零序电流保护课程设计

电力系统继电保护课程设计

号： XXXXXXXXX

指导教师： XXXX

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2012 年7 月 7日

1 设计原始资料

1.1 具体题目

系统接线图如下图，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，开机方式为两侧各开1台机，变压器T6 1台运行。参数为：

φ115/E = 1.G3 2.G35,X X ==Ω 1.G1 2.G15,X X ==Ω 1.T1 1.T45,X X ==Ω 0.T10.T415,X X ==Ω 1.T615,X =Ω 0.T620,X =Ω A-B 50(138%)km L =?+B-C 40km,L =线路

阻抗120.4/km,Z Z ==Ω 0 1.2/km,Z =Ω I rel 1.2,K =II rel 1.15K =。

系统接线图

试对1、2进行零序保护的设计。

1.2 要完成的内容

⑴ 请画出所有元件全运行时三序等值网络图，并标注参数；

⑵ 分别求出1、2零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的定值，并校验灵敏度；

⑶ 保护1、2零序Ⅰ、Ⅱ是否需要方向元件。

2 分析要设计的课题内容（保护方式的确定）

2.1 设计规程

继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，110~220kV 有效接地电力网线路，应按下列规定装设反应接地短路和相间短路的保护装置。

⑴ 对于接地短路：

① 装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护；

② 零序电流保护不能满足要求时，可装设接地距离保护，并应装设一段或两段零序电流保护作为后备保护。

⑵ 对于相间短路：

① 单侧电源单回线路，应装设三相多段式电流或电压保护，如不能满足要求，则应装设距离保护；

② 双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。

2.2 本设计的保护配置

2.2.1 主保护配置

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。

2.2.2 后备保护配置

距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反应故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值，则保护装置动作。

在保护1、2、3和4处配备三段式距离保护，选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式。

3 短路电流及残压计算

3.1 等效电路的建立

将本题中的系统简化成三序电压等值网络，即正序网络如图1所示；负序网络如图2所示；零序网络，图3所示。

X1G3

图3.1 正序网络

图3.2 负序网络

图3.3 零序网络

3.2 保护短路点的选取

母线A处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护2的最大零序电流。

母线B处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护1和4的最大零序电流。

母线C处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护3的最大零序电流。

3.3 短路电流的计算

整理线路参数

⑴ B 母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。

单相接地短路时，故障端口正序阻抗为

故障端口负序阻抗为 2115.8902()Z Z ∑∑=Ω=

故障端口零序阻抗为 00.10.AB 0.T60.T30.BC ()||||()13.4324()T Z X Z X X Z ∑=++=Ω 单相接地短路时 01max 102E I Z Z ?

=∑∑+=0144

.139902.1423/115+?=1.5443(kA) 两相接地短路时 02max 102E I Z Z ?=∑∑+=0144

.1329902.143/115?+=1.6192(kA)

⑵ A 母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。

故障端口正序阻抗为

故障端口负序阻抗为 21 8.3712()Z Z ∑∑==Ω

故障端口零序阻抗为 00.T40.BC 0.T60.AB 0.T1[||]||Z X X X X X ∑=++（

） 12.8850()=Ω 单相接地短路时

'010115/ 2.2410(kA)228.371212.8850

E I Z Z ?∑∑===+?+ 两相接地短路时

"010 1.9447(kA)2E I Z Z ?∑∑=

==+ ⑶ C 母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。单相接地短路时， 故障端口正序阻抗为

故障端口负序阻抗为 21 8.3712()Z Z ∑∑==Ω

故障端口零序阻抗为

单相接地短路时

'010 2.2978(kA)2E I Z Z ?∑∑===+ 两相接地短路时

"010115/ 2.0319(kA)28.3712212.1530E I Z Z ?∑∑=

==++?

4 保护的配合及整定计算

4.1 主保护的整定计算

4.1.1 动作值（如动作电流）

⑴ 1零序Ⅰ段躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流 ⑵ 1零序Ⅱ段与下一条线路Ⅰ段配合，即与3的Ⅰ段配合

分支系数 0.T10.AB 0b 0.T61576.2 5.5620

X X K X +==+= ⑶ 2零序Ⅰ段躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流

4.1.2 动作时间

保护1的Ⅰ段和2的Ⅰ段均为零序速断电流保护，故动作时间均为0s,保护1的Ⅱ段为限时零序电流速断，比Ⅰ段延迟一个△t,故保护1的Ⅱ段的动作时间为0.5s 。

4.1.3 灵敏度校验

4.2 后备保护的整定计算

4.2.1 动作值（如动作电流）

⑴ 保护1的Ⅲ段保护按躲开末端最大不平衡电流

⑵ 保护2的Ⅲ段保护按躲开末端最大不平衡电流

4.2.2 动作时间

保护1的Ⅲ段保护与下段线路配合，动作时间比Ⅱ段的动作时间延迟△t ，故动作时间为1s 。

4.2.3 灵敏度校验

保护1的Ⅲ段保护,作为近后备保护

d.0B 1m 0.dz133 1.619223.4894 1.30.2068

I K I ?=

==>满足要求 作为远后备保护 d.0C 1m 0.dz133 2.297833.3337 1.20.2068

I K I ?===>满足要求 保护2的Ⅲ段保护,作为近后备保护 d.0A 1m 0.dz133 2.241033.3317 1.30.2017I K I ?=

==>满足要求

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

5 继电保护设备的选择

电流互感器TA 是将一次系统大电流转变为二次系统小电流的设备。选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。

⑴ 种类和型式的选择。35kV 及以上配电装置宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式配电装置。

⑵ 一次回路额定电压和电流的选择。一次回路额定电压

N U 和1N I 应满足：

一般情况下可按变压器额定电流的1/3进行选择。

⑶ 准确级和额定容量的选择。对测量精确度要求较大的大容量发电机、系统干线、发电企业上网电量等宜用0.2级；装于重要回路的互感器，准确级采用0.2~0.5级。根据以上分析，选LJBJ-110kV 干式电流互感器。 6 二次展开原理图的绘制

6.1 保护测量电路

保护1交流测量回路如图6.1,直流测量回路如图6.2；保护2交流测量回路如图

6.3，直流测回路如图6.4。

图6.1 保护1交流测量回路 图6.2 保护1直流测量回路

图6.3 保护2交流测量回路 图6.4 保护2直流测量回路

6.2 保护跳闸电路

保护1跳闸回路如图6.1，保护2跳闸回路如图6.2。

图6.5 保护1跳闸回路

图6.6 保护2跳闸回路

7 保护的评价（结论）

对零序电流保护的评价：零序电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根椐运行需要增减段数。为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理。接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大。

当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流保护。特别是零序电流保护中最小定值的保护段，它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。因此，零序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数。

零序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成，其整定配合遵循反映同种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则，主要考虑与相邻下一级的接地保护相配合；当装设接地短路故障的保护时，则一般在同原理的保护之间进行配合整定。

参考文献

[1] 张保会,尹项根主编.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版

社,2005:92-153.

[2] 谭秀炳,铁路电力与牵引供电继电保护[M].城都:西南交通大学出版

社,1993:100-134.

[3] 于永源,杨绮雯.电力系统分析（第三版）[M].北京:中国水利水电出版社,2007:13-34