电力系统继电保护课程设计.docx
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电力系统继电保护课程设计.docx
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电力系统继电保护课程设计
电力系统继电保护课程设计
指导教师评语
报告(30)
总成绩
修改(40)
平时(30)
专业:
电气工程及其自动化
班级:
电气093
2012年6月30日
1设计原始资料:
1.1具体题目
系统接线图如下图,发电机以发电机-变压器组方式接入系统,开机方式为两侧各开1台机,变压器T61台运行。
参数为:
=115/kV,=5Ω、5Ω、X1.T1==5Ω,X0.T1==15ΩΩ、Ω,,线路阻抗0.4Ω/km,、,
试对1、2、3、4进行零序保护的设计。
(说明:
可让不同的学生做1、2、3、4、处一至二处保护设计。
1.2要完成的内容
本课程设计主要对题目中所述系统进行零序保护的设计。
主要完成对1、3点的零序保护的设计。
通过对1、3点的保护方式的分析,短路电流的计算,进行零序三段电流保护,并对设计的保护进行灵敏度校验和整定时间的确定;最后进行有关设备的选择和评价。
2分析要设计的课题内容(保护方式的确定)
首先应该分析运行方式。
由于本题开机运行方式为两侧各开1台发电机,变压器T61台运行,所以不存在受最大运行方式和最小运行方式对零序保护的影响。
2.1设计规程
根据规定:
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。
.
规范规定:
110~220kV有效接地电力网线路,应按下列规定装设反应接地短路和相间短路的保护装置。
(1)对于接地短路:
①宜装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护;
②零序电流保护不能满足要求时,可装设接地距离保护,并应装设一段或两段零序电流保护作为后备保护。
(2)对于相间短路:
①单侧电源单回线路,应装设三相多段式电流或电压保护,如不能满足要求,则应装设距离保护;
②双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。
2.2本设计的保护配置
2.2.1主保护(零序电流保护)的配置
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、负序电流电压会很大,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得比较,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。
2.2.2后备保护(距离保护)配置
距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征,测量电压与电流的比值,该比值反应故障点到保护安装处的距离,如果短路点距离小于整定值,则保护装置动作。
在保护1、2、3和4处配备三段式距离保护,选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式。
3短路电流计算
3.1等效电路的建立
所有元件全运行时三序电压等值网络图如下图3.1、3.2、3.3所示。
3.2保护短路点的选取
选取B点为故障点。
3.3短路电流的计算
由已知得:
X1.A-B=61km×0.4/km=24.4
X1.B-C=40km×0.4/km=16
X0.A-B=61km×1.2/km=73.2
X0.B-C=40km×1.2/km=48
图3.1正序网络
图3.2负序网络
图3.3零序网络
(1)B母线单相接地短路时,故障端口正序阻抗:
=14.808Ω
=14.808Ω
=12.925Ω
所以故障端口的零序电流为:
=1.567KA
所以B相单相接地短路时流过保护1的零序电流分别为:
I0.1==0.233KA
(2)B母线两相接地短路时,流过保护1的零序电流为:
附加阻抗:
=6.885Ω
=3.071KA
=1.636KA
=0.243KA
=0.243KA
(3)C母线发生单相接地时,流过保护3的零序电流为:
=8.333Ω
=12.161Ω
发生单相接地短路是有:
=2.303KA
=0.435KA
发生两相接地短路时,流过保护3的零序电流为:
附加阻抗:
=4.945Ω
=5KA
=2.035KA
=0.385KA
可知
=0.435KA
4保护的配合及整定计算
4.1主保护的整定计算
4.1.1保护1,3的零序I段的配置和整定
零序电流I段按照躲开下级线路出口处单相或两相接地末端短路时可能出现的最大零序电流3I0.max。
由3.3的计算结果进行整定。
故零序I段整定为:
=0.875KA
=1.566KA
整定时间:
=0s。
4.1.2零序II段的配置和整定
图(4.1)分支系数
先求保护1的分支系数:
=5.35
保护1的零序II段定值为:
=0.337KA
灵敏系数:
==2.074>1.3
满足灵敏度要求
整定时间:
=0+0.5s=0.5s
保护3的零序II段定值为:
由C处发生两相接地短路时,流过保护3的零序电流最小
=3*0.385=1.155KA
由零序Ⅱ段保护的灵敏度要求有:
>1.3
则=0.889KA
整定时间:
=0+0.5s=0.5s。
4.1.3零序III段的配置和整定
(1)保护3的零序III段整定计算:
当C母线发生三相短路时,流过保护3处的最大不平衡电流:
=0.133KA,
保护3的不平衡电流:
=0.159KA
(2)保护1的零序Ⅲ段整定计算:
