继电保护原理课程设计报告

继电保护原理课程设计报告11设计原始资料1.1具体题目如图1所示网络，系统参数为：𝐸𝜑=115/√3kV，XG1=15Ω、XG2=10Ω、XG3=10Ω,L1=L2=60km、L3=40km，LB-C=50km,LC-D=30km，LD-E=20km，线路阻抗0.4Ω/km，KrelⅠ=KrelⅡ=KrelⅢ=0.85，IB-C.max=300A、IC-D.max=200A、ID-CEmax=150A，KSS=1.5，Kre=0.85G1G2G39845123ABCDEL1L3图1某线路接线图试对线路L1、L2、L3进行距离保护的设计（选择计算3、5处保护）。1.2要完成保护设计内容距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。本设计要完成的内容是：（1）对线路的距离保护原理和设计原则的简述，并对线路各参数进行分析及对线路L1、L2、L3进行距离保护的具体整定计算并注意有关细节，并对图中3和5处的保护进行计算选择，设计以上两处的保护。（2）同时对以上两处的住保护、后备保护所需要的互感器以及继电器进行选择，简述原因。（3）画出保护测量回路，跳闸回路原理图。继电保护原理课程设计报告22设计的课题内容的保护规程及配置2.1设计规程距离保护在电力系统正常运行情况下，并不需要他们动作，而在电力系统发生故障或异常情况时，需要继电保护装置判断准确、行为迅速、反应灵敏、动作可靠，从而提高电力系统的安全性、稳定性，在我国，对于继电保护的要求称为“保护四性”，即可靠性、选择性、速动性、灵敏性。距离保护有以下优点：①灵敏度较高。因为阻抗Z=U/I，阻抗继电器反映了正常情况与短路时电流、电压值的变化，短路时电流I增大，电压U降低，因此阻抗Z减小很多。②保护范围与选择性基本不受系统运行方式的影响。由于短路点至保护安装处的阻抗取决于短路点至保护安装处的电距离，基本上不受系统运行方式的影响，因此，距离保护的保护范围与选择性基本上不受系统运行方式的影响。③迅速动作范围长。距离保护第一段的保护范围比电流速断保护范围长，距离保护第二段的保护范围比限时电流速断保护范围长，因而距离保护迅速动作的范围长。距离保护比电流保护复杂，投资多，但由于上述优点，在电流保护下不能满足技术要求的情况下应当采用距离保护。2.2本设计的保护配置2.2.1主保护配置选用三段式距离保护，距离Ⅰ段和距离Ⅱ段作为主保护。（1）距离Ⅰ段保护的Ⅰ段就只能保护线路全长的80%～85%，这是一个最大的缺点，为了切除本线路末端15%～20%范围以内的故障，就需要设置距离保护Ⅱ段。（2）距离Ⅱ段整定值的选择和限时电流速断相似，即应使其不超出下一条线路距离Ⅰ段的保护范围，同时带有高出一个Δt的时限，以保证选择性。2.2.2后备保护配置为了作为相邻线路的保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为距离Ⅰ段与Ⅱ段的后备保护，还应该装设距离保护Ⅲ段。距离Ⅲ段，整定值与过电流保护相似，其启动阻抗要按与相邻下级线路距离保护Ⅱ段或Ⅲ段配合整定，动作时限还按照阶梯时限特性来选择，并使其比距离Ⅲ段保护范围内其他各级保护的最大动作时限高出一个Δt。继电保护原理课程设计报告33保护的配合及整定计算有关各元件阻抗值的计算及其等效电路图如图2所示：线路正序阻抗：Z𝐿1=𝑧1·L1=0.4×60=24Ω，𝑍𝐿3=𝑧1·L3=0.4×40=16Ω，ZB-C=𝑧1·𝐿𝐵−𝐶=0.4×50=20Ω,Z𝐶−𝐷=𝑧1·L𝐶−𝐷=0.4×30=12Ω，𝑍𝐷−𝐸=𝑧1·L𝐷−𝐸=0.4×20=8Ω。等效电路图：G1G2ABCDE12Ω8Ω123458920Ω15Ω10Ω10Ω24Ω16Ω图2等效电路图3.1保护的整定计算(1)距离保护Ⅰ段的整定值计算：ZsetⅠ=KrelⅠL1z1(3-1)式中,ZsetⅠ为距离Ⅰ段的整定阻抗；L1为被保护线路的长度；z1为被保护线路单位长度阻抗0.4Ω/km；KrelⅠ为可靠系数，题中KrelⅠ取0.85。