電網(wǎng)接地短路的保護(hù)設(shè)計(jì)(共22頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上學(xué)號(hào) 課程設(shè)計(jì) （ 2014 級(jí)本科）題 目： 電網(wǎng)接地短路的保護(hù)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 作者姓名： 吳雅榮 指導(dǎo)教師： 劉永科 職稱： 副教授 完成日期： 2017 年 12 月 24 日二 一七 年 十二 月專心-專注-專業(yè)目錄1 設(shè)計(jì)資料分析 在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，接地故障占故障總次數(shù)的絕大多數(shù)，一般在90%以上。線路的電壓等級(jí)愈高，所占的百分比愈大。母線故障、變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)高壓配電裝置故障的情況也類似，一般也約占70%80%。明顯可見，接地保護(hù)是高壓電網(wǎng)中最重要的一種保護(hù)。1.1系統(tǒng)接線圖及參數(shù)：圖1.1 電

2、力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 G1=30MVA T1=31.5MVA X1=0.4/km T2=60MVA G2=60MVAXd=x2=0.1 Uk%=10.5 X0=3.5X1 Uk%=10.5 Xd=X2=0.125本課程設(shè)計(jì)主要對(duì)題目中所述系統(tǒng)進(jìn)行零序電流保護(hù)的設(shè)計(jì)。主要完成對(duì)A處的零序保護(hù)的設(shè)計(jì)。通過對(duì)A保護(hù)方式的分析，短路電流的計(jì)算，進(jìn)行零序三段電流保護(hù)，并對(duì)設(shè)計(jì)的保護(hù)進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)和整定時(shí)間的確定；最后進(jìn)行有關(guān)設(shè)備的選擇和評(píng)價(jià)。2分析要設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容（保護(hù)方式的確定）首先應(yīng)該分析運(yùn)行方式。由于本題開機(jī)運(yùn)行方式為兩側(cè)各開 1臺(tái)發(fā)電機(jī)，所以不存在受最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式對(duì)零序保護(hù)的影響。2.1 設(shè)計(jì)

3、規(guī)程根據(jù)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，一般情況下，對(duì)動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)在技術(shù)上有四條基本要求：選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性。這幾個(gè)之間，緊密聯(lián)系，既矛盾又統(tǒng)一，必須根據(jù)具體電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每個(gè)電力原件的繼電保護(hù)。充分發(fā)揮和利用繼電保護(hù)的科學(xué)性、工程技術(shù)性，使繼電保護(hù)為提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性發(fā)揮最大效能。(1)可靠性可靠性是指保護(hù)該動(dòng)作時(shí)應(yīng)動(dòng)作，不該動(dòng)作時(shí)不動(dòng)作。為保證可靠性，宜選用性能滿足要求、原理盡可能簡(jiǎn)單的保護(hù)方案。(2)選擇性選擇性是指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)切除故障，當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，才允許

4、由相鄰設(shè)備、線路的保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)切除故障。為保證選擇性，對(duì)相鄰設(shè)備和線路有配合要求的保護(hù)和同一保護(hù)內(nèi)有配合要求的兩元件（如起動(dòng)與跳閘元件、閉鎖與動(dòng)作元件），其靈敏系數(shù)及動(dòng)作時(shí)間應(yīng)相互配合。(3)靈敏性靈敏性是指在設(shè)備或線路的被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置具有的正確動(dòng)作能力的裕度，靈敏性通常用靈敏系數(shù)或靈敏度來(lái)衡量，增大靈敏度，增加了保護(hù)動(dòng)作的信賴性，但有時(shí)與安全性相矛盾。對(duì)各類保護(hù)的的靈敏系數(shù)的要求都作了具體規(guī)定，一般要求靈敏系數(shù)在1.2-2之間。(4)速動(dòng)性速動(dòng)性是指保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障，其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍。110kV及以上電

5、壓等級(jí)的線路，由于其負(fù)荷電流大，距離長(zhǎng)，用電流保護(hù)往往不能滿足技術(shù)要求，而需要采用距離保護(hù)。這是因?yàn)榕c電流保護(hù)相比，距離保護(hù)有以下優(yōu)點(diǎn)：靈敏度較高。因?yàn)樽杩?，阻抗繼電器反映了正常情況與短路時(shí)電流、電壓值的變化，短路時(shí)電流增大，電壓降低，阻抗減小得多。保護(hù)范圍與選擇性基本上不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響。由于短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗取決于短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的電距離，基本上不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，因此，距離保護(hù)的保護(hù)范圍與選擇性基本上不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響。迅速動(dòng)作的范圍長(zhǎng)。距離保護(hù)第一段的保護(hù)范圍比電流速斷保護(hù)范圍長(zhǎng)，距離保護(hù)第二段的保護(hù)范圍比限時(shí)電流速斷保護(hù)范圍長(zhǎng)，因而距離保護(hù)迅速動(dòng)作的范圍較長(zhǎng)。規(guī)范

