工厂供电系统的继电保护

工厂供电系统的继电保护 河北农业大学现代科技学院 本科毕业论文(设计) 题 目: 工厂供电系统的继电保护 学 部: 工学部 专业班级: 电气工程及其自动化0803班 学 号: 2008614531310 学生姓名: 张腾 指导教师姓名: 曾立华 指导教师职称: 讲 师 二O一二年 五 月 二十五 日 工厂供电系统的继电保护 摘要:随着电力工业的发展，工厂中的电力设备对继电保护与自动化装置提出了更高的要求。工厂用电系统运行正常与否，将直接影响到生产的安全运行，因此，对工厂用电进行合理地继电保护配置，有着重大的意义。本文内容包括继电保护的基本知识，工厂10kv供电线路的继电保护、电力变压器的保护、其他电力设备的继电保护 、自动重合闸及备用电源自动投入装置、配电系统的微机保护。着重对各项继电保护的原理和工作方式进行了研究。对工厂实际问题进行了保护整定，以选择出适合的电气设备和线路，保证工厂能正常的进行生产工作。 关键词:工厂供电系统;继电保护;微机保护 The factory power supply system for relay protection Abstract: with the development of power industry, power equipment factory in the relay protection and automation device has put forward gher requirements. The factory uses electricity the system operating hi normally or not, will directly affect the safety, therefore, the factory uses electric reasonable configuration for relay protection, is of great significance. The content of this article includes the basic knowledge of plant protection,10kV power line relay protection, the protection of power transformers and other electrical equipment, relay protection, automatic reclosure and standby power automatic input device of microcomputer protection, distribution system. Focusing on the relay protection principles and working methods of the study. On the practical problems of protection setting, in order to choose a suitable electrical equipment and wiring, to ensure normal production work. Key words : electric power system; relay protection; microcomputer protection 2 引言 ...................................................................................................................................................................... 1 第一章 继电保护基本知识 ................................................................................................................................ 1 1.1继电保护的任务 .................................................................................................................................... 1 1.2 继电保护的基本原理 ........................................................................................................................... 1 第二章 供电线路的继电保护 ............................................................................................................................ 2 2.1电力线路的常见故障 ............................................................................................................................ 2 2.2 电流保护的接线方式和接线系数 ....................................................................................................... 2 2.3过电流保护 ............................................................................................................................................ 3 2.3.1接线和工作原理 ......................................................................................................................... 