單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)三段式相間電流保護(hù)設(shè)計(jì)

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù) 期末考試院 、 系 專 業(yè) 發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 學(xué) 號(hào) 論文名稱 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)三段式相間電流保護(hù)設(shè)計(jì) 姓 名 項(xiàng)目分 數(shù)簽 名知識(shí)點(diǎn)答辯成績(jī)課程設(shè)計(jì)論文成績(jī)總 分評(píng)閱教師簽字： （試卷為論文、設(shè)計(jì)圖、報(bào)告的在給出成績(jī)的同時(shí)須由評(píng)閱人寫(xiě)出評(píng)語(yǔ)）試 卷 評(píng) 語(yǔ)評(píng)閱教師簽字：2012年 6 月 5 日單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)三段式相間電流保護(hù)設(shè)計(jì)作者： 班級(jí)20103094 摘要：電網(wǎng)相間短路的電流保護(hù)是根據(jù)短路時(shí)電流增大的特點(diǎn)構(gòu)成的，在單側(cè)電源輻射形網(wǎng)絡(luò)中采用階段式電流保護(hù)，它由無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)組成，可根據(jù)實(shí)際情況采用兩段式或三段式。無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)、限

2、時(shí)電流速斷保護(hù)共同構(gòu)成電流的主保護(hù)，定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)是本線路的近后備保護(hù)和相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。設(shè)計(jì)首先是對(duì)保護(hù)原理進(jìn)行分析，保護(hù)的整定計(jì)算及靈敏性效驗(yàn)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括原理分析、保護(hù)整定計(jì)算和靈敏性校驗(yàn)。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是反映電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)而動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)生信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本作用是：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信號(hào)等措施，以求最大限度地維持系統(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。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通訊

3、技術(shù)的飛速發(fā)展又為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力。關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)、整定計(jì)算、故障分析、設(shè)計(jì)原理引言：電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、供電、配電、用電等設(shè)備和技術(shù)組成的一個(gè)將一次能源轉(zhuǎn)換為電能的同一系統(tǒng)。電能是現(xiàn)代社會(huì)中最重要、也是最為方便的能源。而發(fā)電廠正是把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能，電能經(jīng)過(guò)變壓器和不同電壓等級(jí)的輸電線路輸送并分配電能，再通過(guò)各種設(shè)備轉(zhuǎn)換為用戶需要的其它形式的能量。在輸送電能的過(guò)程中電力系統(tǒng)希望線路有比較好的可靠性，因此在電力系統(tǒng)受到外界干擾時(shí)，保護(hù)線路的各種繼電裝置應(yīng)該有比較可靠的、及時(shí)的保護(hù)動(dòng)作，從而切斷故障點(diǎn)，極大限度的降低電力系統(tǒng)供電范圍。電力系統(tǒng)繼電

4、保護(hù)就是為達(dá)到這個(gè)目的而設(shè)計(jì)的。電網(wǎng)相間短路的電流保護(hù)是根據(jù)短路時(shí)電流增大的特點(diǎn)構(gòu)成的，在單側(cè)電源輻射形網(wǎng)絡(luò)中采用階段式電流保護(hù)，它由無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)組成，可根據(jù)實(shí)際情況采用兩段式或三段式。無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)共同構(gòu)成電流的主保護(hù)，定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)是本線路的近后備保護(hù)和相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。設(shè)計(jì)首先是對(duì)保護(hù)原理進(jìn)行分析，保護(hù)的整定計(jì)算及靈敏性效驗(yàn)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括原理分析、短路電流的計(jì)算、距離保護(hù)的整定計(jì)算、靈敏性校驗(yàn)和對(duì)所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。一、繼電保護(hù)概論1.1繼電保護(hù)的作用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是反映電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)

5、行狀態(tài)而動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)生信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)、快速、有選擇地將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，保證非故障設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，盡量縮小停電范圍;電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的要求能自動(dòng)、及時(shí)、有選擇地發(fā)出告警信號(hào)或者減負(fù)荷、跳閘。1.2對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求1.2.1選擇性繼電保護(hù)動(dòng)作的選擇性是指保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無(wú)故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。 圖1-4 三段保護(hù)線路1.2.2速動(dòng)性繼電保護(hù)的速動(dòng)性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)以盡可能快的速度切除故障設(shè)備。故障后,為防止并列運(yùn)行的系統(tǒng)失步,

