继电保护课程设计

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1、电力系统继电保护课程设计1. 前言 继电保护科学和技术是随着电力系统的发展起来的。电力系统发生短路是不可避免的，伴随着短路，则电流增大。为避免发电机被烧坏，最早采用熔断器串联于供电线路中，当发生短路时，短路电流首先熔断熔断器，断开短路设备，保护发电机。由于电力系统的发展，用电设备的功率、发电机的容量增大，电网的接线日益复杂，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于1890年后出现了直接装于断路器上反应一次电流的电磁型过电流继电器。 1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了比较被保护元件两端电流的电流差动保护原理。1910年方向性电流保护开始应用。在1927年前后，出现了利用高压输电

2、线载波传送输电线路两端功率方向或电流相位的高频保护装置。在1975年前后诞生了行波保护装置。1980年左右反应工频故障分量原理的保护被大量研究，1990年后该原理的保护装置被广泛应用。 在此同时，随着材料、器件、制造技术等相关学科的发展，继电保护装置的结构、型式和制造工艺也发生着巨大的变化，经历了机电保护装置、静态继电保护装置和数字式继电保护装置三个发展阶段。对于继电保护的发展方向，继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更

3、大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。2. 运行方式分析电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能，因此，在对继电保护进行整定计算之前，首先应该分析运行方式。需要着重说明的是，继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。（注明：是指系统等效电源的阻抗值。） 根据系统图可知，参数计算如下：电动势

4、：Ej = 115/kv； 发电机：X1.G1 = X2.G1 = X1.G2 = X2.G2 = 5 + (15 - 5)/5=5+10/5=7， X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 8 + (9 - 8)/5=8+1/5=8.2；变压器：X1.T1 X1.T4 = 5 + (10 - 5)/5=5+5/5=6， X0.T1 X0.T4 = 15 + (30 - 15)/5=15+15/5=18， X1.T5 = X1.T6 = 15 + (20 - 15)/5=15+5/5=16， X0.T5 = X0.T6 = 20 + (40 - 20)/5=20+20/5

5、=24；线 路：LA-B = 60km，LB-C = 40km，线路阻抗z1 = z2 = 0.4W/km，z0 = 1.2W/km， X1.A-B=60km 0.4W/km=24W，X1.B-C=40km0.4W/km=16W； X0.A-B=60km1.2W/km=72W，X0.B-C=40km1.2W/km=48W； IA-B.L.max = IC-B.L.max = 300A；Kss = 1.2，Kre = 1.2； 电流保护：KIrel = 1.2，KIIrel = 1.15， 距离保护：KIrel = 0.85，KIIrel = 0.75 负荷功率因数角为30，线路阻抗角均为75，

6、变压器均装有快速差动保护。2.1 保护1的运行方式分析 保护1的最小运行方式就是指流过保护1的电流最小即是在G1和G2只有一个工作，变压器T5、T6两个中有一个工作时的运行方式，则=（+）=7+6=13；最大运行方式就是指流过保护1的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6两个都同时运行的运行方式，则=（+）=（7+6）=6.5。2.2 保护2的运行方式分析对于保护2，它的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小即是在G3和G4只有一个工作时运行，则=（+）=8.2+6=14.2；最大运行方式就是指流过保护2的电流最大即两个发电机共同运行，则=（+）=（8.2+6）=7.1。2.3 保护

7、3的运行方式分析 保护3的最小运行方式就是指流过保护3的电流最小即是在G1和G2只有一个工作时运行的运行方式，则=（+）=7+6=13；最大运行方式就是指流过保护3的电流最大即两个发电机共同运行，则=（+）=13=6.5。2.4 保护4的运行方式分析保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小即是在G3和G4只有一个工作，变压器T5、T6两个中有一个工作时的运行方式，则=（+）=8.2+6=14.2；最大运行方式就是指流过保护4的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6两个都同时运行的运行方式，则=（+）=（8.2+6）=7.1。3. 电流保护的配置和整定 三段式电流保护分为电流速断

