继电保护课程设计

学号：16

沈阳教育学院

继电保护课程设计

（201X届本科）

题 目：110KV输电线路继电保护设计

专 业：电气工程及其自动化

姓 名：

指 导 教 师

完成日期：

电力系统继电保护课程设计报告

引言……………………………………………………………………………….….2 1.课程设计的原始资料……………………………………………..…….…………2 1.1具体题目………………………………………………………………………2 1.2要完成的内容……………………………………………………..…………..2 2分析课题内容…………………………………………………….……………..…3 2.1规程…………………………………………………………..…..……………3 2.2本设计保护配置…………………………………………………………..…..3 3短路电流的计算……………………………………………………………….…..3 3.1等效短路的建立……………………………………………………..………..3 3.2短路时阻抗的计算…………………………….………………………….….3 4 保护配合与整定计算……………………………………………………….……4 4.1 主保护整定计算公式及校验原则………………………………….……..…4 4.2 保护3的整定计算…………………………………………...………………4 4.2.1 整定保护3的Ⅰ段保护………………………………………………....4 4.2.2 整定保护3的Ⅱ段保护…………………………………………………5 4.2.3 整定保护3的后备保护…………………………………………………5 4.3 保护5的整定计算………………………………………………...…………6 4.3.1 整定保护5的Ⅰ段保护…………………………………………………6 4.3.2 整定保护5的Ⅱ段保护…………………………………………………6 4.3.3整定保护5过电流保护………………………………………………….7 5 互感器的选择……………………………………………………………………..8 6 原理接线图………………………………………………………………………..8 7 保护评价…………………………………………………………………………..9 参考文献………………………………………………………………………….10 课程设计的要求………………………………………………………………….11 引 言

《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

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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保护装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点，极大限度的保证电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。

电网继电保护是保证电力系统安全运行和电能质量的重要自动装置之一，因此在规划设计时，必须考虑可靠工作和快速切除故障的继电保护实现的可能性。对继电保护的基本要求，可概括的分为可靠性、速动性、选择性和灵敏性等方面，为了保证可靠的切除故障，除了配备起主要作用的“主保护”外，还要配备起后备作用的“后备保护”。当线路或电力设备发生故障时，主保护应该最快地把最靠近故障元件的断路器跳开，一方面尽可能减少对故障元件的损坏，另一方面把故障对电力系统的影响压缩到最小可能的范围和程度。后备保护的作用是当主保护不能完成预定任务时，在靠近故障元件的最小可能范围内将故障点断开。

本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为设计规程阐述、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、继电保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。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 设计原始资料

1.1 具体题目

如下图所示网络,系统参数为：E??1153kV,XG1?15?,XG3?10?,L1?73.5km,

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??1.2, L3?40km, LB?C?50km,LC?D?30km,LD?E?20km,线路阻抗0.4Ω/km, Krel?????Krel?Krel?1.15, IB?Cmax?0.3kA, IC?Dmax?0.2kA, ID?Emax?0.15kA, Kss?1.5,

Kre?0.85

AB9L18CDEG13215L34G3 图1.1 电力系统网络

试对线路进行三段电流保护的设计。可让不同的学生做1、2、3、4、5、8、9处一至二处保护设计。

1.2 要完成的内容

本文要完成的内容是对线路的电流保护原理和计算原则的简述，并对线路各参数进行分析及对保护3和保护5进行电流保护的具体整定计算并注意有关细节。电流保护是对于反应于短路电流幅值增大而动作的电流保护。

2 分析课题内容

2.1 规程

(1) 110kV的线路的下列故障，应装设相应的保护设置： ○1 相间短路 ○2 单相接地短路 ○3 过负荷

(2) 110kV的线路后备保护配置宜采用远后备方式。

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(3) 接地短路，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定： ○1 宜装设带方向或不带方向的阶段式保护

○2 对零序电流保护不能满足的线路，可装设接地距离保护，并应装设一段或二段零序电流保护做后备保护。

2.2 本设计保护配置

主保护：相间横联电流速断保护和限时电流速断保护不满足保护条件。所以本题目装设相间距离保护做主保护。接于和电流的过电流保护或相电流保护应做后备保护。

3 短路电流的计算

3.1 等效短路的建立

E￠B3C2D1E

图3.1 简单电网等值电路图

3.2 短路时阻抗的计算

各个阻抗的计算：

Xl1?73.5?0.4?29.4?,Xl3?40?0.4?16?,XBC?50?0.4?20?,XCD?30?0.4?12?,XDE?20?0.4?8?

系统最小运行方式对应的等值阻抗最大，则只有一台发电机运行，相应地有：

Zs.max?XG1?XL1?15?29.4?44.4?

