定電壓下

42、，電流大于100mA、小于額定電流的75%最好。電流小于100mA會使觸點積碳增加，可靠性下降，故100mA稱作試驗電流，是國內(nèi)外專業(yè)標準對繼電器生產(chǎn)廠工藝條件和水平的考核內(nèi)容。由于一般繼電器不具備低電平切換能力，用于切換50mV、50μA以下負荷的繼電器，用戶需注明，必要時應請繼電器生產(chǎn)廠協(xié)助選型。</p><p>　　繼電器的觸點額定負載與壽命是指在額定電壓、電流下，負載為阻性的動作次數(shù)，當超出額定電壓時，可

43、參照觸點負載曲線選用。當負載性質(zhì)改變時，其觸點負載能力將發(fā)生變化。</p><p>　　6二次展開原理圖的繪制</p><p>　　6.1 保護1的原理接線圖及展開圖</p><p>　　保護1 的原理圖如圖6.1，展開圖如圖6.2、圖6、3所示。</p><p>　　圖6.1 原理接線圖</p><p>　　圖6.2

44、交流回路 圖6.3 直流回路</p><p>　　6.2 保護3的原理接線圖及展開圖</p><p>　　保護3的原理圖類似于圖6.1，交流回路展開圖類似圖6.2，直流回路展開圖類似圖6.3。7保護的評價</p><p>　　對零序電流保護的評價：零序電流保護通常由多段組成，一般是四段式，并可根椐運行需要增減段數(shù)。為了某些運

45、行情況的需要，也可設(shè)置兩個一段或二段，以改善保護的效果。接地距離保護的一般是二段式，一般都是以測量下序阻抗為基本原理。接地距離保護的保護性能受接地電阻大小的影響很大。</p><p>　　當線路配置了接地距離保護時，根椐運行需要一般還應配置階段式零序電流保護。特別是零序電流保護中最小定值的保護段，它對檢測經(jīng)較大接地電阻的短路故障較為優(yōu)越。因此，零序電流保護不宜取消，但可適當減少設(shè)置的段數(shù)。</p>

46、<p>　　零序電流保護和接地距離保護一般按階梯特性構(gòu)成，其整定配合遵循反映同種故障類型的保護上下級之間必須相互配合的原則，主要考慮與相鄰下一級的接地保護相配合；當裝設(shè)接地短路故障的保護時，則一般在同原理的保護之間進行配合整定。</p><p><b>　　體 會</b></p><p>　　本次設(shè)計是針對與110KV電網(wǎng)在不同運行方式以及短路故障類型

47、的情況下進行的分析計算和整定的。通過具體的短路電流的計算和繼電保護“四性”的總要求進行了零序電流三段式保護。由于本次設(shè)計涉及到不同運行方式下的不同類型的短路電流的計算，這對本次設(shè)計增加了難度。通過這次設(shè)計，在獲得知識之余，還加強了個人的獨立提出問題、思考問題、解決問題能力，從中得到了不少的收獲和心得。在思想方面上更加成熟，個人能力有進一步發(fā)展，本次課程設(shè)計使本人對自己所學專業(yè)知識有了新了、更深層次的認識。在這次設(shè)計中，我深深體會到理論知

48、識的重要性，只有牢固掌握所學的知識，才能更好的應用到實踐中去。這次設(shè)計提高了我們思考問題、解決問題的能力，它使我們的思維更加縝密，這將對我們今后的學習、工作大有裨益。</p><p>　　此次課程設(shè)計能順利的完成與同學和老師的幫助是分不開的，在對某些知識模棱兩可的情況下，多虧有同學的熱心幫助才可以度過難關(guān)；更與老師的悉心教導分不開，在有解不開的難題時，多虧老師們的耐心指導才使設(shè)計能順利進行。</p>

49、<p>　　在此衷心再次感謝老師的悉心教導和各位同學的幫助。</p><p><b>　　參考書目</b></p><p>　　[1] 宋志明.繼電保護原理與應用[M].北京：中國電力出版社，2007，38-43</p><p>　　[2] 馬永翔，王世榮，于群，趙栩.電力系統(tǒng)繼電保護[M].北京：中國林業(yè)出版社，2006,44-6