电力系统继电保护原理课程设计

《电力系统继电保护课程设计》题目:单辐射式输电线路阶段式电流保护设计系别:自动化学院专业:07电气工程及其自动化(低压电力智能控制方向)姓名:谭善文学号:2007104743002指导教师:曾燕飞设计日期：2010年6月28日—2010年7月2日电力系统继电保护课程设计07电力02谭善文II前言电力生产发，送，变，用的同时性，决定了它每一个过程重要性。电力系统要通过设计、组织，以使电力能够可靠、经济地送到用户。对供电系统最大的威胁就是短路故障，它会给系统带来巨大的破坏作用，因此我们必须采取措施来防范它。对于一个大电网，故障发生的几率和故障带来的扰动是相当大的，如果没有切除故障的保护装置，电网是不允许运行的。这就是继电保护在实际应用中的重要程度。正确安装保护装置的必要性是显而易见的。但在系统复杂的内部连接和与电厂的关系致使很难检查正确与否。因此有必要采取校验手段。保护是分区域布置的，这样整个电力系统都得到了保护，而不存在保护死区。当故障发生时，保护应有选择地动作，跳开距离故障点最近的开关。电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态。故障和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故。故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。而这种保护装置直到目前为止，大都是由单个继电器或者继电器与其附属设备的组合构成的，因而称之继电保护装置。其基本任务是：（1）自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号，减负荷或跳闸。可见，继电保护对保证系统安全、稳定和经济运行，阻止故障的扩大和事故的发生，发挥着极其重要的作用。因此，合理配置继电保护装置，提高整定和校核工作的快速性和准确性，以满足现代电力系统安全稳定运行的要求，理应得到我们的重视。电力系统继电保护课程设计07电力02谭善文1目录目录..............................................................1一、课程设计目的和任务............................................2二、设计主要仪器设备和材料........................................3三、阶段式电流保护原理............................................3四、线路相同短路的阶段式电流保护装置..............................4五、阶段式电流保护实验参数整定计算................................5六、实验验证与调整................................................4七、小结与展望...................................................16八、致谢.........................................................16九、主要参考文献.................................................16电力系统继电保护课程设计07电力02谭善文2一、课程设计目的和任务设计目的：通过设计,使学生掌握和应用电力系统继电保护的设计,整定计算,资料整理查询和电气绘图等使用方法.在此过程中培养学生对各门专业课程整体观念综合能力,通过较为完整的工程实践基本训练,为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础.本课程主要设计35KV线路,变压器,发电机继电保护的原理,配置及整定计算,给今后继电保护的工作打下良的基础。但由于实验条件所限，我们只能用200V的单辐射式输电线路阶段式电流保护设计来模拟上述设计。设计任务：某线路网络接线如下图1线路网络接线图已知：VEs3/200，14,MAXSX，10.MINSX，kmL851，kmL802，kmZ/4.01，线路正常运行时的负荷电流为0.25A。要求：(1)计算f1、f2、f3、f4各点的最大和最小运行方式下的短路电流；(2)选出线路L1的电流互感器变比；(3)选出线路L1的保护方案并作出整定计算；(4)画出原理图(5)选出所需继电器的规格、型号；(6)根据选出的继电器进行实训。电力系统继电保护课程设计07电力02谭善文3二、设计主要仪器设备和材料表1设计主要设备序号设备名称使用仪器名称数量1控制屏12EPL-02AA站保护，B站保护13EPL-04继电器（一）—DL-21C电流继电器24EPL-05继电器（二）—DS-21时间继电器25EPL-06继电器（四）—DZ-31B中间继电器16EPL-07B继电器（五）—DX-8信号继电器17EPL-11交流电压表18EPL-11交流电流表19EPL-12光示牌110EPL-17A三相交流电源11EPL-11直流电源及母线1三、阶段式电流保护实验原理无时限电流速断保护、带时限电流速断保护和定时限过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护装置。他们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择起动电流。即速断是按照躲开某一点的最大短路电流来整定，限时速断是按照躲过前方各相邻元件电流速断保护的动作电流整定，而过电流保护则是按照躲过最大负荷电流来整定。由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此，为保证迅速而有选择性的切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段式过流保护。