系统最大运行方式对应的等值阻抗最小，则有两台发电机运行 ，相应的有：

:Zs.min??XG1?XL1??XG2?XL3???15?29.4??10?16??16.4?

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4 保护配合与整定计算

4.1 主保护整定计算公式及校验原则

电流保护的Ⅰ段保护：

?Ι?Ik.max?Krel Iset (4.1)

电流保护的??段保护：

??ΙΙΙIset?krel?Iset (4.2)

电流保护的???段保护：

IΙΙΙsetΙΙΙKrel?Kss??ll.max (4.3)

Kre4.2 保护3的整定计算

4.2.1 整定保护3的Ⅰ段保护

?(1) 动作电流 动作电流(Iset5)大于在最大运行方式下母线上三相短路的最大短路

电流，由公式(4.1)计算式为

Ikc.max?E?Xs.min?Xbc?3?1.82(kA)

16.41?50?0.4115??Iset3?Ikc.max?Krel?1.82?1.2?2.19(kA)

(2) 动作时间 第Ⅰ段实际动作时间为保护装置本身的固有时间。

t5?=(0)s

(3) 长度校验 按在最小运行方式下两相短路进行校验，电流速断保护的最小保护范围长度要求大于被保护线路全长的15%至20%。计算式最小保护范围为

3E?-Zs.min2I3???Z1?57.5?-44.4???2.19??- 45.3(km)

0.4Lmin公式中的Zsmin应改为Zsmax，带入的数是对的。

综上：保护3处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。

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4.2.2 整定保护3的Ⅱ段保护

(1) 动作电流 限时电流保护的保护范围不超过下级线路速断保护的范围，保护3的Ⅱ段整定需与保护2的Ｉ段整定值配合，由公式(4.2)得计算式为：

IkDmax?E?Xs.max?XBC?XCD?3?1.37(kA)

16.4?20?12115??Iset2?Krel?IkDmax?1.2?1.37?1.65(kA) ????K?I故Iset3relset2?1.15?1.65?1.89(kA)

(2) 动作时间 动作时限比下级线路的速断保护高出一个时间阶梯。

??t3=1.5(s) 应为0.5（s）

(3) 灵敏度校验 保护线路末端最小两相短路电流与动作电流的比值，计算式为

IkC.min?333???0.89(kA)

2Xs.max?XBC244.4?20IkC.max0.89??0.47 ?1.89Iset3E?115??所以3处保护的灵敏系数为 Ksen3?ΙΙ不满足Kset3?1.2（1.3~1.5）的要求，此处应加装距离保护与电流速断保护共同构

成主保护。

4.2.3 整定保护3的后备保护

ΙΙΙ(1) 动作电流 启动电流(Iset当电流的幅值超过最5)按照躲开最大负荷电流来整定，

大负荷电流值时启动。由公式(4.3)得计算式为

I???set???Krel?Kss1.15?1.5?0.3??IBC.max??0.609(kA)

Kre0.85(2) 动作时间 动作时间比下级线路的过电流保护高出一个时间阶梯 。

???t3=2(s)

(3) 灵敏度校验

① 当保护3作为近后备保护时，按最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验。计算式为

ID.min

1151153333?????0.892(kA) 2Zs.max?Zl244.4?20- 6 -

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Kset???.2?ID.min0.892??1.47?1.2 应为≧1.3 ???0.609Iset.3② 当保护3作为远后备保护时，按最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的短路电流进行校验。计算式为

ID.min?3333????0.75(kA) 2Zs.max?ZBC?ZCD244.4?20?12Kset???.2?ID.min0.75??1.23?1.2 ???0.609Iset.3115115由计算得知3的???段保护满足近后备和远后备保护灵敏度的要求。

4.3 保护5的整定计算

4.3.1 整定保护5的Ⅰ段保护

Ι(1) 动作电流 动作电流(Iset)大于在最大运行方式下母线上三相短路的最大短路电

流，由公式(4.1)计算式为

Ik。max.5?115/366.40??1.49(kA)

XG1?ZL115?29.4?IIset.5?Irel?Ik4?1.2?1.49?1.79(kA)

(2) 动作时间 第Ⅰ段实际动作时间为保护装置本身的固有时间。

t5?=0(s)

(3) 灵敏度校验 流过保护5的电流为：

Ik5?E3??1.09(kA)

Xs.min?XL344.4?16115公式中的Xsmin应改为Xsmax，带入的数是对的。

远小于躲过保护4处母线三相短路求得的整定值，所以，保护5不必安装方向元件仅靠定值就能保证反向故障不误动作。 4.3.2 整定保护5的Ⅱ段保护

ΙΙ(1) 动作时间(Iset5)

