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

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

2、輸電線路階段式電流保護(hù)的原理圖、展開圖及保護(hù)裝置中各繼電器的功用，掌握階段式電流保護(hù)的電氣接線和操作實(shí)驗(yàn)技術(shù)通過設(shè)計(jì),掌握和應(yīng)用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì),整定計(jì)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(jì)35KV輸電線路，110KV輸電線路,變壓器,發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的原理,配置及整定計(jì)算,為繼電保護(hù)的工作打下良好的基礎(chǔ)。但由于實(shí)驗(yàn)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(hù)設(shè)計(jì)來(lái)模擬上述設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)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(yùn)行時(shí)的負(fù)荷電流為0.25A。要求： (1)計(jì)算f1、f2、f3、f4各

3、點(diǎn)的最大和最小運(yùn)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(hù)方案并作出整定計(jì)算； (4)畫出原理圖 (5)選出所需繼電器的規(guī)格、型號(hào)； (6)根據(jù)選出的繼電器進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。 二． 階段式電流保護(hù)實(shí)驗(yàn)原理 無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)、帶時(shí)限電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)都是反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的保護(hù)裝置。他們之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來(lái)選擇起動(dòng)電流。即速斷是按照躲開某一點(diǎn)的最大短路電流來(lái)整定，限時(shí)速斷是按照躲過前方各相鄰元件電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流整定，而過電流保護(hù)則是按照躲過最大負(fù)荷電流來(lái)整定。由于電流速斷不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，限時(shí)電流速斷又不能作

4、為相鄰元件的后備保護(hù)，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(shí)電流速斷和過電流保護(hù)組合在一起，構(gòu)成階段式過流保護(hù)。具體應(yīng)用時(shí)，可以只采用速斷加過流保護(hù)，或限時(shí)速斷加過流保護(hù)，及構(gòu)成兩段式過流保護(hù)，也可以三者同時(shí)使用，及構(gòu)成三段濕過流保護(hù)。 由無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)、帶時(shí)限電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)相配合而構(gòu)成階段式電流保護(hù)裝置。這三部分保護(hù)分別叫作I、II、III段，其中I段無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)、II段帶時(shí)限電流速斷保護(hù)是主保護(hù)，III段定時(shí)限過電流保護(hù)是后備保護(hù)。 （1）階段式電流保護(hù)的保護(hù)范圍及時(shí)限配合 如圖11-6所示，當(dāng)在L1線路首端f1點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)1的I、I

5、I、III段均啟動(dòng)，由I段將故障瞬時(shí)切除，II段和III段返回；在線路末端f2點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)II段和III段啟動(dòng)，II段以0.5s時(shí)限切除故障，III段返回。若I、II段拒動(dòng)，則過電流保護(hù)以較長(zhǎng)時(shí)限將QF1跳開，此為過電流保護(hù)的近后備作用。當(dāng)在線路L2上f3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)由保護(hù)2動(dòng)作跳開QF2，但若QF2拒動(dòng)，則由保護(hù)1的過電流保護(hù)動(dòng)作將QF1跳開，這是過電流保護(hù)的遠(yuǎn)后備作用。 （2）階段式電流保護(hù)的原理圖 階段式電流保護(hù)的原理圖如圖下所示，圖中各元件均以完整的圖形符號(hào)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(hù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)整定計(jì)算 3.1計(jì)算各點(diǎn)最大和最小運(yùn)行方式下的短路電流 當(dāng)系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下運(yùn)行時(shí)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(diǎn)和f2點(diǎn)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(yùn)行方式下運(yùn)行時(shí)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(duì)單側(cè)電源輻射式線路，L1的繼電保護(hù)方案可擬定為階段式電流保護(hù)，保護(hù)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(yùn)行方式下及最小運(yùn)行方式下f1、f2、f3、f4各點(diǎn)短路電流值見下表： 表2 最大運(yùn)行方式下及最小運(yùn)行方式下f1、f2、f3、f4各點(diǎn)短路電流值 短路點(diǎn) f1 f2 f3 f4 正常最大工作電流 最大運(yùn)行方式下三相短路電流（A）

8、 最大運(yùn)行方式下兩相短路電流（A） 最小運(yùn)行方式下三相短路電流（A） 最小運(yùn)行方式下兩相短路電流（A） 3.2 對(duì)AB線路繼電保護(hù)進(jìn)行三段整定 3 在被保護(hù)線路上發(fā)生短路時(shí)，流過保護(hù)安裝點(diǎn)的短路電流值，隨短路點(diǎn)的位置不同而變化。在線路的始端短路時(shí)，短路電流值最大；短路點(diǎn)向后移動(dòng)時(shí)，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(shí)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(yùn)行方式及短路的類型有關(guān)。如圖2所示。 圖2 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的整定及動(dòng)作范圍 曲線1表示在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短

