輸電線路階段式電流保護設(shè)計 優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計（論文）

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1、青島大學 課 程 設(shè) 計 報 告 《電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計》 題 目: 輸電線路階段式電流保護設(shè)計 系 別: 自動化工程學院 專 業(yè): 電氣工程及其自動化10級 姓 名: 學 號: 指導教師: 設(shè)計日期：2013年9月3日—2013年9 一．課程設(shè)計目的和任務(wù) 設(shè)計目的： 理解

2、輸電線路階段式電流保護的原理圖、展開圖及保護裝置中各繼電器的功用，掌握階段式電流保護的電氣接線和操作實驗技術(shù)通過設(shè)計,掌握和應(yīng)用電力系統(tǒng)繼電保護的設(shè)計,整定計算,資料整理查詢和電氣繪圖等使用方法.。本課程主要設(shè)計35KV輸電線路，110KV輸電線路,變壓器,發(fā)電機繼電保護的原理,配置及整定計算,為繼電保護的工作打下良好的基礎(chǔ)。但由于實驗條件所限，我們只能用200V的單輻射式輸電線路階段式電流保護設(shè)計來模擬上述設(shè)計。 設(shè)計任務(wù)：某線路網(wǎng)絡(luò)接線如下 圖1 線路網(wǎng)絡(luò)接線圖 已知：，，，，，，線路正常運行時的負荷電流為0.25A。要求： (1)計算f1、f2、f3、f4各

3、點的最大和最小運行方式下的短路電流； (2)選出線路L1的電流互感器變比； (3)選出線路L1的保護方案并作出整定計算； (4)畫出原理圖 (5)選出所需繼電器的規(guī)格、型號； (6)根據(jù)選出的繼電器進行實訓。 二． 階段式電流保護實驗原理 無時限電流速斷保護、帶時限電流速斷保護和定時限過電流保護都是反應(yīng)于電流升高而動作的保護裝置。他們之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來選擇起動電流。即速斷是按照躲開某一點的最大短路電流來整定，限時速斷是按照躲過前方各相鄰元件電流速斷保護的動作電流整定，而過電流保護則是按照躲過最大負荷電流來整定。由于電流速斷不能保護線路全長，限時電流速斷又不能作

4、為相鄰元件的后備保護，因此，為保證迅速而有選擇性的切除故障，常常將電流速斷、限時電流速斷和過電流保護組合在一起，構(gòu)成階段式過流保護。具體應(yīng)用時，可以只采用速斷加過流保護，或限時速斷加過流保護，及構(gòu)成兩段式過流保護，也可以三者同時使用，及構(gòu)成三段濕過流保護。 由無時限電流速斷保護、帶時限電流速斷保護、定時限過電流保護相配合而構(gòu)成階段式電流保護裝置。這三部分保護分別叫作I、II、III段，其中I段無時限電流速斷保護、II段帶時限電流速斷保護是主保護，III段定時限過電流保護是后備保護。 （1）階段式電流保護的保護范圍及時限配合 如圖11-6所示，當在L1線路首端f1點短路時，保護1的I、I

5、I、III段均啟動，由I段將故障瞬時切除，II段和III段返回；在線路末端f2點短路時，保護II段和III段啟動，II段以0.5s時限切除故障，III段返回。若I、II段拒動，則過電流保護以較長時限將QF1跳開，此為過電流保護的近后備作用。當在線路L2上f3點發(fā)生故障時，應(yīng)由保護2動作跳開QF2，但若QF2拒動，則由保護1的過電流保護動作將QF1跳開，這是過電流保護的遠后備作用。 （2）階段式電流保護的原理圖 階段式電流保護的原理圖如圖下所示，圖中各元件均以完整的圖形符號表示，有交流回路和直流回路，圖中所示的接線方式是廣泛應(yīng)用于小接地電流系統(tǒng)電力線路。由繼電器KA1、KS1組成I段；KA2