3 2.3.2保护整定 ..................................................................................................................................... 4 2.4电流速断保护 ........................................................................................................................................ 6 2.4.1电流速断保护的特点 ................................................................................................................. 6 2.4.2电流速断保护的接线和工作原理 ............................................................................................. 6 2.4.3电流速断保护的整定 ................................................................................................................. 7 2.5过负荷保护 ............................................................................................................................................ 8 2.5.1接线和工作原理 ......................................................................................................................... 9 2.5.2保护整定 ..................................................................................................................................... 9 2.6单相接地保护 ........................................................................................................................................ 9 2.6.1单相接地保护接线 ................................................................................................................... 10 2.6.2保护整定 ................................................................................................................................... 10 第三章 电力变压器的继电保护 .......................................................................................................................11 3.1电力变压器的常见故障和保护配置 ...................................................................................................11 3.1.1常见故障 ....................................................................................................................................11 3.1.2保护配置 ....................................................................................................................................11 3.2变压器电流保护的接线方式 ...............................................................................................................11 3.3变压器的过电流保护 ...........................................................................................................................11 3.4变压器的瓦斯保护 .............................................................................................................................. 12 3.5变压器的差动保护 .............................................................................................................................. 13 3.5.1变压器差动保护基本原理 ....................................................................................................... 13 3.5.2变压器差动保护不平衡电流分析 ........................................................................................... 