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图4.1 G1与G3构成双端网络

① 当II段与G1配合时，为双端网络，如图3所示，此时需要加装方向保护元件，这样可以判断如图所示短路情况。当BF段发生短路时，保护8的方向为线路流向母线，所以保护8闭锁，保护5和保护4开放。这样，就可以让保护4动作，切断短路电流，而不至于扩大短路范围。

② 当II段与保护3配合时，限时电流保护的保护范围不超过下级线路速断保护的应为10

范围，此时需考虑分支系数。计算式为

XG1?L1*X1115?29.4???0.63 KbrXG1?L1*X1?XG3?L3*X115?29.4?20?16ΙΙΙΙIset2?Krel?1??Iset3?1.15?0.63?2.19?1.59(kA) Kbr(2) 动作时间 动作时限比下级线路的速断保护高出一个时间阶梯。

??t5=2(s) 应为0.5（s）

(3) 灵敏度校验 保护线路末端最小两相短路电流与动作电流的比值，计算式为

IkBmin?3E33???1.29(kA)

2XG1?XL1215?29.4115ΙΙΙΙKset5?IkBminIset5?1.39?1.2 （1.3~1.5）

满足要求。

4.3.3整定保护5过电流保护

？

???(1) 动作电流 启动电流Iset5按照躲开最大负荷电流来整定，当电流的幅值超过最

大负荷电流值时启动。计算式为

I???set???Krel?Kss1.15?1.5?0.3??IBC.max??0.609(kA)

Kre0.85(2) 动作时间 动作时间比下级线路的过电流保护高出一个时间阶梯 。

???t5?2.5(s)

(3) 灵敏度校验

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① 当保护5作为近后备保护时，按最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验。由公式(4.3)计算式为

???ΙΙΙKsen?II5Bminset5?2.16满足要求。

② 当保护5作为远后备保护时，按最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的短路电流进行校验。由公式(4.3)计算式为

???ΙΙΙKsen5?ICminIset5?1.49满足要求。

5 互感器的选择

保护用电流互感器，就是将线路上的电流变为一定大小的电流，给继电器等保护装置供电。当线路上发生短路或其它故障，使线路上电流剧增时，通过电流互感器供给继电器等保护装置的电流也剧增，使继电保护装置动作，切断故障线路。

6 原理接线图

QFKCO≥1KSⅠKSIIKSⅢ≥1≥1KTII≥1KTⅢKAaⅠKAcⅠKAaIIKAcIIKAaⅢKAcⅢKAbⅢ

图4 三段式电流保护的原理接线图

7 保护评价

本设计中采用了三段电流保护作为主保护。

保护3：由于保护3的II不满足要求，主保护为电流速断保护和距离保护。 保护5：由于保护5的II段要考虑两种情况，所以保护9、8、4应该加装功率方向

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保护，因此主保护是电流速断保护和功率方向保护，后备保护是过电流保护。

参考文献

[1]张保会,尹项根.电力系统继电保护原理[M].武汉:中国电力出版社, 2009:56-59. [2]王广延,吕继韶.电力系统继电保护原理与运行分析[M].中国电力出版社,1998:34-38. [3]杨正理,黄其新,王士政.电力系统继电保护原理与应用[M].机械工业出版社,2010:60-77. [4]刘学军.电力系统继电保护[M].机械工业出版社, 2011:5-26.

[5] 张宝会,尹项根主编电力系统继电保护[M].北京:中国电力出社, 1996:31-33. [6] 于永源,杨绮雯.电力系统分析(第三版)[M].北京:中国水利水电出版社, 2008:16-21. [7] 许建安.继电保护整定计算[M].北京:中国水利水电出版社.2001:12-23. [8] 吕继绍.电力系统继电保护设计原理[M].北京:中国水利水电出版社.1986:88-89. [9]:霍利民、葛丽娟、吕佳、《电力系统继电保护》（第二版）中国电力出版社，3013.2

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课程设计（论文）要求： 1、课程设计不得弄虚作假，抄袭他人成果。 2、应主动与导师建立联系，按照规定日程和进度完成课程设计。 3、课程设计字数不少于2000字，按照规定格式要求装订打印。 4、学生要有勤于思考、刻苦专研的学习精神和严肃认真的工作态度。 5、设计内容必须实事求是、客观真切，准确完备、合乎逻辑、层次分明、语言流畅、结构严谨、书写工整，符合科学、专业的有关要求。 6、设计中的用语、表格、插图，应规范准确，符合各专业国家标准。 设计时间：2013年11月5日—2013年11月20日 教师评语： 成绩： 教师签字： 2013年 月 日

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