继电保护课程设计

目录
电力系统继电保护课程设计任务书 (1)
一、设计目的 (1)
二、课题选择 (1)
三、设计任务 (1)
四、整定计算 (1)
五、参考文献 (2)
输电线路三段式电流保护设计 (3)
一、摘要 (3)
二、继电保护基本任务 (3)
三、继电保护装置构成 (3)
四、继电保护装置的基本要求 (4)
五、三段式电流保护原理及接线图 (5)
六、继电保护设计 (6)
1.确定保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗 (6)
2.相间短路的最大、最小短路电流的计算 (7)
3.整定保护1、2、3的最小保护范围计算 (7)
4.整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度 (8)
5.保护1、2、3的动作时限计算 (10)
参考文献： (10)
电力系统继电保护课程设计任务书
一、设计目的
1、巩固和加深对电力系统继电保护课程基础理论的理解。

2、对课程中某些章节的内容进行深入研究。

3、学习工程设计的基本方法。

4、学习设计型论文的写作方法。

二、课题选择
输电线路三段式电流保护设计
三、设计任务
1、设计要求
熟悉电力系统继电保护、电力系统分析等相关课程知识。

2、原理接线图
四、整定计算
,20,3/1151Ω==G X kV E φ
,10,1032Ω=Ω=G G X X
L1=L2=60km ,L3=40km,
LB-C=30km,LC-D=30km,
LD-E=20km,线路阻抗0.4Ω/km,
2.1=I rel K ,=∏rel K 15.1=I ∏rel K ,
最大负荷电流IB-C.Lmax=300A,
IC-D.Lmax=200A, ID-E.Lmax=150A,
电动机自启动系数Kss=1.5，电流继电器返回系数Kre=0.85。

最大运行方式：三台发电机及线路L1、L2、L3同时投入运行；最小运行方式：G2、L2退出运行。

五、参考文献
[1] 谷水清．电力系统继电保护（第二版）[M]．北京：中国电力出版社，2013
[2] 贺家礼．电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，2004
[3] 能源部西北电力设计院．电力工程电气设计手册（电气二次部分）．北京：
中国电力出版社，1982
[4] 方大千．实用继电保护技术[M]．北京：人民邮电出版社，2003
[5] 崔家佩等．电力系统继电保护及安全自动装置整定计算[M]．北京：水利电
力出版社，1993
[6] 卓有乐．电力工程电气设计200例[M]．北京：中国电力出版社，2002
[7] 陈德树．计算机继电保护原理与技术[M]．北京：水利电力出版社，1992
输电线路三段式电流保护设计
一、摘要
当今世界最重要的专门技术之一就是继电保护技术，使用最为广泛、地位最为重要的能源，电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。

它要有一个专门保障体系，其中。

电力系统断电保护能在全系统范围内，按指定分区实时地检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最限度地维持系统的稳定、保持供电的连续性、保障人身的安全、防止或减轻设备的损坏。

电力系统继电保护设计包括发电机、变压器、线路、电动机、电容器等元件的保护方案选择，自动装置的选择及整定计算等等。

关键词：继电保护技术、自动装置
二、继电保护基本任务
继电保护装置的基本任务是：
1.自动、迅速、有选样性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，并保证其他无故障元件迅速恢复正常运行。

2.反应电气元件不正常运行情况，并根据不正常运行情况的种类和电气元件维护条
件，发出信号，由运行人员进行处理或自动地进行调整或将那些继续运行会引起事故的电气元件予以切除。

反应不正常运行情况的继电保护装置允许带有一定的延时动作。

3.继电保护装置还可以和电力系统中其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。

三、继电保护装置构成
继电保护装置构成的方框图。

它内测量元件、逻辑元件和执行元件所组成，测量元件将从被保护对象(输电线路或其亡电气设备)输入的信息(如电流、电压等)与预先给定的信息(称为整定值)进行比较，鉴别被保护设备有无故障或正常
下作情况。