9、路時(shí)，線路各點(diǎn)短路電流變化的曲線；曲線2則為最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)，短路電流變化的曲線。如果要求在被保護(hù)線路的末端短路時(shí)，保護(hù)裝置能夠動(dòng)作，那么，在下一線路始端短路時(shí)，保護(hù)裝置不可避免地也將動(dòng)作。這樣，就不能保證應(yīng)有的選擇性。為了保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，將保護(hù)范圍嚴(yán)格地限制在本線路以內(nèi)，就應(yīng)使保護(hù)的動(dòng)作電流大于最大運(yùn)行方式下線路末端發(fā)生三相短路時(shí)的短路電流，即 為了保證裝置不誤動(dòng)，考慮到非周期分量、實(shí)際的短路電流大于計(jì)算值、保護(hù)裝置的實(shí)際動(dòng)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(dòng)作電流為： ，其中 靈敏性校驗(yàn)： 最大運(yùn)行方式下的最小保護(hù)范圍： 最小運(yùn)行方式

10、下的最小保護(hù)范圍： 滿足靈敏性要求。 本段保護(hù)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(dòng)作電流的整定范圍為1.5～6A，線圈采用并聯(lián)接法。 3 無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)雖然能實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作，但卻不能保護(hù)線路的全長(zhǎng)。因此，必須裝設(shè)第II段保護(hù)，即帶時(shí)限電流速斷保護(hù)，用以反應(yīng)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)區(qū)外的故障。對(duì)第II段保護(hù)的要求是能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，還要有盡可能短的動(dòng)作時(shí)限。 帶時(shí)限電流速斷保護(hù)要求保護(hù)線路的全長(zhǎng)，那么保護(hù)區(qū)必然會(huì)延伸至下一線路，因?yàn)楸揪€路末端短路時(shí)流過保護(hù)裝置的短路電流與下一線路始端短路時(shí)的短路電流相等，再加上還有運(yùn)行方式對(duì)短路電流的影響，

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

12、保護(hù)范圍與線路L2上的帶時(shí)限電流速斷保護(hù)相配合，即 但由于本設(shè)計(jì)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(zhǎng)度為的線路，則可以計(jì)算出，系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式運(yùn)行式，L3段線路末端的三相短路電流為： L3段線路的無(wú)限時(shí)速斷保護(hù)動(dòng)作電流為： 靈敏性校驗(yàn)： 最大運(yùn)行方式下的最小保護(hù)范圍： 最小運(yùn)行方式下的最小保護(hù)范圍： 滿足電流速斷保護(hù)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(yàn)： L2線路末端在最小運(yùn)行方式下，發(fā)生兩相短路時(shí)的電流 其靈敏系數(shù)為： 那么，L1段的帶時(shí)限電

13、流速斷保護(hù)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(hù)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(dòng)作電流的整定范圍為0.5～2A，線圈采用并聯(lián)接法。 動(dòng)作時(shí)限： 為了便于觀察時(shí)限可整定為1秒，時(shí)間繼電器可選用DS-21型，其延時(shí)范圍為0.25～1.25S。 3 無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)和帶時(shí)限電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路全長(zhǎng)，可作為線路的主保護(hù)用。為防止本線路的主保護(hù)發(fā)生拒動(dòng)，必須給線路裝設(shè)后備保護(hù)，以作為本線路的近后備和下一線路的遠(yuǎn)后備。這種后備保護(hù)通常采用定時(shí)限過電流保護(hù)，又稱為第III段保護(hù)，其動(dòng)作電流按躲過最大負(fù)荷電流整定，動(dòng)作時(shí)

14、限按保證選擇性的階梯時(shí)限來(lái)整定。其原理接線圖與帶時(shí)限電流速斷保護(hù)相同，但由于保護(hù)范圍和保護(hù)的作用不同，其動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限則不同。 過電流保護(hù)工作原理： 正常運(yùn)行時(shí)，線路流過負(fù)荷電流，保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)，經(jīng)過保證選擇性的延時(shí)動(dòng)作，將故障切除。 過電流保護(hù)動(dòng)作電流： 過電流保護(hù)動(dòng)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(hù)裝置動(dòng)作。 過電流保護(hù)應(yīng)按躲過最大的負(fù)荷電流計(jì)算保護(hù)的動(dòng)作電流，根據(jù)可靠性要求，過電流保護(hù)的動(dòng)作電流必須滿足以下兩個(gè)條件。 1） 在被保護(hù)線路通過最大負(fù)荷電流的情況下，保護(hù)裝置不應(yīng)該動(dòng)作，即 。 式中，——