(2)距离保护Ⅱ段：①整定值计算（与相邻线路距离保护Ⅰ段相配合）：ZsetⅡ=KrelⅡ(Zb+Kb.minZset.nextⅠ）(3-2)式中，Zb为当前被保护线路的阻抗值；Zset.nextⅠ为当前被保护线路的下一段线路Ⅰ段阻抗整定值；KrelⅡ为可靠系数，为确保在各种运行方式下保护Ⅱ段范围不会超过下一段保护Ⅰ段范围；Kb.min为分支系数，因为距离保护是欠压保护，应取各种情况下的最小值。继电保护原理课程设计报告4②灵敏度校验：Ksen=ZsetⅡZb1.25(3-3)③动作延时：tⅡ=tⅠ+Δt(3-4)(3)距离保护Ⅲ段的整定值计算：①整定阻抗a.按与相邻线路距离保护Ⅱ段相配合：ZsetⅢ=KrelⅢ(Zb+Kb.minZset.nextⅡ)(3-5)式中，Zb为当前被保护线路的阻抗值；KrelⅢ为可靠系数，取KrelⅢ=0.85；Kb.min为分支系数，因为距离保护是欠压保护，应取各种情况下的最小值；Zset.nextⅡ为当前被保护线路的下一段线路Ⅱ段阻抗整定值。b.按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定：ZL.min=UL.minIL.mzx=(0.9~0.95)UNIL.max(3-6)式中，ZL.min为最小负荷阻抗；UL.min为正常运行母线电压的最低值；IL.mzx为被保护线路最大负荷电流；UN为母线额定相电压。考虑到电动机自启动的情况下，保护Ⅲ段必须立即返回的要求，若采用全阻抗特性，则整定值为：ZsetⅢ=KrelKssKreZL.min(3-7)式中，Krel为可靠系数，取Krel=0.85；Kre为返回系数，取Kre=0.85；Kss为电动机自启动系数，取Kss=1.5。②灵敏度校验a．作为近后备时：Ksen(1)=ZsetⅢZb≥1.5(3-8)b．作为远后备时：Ksen(2)=ZsetⅢZb+Kb.maxZnext≥1.2(3-9)式中，Znext为相邻线路的阻抗；Kb.max为分支系数最大值，以保证在各种运行方式下保护动作的灵敏性。3.1.1保护3的距离保护与整定计算继电保护原理课程设计报告51．保护3处Ⅰ段保护的整定计算(1)根据式(3-1)，阻抗整定值：Zset.3Ⅰ=0.85×20=17Ω(2)动作延时：t3Ⅰ=0s(第I段实际动作时间为保护装置固有的动作延时)2．保护3处Ⅱ段保护的整定计算(1)整定阻抗：根据式(3-2)，此时Kb.min=1(为了确保各种运行方式下保护3的Ⅱ段范围不超过保护2的I段范围)Zset.2Ⅰ=KrelⅠZ𝐶−𝐷=0.85×12=10.2ΩZset.3Ⅱ=KrelⅡ(LB−Cz1+Kb.minZset.2Ⅰ)=0.85×(20+10.2)=25.67Ω(2)灵敏度校验：距离保护Ⅱ段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足式(3-3)Ksen=Zset.3ⅡZB−C=25.6720=1.281.25满足要求。(3)动作延时：与相邻保护2的Ⅰ段保护配合，则根据式(3−4)t3Ⅱ=t2Ⅰ+Δt=0.5s它能满足与相邻保护配合的要求。3．保护3处Ⅲ段保护的整定计算(1)整定阻抗：按式（3−6），则ZL.min=UL.minIB−C.max=0.9UNIB−C.max=0.9×110√3×0.3=190.53Ω因为继电器取为全阻抗圆特性，按式（3−7），则Zset.3Ⅲ=KrelKssKreZL.min=0.851.5×0.85×190.53=127.02Ω(2)灵敏度校验：距离保护Ⅲ段，既作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，根据式（3−8）得：Ksen(1)=Zset.3ⅢZB−C=127.0220=6.351≥1.5满足要求。