三段式電流保護(hù)的設(shè)計(jì)-課程設(shè)計(jì)

1、- 樓宇112 2013年5月14日-1 設(shè)計(jì)原始資料1.1 具體題目如下圖所示網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)參數(shù)為：E 35 3kV,Z 、Z 16、Z 12G1G2G3L L 120kmL 30kmL 40kmL 25km，123BCCD錯(cuò)誤!未找到引用源。Lkm 25km0.4/ ，DEK KK relrelrelI 250A ，I 200A，I100A，K 1.5 ，K 0.85錯(cuò)BC.maxCD.maxDE.maxssre誤!未找到引用源。BAECD32154試對線路 L1，L2，L3 進(jìn)行電流保護(hù)的設(shè)計(jì)。1.2 要完成的內(nèi)容（1）保護(hù)的配置及選擇；（2）短路電流計(jì)算（系統(tǒng)運(yùn)行方式的考慮、短路點(diǎn)的考慮、

2、短路類型的考（3）保護(hù)配合及整定計(jì)算；（4）保護(hù)原理展開圖的設(shè)計(jì)；（5）對保護(hù)的評價(jià)。2 設(shè)計(jì)要考慮的問題2.1 設(shè)計(jì)規(guī)程-2.1.1 短路電流計(jì)算規(guī)程流，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在滿足繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程和題目給定的要求條件下，盡可能采用簡單的保護(hù)方式。其計(jì)算步驟及注意事項(xiàng)如下。（1）系統(tǒng)運(yùn)行方式的考慮還必須考慮系統(tǒng)的正常運(yùn)行方式。（2）短路點(diǎn)的考慮電壓與距離的關(guān)系曲線，每一條線路上的短路點(diǎn)至少要取三點(diǎn)，即線路的始端、中點(diǎn)和末端三點(diǎn)。（3）短路類型的考慮而言，三相短路和兩相短路的殘余數(shù)值相同。電流和電壓的數(shù)值作為整定之用。（4）短路電流列表結(jié)果列成表格。安裝處的短路電流。的方法計(jì)算。2.1.

3、2 保護(hù)方式的選取及整定計(jì)算護(hù)方式。保護(hù)方式。-選用保護(hù)方式時(shí)，可先選擇主保護(hù)，然后選擇后備保護(hù)。通過整定計(jì)算，檢驗(yàn)?zāi)芊駶M足靈敏性和速動(dòng)性的要求。閘來校正選擇性或加速保護(hù)動(dòng)作。作，以提高保護(hù)的靈敏性。保護(hù)。流大于下一元件保護(hù)的動(dòng)作電流，且有一定的裕度，以保證選擇性。2.2 本設(shè)計(jì)的保護(hù)配置2.2.1 主保護(hù)配置此，主保護(hù)應(yīng)選用三段式距離保護(hù)。2.2.2 后備保護(hù)配置過電流保護(hù)作為后備保護(hù)和遠(yuǎn)后備保護(hù)。3 短路電流計(jì)算3.1 等效電路的建立由已知可得,線路的總阻抗的計(jì)算公式為X L其中：Z 線路單位長度阻抗；(3.1)L線路長度。所以，將數(shù)據(jù)代入公式(3.1.1)可得各段線路的線路阻抗分別為X

4、X ZL =0.4 120=481L21X ZL 0.43012L33X ZL 0.44016BCBCX Z L 10CDcDX ZL10DEDE經(jīng)分析可知，最大運(yùn)行方式即阻抗最小時(shí)，則有三臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，線路 、L1L3-運(yùn)行，由題意知 、G 連接在同一母線上，則G13X (X | X X | X )|(X X ) (612)|16)10.6()sG1G2L1L2G3L3式中X最大運(yùn)行方式下的阻抗值；smin同理，最小運(yùn)行方式即阻抗值最大，分析可知在只有 和 運(yùn)行，相應(yīng)地G L11有X X X 1524 39()s.G1由此可得最大運(yùn)行方式等效電路如圖3.1圖3.2所示。BCDE8132圖3.

5、1 最大運(yùn)行方式等效電路圖BCDE398132圖3.2 最小運(yùn)行方式等效電路圖3.2 保護(hù)短路點(diǎn)的選取選取B、C、D、E點(diǎn)為短路點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。3.3 短路電流的計(jì)算3.3.1 最大方式短路電流計(jì)算在最大運(yùn)行方式下流過保護(hù)元件的最大短路電流的公式為EEI K(3.2)ZZ Zk系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢；sk式中E短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗；Zk保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；Zs3短路類型系數(shù)、三相短路取1，兩相短路取。K2（1）對于保護(hù)2等值電路圖如圖2所示，母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相-短路流過保護(hù) 2 的最大短路電流為EI(3.3)kDmaxX X XBCsminCD代入數(shù)據(jù)得：EIkD

