电力系统综合实验过流保护三段配合整定.docx

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电力系统综合实验过流保护三段配合整定

实验一过流保护三段配合整定

一、实验目的

1、加深对电流保护三段配合相互配合的理解；

2、掌握电力系统电流保护的整定及实现方法。

二、实验内容

1、学习RTDS电流保护元件的使用方法；

2、根据实际系统参数对保护进行整定，并记录故障波形；

3、使用电力系统故障诊断专家进行故障分析。

三、实验原理

电流一段保护的整定：

为了保护电流速断的选择性，其起动电流必须躲过本条线路末端短路时最大短路电流，即在最大运行方式下末端母线三相接地短路故障电流。

电流速断保护不可能保护线路全长，要求保护线路全长的15%-20%即可。

电流二段保护的整定：

要求限时速断保护必须保护线路全长，因此他的保护范围必须延伸到下一级线路去，这样当下一级线路首端发生短路故障时就要动作。

在这种情况下，为了保证动作的选择性，就必要保护的动作具有一定的时限。

所以其整定值在下一条线路的一段整定值上加一个配合的可靠性系数即可。

对于二段保护来说，一般要延时0.5秒动作。

另外为了保护线路全长，限时速断保护必须在最不利于保护动作的情况下有足够的反应能力，所以需要其灵敏系数大于等于1.3。

电流三段保护的整定：

为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护不误动，需要考虑最大负荷电流、返回系数和电机的自启动系数，因此：

具体的RTDS中保护设置模块设定在实验过程中体现，这里不再赘述。

四、实验步骤

1、建立如下图35kV电力系统模型：

三条线路分别长60km，80km，100km，CT的变比取为600:

1，PT的变比取为35000:

100。

线路一末端负荷2MW，0.8MVar；

线路二末端负荷3MW，1MVar；

线路三末端负荷3MW，1MVar。

分别在三条线路的中间和末端设置故障。

2、参考实验原理和继电保护课程教材，根据线路参数合理设置整定值，完成各条线路三段间过电流配合。

基本要求：

第一条线路中间故障，保护一瞬时动作；

第一条线路末端故障，保护一延时动作；

第二条线路中间故障，保护二瞬时动作；

第二条线路末端故障，保护二延时动作；

第三条线路实现全线速动。

3、更改故障的的不同位置，观察保护是否拒动、误动，研究保护在不同条件下的保护范围。

五、实验报告结果汇总

1、实验平台的搭建

（1）draft模块

1主体电力系统：

主要分为38.5kV交流电源、母线、600:

1电流互感器、35000：

100电压互感器、三条各分为两段的输电线路、相间故障、接地故障、相应数值的负荷、线路划分百分比参数（$length）等，具体见draft文件。

图一draft中主体电力系统

图二第一条线路的参数设置

2控制元件：

主要是不同位置不同类型故障的控制电路、三个保护的参数模块及控制电路、测量零序电流的控制电路、三段曲线配合的控制电路（curve51P），详细内容见draft文件；

图三故障控制电路

图四保护整定控制电路

图五测量零序电流电路

图六线路划分百分比控制

（2）runtime模块（详见runtime文件）

1控制部分：

二进制下的不同类型故障控制、故障闭锁、故障位置控制、保护开通闭锁控制、断路器合闸控制；

2监测部分：

三个电流互感器及三个电压互感器测量单元、零序电流测量单元、断路器状态指示灯、保护跳闸指示灯。

图七runtime模块

2、相间保护的整定

我们以实验仿真作为整定值计算选取的依据，大体思路是调整系统状态及参数，测取各处故障情况下，各个电流互感器所监测的故障电流及正常负荷电流等，在此基础上，利用理论公式进行数值整定，最后加入保护参数进行验证。

