继电保护课程设计报告..

继电保护原理课程设计报告评语：考勤（10）守纪（10）设计过程（40）设计报告（30）小组答辩（10）总成绩（100）专业：班级：姓名：学号：指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院2014年7月11日继电保护原理课程设计报告11设计原始资料1.1具体题目如下图所示网络，系统参数为:3115=EkV,Ω15=1GX、Ω11=2GX、Ω10=3GX，61==21LLkm、41=3Lkm，51=BCLkm、31=CDLkm、30=DELkm，线路阻抗/Ω4.0km,85.0=relK、85.0=K==ⅢⅡⅠrelrelrelKK，311=max.BCIA、211=max.CDIA、151=max.CEIA，5.1ssK，15.1=reKG1G2G39845123ABCDEL1L3试对线路L1、L2、L3进行距离保护的设计。1.2要完成的内容在本次课程设计中，我所设计的是对线路中的第2,5处装置进行三段式的距离保护。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。2分析要设计的课题内容2.1设计规程根据继电保护在电力系统中所担负的任务，一般情况下，对动作于跳闸的继电保护在技术上有四条基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。这几个之间，紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力原件的继电保护。充分发挥和利用继电保护的科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性发挥最大效能。(1)可靠性可靠性是指保护该动作时应动作，不该动作时不动作。为保证可靠性，宜选用性电力系统继电保护课程设计报告2能满足要求、原理尽可能简单的保护方案。(2)选择性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、线路的保护或断路器失灵保护切除故障。为保证选择性，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（如起动与跳闸元件、闭锁与动作元件），其灵敏系数及动作时间应相互配合。(3)灵敏性灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生故障时，保护装置具有的正确动作能力的裕度，灵敏性通常用灵敏系数或灵敏度来衡量，增大灵敏度，增加了保护动作的信赖性，但有时与安全性相矛盾。对各类保护的的灵敏系数的要求都作了具体规定，一般要求灵敏系数在1.2-2之间。(4)速动性速动性是指保护装置应能尽快地切除故障，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。110kV及以上电压等级的线路，由于其负荷电流大，距离长，用电流保护往往不能满足技术要求，而需要采用距离保护。这是因为与电流保护相比，距离保护有以下优点：①敏度较高。因为阻抗IUZ=，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，阻抗Z减小得多。②保护范围与选择性基本上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迅速动作的范围长。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较长。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主保护配置距离保护Ⅰ段和距离保护Ⅱ段构成距离保护的主保护。(1)距离保护的Ⅰ段电力系统继电保护课程设计报告3ABC123图2.1距离保护网络接线图瞬时动作，Ⅰt是保护本身的固有动作时间。保护1的整定值应满足：ABΙsetZZ1考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，引入可靠系数ΙrelK(一般取0.8—0.85)，则ABΙrelΙsetZKZ=1同理，保护2的Ⅰ段整定值为：BCΙrelΙsetZKZ=2如此整定后，保护的Ⅰ段就只能保护线路全长的80%—85%，这是一个严重的缺点。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第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t的时限，以保证选择性,例如在图2.1中，当保护2第Ⅰ段末端短路时，保护1的第二段保护的测量阻抗为：ΙsetABmZZZ2+=引入可靠系数ΙΙrelK(一般取0.8)以及分支系数b.minK，则保护1的Ⅱ段的整定阻抗为：[]BCABΙsetbABΙΙrelΙΙsetZZZKZKZ)85.0~8.0(+8.0=)+(=2min.12.2.2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段与距离Ⅱ段的后备保护，还应该装设距离保护第Ⅲ段。距离Ⅲ段：整定值与过电流保护相似，其启动阻抗要按躲开正常运行时的负荷阻抗来选择，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保护的最大动作时限高出一个tΔ。3距离保护整定计算3.1等效电路建立及短路点选取3.1.1保护2等效电路建立及短路点选取电力系统继电保护课程设计报告4保护2等效电路建立及短路点选取如图3.1所示。CD2图3.1保护1等效电路3.1.2保护5等效电路建立及短路点选取保护5等效电路建立及短路点选取如图3.2所示。G3L345图3.2保护5等效电路4保护的配合及整定计算4.1保护2处的距离保护的整定与校验4.1.1保护2处的距离保护第I段整定(1)保护装置2处的I段整定阻抗为1relset.2Z=CDIILKZ4.0×31×85.0=Ω54.10=式中IZset.2—保护2处的距离I段的整定阻抗；CDL—被保护线路CD的长度；1Z—被保护线路单位长度的阻抗；IKrel—可靠系数；(2)动作时间电力系统继电保护课程设计报告5s0=It（第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。