1~4组课程设计指导书

《继电保护课程设计》指导书（1组）（10kV输电线路电流保护设计）第一部分：三段式电流保护整定计算工程设计一、三段式电流保护基本原理自行整理二、短路计算1、短路计算基本说明及具体步骤短路计算是保护整定计算和电气设备选择校验的重要依据，本次短路计算采用正序等效定则和运算曲线法，利用短路计算程序完成。短路计算步骤如下：（1）短路计算程序运行前的准备工作①首先根据设计要求确定所需的短路点数量及具体位置根据需要共设5个短路点d1~d5，具体位置如下图所示：②针对所计算的地区电网在最大及最小运行方式下的支路及节点进行编号，形成最大及最小网络拓扑图（最小运行方式仅仅考虑电源的最小方式，不考虑电网中环网断开的情况）节点编号顺序：先短路节点，后其它节点，所有电源节点作为参考节点0；支路编号顺序：先电源支路(水电,火电,有限系统,无限系统)，后其它支路。（所有短路点皆为节点，除此以外若任一短路点短路时，某点将出现短路电流分支，则该点也为节点；任一短路点短路时都不会流过短路电流的支路可不编入网络拓扑图，例如负荷支路）。网络拓扑图如下图所示（本地区网的最大与最小运行方式的拓扑图相同，最大最小方式的不同仅仅体现在水电厂电源及系统电源的参数不同）：（2）短路计算程序运行步骤（按最大、最小运行方式分别进行）①运行“输入系统参数模块”*输入网络拓扑参数*输入系统基本参数*输入支路原始参数②运行“支路正、负序电抗计算模块”③运行“短路电流计算模块”从工程需要出发，分别对系统最大运行方式和最小运行方式下的三相短路、两相短路进行计算，计算出短路发生后0s和4s各支路的短路电流和母线残余电压（有名值为归算到短路点电压等级下的数据，短路电流数值为三相中最大短路电流值）。整定计算中，所有主保护皆采用0s的短路计算结果；所有的后备保护皆采用4s的短路计算结果。短路计算参数输入时，各等级电压值按平均电压输入（例如110kV等级输入115kV，10kV等级输入10.5kV，6kV等级输入6.3kV）；发电电源的负序参数若未给出，输入时可按正序参数输入。2、短路计算结果表（根据整定计算要求列出所需的短路计算结果）支路短路电流计算结果表短路点短路类型支路编号运行方式短路时间短路电流符号数值备注d2三相短路4最大0秒I(3)d2.b4.max.0s………………d1两相短路4最小0秒I(2)d1.b4.min.0s………………三、10kV线路三段式电流保护整定计算（A站线路L6）（负荷功率因数cosφf皆按0.8考虑，所有终端负荷过流保护动作时限为0.5秒）1、TA变比的选择：一次负荷电流：Ifh.e=则TA计算变比为：Ifh.e/5=选择TA实际标准变比nTA不小于并趋近于计算变比（保证实际二次额定电流不超过5A），选nTA=2、电流I段整定计算（电流I段采用两相星形接线，用0s的短路电流计算，可靠系数KI取1.2）一次侧（保护）动作电流：IIdz.b=KIk·I(3)d?.b?.max.0s=二次侧（继电器）动作电流：IIdz.j=IIdz.b/nTA=d1点（15%位置）短路的灵敏度：Klm.15%=I(2)d1.b4.min.0s/IIdz.b=判断：若Klm.15%1，则最小保护范围15%L，满足要求；否则不满足要求（若不满足要求，可增加电压速断保护或电流、电压联锁速断保护）。动作时限tI=0s3、电流II段整定计算（电流II段采用两相星形接线，用0s的短路电流计算，可靠系数KII取1.1）整定原则：与下条线路的电流I段配合：IIIdz.b=KIIk·IIdz.next/Kfz.min=KIIk·KIk·I(3)d?.b?.max.0s/Kfz.min=（∵助增电源→分支系数Kfz↑1，而电流II段整定时Kfz应取最小值Kfz.min∴应考虑无助增电源情况，即Kfz=Kfz.min=1）IIIdz.j=IIIdz.b/nTA=校验灵敏度：Klm=I(2)d?.b?.min.0s/IIIdz.b=（若1.25，则满足要求）动作时限tII=tInext+Δt=0.5s若Klm不满足要求，则与下条线路的电流II段配合：IIIdz.b=KIIk·IIIdz.next/Kfz.min=此时：Klm=I(2)d?.b?.min.0s/IIIdz.b=（若1.25，满足要求）动作时限tII=tIInext+Δt=1.0s若本线路与下条线路之间有较大助增电源，导致本线路电流II段与下条线路的电流I段甚至电流II段配合仍不满足灵敏度要求时（原因：下条线路电流I、II段整定时是考虑了助增电源投入的系统最大运行方式，而本线路电流II段整定时的分支系数又要考虑助增电源退出时流过本线路电流最大的情况，因此导致本线路电流II段整定值很高，灵敏度很差），可采取以下措施：措施一：设置两套定值，第一套针对助增电源投入时（整定与校验均按助增电源投入考虑），第二套针对助增电源退出时（整定与校验均按助增电源退出考虑）。当系统运行在助增电源投入情况时投入第一套定值；当系统运行在助增电源退出情况时将定值调整为第二套定值。措施二：整定值按保证灵敏度考虑（动作时限仍按大于下条线路电流I段动作时限考虑），各级保护出现非选择性跳闸情况靠重合闸来纠正（出现非选择性跳闸后，一定要保证下条线路重合闸先重合，本线路重合闸后重合）。4、电流III段整定计算（电流III段采用两相三继电器式接线，用4s的短路电流计算，可靠系数KIII取1.2，负荷自启动系数Kzq取1.5，继电器返回系数Kh取0.9）IIIIdz.b=hzqIIIkKKK·Ifh.e=IIIIdz.j=IIIIdz.b/nTA=校验灵敏度：①近后备：Klm.jhb=I(2)d?.b?.min.4s/IIIIdz.b=（若1.4，则满足要求）②远后备：Klm.yhb=I(2)d?.b?.min4s/IIIIdz.b=（若1.2，则满足要求）动作时限tIII（按阶梯原则）：已知所有终端负荷过流保护动作时限为0.5s则：tIII=tIIInext+Δt=tIIInext.next+2Δt=tIIILoad+3Δt=5、列出整定计算结果表被保护设备定值类型定值备注10kV线路电流I段Idz.j=?，t=?Klm.15%=?10kV线路电流II段Idz.j=?，t=?Klm=?10kV线路电流III段Idz.j=?，t=?Klm.jhb=?，Klm.yhb=?第二部分：集成电路型偏移圆特性阻抗元件电子电路设计一、构成方框图：偏移圆特性距离元件动作条件：270°≥zdjjzdjjZIUZIUarg≥90°即zdjjZIU与zdjjZIU瞬时值一正一负（异或）的时间大于5ms。移相电路用于调整整定阻抗Zzd的角度，即偏移圆特性阻抗元件的最灵敏角φlm（一般取为线路阻抗角φd）。不同的线路φd值不同，因此设计偏移圆特性阻抗继电器时，应使最灵敏角φlm在0˚~90˚范围内可调。反向放大器用于调整整定阻抗Zzd的大小。反向比例器用于调整偏移特性的偏移量α（取值范围：0.1~0.5，一般取为0.2）滤波电路用于滤除原始信号中的干扰波（采用低Q滤波，Q取0.5~1左右）。二、搭建整个偏移圆特性阻抗元件电路，并进行动作仿真1、偏移圆特性阻抗元件整体电子电路图……2、阻抗元件动作仿真输入电压、电流皆为50Hz交流，设置好移相器的前移角φlm（例如对应的前移时间为3.5毫秒，即前移角φlm为63度），输入电流大小固定为5A，输入电流角度固定为0度。输入电压角度设置为某值，调整输入电压的大小，观察偏移圆特性阻抗元件动作情况，找出对应于该角度下相应的动作电压，并计算出相应的动作阻抗填入下表，然后根据各个阻抗角下的动作阻抗，在阻抗平面上描出相应的点，并利用相应的点描画出偏移圆特性阻抗元件的动作特性边界。