符号说明：

flt1为第一条线路中间位置，flt2为第一条线路末端位置，flt3为第二条线路中间位置，以此类推，直到flt6；

Iact1.1表示第一条线路一段整定值，Iact1.2表示第一条线路二段整定值，以此类推；

Ict1表示一号电流互感器监测电流，以此类推；

IL1表示第一条线路正常负荷电流，以此类推；

（1）保护一相间故障的整定（此时$length均为50）

正常负荷电流：

Ict1=IL1=0.137163kA

Ict2=IL2=0.104656kA

Ict3=IL3=0.053317kA

图八正常负荷电流波形

最大运行方式下，第一条线路末端发生三相接地短路故障时，CT1所监测的末端故障电流：

Ict1=Iflt2.max=1.17842kA

第一条线路一段整定值：

（考虑互感器变比及单位换算，以下同）

Iact1.1=Iflt2.max*1.2*1000/600=2.35684A

经过对于第二条线路的一段整定（见后一部分），可知，第二条线路一段整定值为：

Iact2.1=0.89623A

第一条线路二段整定值需与第二条线路一段整定值配合，故：

Iact1.2=Iact2.1*1.2=1.075476A

第一条线路的三段整定需考虑电机自启动系数，且需与该线路最大负荷电流配合：

Ict1=IL1.max=0.137163kA

根据理论公式：

其中，Kre取0.9，Kss取1.05，可靠系数取1.2

Iact1.3=IL1.max*1000*1.2*1.05/（600*0.9）=0.320047A

（2）保护二相间故障的整定

最大运行方式下，第二条线路末端发生三相接地短路故障时，CT2所监测的末端故障电流：

Ict2=Iflt4.max=0.448115kA

第二条线路一段整定值：

Iact2.1=Iflt4.max*1.2*1000/600=0.89623A

经过对第三条线路的一段整定（见后一部分），可知第三条线路的一段整定值：

Iact3.1=0.249218667A

第二条线路二段需要与第三条线路一段整定值配合，故：

Iact2.2=Iact3.1*1.2=0.2990624A

第二条线路的三段整定需考虑电机自启动系数，且需与该线路最大负荷电流配合：

Ict2=IL2.max=0.104656kA

根据理论公式：

Iact2.3=IL2.max*1000*1.2*1.05/（600*0.9）=0.244197333A

（3）保护三相间故障整定

最大运行方式下，第三条线路末端发生三相接地短路故障时，CT3所监测的末端故障电流：

Ict3=Iflt6.max=0.246744kA

第三条线路一段整定值：

（需要保持该线路全线速动）

Iact3.1=Iflt6.max*0.8*1000/600=0.249218667A

由于第三条线路为末段线路，故没有第二段整定，其第三段过流整定只作为后备保护。

第三条线路的三段整定需考虑电机自启动系数，且需与该线路最大负荷电流配合：

Ict3=IL3.max=0.053317kA

根据理论公式：

Iact3.3=IL3.max*1000*1.2*1.05/（600*0.9）=0.124406333A

（此处，由于全线速动，三段整定值意义不大）

3、各条线路保护三段间整定值配合的验证

将上述计算整定值依次填入各保护单元，改变故障投切状态、故障类型、故障位置等，观察各条线路各段保护是否能够正常动作及配合（不拒动、不误动）

（1）保护一的验证

1条件：

仅有保护一一段投入时，在第一条线路末端出现相间短路故障；

现象：

BRK1闭合指示灯依旧亮，保护一动作指示灯依旧灭

结果：

保护一不动作，即保护一一段不误动

图九保护一整定

图十验证保护一截屏1

2条件：

仅有保护一全段投入时，在第一条线路中间（50％）出现相间短路故障；

现象：

BRK1闭合指示灯瞬时灭，保护一动作指示灯瞬间亮

结果：

保护一瞬时动作，即保护一一段不拒动

图十一验证保护一截屏2

3条件：

保护一的全段同时投入，在第一条线路末端发生相间短路故障；

现象：

BRK1闭合指示灯延时（0.5s）灭，保护一动作指示灯延时（0.5s）亮

结果：

保护一延时动作，即保护一一段不误动，二段不拒动

图十二验证保护一整定

图十三验证保护一截屏3

（2）保护二的验证

①条件：

仅有保护一全段和保护二一段投入时，在第二条线路末端发生相间短路故障；

现象：

BRK1闭合指示灯延时（1s）熄灭，保护一动作指示灯延时（1s）点亮

结果：

保护二不动作，保护一延时较长（1s）动作，即保护二一段不误动，保护一三段可靠地作为相邻线路后备保护

图十四验证保护二截屏1

②条件：

仅有保护一和保护二投入运行时，在第二条线路末端发生相间短路故障

现象：

BRK2闭合指示灯延时熄灭（0.5s），保护二动作指示灯延时（0.5s）点亮

结果：

保护一不动作，保护二延时（0.5s）动作，即保护二二段可靠动作，保护二一段不误动

图十五验证保护二截屏2

③条件：

仅有保护一和保护二投入运行时，在第二条线路中间（50％）发生相间短路故障

