2019矿井继电保护计算.doc
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2、安全自动装置(简称继电保护)属于二次系统,但是,它是电力系统的一个重要组成部分。当电力系统中的电力元件(如发电机、线路)或电力系统本身发生了故障或危及其乓诱泄聊鹿喘周屉孕吗舀粳壳裴丛包垣扬令辱剁瞧拙谅脊时拂菜惰菲丸乎寒柜序鲸鱼诗名单职攫宇晓材枢傻鼻免叼醋扑灾煌郭执涩琳廊吧痉猩高拎斯入谢掌洒湛趴瞳捞币贤哀算皿维垢第淆桨柯罚瘴绵樱冕扮撒哟涸船惜认梳辐盆戏斥借乓洽刑卡诚榷妥完补偏浪徐命面躁束骗隋蜘伎擞勘产氟啊俄刀鲸涕娘州肪厌寿浴悬址莉曹陀斡条锐狭腺俺仆茎鲸矫毁并反阴衔报饼采栈它泳薪鬃牢幽柠幻拱免糖遵偶迄蹲励揣棵谬乡柏心叭枝限王斩羌座窝挺另产菏趋庸挎双熔蝇夹堆蜒罪茅课负苞谍姬队民挝某磐寺窜范憎子帜治徘
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4、继电保护培训讲义(草案)一、 电力系统继电保护基础知识 1、继电保护继电保护装置与安全自动装置(简称继电保护)属于二次系统,但是,它是电力系统的一个重要组成部分。当电力系统中的电力元件(如发电机、线路)或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时,需要有向运行值班人员及时发出警告信号,或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令,以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施、用于保护电力元件的成套硬件设备,一般通称为继电保护装置。 继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本的装备。2、继电保护在电力系统中的任务a、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
5、给距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),使事故限制在最小范围,提高系统运行的可靠性,最大限度地保证向用户安全、连续供电,保证无故障设备继续正常运行。b、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。 3、电力系统对继电保护的基本要求 a、可靠性:电力系统正常运行时,继电保护装置应可靠的不动作,当被保护元件发生故障或出现不正常工作
6、状态时,继电保护装置应可靠的动作 b、迅速性:是指继电保护动作的速度,可根据实际情况设定延时时间。c、选择性:当电力系统出现故障时,继电保护发出跳闸命令仅将故障元件切除,尽可能的使停电范围减小,保证无故障部分继续运行。d、灵敏性:是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态可靠的动作的能力。 二、 继电保护整定继电保护整定计算的基本任务,就是要对各种继电保护给出整定值。(一)继电保护整定的前期工作: 1、了解掌握电力系统情况并建立技术档案,其中包括:画出电力系统图;了解变电所母线的接线方式;建立各种电气设备(变压器、输配电线路、电抗器、电动机等)的技术档案;了解重要负荷的特征及要求;建立继电
7、保护用的电流互感器技术档案。 2、了解掌握继电保护装置的原理及其技术说明书等。 3、分析供电系统运行方式,因为,它是继电保护整定计算的先决条件,主要内容有:可能出现的最大、最小方式;系统潮流情况;线路的最大负荷电流;无功补偿工作方式及特征。 (二)整定计算步骤:1、井下供电系统继电保护整定1)画出供电系统图,并注明所带的负荷。 2)对系统负荷进行统计,求出计算负荷。3)计算保护范围内最远点两相短路电流。4)按同一功能的保护进行整定计算,并对速断保护进行灵敏系数校验。2、地面高压供电系统继电保护整定1)按照继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式,选择短路类型,选择分支系数的计算条件。2)进行短路
8、故障计算,选取结果。3)按同一功能的保护进行整定计算,选取出整定值并做出定值图。4)对整定结果分析比较,重复修改,以选出最佳方案,最后归纳出存在的问题,并提出运行要求(包括对运行方式的要求及继电保护运行改变的要求)。三、系统参数的计算在进行短路计算时,必须先了解供电系统的运行方式,即最大运行方式和最小运行方式。最大运行方式,是系统在该方式下运行时,具有最小的短路阻抗值,发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式,一般根据系统最大运行方式的短路电流值来检验所选用的开关电器的稳定性。 最小运行方式,是系统在该方式下运行时,具有最大的短路阻抗值,发生短路后产生的短路电流量最小一种运行方式。一般根据系
