輸電線路電流電壓保護(hù)設(shè)計(jì)

1、南陽(yáng)師范學(xué)院電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)（論文） 題目： 輸電線路電流電壓保護(hù)設(shè)計(jì)南陽(yáng)師范學(xué)院（論 文）引言 在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，外界因素（如雷擊、鳥(niǎo)害呢）、內(nèi)部因素（絕緣老化，損壞等）及操作等，都可能引起各種故障及不正常運(yùn)行的狀態(tài)出現(xiàn)，常見(jiàn)的故障有：?jiǎn)蜗嘟拥?；三相接地；兩相接地；相間短路；短路等。 電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行狀態(tài)有：過(guò)負(fù)荷，過(guò)電壓，非全相運(yùn)行，振蕩，次同步諧振，同步發(fā)電機(jī)短時(shí)失磁異步運(yùn)行等。 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常運(yùn)行情況時(shí)，用于快速切除故障，消除不正常狀況的重要自動(dòng)化技術(shù)和設(shè)備。電力系統(tǒng)發(fā)生故障或危及其安全運(yùn)行的事件時(shí)，他們能及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，或直接發(fā)

2、出跳閘命令以終止事件。 輸電線路是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要組成部分，由于其分布范圍廣，常面臨復(fù)雜地理環(huán)境與氣候環(huán)境的影響，因此深入分析輸電線路的各類運(yùn)行故障，采取針對(duì)性措施，對(duì)于增加電網(wǎng)運(yùn)行安全水平十分重要。11目 錄第1章 課程設(shè)計(jì)目的與要求111 課程設(shè)計(jì)目的112 課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)113 課程設(shè)計(jì)要求1第2章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容221繼電保護(hù)基本概述 322繼電保護(hù)基本任務(wù)323繼電保護(hù)裝置構(gòu)成324繼電保護(hù)裝置的基本要求42. 5三段式電流保護(hù)原理及接線圖42. 6繼電保護(hù)設(shè)計(jì)52.6.1 確定保護(hù)3在最大、最小運(yùn)行方式下的等值電抗52.6.2 相間短路的最大、最小短路電流的計(jì)算.7 2.6.3

3、整定保護(hù)1、2、3的最小保護(hù)范圍計(jì)算8 2.6.4整定保護(hù)2、3的限時(shí)電流速斷保護(hù)定值，并校驗(yàn)靈敏度8 2.6.5保護(hù)1、2、3的動(dòng)作時(shí)限計(jì)算9課程設(shè)計(jì)心得與總結(jié)參考文獻(xiàn) 第一章 課程設(shè)計(jì)目的與要求1.1 課程設(shè)計(jì)目的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主要專業(yè)課程之一，在學(xué)完本課程之后，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對(duì)所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、文獻(xiàn)查閱、報(bào)告撰寫(xiě)等基本技能；培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、創(chuàng)新意識(shí)、嚴(yán)肅認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)。1.2課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)熟悉電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)分析等相關(guān)課

4、程知識(shí)。1.3 課程設(shè)計(jì)要求按課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求，根據(jù)本章給出的參數(shù)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。完成2000字左右說(shuō)明書(shū)，畫(huà)出繼電保護(hù)原理圖。要求設(shè)計(jì)內(nèi)容完整、圖表規(guī)范、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。123L3L2L1EDCBAG2G1G3987654圖1-1系統(tǒng)接線圖表1-1 技術(shù)參數(shù)、工作量及工作計(jì)劃設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)工作量工作計(jì)劃L1=L2=60km,L3=40km,LB-C=30km,LC-D=30km,LD-E=20km,線路阻抗0.4/km,最大負(fù)荷電流IB-C.Lmax=300A,IC-D.Lmax=200A, ID-E.Lmax=150A,電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)Kss=1.5，電流繼電器返回系數(shù)Kre=0.85。最大運(yùn)行方式

