化工厂10KV架空线路的保护设计

目 录

1 前 言 .................................................................................................................................... 1 2 继电保护的概述 ............................................................................................................... 2

2.1 继电保护的概念 ......................................................................................................... 2 2.2继电保护的基本任务 ................................................................................................. 2 2.3 继电保护的基本要求 ............................................................................................... 2 2.4 继电保护的组成和分类 ............................................................................................ 3 2.5 继电保护的一般规定 ............................................................................................... 6

3 短路电流计算及电流互感器的选用 .................................................................... 7

3.1 短路电流的计算 .......................................................................................................... 7 3.2 电流互感器的选用及计算 ........................................................................................ 8

3.2.1电流互感器的型号及技术数据 .................................................................. 8 3.2.2电流互感器的选用原则 ................................................................................ 9 3.2.3 继电保护用电流互感器一次电流倍数的选择 .................................... 10 3.2.4 线路保护用电流互感器的选择 ............................................................... 11

4 化工厂10KV架空线路的保护设计 ..................................................................... 12

4.1 瞬时电流速断保护 .................................................................................................. 12

4.1.1 瞬时电流速断动作电流Idzj的计算 ....................................................... 12 4.1.2 保护装置的灵敏系数计算 ........................................................................ 12 4.2 带时限电流速断保护 ............................................................................................. 13 4.3 过电流保护 ................................................................................................................ 14 4.4 选择继电保护装置 .................................................................................................. 15

总 结 ........................................................................................................................................ 19 谢 辞 ........................................................................................................................................ 20 参考文献 .................................................................................................................................. 21 附 表 ........................................................................................................................................ 22

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1 前 言

改革开放以来，我国经济的快速发展刺激着电网的发展，尤其是近几年全国各个地区出现的缺电现象直接促进了大规模机组的投产和电网建设进程的急剧加快。同时随着现代社会对电网供电可靠性的要求的不断提高，就需要我们在继电保护方面发挥更加重要的作用，针对系统出现的故障能及时切除，确保电网的安全稳定经济运行。我国继电保护的发展大体经历了以下几个跨越：

1、60年代中期独立研制并生产了第一套高压电网复杂保护，即整流型距离保护； 2、60年代末到80年代中期我国广泛采用晶体管型保护；

3、到80年代末，集成电路保护已形成完整系列，逐步取代晶体管保护； 4、1984年微机线路保护通过鉴定并获得应用，此后，不同原理、不同种类的微机保护相继研制生产，取得了引人注目的成果，到90年代，我国继电保护技术已完全进入微机保护数字式时代。

从以上的发展过程来看，继电保护技术总是根据电力系统的需要，不断地从相关的学科中吸取最新成果而发展和完善自身的。总的来说，继电保护技术的发展可以概括为四个阶段、两次飞跃。四个阶段是电磁型（整流型）、晶体管型、集成电路型、微机型。第一次飞跃是由电磁型到晶体管型，主要体现在保护由电磁式向静态式转变，保护装置弱电化、无触点化、小型化和低功耗。第二次飞跃是由集成电路型到微机型，主要体现在保护由模拟式向数字式转变，保护装置智能化和信息化。

电力系统继电保护现已发展到了微机保护阶段，微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。以下各级电网所需的各种保护设备，目前我国的微机保护的研究和制造均已居于国际先进水平[1]。

在新的继电保护理论研究方面，人工神经网络在继电保护中的应用在九十年代被广泛研究。人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，电力系统保护领域内的一些研究工作也转向人工智能的研究。专家系统、人工神经网络（ANN）和模糊控制理论逐步应用于电力系统继电保护中，必将为继电保护的发展注入了活力。

