MCC段低压智能断路器继电保护整定研究.doc

南京工程学院

课程设计任务书

题 目 MCC段低压智能断路器继电保护整定研究
课 程 名 称 电气工程保护与控制课程设计
院（系、部）
专 业
学 生 姓 名
学 号
班 级
起 止 日 期
指 导 教 师

1．课程设计应达到的目的
通过本设计，可以检验《电气工程保护与控制》这门课程学习效果，并起到巩固知识、强化能力的作用。掌握继电保护的基本原理和整定原则，为今后在工程实际中灵活运用所学知识进行工程设计和配置打下基础。
2． 课程设计题目及要求

题目：MCC段低压智能断路器继电保护整定研究。
某发电厂低压厂用电系统各MCC段，采用ABB低压智能断路器对各出线间隔进行保护，请根据所给各段MCC的接线图和相关数据，对各段MCC 的各出线间隔的智能断路器进行研究，给出对智能断路器脱扣器的整定策略和依据，并结合典型负荷进行整定计算和配置。（各MCC接线图和相关数据资料详见附件。）
全班同学设计任务分配参见下表：
学号
设计任务
学号
设计任务
学号
设计任务
1-6
1汽机MCC
21-23
公用MCC
39-41
水泵MCC
7-11
2汽机MCC
24-26
加热站MCC
42-45
水处理MCC
12-14
GIS MCC
27-30
加药MCC
46-48
脱水MCC
15-17
泵房MCC
31-34
检修MCC
49-52
循环MCC
18-20
补水MCC
35-38
暖通MCC
53-55
照明MCC

要求：(1) 绘制各段MCC主接线全图；
(2) 对本段典型回路间隔进行整定设计研究；
(3) 分析低压智能断路器整定原则。

3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕
(1) 用AUTOCAD软件绘制MCC段主接线图；
(2) 列表统计本段所有间隔的基本数据；
(3) 研究低压智能断路器的配置整定原则；
(4) 对典型间隔进行整定计算；
(5) 撰写设计说明书。
4．主要参考文献
[1] 李斌，隆贤林，电力系统继电保护及自动装置，水利水电出版社，2008
[2] 许正亚. 发电厂继电保护整定计算及其运行技术，水利水电出版社，2009
[3] 苏州北部燃机省院设计图纸大全，2012
[4] T-max塑壳断路器产品手册，ABB，2008

5．课程设计进度安排
起 止 日 期
工 作 内 容
2013年6月17日
2013年6月18日
2013年6月19日
2013年6月20日
2013年6月21日

熟悉题目，查阅文献；
主接线绘制；
整定计算；
撰写设计报告；
考核。

6．成绩考核办法
工作表现30%、设计成果40%、考核测评30%。
教研室审查意见：

符合要求。

教研室主任签字：

2013年 6 月 10日
院（系、部、中心）意见：

主管领导签字：

年 月 日

电机控制课程设计说明书

1课设目的：
通过电机控制课程设计，可以检验《电机控制技术》这门课程学习效果，并起到巩固知识、强化能力的作用。介于矢量控制、直接转矩控制等高性能控制方法在交流调速中得到广泛应用，本设计以按转子磁场定向矢量控制为例，基于Matlab/Simulink进行仿真研究，为实现异步电动机数字控制打下基础。
2 课程设计题目及要求：
题目：三相异步电动机按转子磁场定向矢量控制系统仿真研究。
三相异步电动机参数：380V、50Hz二对极，定子电阻，定子漏感 ，转子电阻，转子漏感，定、转子互感，定子绕组自感，转子绕组自感， 转动惯量；逆变器直流电源为510V；漏磁系数；转子时间常数。
3 课程设计要求：
(1) 基于Matlab/Simulink做仿真；
(2) 通过按转子磁场定向矢量控制，实现异步电动机转矩（转速）与转子磁链间解耦控制；
(3) 分析存在负载扰动时，控制系统的鲁棒性。
4课程设计任务：
(1) 建立三相异步电机的动态数学模型；
(2) 采用按转子磁场定向矢量控制方法，实现异步电机的高性能控制；
(3) 异步电机按转子磁场定向矢量控制的Matlab/Simulink仿真研究；
(4) 分析结果；
（5） 撰写论文。
5 理论分析：
交流异步电机的磁场控制是调速控制中的关键问题，在基频以下调速时，无论按稳态模型还是动态模型控制，都需要保持电动机气隙磁通恒定，在基频以上调速是，需要弱磁控制。
异步电动机的励磁回路是非独立的，定子绕组输入的电流包含转矩分量和励磁分量两部分，这给异步电动机的控制带来很大的困难。如果按转子磁场的定向控制，则需要知道转子磁场的大小和位置，因此对电动机磁场进行实时控制，首先需要检测磁场。电动机磁场的直接检测，由于受到工程和技术条件的限制难于实现，一般采用计算的方法，即采用磁链模型进行观测。