14 第四章 其它电力设备的机电保护 .................................................................................................................. 16 4.1母线的继电保护 .................................................................................................................................. 16 4.2电容器的继电保护 .............................................................................................................................. 17 4.3高压电动机的继电保护 ...................................................................................................................... 20 第五章 自动重合闸及备用电源自动投入装置 .............................................................................................. 20 5.1自动重合闸装置 .................................................................................................................................. 20 5.2备用电源自动投入装置 ...................................................................................................................... 21 第六章 配电系统微机保护 .............................................................................................................................. 23 6.1配电系统微机保护的现状和发展 ...................................................................................................... 23 6.2配电系统微机保护的功能 .................................................................................................................. 23 6.3微机保护装置的硬件结构 .................................................................................................................. 23 6.4微机保护装置的软件系统 .................................................................................................................. 24 第七章 结束语 .................................................................................................................................................. 25 致 谢 ................................................................................................................................................................ 25 参考文献 ............................................................................................................................................................ 26 3 引言 工厂继电保护可靠动作是保证生产正常进行、保护电气设计设备的前提条件，过流继电保护动作电流整定值准确与否，又直接影响过流继电保护动作的可靠性，同时过流继电保护动作电流的整定值还要考虑现场的实际情况。目前工厂生产规模不断扩大，使工厂原有的供配电继电保护线路出现了严重的问题，比较突出的是:在高压线路上新增了多台配电变压器和高压电动机，致使高压高压进线过流保护由于最初设计、整定值并未考虑到多台配电变压器励磁电流和多台高压电动机启动电流的影响，造成高压进线上的继电保护频繁动作，是控制线路的高压断路器分闸，严重影响了供电的进行和正常的生产。鉴于以上方面的考虑，我们需要对工厂供电系统进行继电保护来解决这些问题。 第一章 继电保护基本知识 1.1继电保护的任务 (1)当被保护的电力系统元件发生故障时,应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令,使故障元件及时从电力系统中断开,以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏,降低对电力系统安全供电的影响,并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等). (2)反应电气设备的不正常工作情况,并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号,以便值班人员进行处理,或由装置自动地进行调整,或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除.