由于继电保护在电力系统保护中起着举足经重的作用，所以在本文的保护设计中将着重考虑继电保护，并由此采取相应保护措施，从而实现对化工厂10KV架空线路的保护设计。

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2 继电保护的概述

2.1 继电保护的概念

电力系统从正常情况运行到故障或不正常运行时，它的电气量（电流、电压的大小和它们之间的相位角等）会发生非常显著的变化，继电保护就是利用电气的突变来鉴别系统有无发生故障或不正常运行状态，根据电气量的变化测量值与系统正常时的电气参数的对比来检测故障类型和故障范围，以便有选择的切除故障。

当故障发生时，应尽快切除故障，确保无故障部分继续运行，缩小事故范围，保证系统稳定运行。为了完成这个任务，只有借助自动装置—继电保护装置。继电保护装置：当电力系统中心元件（发电机、变压器、线路）或电力系统本身发生了故障或危及安全运行的事件时需要有向运行值班人员及时发出警告信号或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施用于保护电力元件的成套硬件设备，一般统称为继电保护装置。用于保护电力系统的则成为电力系统安全自动装置。继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不能无保护运行。电力系统安全自动装置用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生和终止以开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大事故，如失去电力系统稳定、频率崩溃或电压崩溃等。 2.2继电保护的基本任务

1.当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)。

2.反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作[2]。 2.3 继电保护的基本要求

继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。

1.可靠性是指保护该动体时应可靠动作。不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。根据继电保护的任务和保护范围，如果某一保护装置应该动作而未动作则称为拒动；如果电力系统在正常运行状态或故障不在保护范围内，保护装置不应动作而动作了则称为误动。继电保护的拒动和误动将影响装置的可靠性，可靠性不高，将严重破坏电力系统的安全稳定运行。装置的原理、接线方式、构成条件

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等方面都直接决定了保护装置的可靠性，因此现在的保护装置在选用时尽量采用原理简单、运行经验丰富、装置可靠性高的保护。

2.选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。

3.灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。

4.速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时速断保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。电力系统由于其实时性的特点，当发生故障时要求继电保护装置尽快动作，切除故障，这样可以：

（1）系统电压恢复快，减少对广大用户的影响 （2）电气设备的损坏程度降低 （3）防止故障进一步扩大

（4）有利于闪络处绝缘强度的恢复，提高了自动重合闸的成功率

一般主保护的动作时间在1～2s以内，后备保护根据其特点，动作时间相应增加。 除了以上四个基本的要求外，在实际的选用中，还必须考虑到经济性，在能实现电力系统安全运行的前提下，尽量采用投资少、维护费用低的保护装置。 2.4 继电保护的组成和分类

1.继电保护的组成

成套保护装置要包括一些基本功能元件才能完成继电保护的任务，这些功能元件可以是一种继电器、一块电路板，也可以是其他电子部件，但都要完成一些基本功能。

(1)信号采集或信号转换功能

它要把电力系统的运行状态及时和真实地反映给保护装置。因为电力系统的一次侧的电压很高在完成信号转换时要把电压降到保护装置能接受的电压，额定电压定为100V，也要把一次侧的电流降下来，额定电流为5A或1A。这种降下来的电压和电流称为二次电压和二次电流。完成这种功能的元件是电压互感器和电流互感器（PT、CT）。

(2)启动测量元件

它的功能是对电力系统运行状态的测定直接接在PT、CT的次级，只有在故障和不正常状态时才启动，一般是电流值突然增大或电压值突然下降。这种电流增大电压降低

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在事先定好一个水平或叫阀值，超过这个阀值才启动。这里讲的事先定好术语叫整定。按照电流电压值变化而启动的元件用的很普遍，较复杂的保护有用功率、相角、阻抗、相序变化（包括正序、负序、零序电流和电压变化）而启动的，也有用高频信号远方启动的。

(3)判断逻辑元件

它的功能是把启动测量元件送来的信号经过逻辑判断以检出是否故障或异常运行状态，得出是否行使保护职责的结论。完成逻辑判断功能的元件在机电式和整流式保护中可以由一些中间继电器、电码继电器和时间继电器按照一定的接线方案组成。在晶体管和集成电路保护中则是由一些电子线路组成的功能插板完成。在微处理机保护中则是用软件系统的智能程序来完成。