2.相关内容：长延时（过载）---过负荷
I动=1.2In（注意每个出线下面标的额定电流进行折算，其中额定电流里 面包含三种：负荷、脱扣器、断路器）
Top=9s、 15s、24s、36s
短延时 （过流）---电流三段
，式中Kss=4，其他（如照明设备等）
Kss=7，电动机（如：泵类，风机等）
Top=0.5s
瞬时（速断）---电流一段
Top =(10~12)In
Top=0s

接地
Iop=（0.35~0.5）In
Top=0.2s

从1汽机MCC接线图上得出相关数据，根据老师所给的公式进行整定计算，计算过程如下：
列表统计本段所有间隔的基本数据

间隔编号
间隔名称
出线负荷（额定容量：KW 额定电流：A）三相
12BJA01
MCC电源进线
——

12BJA02

备用1
18.5KW,37A
备用2
22KW,44A
备用3
3KW,7.5A
#1汽机交流电动油泵
22KW,44A
#1汽机交流辅助油泵
18.5KW,37A
#1汽机定轴油泵A
22KW,44A
#1汽机定轴油泵B
22KW,44A
#1汽机主轴箱排烟风机A
3KW,7.5A
#1汽机主轴箱排烟风机B
3KW,7.5A

12BJA03

#1汽机油箱电加热器A
8KW,15.19A
#1汽机油箱电加热器B
8KW,15.19A
#1汽机盘车装置
7.5KW,15A
备用1
7.5KW,15A
备用2
7.5KW,15A
备用3
32KW,64A
#1汽机汽封排气风机A
7.5KW,15A
#1汽机汽封排气风机B
7.5KW,15A
#1汽机油净化装置
32KW,64A
#1汽机润滑油输送泵A
11KW,22A
#1汽机润滑油输送泵B
11KW,22A

12BJA04

备用1
1KW,5.68A
备用2
1KW,5.68A
备用3
15KW,28.49A
#1汽机胶球输送泵A
15KW,28.49A
#1汽机胶球输送泵B
15KW,28.49A
#1汽机电动滤水器A
1.1KW,2.75A
#1汽机电动滤水器B
1.1KW,2.75A
#1汽机励磁照明、辅助电源
1KW,1.9A
#1汽机凝汽器坑排水泵控制箱
5.5KW,10.45A
#1汽机高厂变控制箱
2KW,11.36A
#1汽机离相封母辅助电源箱
6KW,11.4A
#1汽机励磁辅助柜电源
1KW,1.9A
高压给水泵1A电加热器
1KW,5.68A
高压给水泵1B电加热器
1KW,5.68A
12BJA05
备用
30KW，60A
由资料得：TM可选:TMD热磁保护：热脱扣可调（0.7-1）In，磁脱扣不可调
TMA 热磁保护：热脱扣可调（0.7-1）In，磁脱扣可调（5-10）In
MF：单磁保护，磁脱扣不可调（13）In
MA：热磁保护，磁脱扣可调（T2/3:6-12In;T4:6-14In）
1.12BJA02系列典型间隔整定计算
（1）#1汽机交流电动油泵----22KW,44A
断路器参数：T2S-160MA-R52
①　 长延时保护
动作电流
动作时限
档位：
可知磁脱扣不可调
②　 短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知磁脱扣可调
③　 瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：可知磁脱扣可调
（2） #1汽机交流辅助油泵----18.5KW,37A
断路器参数：T2S-160MA-R52
①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：可知磁脱扣不可调