5、：三臺(tái)發(fā)電機(jī)及線路L1、L2、L3同時(shí)投入運(yùn)行；最小運(yùn)行方式：G2、L2退出運(yùn)行。1.確定保護(hù)3在最大、最小運(yùn)行方式下的等值電抗。2.進(jìn)行C母線、D母線、E母線相間短路的最大、最小短路電流的計(jì)算。3.整定保護(hù)1、2、3的電流速斷保護(hù)定值，并計(jì)算各自的最小保護(hù)范圍。4.整定保護(hù)2、3的限時(shí)電流速斷保護(hù)定值，并校驗(yàn)靈敏度。5.整定保護(hù)1、2、3的過(guò)電流保護(hù)定值，假定母線E過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.5s，確定保護(hù)1、2、3過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，校驗(yàn)保護(hù)1作近后備，保護(hù)2、3作遠(yuǎn)后備的靈敏度。6繪制三段式電流保護(hù)原理接線圖。周一：收集資料，確定設(shè)計(jì)方案。周二：等值電抗計(jì)算、短路電流計(jì)算。周三：保護(hù)整定值

6、計(jì)算及靈敏度校驗(yàn)。周四：繪制保護(hù)原理圖。周五：撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。 第2章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容21繼電保護(hù)基本概述 當(dāng)今世界最重要的專門(mén)技術(shù)之一就是繼電保護(hù)技術(shù)，使用最為廣泛、地位最為重要的能源，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活乃至社會(huì)穩(wěn)定都有著極為重大的影響。它要有一個(gè)專門(mén)保障體系，其中。電力系統(tǒng)斷電保護(hù)能在全系統(tǒng)范圍內(nèi)，按指定分區(qū)實(shí)時(shí)地檢測(cè)各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，快速及時(shí)地采取故障隔離或告警等措施，以求最限度地維持系統(tǒng)的穩(wěn)定、保持供電的連續(xù)性、保障人身的安全、防止或減輕設(shè)備的損壞。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)包括發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、電動(dòng)機(jī)、電容器等元件的保護(hù)方案選擇，自動(dòng)裝置的選擇及整定計(jì)算等等。

7、22繼電保護(hù)基本任務(wù) 繼電保護(hù)裝置的基本任務(wù)是： (1)自動(dòng)、迅速、有選樣性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，并保證其他無(wú)故障元件迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。 (2)反應(yīng)電氣元件不正常運(yùn)行情況，并根據(jù)不正常運(yùn)行情況的種類和電氣元件維護(hù)條件，發(fā)出信號(hào)，由運(yùn)行人員進(jìn)行處理或自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行會(huì)引起事故的電氣元件予以切除。反應(yīng)不正常運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置允許帶有一定的延時(shí)動(dòng)作。 (3)繼電保護(hù)裝置還可以和電力系統(tǒng)中其他自動(dòng)化裝置配合，在條件允許時(shí)，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。2.3繼電保護(hù)裝置構(gòu)成繼電保護(hù)裝置構(gòu)成的方框圖。它內(nèi)

8、測(cè)量元件、邏輯元件和執(zhí)行元件所組成，測(cè)量元件將從被保護(hù)對(duì)象(輸電線路或其亡電氣設(shè)備)輸入的信息(如電流、電壓等)與預(yù)先給定的信息(稱為整定值)進(jìn)行比較，鑒別被保護(hù)設(shè)備有無(wú)故障或正常下作情況。并輸出相應(yīng)的信息。邏輯元件根據(jù)測(cè)量元件輸出的信息判斷保護(hù)裝置是否該動(dòng)作于跳閘或動(dòng)作干信號(hào)、是否需要帶延時(shí)跳間或延時(shí)給出信號(hào)輸出相應(yīng)的信息。執(zhí)行元件根據(jù)邏輯入件輸出的信息，送出跳問(wèn)信息或報(bào)警信息予斷路器的控制回路或報(bào)警信號(hào)回路。圖1. 繼電保護(hù)裝置構(gòu)成的方框圖2.4繼電保護(hù)裝置的基本要求 根據(jù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)，對(duì)于作用于斷路器跳問(wèn)的繼電保護(hù)裝置有四點(diǎn)基本要求。 1選擇性電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)的動(dòng)作

