电力系统继电保护课程设计——三段式电流保护的设计说明

电力系统继电保护课程设计

题目：三段式电流保护的设计

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1 设计原始资料

1.1 具体题目

如图 1.1所示网络，系统参数为?E =115/3kV ，1G X =15Ω、2G X =10Ω、3G X =10Ω， 1L =2L =60km 、3L =40km 、C B L -=50km 、D C L -=30km 、E D L -=20km ，线

路阻抗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，re K =0.85。

A B

图1.1 系统网络图

试对线路BC 、CD 进行电流保护的设计。

1.2 要完成的容

（1）保护的配置及选择；

（2）短路电流计算（系统运行方式的考虑、短路点的考虑、短路类型的考虑）；

（3）保护配合及整定计算；

（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

除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时流过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值和保护灵敏度。在需采用电流电压联锁速断保护时，还必须考虑系统的正常运行方式。

（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。若要绘制短路电流、电压与距离的关系曲线，每一条线路上的短路点至少要取三点，即线路的始端、中点和末端三点。

（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。短路的计算选用三相短路或两相短路进行计算均可，因为对保护所取的残余而言，三相短路和两相短路的残余数值相同。

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。

（4）短路电流列表

为了便于整定计算时查考每一点的短路时保护安装处的短路电流和，将计算结果列成表格。

流过保护安装处的短路电流应考虑后备保护的计算需要，即列出本线路各短路点短路时流过保护安装处的短路电流，还要列出相邻线路各点短路时流过保护安装处的短路电流。

计算短路电流时，用标幺值或用有名值均可，可根据题目的数据，用较简单的方法计算。

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，在满足速动性的前下，可考虑利用保护的相继动作，以提高保护的灵敏性。

在用动作电流、电压或动作时间能保证选择性时，不要采用方向元件以简化保护。

后备保护的动作电流必须配合，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，经灵敏度校验可得电流速断保护不能作为主保护。因此，主保护应选用三段式距离保护。

2.2.2 后备保护配置

过电流保护作为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

由已知可得,线路的总阻抗的计算公式为

L X Z = (3.1) 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(3.1.1)可得各段线路的线路阻抗分别为

)(24604.0121Ω=?=?==L Z X X L L

)(16404.033Ω=?=?=L Z X L

)(20504.0Ω=?=?=-C B BC L Z X

)(12304.0Ω=?=?=-D C CD L Z X

)(8204.0Ω=?=?=-E D DE L Z X

经分析可知，最大运行方式即阻抗最小时，则有三台发电机运行，线路1L 、3L

运行，由题意知1G 、3G 连接在同一母线上，则

)(6.10)1610(||)126()(||)||||(332121min Ω=++=++=L G L L G G s X X X X X X X 式中 m in s X —最大运行方式下的阻抗值；

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

)

(392415X X X 1L 1G max .s Ω=+=+= 由此可得最大运行方式等效电路如图3.1所示，最小运行方式等效电路图如图3.2所示。

图3.1 最大运行方式等效电路图

图3.2 最小运行方式等效电路图

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 k Z Z E K Z E I +==

∑?

?

(3.2)

式中 ?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23

。

（1）对于保护2等值电路图如图2所示，母线E 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

CD

BC D X X X E

I ++=smin max k

代入数据得：

(3.3)

CD BC D X X X E

I ++=smin max k

)k (558.1A =

(2)对于保护5等值电路图如图2所示，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

BC

C X X E

I +=smin max k

代入数据得:

BC C X X E

I +=smin max k

)k (17.2A =

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

L

s k Z Z E I +=min .min .23?

式中 ?E —系统等效电源的相电动势；

min s,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。

）（A I E 8.72781220391

3115

23

min =+++??=

）（A I D 8.8091220391

3115

23

min =++??=

）（A I C 51.97420391

3115

23

min =+??=

4 保护的配合及整定计算

4.1 主保护的整定计算 (3.4) (3.5)

4.1.1 动作电流的计算

最小保护围计算式为

min

1smax set z 23L Z E I I

+?=? 其中 ?E —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。

(1)对于保护2等值电路图如图2所示，母线D 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

)(558.1max kA I kD =

相应的速断定值为

)(87.1558.12.1max 2kA I K I kD I rel I set =?=?=

最小保护围根据式（4.1）可得

)(6.70min 2km L =

即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。

（2）对于保护5等值电路图如图2所示，母线C 最大运行方式下发生三相短路流过保护3的最大短路电流为

)(17.2max kA I kC =

相应的速断定值为

)(603.217.22.1max ..ⅠⅠ

3.kA I K I C k rel set =?=?=

最小保护围根据式（3.4）可得

)(3.42min 3km L =

即3处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。

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 灵敏度校验

限时电流速断定值根据式(4.2)可以计算。

ⅠⅡⅡset rel set I K I = (4.2)

其中 Ⅱ

rel K —可靠系数，取值为1.15。

（4.1）