②短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知磁脱扣可调
③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：可知磁脱扣可调
（3） #1汽机主轴箱排烟风机A----3KW,7.5A
断路器参数：T2S-160MF-R8.5
①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：可知磁脱扣可调
②短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知磁脱扣可调
③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：可知磁脱扣可调

2.12BJA03系列典型间隔整定计算
（1） #1汽机油箱电加热器A----8KW,15.19A
断路器参数：T2S-160TMD-R25

①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：热脱扣、磁脱扣都不可调
②短延时保护
动作电流
由于负载为电加热器，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知热脱口可调，磁脱扣不可调
③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：热脱扣、磁脱扣都不可调
（2） #1汽机汽封排气风机A----7.5KW,15A
断路器参数：T2S-160MA-R20
①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：可知磁脱扣不可调
②短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知磁脱扣可调
③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：可知磁脱扣可调
（3） #1汽机油净化装置----32KW,64A
断路器参数：T2S-160TMD-R80
①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：热脱扣、磁脱扣都不可调
②短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：热脱扣不可调，磁脱扣可调
③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：热脱扣不可调，磁脱扣可调
（4） #1汽机润滑油输送泵A----11KW,22A
断路器参数：T2S-160MA-R32
①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣不可调
②短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知热脱扣可调
③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣可调
3.12BJA04系列典型间隔整定计算
（1） #1汽机胶球输送泵A----15KW,28.49A
断路器参数：T2S-160TMD-R40
①　 长延时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
②　 短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；

动作时限
档位：可知热脱扣不可调，磁脱扣可调
③　 瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣不可调，磁脱扣可调

（2） #1汽机电动滤水器A----1.1KW,2.75A
断路器参数：T2S-160TMD-R16
①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
②短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知热脱扣不可调，磁脱扣可调

③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣不可调，磁脱扣可调

（3） #1汽机励磁照明、辅助电源----1KW,1.9A
断路器参数：T2S-160TMD-R16
①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
②短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知热脱扣不可调，磁脱扣可调

