供电技术课程设计报告

电气及其自动化专业

《工厂供电》课程设计任务书（3）

完成期限：2016 年1 月4 日开始至2016 年1 月8 日

题目：10KV电力线路继电保护初步设计

一.原始资料：某10kv电力线路，如图所示。已知TA1的变流比K i(1)为160/5A，TA2的变

流比K i(2)为100/5A。WL1和WL2的过电流保护均采用两相两继电器式接线，继电器均为GL-21/5型。今KA1已经整定，其动作电流I OP(1)为8A，10倍动作电流的动作时间t(1)为1.4S。WL2的计算电流I L,max(2)为75A，WL2首端的I(3)K2为910A,其末端的I(3)K3为400A。

试整定KA2的动作电流和动作时间，并校验其灵敏度。(计算时取：继电器返回系数K re 为0.8，可靠系数K rel为1.3，结线系数K w为1，时限级差为△t=0.7S。)

二.设计主要内容：（1）系统概况说明；（2）确定继电保护方案；（3）计算步骤与结果；（4）

接线原理图；（5）选择主要电气设备并上网找出相应型号；（6）设计总结。

三.必须完成的图：系统原理图。

过电流继电器实现两级保护原理电路如图(a)所示。图中TA1和TA2分别为上下两级线路的电流互感器。

(a)

(b)

(c)

两级保护一次系统和整定说明

※两级保护有：①上一级为定时限电流保护，下一级为反时限电流保护。

②上、下两级均为反时限电流保护。

两级保护无论采取何种方式，两级保护的时限均要有时限级差，对于定时限过电流保护，可取时间级差为△t=0.5S；对于反时限过电流保护，可取时间级差为△t=0.7S。如图(b)、(c)所示。

定时限过电流保护的动作时间，利用时间继电器来整定。

反时限过电流保护的动作时间，由于GL感应式电流继电器的时限调节机构是按10倍动作电流的动作时间来标度的，因此要根据前后两级保护的GL感应式电流继电器的动作特性曲线来整定。动作特性曲线是按所选型号给出来确定的。

摘要

继电保护技术是研究电力系统故障和危险及安全运行的异常情况，以探讨其对策的反事故自动化措施。本文研究的是关于10KV电力线路继电保护。通过本次设计掌握和巩固电力系统继电保护的相关专业理论知识，熟悉电力系统继电保护的设计步骤和设计技能，根据技术规范，选择和论证继电保护的配置选型的正确性并培养自己在实践工程中的应用能力、创新能力和独立工作能力。

由于各种继电保护适应电力系统运行变化的能力都是有限的，因而，对于继电保护整定方案的配合不同会有不同的保护效果，如何确定一个最佳的整定方案，将是从事继电保护工作的工程技术人员的研究课题。总之，继电保护既有自身的整定技巧问题，又有继电保护配置与选型的问题，还有电力系统的结构和运行问题。尤其，对于本文中10KV高压线路分相电流差动保护投运前的现场试验，一直是困扰技术人员的一个问题，由于线路两端距离的限制，现场试验不能像试验室那样方便。另外，光纤保护在长距离和超高压输电线路上的应用还有一定的局限性，在施工和管理应用上仍存在不足，但是从长远看，随着光纤网络的逐步完善、施工工艺和保护产品技术的不断提高，光纤保护将占据线路保护的主导地位。

关键字：10kv 电力线路继电保护负荷计算短路电流计算

一、目的和要求

1.目的：由于电力系统是一个整体，电能的生产、传输、分配和使用是同时实现的，各设备之间都有电或磁的联系。因此，当某一设备或线路发生短路故障时，在瞬间就会影响到整个电力系统的其它部分，为此要求切除故障设备或输电线路的时间必须很短，通常切除故障的时间小到十分之几秒到百分之几秒。只有借助于装设在每个电气设备或线路上的自动装置，即继电保护，才能实现。因此，继电保护的基本任务有：

