继电保护课程设计---中性点直接接地系统零序电流保护的设计柴飞飞课程设计1

-1-摘要电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数的短路故障是不对称的，其零序、负序电流电压会很大的，利用故障的不对称性可以找到正常与故障的区别，并且这种差别是零与很大值的比较，差异更为明显。所以零序电流保护被广泛的应用在110KV及以上电压等级的电网中。自动、迅速、有选择性地将故障组件从电力系统中切除，是故障组件免于继续遭到破坏并保证其他无故障部分迅速恢复正常运行，是保证电力系统安全运行的最有效的方法之一，选择110KV电力系统继电保护和自动装置的设计时遵2循其原则。自动重合闸是一种广泛应用于输电和供电线路上的有效反事故措施。即当线路出现故障，继电保护使断路器跳闸后，自动重合闸装置经短时间间隔后使断路器重新合上。所以，在瞬时性故障法伤跳闸的情况下，自动将断路器重合，不仅提高了供电的安全性，减少了停电损失，而且还提高了电力系统的暂态稳定水平，增大了高压线路的送点容量，所以架空线路要采用自动重合闸装置。关键词：三相对称零序保护自动重合闸断路器山东交通学院—多电源电力系统的零序保护-2-Whenthenormaloperationofpowersystemisthethree-phasesymmetrical,thezerosequenceandnegativesequencecurrentvalueintheoryiszero.Mostoftheshortcircuitfaultisasymmetric,thezerosequencevoltageandnegativesequencecurrentwillbeverybig,failureofasymmetrycanbeusedtofindthedifferencebetweenthenormalandfault,andthedifferenceiszeroandthegreatvalueofcomparison,thedifferenceismoreapparent.Sothezerosequencecurrentprotectioniswidelyusedinmorethan110kvvoltagegradeofpowergrid.Automatic,rapid,selectiveremovalfromthepowersystem,faultcomponentsisfaultcomponentsfromcontinuetodamageandensurethenormaloperationoftheotherpartsofthetrouble-freebackquickly,istoguaranteethesafeoperationofthepowersystem,oneofthemosteffectivewaytoselect110kvpowersystemrelayprotectionandautomaticdevicetofollowtheprincipleofitsdesign.Isakindofautomaticreclosingiswidelyusedinpowertransmissionandeffectiveanti-accidentmeasuresonpowerlines.Whencircuitmalfunction,relayprotectionafterthecircuitbreakertripped,automaticreclosingdevicemakesthecircuitbreakertocloseaftershorttimeinterval.So,inthecaseofinstantaneousfaultspelltrip,circuitbreakerautomaticallyoverlap,notonlyimprovesthesecurityofthepowersupply,reducethepowerloss,butalsoimprovethetransientstabilityofpowersystem,increasingthesendcapacityofhigh-voltagelines,sotheoverheadlineautomaticreclosingdevicemustbeused.Keywords:three-phasesymmetrical,zerosequenceprotection,automaticreclosingandcircuitbreakers山东交通学院—多电源电力系统的零序保护-3-前言电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中，电力系统希望线路有比较好的可靠性，因此在电力系统受到外界干扰时，保护线路的各种几点装置应该有比较可靠的、及时的保护动作，从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的《电力系统继电保护》这一课程理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。山东交通学院—多电源电力系统的零序保护-4-1设计原始资料1.1具体题目系统示意图如图2.58所示，发电机以发电机—变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：ΩXX.T.T156151，KmLA-B60，ΩXXXX.G.G.G.G842413231，KV/E3115，ΩXXXX.G.G.G.G522211211，KmLB-C40，Ω~XX.T.T154010，Ω~XX.T.T54111，ΩXX.T.T206050，线路阻抗Ω/Km.ZZ4021，Ω/Km.Z210,21.KΙrel、151.KΠrel。G1G2G4G31234T1T2T5T6T3T4试为本系统设计零序电流保护和单相重合闸装置。