继电保护电流保护课程设计

1.设计原始资料

1.1 题目

如下图所示网络，系统参数为：

；

，，85.0,5.1150,200,300,

15.1,2.1,km 20km 30,km 50,

km 40,km 5.59,10,15,k 3/

115max max max 313

1=============Ω=Ω==------re ss E D D C C B III rel

II rei

I rel

E D D C C B G G K K A I A I A I K

K

K

L L L L L X

X V E ?

线路阻抗km /4.0Ω。

G1

G3

A

B

C

D

E

1

234

5

8

9

L1

L3

试对线路进行三段电流保护的设计。（说明：可让不同的学生做123456789处一至二处保护设计）

1.2 要完成的任务

我要完成的是对保护5和保护3进行三段电流保护的整定设计。

2.分析课题内容

2.1规程

根据规程要求110kV 线路保护包括完整的三段相间距离保护、三段接地距离保护、三段零序方向过流保护和低频率保护，并配有三相一次重合闸功能、过负荷告警功能，跳合闸操作回路。

在本题中涉及的是三段过流保护。其中， I 段、II 段可方向闭锁，保证了保护的选择性。 各段电流及时间定值可独立整定，方向元件采用正序电压极化，方向元件和电流元件接成按相启动方式。

2.2本设计保护配置

1

2.2.1 主保护

主保护：反映整个保护元件上的故障并能最短的延时有选择的切出故障的保护。在本设计中，I 段电流速断保护、I I 段限时电流速断保护为主保护。 2.2.2 后备保护

后备保护：主保护拒动时，用来切除故障的保护，称为后备保护。作为下级主保护拒动和断路器拒动时的远后备保护，同时作为本线路主保护拒动时近后备保护，也作为过负荷是的保护，一般采用过电流保护。

而在本设计中，III 段定时限过电流保护为后备保护。

3.短路电流的计算

3.1等效电路的建立

G1

G2

1

G X 3

G X 1

L Z 3

L Z BC Z CD Z DE

Z

等效电路图

3.2短路点的选取

当供电网络中任意点发生三相或两相短路时，流过短路点与电源线路中的短路电流可近似计算式为

;K

S K Z Z E K I +=??

其中，?E —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； ?K —短路类型系数，三相短路取1，两相短路取

2

3；

2

3.3短路电流的计算 3.3.1最大方式

最小分支系数：

56.18

.231512

108.23151

3

1121b.min =++++=

++++=

L G L G L G Z X Z X Z X K ；

对于继电保护而言，最大运行方式是指在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大，其对应的系统的等值阻抗最小，则是

()()

Ω

==++==14.0438.8//22//3131min .L G L G s s Z X Z X Z Z ；

在最大方式下

1.95kV

min .max ..=+=

-C

B s

C K Z Z E I ?

；

1.45kV 1

31max ..=++=

L L G A K Z Z X E I ?

；

3.02kV 3

3max ..=+=L G B K Z X E I ?；

1.44kV

min .max ..=++=

--D

C C B s

D K Z Z Z

E I ?

；

3.3.2最小方式

最小运行方式是指在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小，其对应的系统的等值阻抗最大，则是

Ω

=+==38.811max .s s L G Z X Z Z ；

在最小方式下，

62kA .223max ..min .==B K B K I I ； 1.26kA

2

3max ..min .==

A K A K I I ；

0.98kV 23

ax .in ..=+=

-C

B m s m

C K Z Z E I ?

；

0.81kV

ax .min ..=++=

--D

C C B m s

D K Z Z Z

E I ?

；

3

4.保护配置与整定

4.1主保护的整定与计算 4.1.1动作值

保护3的I 段：

kA

I K I K I

rel I

set 34.2max ..3==； 保护5的I 段：

kA

I K I B K I

rel I

set 624.3max .5.==；

保护5与保护8配合时，

kA

I K I A K I

rel I

set 74.1max ..8==；

kA I K I I

II

rel II

set 01.28.set 5.==；

保护5与保护3配合时，

kA

I K K I

I

II

II set 73.13.set min

.b rel 5

.==

；

保护3的II 段为

kA I K I D K II

rel II

set 1.728max ..3==；

4.1.2动作时间

各保护的时限为

{

}

;

t,t max t t ;