（1）当电力系统中发生短路故障时，继电保护能自动地、迅速地和有选择性地动作，使断路器跳闸，将故障元件从电力系统中切除，并使系统无故障的部分迅速恢复正常运行，使故障的设备或线路免于继续遭受破坏。

（2）反应电气设备的不正常运行状态，可动作于发出信号、减负荷或跳闸，此时一般不要求保护迅速动作，而是带有一定的时限，以保证选择性。

2.要求：继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

(1) 选择性

当供电系统发生故障时，继电保护装置动作应知切出故障设备，即首先由距故障点最近的断路器动作切除故障线路，使停电范围尽量缩小，从而保证系统中无故障部分仍能正常运行。相反，如果系统中发生故障时，距故障点近的保护装置不动作（拒动），而立故障点远的保护装置动作（越级动作），就失去选择性了。

(2) 速动性

所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障,对提高电力系统运行的可靠性具有重大的意义。

(3) 灵敏性

所谓继电保护装置的灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反映能力。

(4) 可靠性

所谓保护装置的可靠性是指在保护范围内发生的故障该保护应该动作时，不应该由于它本身的缺陷而拒绝动作；而在不属于它动作的任何情况下，则应该可靠不动作。

二、10kv电力系统继电保护简述

电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等五个环节组成的。在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不可避免的。由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。例如，

当系统中的某工矿企业的设备发生短路事故时，由于短路电流的热效应和电动力效应，往往造成电气设备或电气线路的致命损坏还有可能严重到使系统的稳定运行遭到破坏；当10KV 不接地系统中的某处发生一相接地时，就会造成接地相的电压降低，其他两相的电压升高，常此运行就可能使系统中的绝缘遭受损坏，也有进一步发展为事故的可能。

10KV供电系统是电力系统的一部分。它能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常的运行。因此要全面地理解和执行地区电业部门的有关标准和规程以及相应的国家标准和规范。

由于10KV 系统中包含着一次系统和二次系统。又由于一次系统比较简单、更为直观，在考虑和设置上较为容易；而二次系统相对较为复杂，并且二次系统包括了大量的继电保护装置、自动装置和二次回路。所谓继电保护装置就是在供电系统中用来对一次系统进行监视、测量、控制和保护，由继电器来组成的一套专门的自动装置。为了确保10KV供电系统的正常运行，必须正确的设置继电保护装置。

三、 10KV系统中应配置的继电保护

按照工厂企业10KV供电系统的设计规范要求，在10KV的供电线路、配电变压器和分段母线上一般应设置以下保护装置：

（1） 10KV线路应配置的继电保护

10KV线路一般均应装设过电流保护。当过电流保护的时限不大于0.5s～0.7s,并没有保护配合上的要求时，可不装设电流速断保护；自重要的变配电所引出的线路应装设瞬时电流速断保护。当瞬时电流速断保护不能满足选择性动作时，应装设略带时限的电流速断保护。（2）10KV配电变压器应配置的继电保护

1）当配电变压器容量小于400KVA时：一般采用高压熔断器保护；

2）当配电变压器容量为400～630KVA，高压侧采用断路器时，应装设过电流保护，而当过流保护时限大于0.5s时，还应装设电流速断保护；对于车间内油浸式配电变压器还应装设气体保护；

3）当配电变压器容量为800KVA及以上时，应装设过电流保护，而当过流保护时限大于0.5s 时，还应装设电流速断保护；对于油浸式配电变压器还应装设气体保护；另外尚应装设温度保护。

（3） 10KV分段母线应配置的继电保护

对于不并列运行的分段母线,应装设电流速断保护，但仅在断路器合闸的瞬间投入，合闸后自动解除；另外应装设过电流保护。如采用的是反时限过电流保护时，其瞬动部分应解除；对于负荷等级较低的配电所可不装设保护。