4.1.2保护2处的距离保护第Ⅱ段整定(1)与相邻线路DEL距离保护I段相配合，保护2处的Ⅱ段的整定阻抗为）DECDIIIILZKLKZ1b.min1relset.2+Z(=b.minK是保护1的I段末端发生短路时对保护2而言的最小分支系数，由于其没有分支支路，故其分支系数为1于是=2.ΙΙsetZ()Ω68.17=21×4.0×1+4.0×31×85.0(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25.143.1=4.0×3168.17=Z=Dset.2senCΙΙZK满足要求(3)动作时间与相邻保护1距离I段保护配合，则，s5.0=Δ+=12tttIII它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。4.1.3保护2处的距离保护第Ⅲ段整定(1)整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗minLZ来整定计算的，所以有ssreLⅢsetKKKZrelmin2.Z=Ω89.270=211.0×3110×9.0==max.min.LminLLIUZ其中85.0=relK，15.1=reK，5.1ssK，于是Ω04.157=5.1×15.183.0×89.270=2.ⅢsetZ(2)灵敏度校验距离保护Ⅲ段，即作为本线路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，计算式为5.166.12=4.0×3104.157=Z=set.2senCDIIIZK满足要求电力系统继电保护课程设计报告6作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算式为2.155.7=4.8×1+4.1204.157=+Z=maxbset.2senDECDIIIZKZK。满足要求(3)动作延时为s1=Δ+=12tttIIIIII4.2保护5处的距离保护的整定与校验4.2.1保护5处距离保护的第I段整定(1)保护5处的I段的整定阻抗为1relset.5Z=ABIILKZΩ97.13=4.0×41×85.0=k式中IZset.5—距离I段的整定阻抗；ABL—被保护线路ABL的长度；1Z—被保护线路单位长度的阻抗；IKrel—可靠系数；(2)动作时间s0=It（第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。4.2.2保护5处距离保护的第Ⅱ段整定(1)与相邻线路BCL距离保护I段相配合，线路L2的Ⅱ段的整定阻抗为）BCLIIIILZKLKZ1b.min13relset.5+Z(=b.minK—线路BCL对线路3L的最小分支系数，其求法为XG1XG2XG3ZL1I1ZL3IZBC图4.2.2等效电路图Ω15=1XGΩ11=2XGΩ11=3XG1=XGZ//2XG=11+1511×15=6.3电力系统继电保护课程设计报告7IZXGZZZZILLL33111++++===4.16+11+4.24+3.64.24+3.6I0.53Ib.minK=1II=II53.0=1.89于是=5.ⅡsetZ()Ω7.46=51×4.0×89.1+4.0×41×85.0(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25.184.2=4.0×417.46=Z=3set.5senLΙΙZK满足要求(3)动作时间，与相邻线路CBL距离I段保护配合，则，s5.0=Δ+=35tttIII它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。4.2.3保护5处距离保护的第Ⅲ段整定(1)整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗minLZ来整定计算的，所以有ssLⅢsetKKKZreminrel5.Z=Ω79.182=311.0×3110×9.0==maxmin2LminLIUZ其中85.0=relK，15,1=reK5.1=ssK，于是Ω07.90=5.1×15.185.0×79.182=5.ⅢsetZ(2)灵敏度校验距离保护Ⅲ段，即作为本线路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，计算式为5.149.5=4.0×4107.90=Z=3set.5senLIIIZK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，计算式为BCLIIIZKZKmax.b1set.5sen+Z=满足要求电力系统继电保护课程设计报告8其中，max.bK的求法为Xs1.maxXs2.maxXs3.minZL1I1ZL3IZBCZCD图4.2.3等效电路图89.1=1+4.24+3.64.16+11=1+++==1max.3min.31max.bLSLSZXZXIIK其中，max.2max.1max.//=SSSXXX2.164.1=4.20×89.1+4.1607.90=+Z=max.b3set.5senBCLIIIZKZK满足要求(3)动作延时为s2=Δ3+=15tttIIIIII5继电保护设备的选择5.1互感器的选择互感器是按比例变换电压或电电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或10A，均指额定值)，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。5.1.1电流互感器的选择(1)形式的选择：根据安装的地点及使用条件，选择电流互感器的绝缘结构、安装方式、一次绕组匝数等。对于6-20kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35kV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。选用母线式互感器时，应该校核其窗口允电力系统继电保护课程设计报告9许穿过的母线尺寸。(2)额定电