具体应用时，可以只采用速断加过流保护，或限时速断加过流保护，及构成两段式过流保护，也可以三者同时使用，及构成三段湿过流保护。电力系统继电保护课程设计07电力02谭善文4四、线路相同短路的阶段式电流保护装置由无时限电流速断保护、带时限电流速断保护、定时限过电流保护相配合而构成阶段式电流保护装置。这三部分保护分别叫作I、II、III段，其中I段无时限电流速断保护、II段带时限电流速断保护是主保护，III段定时限过电流保护是后备保护。（1）阶段式电流保护的保护范围及时限配合如图11-6所示，当在L1线路首端f1点短路时，保护1的I、II、III段均启动，由I段将故障瞬时切除，II段和III段返回；在线路末端f2点短路时，保护II段和III段启动，II段以0.5s时限切除故障，III段返回。若I、II段拒动，则过电流保护以较长时限将QF1跳开，此为过电流保护的近后备作用。当在线路L2上f3点发生故障时，应由保护2动作跳开QF2，但若QF2拒动，则由保护1的过电流保护动作将QF1跳开，这是过电流保护的远后备作用。（2）阶段式电流保护的原理图阶段式电流保护的原理图如图下所示，图中各元件均以完整的图形符号表示，有交流回路和直流回路，图中所示的接线方式是广泛应用于小接地电流系统电力线路。由继电器KA1、KS1组成I段；KA2、KT1、KS2组成II段；KA3、KT2、KS3组成III段。电力系统继电保护课程设计07电力02谭善文5五、阶段式电流保护实验参数整定计算5.1计算各点最大和最小运行方式下的短路电流当系统在最大运行方式下运行时有：f1的三相短路电流为：(3).1.,200/311.54710SdfMAXSMINEIAXf1的两相短路电流为：(2)(3).1..1.3311.547=10.000A22dfMAXdfMAXIIf2的三相短路电流为：ALZXEIABMINSSMAXfd624.2854.0103/2001.)3(.2.f2的两相短路电流为：(2)(3).2..2.332.624=2.272A22dfMAXdfMAXII由于f3点和f2点距离很近，两者之间的阻抗值可以忽略,其短路电流几乎是相等的。故f3的三相短路电流为：AIIMAXfdMAXfd624.2)3(.2.)3(.3.f3的两相短路电流为：(2)(2).3..2.2.272dfMAXdfMAXIIAf4的三相短路电流为：kmLLLBCABAC1658085ALZXEIACMINSSMAXfd519.11654.0103/2001,)3(.4.f4的两相短路电流为：(2)(3).4..4.331.519=1.315A22dfMAXdfMAXII电力系统继电保护课程设计07电力02谭善文6同理，系统在最小运行方式下运行时有：f1的三相短路电流为：AXEIMAXSSMINfd248.8143/200,)3(.1.f1的两相短路电流为：(2)(3).1.IN.1.IN338.248=7.143A22dfMdfMIIf2的三相短路电流为：ALZXEIABMAXSSMINfd406.2854.0143/2001.)3(.2.f2的两相短路电流为：(2)(3).2.IN.2.IN332.406=2.084A22dfMdfMIIf3的三相短路电流为：AIIMINfdMINfd406.2)3(.2.)3(.3.f3的两相短路电流为：(2)(2).3..2.2.084dfMINdfMINIIAf4的三相短路电流为：ALZXEIACMAXSSMINfd443.11654.0143/2001,)3(.4.f4的两相短路电流为：(2)(3).4.IN.4.IN331.443=1.250A22dfMdfMII故对单侧电源辐射式线路，L1的继电保护方案可拟定为阶段式电流保护，保护采用二相二继电器接线，其接线系数1conk，电流互感器采用1:1，在最大运行方式下及最小运行方式下f1、f2、f3、f4各点短路电流值见下表：电力系统继电保护课程设计07电力02谭善文7表2最大运行方式下及最小运行方式下f1、f2、f3、f4各点短路电流值短路点f1f2f3f4正常最大工作电流最大运行方式下三相短路电流（A）11.5472.6242.6241.5190.25最大运行方式下两相短路电流（A）10.0002.2722.2721.315最小运行方式下三相短路电流（A）8.2482.4062.4061.443最小运行方式下两相短路电流（A）7.1432.0842.0841.2505.2对AB线路继电保护进行三段整定5.2.1无时限电流速断保护在被保护线路上发生短路时，流过保护安装点的短路电流值，随短路点的位置不同而变化。在线路的始端短路时，短路电流值最大；短路点向后移动时，短路电流将随线路阻抗的增大而减小，直至线路末端短路时短路回路的阻抗最大，短路电流最小。短路电流值还与系统运行方式及短路的类型有关。如图2所示。图2瞬时电流速断保护的整定及动作范围曲线1表示在最大运行方式下发生三相短路时，线路各点短路电流变化的曲线；曲线2则为最小运行方式下两相短路时，短路电流变化的曲线。如果要求在电力系统继电保护课程设计07电力02谭善文8被保护线路的末端短路时，保护装置能够动作，那么，在下一线路始端短路时，保护装置不可避免地也将动作。这样，就不能保证应有的选择性。为了保证保护动作的选择性，将保护范围严格地限制在本线路以内，就应使保护的动作电流1.1opI大于最大运行方式下线路末端发生三相短路时的短路电流)3(.2.MAXfdI，即)3(.2.1.1MAXfdopII为了保证装置不误动，考虑到非周期分量、实际的短路电流大于计算值、保护装置的实际动作电流小于整定值、一定的裕度等因素，可引入可靠系数'=1.21.3kK～，则动作电流为：AIKIMAXfdkop411.3624.23.1)3(.2.'1.1，其中'kK取1.3灵敏性校验：最大运行方式下的最小保护范围：kmXIEZlMINS