继保课程设计

继电保护课程设计
题目: 三段式电流保护设计
院系名称：电气工程学院专业班级：电气F1202 学生姓名：雷建磊学号：201216040103 指导教师：邵锐教师职称：讲师
评语及成绩：
指导教师：
日期：
目录
1 设计内容 ........................................ 错误！未定义书签。

1.1 课题简介................................... 错误！未定义书签。

1.2 具体题目................................... 错误！未定义书签。

1.3 要完成的任务 (2)
2 设计要考虑的问题 (2)
2.1 设计规程 (2)
2.1.1 短路电流计算规程 (2)
2.1.2 保护方式的选取及整定计算 (2)
2.2 本设计的保护配置 (3)
3 短路电流计算 .................................... 错误！未定义书签。

3.1 等效电路的建立 (3)
3.2 保护短路点的选取 (4)
3.3 短路电流的计算 (4)
3.3.1 最大方式短路电流计算 (4)
3.3.2 最小方式短路电流计算 (4)
4 保护的配合及整定计算 (5)
4.1 主保护的整定计算 (5)
4.1.1 保护I段电流的整定计算 (5)
4.1.2 保护II段电流的整定计算 (5)
4.2 后备保护的整定计算 (6)
4.2.1 动作电流的计算 (6)
4.2.2 动作时间的计算 (7)
4.2.3 灵敏度校验 (7)
5 二次展开原理图的绘制 (7)
5.1 原理接线图 (7)
5.2 交流回路展开图 (8)
5.3 直流回路展开图 (9)
6 继电保护设备的选择 (9)
6.1 电流互感器的选择 (9)
6.2 继电器的选择 (9)
7 保护的评价 (10)
参考文献 (10)
1 设计内容
1.1 课题简介
《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。

在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。

电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。

而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。

在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。

电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。

本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。

其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。

通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的《电力系统继电保护》这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。

1.2 具体题目
如图1.1所示网络，系统参数为Un=115kV ，1G X =15Ω、Xg3=10Ω， 1L =60km 、
3L =40km 、C B L -=50km 、D C L -=30km 、E D L -=20km ，线路阻抗Xo=0.4Ω/km ，I rel K =1.2、
II rel K =III rel K =1.15，max C B I -=300A ，max D C I -=200A ，max E D I -=150A ，ss K =1.5，Kre=0.85.
图1.1 系统原理网络图
试对线路AB段保护2进行三段电流保护的设计。

1.3 要完成的任务
（1）保护的配置及选择；
（2）短路电流整定计算（系统运行方式、短路点、短路类型）；
（3）保护配合及灵敏系数校验；
（4）保护原理展开图的设计；
（5）对保护的评价。

2 设计要考虑的问题
2.1 设计规程
2.1.1 短路电流计算规程
在决定保护方式前，必须较详细地计算各短路点短路时流过有关保护的短路电流，然后根据计算结果，在满足《继电保护和自动装置技术规程》和题目给定的要求条件下，尽可能采用简单的保护方式。

其计算步骤及注意事项如下：
（1）系统运行方式的考虑
需考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式。

（2）短路点的考虑
求不同保护的整定值和灵敏度时，应注意短路点的选择。

（3）短路类型的考虑
相间短路保护的整定计算应取系统最大运行方式下三相短路电流，以作动作电流整定之用；而在系统最小运行方式下计算两相短路电流，以作计算灵敏度之用。

若采用电流电压连锁速断保护，系统运行方式应采用正常运行方式下的短路电流和电压的数值作为整定之用。

2.1.2 保护方式的选取及整定计算
采用什么保护方式，主要视其能否满足规程的要求。

能满足要求时，所采用
的保护就可采用；不能满足要求时，就必须采取措施使其符合要求或改用其他保护方式。

选用保护方式时，首先考虑采用最简单的保护，以便提高保护的可靠性。

当采用简单保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，则可采用较复杂的保护方式。

选用保护方式时，可先选择主保护，然后选择后备保护。

通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。

当采用的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸来校正选择性或加速保护动作。

当灵敏度不能满足要求时，在满足速动性的前提下，可考虑利用保护的相继动作，以提高保护的灵敏性。

后备保护的动作电流必须相互配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电流大于下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度，以保证选择性。

2.2 本设计的保护配置
2.2.1 主保护配置
选用三段式电流保护，经灵敏度校验可得应使电流1段、2段作为主保护。

2.2.2 后备保护配置
经分析应使过电流保护作为近后备保护和远后备保护。

3 短路电流计算
3.1 等效电路的建立
图3.1 系统等效电路图
由已知可得,线路的总阻抗的计算公式为：
X Z
L
其中，Z —线路单位长度阻抗；L —线路长度。

