兰交大继电保护课设2

电力系统继电保护课程设计

平时（30） 修改（40） 报告（30） 总成绩 指导教师评语

专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气0XX 姓 名： XXXXX 学 号： XXXXXXXXX 指导教师： 羊羔疯

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2012 年 7月 7日

电力系统继电保护课程设计报告

1 题目

系统接线图如下所示，发电机以发电机-变压器方式接入系统，开机方式为两侧各开1台，变压器T6 1台运行。参数为

E115/3kA,X2.G15,X1.G3X2.G35,X1.T1X1.T45,X0.T1X0.T4=15,

X1.T615,X0,T620，LA-B44.8km，LB-C40km，线路阻抗Z1Z20.4Ωkm，

ΙΙΙ，Krel=1.2，Krel=1.15

Z01.2Ω/kmT11234G1T3G3T6

图1.1 系统示意图

2 设计方案

2.1 要完成的内容

根据所给的资料，对上述系统中的1，4处进行零序保护的设计，并在所需处加装方向元件。 2.2 保护的选择

电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数的短路故障是不对称的，其零、负序电流电压会很大，利用故障的不对称性可以找到正常与故障的区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差异更为明显。所以零序电流保护被广泛的应用在110KV及以上电压等级的电网中。

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2.3 主保护

以零序Ⅰ段、II段为主保护。零序保护的Ⅰ段是瞬时动作的，是保护本身固有的动作时间。以保护1为例，其启动电流的整定值必须躲开这一点短路时所测量到的电流值。

零序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。 2.4后备保护

以零序段为后备保护，装设零序保护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。对零序Ⅲ段整定值的考虑是与过电流保护相似的，其启动电流要按躲开正常运行时的最小负荷电流来选择，而动作时限应使其比零序Ⅲ段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个△t。

3 零序电流保护的配置和整定

所有元件全运行时三序电压等值网络图如图3.1，3.2，3.3所示：

3.1 零序Ⅰ段的配置与整定

3.1.1 B母线分别发生单相接地短路和两相接地短路时的负荷序网等效图

单相接地短路时，故障端口正序阻抗为【1】

Z1[(X1.G1X1.T1)X1.AB]||[((X1.G3X1.T3)X1.BC)] (3.1)

=(5+5+0.4×44.8)||(8+5+0.4×40)

=14.22

故障端口负序阻抗为 ZΣ2ZΣ1=14.22 故障端口零序阻抗为【1】

Z0(X0.T1X0.AB)||[(X0.T3X0.BC)||X0.T6] (3.2)

（15+53.76）||[(15+45)||20]

=12.43

则复合序网等值图如图3.1所示,故障端口零序电流为【2】

If0If1Uf(0)Z1Z0Z2 (3.3)

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1153 14.22212.43

=1.62kA

在零序网中按照零序导纳进行分配零序电流从而得到此时流过保护1、4处的零序电流分别为

【2】

If(0)168.76163120I0.1168.76

所以I0.10.29kA

If00.08I0.4163

所以I0.40.32kA

画出零序电流分布图如图3.2所示

Z114.22Uf(0)ACAZ214.22B0.32kAC0.29kA0.32kAZ012.43 图3.1 单相接地短路复合序网等值图 图3.2 单相接地短路零序电流分布图

两相接地短路时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时相同，即 ZΣ2ZΣ1=14.22;ZΣ0=12.43， 则复合序网如图3.3所示： 故障端口正序电流

【1】

If1 =Uf0Z1Z2||Z01153 (3.4)

14.2214.22||12.43=3.184kA

故障端口零序电流为

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If0=If114.2214.2212.43

=1.68kA

同样地，流过保护1、4的零序电流分别为I0.1=0.31kA,I0.40.33kA

从而得到如图3.4所示的零序电流分布图

AZ112.67B0.2290.115C0.3270.9090.1Uf|0|Z212.67Z07.657

图3.3 两相接地短路复合序网等值图 图3.4 两相接地短路零序电流分布图

保护1零序Ⅰ段： 根据前面的分析结果，母线B故障流过保护1的最大零序电流为I0.1.max=0.31kA 故Ⅰ段定值【1】

Iset.1Krel3I0.1maxII (3.5)