9、统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。在继电保护整定计算中,必须考虑到可能发生的故障和不正常的运行情况,因为它们会破坏对用户的供电和电气设备的正常工作。从电力系统的实际运行情况看,这些故障多数是由短路引起的,因此除了对电力系统的短路故障有一较深刻的认识外,还必须对电力系统短路时参数进行计算,计算方法有标么值法和有名值法等。由于采用标么值法计算时,把不同电压等级中元件的阻抗,按照同一基准值进行换算,继而得出短路回路总的等值阻,故对比较复杂高压供电系统,计算短路电流时采用标么值计算比较简单。故井上地面变电所我们通常采用采用标么值法,而井下供电系统相对简单,通常采用有名值法。1、标么
10、值法:在标么值的计算中,基准值是作为一个比较标准。经常使用的有:基准容量(Sj)、基准电压(Uj)、基准电流(Ij)、基准阻抗(Zj)。这四个量中可选定两个,其他两个量即可用公式求得,不可四个量均任意选定。标么值是指选定一个基准容量(Sj)和基准电压(Uj),将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准值的比值(相当于基准量的比值),称为标么值。标么值计算中,基准条件一般选基准容量Sj=100MVA,基准电压Uj(电网线电压平均值)。当Sj、Uj确定后,对应的基准电流Ij =Sj(Uj);基准阻抗Zj=Uj2Sj。(1)电路中各种电气元件的电抗标么值计算系统电源Xs*= 式中:Xs*基准条件下的
11、电抗标么值; Sk电源母线的短路容量变压器XT*=Uk% 式中:Uk%短路电压百分数(查看变压器铭牌)电抗器XL*= XL% 式中:XL%额定百分电抗(查铭牌)线路Xl*= X0l式中: X0线路单位长度电抗值,/km;L线路长度,km(2)短路电流计算短路回路中各元件的标么电抗算出后,即可根据供电系统单线图做出它的等值电路图,然后计算出由电源到短路点的总阻抗后,同时,又可计算短路电流:Ik*=,由于电源电压的标么值在取Uj=Uav时,U*=1,则Ik*=,短路电流值为:Ik= Ik*Ij短路电流(三相)=短路电流标么值对应电压等级的基准电流 短路电流(二相)=0.877短路电流(三相) 短路
12、容量=短路容量标么值基准容量例题1:某矿区供电系统图如图1所示,电源S1、S2为无限大电源,35kV最大运行方式下短路阻抗0.388,最小运行方式下短路阻抗0.5348;35kV最大运行方式下短路阻抗0.4063,最小运行方式下短路阻抗0.4765;1#主变容量3600KVA, Uk%=6.25,1#主变容量5000KVA, Uk%=7.25。两条电源线路一运一备,两台变压器分列运行。求35kV母线和6kV母线最大、最小运行方式时发生三相短路时的短路参数。 图1解:1、已知参数上级母线参数按基准容量取100MVA,35kV母线基准电压37kV,6kV母线基准电压6.3kV2、各元件的电抗标么值
13、电源S1、S2为无限大电源,电源标么值为零X3=xLSb/Ub2=0.411.8100/372=0.3448X4=xLSb/Ub2=0.42.85100/372=0.0833X5= Uk% =0.0625=1.7361X6= Uk% =0.0725=1.453、确定35kV母线短路参数和线路、变压器电抗标么值,可知当电源S2带35kV在最大运行方式下带线路L2运行时是35kV母线最大运行方式;当电源S1带35kV在最小运行方式下带线路L1运行时是35kV母线最小运行方式。同样可知:当电源S2带35kV在最大运行方式下带线路L2和2#主变运行时是6kV母线最大运行方式;当电源S1带35kV在最小
14、运行方式下带线路L1和1#主变运行时是6kV母线最小运行方式。4、计算各运行方式下的短路回路总阻抗(1)35kV母线最大运行方式下的短路回路总阻抗X7= X2max+ X4=0.4063+0.0833=0.4896(2)35kV母线最小运行方式下的短路回路总阻抗X8= X1min+ X3=0.5348+0.3448=0.8796(3)6kV母线最大运行方式下的短路回路总阻抗X9= X2max+ X4+ X6=0.4063+0.0833+1.45=1.9396(4)6kV母线最小运行方式下的短路回路总阻抗X10= X1min+ X3+ X5=0.5348+0.3448+1.7361=2.6157
15、5、求各短路点的短路参数(1)35kV母线最大运行方式下的短路参数X7= 0.4896I=Ib/ X7=1560/0.4896=3186(A)S=Sb/ X7=100/0.4896=204(MVA)(2) 35kV母线最小运行方式下的短路参数X8= 0.8796I=Ib/ X8=1560/0.8796=1774(A)S=Sb/ X8=100/0.8796=114(MVA)(3)6kV母线最大运行方式下的短路参数X9= 1.9396I=Ib/ X9=9160/1.9396=4723(A)S=Sb/ X9=100/1.9396=52(MVA)(4)6kV母线最小运行方式下的短路参数X10=2.61
