单侧电源网络三段式相间电流保护设计

电力系统继电保护期末考试院、系专业发电厂及电力系统学号论文名称单侧电源网络三段式相间电流保护设计姓名项目分数签名知识点答辩成绩课程设计论文成绩总分评阅教师签字：（试卷为论文、设计图、报告的在给出成绩的同时须由评阅人写出评语）试卷评语评阅教师签字：2012年6月5日单侧电源网络三段式相间电流保护设计作者：班级20103094摘要：电网相间短路的电流保护是根据短路时电流增大的特点构成的，在单侧电源辐射形网络中采用阶段式电流保护，它由无时限电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护组成，可根据实际情况采用两段式或三段式。无时限电流速断保护、限时电流速断保护共同构成电流的主保护，定时限过电流保护是本线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护。设计首先是对保护原理进行分析，保护的整定计算及灵敏性效验。设计内容包括原理分析、保护整定计算和灵敏性校验。电力系统继电保护是反映电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态而动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。电力系统继电保护的基本作用是：全系统范围内，按指定分区实时地检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警信号等措施，以求最大限度地维持系统的稳定、保持供电的连续性、保障人身的安全、防止或减轻设备的损坏。随着电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的求，电子技术、计算机技术与通讯技术的飞速发展又为电力系统继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。关键词：继电保护、整定计算、故障分析、设计原理引言：电力系统是由发电、变电、输电、供电、配电、用电等设备和技术组成的一个将一次能源转换为电能的同一系统。电能是现代社会中最重要、也是最为方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换为电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并分配电能，再通过各种设备转换为用户需要的其它形式的能量。在输送电能的过程中电力系统希望线路有比较好的可靠性，因此在电力系统受到外界干扰时，保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作，从而切断故障点，极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设计的。电网相间短路的电流保护是根据短路时电流增大的特点构成的，在单侧电源辐射形网络中采用阶段式电流保护，它由无时限电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护组成，可根据实际情况采用两段式或三段式。无时限电流速断保护、限时电流速断保护共同构成电流的主保护，定时限过电流保护是本线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护。设计首先是对保护原理进行分析，保护的整定计算及灵敏性效验。设计内容包括原理分析、短路电流的计算、距离保护的整定计算、灵敏性校验和对所选择的保护装置进行综合评价。一、继电保护概论1.1继电保护的作用电力系统继电保护是反映电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态而动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。继电保护的基本任务是：电力系统发生故障时，自动、快速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证非故障设备继续运行，尽量缩小停电范围;电力系统出现异常运行状态时，根据运行维护的要求能自动、及时、有选择地发出告警信号或者减负荷、跳闸。1.2对电力系统继电保护的基本要求1.2.1选择性继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。图1-4三段保护线路1.2.2速动性继电保护的速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度切除故障设备。故障后,为防止并列运行的系统失步,减少用户在电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽量地快速切除故障。1.2.3灵敏性继电保护的灵敏性是指保护装置对于其应保护的范围内发生故障的反应能力。（般用灵敏系数Ksen来衡量灵敏度）1.2.4可靠性继电保护的可靠性是指保护装置在电力系统正常运行时不误动;再规定的保护范围内发生故障时，应可靠动作;而在不属于该保护动作的其他任何情况下，应可靠的不动作。（主保护对动作快速性要求相对较高；后备保护对灵敏性要求相对较高。）三段式过流保护包括：1、无时限电流速断保护（又称电流ⅰ段保护）2、限时电流速断保护（电流ⅱ段保护）3、定时限过电流保护（电流ⅲ段保护）。三段的区别主要在于起动电流的选择原则不同。其中速断和限时速断保护是按照躲开某一点的最大短路电流来整定的，而过电流保护是按照躲开最大负荷电流来整定的。1、无时限电流速断保护：保护范围小于被保护线路的全长一般设定为被保护线路的全长的85%2、限时电流速断保护：保护范围是被保护线路的全长或下一回线路的15%3、定时限过电流保护：保护范围为被保护线路的全长至下一回线路的全长二、短路的电流保护通常输电线路电流保护采用阶段式电流保护，采用三套电流保护共同构成三段式电流保护。可以根据具体的情况，只采用速断加过流保护或限时速断加过流保护，也可以三段同时采用。2.1.1无时限电流速断保护的工作原理瞬时电流速断保护又称Ⅰ段电流保护，它是反应电流增大而能瞬时动作切除故障的电流保护。当系统电源电势一定，线路上任一点发生短路故障时，短路电流的大小与短路点至电源之间的电抗（忽略电阻）及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点的短路电流可用下式表示式中sE——系统等电源相电势；sX——系统等效电源到保护安装处之间的电抗；1X——线路千米长度的正序电抗；l——短路点至保护安装处距离。