继电保护原理课程设计报告6作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验（其中Kb.max=1），根据式（3−9）得：Ksen(2)=Zset.3ⅢZB−C+Kb.max𝑍𝐶−𝐷=127.0220+1×12=3.97≥1.2满足要求。(3)动作延时因为距离保护Ⅲ段一般不经振荡闭锁，其动作延时不应该小于最大的振荡周期(1.5~2s)，故取：t2Ⅲ=2s。t3Ⅲ=t2Ⅲ+Δt=2.5s..保护𝟓的距离保护与整定计算1．保护5处Ⅰ段保护的整定计算(1)根据式(3−1)，保护5处的阻抗整定值为：Zset.5Ⅰ=0.85×16=13.6ΩZset.3Ⅰ=0.85×20=17Ω(2)动作延时：t5Ⅰ=0s(第I段实际动作时间为保护装置固有的动作延时)2．保护5处Ⅱ段保护的整定计算如图3所示为整定距离Ⅱ段时求Kb.min的等值电路。G1G2ABG3XG1XG2XG3I5I3ZL3ZL10.85ZB-C0.15ZB-C图3整定距离Ⅱ段时求Kb.min的等值电路Kb.min的计算如下：Kb=I3I5=(𝑋𝐺1//𝑋𝐺2)+𝑍𝐿1+𝑋𝐺3+𝑍𝐿3𝑋𝐺1//𝑋𝐺2+𝑍𝐿1×(1+0.15)𝑍𝐵−𝐶2𝑍𝐵−𝐶=6+24+10+1630=1.87(1)整定值计算（与相邻线路距离保护Ⅰ段相配合）：根据式(3−2)得：Zset.5Ⅱ=KrelⅡ(L3z1+Kb.minZset.3Ⅰ)=0.85×(40×0.4+1.87×17)=40.62Ω继电保护原理课程设计报告7(2)灵敏度校验：根据式(3−3)得：=2.541.25Ksen=Zset.5ⅡZL3=40.6216=2.541.25满足要求。(3)动作延时：根据式(3−4)得：t5Ⅱ=t3Ⅰ+Δt=0.5s3.保护5处Ⅲ段保护的整定计算(1)整定阻抗：根据式(3−5)得：Zset.5Ⅲ=KrelⅢ（ZL3+Kb.minZset.3Ⅱ）=0.85×(16+1.87×25.67)=54.40Ω(2)灵敏度校验：距离保护Ⅲ段，既作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，根据式（3−8）得：Ksen(1)=Zset.5ⅢZL3=54.4016=3.4≥1.5满足要求。作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验（其中Kb.max=1.87），根据式（3−9）得：Ksen(2)=Zset.5ⅢZL3+Kb.max𝑍𝐵−𝐶=54.4016+1.87×20=1.041.2不满足要求，需要重新选定保护5的Ⅲ段整定值，根据式（3−9）可得：Zset.5Ⅲ≥64.08Ω又由式(3−5)得：Zset.3X≥31.76Ω又因为Zset.3Ⅲ=127.02≥31.76Ω满足灵敏性条件，所以保护3的Ⅲ段和保护5的Ⅲ段相配合：Zset.5Ⅲ=KrelⅢ（ZL3+Kb.minZset.3Ⅲ)=0.85×(16+1.87×127.02)=215.50Ω再根据式（3−9）得：Ksen=Zset.5ⅢZL3+Kb.max𝑍𝐵−𝐶=215.5016+1.87×20=4.04≥1.2满足要求。继电保护原理课程设计报告8(3)动作延时：t5Ⅲ=t3Ⅲ+Δt=2.5s+0.5s=3s4继电保护设备的选择4.1电流互感器的选择假设互感器安装地点在屋内，安装处线路Imax=350A，电网的额定电压UNS=110kv。电流互感器的选择应满足：UN≥UNSIN=KIN1≥Imax（A）式中，K为温度修正系数；IN1为电流互感器一次侧额定电流。由此可选型号为LCWB-110屋外型电流互感器，变比为400/5，准确级0.5，额定阻抗ZN2=0.4Ω，热稳定倍数Kt=75，动稳定倍数Kes=135。热稳定校验：（KtIN1）2≥Qk动稳定校验：√2IN1Kes≥iM4.2电压互感器的选择根据电压等级选型号为JDR-110的电压互感器，变比为110000/100。4.2继电器的选择继电器型号的选择如下：DZB-12B出口中间继电器