03852353t t t t s t t I

I

II

I II I

I

?+?+=+===；

4.1.3灵敏度

当保护5和保护8配合时，

sen

K =

2.1

3.15

.min ..>=II

set B K I I ；

当保护5和保护3配合时，

sen

K =

2.15.15

.min ..>=II

set B K I I ；

4

4.2后备保护的整定与计算 4.2.1动作值

保护3的III 段电流为：

608kA

.0max .max ,3

.==

=-C B L re

ss

III

rel ss III rel

III set I K K K I K

I

；

保护5的III 段电流为：

608kA

.0max .max ,5

.==

=-C B L re

ss

III

rel ss III rel

III set I K K K I K

I

；

4.2.2动作时间

保护3的III 段时限为：;13s t III = 保护5的III 段时限为：;5.15s t III =

4.2.3灵敏度

保护3的III 段灵敏度为：sen K =

2

.16.13

.min ..>=III

set C K I I

保护5作为近后备：sen K =2.13.45

.min ..>=III set B K I

I ；

保护5作为远后备：sen K =

2

.11.65

.min ..>=III set C K I

I ；

5.继电保护的主要设备选择

5.1互感器的选择 5.2继电器的选择

本设计中的继电器是电流型继电器。根据题目中已知的继电器的可靠系数、返回系数来选择所需的电流型继电器，所以我们可以选ＧＬ型感应式电流继电器。结构简单，便于实现交流操作，因而在工厂供电系统中获得广泛应用。但其时限整定比较麻烦，不便于在继电保护设计阶段计算确定，一般要经实验反复调试完成。其原因主要是对ＧＬ型电流继电器的反时限特性没有一个较好的数学模型描述，而当采用数字式继电器实现这一反时限特性时，对其时限特性的数学描述就更显得重要了。

5

6.原理图连接

A

C

1

TA 2

TA 1

KA 2

KA 过电流继电器

电流回路

（a ）

+

-KS

YR

KC

KS

KC

QF

1

FU 2

FU 1

KA 2

KA 控制小母线熔断器

电流速断

保护

延时跳闸

跳闸

信号小母线

信号回路

（b ）

电流速断保护原理图

7.保护评价

由于三段的动作电流和动作时间整定的均不同，各自动作的条件和时间顺序也就有了先后。使用I 段、II 段或III 段电流保护，其优点主要有：简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求，因此在电网中特别是在35KV 及以下较低电压的网络中获得广泛的应用。

保护的缺点：它直接受电网的接线以及电力系统的运行方式的变化的影响，如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。

8.总论

电流速断保护的工作原理与限时电流速断保护类同，只不过电流速断保护的动作时限几乎为零（0.04~0.06s），而带时限电流速断保护的动作时限整定得较短。电流速断保护不能保护线路全长，只能保护线路的首段。为了能保护线路全长，常需用带时限电流速断及过电流保护配合使用。过电流保护在正常运行时不启动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作。在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且保护相邻线路的全长，可以到远后备保护的作用。

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参考文献

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3.葛耀中.新兴机电保护与故障测距原理与技术。西安：西安交通大学出版社，1996

4.尹项根，曾克娥.高等学校教材电力系统继电保护原理与应用（上册）。武汉：华中科技大学出版社，2001

5.王广延，吕继韶.高等学校教材电力系统继电保护原理与运行分析（上、下册）.北京：水利电力出版社1995

6.王瑞敏.电力系统继电保护.北京：北京科学技术出版社，1994

7.王梅义,等.超高压电网继电保护运行技术.北京：水利电力出版社，1984

8.贺家李,葛耀中.超高压输电线路故障分析与继电保护。北京：科学出版社，1987

9.张保会，雷敏，袁宇春.优化重合闸时间提高网络传输能力.继电器1998（1）：17

10.陈曾田，电力变压器保护，2版.北京：中国电力出版社，1989

11.崔家佩，等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.北京：中国电力出版社，1993

12.王维俭.电力系统继电保护基本原理.北京：清华大学出版社，1992

13.朱声石.高压电网继电保护原理与技术.2版.北京：水利电力出版社，1992

14.陈德树.计算机继电保护原理与技术.北京：水利电力出版社，1992

15.陈德树，张哲，尹项根.微机继电保护.北京：中国电力出版社，2000

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