(4)出口元件

它接受逻辑判断元件信号，发出出口指令，指令可以是声光显示信号叫值班人员前来处理，也可以是跳闸信号使断路器切除故障，使断路器跳闸的电流必须足够大。

(5)断路器

这是接在电力线上的一次设备，它动作了就把电力线切断，从而完成了对故障的切除。断路器的跳闸线圈是由继电保护装置控制着，断路器还有一个合闸线圈，除可以手动合闸外，还可以由重合闸装置进行重合闸。

前面讲的PT、CT由互感器厂或变压器厂生产，断路器由高压开关厂生产，中间部分才是继电保护装置[3]。

2.保护装置的分类

继电保护装置一般有测量部分、比较部分和执行部分组成。测量部分通常有电流互感器、电压互感器及反映被保护设备工作状态的各种传感器构成。比较部分（又称逻辑部分）可由继电器、晶体管电路、集成电路等构成，其任务是将测量部分测得的运行是否正常，以便决定保护装置是否动作。执行部分是根据比较部分判断的结果实现跳闸或发出预告信号的任务。它通常通过出口继电器的触点来实现[4]。

继电保护装置的种类很多，可以从不同角度来分类。 (1)从继电保护在这种的发展过程分

第一代为机电式（包括电磁型和感应型）继电器的继电保护装置。其优点是生产、使用历史久远，技术成熟，具有一定的灵敏度和可靠性，抗干扰能力强，设计和运行人员对它们比较熟悉；缺点是体积大，功耗大，继电器多，触点易抖动，机械机构易失灵，怕振动，调试复杂，灵敏度不高等。但目前这种继电保护装置依然被广泛地应用，尤其在小电力系统、农网、小水电和工矿企业中。

第二代为20世纪70年代出现的晶体管保护装置。其优点是重量轻，体积小，功耗低，灵敏度高，可靠性尚好等；其缺点是采用分立元件，元件数量多，焊点多，抗干扰能力差等。虽然在一些小型变电所、工矿企业甚至500KV系统中使用过，但是目前已

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经很少使用。

第三代为20世纪80年代中期出现的以集成电路为主的继电保护装置。其优点是功能完善，灵敏度高，整定精度高，动作离散值小，动作速度快，焊点少，功耗很低，寿命长，可靠性高等。集成电路保护装置有带微机和不带微机的两种。目前已经广泛应用于无人值班变电所。实践证明，它是继电保护装置的一个发展方向。然而它涉及到较深的显得电子技术和计算机技术，要掌握它要有相当的专业知识。

鉴于我国的一些小电力系统、小发电站和一般中小型企业供电系统的继电保护装置依然广泛的采用机电式继电保护装置，本文依然以机电式继电保护装置为主。而继电保护的设置原则、规定、动作整定值和灵敏度要求等，原则上都适用于各种系列的继电保护装置。

表2-1 继电保护装置的类别和用途汇列成表

序号 类别 电流保护装置 电流速断保护装置 定时限电流保护装置 反时限电流保护装置 电压保护装置 低电压保护装置 高电压保护装置 电流方向保护装置 电流平衡保护装置 差动保护装置 纵差动保护装置 横差动保护装置 距离保护装置 高频保护装置 母线保护装置 匝间短路保护装置 定子接地保护装置 转子接地保护装置 失励磁保护装置 失步保护装置 瓦斯保护装置 主要用途 发电机、变压器、线路、电动机保护 发电机、变压器、线路、电动机保护 发电机、变压器、线路、电动机保护 发电机、变压器、线路、母线、电动机保护 发电机、变压器保护 线路、变压器保护 平行线路保护 短线路、发电机、变压器、电动机保护 发电机、双回路线路保护 线路保护（可作为主保护或后备保护） 线路保护（作主保护） 母线保护 发电机保护 发电机保护 发电机保护 发电机、电动机保护 发电机、电动机保护 变压器保护 1 2 3 4 5 (1) (2) 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)从反应短路故障的保护分