3. 10KV系统中继电保护的配置现状

目前，一般企业高压供电系统中均为10KV系统。除早期建设的10KV系统中，较多采用的是直流操作的定时限过电流保护和瞬时电流速断保护外，近些年来飞速建设的电网上一般均采用了环网或手车式高压开关柜，继电保护方式多为交流操作的反时限过电流保护装置。很多重要企业为双路10KV电源、高压母线分段但不联络或虽能联络但不能自动投入。在系统供电的可靠性、故障响应的灵敏性、保护动作的选择性、切除故障的快速性以及运行方式的灵活性、运行人员的熟练性上都存在着一些急待解决的问题。

四、10kv电力线路继电保护初步设计设计方案

10kV中性点非直接接地电力网的线路，对相间短路和单相接地，应按本节的规定装设相应的保护。保护装置采用远后备方式。

对单侧电源线路，可装设三段式过电流保护。第一段为不带时限的电流速断保护，第二段为带时限的电流速断保护，第三段为延时过电流保护。

对单相接地故障，应在发电厂和变电站母线上，装设单相接地监视装置，监视装置反映零序电压，动作于信号。

可能时常出现过负荷的电缆线路，或电缆与架空混合线路，应装设过负荷保护。保护宜带时限动作于信号，必要时可动作于跳闸。

对于本系统中10kV 线路单侧电源线路，可考虑配置一段电流速断保护、一段延时电流速断保护、过电流保护、过负荷保护及三相一次重合闸。

综合考虑，可选择过电流保护

⑴原始资料

某10kv 电力线路，如图所示。已知TA1的变流比K i(1)为160/5A ，TA2的变流比K i(2)为100/5A 。WL1和WL2的过电流保护均采用两相两继电器式接线，继电器均为GL-21/5型。今KA1已经整定，其动作电流I OP(1)为8A ，10倍动作电流的动作时间t (1)为1.4S 。WL2的计算电流I L,max(2)为75A ，WL2首端的I (3)K2为910A,其末端的I (3)K3为400A 。试整定KA2的动作电流和动作时间，并校验其灵敏度。(计算时取：继电器返回系数K re 为0.8，可靠系数K rel 为

1.3，结线系数K w 为1，时限级差为△t=0.7S 。)

⑵计算步骤

①WL2的整定电流875.121max set2=??=I kre

kw krel I A ，已知KA2的变流比为100/5，所以WL2的动作电流1.6)

2(22op ==i set k I I A ②WL2的10倍动作电流动作时间0.7t 2=s ③校验灵敏度I

I k n min .se k ==3.28s ，满足要求。 ⑶接线原理图

WL1和WL2采用的都是两相两继电器式接线，继电器接线图为

两相星形接线方式

10kv系统接线原理图

⑷主要电气设备

过电流继电器KA,时间继电器TA，断路器

五、体会和建议

通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅课本和设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种课程设计?如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢?我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。其次，这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性，只有分工协作才能保证整

个项目的有条不絮。另外在课程设计的过程中，当我们碰到不明白的问题时，指导老师总是耐心的讲解，给我们的设计以极大的帮助，使我们获益匪浅。因此非常感谢老师的教导。

更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。设计这种东西需要我们大家一起齐心协力，从平时做的实验、老师上课的举例、书本上的知识以及老师的辅导和其他同学的帮助下终于完成了。应该说这是通过我们小组成员的共同努力和动脑完成的，虽然内容并不是很复杂，但是我们觉得设计的过程相当重要，学到了很多，收获了很多。我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。

小组人员的配合、相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获。由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。

六、参考文献

[1] 王抒祥. 继电保护[M].山西：中国电力出版社，2008

[2] 翁双安. 供电工程[M].北京：机械工业出版社，2012

[3] 孟祥忠. 现代供电技术[M].北京：清华大学出版社，2006

[4] 刘学军. 继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2004

[5] 韩天行. 继电保护及自动化装置检验手册[M].南京：机械工业出版社，2003