=1.2×3×0.31 =1.116kA

3.1.2 母线B故障流过保护4的最大零序电流为 I0.4max=0.33kA

I故Ⅰ段定值 IsΙet.4KΙr3el 0 . 4 m a x (3.6)

=1.2×3×0.33

=1.188kA

3.1.3 在母线C处分别发生单相接地短路和两相接地短路

流过保护3 的最大零序电流，因此有【1】

Z0Z2=（X1.G1X1.T1X1.ABX1.BC）||(X1.G3X1.T3) (3.7)

=43.92||10 =8.145Ω

Z0(X0.T1X0.ABX0.T6||X0.BC)||X0.T3 (3.8)

=12.7Ω

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Uf(0)Z1Z0Z2115/3单相接地短路时，有 If0If1 (3.9)

8.145212.7

=2.29kA

从而求得流过保护3的电流为 I0.3=0.35kA 两相接地短路时，正序电流 If1【1】

Uf(0)Z1Z0Z2 (3.10)

=5.06kA

零序电流

【1】

If0If1Z2Z1Z0

=1.979kA

从而求得流过保护3 的电流 I0.3=0.303kA。这样，流过保护3的最大零序电流

I0.3max=0.35kA

ΙΙ保护3的零序I段定值为

Iset.3Krel3I0.3max

=1.26kA

3.1.4 在母线A处分别发生单相接地短路和两相接地短路

流过保护2 的最大零序电流，因此有【1】

Z1Z2=(X1.G3X1.T3X1.ABX1.BC)||(X1.G1X1.T1) (3.11)

=8.145

Z0[(X0.T3X0.BC)||X0.T6X0.AB]||X0.T1 (3.12)

=12.32

有单相接地短路时【1】

If0If1Uf(0)Z1Z0Z2 (3.13)

=2.32kA

从而求得流过保护2的电流为I0.2=0.415kA

两相接地短路时，正序电流【1】If1Uf0Z1Z2||Z0 (3.14)

= 2.088kA

零序电流【1】If0If1Z2Z1Z0(3.15)

=0.831kA

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从而求得流过保护2的电流I0.20.356kA,这样，流过保护2的最大零序电流

I0.2.max=0.356kA

【1】

保护2的零序Ⅰ段定值为

ΙΙIset.2Krel3I0.2max (3.16)

=1.286kA

3.2 零序IΙ段的配置与整定

保护1的分支系数K1.b

当BC段发生接地故障，变压器6有助增作用，如图3.5所示。

K1.bIBCMIABM1X1X2 (3.17)

对于X1，有

X1.max=X1.min=X0.T1X0.AB (3.18)

=68.76

对于X2，有X2.max=X2.min20 因此保护1的最大分支系数 K1,bmax1K1.bmin1X1.minX2.maxX1.maxX2.min=4.438，最小分支系数为

=4.438

BIABMIBCMX1MBIABMMX1ICBMIA'BMX2X2IC'BM

3.2.1 保护1的零序IΙ段定值为

【1】

图3.5 BC段故障时变压器的助增作用 图3.6 AB段故障时变压器的助增作

KrelK1.b.min1.1.438Ι Iset.1Iset.3 1.26I (3.19)

=

3.2.2 保护4的零序段定值【2】

=0.326kA

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KrelK4.b.minΙIIIset.4Iset.2I (3.20)

=0.39kA

3.3 零序过电流整定

零序段启动电流一般都很小（在二次侧一般约为2—3A），因此在本电压级网络中发生接地短路中，它都可能启动。这时，为了保证保护的选择性，各保护的动作时限也应按一定原则来整定。