9、應(yīng)當(dāng)具有選擇件，它僅將故障部分切除能繼續(xù)運(yùn)行盡量縮小中斷供電的范圍。2動(dòng)作迅速電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，要求繼電保護(hù)裝置盡快的動(dòng)作切除故障部分，這樣做的好處(1)系統(tǒng)電壓恢復(fù)得快，減少對(duì)廣大用戶的影響。(2)電氣設(shè)備損壞程度減輕。(3)防止故障擴(kuò)大，對(duì)高壓電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，快速切除故障更為必要，否則會(huì)引起電力系統(tǒng)振蕩甚至失去穩(wěn)定。(4)有利于電弧閃絡(luò)處的絕緣強(qiáng)度恢復(fù)當(dāng)電源切除后又自動(dòng)重新合上(即采用白動(dòng)重合閘裝置)再送電時(shí)容易獲得成功(即提高了自動(dòng)重合閘的成功率)。3靈敏性靈敏性是指繼電保護(hù)裝置反應(yīng)故障的能力，一般以靈敏系數(shù)的大小來(lái)衡量。4安全性和可靠性(1)選用確當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)原理，在可能條件下盡量簡(jiǎn)化接線，減

10、少元器件的數(shù)量和觸點(diǎn)的數(shù)量。(2)提高保護(hù)裝置所選用的器件質(zhì)量和工藝水平，并有必要的抗干擾措施。(3)提高保護(hù)裝置安裝和調(diào)試的質(zhì)量，并加強(qiáng)維護(hù)和管理。 除了上述四個(gè)方面基本要求之外，在選用繼電保護(hù)裝置時(shí)，還必須注意經(jīng)濟(jì)性，在保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，應(yīng)采用投資少、維護(hù)費(fèi)用較低的保護(hù)裝置。 2. 5三段式電流保護(hù)原理及接線圖 圖2三段式電流保護(hù)原理接線圖圖2給出三段式電流保護(hù)的原理接線圖 ,其中1KA、2KA、3KS、KCO(保護(hù)出口中間繼電器)構(gòu)成第1段無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)；3KA、4KA、1KT、2KS、KCO構(gòu)成第2段帶時(shí)限電流速斷保護(hù)；5KA、6KA、7KA，(采用兩相三繼電器式接線)

11、、2KT、3KS、KCO構(gòu)成第3段定時(shí)限過(guò)流保護(hù), 出口中間繼電器KCO觸點(diǎn)帶o1s左右的延時(shí)，為的是躲過(guò)線路上避雷器的放電時(shí)間。電流繼電器7KA接于A、C兩相電流之和上，是為了在Y，d接線的變壓器后發(fā)生兩相短路時(shí)提高過(guò)流保護(hù)的靈敏性。每個(gè)繼電器都由感受元件、比較元件和執(zhí)行元件三個(gè)主要部分組成。感受元件用來(lái)測(cè)量控制量(如電壓、電流等)的變化，并以某種形式傳送到比較元件；比較元件將接收到的控制量與整定值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果的信號(hào)送到執(zhí)行元件；執(zhí)行元件執(zhí)行繼電器功作輸出信號(hào)的任務(wù)。繼電器撥動(dòng)作原理可分為電磁型、感應(yīng)型和整流型等；按反應(yīng)的物理量可分為電流、電壓、功率方向、阻抗繼電器等；按繼電器在保