可分为主保护和后备保护以及辅助保护三种。

① 主保护：满足系统稳定及设备安全要求，有选择性地切除被保护设备和全线路故障的保护。

② 后备保护：主保护或断路器拒绝动作时，用以切除故障的保护。后备保护可以分为远后备和近后备两种方式。

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远后备：当主保护拒绝动作时，由相邻的电力设备或者线路的保护实现后备。 近后备：当主保护或断路器拒绝动作时，由本电力设备和线路的另一套保护实现后备；当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。

③ 辅助保护：为弥补主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。 (3)从继电保护装置的构成原理分

可以分为电流保护、电压保护、差动保护、功率方向保护、距离保护和高频保护。 (4)从保护对象分

可分为线路保护、变压器保护、电动机保护、发电机保护、母线保护和电容器保护。 从发电机开始的整个电力系统可以分成几个区段，它们的技术特性和运行规程是不一样的，为了适应它的特性，我们把继电保护也分成相应的几个部分。 2.5 继电保护的一般规定

对于3～35KV线路和电气设备的继电保护，一般规定如下：

1.继电保护装置和自动装置应尽快地切除故障和恢复供电，限制故障设备的损坏程度，减小停电损失。

2.动作于跳闸的继电保护，应有选择性。带阶段特性和反时限特性的保护，前后两级之间的灵敏度系数和动作时限均应相互配合。根据电力系统运行要求，须缩短切除故障时限时，保护装置可无选择地动作，但应尽量用电源自动重合闸或备用电源自动投入装置来补救。

3.保护装置和自动装置应力求简单可靠，使用的元件和触点尽量少，接线要方便。 4.各电力设备和线路的保护装置除作本身的主保护外，如果可能，还应尽量作为相邻设备和线路的后备保护。当按动作原理不能保护相邻设备和线路时，例如差动保护等，则应装设单独后备保护。

5.保护装置的灵敏系数，应根据不利的运行方式和故障类型进行计算，并要满足要求。

6.保护装置用的电流互感器，误差不应该大于10%。当技术上难以满足要求，且不致使保护装置不正确动作时，可允许有较大的误差。

7.在电力设备正常运行的情况下，当电压互感器的二次回路断线或发生其他故障时，应有防止继电保护误动作的措施。

8.在保护装置回路内应装设指示信号，包括信号继电器、带动作指示的继电器、带指针的时间继电器及带自保持的灯光信号等。指示信号应能显示保护指针各组成部分的动作情况。

9.保护装置可根据实际情况选择交流或直流操作电源，其操作电源应该符合规定要求。

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3 短路电流计算及电流互感器的选用

根据原始资料，化工厂10KV架空线路的线路图及各个参数如图3-1所示。已知考虑电动机起动时的线路过负荷电流Igh?300A。

800kVA0.4kVUd%?3.52óSkmax?300MVA0.4?/km10kmSkmin?120MVA220kVd110kV0.4?/km5.16km630kVA20MVAUd%?10.5d2315kVA

图3-1 线路图及相关参数

3.1 短路电流的计算

1.设基准容量为Si=100MVA 2.各种元件的电抗标幺值为 X*max?SjSkmaxSjSkmin?100?0.33 300100?0.833 120X*min?X*1?X?Si100?0.4?10??0.0074 U122302UdSj100X*2??0.105??0.525

100Se20X*3?XSi100?0.4?5.16??1.87 U1210.52UdSj100X*4??0.0352??4.4

100Se0.8X*?d1max?X*max?X*1?X*2?0.33?0.0074?0.525?0.8624 X*?d1min?X*min?X*1?X*2?0.833?0.0074?0.525?1.3654

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X*?d2max?X*max?X*1?X*2?X*3?0.33?0.0074?0.525?1.87?2.7324

X*?d2min?X*min?X*1?X*2?X*3?0.833?0.0074?0.525?1.87?3.2354 X*?d3max?X*max?X*1?X*2?X*3?X*4?0.33?0.0074?0.525?1.87?4.4?7.1324X*?d3min?X*min?X*1?X*2?X*3?X*4?0.833?0.0074?0.525?1.87?4.4?7.6354

3.各点短路电流的计算 (1) d1点短路电流计算 设基准电压U1=10.5KV

Ij?Sj3Uj?100?5.5?KA?

