6kV输电线路继电保护设计

摘要本次课设内容是6kV电力系统的继电保护设计，其中包括电力系统各个部分的参数设定，以及保护方式的选择，选用最合适于本电路的保护方法进行整定值的计算，同时要考虑到每个保护之间的配合关系，对线路的保护进行系统完善的设计，使得系统的短路部分能够在安全的时间范围内被切断，达到保护系统稳定运行的目的。关键词：继电保护；过电流保护；电流继电器目录1概述..............................................................11.1继电保护的基本概念............................................11.2继电保护的意义................................................11.3继电保护的基本要求............................................22故障分析..........................................................32.1相间短路......................................................32.2接地短路......................................................33过电流保护的基本原理..............................................43.1电流速断保护..................................................43.1.1速断保护工作原理...........................................43.1.2电流速断保护的整定计算原则.................................53.2定时限过电流保护..............................................63.2.1启动电流计算...............................................63.3.2灵敏度校验.................................................64动作值的整定计算..................................................85总结.............................................................10参考文献...........................................................11电力系统继电保护原理课程设计11概述本次继电保护课程设计主要研究的是6kV线路的继电保护设计，系统给定了几个电力系统中常碰到的元件情况，它们分别是电力变压器、电力电容器和电动机负载。这个电力系统元件的保护方式之间存在一定的差别，在设计的时候注重到元件性质的不一致而选用不同的设计方法，已达到合理科学的设计保护电路，其次是要注重电力系统拓扑结构的分析。同时设计中所用到的电流继电器已给出，在只有在充分了解电流继电器的工作原理的前提下才能正确的进行保护值的整定工作。同时需要我们在条件给定不足的情况下通过合理的假设，使得系统的参数和保护计算能够最大程度的近似实际情况，让所做的计算完成一定的实际应用的意义。1.1继电保护的基本概念当故障发生时，应尽快切除故障，确保无故障部分继续运行，缩小事故范围，保证系统稳定运行。为了完成这个任务，只有借助自动装置—继电保护装置。继电保护装置：当电力系统中心元件（发电机、变压器、线路）或电力系统本身发生了故障或危及安全运行的事件时需要有向运行值班人员及时发出警告信号或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施用于保护电力元件的成套硬件设备，一般统称为继电保护装置。用于保护电力系统的则成为电力系统安全自动装置。继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不能无保护运行。电力系统安全自动装置用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生和终止以开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大事故，如失去电力系统稳定、频率崩溃或电压崩溃等。1.2继电保护的意义改革开放至今，在党的正确决策下，我国的市场经济迅猛发展，在经济建设及科学技术创新方面取得了令世界瞩目的成就。随着社会各方面的发展以及人们生活水平的提高，现代社会对电力的需求日益增长，电力需求开始日趋紧张，在电力系统继电保护原理课程设计2许多地方都出现了供电不足危机，供电企业不得已采取各种相关措施（对部分地区进行限电、短时停电等），以缓解紧张的供电压力。在这样的严峻局面下，加强对电力系统的运行安全保护显得尤为重要，而继电保护便是其中最重要的保护手段之一，它对电力系统的安全运行有着重大的意义。1.3继电保护的基本要求继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。（1）可靠性是指保护该动体时应可靠动作。不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。（2）选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。（3）灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。