6、規(guī)定：110KV220KV有效接地電力網(wǎng)線路，應(yīng)按下列規(guī)定裝設(shè)反應(yīng)接地短路和相間短路的保護(hù)設(shè)置。1）對(duì)于接地短路： 宜裝設(shè)帶方向和不帶方向的階段式零序電流保護(hù)； 零序電流保護(hù)不能滿足要求時(shí)，可裝設(shè)接地距離保護(hù)，并裝設(shè)一段或兩段零序電流保護(hù)作為后備保護(hù)。2）對(duì)于相間短路： 單側(cè)電源單回線路，應(yīng)裝設(shè)三相多段式電流或電壓保護(hù)，如不能滿足要求，則應(yīng)裝設(shè)距離保護(hù)； 雙側(cè)電源線路宜裝設(shè)階段式距離保護(hù)。2.2 本設(shè)計(jì)的保護(hù)配置（1）主保護(hù)（零序電流保護(hù)）配置電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)是三相對(duì)稱的，其零序、負(fù)序電流值理論上為零。多數(shù)的短路故障是不對(duì)稱的，其零、負(fù)序電流電壓會(huì)很大，利用故障的不對(duì)稱性可以找到正常與故障的

7、區(qū)別，并且這種差別是零與很大值的比較，差異更為明顯。所以零序電流保護(hù)被廣泛的應(yīng)用在110KV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)中。（2） 后備保護(hù)（距離保護(hù))配置 距離保護(hù)是利用短路發(fā)生時(shí)電壓、電流同時(shí)變化的特征，測(cè)量電壓與電流的比值，該比值反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離，如果短路點(diǎn)距離小于整定值，則保護(hù)裝置動(dòng)作。在保護(hù)A、B處配備三段式距離保護(hù)，選用接地距離保護(hù)接線方式和相間距離保護(hù)接線方式。3短路電流計(jì)算3.1等效電路的建立 所有元件全運(yùn)行時(shí)零序電壓等值網(wǎng)絡(luò)如下圖3.1所示。 選擇A點(diǎn)為故障點(diǎn)。3.2短路電流的計(jì)算： =0.4×80×0.4×80×=0.145=0.

8、145=0.435已知：=60MVA, =： =0.13×=0.13×=0.26： =0.125×=0.125： =×=×=0.2： =×=×=0.105作正、負(fù)、零序電路圖如下圖示：圖3.1 三序等值電路圖 計(jì)算序電流序電壓，近似取=×××計(jì)算各相電流及相電壓短路電流有效值：非故障相電壓有效值：（1） A母線單相接地故障時(shí)，故障口正序阻抗； X1=(X1G1+X1T1+X1AB)/(X1T2+X1G2)=0.17 X1= X2=0.17 X0=(X0T1+X0AB)/ X0T2=0.08所以故

9、障端口的零序電流為： If0=Uf0X1+X2+X0=0.62A所以A相單相接地短路時(shí)流過保護(hù)1的零序電流為： I0.1=If0X0T2X0T2+X0T1+X0AB=0.14A（2） A母線兩相接地短路時(shí)，流過保護(hù)1的零序電流為:=(+)(+)=0.207=(+)(+)=0.207 X0=XT1/(XL0+XT2)=0.146附加阻抗： Zsu（1,1）=X2X0X2+X0=0.09 If1=Uf0X1 +Zsu（1,1）=0.88 If0=If1X2X0X2+X0=0.08 I0.1=If0*0.1485=0.01可知 I0.1max=0.014保護(hù)的配合及整定運(yùn)算4.1 主保護(hù)整定計(jì)算（1

10、）保護(hù)1的零序段的配置和整定躲開下一條線路出口處單相或兩相接地時(shí)出現(xiàn)的最大零序電流3，引入可靠系數(shù)（一般取為1.21.3）。故零序段整定為：Iset.1=Krel3I0.1max=0.036整定時(shí)間：t1=0S（2）零序電流段保護(hù)零序電流段保護(hù)一般情況下是作為本線路和相鄰線路的后備保護(hù)，在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的終端線路上，它也可以作為主保護(hù)使用。零序電流段保護(hù)按如下原則整定：按躲開在下一條線路出口處相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流Iunb.max 來(lái)整定，引入可靠系數(shù)Krel，即為Iset.1=KrelIunb.max三相短路電路計(jì)算如下：A點(diǎn)：X(A)*=0.51 IK(3)=SdX(A)3