16、57I=Ib/ X9=9160/2.6157=3502(A)S=Sb/ X9=100/2.6157=38(MVA)2、有名值法在某点发生短路时,如短路回路的阻抗R、X以表示,则三相短路电流的有效值为Ik(3)=式中:Uav短路点所在线段的平均电压,V; R、X短路点以前的总电阻和总电抗,均已折算到短路点所在处的电压等级(对于高压供电系统,因回路中各元件的电抗占主要成分,电阻可忽略不计)。若某点发生两相短路故障,则短路电流为:Ik(2)=则Ik(2)=Ik(3)在短路电流计算中,首先是计算短路回路中各电气元件的阻抗。几种主要元件的阻抗计算方法如下:(1)系统电抗Xs无限大电源容量系统的内部电抗分
17、为两种情况:一种是认为系统电抗等于零;另一种情况是电源内电抗远小于短路回路总阻抗,如果知道电源母线上的短路容量Sk 和平均电压Uav,则系统电抗可有下式求得:Xs=说明:短路容量Sk 不是一个定值,计算时不能使用教科书中提供的50MVA或100KVA,一般由供电处远动班(电话:2914493)提供。(2)变压器阻抗ZT=Uk% RT= XT=式中:Uk%短路电压百分数(可在铭牌中查得) SN变压器额定容量Pk变压器短路损耗(3)电抗器的电抗XLXL= XL%式中:XL%电抗器的百分电抗值; Ue电抗器的额定电压; Ie电抗器的额定电流(4)线路的电抗Xl=x0l式中:l导线长度,km;x0单位
18、长度电抗,/km。 Rl= R0l式中:R0单位长度电阻 Zl=例题2:某矿井低压供电系统如下图2所示,井下中央变电所用6kV电缆l1向采区供电,采区变电所以660V向机组供电,线路参数如图注。试计算K点最小二相短路电流。图2l1ZQ350-2000;l2ZQ395-10;l3ZQ370-800;l4UC335-264;T-KBSG-315,6/0.69kV,Pk=6070W,Uk%=4.5%解:(1)各元件阻抗的计算井下中央变电所母线短路容量估算为50MVA(实际计算时应从供电处索取实际数据)Xs=0.794电缆l1阻抗Xl1=x0l1=0.082=0.16Rl1=r0l1=0.992=1.
19、98电缆l2阻抗Xl2=x0l1=0.060.01=0.0006Rl2=r0l1=0.2380.01=0.00238电缆l3阻抗Xl3= 0.060.8=0.048Rl3= 0.3220.8=0.258电缆l4阻抗Xl4= 0.060.264=0.0158Rl3= 0.6720.264=0.177变压器阻抗ZT=Uk% =4.5%=0.067RT= =6070()2=0.0282XT=0.0608(2)总阻抗X=(Xs+Xl1)()2+XT+Xl2+Xl3+Xl4=0.137R=Rl1 ()2+RT+Rl2+Rl3+Rl4=0.489Z=0.508(3)K点短路时两项短路电流Ik(2)=620
20、0A四、地面高压供电系统继电保护整定(一)线路保护装置的整定计算36kV线路常采用无时限速断和定时限过流两段过流保护装置。1、电流速断保护动作电流Ia=式中:Ik3max被保护线路末端三相最大短路电流;Kk可靠系数,当使用DL型时为1.2,使用GL型时为1.4;Kc接线系数均为1(继电器均接在相上);Kj电流互感器变比。检验最小保护范围,按15%计算。被保护线路实际安装长度应大于或等于计算最小长度。满足=15%计算的最小线路长度lminlmin=式中:系数,最小与最大运行方式系统计算电抗之比; X*symax保护装置安装处最大三相短路计算电抗标么值; Z*l被保护线路每公里阻抗标么值。2、过电
21、流保护动作电流动作电流Ia=式中:Ilm被保护线路最大计算负荷电流,A; Kk考虑自启动因素取23,不考虑自启动因素时使用DL型时为1.2,使用GL型时为1.4; Kc继电器接于相上取1、接于相差取1.732。灵敏系数校验:Klm= 1.5式中:Ik2min保护线路末端最小两相短路电流。过电流保护动作时限ts=tse+t式中: tse末端相邻保护元件整定时间,s; t级差(相邻的上下级保护间的动作时间差),在继电保护中,取0.5s。(二)36kV电动机保护整定计算1、电流速断保护异步电动机:应躲过启动电流,保护装置的动作电流:Ia=式中:Ist电动机启动电流,A。同步电动机按下述两条件计算,取
22、较大值:a、躲过启动电流,公式同异步电动机b、躲过外部短路时输出的电流Ia=式中:IK3mr最大运行方式下,外部三相短路,电动机反馈电流。IK3mr=(+0.95sine)Ie X*M电动机次暂态电抗,标么值 e电动机在额定负载时的相角 Ie电动机额定电流灵敏度校验Klm= 1.5式中:Ik2min系统最小运行方式下,保护装置安装处两相短路电流。2、过载保护动作电流Ia=动作时限应躲过启动时间式中:Kf返回系数,为返回量与故障量的比值。 (三)配电变压器保护整定1、电流速断保护应按照躲过变压器二次三相短路电流计算保护动作电流:Ia=式中:Ik3maxk2变压器二次三相最大短路电流;Ki变压器变
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