8、保护、限时电流速断保护和过电流速断保护。三段式电流保护在配合的过程中，如果电流速断保护能保护线路的全长，则不再需要配置限时电流速断保护。对于每一段保护，他的整定值得满足灵敏系数和其他要求。因此，配置完以后得检验这个配置是否符合要求。3.1 电流速断保护的配置和整定 对于反应与短路电流负值增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。为了保证选择性，电流速断一般只能保护线路的一部分。电路速断保护要求一旦短路电流超过整定值，就立即将离短路点最近的断路器跳开，例如，在本设计中，当线路A-B上发生短路时，则保护1、2都要瞬时动作，使1、2处断路器跳开。由系统图可知，假设保护1、2、3和4都需要配置电流数

9、段保护。则：对于保护1：IIset.1=，tI1=0s，IIset.1=，100%=37.56%15%，满足要求。对于保护2：IIset.2=，tI2=0s，IIset.2=,100%=45%15%满足要求。对于保护3：IIset.3=，tI3=0s，IIset.3=，不满足要求。对于保护4：IIset.4=，tI4=0s，IIset.4=，100%=15.45%15%，满足要求。 由以上的计算结果可知，保护1、2和4需要安装电流速断保护装置，保护3不需要。3.2 限时电流速断保护的配置和整定由限时电流速断的计算结果可知，假设保护1、4处需安装限时电流速断保护，其他保护处不需要安装限时电流速断

10、保护。则：IIISET.1=KIIrelIIset.3=1.151.692=1.713KA，tII2=0.5；KIIsen.4=1.3， IIISET.4=KIIrelIIset.2=1.151.692=1.946KA，tII2=0.5S， KIIsen.4=0.981.3.保护4的零序II段定值为：校验灵敏度：母线B接地故障流过保护4的最小零序电流：灵敏系数：1.3;4.3 零序III段的配置和整定假设保护1、2、3和4处都装设零序III段电流保护。则：tIII1=0.5s，tIII2=0s，tIII3=0s，tIII4=0.5s；保护2和3处都配置一个时间为0s的定时限过电流保护装置，保护

11、1和4处各装置一个延时为0.5s的定时限过电流保护装置。下面分别对个保护进行电流整定。1、保护1的零序III段整定计算：B母线的三相短路电流：=因为是110kv线路，可不考虑非全相运行情况，按躲开末端最大不平衡电流整定。 则=10.50.11.77=0.0885（kA） =1.250.0885=0.111（kA） 作为近后备保护 满足要求 作为远后备保护 满足要求2、保护2的零序III段整定计算：A母线的三相短路电流：=因为是110kv线路，可不考虑非全相运行情况，按躲开末端最大不平衡电流整定。 则=10.50.11.118=0.0559（kA） =1.250.062=0.0699（kA） 作

12、为近后备保护 满足要求同理：对保护3和4进行整定，且灵敏系数均满足要求。综上可知：在零序电流保护的配置和保护中，保护1和保护4均有I段、II段和III段，而保护2和保护3只配置III段保护，整个系统的安全稳定运行。5. 距离保护的配置和整定 距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反应故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值，则保护装置动作。 在保护1、2、3和4处配备三段式距离保护：选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式：它们的I、II、段选择具有方向的距离保护，III选择具有偏移特性的距离保护。5.1 距离I段的配置和整定 线路AB得

13、正序阻抗ZAB=z1LA-B=0.460=24; 线路BC得正序阻抗ZBC=z1LB-C=0.440=16； 保护1、2的距离I段ZIset.1,2=KIrelZAB=0.8524=20.4； 保护3、4的距离I段ZIset.3,4=KIrelZBC=0.8516=13.6；5.2 距离II段的配置和整定1）整定阻抗：按下面两个条件选择。对保护1：1） 当与相邻下级线路距离保护I段配合时，有， 2） 当与相邻变压器的快速保护相配合时，有， 对保护4：、1） 当与相邻下级线路距离保护I段配合时，有， 2） 当与相邻变压器的快速保护相配合时，有， （a）当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，有 ;