所以，将数据代入公式可得各段线路的线路阻抗分别为：
L1140(147%)0.423.5()X ZL ==⨯+⨯=Ω )(16404.03L3Ω=⨯=⨯=L Z X )(20504.0Ω=⨯=⨯=-C B BC L Z X
)(12304.0D C CD Ω=⨯=⨯=-L Z X )(8204.0E D D E Ω=⨯=⨯=-L Z X 经分析可知，最大运行方式即阻抗最小时，则有两台发电机运行，线路1L 、
3L 运行，由题意知1G 、3G 连接在同一母线上，则
()s m i n 11G 3G 3()||()(1523.5)||(1016)15.52
G L X X X X X =++=++=Ω 其中，符号“||”表示并联的意思。

同理，最小运行方式即阻抗值最大，分析可知在只有1G 和1L 运行，相应地有：
Smax G1L11523.538.5()X X X =+=+=Ω
3.2 保护短路点的选取
选取B 、C 、D 、E 点为短路点进行计算。

3.3 短路电流的计算
3.3.1 最大方式短路电流计算
在最大运行方式下流过保护元件的最大短路电流的公式为：
k s Σk Z Z E Z E I +==ϕϕ 其中，ϕE —系统等效电源的相电动势； k Z —短路点至保护安装处之间的阻抗；
s Z —保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；ϕK —短路类型系数、
三相短路取1，两相短路取2
3。

对于保护2，母线C 在最大运行方式下发生三相短路流过保护2的最大短路电流为：
BC smin kCmax X X E I +=
代入数据得： Ikcmax=1.869KA
3.3.2 最小方式短路电流计算
在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的公式为：
φkmin Smax L
32E I Z Z =+ 其中，ϕE —系统等效电源的相电动势；smax Z —保护安装处到系统等效电源之间
的阻抗；
L Z —短路点到保护安装处之间的阻抗。

所以带入各点的数据可以计算得到各点的的最小短路电流为：
Emin 311510.73()238.5201283I k =⨯⨯=A +++
Dmin 311510.82()238.520123I k =⨯⨯=A ++
Cmin 311510.98()238.5203I k =
⨯⨯=A +
4 保护的配合及整定计算
4.1 主保护的整定计算
4.1.1 保护I 段动作电流的计算
最小保护范围计算式为：
φI set smax 1min 32z E I Z L =⨯+
其中 ，ϕE —系统等效电源的相电动势；s.max Z —短路点至保护安装处之间的阻抗； 1z —线路单位长度的正序阻抗。

对于保护2，母线C 最大运行方式下发生三相短路流过保护5的最大短路电
流为： Ikcmax=1.869KA 相应的速断定值为：
Iop2=1.869*1.2=2.243KA
所以，以上计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小运行方式下可能没有保护区。

4.1.2保护II 段动作电流的计算
限时电流速断定值根据如下公式可以计算：
Ⅰs e t Ⅱ
r e l Ⅱs e t I K I = 其中，Ⅱrel K —可靠系数，取值为1.15。

经分析，保护2的限时电流速断定值为：
①与保护5的Ⅰ段相配合
分支系数为：
48.21610165.231015333131=++++=++++=L G L L G G b X X X X X X K
保护5的Ⅰ段电流整定值为：
ΙΙset.3rel kCmax 2.24()I K I kA ==
保护2的Ⅱ段电流整定值为：
rel set.9set.3b 1.5 2.24 1.35()2.48K I I k K ⨯===A ⅡⅡⅠ
②与保护4的Ⅰ段相配合
发电机的短路电流值为：
()φKGmax G11L3
115
3 1.2223.51516L E I k X X X ===A ++++ 保护4的Ⅰ段电流整定值为：
I I set.4rel kGmax 1.2 1.22 1.46()I K I kA ==⨯=
保护2的Ⅱ段电流整定值为：
II II I set.9rel set4 1.15 1.46 1.68()I K I kA ==⨯=
比较后取两值较大者：
II II I .9set4 1.15 1.46 1.68()set rel I K I KA ==⨯=
保护2处的灵敏度系数为：
..min sen99 1.490.89 1.31.68
k B set I K I ===<ⅡⅡ 也不满足sen K ≥1.2的要求。

