1、精選優質文檔-傾情為你奉上學號 課程設計 （ 2014 級本科）題 目： 電網接地短路的保護設計 學 院： 物理與機電工程學院 專 業： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 吳雅榮 指導教師： 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-專業目錄1 設計資料分析 在中性點直接接地的電網中，接地故障占故障總次數的絕大多數，一般在90%以上。線路的電壓等級愈高，所占的百分比愈大。母線故障、變壓器差動保護范圍內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，接地保護是高壓電網中最重要的一種保護。1.1系統接線圖及參數：圖1.1 電

2、力系統簡圖 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本課程設計主要對題目中所述系統進行零序電流保護的設計。主要完成對A處的零序保護的設計。通過對A保護方式的分析，短路電流的計算，進行零序三段電流保護，并對設計的保護進行靈敏度校驗和整定時間的確定；最后進行有關設備的選擇和評價。2分析要設計的課題內容（保護方式的確定）首先應該分析運行方式。由于本題開機運行方式為兩側各開 1臺發電機，所以不存在受最大運行方式和最小運行方式對零序保護的影響。2.1 設計

3、規程根據繼電保護在電力系統中所擔負的任務，一般情況下，對動作于跳閘的繼電保護在技術上有四條基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。這幾個之間，緊密聯系，既矛盾又統一，必須根據具體電力系統運行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每個電力原件的繼電保護。充分發揮和利用繼電保護的科學性、工程技術性，使繼電保護為提高電力系統運行的安全性、穩定性和經濟性發揮最大效能。(1)可靠性可靠性是指保護該動作時應動作，不該動作時不動作。為保證可靠性，宜選用性能滿足要求、原理盡可能簡單的保護方案。(2)選擇性選擇性是指首先由故障設備或線路本身的保護切除故障，當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許

4、由相鄰設備、線路的保護或斷路器失靈保護切除故障。為保證選擇性，對相鄰設備和線路有配合要求的保護和同一保護內有配合要求的兩元件（如起動與跳閘元件、閉鎖與動作元件），其靈敏系數及動作時間應相互配合。(3)靈敏性靈敏性是指在設備或線路的被保護范圍內發生故障時，保護裝置具有的正確動作能力的裕度，靈敏性通常用靈敏系數或靈敏度來衡量，增大靈敏度，增加了保護動作的信賴性，但有時與安全性相矛盾。對各類保護的的靈敏系數的要求都作了具體規定，一般要求靈敏系數在1.2-2之間。(4)速動性速動性是指保護裝置應能盡快地切除故障，其目的是提高系統穩定性，減輕故障設備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍。110kV及以上電

5、壓等級的線路，由于其負荷電流大，距離長，用電流保護往往不能滿足技術要求，而需要采用距離保護。這是因為與電流保護相比，距離保護有以下優點：靈敏度較高。因為阻抗，阻抗繼電器反映了正常情況與短路時電流、電壓值的變化，短路時電流增大，電壓降低，阻抗減小得多。保護范圍與選擇性基本上不受系統運行方式的影響。由于短路點至保護安裝處的阻抗取決于短路點至保護安裝處的電距離，基本上不受系統運行方式的影響，因此，距離保護的保護范圍與選擇性基本上不受系統運行方式的影響。迅速動作的范圍長。距離保護第一段的保護范圍比電流速斷保護范圍長，距離保護第二段的保護范圍比限時電流速斷保護范圍長，因而距離保護迅速動作的范圍較長。規范

6、規定：110KV220KV有效接地電力網線路，應按下列規定裝設反應接地短路和相間短路的保護設置。1）對于接地短路： 宜裝設帶方向和不帶方向的階段式零序電流保護； 零序電流保護不能滿足要求時，可裝設接地距離保護，并裝設一段或兩段零序電流保護作為后備保護。2）對于相間短路： 單側電源單回線路，應裝設三相多段式電流或電壓保護，如不能滿足要求，則應裝設距離保護； 雙側電源線路宜裝設階段式距離保護。2.2 本設計的保護配置（1）主保護（零序電流保護）配置電力系統正常運行時是三相對稱的，其零序、負序電流值理論上為零。多數的短路故障是不對稱的，其零、負序電流電壓會很大，利用故障的不對稱性可以找到正常與故障的