6、maxX X XBCsminCD1.558(k)(2)對于保護(hù) 5 等值電路圖如圖 2 所示，母線 C 最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù) 5 的最大短路電流為EI(3.4)kCmaxX XsminBC代入數(shù)據(jù)得:EIkCmaxX XsminBC2.17(k)3.3.2 最小方式短路電流計(jì)算在最小運(yùn)行方式下流過保護(hù)元件的最小短路電流的公式為3EZ(3.5)I2 Zk.s.L式中系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢；E保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；ZZs,min短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的阻抗。L所以帶入各點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到各點(diǎn)的的最小短路電流。3 1151I8 A）23 3920128min3 1151

7、I8 A）23 392012Dmin-3 1151I974.51 A）23 3920Cmin4 保護(hù)的配合及整定計(jì)算4.1 主保護(hù)的整定計(jì)算4.1.1 動(dòng)作電流的計(jì)算最小保護(hù)范圍計(jì)算式為3EI Iset（4.1）2 Z z Lsmax1 min其中系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢；EZz短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗；s.max線路單位長度的正序阻抗。1(1)對于保護(hù) 2 等值電路圖如圖 2 所示，母線 D 最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù) 2 的最大短路電流為I1.558(kA)相應(yīng)的速斷定值為I K I1.21.5581.87(kA)70.6(km)II2最小保護(hù)范圍根據(jù)式（4.1）可得L2即 2

8、處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。（2）對于保護(hù) 5 等值電路圖如圖 2 C 最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù) 3 的最大短路電流為I 2.17(kA)相應(yīng)的速斷定值為 K I1.22.17 2.603(kA) 42.3(km)set.3relk.C.max最小保護(hù)范圍根據(jù)式（3.4）可得L3即 3 處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。運(yùn)行方式下可能沒有保護(hù)區(qū)。-4.1.2 靈敏度校驗(yàn)限時(shí)電流速斷定值根據(jù)式(4.2)可以計(jì)算。I K I (4.2)setrel set其中可靠系數(shù)，取值為1.15。Krel（1）整定保護(hù)2的限時(shí)電流速斷定值為I K I1.151.57 1

9、.806(kA) rel set.1set線路末端（即D處）最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為3E3115 3115I0.8098(kA)2 X X XBC2 392012 142k.D.mins.maxCD所以保護(hù)2處的靈敏度系數(shù)為I0.8098K0.4484. .mink DI1.806set即不滿足K 1.2的要求。sen（2）同理保護(hù)5的限時(shí)電流速斷定值為I K I1.151.87 2.151(kA)set.3rel set.2線路末端（即C處）最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為3E3 115 3 115I0.9746()2 X X2 3920 118kC.mins.maxBC所以

10、保護(hù)5處的靈敏度系數(shù)為I0.9746K0.4531kC.minI2.151set.3也不滿足K 1.2的要求。sen可見，由于運(yùn)行方式變化太大，2、3 處的限時(shí)電流速斷的靈敏度遠(yuǎn)不能滿足要求。4.2 后備保護(hù)的整定計(jì)算4.2.1 動(dòng)作電流的計(jì)算過電流整定值計(jì)算公式為-K K II ss L.maxrelrelKKset（4.3）rere其中可靠系數(shù)，取值為 1.15；可靠系數(shù)，取值為 1.5；可靠系數(shù)，取值為 0.85。KKKrelssre所以有同理得K K I . maxrel ss D E LK1.151.51500.85I 2.03150304.5(A)set.1reI 2.03 set

11、.2I 2.03 set.34.2.2 動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算假設(shè)母線 E 過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為 0.5s，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為t 0.50.5s)1t t 0.51.5(s)21t t 0.52(s)324.2.3 靈敏度校驗(yàn)在最小運(yùn)行方式下流過保護(hù)元件的最小短路電流的公式為3EI2 ZZk.min（4.4）（4.5）s.maxL所以由靈敏度公式（4.4）IK senk.minIset可知，保護(hù) 1 作為近后備保護(hù)的靈敏度應(yīng)為I727.8304.5KE.minI 2.391.5set.1set.1-滿足近后備保護(hù)的要求；保護(hù) 2 作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度為I727.8K set.21.791.331.21

12、.2E.minIset.2406滿足作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的要求保護(hù) 5 作為遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度為I809.8609K set.3D.minIset.3滿足作為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要求。5 二次展開原理圖的繪制5.1 保護(hù)測量電路 5.1 和圖 5.2 點(diǎn)是每個(gè)繼電器的輸出量和輸出量根據(jù)實(shí)際動(dòng)作的回路情況分別畫在途中不同的位置上，但任然用同一個(gè)符號(hào)標(biāo)注，一邊查對。在展開圖中，繼電器線圈和出點(diǎn)的鏈接盡量暗中故障后的動(dòng)作連接，自左而右，自上而下的排列。TAaTAcTAaTAaTAcTAaTAcKAb圖 5.1 保護(hù)交流電流回路圖5.2 保護(hù)跳閘電路wcwc+-KAaIKSKTKCOKAc電流速斷保護(hù)限時(shí)電流