6、、KT1、KS2組成II段；KA3、KT2、KS3組成III段。 三．階段式電流保護實驗參數(shù)整定計算 3.1計算各點最大和最小運行方式下的短路電流 當系統(tǒng)在最大運行方式下運行時有： f1的三相短路電流為： f1的兩相短路電流為： f2的三相短路電流為： f2的兩相短路電流為： 由于f3點和f2點距離很近，兩者之間的阻抗值可以忽略, 其短路電流幾乎是相等的。故f3的三相短路電流為： f3的兩相短路電流為： f4的三相短路電流為： f4的兩相短路電流為： 同理，系統(tǒng)在最小運行方式下運行時有： f1的三相短路電流為： f1的兩相短

7、路電流為： f2的三相短路電流為： f2的兩相短路電流為： f3的三相短路電流為： f3的兩相短路電流為： f4的三相短路電流為： f4的兩相短路電流為： 故對單側(cè)電源輻射式線路，L1的繼電保護方案可擬定為階段式電流保護，保護采用二相二繼電器接線，其接線系數(shù)，電流互感器采用1:1，在最大運行方式下及最小運行方式下f1、f2、f3、f4各點短路電流值見下表： 表2 最大運行方式下及最小運行方式下f1、f2、f3、f4各點短路電流值 短路點 f1 f2 f3 f4 正常最大工作電流 最大運行方式下三相短路電流（A）

8、 最大運行方式下兩相短路電流（A） 最小運行方式下三相短路電流（A） 最小運行方式下兩相短路電流（A） 3.2 對AB線路繼電保護進行三段整定 3 在被保護線路上發(fā)生短路時，流過保護安裝點的短路電流值，隨短路點的位置不同而變化。在線路的始端短路時，短路電流值最大；短路點向后移動時，短路電流將隨線路阻抗的增大而減小，直至線路末端短路時短路回路的阻抗最大，短路電流最小。短路電流值還與系統(tǒng)運行方式及短路的類型有關(guān)。如圖2所示。 圖2 瞬時電流速斷保護的整定及動作范圍 曲線1表示在最大運行方式下發(fā)生三相短

9、路時，線路各點短路電流變化的曲線；曲線2則為最小運行方式下兩相短路時，短路電流變化的曲線。如果要求在被保護線路的末端短路時，保護裝置能夠動作，那么，在下一線路始端短路時，保護裝置不可避免地也將動作。這樣，就不能保證應(yīng)有的選擇性。為了保證保護動作的選擇性，將保護范圍嚴格地限制在本線路以內(nèi)，就應(yīng)使保護的動作電流大于最大運行方式下線路末端發(fā)生三相短路時的短路電流，即 為了保證裝置不誤動，考慮到非周期分量、實際的短路電流大于計算值、保護裝置的實際動作電流小于整定值、一定的裕度等因素，可引入可靠系數(shù)，則動作電流為： ，其中 靈敏性校驗： 最大運行方式下的最小保護范圍： 最小運行方式

10、下的最小保護范圍： 滿足靈敏性要求。 本段保護整定電流值為3.4A，可選用DL-21C型電流繼電器，其額定電流為6A，動作電流的整定范圍為1.5～6A，線圈采用并聯(lián)接法。 3 無時限電流速斷保護雖然能實現(xiàn)快速動作，但卻不能保護線路的全長。因此，必須裝設(shè)第II段保護，即帶時限電流速斷保護，用以反應(yīng)無時限電流速斷保護區(qū)外的故障。對第II段保護的要求是能保護線路的全長，還要有盡可能短的動作時限。 帶時限電流速斷保護要求保護線路的全長，那么保護區(qū)必然會延伸至下一線路，因為本線路末端短路時流過保護裝置的短路電流與下一線路始端短路時的短路電流相等，再加上還有運行方式對短路電流的影響，

11、如若較小運行方式下保護范圍達到線路末端，則較大運行方式下保護范圍必然延伸到下一線路。為盡量縮短保護的動作時限，通常要求帶時限電流速斷延伸至下一線路的保護范圍不能超出下一線路無時限電流速斷的保護范圍，因此線路L1帶時限電流速斷保護的動作電流應(yīng)大于下一線路無時限電流速斷保護的動作電流，即 線路L2無時限電流速斷保護的動作電流： 則限時電流速斷保護的動作電流為： ，其中 保護裝置靈敏性校驗： L1線路末端在最小運行方式下，發(fā)生兩相短路時的電流 故其靈敏系數(shù)為： 由于Ⅱ段保護的靈敏度不能滿足要求，故需采用降低動作電流來提高其靈敏度。為此，應(yīng)使線路L1上的帶時限電流速斷