设置的前移角φlm为度，输入电流大小A,输入电流角度度次数输入电压设定角度所测动作电压阻抗角动作阻抗备注12…根据检测出的动作阻抗点，描画出阻抗平面上的动作特性图：参考表：设置的前移角φlm为63度，输入电流大小5A,输入电流角度0度次数输入电压角度动作电压阻抗角动作阻抗备注10度41V0度8.2Ω230度46V30度9.2Ω360度49V60度9.8Ω490度48V90度9.6Ω5120度42V120度8.4Ω6150度36V150度7.2Ω7180度26V180度5.2Ω8210度25V210度5Ω9240度25V240度5Ω10270度26V270度5.2Ω11300度28V300度5.6Ω12330度34V330度6.8Ω13360度41V360度8.2Ω（注：EWB仿真时，缺省运算放大器的工作电平为±20V，而逻辑门电路的工作电平为±5V。在仿真偏移圆特性阻抗元件时，由于延时电路前面接的是逻辑门电路，因此延时电路仿真时的输入方波的高低电平应采用5V、0V）《继电保护课程设计》指导书（2组）（110kV输电线路距离保护设计）第一部分：三段式距离保护整定计算工程设计一、三段式距离保护基本原理自行整理（尤其要说明方向四边形特性阻抗元件）二、短路计算1、短路计算基本说明及具体步骤短路计算是保护整定计算和电气设备选择校验的重要依据，本次短路计算采用正序等效定则和运算曲线法，利用短路计算程序完成。短路计算步骤如下：（1）短路计算程序运行前的准备工作①首先根据设计要求确定所需的短路点数量及具体位置根据需要共设4个短路点d1~d4，具体位置如下图所示：②针对所计算的地区电网在最小运行方式下的支路及节点进行编号，形成最小网络拓扑图（由于距离保护仅仅在距离III段校验远后备灵敏度考虑分支系数时需要计算最小短路电流，因此只考虑最小运行方式。最小运行方式仅仅考虑电源的最小方式，不考虑电网中环网断开的情况）节点编号顺序：先短路节点，后其它节点，所有电源节点作为参考节点0；支路编号顺序：先电源支路(水电,火电,有限系统,无限系统)，后其它支路。（所有短路点皆为节点，除此以外若任一短路点短路时，某点将出现短路电流分支，则该点也为节点；任一短路点短路时都不会流过短路电流的支路可不编入网络拓扑图，例如负荷支路）。网络拓扑图如下图所示：（2）短路计算程序运行步骤（只计算最小运行方式情况）①运行“输入系统参数模块”*输入网络拓扑参数*输入系统基本参数*输入支路原始参数②运行“支路正、负序电抗计算模块”③运行“短路电流计算模块”从工程需要出发，对系统最小运行方式下的三相短路、两相短路进行计算，计算出短路发生后0s和4s各支路的短路电流和母线残余电压（有名值为归算到短路点电压等级下的数据，短路电流数值为三相中最大短路电流值）。整定计算中，所有主保护皆采用0s的短路计算结果；所有的后备保护皆采用4s的短路计算结果。短路计算参数输入时，各等级电压值按平均电压输入（例如110kV等级输入115kV，10kV等级输入10.5kV，6kV等级输入6.3kV）；发电电源的负序参数若未给出，输入时可按正序参数输入。2、短路计算结果表（根据整定计算要求列出所需的短路计算结果）支路短路电流计算结果表短路点短路类型支路编号运行方式短路时间短路电流符号数值备注d2三相短路4最大4秒I(3)d2.b4.max.4s………………三、110kV线路三段式距离保护整定计算（A站线路L1）（负荷功率因数cosφf皆按0.8考虑，C站变压器过流保护动作时限为2.0s）1、TA、TV变比的选择：TA变比选择：一次负荷电流：Ifh.e=130.4(A)则TA计算变比为：Ifh.e/5=26.1选择TA实际标准变比nTA不小于并趋近于计算变比（保证实际二次额定电流不超过5A），选nTA=150/5TV变比选择：nTV=保护二次额定电压额定电压保护安装处电压等级的=110/0.12、电阻定值（三段距离元件的电阻定值相同）电阻定值应考虑躲过可能的最大负荷情况并具有1.5倍以上的裕度：二次值：额定电流5A时：Rzd=(0.9*100)/(1.5*1.732*5)=7?Ω3、距离I段阻抗定值整定计算（可靠系数KIk取0.8