中低压配电系统的设备选型、短路计算和保护整定开题报告

背景：电能是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源，电力系统是由发电、输电、配电、用电构成的一个统一的整体，其运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。由于电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂；因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。为确保电力系统在各种条件下都能够安全稳定的运行，必须对电力系统的各种元件加以监测和保护。而继电保护装置正是能达到系统故障时迅速、有选择性的切除故障元件，使非故障元件恢复正常运行；及时反应系统的不正常运行状态，并根据运行维护的条件发出信号或跳闸的任务，所以配电系统的设备选型显得极其的重要。为确保在故障和不正常状态发生时继电保护动作的有选择性，需进行短路和保护整定计算。

意义：现阶段，我国电力系统有着输电线路长，输送功率大、系统结构薄弱、安全性要求高的特点。相同原理的保护装置在电力系统的不同位置的元件上配合和配置，相同的电力元件在电力系统不同位置安装时配置相应的继电保护，这才能最大限度的发挥被保护电力系统的运行效能，也充分体现了继电保护工作的科学性和继电保护工程实践的技术性。

1、短路电流的计算条件

a.短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。如果短路计算结果偏于保守，有可能造成不必要的投资浪费；若偏于乐观，则将给系统的安全稳定运行埋下灾难性的隐患。

b.电源为无限大容量电源（端电压保持恒定，没有内部阻抗以及容量无限大的系统）；

c.在短路持续时间内，短路相数不变，如三相短路保持三相短路；

d.具有分接开关的变压器，其开关位置均视为在主分接位置；

e.不计短路回路的接触电阻和电弧电阻；开关内部元件的各种阻抗、分布电容；

f.一般不计电网内连接的异步电动机将向短路点反馈短路电流。

2、短路电流的计算方法

常见的两种方法：标幺值法和有名制法。

3、保护整定计算需要重点了解的内容

a.负荷电流计算中的需用系数；

b.线路和设备配置的常用保护的种类；

c.保护整定的原则。

1、电力系统继电保护的工作配合

每一套保护都有预先严格划定的保护范围（有时也称保护区），只有在保护范围内发生故障，该保护才动作。保护范围划分的基本原则是任一个元件的故障都能可靠地被切除并且造成的停电范围最小，或对系统正常运行的影响最小。一般借助断路器实现保护范围的划分。为了确保故障元件能够从电力系统中被切除，一般每个重要的电力元件配备两套保护，一套称为主保护，一套称为后备保护。一般下级电力元件的后备保护安装在上级（近电源侧）元件的断路器处，称为远后备保护。但由于后备保护动作切除故障时一般会扩大故障造成的影响。为了最大限度地缩小故障对电力系统正常运行产生的影响，应保证由主保护快速切除任何类型的故障，一般后备保护都延时动作，等待主保护确实不动作后才动作。[1]

2、轮断线路的短路计算

应用补偿法进行轮断线路时的短路计算。所谓补偿法，是指当网络中出现支路开断的情况时，可以认为该支路未被开断，而在其两端节点处引入某个待求的电流增量或称之为补偿电流，以此来模拟支路开断的影响。实际上也可以认为相当于在应断开支路两端并联1条阻抗值为其相反数的等值支路Zeq。故障计算中的短路电流计算和整定计算中的分支系数计算都需要处理N-1和N-2时矩阵的变化。采用传统算法，则阻抗矩阵中的每个量都要重新计算，这就是显著降低了计算速度，而且占用大量内存；而采用补偿法，断开一条支路时可以认为该支路未被开断，在其两端节点处引入某一待求的电流增量或称之为补偿电流，以此来模拟支路开断的影响。这样，在断开1~2条支路时，只需修改与之相关的几个元素，避开了全网计算的麻烦，明显的提高了计算速度。[2]

3、时间级差配合的计算（以保护方式1为例）

上下级均为熔断器的保护方式（保护方式1）

①　采用熔断器厂家提供的熔断电流曲线簇模型，获得理想的定值。

②　一般情况下，上级熔断器额定值应为下级的2倍。

因在大短路电流的情况下，该配合有可能出现上下级熔断器同时熔断的现象，即出现保护分辨率盲区，故该配合仅用于短路电流不大或对供电可靠性要求不高的场合。[3]

4、定值极差配合的计算（以过电流定值计算为例）

继电器的电流互感器（CT）一次侧动作电流Is=最大负荷电流*可靠系数/返回系数。[3]

5、NES中的残流分布特征及残流选线原理经消弧线圈接地系统的电容及电感电流分布可以用简化图表示，如图1所示，由于谐振接地电网的零序阻抗Zo趋近于无限大，故线电压三角形保持刚体不变，三相负荷依然保持对称平衡，同时，相同电容中流过的电容电流仍旧自成回路，所以图1中可以忽略不计。[4]

6、不同接地方式的运行特点（以中性点直接接地系统为例）

中性点直接接地系统的电路图及正常运行时的电压和对地电流向量图如图2所示

如果系统中出现短路故障：

1)如系统出现单相接地，则电源经中性点和故障点被短接，故障相有很大的短路电流通过，由于电源首段和各级线路上都配有开关电器，在短路电流的作用下，开关电器会选择性切断短路故障点，不会引起事故的扩大。

2)如系统出现二相或三相短路，由于负载被短接，在电源作用下，线路上也将产生很大的短路电流，系统中的开关电器也会选择性动作，切断短路故障点，限制事故扩大。[5]

【1】张保会，尹项根.电力系统继电保护，北京：中国电力出版社，2010.3（2014.12重印）

【2】曹步发，张步涵，曾杰.配电网继电保护整定中的短路电流计算程序设计[A]湖北省电工技术学会2004年学术年会论文集[C],2004.

【3】郝飞.国外微机型继电保护运算方法的应用[J]电世界，新疆独山子石化总厂乙烯电气车间2004（3）：1~4

【4】胡佐,李欣然.配电网单相接地选线的一种新方法与实现[J]广西电力,2005,(06)

【5】唐冬雷.浅析电力系统中性点接地方式[J].柳州职业技术学院学报,2003(3):60~63

本设计主要是对中低压配电系统的设备选型、短路计算以及保护整定，以保证电力系统安全可靠的运行。研究的主要方法和思路包括对该系统各个电力元件的主要参数的计算（特别是查找电缆的数据），简化电力系统计算网络图；对输电线路上TA、TV变比进行选择及中性点接地方式的选择；对不同的运行方式选择合适的保护类型；通过电力网三相对称短路电流和各级母线残压的计算，根据技术规范，选择和论证继电保护的配置及继电保护装置的整定与校验，以达到对电力系统各种短路故障都能起到良好的保护功能。满足电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求。结合具体条件和要求，从装置的选型、配置、整定等方面采取综合措施，突出重点，统筹兼顾，妥善处理，以达到保证电网安全经济运行的目的。

第1周熟悉毕业设计课题，斟酌开题报告的书写。

第2周查找有关课题的参考书和中英文文献。

第3周阅读有关课题的书籍及文献，了解相关的基本概念，掌握特点、要求及其方法。

第4周学习开题报告的格式，撰写开题报告。

第5周翻译一篇与课题有关的英文文献。

第6周学习继电保护理论知识和整定计算方法。

第7周继电保护和自动装置整定计算。

第8周继电保护和自动装置整定计算。

第9周继电保护和自动装置整定计算。

第10周全厂保护时限的配合。

第11周电动机保护的专题研究论文。

第12周完成电子文档中图形的绘制。

第13周完成电子文档中公式的输入。

第14周将计算书的内容输入电子文档。

第15周汇总报告和撰写论文，评审及答辩。