反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作. 1.2 继电保护的基本原理 继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。 电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是: (1) 电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。 1 (2) 电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。 (3) 电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20?，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60?,85?，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180?+(60?,85?)。 (4) 测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗;金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。 不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量;单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。 利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护，主要由测量、逻辑和执行三部分组成。 第二章 供电线路的继电保护 2.1电力线路的常见故障 该温度报警控制器主要由AT89C51、显示电路、温度检测、电机控制电路等组成。工作过程如下:由单片机实时采温度的变化数据并进行处理，然后用液晶显示当前温度。当温度过高时，由单片机控制电机运作进行降温。 2.2 电流保护的接线方式和接线系数 电流保护中的电流继电器与电流互感器二次绕组的连接方式大致分为三相三继电器，两相两继电器，两相一继电器三种方式 接线系数Kjx为: IjK,jxI 2 2 2.3过电流保护 当通过线路的电流大于继电器的动作电流，保护装置起动，并用时限保证动作的选择性，这种继电保护装置称为过电流保护。分为定时限过电流保护、反时限过电流保护。 2.3.1接线和工作原理 (1)定时限过电流保护装置的接线和工作原理 (2)反时限过电流保护装置的接线和工作原理 3 2.3.2保护整定 动作电流整定、动作时限整定和灵敏度校验 (1)动作电流整定 a.正常运行时，保护装置不动作，即保护装置一次侧的动作电流Iop1应大于线路的最大负荷电流IL.max(正常过负荷电流和尖峰电流)，即 Iop1>IL.max b.保护装置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置,即保护装置一次侧的返回电流Ire1大于线路的最大负荷电流IL.max(应包含电动机的自起动电流)，即 Ire1>IL.max 继电器的动作电流Iop.KA为: KK,relwII,opKAL,max KK,rei 保护装置一次侧的动作电流为: KiII,opopKA1, Kw (2)动作时限整定 a.定时限过电流动作时限整定 按阶梯原则进行整定: t1=t2+?t 式中,?t为时限级差，定时限过电流保护取0.5s，反时限过电流取0.7s。 b.反时限过电流保护动作时限整定 10倍动作电流时的动作时限。 4 (3)保护灵敏度校验 (2)I过电流保护的灵敏度用系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流 进行校K,min验。 (2)IK,min K,sIop1 式中，Iop1为保护装置一次侧动作电流。 K,1.5主保护 s 后备保护 K,1.2s 对某工厂供电线路进行整定，1TA的变比为750/5A，线路最大负荷电流670A，保护采用两相两继电器接线，线路2WL定时限过电流保护的动作时限0.7s，最大运行方式时K1点三相短路电流4kA，K2点三相短路电流2.5kA，最小运行方式时K1和K2点三相短路电流分别为3.2kA和2kA。 1、整定动作电流 KK,1.21.0，relwIIA,,，,6706.8,maxopKALKK,，0.85150 rei 选DL-11/10电流继电器，线圈并联，整定动作电流7A 过电流保护一次侧动作电流为: K150iIIA,,，,710501,opopKA K1.0w 2、整定动作时限 线路1WL定时限过电流保护的动作时限应较线路2WL定时限过电流保护动作时限大一个时限级差Δt。 ttts,，,,，,0.70.51.212 3、校验保护灵敏度 保护线路1WL灵敏度按线路1WL末端最小两相短路电流校验 5 由此可见，保护整定满足灵敏度要求。 2.4电流速断保护 当过电流保护动作时限超过0.5~0.7s时，应装设电流速断保护。电流速断保护按被保护设备的短路电流整定，当短路电流超过整定值时，则保护装置动作，断路器跳闸，电流速断保护一般没有时限，不能保护线路全长(为避免失去选择性)，即存在保护的死区(为克服此缺陷，常采用略带时限的电流速断保护以保护线路全长(时限速断的保护范围不仅包括线路全长，而深入到相邻线路的无时限保护的一部分，其动作时限比相邻线路的无时限保护大一个级差( 2.4.1电流速断保护的特点 接线简单，动作可靠，切除故障快，但不能保护线路全长，保护范围受到系统运行方式变化的影响较大。速断保护是一种短路保护，为了使速断保护动作具有选择性，一般电力系统中速断保护其实都带有一定的时限，这就是限时速断，离负荷越近的开关保护时限设置得越短，末端的开关时限可以设置为零，这就成速断保护，这样就能保证在短路故障发生时近故障点的开关先跳闸，避免越级跳闸。定时限过流保护的目的是保护回路不过载，与限时速断保护的区别在于整定的电流相对较小，而时限相对较长。这三种保护因为用途的不同，不能说各有什么优缺点，并且往往限时速断和定时限过流保护是结合使用的。 2.4.2电流速断保护的接线和工作原理 电力系统中电气设备发生故障时，短路电流很大，根据继电器的基本动作原理可知，如果预先通过计算，将此短路电流整定为继电器的动作电流，就可对故障设备进行保护。过电流保护和电流速断保护正是根据这个原理而实现的。