配电网输电线路微机式保护装置设计电气工程及其自动化毕业设计(编辑修改稿)

配电网输电线路微机式保护装置设计电气工程及其自动化毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

） 式中， KK ——可靠系数， KK ≥； (3).maxBI ——B 母线处在系统最大运行方式下发生三相短路时的短路电流。 保护电流按照上式整定后，就可以保证在母线 A 处安装的电流保护 1的选择性了。 如果不计保护装置本身和断路器的动作时间，则保护可以无延时动作，故称此套电流保护为无时限电流速断保护，或称电流 I 段保护。 电流 Ⅰ 段保护的整定值按躲过本线路末端发生短路时的最大短路电流来取值。 为了与后面电流保护参数区别，保护 1 电流 I 段保护的动作值通常表示为 .1DZI ，保护动作时限表示为 1I =0s。 系统在大运行方式下运行时，被保护线路末端三相短路时的灵敏系数不小于 1 时便可投运。 即 (3). .1Blm DZIK I ≥1 （ 23） 其中， (3)BI 为常见运行方式下， B 母线发生三相短路时的短路电流。 将动作值也画在图 21（ b）中，它是一条直线，且与曲线 1 和曲线 2都交于一点，交点对应的线路长度分别为系统在最小运行方式下保护的最小保护范围 和系统在最大运行方式下保护的最大保护范围。 由此可见，系统运行方式的变化将直接影响到电流 I 段保护的保护范围，尤其是当系统最小运行方式下运行时，运行方式变化较大时， Ⅰ 段保护将会出现无保护范围，正因如此，电流 Ⅰ 段保护无法保护线路的全长，这也是该保护的缺点。 2. 电流限时限速断保护 (II段 )： 经过上述的分析可得知，想要达到保护线路全长的目的，在 AB 线路上仅安装一套电流 I 段保护是难以实现的。 对图 22 中 AB 线路末端范围内的一部分 B’B段内的故障必须依靠其他保护来切除。 想要达到保护线路 AB全长的目的，必须要在在 A 母线处再安装一套电流保护装置，但这套电流保护有可能在下一条相邻线路 BC 始端 d 点发生故障时动作，跳开 1DL，因为使得保护失去选择性。 当 d 点发生故障时，在 B 母线处安装的电流速断保护 2 必须先动作，跳开 2DL，因此，只要在 AB 线路上的这套电流保护启动以后经一个延时 t 再作用于出口跳闸，防止其保护误动，即可满足中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 8 条件，也就保证保护的选择性。 称该电流保护为限时的电流速断保护，即电流 II 段保护（如图 22 所示）。 同时为保证速冻性， t 不宜过长，一般选择为。 Ⅰ Ⅰ1 DL 2 DL 3 DLAB CB
Ⅰ 段 （ t = 0 s ）Ⅱ 段 （ t 2 = Δ t ）Ⅲ 段 （ t 3 = t 2 + Δ t ）Ⅰ 段 （ t = 0 s ） 图 22 阶段式电流保护范围及时限配置示意图 由图 22 可知，安装在 1DL 处的电流 II 段的保护只要满足其保护范围在 2DL 处电流 I 段的保护范围之内即可保证选择性，并且 .1DZI ≥ .2DZI 式中， .1DZI ——在断路器 1DL 处安装的电流 II 段保护的动作值； .2DZI ——在断路器 2DL 处安装的电流 I 段保护的动作值。 若取可靠系数为 K ≥，则 .1 .2DZ K DZI K I  （ 24） 即电流 II 段保护的整定值按躲过下一条相邻线路电流 I 段的动作值整定，整定时限为 12t t t t    （ 25） 式中， 1t ——保护 1 的电流 II 段动作时间； 2t ——保护 2 的电流 I 段的动作时间。 保护 1 电流 II 段保护的灵敏度系数为 (2).min.1 .1Blm DZIK I  （ 26） 要求满足以下要求： （ 1）对 50km 以上的线路， lmK 不小于 ； 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 9 （ 2）对 20km50km 的线路， lmK 不小于 ； （ 3）对 20km 以下的线路， lmK 不小于 ； AB 线路上装设了电流 I 段和电流 II 段保护后，全线故障在 便可得以切除，且对电流 I 段范围内的故障实现了保护的双重性。 电流 I 段和电流 II 段保护因其对低压网络中的线路能满足 “四性 ”的要求，故称之为为线路的 “主保护 ”。 3. 定时限过电流保护（ III段）： 在故障发生时线路的主保护或断路器有可能会拒动，此时，为了保证故障能被及时地切除，应当在线路上安装后备保护，这一保护即为电流的III 段保护，一般性的会选择定时限的过电流保护来作为电流的 Ⅲ 段保护。 电流 Ⅲ 段保护既可以保护本段线路的全长，用作近后备保护，又可以用来保护相邻线路的全长，作为远后备保护。 图 22 中给出了保护 1 的电流 III段的保护范围，其动作值得整定按以下两种标准，保护 1 的电流 III 段动作值取上两式中较大者。 （ 1） 按线路正常运行时的最大负荷电流来整定。 .1 . . m a xK zqD Z fh A BfKKIIK  （ 27） 式中， .1DZI ——安装于 1DL 处的保护 1 的电流 III 段动作值； K ——电流 III 段可靠系数大于或等于 ； zqK ——电动机负荷自启动系数大于或等于 1； fK ——返回系数，取 ； . .maxfhABI ——线路 AB 上可能流过的最大负荷电流。 （ 2） 定时限过电流保护与相邻线路的过电流保护动作值配合。 39。 .1 .m ax .2DZ K fz DZI K K I  （ 28） 式中， 39。 K ——配合系数，取大于或等于 ； .maxfzK ——最大分支系数； .2DZI ——安装于 2DL 出的保护 2 的电流 III 段动作值。 