15、保護(hù)的一次動(dòng)作電流值 ——被保護(hù)線路的最大負(fù)荷電流 最大負(fù)荷電流要考慮電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的電流。由于短路時(shí)電壓下降，變電所母線上所接負(fù)荷中的電動(dòng)機(jī)被制動(dòng)，在故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)有一個(gè)自啟動(dòng)過程，電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)電流大于正常運(yùn)行時(shí)的額定電流，則線路的最大負(fù)荷電流也大于其正常值，即。 式中，——~3。 2）對(duì)于已經(jīng)啟動(dòng)的保護(hù)裝置，故障切除后，在被保護(hù)線路通過最大負(fù)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(hù)1和保護(hù)2，當(dāng)在f點(diǎn)短路時(shí)，短路電流流過保護(hù)1也流過保護(hù)2，它們都啟動(dòng)。按選擇性的要求，應(yīng)該由保護(hù)2動(dòng)作將QF2跳開切除故障。但由于

16、變電所B仍有其他負(fù)荷，并且因電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)，線路L1可能出最大負(fù)荷電流，為使保護(hù)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(fù)荷電流。 式中，Irel——保護(hù)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(shí)限過電流保護(hù)的動(dòng)作電流為： 靈敏性校驗(yàn) 作為L(zhǎng)1段的近后備保護(hù)時(shí)有： 滿足靈敏性要求。 作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)有： 滿足靈敏性要求。 本段保護(hù)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(dòng)作電流的整定范圍為0.5～2A，線圈采用串聯(lián)接法。 動(dòng)作時(shí)限： 為了便于觀察時(shí)限可整定為3秒，時(shí)間繼電器可選用DS-22型，其延時(shí)范圍為1.2～5S。 3階段式保護(hù)選用的繼電器規(guī)格及整定值列表 表3 階段式保護(hù)選用的繼電器規(guī)格及整定值 序號(hào) 用途 型號(hào)規(guī)格 整定范圍 實(shí)驗(yàn)整定值 線圈接法 1 無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù) DL－21C 1.5～6A 3.4 A 并聯(lián) 2 帶時(shí)限電流速斷保護(hù) DL－21C 0.5～2A 并聯(lián) 3 定時(shí)限過電流保護(hù) DL－21C 0.15～2A 串聯(lián) 4 帶時(shí)限電流速斷時(shí)間 DS－2

18、1 1 s 5 定時(shí)限過電流保護(hù)時(shí)間 DS－22 1.2～5s 3 s 四．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與調(diào)整 在實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)條件限制，沒有DS-22型的時(shí)間繼電器。故我們只能用DS-21型的時(shí)間繼電器來(lái)代替。而DS-21型時(shí)間繼電器的時(shí)間整定范圍只有0.25～1.25S，無(wú)法滿足我們之前過電流保護(hù)時(shí)限的整定值3S。所以我們唯有將帶時(shí)限電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)的時(shí)限整定得小一些。帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的時(shí)限重新整定為0.5S，定時(shí)限過電流保護(hù)的時(shí)限重新整定為1.25S。實(shí)驗(yàn)器材也按實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)器材表 序號(hào) 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(hù)， B站保護(hù) 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(shí)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(hào)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(shí)驗(yàn)設(shè)備后，按下圖接線。 圖3 實(shí)驗(yàn)接線原理圖 接好線后，分別驗(yàn)證L1段的各段電流和時(shí)間整定值，并記錄到下表中。 表5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)記錄表 序號(hào) 代號(hào) 型號(hào)規(guī)格 額定工作值 實(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià) 通過這次繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)，我們可以把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去了。這次課程設(shè)計(jì)學(xué)到很多，在整定動(dòng)作電流的過程中，我不但鞏固了自己繼電保護(hù)的理論知識(shí)，還進(jìn)一步熟識(shí)各段保護(hù)的應(yīng)用。 這次的課程設(shè)計(jì)我們從中發(fā)現(xiàn)了很多問題，通過老師指導(dǎo)與同學(xué)的交流成功的解決。還發(fā)現(xiàn)前面學(xué)的很多知識(shí)大部分我都已經(jīng)記憶不深了。但經(jīng)過這次實(shí)訓(xùn)，讓我又重新溫習(xí)了一次繼電保護(hù)的課本知識(shí)。在溫習(xí)的過程中，我加深了對(duì)它們的認(rèn)識(shí)，就連之前很多不太理解的問題，現(xiàn)在也變得清晰起來(lái)。通過這次設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)從而培養(yǎng)和提高自己獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了所學(xué)的內(nèi)容，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高 六．主要參考文獻(xiàn) 《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》 ，都洪基 ， 東南大學(xué)出版社，200