为了保证动作的选择性，根据短路电流的特点(故障点越靠近电源，则短路电流越大)，过电流保护是带有动作时限的，而电流速断保护则不带动作时限，即当短路发生时，它立即动作而切断故障，故它没有时限特性，常用来和过流保护配合使用。速断保护不能保护线路 6 全长，只能有选择性地保护线路一部分，余下部分为速断保护的死区。为避免上述情况，速断保护也可做成略带时限，称为时限电流速断保护。它和无时限电流速断配合，以消除电流速断保护的动作死区。 2.4.3电流速断保护的整定 1)动作电流的整定 ( 为了保证速断保护动作的选择性，在下一级线路首端发生最大短路电流时电流速断保护不应动作，即速断保护动作电流Iop1,IK.max，速断保护动作电流整定值为 对GL型电流继电器，还要整定速断动作电流倍数。 (2)灵敏度校验 用线路首端最小两相短路电流校验，即 7 (3)保护区和保护死区 在电流速断保护区内，电流速断保护为主保 护，过电流保护为辅助保护。 在电流速断保护的死区内，过电流保护为主保护。 整定上述线路1WL的电流速断保护。已知线路1WL首端最小三相短路电流为9.2kA。 电流速断保护和过电流保护共用电流互感器和出口中间继电器。电流速断保护需整定动作电流和校验灵敏度。 (1) 动作电流整定 KK,1.31.0，relwIIA,,，,400034.7,maxopKAL 150Ki 选DL-11/50电流继电器，线圈并联，整定动作电流35A。 K150i速断保护一次侧动作电流为 IIA,,，,3552501,opopKAK1.0w(2) 灵敏度校验 以线路1WL首端最小两相短路电流校验 电流速断保护整定满足要求。 2.5过负荷保护 在电路中，当回路电流超过过负荷保护装置预设值时，过负荷保护装置自动断开电流回路，起到保护有效负载的作用。 8 2.5.1接线和工作原理 2.5.2保护整定 (1) 过负荷保护的动作电流按线路的计算电流Ic整定，即 IrelII, opKAc Ki (2) 动作时间 一般整定10s~15s。 2.6单相接地保护 单相接地保护一般指需要接地保护的电器。通常的家电采用的都是三线插座，其中一根为火线，一根为零线，一根为地线，当电器发生漏电时就通过地线入地，避免电器与人体接触时通过人体入地，电流不通过人体入地，人也就不会发生触电。达到安全用电之目的。 9 2.6.1单相接地保护接线 2.6.2保护整定 (1)动作电流整定 系统中其它线路发生单相接地，被保护线路流过接地电容电流IC时，单相接地保护不 应动作，即: IrelII,opKAc Ki 保护装置一次侧动作电流为: IKI,opIIopKA (2)灵敏度校验 III,,被保护线路发生单相接地，流过接地电容电流 单相接地保护应可靠动Eczc 作。 K,1.5II, 架空线线路 sczcK,s Iop1K,1.25 电缆线路 s 10 第三章 电力变压器的继电保护 3.1电力变压器的常见故障和保护配置 3.1.1常见故障 (1)绕组匝间短路 (2)三相负载不对称 (3)高压侧一相缺电 3.1.2保护配置 (1)装设过电流保护和电流速断保护装置用于保护相间短路 (2)气体保护:保护变压器的内部故障和油面降低 (3)差动保护:保护内部故障和引出线相间短路 (4)装设过负荷保护和温度保护装置分别用于保护变压器的过负荷和温度升高 3.2变压器电流保护的接线方式 (1)两相两继电器式接线(适用于相间短路保护) (2)两相一继电器式接线(保护灵敏度随短路种类而异) 3.3变压器的过电流保护 变压器相间短路的保护既是变压器主保护的后备保护，又是相邻母线或线路的后备保护。根据变压器容量大小和系统短路电流的大小，变压器相间短路的后备保护可采用过电流保护、低电压起动的过电流保护和复合电压起动的过电流保护等。 (1)不带低电压起动的过电流保护 过电流宜用于降压变压器，过电流保护采用三 相式接线，且保护应该装设在电源侧。不带低电压 起动的过电流保护的原理接线图如图 11 保护的动作电流应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，如式 IopIL,max KrelIop,IL,max Kre —可靠系数，一般为1.2~1.3 Krel —为返回系数 Kre (2)低电压起动的过电流保护 对于升压变压器或容量较大的降压变压器，当过电流保护另名都不够时，可以考虑并列变压器跳闸或电动机自起动等因素引起的最大可能的负荷电流，而可以按躲过变压器的额定电流来整定。这样可以降低过电流保护的整定值，从而提高保护的灵敏度。 对升压变压器，如果低电压继电器只接在一侧电压上则当另一侧发生短路时，往往不能满足灵敏度的要求。为此，可采用两套低电压继电器，分别接在变压器的高、低压侧。 当采用低电压起动的过流保护时，其动作电流按躲开变压器的额定电流整定。低电压及电器的动作电压应小于正常运行情况下的最小工作电压。双侧电源的变压器或多台并列运行的变压器，一般均采用低电压起动的过流保护或复合电压起动的过流保护。 3.4变压器的瓦斯保护 1(保护的工作原理 瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内部各种短路故障，特别是对绕组的相间和匝间短路。由于短路点电弧的作用，将使变压器和其他绝缘分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体数量及流速构成瓦斯保护。 上面的触点表示“轻瓦斯保护”，动作后经延时发出报警信号。下面的触点表示“瓦斯保护”，动作后启动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳闸。当油箱内部发生严重事故时，由于油流不稳定， 12 可能造成弹簧触点的抖动，此时为使断路器能可靠跳闸，应选用具有电流自保持线圈的出口中间继电器KM，动作后由断路器的辅助触点来解除出口回路的自保持。此外，为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸，可利用切换片XB将跳闸回路切换到信号回路。 2.瓦斯保护的缺点 不能反应变压器油箱外套管及联接战线上的故障，因此，不能作为防御变压器内部事故的唯一保护。由于构造问题，在运行中正确动作率还不高。挡板式瓦斯继电器也存在当变压器油面严重下降，需要跳闸时，动作不快的缺点。 3.瓦斯保护的优点 灵敏度高、结构简单，并能反应变压器油面内部各种类型的故障。特别是当绕组短路匝数很少时，故障点的循环电流虽然很大，可能造成严重的过热，但反应在外部电流的变化却很小，各种反应电流量的保护都难以动作，因此瓦斯保护对保护这种故障有特殊的优越性。 