11、Ud*=555.6A當(dāng)一臺(tái)電流互感器誤差為10%時(shí)而其余工作準(zhǔn)確的不平衡電流為： Iunb.max=0.1IK(3)=55.56A則段定值 Iset.1=KrelIunb.max=66.7A保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)，當(dāng)作為本條線路近后備保護(hù)時(shí)，按本線路末端發(fā)生接地故障時(shí)的最小零序電流來(lái)校驗(yàn)，要求； 當(dāng)作為相鄰元件的遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，按相鄰元件保護(hù)范圍末端發(fā)生接地故障時(shí)，流過本保護(hù)的最小零序電流來(lái)校驗(yàn)，要求。5 MATLAB建模與仿真分析5.1仿真圖像（1）A相接地短路為例發(fā)電機(jī)端電壓，電流波形 電壓波形 電流波形分析：發(fā)電機(jī)端電壓電流波形為正弦波基本沒什么變化 A相接地短路為例(A,B,C三相電壓)分析

12、：A相接地短路，A相電壓在短路一段時(shí)間里為零，B,C兩相電壓升高為線電壓，之后A,B,C三相電壓恢復(fù)正常。A相接地短路為例(A,B,C三相電流)分析：A相接地短路時(shí)當(dāng)輸電線路發(fā)生A 相接地短路時(shí),B 相、C 相電流沒有變化,始終為0. 對(duì)于故障相A 相的電流:在穩(wěn)態(tài)時(shí),故障點(diǎn)A 相電流由于三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài),因而電流為0. 在0. 01s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)電路發(fā)生A 相接地短路,A 相短路電流波形發(fā)生了尖銳的抖動(dòng),大體上仍然呈現(xiàn)正弦規(guī)律變化. 在0. 04s時(shí),三相短路故障發(fā)生器打開,相當(dāng)于排除故障,此時(shí)故障點(diǎn)A 相電流變化為0。（2）A、B 兩相接地短路(以A、B

13、兩相接地電壓為例) 發(fā)電機(jī)端電壓。電流波形 電壓波形 電流波形兩相接地短路(以A,B兩相接地電壓為例)分析：A,B兩相接地短路時(shí)，A,B兩相接地電壓相等，C相電壓為正常。兩相接地短路(以A,B兩相接地電壓為流) 分析：:在A 相、B 相發(fā)生接地短路時(shí),C 相電流沒有變化,始終為0. 對(duì)于故障相A 相和故障相B 相電流:在穩(wěn)態(tài)時(shí),故障點(diǎn)A 相、B 相電流由于三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài),因而電流為0. 在0. 01s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)電路發(fā)生A 相、B 相接地短路,故障點(diǎn)A 相電流波形下移,故障點(diǎn)B 相電流波形上升,呈正弦規(guī)律變化. 在0. 05s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器打開,

14、相當(dāng)于排除故障,此時(shí)故障點(diǎn)A 相、B 相電流變化為0. 6保護(hù)的評(píng)價(jià)對(duì)零序電流保護(hù)的評(píng)價(jià)，零序電流保護(hù)通常由多段組成，一般是四段式，并可根據(jù)運(yùn)行需要增減段數(shù)。為了某些運(yùn)行情況的需要，也可設(shè)置兩個(gè)一段或二段，以改善保護(hù)的效果。接地距離保護(hù)一般是二段式，一般都可以以測(cè)量下序阻抗為基本原理。接地距離保護(hù)的保護(hù)性能受接地電阻的大小的影響很大。當(dāng)線路配置了接地距離保護(hù)時(shí)，根據(jù)運(yùn)行需要一般還應(yīng)配置零序電流保護(hù)。特別是零序電流保護(hù)中最小定值的保護(hù)段，它對(duì)檢測(cè)較大接地電阻的短路故障較為優(yōu)越。因此，零序電流保護(hù)不宜取消，但可適當(dāng)減少設(shè)置的段數(shù)。零序電流保護(hù)和接地距離保護(hù)一般按階梯特性構(gòu)成，其整定配合遵循反映同種故障類型的保護(hù)上下級(jí)之間必須相互配合的原則，主要考慮與相鄰下一級(jí)的接地保護(hù)相配合；當(dāng)裝設(shè)接地短路故障的保護(hù)時(shí)，則一般在同原理的保護(hù)之間進(jìn)行配合整定。參考文獻(xiàn)1賀家李電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理M北京：中國(guó)電力出版社，2004：6-8，9-582李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（第三版M.北京：中國(guó)電力出版社，2006:44