3?10.5I''(3)d1max?IjX*?d1maxIjX*?d1min?5.5?6.377?KA?

0.86245.5?4.028?KA?

1.3654''(3)Id1min??(2) d2点短路电流计算

''(3)Id2max?IjX*?d2maxIjX*?d2min?5.5?2.013?KA?

2.73245.5?1.700?KA?

3.2354I''(3)d2min??(3) d3点短路电流（折算至高压侧的短路电流）计算 设基准电压U1=0.4KV

Ij?Sj3Uj?100?144.3?KA? 3?0.4''(3)Id3max?IjX*?d3maxIjX*?d3min/nT?144.31020.2316/??0.809?KA?

7.13240.425144.31018.8988/??0.756?KA?

7.63540.425I''(3)d3min?/nT?3.2 电流互感器的选用及计算 3.2.1电流互感器的型号及技术数据

电流互感器把主电路中的大电流变成小电流(一般二次绕组的 额定电流为5A)后，在供给继电保护装置及测量仪表的串联绕组。这样，可使继电保护装置及测量仪表的构

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造简单、价格低廉，而且工作可靠，同时还可以将继电保护装置及测量仪表安装在离开被测电路很远的地方。

1.电流互感器的型号如图3-2所示：

图3-2 电流互感器的型号

2.电流互感器型号字母的含义 第一个字母：L-------电流互感器。

第二个字母：Q-------线圈式；Y-------低压；M-------母线式；F-------多匝

贯穿式；D-------单匝贯穿式；C-------瓷箱式；R-------装入式；Z-------支持式。

第三个字母：G-------改进设计；C-------瓷套绝缘；W-------户外装置。 第四个字母：D-------差动保护；B-------过流保护；Q加强式；J-------接地

保护或加大容量；S-------速饱和。数字部分表示电压等级。

例如：LFC-10/0.5-300 表示10KV贯穿多匝式的瓷绝缘的电压互感器，其额定电流为300A准确度等级为0.5级。

常用电流互感器的技术数据见附表1。

注：① 额定电流比15～1000系指15/5、20/5、30/5、40/5、50/5、75/5、100/5、150/5、200/5、300/5、400/5、600/5、750/5、1000/5。

② 额定一次侧电流（A）一般分为5、7.5、10、15、20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、750、800、1000、1500、2000、3000、4000、5000、7500、10000、15000、25000，额定二次侧电流绝大多数为5A。 3.2.2电流互感器的选用原则

1.电流互感器的一般规定

根据额定电压、一次和二次额定电流、装置种类、构造形式、准确级别以及二次负荷等条件选择电流互感器，并进行动稳定和热稳定校验。

电流互感器的额定电压：

Ue?Ug （3-1）

式中：Ue-------电流互感器的额定电压（V）

Ug-------电流互感器的工作电压（V）

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电流互感器的一次侧额定电流：

电流互感器的一次侧额定电流不应该低于工作电流值的50%， 即

I1e?0.5Ig （3-2）

式中：I1e-------电流互感器的一次侧额定电流（A）

Ig-------电流互感器的一次侧工作电流（A）

2.准确级别的一般要求

① 与仪表连接的分流器、变送器、互感器或中间互感器应该不低于下表3-1的要求。

② 用于电能计量的互感器准确级别：0.5级有功电能表应配0.2级互感器；1.0级有功电能表及2.0级无功电能表应配0.5级互感器；2.0级有功电能表及3.0级无功电能表配用1.0级互感器。

③一般继电器保护用的电流互感器选用3.0级；差动、距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级。保护用电流互感器一般按10%误差曲线进行校验计算。