当B处发生三相短路时,流过1处的最大不平衡电流为:
=0.195KA
①保护1按躲过最大不平衡电流整定有:
=0.234KA
②保护1的Ⅲ段与保护3的Ⅲ段相互配合时有:
=0.0358KA
作为近后备保护
2.88>1.3
近后备要求满足;
动作时限:
假设保护1、2、3和4处都装设零序III段电流保护。
则:
tIII1=0.5s,tIII2=0s,tIII3=0s,tIII4=0.5s;保护2和3处都配置一个时间为0s的定时限过电流保护装置,保护1和4处各装置一个延时为0.5s的定时限过电流保护装置
综上可知:
在零序电流保护的配置和保护中,保护1和保护4均有I段、II段和III段,其中对于保护1中有。
而保护2和保护3配置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护并且都安装方向零序电流保护装置,其中对于保护3中有,整个系统的安全稳定运行。
5继电保护设备的选择
5.1互感器的选择
互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器,互感器将高电压、大电流按比例变成低电压(100,100/)和小电流(5,1A),其一次侧接在一次系统,二次侧接测量仪表与继电保护等。
互感器包括电流互感器和电压互感器两大类,结构上主要是电磁式的。
5.1.1电流互感器
电流互感器TA是将一次系统大电流转变为二次系统小电流的设备。
选择电流互感器时,应根据安装地点和安装方式选择其型式。
(1)种类和型式的选择。
选择互感器时,应根据安装地点和安装方式选择其型式。
3-20kV屋内配电装置的电流互感器,应选择瓷绝缘结构和树脂浇注式结构;35kV及以上配电装置宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式配电装置。
(2)一次回路额定电压和电流的选择。
一次回路额定电压
和
应满足:
(5.1)
(5.2)
当电流互感器用于测量时,其一次侧额定电流应尽量选择比实际正常工作电流大1/3左右,以保证测量仪表的最佳工作,并在负荷时有适当的指示。
电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择。
一般情况下可按变压器额定电流的1/3进行选择。
(3)准确级和额定容量的选择。
对测量精确度要求较大的大容量发电机、系统干线、发电企业上网电量等宜用0.2级;装于重要回路的互感器,准确级采用0.2—0.5级。
电流互感器的额定容量S2N是指电流互感器在额定二次电流I2N和额定二次阻抗Z2N下运行时,二次绕组输出的容量S2N=I2NZ2N。
国家标准规定:
电流互感器在额定负荷及下限负荷范围内,其误差才不会超过给定的准确等级。
(4)热稳定和动稳定校验。
电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It来表示热稳定校验式为
≥
(5.3)
对动稳定校验是对产品本身带有一次回路导体的电流互感器进行校验,对于母线从窗口穿过且无固定板的电流互感器可不校验动稳定。
由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验。
≥
或
≥
(5.4)
根据以上分析,选LGBJ-110kV干式电流互感器
5.1.2电压互感器的选择
电压互感器是把一次回路高电压呀转换为100V的电压,以满足继电保护﹑自动装置和测量仪表的要求。
在并联电容器装置中,电压互感器除作测量外,还作为放电元件。
(1)电压互感器种类和型式选择应根据装设地点和使用条件进行选择。
110-220kV配电装置当容量和准确级满足要求时,宜采用电容式电压互感器,也可采用油浸式;500kV均为电容式。
(2)额定电压和电流的选择:
≥
,
≥
(3)准确级。
规程规定,用于变压器,所用馈线,出线等回路中的电度表,供所有计算电费的电度表,其准确等级要求为0.5级,供运行监视估算电能的电度表,功率表和电压继电器等,期准确等级要求一般为1级,在电压二次回路上,同一回路接有几种不同型式和用途的表计时,应按要求等级高的仪表,确定为电压互感器工作的最高准确等级。
采用串联绝缘瓷箱式电压互感器,作电压、电能测量及继电保护用。
选定PT的型号为:
JCC-110。
5.2继电器(或微机保护装置、测控保护单元)的选择
5.2.1按使用环境选型
使用环境条件主要指温度(最大与最小)、湿度(一般指40摄氏度下的最大相对湿度)、低气压(使用高度1000米以下可不考虑)、振动和冲击。
此外,尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。
由于材料和结构不同,继电器承受的环境力学条件各异,超过产品标准规定的环境力学条件下使用,有可能损坏继电器,可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。
对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围,最好不选用交流电激励的继电器。
选用直流继电器要选带线圈瞬态抑制电路的产品。
那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方,也要选有瞬态抑制电路的产品。
5.2.2按输入信号不同确定继电器种类
按输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器,若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器,恒定电压值则选用电压继电器。
5.2.3输入参量的选定