12、護(hù)裝置中的作用可分為主繼電器(如電流、電壓、阻抗繼電器等)和輔助繼電器(如中間繼電器、時(shí)間繼電器和信號(hào)繼電器等)。由于這些繼電器都具有機(jī)械可動(dòng)部分和觸點(diǎn)，故稱它們?yōu)闄C(jī)電型繼電器，由這類繼電器組成的保護(hù)裝量稱為機(jī)電型繼電保護(hù)。2.6電力繼電設(shè)計(jì)2.6.1 確定保護(hù)3在最大、最小運(yùn)行方式下的等值電抗將系統(tǒng)電路等效,分為最小運(yùn)行方式和最大運(yùn)行方式,最大運(yùn)行方式的電路如下圖3所示 圖3最大運(yùn)行方式下等值電路圖由于G1,G2離短路故障點(diǎn)遠(yuǎn),可以合并為一個(gè)發(fā)電機(jī),又可以將圖3進(jìn)一步化間為圖4,如下 圖4最大運(yùn)行方式下合并后的電路按照設(shè)計(jì)要求,對(duì)圖4的參數(shù)計(jì)算得到X1=6.7, X2=12, X3=10 ,

13、 X4=16 , X5=12, X6=12 , X7=8按照上圖求得保護(hù)3在最運(yùn)行方式下的等值電抗為 最大方式下把G2和L2退出運(yùn)行,得到最小運(yùn)行方式,如下圖5所示 圖5最小運(yùn)行方式下的等值電路圖中X1=20 , X2=24 , X3=10 , X4=16 , X5=12 , X6=12 , X7=8所以系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下保護(hù)3的等值電抗為2.6.2 相間短路的最大、最小短路電流的計(jì)算當(dāng)系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下運(yùn)行時(shí)C母線短路,此處有最大的短路電流為;當(dāng)系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下運(yùn)行時(shí)C母線短路,此處有最小的短路電流為;對(duì)于D ,E母線發(fā)生相間短路的最大,最小短路電流計(jì)算,同樣的道理2.6.3整定保護(hù)

14、1、2、3的最小保護(hù)范圍計(jì)算 由于電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)本線末端的最大短路電流.,故應(yīng)考慮最小運(yùn)行方式下的三相短路電流.故有,保護(hù)1的第段的動(dòng)作電流為:=1.06KA 動(dòng)作時(shí)間為 并且保護(hù)1的電流保護(hù)的第段的最小保護(hù)范圍應(yīng)在最小運(yùn)行方式的條件求取,因?yàn)楫?dāng)保護(hù)處于最大運(yùn)行方式下線路的外部發(fā)生短路時(shí),電流測(cè)量元件的保護(hù)范圍可能會(huì)超出本線路的長(zhǎng)度.保護(hù)會(huì)發(fā)生誤動(dòng).從而失去選擇性,又 故滿足要求同理,對(duì)于保護(hù)2, 3速斷保護(hù)的整定計(jì)算,也可以如此進(jìn)行計(jì)算=1.30KA保護(hù)2的最小靈敏度的計(jì)算為:保護(hù)3的最小靈敏度的計(jì)算為:當(dāng)最小靈敏度大于時(shí),滿足保護(hù)設(shè)計(jì)要求,經(jīng)計(jì)算都滿足2.6.4整定保護(hù)2、3

15、的限時(shí)電流速斷保護(hù)定值，并校驗(yàn)靈敏度 由于無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分,而該線路的剩下部分的短路故障必須依靠另外一種電流保護(hù),即帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)，對(duì)于此種保護(hù)的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間的整定分別為:其中為時(shí)限階段,它與短路器的動(dòng)作時(shí)間,被保護(hù)線路的保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間誤差等因素有關(guān).這里我們?nèi)?0.5S ,所以對(duì)于保護(hù)3的電流保護(hù)的第段的動(dòng)作電流應(yīng)與相鄰線路電流保護(hù)的第段相配合,即分支系數(shù)為:所以該處電流保護(hù)的第段的靈敏度為:故不滿足靈敏度的要求.斷路器3QF處電流保護(hù)的第段與相鄰線路電流保護(hù)的電流保護(hù)的第段相配合即有 所以=0.99KA此時(shí)的靈敏度 滿足要求的第段的靈敏度為:故不滿足靈敏度