3.5变压器的差动保护 3.5.1变压器差动保护基本原理 电力变压器可能发生的内部故障包括:各侧绕组的相间短路故障，中性点直接接地的变压器的单相接地短路，绕组的匝间短路等。变压器内部的各种短路都将产生电弧，引起主绝缘烧毁，绝缘油分解，内部油压增大，有可能引起油箱爆炸起火。因此，对变压器内部故障应尽快切除。 纵差动保护是变压器的电气主保护，由于变压器在电力系统中占有重要地位，纵差动保护必须满足如下要求: 1.能反应保护区内各种相间和接地短路故障。 2.动作速度快，一般动作时间不能大于 30ms。 3.在变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复期间产生励磁涌流时不应 误动作。 4.在变压器过励磁时，纵差动保护不应该动作。 5.发生外部故障时电流互感器饱和应可靠不动作。 6.保护区内故障时，电流互感器饱和，纵差动保护不应拒动或延时动作。 13 7.保护区内发生短路故障，在短路电流中含有 谐波分量时，纵差动保护不应拒动或延时动作。 按照反应电流和电压量变化构成的保护装置， 测量元件限于装设在被保护元件的一侧，无法区别 保护范围末端和相邻范围始端的故障。为了保证动 作的选择性，在整定动作参数是必须与相邻元件的 保护相配合，一般采用缩短保护区或延长动作时限 的获得选择性。差动保护的原理接线图如图 变压器差动保护是按照循环电流原理构成的，图为差动保护的单相原理接线图。双绕组变压器，在其两侧装设电流互感器当两侧电流互感器的同极性端子在同一方向，差动继电器的工作线圈并联在电流互感器的二次端子上。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此必须适当选择两侧电流互感器的变化，使得在正常工作时和外部故障时两侧的二次电流相等，流过差动继电器线圈的电流在理论上等于零。即: ，，,,I1I2,nB 所以两侧的CT变比应不同，且应使 ，，,,12l1IIn，， ,,,,I1I2,nB或nnnl1l2l2 按相实现的纵差动保护，其电流互感器变比的选择原则是两侧CT变比的比值等于变压器的变比。 3.5.2变压器差动保护不平衡电流分析 1.稳态情况下不平衡电流 变压器在正常运行时纵差保护回路中不平衡电流主要是由电流互感器、变压器接线引起: (1)由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生。正常运行时变压器各侧电流的大小是不相等的。为了满足正常运行或外部短路时流入继电器差动回路的电流为零，则应使高、低压两侧流入继电器的电流相等，即高、低侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。但是，实际上由于电流互感器的变比都是根据产品目录选取的变比，而变压器的变比是一定的，因此上述条件是不能得到满足的，因而会产生不平衡电流。 (2)由变压器两侧电流相位不同而产生。变压器常常采用两侧电流的相位相差30?的接线方式(对双绕组变压器而言)。此时，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式(即 14 均采用,形接线方式)，则二次电流由于相位不同，也会在纵差保护回路产生不平衡电流。 (3)由变压器两侧电流互感器型号不同而产生。电流互感器是一个带铁心的元件，在变换电流的过程中，需要一定的励磁电流，所以一次电流和二次电流的关系如式: ，，I2,I1,I1cnTA 当变压器两侧电流互感器的型号不同时，它们的饱和特性、励磁电流等也就不同，即使两侧电流互感器的变比符合要求，流入差动继电器的差电流为，如式: ，，，，Ij,I1,I1c,1nTAH,Y,I2,I1c,2nTAH,Δ [5]差电流也不会为零，即在正常运行或外部短路时，会有不平衡电流流入差动继电器。 2.暂态情况下的不平衡电流 (1)由变压器励磁涌流产生 正常运行情况下，铁芯未饱和，相对导磁率很大，变压器绕组的励磁电感也很大，因而励磁电流很小，一般不超过额定电流的3%~5%。当投入空载变压器或外部故障切除后的电压回复时，一旦铁芯饱和后，想对导磁率接近于1，变压器绕组的电感降低，相应出现数值很大的励磁电流，称为励磁涌流，其值可能达到变压器额定电流的6~8倍。励磁涌流具有如下特征:?励磁涌流数值很大，最大可达变压器额定电流的6~8倍;?励磁涌流包含有很大成分的非周期分量，波形呈尖顶波形且偏于时间轴的一侧;?励磁涌流包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主;?励磁涌流相邻波形是不连续的，因而波形之间出现了间断角。由于励磁涌流的存在，使变压器差动回路产生很大的不平衡电流，常常导致纵差保护的误动作，给变压器纵差保护的实现带来困难。 (2)由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生 纵差保护是瞬动保护，它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲。因此，必须考虑外部故障暂态过程的不平衡电流对它的影响。在变压器外部故障的暂态过程中，一次系统的短路电流含有非周期分量，它对时间的变化率很小，很难变换到二次侧，而主要成为互感器的励磁电流，从而使互感器的铁心更加饱和。本来按10%误差曲线选择的电流互感器在变压器稳态外部短路时，就会处于饱和状态，再加上非周期分量的作用，则铁心将严重饱和。因而，电流互感器的二次电流的误差更大，暂态过程中的不平衡电流也将更大。 15 第四章 其它电力设备的机电保护 4.1母线的继电保护 母线发生故障的几率较线路低，但故障的影响面很大。这是因为母线上通常连有较多的电气元件，母线故障将使这些元件停电，从而造成大面积停电事故，并可能破坏系统的稳定运行，使故障进一步扩大，可见母线故障是最严重的电气故障之一，因此利用母线保护清除和缩小故障造成的后果，是十分必要的。 1.作用原理 将母线的连接元件都包括在差动回路中，需在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的CT。 (1)正常运行或外部故障时 () I,II，I,Iinout123.... 所以， I,I，I,I,0123, '''二次侧 I,I，I,I,0,J123.... (2)母线故障时 I,I，I，I,I123,d I'''d二次侧 I,I，I，I,,I,Jdz123nl 2.整定计算 两个条件:(1)躲外部短路可能产生的 Ibp.max I,K，I,K，0.1，Indz.JKbpmaxKdmaxl (2)CT(LH)二次回路断线时不误动 I,K，I/n dz.JKfmaxl 16 : 母线连接元件中，最大负荷支路上最大负荷电流。 