14、 (b)当与相邻变压器的快速保护相配合时，有; ;所以，取； 2)灵敏度校验：,满足灵敏度要求。3）动作时限：与相邻保护3的I段配合，有，它能同时满足与相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。对于保护4： 1）整定阻抗：按下面两个条件选择。（a）当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，有 ; (b)当与相邻变压器的快速保护相配合时，有；所以取。2)灵敏度校验：；3）动作时限：与相邻保护2的I段配合，有，它能同时满足与相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。5.3 距离III段的配置和整定1、保护1距离III段的整定：1）整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有 ， 取，和，于是 2）

15、灵敏度校验：本线路末端短路时灵敏系数为； 3）动作时限：与相邻设备保护配合，有，它能同时满足与相邻线路保护和相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。2、保护4距离III段的整定： 1）整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有 ， ；取，和，,于是 。2）、灵敏度校验： 本线路末端短路时灵敏系数为；所以灵敏度校验满足要求。3）、动作时限：与相邻设备保护配合有，它能同时满足与相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。 综上所述：距离保护时保护1、4处均设置距离I、II和III段配合保护，而距离保护2、3处只需要设置距离I、III段配合保护就可以保证系统的可靠性和选择性。6. 原理接线图及展开

16、图6.1 保护1的原理接线图及展开图 保护1为电流速断I和过电流保护III配合保护的：采用不完全星形接线法，其原理接线图如下图所示： （a）原理接线图 （b）交流电流回路展开图 （c）直流回路展开图图2：保护1原理接线图及展开图6.2 保护2的原理接线图及展开图 保护2处需要装置功率方向继电器，且2处安装过电流保护即可。因此采用接线三相式过电流保护接线方式。其原理图如下所示。 （a）原理接线图 （b）交流回路展开图 （c）直流回路展开图图3：保护2原理接线图及展开图6.3 保护3的原理接线图及展开图 保护3处需要装置功率方向继电器，且3处安装过电流保护即可。因此采用接线三相式过电流保护接线方式

17、。其原理图如下所示。 （a）原理接线图 （b）交流回路展开图 （c）直流回路展开图图4：保护3原理接线图及展开图6.4 保护4的原理接线图及展开图 保护4为电流速断I和过电流保护III配合保护的：采用不完全星形接线法，其原理接线图如下图所示： （a）原理接线图 （b）交流电流回路展开图 （c）直流回路展开图图5：保护4原理接线图及展开图7 结论本次课程设计主要是针对110KV电网系统的三段式电流保护、零序电流保护和距离保护三种保护的设计。由前面三段式电流保护的计算和验证可知：该系统的保护1和4处均设置为电流速断保护（I段）和过电流保护（III段）相配合，保护2和3处只要配备过电流保护（III段

18、）即可，但是保护2、3处需要加方向保护元件，即加功率方向继电器。由前面零序电流保护的计算和验证可知：该系统的保护1和4处均设置为零序电流I段保护和零序电流III段保护相配合，保护2和3处只要配备零序电流III段保护即可，但是保护2、3处需要加方向保护元件，即加功率方向继电器。由前面距离保护的计算和验证可知：该系统的保护1和4处均设置为距离I段保护和距离III段保护相配合，也可以加上距离II断保护，保护2和3处只要配备距离III段保护即可。综上所述：该系统的保护1、4处需配置I段和III段配合保护，保护2、3处配置III断保护即可满足系统的稳定性和选择性，其中2、3处需要加设功率方向继电器。8 参考文献1 张保会，尹项根. 电力系统继电保护2版. 北京：中国电力出版社，2009. 122 徐建安.电力系统继电保护.北京：中国水利水电出版社，20053 李丽娇，齐云秋.电力系统继电保护.北京：中国电力出版社，20054 谷水清.电力系统继电保护.北京：中国电力出版社，2005- 15 -