7、區別，并且這種差別是零與很大值的比較，差異更為明顯。所以零序電流保護被廣泛的應用在110KV及以上電壓等級的電網中。（2） 后備保護（距離保護)配置 距離保護是利用短路發生時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，該比值反應故障點到保護安裝處的距離，如果短路點距離小于整定值，則保護裝置動作。在保護A、B處配備三段式距離保護，選用接地距離保護接線方式和相間距離保護接線方式。3短路電流計算3.1等效電路的建立 所有元件全運行時零序電壓等值網絡如下圖3.1所示。 選擇A點為故障點。3.2短路電流的計算： =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、零序電路圖如下圖示：圖3.1 三序等值電路圖 計算序電流序電壓，近似取=×××計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，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相單相接地短路時流過保護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，流過保護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保護的配合及整定運算4.1 主保護整定計算（1

10、）保護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出現的最大零序電流3，引入可靠系數（一般取為1.21.3）。故零序段整定為：Iset.1=Krel3I0.1max=0.036整定時間：t1=0S（2）零序電流段保護零序電流段保護一般情況下是作為本線路和相鄰線路的后備保護，在中性點直接接地系統中的終端線路上，它也可以作為主保護使用。零序電流段保護按如下原則整定：按躲開在下一條線路出口處相間短路時所出現的最大不平衡電流Iunb.max 來整定，引入可靠系數Krel，即為Iset.1=KrelIunb.max三相短路電路計算如下：A點：X(A)*=0.51 IK(3)=SdX(A)3

11、Ud*=555.6A當一臺電流互感器誤差為10%時而其余工作準確的不平衡電流為： Iunb.max=0.1IK(3)=55.56A則段定值 Iset.1=KrelIunb.max=66.7A保護裝置的靈敏系數，當作為本條線路近后備保護時，按本線路末端發生接地故障時的最小零序電流來校驗，要求； 當作為相鄰元件的遠后備保護時，按相鄰元件保護范圍末端發生接地故障時，流過本保護的最小零序電流來校驗，要求。5 MATLAB建模與仿真分析5.1仿真圖像（1）A相接地短路為例發電機端電壓，電流波形 電壓波形 電流波形分析：發電機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相接地短路時當輸電線路發生A 相接地短路時,B 相、C 相電流沒有變化,始終為0. 對于故障相A 相的電流:在穩態時,故障點A 相電流由于三相短路故障發生器處于斷開狀態,因而電流為0. 在0. 01s 時,三相短路故障發生器閉合,此時電路發生A 相接地短路,A 相短路電流波形發生了尖銳的抖動,大體上仍然呈現正弦規律變化. 在0. 04s時,三相短路故障發生器打開,相當于排除故障,此時故障點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) 發電機端電壓。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，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 相發生接地短路時,C 相電流沒有變化,始終為0. 對于故障相A 相和故障相B 相電流:在穩態時,故障點A 相、B 相電流由于三相短路故障發生器處于斷開狀態,因而電流為0. 在0. 01s 時,三相短路故障發生器閉合,此時電路發生A 相、B 相接地短路,故障點A 相電流波形下移,故障點B 相電流波形上升,呈正弦規律變化. 在0. 05s 時,三相短路故障發生器打開,

14、相當于排除故障,此時故障點A 相、B 相電流變化為0. 6保護的評價對零序電流保護的評價，零序電流保護通常由多段組成，一般是四段式，并可根據運行需要增減段數。為了某些運行情況的需要，也可設置兩個一段或二段，以改善保護的效果。接地距離保護一般是二段式，一般都可以以測量下序阻抗為基本原理。接地距離保護的保護性能受接地電阻的大小的影響很大。當線路配置了接地距離保護時，根據運行需要一般還應配置零序電流保護。特別是零序電流保護中最小定值的保護段，它對檢測較大接地電阻的短路故障較為優越。因此，零序電流保護不宜取消，但可適當減少設置的段數。零序電流保護和接地距離保護一般按階梯特性構成，其整定配合遵循反映同種故障類型的保護上下級之間必須相互配合的原則，主要考慮與相鄰下一級的接地保護相配合；當裝設接地短路故障的保護時，則一般在同原理的保護之間進行配合整定。參考文獻1賀家李電力系統繼電保護原理M北京：中國電力出版社，2004：6-8，9-582李光琦.電力系統暫態分析（第三版M.北京：中國電力出版社，2006:44