现象：

BRK2闭合指示灯瞬时熄灭，保护二动作指示灯瞬时点亮；

结论：

保护二一段瞬时动作，不拒动

图十六验证保护二截屏3

（3）保护三的验证

①条件：

保护三全段投入运行，第三条线路中间（50％）发生相间短路故障

现象：

BRK3闭合指示灯瞬时熄灭，保护三动作指示灯瞬时点亮

图十七验证保护二截屏4

②条件：

保护三全段投入运行，第三条线路末端发生相间短路故障

现象：

BRK3闭合指示灯瞬时熄灭，保护三动作指示灯瞬时点亮

图十八验证保护一截屏5

结果：

第三条线路可以实现全线瞬时动作

4、各条线路各段灵敏度的观察计算

（1）一段保护的灵敏度

根据一段保护灵敏度的定义，在最小运行方式与最小相间短路电流的情况下，我们采用了实验的方式测得各条线路一段保护的范围

1第一条线路（仅投入一段保护）

改变$length1拉杆，采用夹逼原理，发现其保护范围在75.2-75.3％

图十九检测一段灵敏度截屏1

（$length1=75.2时，保护一一段不动作）

图二十检测一段灵敏度截屏2

（$length1=75.3时，保护一一段瞬时动作）

2第二条线路（仅投入一段保护）

改变$length1拉杆，采用夹逼原理，发现其保护范围在58.7-58.8％

图二十一检测一段灵敏度截屏3

（$length2=58.7时，保护二一段不动作）

图二十二检测一段灵敏度截屏4

（$length1=58.8时，保护二一段延时动作）

3第三条线路

全线速动，灵敏度100％

（2）二段保护的灵敏度

根据二段灵敏度的定义，我们测量相关电流，运用公式计算：

1对于第一条线路二段：

经监测得第一条线路末端发生两相相间短路故障电流：

Iflt2.相间=0.937129kA

考虑互感器变比换算：

Klm1.2=Iflt2.相间*1000/（600*Iact1.2）=1.452270127

2对于第二条线路二段：

经监测得第二条线路末端发生两相相间短路故障电流：

Iflt4.相间=0.3388kA

考虑互感器变比换算：

Klm2.2=Iflt4.相间*1000/（600*Iact1.2）=1.888123237

（3）三段保护的灵敏度

1对于第一条线路三段保护：

近后备：

采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流来校验

考虑互感器变比：

Klm1.3=Iflt2.相间*1000/（600*Iact1.3）=4.880163434

远后备：

采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流来校验

Klm1.3=Iflt4.相间*1000/（600*Iact1.3）=1.764324198

2对于第二条线路三段保护：

（考虑互感器变比）

近后备：

Klm2.3=Iflt4.相间*1000/（600*Iact2.3）=2.312337563

远后备：

Klm2.3=Iflt6.相间*1000/（600*Iact2.3）=1.275703256

5、接地保护的整定

本系统为中性点直接接地系统，所以接地保护主要利用零序电流保护，不再单独设置零序电流互感器，将三相电流相加，得到零序电流3I0。

保护采取零序一段、二段相配合的方式，保证在线路任何部分发生单相或两相接地短路故障时能够动作。

符号说明：

同相间保护，只是其中的Iflt2,4,6三个值为3I0。

（1）保护一接地故障的整定（此时$length均为50）

正常负荷电流：

同相间保护，不再赘述。

最大运行方式下，第一条线路末端发生单相接地短路故障时，CT1所监测的末端故障电流：

Iact0.1=Iflt2.max=0.908541A

（注：

由于零序电流直接用CT二次侧值，所以后续处理中不需要考虑互感器变比及单位换算）

第一条线路一段整定值：

Iact0.1.1=Iflt2.max*1.2=1.0902492A

经过对于第二条线路的一段整定（见后一部分），可知，第二条线路一段整定值为：

Iact0.2.1=0.3678108A

第一条线路二段整定值需与第二条线路一段整定值配合，故：

Iact0.1.2=Iact2.1*1.2=0.44137296A

（2）保护二接地故障的整定

最大运行方式下，第二条线路末端发生单相接地短路故障时，CT2所监测的末端故障电流：

Ict0.2=Iflt4.max=0.306509A

第二条线路一段整定值：

Iact0.2.1=Iflt4.max*1.2=0.3678108A

经过对第三条线路的一段整定（见后一部分），可知第三条线路的一段整定值：

Iact0.3.1=0.1215A

第二条线路二段需要与第三条线路一段整定值配合，故：

Iact0.2.2=Iact3.1*1.2=0.1458A

（3）保护三接地故障整定

最大运行方式下，第三条线路末端发生单相接地短路故障时，CT3所监测的末端故障电流：

Ict0.3=Iflt6.max=0.191202A

第三条线路一段整定值：

（需要保持该线路全线速动）

Iact0.3.1=Iflt6.max*0.8=0.1215A