与用户密切相关的输入量是线圈工作电压(或电流),而吸合电压(或电流)是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。
对用户来讲,它只是一个工作下极限参数值。
控制安全系数是工作电压(电流)/吸合电压(电流),如果在吸合值下使用继电器,是不可靠的、不安全的,环境温度升高或处于振动、冲击条件下,将使继电器工作不可靠。
整机设计时,不能以空载电压作为继电器工作电压依据,而应将线圈接入作为负载来计算实际电压,特别是电源内阻大时更是如此。
当然,并非工作值加得愈高愈好,超过额定工作值太高会增加衔铁的冲击磨损,增加触点回跳次数,缩短电气寿命,一般,工作值为吸合值的1.5倍,工作值的误差一般为±10%。
5.2.4根据负载情况选择继电器触点的种类和容量
实践证明,约70%的故障发生在触点上,触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。
动合触点组和转换触点组中的动合触点对,由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大,其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高,整机线路可通过对触点位置适当调整,尽量多用动合触点。
根据负载容量大小和负载性质(阻性、感性、容性、灯载及马达负载)确定参数十分重要。
认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的,一般说,继电器切换负荷在额定电压下,电流大于100mA、小于额定电流的75%最好。
电流小于100mA会使触点积碳增加,可靠性下降,故100mA称作试验电流,是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。
由于一般继电器不具备低电平切换能力,用于切换50mV、50μA以下负荷的继电器,用户需注明,必要时应请继电器生产厂协助选型。
继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下,负载为阻性的动作次数,当超出额定电压时,可参照触点负载曲线选用。
当负载性质改变时,其触点负载能力将发生变化。
6二次展开原理图的绘制
6.1保护1的原理接线图及展开图
保护1的原理图如图6.1,展开图如图6.2、图6、3所示。
图6.1原理接线图
图6.2交流回路图6.3直流回路
6.2保护3的原理接线图及展开图
保护3的原理图类似于图6.1,交流回路展开图类似图6.2,直流回路展开图类似图6.3。
7保护的评价
对零序电流保护的评价:
零序电流保护通常由多段组成,一般是四段式,并可根椐运行需要增减段数。
为了某些运行情况的需要,也可设置两个一段或二段,以改善保护的效果。
接地距离保护的一般是二段式,一般都是以测量下序阻抗为基本原理。
接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大。
当线路配置了接地距离保护时,根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流保护。
特别是零序电流保护中最小定值的保护段,它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。
因此,零序电流保护不宜取消,但可适当减少设置的段数。
零序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成,其整定配合遵循反映同种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则,主要考虑与相邻下一级的接地保护相配合;当装设接地短路故障的保护时,则一般在同原理的保护之间进行配合整定。
体会
本次设计是针对与110KV电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析计算和整定的。
通过具体的短路电流的计算和继电保护“四性”的总要求进行了零序电流三段式保护。
由于本次设计涉及到不同运行方式下的不同类型的短路电流的计算,这对本次设计增加了难度。
通过这次设计,在获得知识之余,还加强了个人的独立提出问题、思考问题、解决问题能力,从中得到了不少的收获和心得。
在思想方面上更加成熟,个人能力有进一步发展,本次课程设计使本人对自己所学专业知识有了新了、更深层次的认识。
在这次设计中,我深深体会到理论知识的重要性,只有牢固掌握所学的知识,才能更好的应用到实践中去。
这次设计提高了我们思考问题、解决问题的能力,它使我们的思维更加缜密,这将对我们今后的学习、工作大有裨益。
此次课程设计能顺利的完成与同学和老师的帮助是分不开的,在对某些知识模棱两可的情况下,多亏有同学的热心帮助才可以度过难关;更与老师的悉心教导分不开,在有解不开的难题时,多亏老师们的耐心指导才使设计能顺利进行。
在此衷心再次感谢老师的悉心教导和各位同学的帮助。
参考书目
[1]宋志明.继电保护原理与应用[M].北京:
中国电力出版社,2007,38-43
[2]马永翔,王世荣,于群,赵栩.电力系统继电保护[M].北京:
中国林业出版社,2006,44-63
[3]何仰赞.电力系统分析(第三版)[M].武汉:
华中科技大学出版社,2002,121-124
[4]中铁电气化局集团有限公司,中铁电气化勘测设计研究院.TB1009-2005铁路电力牵引供电设计规范.北京:
中华人民共和国铁道部,2005
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