由式（2.1-1）、式（2.1-2）可见，当系统运行方式一定时，sE和sX是常数，流过保护安装处的短路电流，是短路点至保护安装处距离l的函数。短路点距离电源越远（l越大），短路电流值越小。信号图2-1瞬时电流速断保护原理接线图瞬时电流速断保护单相原理接线，如图（2.1—1）所示，它是由电流继电器KA（测量元件）、中间继电器KM、信号继电器KS组成。lXXEIssk1)3(lXXEIssk1)2(232.2限时电流速断电流保护2.2.1限时电流速断保护的单相原理接线限时电流速断保护的单相原理接线图1所示。它与瞬时电流速断保护相似，只是时间继电器KT代替了中间继电器KM。当保护范围内发生短路故障时，继电器KA动作后，必须经时间继电器的延时，启动信号继电器，动作于断开断路器。信号KK图2-2限时电流速断保护单相原理接线图限时电流速断保护灵敏性较高，能保护线路的全长，并且还可作为本线路瞬时电流速断保护的后备保护。2.2.2总结1.限时电流速断保护作为线路的主保护，要求应能保护被保护线路全长。为了缩短保护的动作时间，动作值与相邻线路、元件速断保护配合2.限时电流速断保护的选择性是依靠动作值、动作时间来保证。3.当灵敏度不满足要求时，可与相邻线路限时电流速断保护配合。2.3定时限过电流保护定时限过电流保护是指按躲过最大负荷电流整定，并以动作时限保证其选择性的一种保护。输电线路正常运行时它不应启动，发生短路且短路电流大于其动作电流时，保护启动延时动作于断路器跳闸。过电流保护不仅能保护本线路的全长，也能保护相邻线路的全长，是本线路的近后备和相邻线路的远后备保护。tl△t△t0QF1QF2QF3图2-3定时限过电流保护的工作原理及时限特性2.4电流三段保护小结使用1段、2段或3段组成的阶段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且在一般情况下能够满足快速切除故障的要求，因此在35kv及以下的中、低压网络中得到了广泛应用。其缺点是它直接受电网的接线及电力系统运行方式的影响，例如整定值必须按电网最大运行方式整定，而灵敏性必须用电网最小运行方式来校验，这就难以满足灵敏系数和保护范围的要求。无时限电流速断、限时电流速断和定时限过电流保护构成三段式电流保护。主要由继电器KA1、KA2、KCO和KS1组成第I保护，由KA3、KA4、KT1和KS2组成第II段保护，过电流部分则由KA5、KA6、KA7KT2和KS3组成。由于三段电流保护的动作电流和动作时限整定均不相同，必须分别使用不同的电流继电器和时间继电器，而信号继电器KS1、KS2和KS3则分别用以发出I、II、III段保护动作的信号。接线图三设计方案3.1、原始数据及保护方案的选择3.1.1原始数据35kV单侧电源辐射网络，已知：1、变电所B、E中变压器连接组别为Y，d11，并且装设差动保护；2、线路AB的最大传输功率Pmax=9MW，功率因数cosφ=0.9，系统中的发电机均装设了自动励磁调节器，自启动系数1.3；3、图中电抗为归算至37kV电压级的有名值，各线路正序电抗为X1=0.4Ω/km；4、系统等值阻抗Zs.max=9.4Ω，Zs.min=6.3Ω。5、设第三段动作时间为1s3.1.2保护方案的选择选三段式电流保护作为线路AB的保护方案四、保护整定计算4.1无时限电流保护的整定计算B母线短路时流过线路AB的最大三相短路电流为)(1310254.03.63/100037min.)3(max.AZZEIABSSK线路AB的无时限电流速断保护的动作电流为)(1638131025.1KI)3(max.Ⅰre1ⅠopAIK其最大保护范围%50%4.67%1002585.16%100ll)(85.16)3.616383/37000(4.01)I(1lmaxmin.Ⅰop1maxABSSkmZEZ可见，最大保护范围满足要求。校验，最小保护范围%15%94.83%1002599.20%100ll)(99.20)9.216383/3700023(4.01)I23(1lminmax.Ⅰop1minABSSkmZEZ可见，最小保护范围满足要求。4.2限时电流速断保护的整定计算4.2.1最大三相短路电流整定与变压器T1配合，按躲过变压器的低压侧母线三相短路时，流过线路AB的最大三相短路电流整定，)(6004613.1KI)3(max.Ⅱre1ⅡopAIK)(46130103.63/1000371min.)3(max.AZZZEITABSSK4.2.2与相邻线路的电流速断保护相配合)(755304.0103.63/100037min.)3(max.AZZZEIBCABSSK)(108575525.115.1KI)3(max.Ⅱre1ⅡopAIK取较大值作为动作电流。4.2.3灵敏度校验。B母线短路时，流过线路AB的最小两相短路电流)(2.1432)109.2(210003723max.)2(min.AZZEIABSSK灵敏系数为3.132.110852.1432IⅡop)2(min.KsenIK灵敏系数满足要求4.3定时限过电流保护的整定计算4.3.1流过线路AB的最大负荷电流)(1749.03595.0310009max.AIL动作电流为)(31917485.03.12.1KImax.Ⅲre1ⅢopAIKKLreSS灵敏度校验4.3.2过电流保护作为本线路的近后备时5.199.2319954IⅢop)2(min.KsenIK4.3.3过电流保护作为相邻线路的远后备时线路BC末端发生两相短路时流过线路AB的最小两相短路电流)(589)12104.9(23700023max.)2(min.AZZZEIBCABSSK2.185.1319589IⅢop)2(min.KsenIK变压器T1低压侧发生两相短路时，流过线路AB的最小两相短路电流（采用两相三继电器接线时）)(862)30109.2(37000)(23321max.)2(min.AZZZEITABSSK2.17.2319862IⅢop)2(min.KsenIK定时限过电流保护的灵敏系数均满足要求五、三段式电流保护的评价优点：使用1段、2段或3段组成的阶段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且在一般情况下能够满足快速切除故障的要求，因此在35kv及以下的中、低压网络中得到了广泛应用。缺点：它直接受电网的接线及电力系统运行方式的影响，例