可见，由于运行方式变化太大，2处的限时电流速断的灵敏度远不能满足要求。

4.2 后备保护的整定计算
4.2.1 动作电流的计算
过电流整定值计算公式为：
III rel ss L.max set r I e II K K I I
K =
其中，Ⅲrel K —可靠系数，取值为1.15；ss K —可靠系数，取值为1.5；
re K —可靠系数，取值为0.85。

代入公式，可得：rel ss D-Emax set.2rel 1.15 1.5150 2.031500.3(kA)0.85
K K I I
K ⨯⨯===⨯=ⅢⅢ
对于2的Ⅲ段存在分支系数，因此，线路L1的最大电流值为：
）（A K I I k 120b
Cmax -B L1max ==
保护2的三段电流值为： 244(kA).0rel L1max ss Ⅲrel Ⅲset.9==K I K K I
4.2.2 动作时间的计算 假设母线E 过电流保护动作时限为0.5s ，保护2的三段动作时间为：
t7=0.5s
t6=t7+0.5=1s
t5=t6+0.5=1.5s
t2=t5+0.5=2s
4.2.3 灵敏度校验
保护2作为远后备保护的灵敏度为：
D.min set.9set.90.82 1.33 1.30.6I K I ===>ⅢⅢ
满足作为远后备保护灵敏度的要求。

5 二次展开原理图的绘制
5.1 原理接线图
如图5.1所示，每个继电器的线圈和触点都画在一个图形内，所有元件都用设备文字符号标注，如图中KA 表示电流继电器，KT 表示时间继电器，KS 表示信号继电器。

原理接线图对整个保护的工作原理给出了一个完整的概念。

≥1
≥1≥1≥1
KCO KS1KS2KS3
KT2
TAc
KAa1 KAc1 KAa2 KAc2 KAa3 KAc3 KAb3
图 5.1 三段式电流保护原理接线图
5.2 交流回路展开图
展开图中交流回路和直流回路分开表示，分别如图5.2和图5.3所示。

其特点是每个继电器的输出量根据实际动作的回路情况分别画在图中不同的位置上，但仍然用同一个符号标注，以便查对。

在展开图中，继电器线圈和出点的连接尽量按照故障后的动作顺序连接，自左而右，自上而下的排列。

如下图5.2所示：
TAa1TAa2TAa TAa3
KAb
3
TAc 交交交交交交
TAc1TAc2TAc3
图5.2 电流保护交流回路展开图
5.3 直流回路展开图
QF
+wc
-wc KAa1
KAb3
KAc1
KT2
KT3
KCO KS1KAa2
KAc2
KAa3
KAc3
KCO YR
电流速断保护限时电流速断保护过电流保护跳闸回路KT1KT3KS2KS3
图5.3 电流保护直流回路展开图
6 继电保护设备的选择
6.1 电流互感器的选择
互感器是按比例变换电压或电流的设备。

其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A 或10A ，均指额定值)，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。

同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。

在选用互感器时应考虑以下几点：
（1）小电流选线装置用零序电流互感器；
（2）与DD11/60型继电器配套使用的零序电流互感器；
（3）与DL11/0.2型继电器配套使用的零序电流互感器 ；
（4）精度与容量（额定负荷）的关系。

6.2 继电器的选择
正确选用继电器的原则应该是：
(1)继电器的主要技术性能，如触点负荷，动作时间参数，机械和电气寿命等，应满足整机系统的要求；
(2)继电器的结构型式(包括安装方式)与外形尺寸应能适合使用条件的需要；
(3)经济合理。

7 保护的评价
在做继电保护配置时我们应该使配置的结果满足继电保护的基本要求，就是要保证可靠性、选择性、速动性和灵敏性。

可是这四个指标在很多情况下是互相矛盾的，因此我们要根据实际情况让它们达到一定的平衡即可。

通过这次设计过程可以看出，最大运行方式下三相短路的短路电流与最小运行方式下两相的短路电流相差很大。

按躲过最大运行方式下末端最大短路电流整定的电流速断保护的动作值很大，最小运行方式下灵敏度不能满足要求。

限时电流速断保护的定值必须与下一级线路电流速断保护的定值相配合，所以其定值也很大，灵敏度也均不能满足要求。

过电流整定按照躲过最大负荷电流整定，其动作之受运行方式的限制不大，作为近后备和远后备灵敏度都能满足要求，一般采用受运行方式变化影响很小的距离保护。

参考文献
[1] 张保会，尹项根．电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，2009．
[2] 于永源，杨绮雯. 电力系统分析[M]. 北京: 中国电力出版社，2007.
[3] 王永康．继电保护与自动装置[M]．北京：中国铁道出版社，1986。