1.2完成内容如下图所示复杂电网，通过对复杂电网的阻抗计算及化简，生成等效阻抗计算模型，计算各段在不同运行方式下的三相短路电流，整定出保护装置的动作值、动作时间、动作范围、灵敏度。2分析课题设计内容2.1设计规程正常运行的而电力系统是三相对称的，其零序、负序电流和电压理论上为零；多数的短路故障是三相不对称的，其零序、负序电流和电压会很大；利用故障的不对称性可以找到正常和故障间的差别，并且这种差别是零与很大值的比较，差异更为明显。利用三相对称性的变化特征，可以构成反应负序分量原理的各种保护。山东交通学院—多电源电力系统的零序保护-5-当中性点直接接地系统中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流，利用零序电压和零序电流构成的接地短路保护，具有显著的特点，被广泛应用在110Kv及以上电压等级的电网中。2.2保护配置2.2.1主保护配置零序保护的主保护是零序保护Ⅰ段和零序保护Ⅱ段。G1G2G4G31234T1T2T5T6T3T4图1网络接线图(1)零序保护第Ⅰ段在发生单相或两相接地短路时，也可以求出零序电流03I随线路长度l变化的关系曲线，然后相似于相间短路电流保护的原则，进行保护的整定计算。零序电流速断保护的整定原则如下：①躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流30.maxI，引入可靠系数'relK(一般取为1.2～1.3)，即''0max3actrelIKI(1)②躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流30.maxI，引入可靠系数relK，即为'0.max3actrelIKI(2)③按躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流整定。为此可以设置两个零序电流Ⅰ段保护，一个是按条件(1)和(2)整定(由于其定值较小，保护山东交通学院—多电源电力系统的零序保护-6-范围较大，因此，称为灵敏Ⅰ段)，它的主要任务是对全相运行状态下的接地故障起作用，具有较大的保护范围，而当单相重合闸起动时，则将其自动闭锁，需待恢复全相运行时才能重新投入；另一个是按条件(3)整定(由于其定值较大，因此称为不灵敏Ⅰ段)，装设它的主要目的是为了在单相重合闸过程中，其它两相又发生接地故障时，用以弥补失去灵敏Ⅰ段的缺陷，尽快地将故障切除，当然，不灵敏Ⅰ段也能反应全相运行状态下的接地故障，只是其保护范围较灵敏Ⅰ段小。④特殊情况的整定线路末端变压器低压侧有电源的情况，零序保护Ⅰ段一般可按不伸出变压器范围整定。我的。如末端的变压器为两台及以上时，是否仍按上述原则整定可视具体情况比较优缺点后再决定。端变压器中性点不接地运行，只按躲开变压器低压侧母线相间短路的最大不平衡电流整定，即'(3).maxactrelbpfzqdIKKKI(3)式中，relK——可靠系数，取1.3；bpK——不平衡系数，取0.1；fzqK——非周期分量系数，取2；(3).maxdI——变压器低压侧三相短路最大短路电流。(2)零序保护第Ⅱ段零序电流Ⅱ段保护整定是按躲过下段线路第Ⅰ段保护范围末端接地短路时，通过本保护装置的最大零序电流。同时还带有高出一个t的时限，以保证动作的选择性。①按与相邻下一级线路的零序电流保护Ⅰ段配合整定，即'''actrelfzactIKKI(4)式中，relK——可靠系数，取1.15～1.2；fzK——分支系数，按实际情况选取可能的最大值；'actI——相邻下一级线路的零序电流保护Ⅰ段整定值。当按此整定结果达不到规定灵敏山东交通学院—多电源电力系统的零序保护-7-度数时，可改为与按与相邻下一级线路的零序电流保护Ⅱ段配合整定。②按躲开本线路末端母线上变压器的另一侧母线接地短路时流过的最大零序电流整定，即''0.max3actrelIKI(5)③当本段保护整定时间等于或低于本线路相间保护某段的时间时，其整定值还必须躲开该段相间保护范围末端发生相间短路的最大不平衡电流，即''(3).maxactrelbpfzqdIKKKI(6)引入零序电流的分支系数0braK，则保护1的零序Ⅱ段整定为'''.1.20''actactbraKIIK(7)当变压器2T切除或中性点改为不接地运行时，则该支路即从零序等效网络中断开，此时01braK。④灵敏性的校验。为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力。这个能力通常用灵敏系数senK来衡量。对反应于数值上升而动作的过量保护装置，灵敏系数的含义是保护范围内发生金属性短路时故障参数的计算值保护装置的动作参数式中故障参数的计算值，应根据实际情况，合理地采用最不利于保护动作的系统运行方式和故障类型来选定。但不必考虑可能性很小的特殊情况。设此电流为..minkBI，代入上式中则灵敏系数为..min.1kBsenactIKIⅡ(8)为了保证在线路末端短路时，保护装置一定能够动作，在考虑实际短路时存在的过渡电阻以及测量误差等的影响，对限时电流速断保护要求1.3~1.5senK。⑤零序电流Ⅱ段保护的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来检验，并满足senK≥1.5的要求。当由于线路比较短或运行方式变化比较大，灵敏度不满足要求时，可考虑用下列方式解决：山东交通学院—多电源电力系统的零序保护-8-⑥使零序电流Ⅱ段保护与下一条线路的零序电流Ⅱ段保护配合，时限再抬高一级，可以取为1s。⑦保留0.5s的零序电流Ⅱ段保护，同时再增设一个与下一条线路的零序电流Ⅱ段保护配合的动作时限为1s的零序Ⅱ段。这样保护装置中，就具有两个定值和时限均不相同的零序Ⅱ段，一个定值较大，能在正常运行方式和最大运行方式下，以较短的延时切除本线路上所发生的接地故障；另一个具有较长的延时，能保证在各种运行方式下线路末端接地短路时，保护装置具有足够的灵敏系数。2.2.2后备保护配置零序电流Ⅲ段保护一般情况是作为本线路和相邻线路的后备保护，在中性点直接接地