③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣不可调，磁脱扣可调

（4） #1汽机凝汽器坑排水泵控制箱----5.5KW,10.45A
断路器参数：T2S-160TMD-R16
①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣可调，磁脱扣不可调
②短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
（5） #1汽机高厂变控制箱----2KW,11.36A
断路器参数：T2S-160TMD-R16
①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
②短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
（6） #1汽机离相封母辅助电源箱----6KW,11.4A
断路器参数：T2S-160TMD-R16
①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
②短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
（7） 高压给水泵1A电加热器----1KW,5.68A
断路器参数：T2S-160TMD-R16
①长延时保护
动作电流
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
②短延时保护
动作电流
由于负载为电动机，因此自启动系数；
动作时限
档位：可知热脱扣、磁脱扣都不可调
③瞬时保护
动作电流
动作时限
档位：
5 整定原则：
长延时保护整定:
根据断路器额定电流In，长延时过载保护整定电流Ir，以及要求的长延时动作电流值If，长延时 动作时间值Tf，设定过载保护旋钮Ir,tr 位置。 设定步骤： 1. 选择Ir值 ● 根据断路器所保护设备的正常运行电流选择Ir 值，公式为Ir = X × In (X 为Ir 整定旋钮所指示 的倍数，范围为0.4~1 )。 ● 当运行电流低于1.05Ir 值时，断路器不会启动长延时保护；当运行电流介于1.05Ir 和1.20Ir 之 间时，断路器可能启动长延时保护并可能脱扣；当运行电流大于1.20Ir 后，断路器会启动长 延时保护并脱扣。 2. 选择tr值 脱扣单元的tr 整定旋钮是通过6倍过载电流对应的延时时间为设定刻度，其它倍数下的过载电流 所对应的延时时间由以下步骤查询： a. 根据If / Ir 值，在横坐标上找到该值； b. 根据整定要求的动作时间值tf，与If/Ir 值确定的坐标点，在坐标上找到最接近的曲线（如上图 中蓝色坐标线所示）； c. 沿上述曲线查到横坐标值为6倍时，其对应的纵坐标上动作时间即为tr旋钮应整定数值。
短延时：
根据断路器额定电流In，长延时整 定电流值Ir，短延时动作电流值If， 短延时动作时间值tf，设定短延时旋 钮Isd, tsd 位置； 设定步骤： 1. 选择Isd值 ● 短延时保护电流的设定公式为Isd＝ Z× Ir。根据要求，选择最贴近整 定要求的Z× Ir 值（Z= 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10），将Isd 旋钮设定到Z 值；2. 选择tsd值 a. 根据要求，选择最贴近整定要求的tsd值 (tsd= 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)，将tsd旋钮设定到该值； b. 选择定时限或反时限的短延时保护； ● I2t on：脱扣曲线被选择为反时限特性；脱扣时间 随断路器过载电流的大小呈反比例变化；在短路电 流小于10Ir 时，断路器流过的短路电流值越小， 断路器的短延时脱扣时间较长； ● I2t off：脱扣器曲线被选择为定时限特性；脱扣时 间不随断路器过载电流的大小而变化；当短路电流 大于10Ir 后，定时限和反时限短延时保护的延时 时间相同。● 例如，当短路电流为8Ir（1400×8 =11.2kA）时, 对应的定时限延时时间为0.2s，而反时限特性的延 时约为0.4s。
瞬时保护设定:
● 根据要求，选择最贴近要求值的A × In 值（A= 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 15, OFF）， 将Ii 旋钮整定到A 值；也可选择OFF 档位，关闭瞬动保护； ● 瞬时保护固定延时20ms。
接地保护设定:
● 设定方式同短延时。具有I2t on和off两种保护曲线特性，整定电流旋钮分为A~J九 档，对应值随额定电流而变化，从120A~1200A；整定时间范围为：tg=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4s。
6心得体会:
经过连续几天的课程设计，感觉自己收获了很多。因为一项大的课程设计需要学生对所学知识有一个整体的把握，例如对断路器基本原理的了解，对各段线路如何整定计算的了解，对老师上课所灌输给我们的知识的运用；另外也巩固了我们以前所学习的AutoCAD知识，画图确实耗费了许多时间，但是收获也是很大的：任何一个软件我们只要多运用就能熟能生巧，自然也会成为一项技能，在以后的生活学习工作中都是很有帮助的。当然还有许多平时不容易注意到的问题：比如分不清断路器的额定电流时指脱扣器的额定电流还是断路器壳架的额定电流。这是要首先弄明白也是十分值得重视的问题。
画图虽然花了我很长时间，但是我觉得很值得。有的时候为了让界面更加好看，不惜一次次的更改参数，这很是需要一个人的耐心。当然我们不能为了好看而不在乎程序的实用性，所以每个细节都要注意，这也让我认识到软件开发者的不容易！
作为大学阶段一次涉及专业课程的课设让我感觉受益匪浅，同时深深的感觉自己的学习能力在不断提高，时间就这样匆匆过去了，在这一过程中，积极地与同组成员讨论，查找各种书籍，刻苦研究，使自己的课设更加完美。因为时间还算紧迫，有些设备数据可能不太正确，使得有些设备的选择还值得考虑，其他方面也可能存在些问题，希望老师能够指出，以便我及时改正。