（4）速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护（如高频保护、差动保护）、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。电力系统继电保护原理课程设计32故障分析2.1相间短路定义：这里的“相”指三相对称制交流电源，是由三个单相交流电源所组成的电源系统——简称三相交流电源。我国所采用的供电方式称为三相四线制交流电源，三相发电机的绕组作星形连接。各绕组的首端称端线，端线与端线之间的电压称为线电压。各绕组的末端连接在一起称中线，与端线之间的电压称为相电压。相间短路是指端线与端线之间未经过负载（即用电器）而相连接所造成的电源短路。2.2接地短路短路是指电源的相线和中性线或者相线之间无负载或无阻抗连接。接地短路是指，用电器件或者线路经由接地产生的短路现象。在电源端中性线接地的系统中，线路中相线因为裸露、受潮、绝缘损坏、碰壳等事故使得用电器件可导电外壳或其他金属器件带电，而此类器件又经与地连接做有接地保护。此时电流经过相线--外壳--接地线---大地---电源中性线接地线--电源中性线。形成了短路回路，接地短路出现。电力系统继电保护原理课程设计43过电流保护的基本原理通过测量线路的电流值的大小，再与线路正常运行时的电流值相比较，可知线路的运行状态。若发生短路，则线路电流远远大于正常电流值，电流继电器可以根据此信息控制相应的断路器，使系统的故障解除。过电流保护主要优点是简单、经济、可靠，在35kV及以下电压等级的电网中得到了广泛的应用，缺点是它们的保护范围与灵敏度受系统运行方式变化的影响较大，难以满足更高等级网络的要求。过电流保护一般对某个系统设有三段保护，它们之间相互配合保证线路的短路电流能够在规定的时间内切除。3.1电流速断保护3.1.1速断保护工作原理对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。为了保证保护的选择性，速断保护一般只能保护线路的一部分。以图3-1的保护2为例，当相邻线路B-C点短路时，按照选择性的要求，速断保护2就不该动作，该处的故障应由速断保护1动作切除。而当本线路末端K1点短路时，希望速断保护2能够瞬时动作切除故障。但是，在实际应用时，K1点和K2点的短路电流对于保护2来说几乎是一样的。因此，速断保护的选择性就无法得到满足。同样的情况适用于K3和K4点短路。图3-1电流曲线电力系统继电保护原理课程设计5为了保证选择性，电流速断保护的整定原则通常按照躲开下一条线路出口处短路的条件进行。对于反应电流升高而动作的电流速断保护而言，能使该保护装置启动的最小电流值称为保护装置的整定电流，以I表示，电流大于这个值则保护装置启动。整定的电流值是用电力系统一次侧的参数表示的。保护不能启动的范围是随着系统运行方式、故障类型的变化而变化的。在各种运行方式下发生各种短路保护都能动作切除故障的短路点位置的最小范围称为最小的保护范围。最小范围的确定可以计算出保护装置的灵敏度大小。3.1.2电流速断保护的整定计算原则首先是动作电流的整定。对于保护1来讲，其整定的动作电流𝐼𝑆𝑒��𝐼必须大于K�4点短路时可能出现的最大短路电流I𝐾𝐶。𝑀𝑎𝑥𝐼𝑆𝑒𝑡𝐼〉I𝐾𝐶。𝑀𝑎𝑥=𝐸𝜑𝑍𝑠𝑚𝑖𝑛+𝑍𝐴−𝐶（3-1）动作电流为�𝐼𝑠𝑒𝑡.1𝐼=𝐾𝑟𝑒𝑙𝐼𝐼𝐾.𝐶..𝑚𝑎𝑥（3-2）引入可靠系数𝐾𝑟𝑒𝑙I=1.2～1.3计算出保护的一次动作电流后，还需要求出继电器的二次动作电流：𝐼𝑜𝑝𝐼=�𝐼𝑠𝑒𝑡𝐼𝑛𝑡𝑎𝐾𝑐𝑜𝑚（3-3）式子中，𝑛𝑡𝑎为电流互感器的变比，𝐾𝑐𝑜𝑚为电流互感器的接线系数，其值与电流互感器的接线方式有关，当电流互感器的二次侧为三相星形或两相星形接线时其值为1，当二次侧接线为三角型接线时，其值为√3。速断保护的动作时间取决于继电器本身固有的动作时间。其次是保护范围的校验。在已知保护的动作电流后，大于一次动作电流的短路电流对应的短路点区域就是保护范围。保护的范围随着运行方式、故障类型的变化而变化，最小的保护范围在系统最小运行方式下的两相短路时出现。保护的最小范围计算式子为𝐼𝑠𝑒𝑡.1𝐼=√32×𝐸𝜑𝑍𝑆.𝑚𝑎𝑥+𝑧1𝑙𝑚𝑖𝑛（3-4）其中𝐿𝑚𝑖𝑛为电流速断保护的最小保护范围长度，𝑍1为线路单位长度的正序阻抗。电流速断保护一般作为本线路的主保护，要求其最小保护范围大于线路全长电力系统继电保护原理课程设计6的15%~20%。3.2定时限过电流保护作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备保护，同时作为本线路主保护拒动时的近后备保护，一般采用过电流保护。过电流保护通常是指其启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的保护。在一般情况下，它不仅能够保护线路的全长，而且能够保护相邻线路的全长，可以起到远后备保护的作用。3.2.1启动电流计算保护装置的启动电流必须大于该线路上出现的最大负荷电流，同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复，负荷自启动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负荷自启动电流。一般考虑后一种情况时，对应的起动电流大于前一种情况，往往为保证可靠返回从而决定启动电流。引入一个自启动系数𝐾𝑠𝑠来表示自启动时最大电流𝐼𝑠𝑠.𝑚𝑎𝑥与正常运行时最大负荷电流I𝐿。𝑀𝐴𝑋之比即，𝐼𝑠𝑠.𝑚𝑎𝑥=𝐾𝑠𝑠𝐼𝑙.𝑚𝑎𝑥（3-5）为了使保护装置的返回电流𝐼𝑟𝑒′大于𝐼𝑠𝑠.𝑚𝑎𝑥。引入一个可靠系数𝐾𝑟𝑒𝑙𝐼𝐼𝐼，则𝐼𝑟𝑒′=𝐾𝑟𝑒𝑙𝐼𝐼𝐼𝐼𝑠𝑠.𝑚𝑎𝑥=𝐾𝑟𝑒𝑙𝐼𝐼𝐼𝐼𝐿.𝑚𝑎𝑥𝐾𝑠𝑠（3-6）由于保护装置的启动和返回是通过电流继电器来实现的，因