6、減少用戶在電壓降低情況下工作的時(shí)間及故障元件損壞程度，應(yīng)盡量地快速切除故障。1.2.3靈敏性繼電保護(hù)的靈敏性是指保護(hù)裝置對(duì)于其應(yīng)保護(hù)的范圍內(nèi)發(fā)生故障的反應(yīng)能力。（般用靈敏系數(shù)Ksen來(lái)衡量靈敏度）1.2.4可靠性繼電保護(hù)的可靠性是指保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不誤動(dòng);再規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)可靠動(dòng)作;而在不屬于該保護(hù)動(dòng)作的其他任何情況下，應(yīng)可靠的不動(dòng)作。（主保護(hù)對(duì)動(dòng)作快速性要求相對(duì)較高；后備保護(hù)對(duì)靈敏性要求相對(duì)較高。）三段式過(guò)流保護(hù)包括：1、無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)（又稱電流段保護(hù)）2、限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流段保護(hù)）3、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（電流段保護(hù)）。三段的區(qū)別主要在于起動(dòng)電流的選擇原則不同

7、。其中速 斷和限時(shí)速斷保護(hù)是按照躲開(kāi)某一點(diǎn)的最大短路電流來(lái)整定的，而過(guò)電流保護(hù)是按照躲開(kāi)最 大負(fù)荷電流來(lái)整定的。1、無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)：保護(hù)范圍小于被保護(hù)線路的全長(zhǎng)一般設(shè)定為被保護(hù)線路的全長(zhǎng)的85%2、限時(shí)電流速斷保護(hù)：保護(hù)范圍是被保護(hù)線路的全長(zhǎng)或下一回線路的15%3、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)：保護(hù)范圍為被保護(hù)線路的全長(zhǎng)至下一回線路的全長(zhǎng)二、短路的電流保護(hù)通常輸電線路電流保護(hù)采用階段式電流保護(hù)，采用三套電流保護(hù)共同構(gòu)成三段式電流保護(hù)?？梢愿鶕?jù)具體的情況，只采用速斷加過(guò)流保護(hù)或限時(shí)速斷加過(guò)流保護(hù)，也可以三段同時(shí)采用。 2.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的工作原理 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)又稱段電流保護(hù)，它是反應(yīng)電流增

8、大而能瞬時(shí)動(dòng)作切除故障的電流保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)電源電勢(shì)一定，線路上任一點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流的大小與短路點(diǎn)至電源之間的電抗（忽略電阻）及短路類型有關(guān)，三相短路和兩相短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)安裝地點(diǎn)的短路電流可用下式表示式中 系統(tǒng)等電源相電勢(shì)；系統(tǒng)等效電源到保護(hù)安裝處之間的電抗；線路千米長(zhǎng)度的正序電抗； 短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處距離。由式（2.1-1）、式（2.1-2）可見(jiàn)，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式一定時(shí)，和是常數(shù)，流過(guò)保護(hù)安裝處的短路電流，是短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處距離的函數(shù)。短路點(diǎn)距離電源越遠(yuǎn)（越大），短路電流值越小。圖2-1 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)原理接線圖 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)單相原理接線，如圖（2.11）所示，它是由電流繼電器

9、KA（測(cè)量元件）、中間繼電器KM、信號(hào)繼電器KS組成。2.2限時(shí)電流速斷電流保護(hù) 2.2.1 限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖1所示。它與瞬時(shí)電流速斷保護(hù)相似，只是時(shí)間繼電器KT代替了中間繼電器KM。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)，繼電器KA動(dòng)作后，必須經(jīng)時(shí)間繼電器的延時(shí)，啟動(dòng)信號(hào)繼電器，動(dòng)作于斷開(kāi)斷路器。圖2-2 限時(shí)電流速斷保護(hù)單相原理接線圖限時(shí)電流速斷保護(hù)靈敏性較高，能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，并且還可作為本線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)。2.2.2總結(jié)1.限時(shí)電流速斷保護(hù)作為線路的主保護(hù)，要求應(yīng)能保護(hù)被保護(hù)線路全長(zhǎng)。為了縮短保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，動(dòng)作值與相鄰線路、元件速斷保護(hù)