Ifmax 取较大者为定值。 I dminK,,2lmIn，dzJl ——连接元件最少时 Idmin 4.2电容器的继电保护 电容器的电流保护主要有限时速断，过流和电容器不平衡电流等 1.电容器的限时电流速断保护 (1)限时电流速断整定值计算 原则:按躲过电网瞬时过电压引起的冲击电流来整定 QI,CN,, I,KI/KoprelCNre3U,nNTA 可靠系数取2,3。 电流继电器返回系数，取0.8,0.95。 Q为电容的额定容量，单位为KVAR。 (2)限时电流速断保护的延时整定 限时电流速断的延时按能躲过电容投入的冲击电流持续时间来整定，一般可取 0.10,0.20s。 (3)限时电流速断的灵敏度检验 3E (2)s(2),,,,K,I/II,,senK,opK,minmin2Z，Z sT E式中: ——电源等效相电势。 s Z ——电源折合到低压侧的等效相阻抗。 s ——变压器折合到低压侧的等效相阻抗。 ZT 根据规程规定， ?2 ,,Ksen 2.电容器的过电流保护 (1)过电流定值计算 电容器的过电流保护按躲过电容器组的额定电流来整定 KKrelbw,,,I,i —电流的纹波系数，取1.2,1.25。 opcNKbwKre 17 (2)过流保护的延时计算 按躲过电容投入产生的冲击电流及电网瞬时过电压产生的冲击电流持续时 间并与限时速断时限配合来整定，一般取 ,,,t,0.2~0.5s op (3)过流保护的灵敏度校验 (3)Es(3)I3k.minI,,,,K,1.25,,,K,,K ,minsensenZ，Z,,,2IsTop 3.不平衡电流保护 不平衡电流保护用于双星形接线的电容器组 (1)不平衡电流整定值计算 I ——单台电容器的额定电流。 cN m——单台电容每串联段并联的电容器数。 n——单台电容串联的段数。 k——因击穿而切除的电容个数。 中性点不平衡电流保护按切除一定数量电容后的不平衡电流有一定的灵敏度，且能可靠地躲过正常运行时的不平衡电流来整定。即: —正常运行时的不平衡电流。 I/K,I,KIIdsqsenopreldsq,0dsq,0 (2)不平衡电流保护的延时整定 中性点不平衡电流保护的延时仍按躲过电容投入的冲击电流和系统瞬时过电压引起的不平衡电流持续时间来整定，一般取0.1,0.2s，即 t=0.1,0.2s。 4.电容器的欠压保护 (1)欠电压保护电压定值计算 电容器欠电压保护的目的是在母线失压时及时将电容切除，以防止电源进线重合闸使母线带电时，因电源电压与电容电压迭加，产生过大的冲击电流而损坏电容。 定值按躲过电容所在母线所有线路中，线路末端短路的最 低电压来整定: U,(0.3~0.5)UopN (2)欠压保护的延时计算 t,t，,topgdl 18 t —同一母线上线路过流保护的最长时限 gdl 5.电容器的过压保护 (1)过电压定值计算 电容器的过电压按电容允许长时间运行的电压来整定。电容电感串的电压 XXLLU,U,(1)为: ， 为电容过压系数，取1.1。 U,K(1,)UKcopvcNvXXcc(2)过压保护的延时计算 过电压按电容允许长时间运行的电压整定，因此，其延时可以较长，一般可达数十秒，但为保证在电压超过定值较多时不致损坏电容，其延时一般不应超过60s。 (3)闭锁电流的整定值计算 在未设电容器电压互感器时，电压取自母线。 当电容未投入时，避免过电压保护误动，引入电流闭锁元件，闭锁电流仅用于判别回 I,(0.4~0.6)I路是否有电流， opcN ,X,,L时投入过压保护。 UK1U,,,,opvcN,,,X c,,, , I(0.4~0.6)I,opcN, 二者与的关系。 6.不平衡电压保护 不平衡电压保护用以防止Y形接法电容器组中，其串联段中个别元件损坏切除后，其它电容承受过高电压而损坏。不平衡电压取自高压侧接于电容相线端与其中性点的三绕组电压互感器的开口绕组。 (1)不平衡电压的整定值计算 不平衡电压按躲过正常运行时因各相电容误差而产生的不平衡电压并对因电容击穿后熔丝熔断而切除若干小元件后，有一定的灵敏度而设定。 3mn(K,1),, 3K,UvcNK,,,U,dsq,, K(3n,2)3()2nm,K，Kv,, —电容的过压系数，由电容器生产厂提供，一般在1.1,1.15之间。 Kv U/K,U,KUdsqsenopreldsq,0 19 (2)不平衡电压保护的延时 一般按躲过电容投入时或系统其它故障造成的瞬时不平衡电压持续时间来选取，一般取0.1,0.2s。 4.3高压电动机的继电保护 常见短路故障和不正常工作状态主要有:定子绕组相间短路、单相接地、电动机过负荷、低电压，同步电动机失磁、失步等。 对2000kW以下的高压电动机相间短路，装设电流速断保护;对2000kW及以上的高压电动机或电流速断保护灵敏度不满足要求的高压电动机，装设差动保护。对易发生过负荷的电动机，应装设过负荷保护。对不重要的高压电动机或不允许自起动的电动机，应装设低电压保护。高压电动机单相接地电流大于5A时，应装设有选择性的单相接地保护。 第五章 自动重合闸及备用电源自动投入装置 5.1自动重合闸装置 1.对自动重合闸的要求: (1)手动或遥控操作断开断路器及手动合闸于故障线路，断路器跳闸后，自动重合闸不应动作。 (2)除上述情况外，当断路器因继电保护动作或其它原因而跳闸时，自动重合闸装置均应动作。 (3)自动重合次数应符合预先规定，即使ARD装置中任一元件发生故障或接点粘接时，也应保证不多次重合。 (4)应优先采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸。同时也允许由保护装置来起动，但此时必须采取措施来保证自动重合闸能可靠动作。 (5)自动重合闸在完成动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作。有值班人员的10kV以下线路也可采用手动复归。 (6)自动重合闸应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电器保护的动作。 20 2.电气一次自动重合闸装置 自动重合闸的基本原理 手动合闸时，按下SB，使合闸接触器KO通电动作，从而使合闸线圈Y0动作，使断1 路器QF合闸。手动跳闸时，按下SB，使跳闸线圈YR通电动作，使断路器QF跳闸。 2 当一次线路上发生短路故障时，保护装置KA动作，接通跳闸线圈YR回路，使QF自动跳闸。与此同时，断路器辅助触点3-4闭合，而且重合闸继电器KAR起动，经整定的时限后其延时常开触点闭合，使合闸接触器KO通电动作，使断路器重合闸。