3.4 校验灵敏度

3.4.1 母线B接地短路故障流过保护1的最小零序电流I0.1.min=0.29kA

灵敏系数Kre3I0.1.minIset.1I=2.609灵敏度符合要求。

3.3.2 母线B接地短路故障流过保护4的最小零序电流I0.4.min=0.278kA

灵敏系数

Kre3I0.4minIset.4I (3.21)

=2.319

4 设备选择及原理图连接

4.1 原理图连接

4.1.1 保护1的原理图连接

保护1的原理图如图4.1和4.2 4.1.2 保护4的原理图连接

4.2设备选择

表4.1 电流互感器的选择

流互型号 TAR4076-02

特点

额定输入电流800A; 额定输出电流100mA;

额定采样电阻10V; 耐压100;额定采样电压(kV)>6kV

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额定输入电流2500A; 额定输出电流100mA;

额定采样电阻50;额定采样电压5V; 耐压(kV)>4kV

表4.2 电流继电器

名称

线圈电压 (VDC) 线圈电阻 (Ohm) 触点形式 额定功率 (W)

HE干簧继电器

切换电压 (VDC) 切换电流 (A) 通电电流 (A) 最小击穿电压 (VDC)

TAR56-1

规格 5 至 24 50 至 1500 1A, 1B, 2A 0 至 50 0 至10'000 0 至 3.0 0 至 5.0 850 至 10000

Coil Voltage (VDC) Coil Resistance (Ohm) Contact Form Rated Power (W)

KT Reed Relays

Switching Voltage (VDC) Switching Current (A) Carry Current (A) Breakdown Voltage (kVDC)

5, 12, 24 150 1A 100 1000 1 0 to 2.5A 2 to 5

5 结论

综上可知：在零序电流保护的配置和保护中，保护1和保护4均有I段、II段和III段，而保护2和保护3只配置I ，II段保护，整个系统安全稳定运行。

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本次课程设计，是整定题目所给系统的零序保护，零序保护有零序电压保护，零序电流保护和零序功率保护，本次设计着重考虑零序电流保护。在设计的第一部分主要是对题目进行了分析，介绍了零序保护的概念及其作用和工作机理。在第二部分主要四段的保护方式的确定。第三部分主要是零序电流保护的整定，计算了零序保护的灵敏度，零序电流，对于保护1、2、3、4进行了三段整定。并且对其是否满足要求进行了分析。在第三部分的最后对每部分保护设置几段保护进行了说明。

零序保护是电力系统中常用的一种保护手段，在实际的操作中有着广泛的应用零序过流保护不反应三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。但零序过流保护受电力系统运行方式变换影响较大，灵敏度因此降低，特别是短距离线路上以及复杂的环网中，由于速动段的保护范围太小，甚至没有保护范围，致使零序电流保护各段的性能严重恶化，使保护动作时间很长，灵敏度很低。

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参考文献

[1] 杨启逊主编.微机型继电保护基础[M].北京:中国电力出版社,2009. [2] 贺家李主编.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2010. [3] 张保会主编.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005.

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附录

BEX1.G1X1.T1AX1.BCCX1.T3X1.G3EX1.ABX1.T6

图3.1 正序等值图

X2.G1XBA2.T1XX2.BCCX2.T3X2.G32.ABX2.T6

图3.2 负序等值图

X0.G1X0.T1AXB0.ABX0.BCCX0.T3X0.G3X0.T6

图3.3零序等值图

I10IⅡ0IⅢ012

电力系统继电保护课程设计报告 图4.1 保护1的交流展开图

I10IⅢ0

图4.2 保护1的直流展开图

WCWCKI10KIⅡ0KIⅢ0KTⅡKTⅢKSIKTⅡKTⅢKSⅡKSⅢKCOKCOQFYR

图4.3 保护4的直流展开图

WC

KI10KSIKCOKIⅢ0KTⅢKTⅢKCOKSⅢQFYR

图4.4 保护4的直流展开图

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