并输出相应的信息。

逻辑元件根据测量元件输出的信息．判断保护装置是否该动作于跳闸或动作干信号、是否需要带延时跳间或延时给出信号输出相应的信息。

执行元件根据逻辑入件输出的信息，送出跳问信息或报警信息予断路器的控制回路或报警信号回路。

图1. 继电保护装置构成的方框图
四、继电保护装置的基本要求
根据电力系统继电保护的任务，对于作用于断路器跳问的继电保护装置有四
点基本要求。

1．选择性
电力系统发生故障时，继电保护的动作应当具有选择件，它仅将故障部分切除能继续运行．尽量缩小中断供电的范围。

2．动作迅速
电力系统发生故障后，要求继电保护装置尽快的动作．切除故障部分，这样做的好处
(1)系统电压恢复得快，减少对广大用户的影响。

(2)电气设备损坏程度减轻。

(3)防止故障扩大，对高压电网来说，快速切除故障更为必要，否则会引起电力系统振荡甚至失去稳定。

(4)有利于电弧闪络处的绝缘强度恢复．当电源切除后又自动重新合上(即采用白动重合闸装置)再送电时容易获得成功(即提高了自动重合闸的成功率)。

3．灵敏性
灵敏性是指继电保护装置反应故障的能力，一般以灵敏系数的大小来衡量。

4．安全性和可靠性
(1)选用确当的保护原理，在可能条件下尽量简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。

(2)提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施。

(3)提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理。

除了上述四个方面基本要求之外，在选用继电保护装置时，还必须注意经济性，在保证电力系统安全运行的前提下，应采用投资少、维护费用较低的保护装置。

五、三段式电流保护原理及接线图
图2三段式电流保护原理接线图
图2给出三段式电流保护的原理接线图 ,其中1KA、2KA、lKS、KCO(保护出口中间继电器)构成第1段无时限电流速断保护；3KA、4KA、1KT、2KS、KCO构成第2段带时限电流速断保护；5KA、6KA、7KA，(采用两相三继电器式接线)、2KT、3KS、KCO构成第3段定时限过流保护, 出口中间继电器KCO触点带o．1s 左右的延时，为的是躲过线路上避雷器的放电时间。

电流继电器7KA接于A、C 两相电流之和上，是为了在Y，d接线的变压器后发生两相短路时提高过流保护的灵敏性。

每个继电器都由感受元件、比较元件和执行元件三个主要部分组成。

感受元件用来测量控制量(如电压、电流等)的变化，并以某种形式传送到比较元件；比较元件将接收到的控制量与整定值进行比较，并将比较结果的信号送到执
行元件；执行元件执行继电器功作输出信号的任务。

继电器拨动作原理可分为电磁型、感应型和整流型等；按反应的物理量可分为电流、电压、功率方向、阻抗继电器等；按继电器在保护装置中的作用可分为主继电器(如电流、电压、阻抗继电器等)和辅助继电器(如中间继电器、时间继电器和信号继电器等)。