按上述方法整定电流 III 段动作值，如图 23 所示 d 点故障时，短路电流 可能使保护 5 的电流 III 段均启动。 为了使各电流 III 段中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 10 保护之间保证选择性，其时限一般按阶梯形原则来整定，及每套电流 III 段的时限都应比与它相邻的下一条线路的电流 III 段的时限大一个时间 t ，即 21t t t   （ 29） 5 A B C 14 3 2Mdt 5ⅢΔ tΔ tΔ tΔ tt 4Ⅲt 3Ⅲt 2ⅢtL图 23 过电流保护动作时限选择说明 图 23 所示为按阶梯形原则整定时限的示意图，图中过电流保护 5 的时限分别为 21t t t  （ 210） 32t t t  （ 211） 43t t t  （ 212） 54t t t  （ 213） 可见，电流 III 段安装位置越靠近电源端，则动作时限越长；越靠近电网末端动作时限则越短。 这是过流保护的缺点，故只能作后备保护使用。 当电流 III 段作为本线路的近后备保护时，要求本线路末端发生短路时的最小电流灵敏系数不小于 ，作相邻线路的远后备保护时灵敏系数不小于 ，即 (2).min.1. .1Blm DZIK I近≥ （ 214） 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 11 (2).1. .1lm DZIK I远≥ （ 215） 其中， (2).minCI 为系统最小运行方式下， C 母线发生两相短路时流过保护的最小短路电流。 由于定时限过电流保护（ Ⅲ 段保护）越靠近电源，保护的动作时间越长，因此对切除故障十分不利，而反时限的特性是故障点越靠近电源时，流过保护的电流越大，动作时间越短，恰好弥补了定时限过电流保护的不足。 反时限保护有三种特性： 标准反时限：1ppttII  （ 216） 非常反时限： 1ppttII （ 217） 极端反时限： 801ppttII （ 218） 式中， t ——反时限特性动作时间； pt ——时间常数，通常取 Ⅲ 段的时间整定值 ～ 1s pI ——电流基准值，通常取 Ⅲ 段的电流整定值 I ——保护的短路电流 反时限电流保护的整定值按躲过本线路最大负载电流来取值。 灵敏度要求，本线路末端故障时大于或等于 ，相邻线路末端故障时大于或等于。 反时限过电流保护与上下级保护间的配合： 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 12 1 212P Q Nt速断区k 2 k 1图 24相邻反时限电流保护的配合 （ 1）反时限电流保护与相邻级的反时限保护的配合 如图 24，保护 1与保护 2反时限过电流保护间的配合。 保护 1的反时限过电流保护特性（曲线 1）应高于保护 2的反时限过电流保护特性（曲线 2），即保护的电流整定值应满足保护 2的出口（ 2k ）发生三相短路故障，即保护 1与保护 2的反时限过电流保护流过相同的最大短路电流时，所对应的动作时间应满足配合级差 2t ≥～。 当保护 2的电流速断保护长期投入时，保护 2与保护 1的反时限过电流保护配合点可选在保护 2速断保护区末端（ 2k ）。 当 1k 点发生故障，保护 1保护 2通过最大电流时，应满足 1t ≥～。 同时，常见的运行方式下 2k 点发生短路时 Δt2应不小于一定的时间级差。 （ 2）反时限电流保护与上一级定时限过电流保护（ Ⅲ 段保护）的配合 图 25中，保护 1的 Ⅲ 段与保护 2的反时限过电流的动作时间值的配合应符合保护 1的整定值大于保护 2的整定值一定的可靠倍数。 同时，动作时限的配合如图梯形曲线 1，为保护 1的时限特性曲线。 保护 1第 Ⅲ 段电流保护的保护范围末端（ 3k ）发生短路时，流过保护 2的反时限过电流保护的电流对应的动作时间应小于保护 1的动作时间，即配合级差 1t ≥～。 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 13 112P Q Mt速断区 ( 1 )k 2 k 12 31速断区 ( 3 )速断区 ( 2 )k 3图 25反时限电流保护与定时限过电流保护的配合 （ 3）反时限电流保护与下一级定时限过电流保护（ Ⅲ 段保护）的配合 图 25中保护 2的反时限过电流保护与保护 3的定时限过电流保护配合，应满足保护 2的整定值大于保护 3的整定值一定的可靠倍数。 动作时限配合如图中曲线 2，为保护 2的反时限过电流保护特性曲线。 当保护 2出口（ 2k ）发生短路故障，保护 2与保护 3通过相同的最大电流时，保护 2与保护 3第 Ⅲ 段时间配合级差应满足 2t ≥～。 保护 3的电流速断保护长期投入时，保护 2与保护 3配合点可选在保护 3速断保护区的末端（ 1k 点）。 1k 点短路，保护 3与保护 2通过相同最大电流时，应满足 1t ≥～。 同时，常见的运行方式下 k2点发生短路时 Δt2应不小于一定的时间级差。 2． 2 微机保护基本算法 傅立叶算法（傅氏算法）：傅氏算法的基本思路来自于傅立叶级数。 它把采样的模拟信号看作是一个周期性的时间函数，该算法本身具有滤波作用，可表示为： 110( ) [ c o s s i n ]nnnx t b n t a n t (219) 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 14 式中， n=O、 l、 2…… ， na 、 nb 分别为各次谐波正弦和余弦的振幅， 1为基波的角频率，根据傅立叶级数的原理，可求出 102 ( ) s inTna x t n td tT   （ 220） 102 ( ) c o sTnb x t n td tT   （ 221） 进一步推倒可得： 1122s inNnkka X knNN  （ 222） 11。