13、速斷保護(hù)過電流保護(hù)KAaKAcKAaKTKAcKAbKTKSKS跳閘回路QFKCO圖 5.2 保護(hù)直流回路展開圖-6 繼電保護(hù)設(shè)備的選擇6.1 電流互感器的選擇按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓(100V)或標(biāo)準(zhǔn)小電流(5A 或 保證人身和設(shè)備的安全。（1）小電流選線裝置用零序電流互感器感器的主要負(fù)載阻抗，這種零序電流互感器的負(fù)載阻抗一般為2.5左右，經(jīng)過多年實(shí)踐和試驗(yàn)得知與小電流選線裝置配套的零序電流互感器選用：（2）與 DD11/60 型繼電器配套使用的零序電流互感器DD11/60 型繼電器線圈并聯(lián)阻抗為 A 型零序電流互感器是其配套產(chǎn)品，二次電流 60mA 時(shí)零序電流互感器一次電流4A。（3）與 D

14、L11/0.2 型繼電器配套使用的零序電流互感器DL11/0.2 型繼電器線圈并聯(lián)阻抗為 ENR 型零序電流互感器是其配套產(chǎn)品，二次電流0.2A 時(shí)零序電流互感器一次電流10A。（4）精度與容量（額定負(fù)荷）的關(guān)系國標(biāo)中規(guī)定：“在額定頻率及額定負(fù)荷下，電流誤差，相位差和復(fù)合誤差不出現(xiàn)正誤差，反之則出現(xiàn)負(fù)誤差。6.2 繼電器的選擇(包括安裝方式)與外形尺寸應(yīng)能適合使用條件的需要；經(jīng)濟(jì)合理。(1)按使用環(huán)境條件選擇繼電器型號(hào)-環(huán)境適應(yīng)性是繼電器可靠性指標(biāo)之一,使用環(huán)境和工作條件的差異，對繼電器性能有很大的影響。 40 攝氏度下的最大相 1000 米以下可不考慮)、振動(dòng)和沖擊。此外，尚有封裝方式、安裝

15、方法、外形尺寸及絕緣性等要求。由于材料和結(jié)構(gòu)不同，繼電器承繼電器，可按整機(jī)的環(huán)境力學(xué)條件或高一級(jí)的條件選用。(2)根據(jù)輸入量選定繼電器的輸入?yún)?shù)在電磁繼電器的輸入?yún)?shù)中，與用戶密切相關(guān)的是線圈的工作電壓 (或電流)，而吸合電壓(或電流) 則是繼電器制造廠約束繼電器靈敏度并對其進(jìn)行判理的特殊性，往往把吸合電壓(或電流)錯(cuò)認(rèn)為是繼電器應(yīng)可靠工作的電壓(或電流)，而把工作電壓值取在吸合電壓值上，這是十分危險(xiǎn)也是不允許的。因?yàn)槲现抵皇潜ＷC繼電器可靠動(dòng)作的最小 輸入量，而繼電器動(dòng)作后，還需要一個(gè)保一旦環(huán)境溫度升高或在機(jī)械振動(dòng)和沖擊條 件下，或輸入回路電流波動(dòng)和電源電電器技術(shù)條件規(guī)定的額定工作電壓是否與整機(jī)線 路所能提供的電壓相符，絕不能與繼電器吸合值相比。(3)根據(jù)負(fù)載情況選擇繼電器觸點(diǎn)的種類與參數(shù)與被控電路直接連接的觸點(diǎn)慮對觸點(diǎn)接觸電阻、抖動(dòng)時(shí)間、分布電容等的要求。關(guān)于觸點(diǎn)切換的額定值，電質(zhì)的負(fù)載。(4)按工作狀態(tài)選擇繼電器是對應(yīng)于不同的輸入信號(hào)狀態(tài)的，有長期連續(xù)作用的信號(hào)，有短期重復(fù)工作(脈沖)信號(hào)。連續(xù)工作是指線圈能連續(xù)地承受工作信號(hào)的長期作用。對脈沖信號(hào)還- 10-20 0.1 次/(最大吸合時(shí)間最大釋放時(shí)間)s。(5)按安裝工作位置、安裝方式及尺寸、重量的選擇部分繼電器工作位置有具體的規(guī)定。例如普通水銀繼電器，就規(guī)定要直立安裝，其偏斜極限不得超過 30，否則，由于水銀的