16、的要求.斷路器3QF處電流保護(hù)的第段與相鄰線路電流保護(hù)的電流保護(hù)的第段相配合即有 滿足要求此時(shí)斷路器3QF處電流保護(hù)的第段動(dòng)作時(shí)間和斷路器2QF處電流保護(hù)的第段動(dòng)作時(shí)間相配合 對(duì)于保護(hù)2QF的電流保護(hù)的第段與相鄰線路1QF電流保護(hù)的電流保護(hù)的第段相配合此時(shí)的靈敏度 滿足要求2.6.5保護(hù)1、2、3的動(dòng)作時(shí)限計(jì)算整定保護(hù)1、2、3的過(guò)電流保護(hù)定值，假定母線E過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.5s，確定保護(hù)1、2、3過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，校驗(yàn)保護(hù)1作近后備，保護(hù)2、3作遠(yuǎn)后備的靈敏度。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的作用是作本線主保護(hù)的后備保護(hù),即近后備保護(hù),并做相鄰下一線路的后備保護(hù),即遠(yuǎn)后備保護(hù)。因此，它的保護(hù)范圍要

17、求超過(guò)相鄰線路的末端。代入計(jì)算得靈敏度為： 代入計(jì)算得到：故保護(hù)1可以作E點(diǎn)的近后備保護(hù)。故保護(hù)2 ，3可以作E點(diǎn)的遠(yuǎn)后備保護(hù)。結(jié)束語(yǔ)時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼間電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。在這短暫的幾個(gè)星期里雖然很辛苦但是我學(xué)會(huì)了很多東西，有很大的收獲。這次的課程設(shè)計(jì)是自上大學(xué)以來(lái)最后一次設(shè)計(jì)訓(xùn)練。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),對(duì)我們綜合運(yùn)用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及相關(guān)課程知識(shí)解決問(wèn)題的能力有很大的提高,使所學(xué)知識(shí)得到鞏固和發(fā)展;并且學(xué)習(xí)了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的一般方法和步驟。 我學(xué)到了很多,我感到最重要的就是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木?不放過(guò)一絲的錯(cuò)誤,對(duì)圖的每一個(gè)環(huán)節(jié)都要嚴(yán)謹(jǐn),反復(fù)檢查、修改。在課設(shè)中，沒(méi)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，就不能完成課程

18、設(shè)計(jì)?？傊?，在這課程設(shè)計(jì)中我受益非淺，對(duì)我以后的工作也是有很大的幫助的，我不會(huì)忘記這次的課設(shè)的。在這里我也感謝所有給予我關(guān)心幫助的老師和同學(xué)，希望以后有更多的機(jī)會(huì)來(lái)鍛煉自己的綜合素質(zhì)，為以后的學(xué)習(xí)、生活打下良好的基礎(chǔ)，在這次課設(shè)中也暴露了自己的一些缺點(diǎn)，基礎(chǔ)知識(shí)不夠扎實(shí)，我會(huì)在以后的日子里加以改正，來(lái)提高自己綜合能力。在這門(mén)學(xué)科的課設(shè)中運(yùn)用了電力系統(tǒng)分析與電力自動(dòng)化及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)相結(jié)合不僅僅對(duì)電力系統(tǒng)分析更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，同時(shí)也對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的中心思想有了感知，在頭腦中也更加清淅初步的做到了理論與實(shí)踐相結(jié)合。參考文獻(xiàn)1 何仰贊， 電力系統(tǒng)分析 上（第三版）.華中理工科技大學(xué)出版社.2002年3月.2 尹項(xiàng)根 曾克娥. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與應(yīng)用.武漢：華中科技大學(xué)出版社,2001 3 Power System Relaying(Third Edition) Stanley H.Horowitz4 馬永翔. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù).重慶：重慶大學(xué)出版社，20045 韓笑. 電氣工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南繼電保護(hù)分冊(cè).北京：中國(guó)水利水電出版社，20036 王梅義. 電網(wǎng)繼電保