12、保護范圍與線路L2上的帶時限電流速斷保護相配合，即 但由于本設(shè)計題目中未給出L2線路下一段的線路參數(shù)，為了解決問題，我門在L2線路的后增加了一段長度為的線路，則可以計算出，系統(tǒng)在最大運行方式運行式，L3段線路末端的三相短路電流為： L3段線路的無限時速斷保護動作電流為： 靈敏性校驗： 最大運行方式下的最小保護范圍： 最小運行方式下的最小保護范圍： 滿足電流速斷保護的靈敏性要求。 則線路L2的II段整定電流為： 線路L2的II段靈敏性校驗： L2線路末端在最小運行方式下，發(fā)生兩相短路時的電流 其靈敏系數(shù)為： 那么，L1段的帶時限電

13、流速斷保護的電流整定值為： 其靈敏系數(shù)為： 靈敏度滿足要求。 本段保護整定電流值為1A，可選用DL-21C型電流繼電器，其額定電流為3A，動作電流的整定范圍為0.5～2A，線圈采用并聯(lián)接法。 動作時限： 為了便于觀察時限可整定為1秒，時間繼電器可選用DS-21型，其延時范圍為0.25～1.25S。 3 無時限電流速斷保護和帶時限電流速斷保護能保護線路全長，可作為線路的主保護用。為防止本線路的主保護發(fā)生拒動，必須給線路裝設(shè)后備保護，以作為本線路的近后備和下一線路的遠后備。這種后備保護通常采用定時限過電流保護，又稱為第III段保護，其動作電流按躲過最大負荷電流整定，動作時

14、限按保證選擇性的階梯時限來整定。其原理接線圖與帶時限電流速斷保護相同，但由于保護范圍和保護的作用不同，其動作電流和動作時限則不同。 過電流保護工作原理： 正常運行時，線路流過負荷電流，保護不動作。當線路發(fā)生短路故障時，保護啟動，經(jīng)過保證選擇性的延時動作，將故障切除。 過電流保護動作電流： 過電流保護動作電流的整定，要考慮可靠性原則，即只有在線路存在短路故障的情況下，才允許保護裝置動作。 過電流保護應(yīng)按躲過最大的負荷電流計算保護的動作電流，根據(jù)可靠性要求，過電流保護的動作電流必須滿足以下兩個條件。 1） 在被保護線路通過最大負荷電流的情況下，保護裝置不應(yīng)該動作，即 。 式中，——

15、保護的一次動作電流值 ——被保護線路的最大負荷電流 最大負荷電流要考慮電動機自啟動時的電流。由于短路時電壓下降，變電所母線上所接負荷中的電動機被制動，在故障切除后電壓恢復時，電動機有一個自啟動過程，電動機自啟動電流大于正常運行時的額定電流，則線路的最大負荷電流也大于其正常值，即。 式中，——~3。 2）對于已經(jīng)啟動的保護裝置，故障切除后，在被保護線路通過最大負荷電流的情況下應(yīng)能可靠地返回。如圖11-4所示，在線路L1、L2分別裝有過電流保護1和保護2，當在f點短路時，短路電流流過保護1也流過保護2，它們都啟動。按選擇性的要求，應(yīng)該由保護2動作將QF2跳開切除故障。但由于

16、變電所B仍有其他負荷，并且因電動機自啟動，線路L1可能出最大負荷電流，為使保護1的電流繼電器可靠返回，它的返回電流Irel（繼電器的返回電流折算到一次電路的值），應(yīng)大于故障切除后線路L1最大負荷電流。 式中，Irel——保護1的返回電流 由于，即 式中，Krel——可靠系數(shù)，取1. 2 ~1.25。 Kre——~0.95。 故線路L1的定時限過電流保護的動作電流為： 靈敏性校驗 作為L1段的近后備保護時有： 滿足靈敏性要求。 作為遠后備保護時有： 滿足靈敏性要求。 本段保護整定電流值為0.53A，可選用DL-21C型電流繼電器，其額