如果一次线路上的短路故障是瞬时性的，已经消除，则重合闸成功。如果短路故障尚未消除，则保护装置又要动作，KA的触点闭合又使断路器再次跳闸。由于一次ARD(自动重合闸装置)采用了防跳闸措施(图上未表示)，因此不会再次重合闸。 5.2备用电源自动投入装置 1.对APD的装设基本要求 在用户供配电系统中，按如下原则装设APD:变电所的所用电;由双电源供电且其中一个电源经常断开以作为备用的变电所;有备用变压器或互为备用的母线段的降压变电所;某些重要的备用机组。虽然不同场合的APD接线可能有所不同，但基本要求相同，具体要求如下。 (1)应保证在工作电源或设备断开后，APD才能将备用电源投入。 (2)当工作电源的电压不论因何原因消失时，APD均应动作。 (3)应保证APD只动作一次，这是为了避免将备用电源多次投入到永久性故障元件上。 (4)APD的动作时间应尽可能的短，以减小负荷的停电时间。运行实践证明，APD装置的动作时间以1s,1.5s为宜，低电压场合可减小到0.5s。 (5)工作电源正常停电操作及工作电源、备用电源同时失去电压时，APD不应动作，以 21 防备用电源投入。 (6)电压互感器两侧熔断器熔断时，APD不应误动作。 2.APD装置工作原理 在要求供电可靠性较高的工厂变配电所中，通常设有两路及以上的电源进线。在工作电源线路突然断电时，利用失压保护装置使该线路的断路器跳闸，而备用电源线路的断路器则在PAD(汉语拼音缩写为BZT，备用电源自动投入装置)的作用下迅速合闸，保证对用户的不间断供电。上图为备用电源自动投入装置原理。假设电源进线WL在工作，WL为12备用，其断路器QF断开，但其两侧隔离开关是闭合的(图中未绘隔离开关)。当工作电源2 WL断电引起失压保护动作使QF跳闸时，QF常开触电3-4断开，使原通电动作的时间继电111 器KT断电，但其延时断开触点尚未断开。这时QF的另一常闭触点1-2闭合从而使合闸接1 触器KO通电动作，使断路器QF的合闸线圈YO通电，使QF合闸，投入备用电源WL，恢222复对变配电所的供电。WL投入后，KT的延时断开触点断开，切除KO的回路，同时QF的22联锁触点1-2断开，防止YO长期通电(YO是按短时大功率设计的)。 22 第六章 配电系统微机保护 6.1配电系统微机保护的现状和发展 1.常规的模拟式继电保护缺点: 1)没有自诊断功能，元件损坏不能及时发现，易造成 ( 严重后果。 (2)动作速度慢，一般超过0.02s。 (3)定值整定和修改不便，准确度不高。 (4)难以实现新的保护原理或算法。 (5)体积大、元件多、维护工作量大。 2.微机保护的优点 充分利用和发挥微型控制器的存储记忆、逻辑判断和数值运算等信息处理功能，克服模拟式继电保护的不足，获得更好的保护特性和更高的技术指标。 6.2配电系统微机保护的功能 配电系统微机保护的功能有:保护功能、、测量功能、自动重合闸功能、人机对话功能、自检功能、事件功能、报警功能、断路器控制功能、通信功能、实时时钟功能。 6.3微机保护装置的硬件结构 微机保护装置的结构由数据采集系统、微型控制器、存储器、显示器、键盘、时钟、通信、控制和信号等部分组成。 23 6.4微机保护装置的软件系统 微机保护装置的软件系统包括设定程序、运行程序和中断微机保护功能程序三部分。 微机继电保护装置软件原理图 过电流保护程序 24 第七章 结束语 本次毕业设计的任务是工厂供电系统的继电保护设计，了解并熟悉继电保护的概念、类别、基本任务、基本任务、基本要求等相关内容，完成了继电保护短路电流的计算，选择了应装设的保护类型，进行了过电流保护及瞬时电流速断保护的整定计算及灵敏度校验，选择了相关的保护装置。在拿到这个课题后，我首先是利用图书馆及网络中查找有关的资料，在对相关知识有了一定的了解后开始着手自己的毕业设计，当设计中遇到了困难，都能在曾丽华老师的指导下在图书馆找到相关的书籍一一解决。最后对工厂供电系统的继电保护做出了较全面的设计。通过本次设计使我们对继电保护的相关知识有了更一步地了解，增强了我调查研究、文献检索和阅读中外文资料的综合能力。在探讨中巩固、深化所学的专业知识，培养了我计算和动手能力，为我今后研究生的学习垫定了良好地基础。 致 谢 时间如梭，经过两个多月的紧张的忙碌，毕业设计终于接近尾声，给大学的最后一课画上了一个圆满的句号。 四年的理论学习，使我掌握了基本的专业知识、学习方法。然而，理论离不开实践，毕业设计正是专业教学的最后一个环节，它使我们使所学的知识得到复习、巩固，加强了理论联系实际的能力，真正把所学的知识应用到实践中去，为将来步入社会，走向工作单位打下了坚实的基础。 在各位指导教师和同学的热心帮助下，我完成了本次设计。在毕业论文完成之际向培养我的学校及所有关怀和鼓励我的老师表示深深的谢意。这次设计为我今后的工作奠定了良好的基础，同时，使我能够把学到的知识应用到实践当中，也是对我四年来所学专业知识的一次检验。 在设计过程中得到了来自方方面面的关怀与指导。尤其是指导教师在学习中给予了很大的帮助，为本次设计的顺利完成耗费了大量的心血。在此我要向尊敬的导师表示深深的谢意! 由于本人能力有限，在设计过程中不妥之处在所难免，望广大指导教师给予批评指正。 谢谢! 25 参考文献 [1] 王建南《工厂供电系统继电保护及自动装置》[M] 冶金工业出版社 1996 [2] 贺嘉李《电力系统继电保护》[M]电力工业出版社[M] 1997 [3] 刘介才 《工厂供电》[M]机械工业出版社[M]1998 [4] 赵明等《工厂电气设备》[M]机械工业出版社1997 [5] 徐腊元《配电网自动化设备优选》[M]中国水利水电出版社2001 [6] 王静茹《输电线路电流电压保护》[M]水利电力出版社2001 [7] 张莹《新编21世纪高等职业教育电子信息类教材-工厂供配电技术》[M]电子工业出版社2001 [8] 罗会昌《电工电子技术实验与课程设计》[M]中国科学科技大学出版社1999 [9] 陈雪丽、董事《电气工程专业英语》[M]机械工业出版社1996 [10]周立志、李纯洁《实用电工计算手册》[M]辽宁技术科学技术出版社1998 [11] Patel H.S,Hoft R.C.Generalized Techniques of Harmonic Elimination and Voltage Control in Thyristor Inverters:Part I-Harmonic Elimination.IEEE Trans.IA,1997,9(3) [12] Van Dar Broeck 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