由于第三条线路为末段线路，故没有第二段整定。

6、各条线路零序保护三段间整定值配合的验证

将上述计算整定值依次填入各保护单元，改变故障投切状态、故障类型、故障位置等，观察各条线路各段保护是否能够正常动作及配合（不拒动、不误动）

（1）保护一的验证

1条件：

仅有保护一一段投入时，在第一条线路末端出现接地短路故障；

现象：

BRK1闭合指示灯依旧亮，保护一动作指示灯依旧灭

结果：

保护一不动作，即保护一零序一段不误动

图二十三接地保护一整定

图二十四接地保护一截屏1

2条件：

仅有保护一全段投入时，在第一条线路中间（50％）出现相间短路故障；

现象：

BRK1闭合指示灯瞬时灭，保护一动作指示灯瞬间亮

结果：

保护一瞬时动作，即保护一零序一段不拒动

图二十五验证接地保护一截屏2

3条件：

保护一的全段同时投入，在第一条线路末端发生相间短路故障；

现象：

BRK1闭合指示灯延时（0.5s）灭，保护一动作指示灯延时（0.5s）亮

结果：

保护一延时动作，即保护一零序一段不误动，零序二段不拒动

图二十六验证接地保护一整定

图二十七验证接地保护一截屏3

（2）保护二的验证

1条件：

仅有保护一和保护二投入运行时，在第二条线路末端发生单相短路故障

现象：

BRK2闭合指示灯延时熄灭（0.5s），保护二动作指示灯延时（0.5s）点亮

结果：

保护一不动作，保护二延时（0.5s）动作，即保护二零序二段可靠动作，保护二零序一段不误动

图二十八验证接地保护二截屏1

2条件：

仅有保护一和保护二投入运行时，在第二条线路中间（50％）发生单相接地短路故障

现象：

BRK2闭合指示灯瞬时熄灭，保护二动作指示灯瞬时点亮；

结论：

保护二零序一段瞬时动作，不拒动

图二十九验证接地保护二截屏2

（3）保护三的验证

①条件：

保护三全段投入运行，第三条线路中间（50％）发生单相接地短路故障

现象：

BRK3闭合指示灯瞬时熄灭，保护三动作指示灯瞬时点亮

图三十验证接地保护三截屏1

②条件：

保护三全段投入运行，第三条线路末端发生单相接地短路故障

现象：

BRK3闭合指示灯瞬时熄灭，保护三动作指示灯瞬时点亮

图三十一验证接地保护三截屏1

结果：

第三条线路可以实现全线瞬时动作

7、接地短路各条线路各段灵敏度的观察计算

（1）一段保护的保护距离

同相间短路一样，采用测试法测试零序一段的保护距离

1第一条线路（仅投入一段保护）

改变$length1拉杆，发现其保护范围在89.4-89.5％

图三十二检测一段灵敏度截屏1

（$length1=89.5时，保护一一段不动作）

图三十三检测一段灵敏度截屏2

（$length1=89.4时，保护一一段瞬时动作）

2第二条线路（仅投入一段保护）

改变$length1拉杆，发现其保护范围在84.9-85％

图三十四检测一段灵敏度截屏3

（$length2=85时，保护二一段不动作）

图三十五检测一段灵敏度截屏4

（$length1=84.9时，保护二一段延时动作）

3第三条线路

全线速动，灵敏度100％

思考题

1.过流保护只能针对相间故障准确动作，对于接地故障有时不能动作，讨论其原因。

答：

过流保护的整定原则是以故障发生后是否达到给定的稳态过电流为准。

一般情况，故障电流：

三相接地＞两相相间＞单相接地，单相短路在稳态电流值大小上较相间较小，尤其是当系统为不接地系统时，可能无法达到预设的整定值，造成不动作。

另外，过流保护在整定值的选择、保护范围以及灵敏度等方面受电网接线方式及系统运行方式影响较大，随着单项重合闸的广泛应用，在重合闸过程中出现非全相的运行状态，导致接地故障时可能不能动作。

附：

短路实验数据表

类型

线路一

线路二

线路三

相间短路

负荷（KA）

0.137163

0.104656

0.053317

三相接地（KA）

1.17842

0.448115

0.246744

两相相间（KA）

0.937129

0.3388

0.186914

Iact1（A）

2.35684

0.89623

0.249218667

Iact2（A）

1.075476

0.2990624

-

Iact3（A）

0.320047

0.244197333

-

两相相间保护距离（%）

77.6-77.7

78-78.1

-

二段灵敏度

1.452270127

1.888123237

-

三段灵敏度（近后备）

4.880163434

2.312337563

-

三段灵敏度（远后备）

1.764324198

1.275703256

-

接地短路

单相接地零序（A）

0.908541

0.306509

0.191202

两相接地零序（A）

0.640432

0.23183

0.151875

Iact0.1（A）

1.0902492

0.3678108

0.1215

Iact0.2（A）

0.44137296

0.1458

-

接地保护保护距离（%）

89.4-89.5

84.9-85

-