电力系统继电保护课程设计

电力系统继电保护课程设计选题标号：3号三段式距离保护班级：12电气1班姓名：郭宇飞学号：12020069指导教师：王馨漪日期：2015年12月30日天津理工大学中环信息学院电力系统继电保护课程设计评语：平时考核（30）纪律（20）答辩（50）总成绩（100）天津理工大学中环信息学院目录第一章：选题背景………………………………………………………………011.1选题意义………………………………………………………………011.2设计的原始资料………………………………………………………011.3要完成的内容…………………………………………………………02第二章：继电保护方案的设计…………………………………………………022.1设计规程………………………………………………………………022.2本设计的保护配置…………………………………………………03第三章：距离保护的相关计算…………………………………………………043.1等效电路的建立…………………………………………………………043.2对线路L1进行距离保护的设计……………………………………043.3对线路L3进行距离保护的设计……………………………………07第四章：电路的工作原理…………………………………………………………094.1电路的工作原理图………………………………………………………094.2绝对值比较电压回路……………………………………………………10第五章：实验验证…………………………………………………………………115.1实验的原理图……………………………………………………………115.2实验的接线图……………………………………………………………115.3实验步骤…………………………………………………………………125.4实验结果…………………………………………………………………13第六章：继电保护设备的选择…………………………………………………146.1继电器的选择……………………………………………………………14结论…………………………………………………………………………………14参考文献……………………………………………………………………………15电力系统继电保护课程设计1第一章：选题背景1.1选题意义本设计是在学习了电力系统继电保护原理专业课程及相关专业课后的设计尝试，通过这次的课程设计是对继电保护原理这门课程的一次综合性检测。继电保护装置是安装在被保护元件上，反应被保护元件故障或不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它要自动，迅速，有选择性地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，并保证其他非故障元件正常运行，其基本要求如下：选择性，速动性，灵敏性和可靠性。随着电子科技和计算机技术的飞速发展，继电保护技术也发生了巨大的变化。尤其是微机保护的推广应用、计算机网络和光纤通信的普及使继电保护技术发生了革命性的变化。继电保护正在沿着微机化，网络化，保护、控制、信号、测量和数据通信一体化，后备保护和安全自动装置的广域集中化和电流、电压变换的光学化的方向前进，使继电保护依然保持着学科的完整性和先进性。电力系统的飞速发展对继电保护技术不断提出愈来愈高的要求，而电子技术、计算机技术和通信技术的日新月异又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此电力系统继电保护技术是电力系统学科中最活跃的领域。我国的继电保护技术在建国后60余年已经历了机电式保护、晶体管保护、集成电路保护和微机保护四个时代，并且电力系统向着大机组、超高压、特高压、长距离、全国联网的方向发展。科学技术的进步，预示着继电保护技术仍将有更大的发展。本设计着重的阐明了距离保护的三段式整定。距离保护目前应用较多的是保护电网间的相间短路，对于大接地电流电网中的接地故障可由简单的阶段式零序电流保护装置切除，或者采用接地距离保护。通常在35kv电网中，距离保护作为复杂网络相间短路的主保护，本次课程设计的主要目的即是通过对一条已知参数的电网中对保护装置参数的计算，来了解距离保护，知道距离保护如何满足更高电压等级复杂网络快速，有选择性的切除故障元件的要求，为什么会在高压电网中快速应用，得到发展。1.2设计原始资料具体题目如下图所示网络，系统参数为：373kVE,112GZ、220GZ、315GZ，12125LLkm、370Lkm，42BCLkm，25CDLkm，20DELkm，线路阻抗0.4/km，电力系统继电保护课程设计2'1.2relK、'''''1.15relrelKK，.max150BCIA，.max250CDIA，.max200DEIA，1.5ssK，0.85reKG1G2G3987645123ABCDEL1L2L3对线路L1、L3进行距离保护的设计。1.3要完成的内容我们要完成的内容是实现对线路的距离保护，而在本次设计中，我们要完成保护9和保护8，保护5和保护4相关的距离保护，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。对于动作于跳闸的继电保护功能来说，最为重要的是判断出故障处于规定的保护区内还是保护区外，至于区内或区外的具体位置，一般并不需要确切的知道。可以用相位比较的方法来实现距离保护。具体要完成的内容如下：（1）：对距离保护的相关计算（2）：时间的整定（3）：灵敏度校验（4）：电路的工作原理图（5）：保护配置及设备的选择（6）：实验验证第二章：继电保护方案的设计2.1设计规程（1）：分析材料（2）：对距离保护的相关计算（3）：时间的整定（4）：灵敏度校验电力系统继电保护课程设计3（5）：绘制电路的工作原理图（6）：保护配置及设备的选择（7）：实验验证（8）：评价及结论2.2本设计的保护配置本设计的保护配置主要由主保护配置和后备保护配置构成，其中，距离保护Ⅰ段与Ⅱ段联合工作，构成本线路的主保护。设置距离保护Ⅲ段作为本级线路距离保护Ⅰ段、Ⅱ段的近后备保护。2.2.1主保护配置距离保护的主保护是距离保护Ⅰ段和距离保护Ⅱ段，联合工作构成本线路主保护。（1）距离保护第Ⅰ段距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的，是保护本身的固有动作时间。其第Ⅰ段保护本应保护线路全长，即保护范围为全长的100％，然而实际上却是不可能的，因为当线路出口处短路时，保护2第Ⅰ段不应动作，为此，其启动阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗错误!未找到引用源。，即错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。,考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，需引入可靠系数错误!未找到引用源。（一般取0.8~0.85），则保护Ⅰ的第一段整定值为：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。。