10、配合2.限時(shí)電流速斷保護(hù)的選擇性是依靠動(dòng)作值、動(dòng)作時(shí)間來(lái)保證。3.當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)，可與相鄰線路限時(shí)電流速斷保護(hù)配合。2.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)是指按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定，并以動(dòng)作時(shí)限保證其選擇性的一種保護(hù)。輸電線路正常運(yùn)行時(shí)它不應(yīng)啟動(dòng)，發(fā)生短路且短路電流大于其動(dòng)作電流時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)延時(shí)動(dòng)作于斷路器跳閘。過(guò)電流保護(hù)不僅能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，也能保護(hù)相鄰線路的全長(zhǎng)，是本線路的近后備和相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。圖2- 3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的工作原理及時(shí)限特性2.4電流三段保護(hù)小結(jié)使用1段、2段或3段組成的階段式電流保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，并且在一般情況下能夠滿足快速切除故障的要求，因此在

11、35kv及以下的中、低壓網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是它直接受電網(wǎng)的接線及電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，例如整定值必須按電網(wǎng)最大運(yùn)行方式整定，而靈敏性必須用電網(wǎng)最小運(yùn)行方式來(lái)校驗(yàn)，這就難以滿足靈敏系數(shù)和保護(hù)范圍的要求。無(wú)時(shí)限電流速斷、限時(shí)電流速斷和定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)構(gòu)成三段式電流保護(hù)。主要由繼電器KA1、KA2、KCO和KS1組成第I保護(hù)，由KA3、KA4、KT1和KS2組成第II段保護(hù)，過(guò)電流部分則由KA5、KA6、KA7KT2和KS3組成。由于三段電流保護(hù)的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限整定均不相同，必須分別使用不同的電流繼電器和時(shí)間繼電器，而信號(hào)繼電器KS1、KS2和KS3則分別用以發(fā)出I、II、III段保

12、護(hù)動(dòng)作的信號(hào)。接線圖三 設(shè)計(jì)方案3.1、原始數(shù)據(jù)及保護(hù)方案的選擇3.1.1原始數(shù)據(jù)35kV單側(cè)電源輻射網(wǎng)絡(luò)，已知：1、變電所B、E中變壓器連接組別為Y，d11，并且裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)；2、線路AB的最大傳輸功率Pmax=9MW，功率因數(shù)cos=0.9，系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)均裝設(shè)了自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，自啟動(dòng)系數(shù)1.3；3、圖中電抗為歸算至37kV電壓級(jí)的有名值，各線路正序電抗為X1=0.4/km；4、系統(tǒng)等值阻抗Zs.max=9.4， Zs.min=6.3。5、設(shè)第三段動(dòng)作時(shí)間為1s3.1.2保護(hù)方案的選擇選三段式電流保護(hù)作為線路AB的保護(hù)方案四、保護(hù)整定計(jì)算4.1無(wú)時(shí)限電流保護(hù)的整定計(jì)算B母線短路時(shí)流過(guò)線路A

13、B的最大三相短路電流為線路AB的無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流為其最大保護(hù)范圍可見(jiàn)，最大保護(hù)范圍滿足要求。校驗(yàn)，最小保護(hù)范圍可見(jiàn)，最小保護(hù)范圍滿足要求。4.2限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算4.2.1最大三相短路電流整定與變壓器T1配合，按躲過(guò)變壓器的低壓側(cè)母線三相短路時(shí)，流過(guò)線路AB的最大三相短路電流整定，4.2.2與相鄰線路的電流速斷保護(hù)相配合取較大值作為動(dòng)作電流。4.2.3靈敏度校驗(yàn)。B母線短路時(shí)，流過(guò)線路AB的最小兩相短路電流靈敏系數(shù)為靈敏系數(shù)滿足要求4.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的整定計(jì)算4.3.1流過(guò)線路AB的最大負(fù)荷電流動(dòng)作電流為靈敏度校驗(yàn)4.3.2過(guò)電流保護(hù)作為本線路的近后備時(shí)4.3.3過(guò)電流保護(hù)作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備時(shí)線路BC末端發(fā)生兩相短路時(shí)流過(guò)線路AB的最小兩相短路電流變壓器T1低壓側(cè)發(fā)生兩相短路時(shí)，流過(guò)線路AB的最小兩相短路電流（采用兩相三繼電器接線時(shí)）定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的靈敏系數(shù)均滿足要求五、三段式電流保護(hù)的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：使用1段、2段或3段組成的階段式電流保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，并且在一般情況下能夠滿足快速切除故障的要求，因此在35kv及以下的中、低壓網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：它直接受電網(wǎng)的接線及電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，例如整定值必須按電網(wǎng)最大運(yùn)行方式整定，而靈敏性必須用電網(wǎng)最小