由于这些继电器都具有机械可动部分和触点，故称它们为机电型继电器，由这类继电器组成的保护装量称为机电型继电保护。

六、继电保护设计
1.确定保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗
将系统电路等效,分为最小运行方式和最大运行方式,最大运行方式的电路如下图3所示
图3最大运行方式下等值电路图
由于G1,G2离短路故障点远,可以合并为一个发电机,又可以将图3进一步化间为图4,如下
图4最大运行方式下合并后的电路
按照设计要求,对图4的参数计算得到
X1=6.7Ω, X2=12Ω, X3=10Ω , X4=16Ω , X5=12Ω, X6=12Ω , X7=8Ω 按照上图求得保护3在最运行方式下的等值电抗为
()()3.28543//21max 3=+++=X X X X X X Ω
最大方式下把G2和L2退出运行,得到最小运行方式,如下图5所示
图5最小运行方式下的等值电路
图中X1=20Ω , X2=24Ω , X3=10Ω , X4=16Ω , X5=12 Ω, X6=12Ω , X7=8Ω
所以系统在最小运行方式下保护3的等值电抗为
()()Ω=+++=3.23543//21min 3X X X X X X
2.相间短路的最大、最小短路电流的计算
当系统在最小运行方式下运行时C 母线短路,此处有最大的短路电流为;
KA X
E I kc 63.1min 3max ==Φ 当系统在最大运行方式下运行时C 母线短路,此处有最小的短路电流为; KA X E I 35.1max
3min 3==Φ
对于D ,E 母线发生相间短路的最大,最小短路电流计算,同样的道理
KA X X E I kd 08.16min 3max =+
=Φ KA X X E
I kDmxin 95.06max 3=+=
Φ KA X X X E I ke 88.076min 3max =++=Φ KA X X X E I ke 79.076max 3max =++=Φ
3.整定保护1、2、3的最小保护范围计算
由于电流速断保护的动作电流应躲过本线末端的最大短路电流.I k m ax ,故应考虑最小运行方式下的三相短路电流.故有,保护1的第Ⅰ段的动作电流为:
I Enax rel op ∙=K I ñ
ñ1=1.06KA
动作时间为
0=t op
并且保护1的电流保护的第Ⅰ段的最小保护范围应在最小运行方式的条件求取,因为当保护处于最大运行方式下线路的外部发生短路时,电流测量元件的保护范围可能会超出本线路的长度.保护会发生误动.从而失去选择性,
又 Ω=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=7.1823min 1X I E l X SAnax op S 0000002min 1155.40100 =⨯l X l X DE
故满足要求
同理,对于保护2, 3速断保护的整定计算,也可以如此进行计算
I Dnax rel op ∙=K I ñ
ñ2=1.30KA
KA I Cnax rel op 96.1K I ññ3=∙=
保护2的最小灵敏度的计算为: 0000005min 21538100 =⨯l X l X CD
保护3的最小灵敏度的计算为:
0000006min 1159.20100 =⨯l X l X DE 当最小灵敏度大于0015时,满足保护设计要求,经计算都满足
4.整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度
由于无时限电流速断保护只能保护线路的一部分,而该线路的剩下部分的短路故障必须依靠另外一种电流保护,即带时限的电流速断保护，对于此种保护的动作电流和动作时间的整定分别为:
k I b op rel op min 2ññ1/K I ∙=
t t t t op op ∆=∆+=21
其中t ∆为时限阶段,它与短路器的动作时间,被保护线路的保护的动作时间误差等因素有关.这里我们取t ∆=0.5S ,所以对于保护3的电流保护的第Ⅱ段的动作
电流应与相邻线路电流保护的第Ⅰ段相配合,即
KA k I b op rel op 48.1/min 2ñ
ñ3K I =∙=
分支系数为: 1min =k b
所以该处电流保护的第Ⅱ段的灵敏度为:
4.124.1min
==I I K op kc sen
故不满足灵敏度的要求.
断路器3QF 处电流保护的第Ⅱ段与相邻线路电流保护的电流保护的第Ⅱ段相配合
即有
k I b op rel op min 2ñ
ñ3/K I ∙= KA k I b op rel op 20.1/min 1ñ
ñ2K I =∙=
所以 k I b op rel op min 2ñ
ñ3/K I ∙==0.99KA
此时的灵敏度 4.167.1min
==I I K op kc sen 满足要求
此时断路器3QF 处电流保护的第Ⅱ段动作时间和断路器2QF 处电流保护的第Ⅱ段动作时间相配合
s t t t op op 123=∆+=
对于保护2QF 的电流保护的第Ⅱ段与相邻线路1QF 电流保护的电流保护的第Ⅰ段相配合
KA k I b op rel op 20.1/min 1ñ
ñ2K I =∙=
此时的灵敏度 4.144.12min ==I I K
op ke sen 满足要求
5.保护1、2、3的动作时限计算
整定保护1、2、3的过电流保护定值，假定母线E 过电流保护动作时限为0.5s ，确定保护1、2、3过电流保护的动作时限，校验保护1作近后备，保护2、3作远后备的灵敏度。

定时限过电流保护的作用是作本线主保护的后备保护,即近后备保护,并做相邻下一线路的后备保护,即远后备保护。

因此，它的保护范围要求超过相邻线路的末端。

I K K K I l re ss rel op max 1∙∙=
代入计算得 KA I op 304.01=
KA I
op 405.02=
KA I op 607.03
= 灵敏度为：
I I K op kc sen min =
代入计算得到： 3.15.21 =K
sen 故保护1可以作E 点的近后备保护。

2.195.12>=K
sen 2.13.13
>=K
sen 故保护2 ，3可以作E 点的远后备保护。

参考文献：
1谷水清．电力系统继电保护（第二版）[M]．北京：中国电力出版社，2013 2贺家礼．电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，2004
3能源部西北电力设计院．电力工程电气设计手册（电气二次部分）．北京：中国电力出版社，1982
4方大千．实用继电保护技术[M]．北京：人民邮电出版社，2003
5崔家佩等．电力系统继电保护及安全自动装置整定计算[M]．北京：水利电力出版社，1993
6卓有乐．电力工程电气设计200例[M]．北京：中国电力出版社，2002 7陈德树．计算机继电保护原理与技术[M]．北京：水利电力出版社，1992。