同理，保护2的Ⅰ段一次整定值为：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。如此整定后，距离Ⅰ段就只能保护本线路全长的80％-85％，这是一个严重缺点。为了切除本线路末端15％-20％范围以内的故障，就需设置距离保护第Ⅱ段。（2）距离保护第Ⅱ段距离Ⅱ段整定值的选择是类似于限时电流速断的，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。2.2.2后备保护配置距离保护的后备保护是距离保护第Ⅲ段，装设距离保护第Ⅲ段是为了作为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为Ⅰ、Ⅱ段的后备保护。对距离Ⅲ段整定值的考虑是与过电流保护相似的，其启动阻抗要按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来选择，而动作时限应使其比距离Ⅲ段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个△t。电力系统继电保护课程设计4第三章：距离保护的相关计算3.1等效电路的建立图3.1等效电路图3.2对线路L1进行距离保护的设计3.2.1线路L1的Ⅰ段整定计算（1）动作阻抗：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。*Z*错误!未找到引用源。(3-1)式中：错误!未找到引用源。--被保护线路L1的长度；Z--被保护线路单位长度的阻抗；错误!未找到引用源。--可靠系数；错误!未找到引用源。--距离保护Ⅰ段的动作阻抗；其中：错误!未找到引用源。=125km，Z=0.4Ω/km，错误!未找到引用源。=1.2，代入上式得：错误!未找到引用源。=1.2*0.4*125=60Ω（2）动作时间：错误!未找到引用源。=0s（3）灵敏度检验：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。*100%=错误!未找到引用源。*100%=120%80%电力系统继电保护课程设计53.2.2线路L1的Ⅱ段整定计算（1）动作阻抗：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=0.4*125=50Ω错误!未找到引用源。=0.4*70=28Ω错误!未找到引用源。=0.4*42=16.8Ω错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。*（错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。*错误!未找到引用源。）(3-2)式中：错误!未找到引用源。—可靠系数错误!未找到引用源。—线路AB的阻抗错误!未找到引用源。—线路错误!未找到引用源。对线路L1的分支系数，其求法如下：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。+1(3-3)错误!未找到引用源。--线路错误!未找到引用源。的Ⅰ段整定阻抗，其值为：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。Z其中，错误!未找到引用源。=12Ω，错误!未找到引用源。=20Ω，错误!未找到引用源。=15Ω，代入公式得错误!未找到引用源。为：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。+1=2.34其中：错误!未找到引用源。=1.15，代入错误!未找到引用源。得错误!未找到引用源。=1.15*（50+2.34*16.8*1.2）=111.75Ω（2）动作时间：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。+△t=0.5s（3）灵敏度检验：K=错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=2.241.25因此，满足要求。3.2.3线路L1的Ⅲ段整定计算（1）动作阻抗：错误!未找到引用源。=0.4*25=10Ω错误!未找到引用源。=0.4*20=8Ω与相邻线路的Ⅱ段配合：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。*(错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。*错误!未找到引用源。)(3-4)式中：错误!未找到引用源。—为可靠系数；电力系统继电保护课程设计6错误!未找到引用源。—线路错误!未找到引用源。对线路错误!未找到引用源。的分支系数，单线系时，其值为1；错误!未找到引用源。—距离Ⅲ段的动作阻抗；错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。*错误!未找到引用源。=1.2*10=12Ω错误!未找到引用源。=1.15*（16.8+12）=33.12Ω错误!未找到引用源。=1.15*（50+33.12）=95.59Ω（2）灵敏度校验：K1=错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=1.911.5K2=错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=1.431.2（3）动作阻抗：与相邻线路的Ⅲ段配合：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。*(错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。*错误!未找到引用源。)（3-5）错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。*（错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。*错误!未找到引用源。）(3-6)错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。*（错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。*错误!未找到引用源。）(3-7)将数字代入各个公式得：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。*错误!未找到引用源。=1.2*20*0.4=9.6Ω错误!未找到引用源。=1.15*（10+9.6）=22.54Ω错误!未找到引用源。=1.15*（16.8+22.54）=45.24Ω错误!未找到引用源。=1.15*（50+45.24）=109.53Ω（4）灵敏度校验：K3=错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=2.191.5K4=错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=1.641.2（5