17、定電流為3A，動作電流的整定范圍為0.5～2A，線圈采用串聯(lián)接法。 動作時限： 為了便于觀察時限可整定為3秒，時間繼電器可選用DS-22型，其延時范圍為1.2～5S。 3階段式保護選用的繼電器規(guī)格及整定值列表 表3 階段式保護選用的繼電器規(guī)格及整定值 序號 用途 型號規(guī)格 整定范圍 實驗整定值 線圈接法 1 無時限電流速斷保護 DL－21C 1.5～6A 3.4 A 并聯(lián) 2 帶時限電流速斷保護 DL－21C 0.5～2A 并聯(lián) 3 定時限過電流保護 DL－21C 0.15～2A 串聯(lián) 4 帶時限電流速斷時間 DS－2

18、1 1 s 5 定時限過電流保護時間 DS－22 1.2～5s 3 s 四．實驗驗證與調(diào)整 在實驗時，由于實驗條件限制，沒有DS-22型的時間繼電器。故我們只能用DS-21型的時間繼電器來代替。而DS-21型時間繼電器的時間整定范圍只有0.25～1.25S，無法滿足我們之前過電流保護時限的整定值3S。所以我們唯有將帶時限電流速斷保護和定時限過電流保護的時限整定得小一些。帶時限電流速斷保護的時限重新整定為0.5S，定時限過電流保護的時限重新整定為1.25S。實驗器材也按實驗室的條件重新調(diào)整了，具體器材如下表： 表4 調(diào)整后的實驗器材表 序號 設(shè)備名稱 使

19、 用 儀 器 名 稱 數(shù)量 1 控制屏 1 2 EPL-02A A站保護， B站保護 1 3 EPL-04 繼電器（一）—DL-21C電流繼電器 2 4 EPL-05 繼電器（二）—DS-21時間繼電器 2 5 EPL-06 繼電器（四）—DZ-31B中間繼電器 1 6 EPL-07B 繼電器（五）—DX-8信號繼電器 1 7 EPL-11 交流電壓表 1 8 EPL-11 交流電流表 1 9 EPL-12 光示牌 1 10 EPL-17A 三相交流電源 11 EPL-11 直流電源及母線 1

20、選好實驗設(shè)備后，按下圖接線。 圖3 實驗接線原理圖 接好線后，分別驗證L1段的各段電流和時間整定值，并記錄到下表中。 表5 實驗驗證數(shù)據(jù)記錄表 序號 代號 型號規(guī)格 額定工作值 實驗整定值 線圈接法 1 KA1 DL-21C 6A 并聯(lián) 2 KA2 DL-21C 3A 并聯(lián) 3 KA3 DL-21C 3A 串聯(lián) 4 KT1 DS-21C 220V - 5 KT2 DS-21C 220V - 6 KM 1 DZ-31B 220V - - 7 KS1 DX-8 - -

21、8 KS2 DX-8 - - 9 KS3 DX-8 - - 10 KM2 DZ-31B 220V - - 11 直流電源 220V 12 電流表 13 三相電源 五．總結(jié)與評價 通過這次繼電保護課程設(shè)計，我們可以把理論知識應(yīng)用到實際當中去了。這次課程設(shè)計學到很多，在整定動作電流的過程中，我不但鞏固了自己繼電保護的理論知識，還進一步熟識各段保護的應(yīng)用。 這次的課程設(shè)計我們從中發(fā)現(xiàn)了很多問題，通過老師指導與同學的交流成功的解決。還發(fā)現(xiàn)前面學的很多知識大部分我都已經(jīng)記憶不深了。但經(jīng)過這次實訓，讓我又重新溫習了一次繼電保護的課本知識。在溫習的過程中，我加深了對它們的認識，就連之前很多不太理解的問題，現(xiàn)在也變得清晰起來。通過這次設(shè)計，綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實際知識從而培養(yǎng)和提高自己獨立工作能力，鞏固與擴充了所學的內(nèi)容，熟悉了規(guī)范和標準，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高 六．主要參考文獻 《電力系統(tǒng)繼電保護原理》 ，都洪基 ， 東南大學出版社，200