表3-1 仪表附件和配件的准确级别 仪表准确级别 1.0 1.5 2.5 与仪表连接的分流器、变送器的准确级别 0.5 0.5 0.5 与仪表的相配的互感器或中间互感器的准确级别 0.5 0.5 1.0 3.电流互感器二次额定电流的一般规定

电流互感器二次额定电流，一般有1A、5A及0.5A几种，应该根据二次回来中所带负荷电流的大小来选择。

3.2.3 继电保护用电流互感器一次电流倍数的选择

1.电流互感器10%误差曲线的含义

当电力系统发生短路故障时，流过继电保护用的电流互感器的电流可能比其额定电流大许多倍。当一次电流增大许多倍。当一次电流增大到一定值时，互感器铁芯将饱和，励磁电流迅速增大，使电流互感器的误差增大，以致危及继电器的灵敏性或选择性。为保证继电保护装置可靠运行，要求电流互感器在通过短路电流时变化误差不大于10%，角误差不大于7度。电流互感器的10%误差曲线是指变比误差满足10%时，一次电流I1对于额定电流I1e的倍数m10?I1与二次负荷阻抗Z2的关系曲线。 I1e电流互感器的10%误差曲线由厂家提供。使用电流互感器10%误差曲线时，应先计

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算出一次短路电流倍数m，然后从10%误差曲线上找出与m相对应的二次负荷Z2，如果实际二次负荷阻抗Z2/小于Z2时，即可可保证该电流互感器误差小于10%，继电保护装置能可靠运行。

2.电流互感器一次电流倍数的选择 用与电流速断和过电流保护：

m?1.1IdzjKjxI2e （3-3）

式中：Idzj-------保护装置的动作电流（A）； I2e--------电流互感器额定二次电流（A）； Kjx--------接线系数；

1.1----------考虑电流互感器10%误差时，一次电流对于二次电流倍数的系数。

当Z2/﹥Z2时，应采取的措施:

（1）选用变比较大或负荷能力较强的电流互感器，或将两个二次侧线圈串联使用，以减小每个电流互感器的负荷（为整个二次负荷的一半）。

（2）增大二次侧连接导线的截面面积，以减小Z2。 （3）重新安排二次负荷元件的接法，以减小Z2。

（4）改变电流互感器的接线方式。如将不完全星形接线改为完全星形接线，将两相差电流接线改为不完全星形接线等。 3.2.4 线路保护用电流互感器的选择

1.10KV线路电流互感器的选用

由于负荷电流电流为300A，因此选用的互感器变比为400/5。 2.配电变压器过电流保护用电流互感器选择 变压器保护用电流互感器的选择要满足的条件为：

''(3)Id Kjx2max?150A（150A为GL型过电流继电器触点的电流最大值）

n由此可得：

''(3)Id2013?13.4 n?Kjx2max?1?150150可以选择n=15，即用75/5的互感器。但是，由于选择该互感器不能满足后面的灵敏度校验要求，因此最终选择的电流互感器为150/5。

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4 化工厂10KV架空线路的保护设计

4.1 瞬时电流速断保护

4.1.1 瞬时电流速断动作电流Idzj的计算

动作电流Idzj应躲过线路末端三相短路电流为：

''(3)Id?kkkjx2.max （3-1）

n1Idzj式中：

用于过电流保护时，DL型继电器为1.2，GL型继电器为1.3；kk--------可靠系数，

用于电流速段保护时，DL型继电器为1.2，GL型继电器为1.5；用于单相接地保护时，瞬时取4—5，有时限取1.5—2；对于电压继电器取1.1—1.25；

kjx--------接线系数，接于相电流时取1，接于相电流差时取3；

n1----------电流互感器变比n1=30；

''(3)Id2.max------最大运行方式下线路末端三相短路超瞬变电流。

根据计算要求得出：

kk取GL型为1.3

kjx=1

''(3)Id2.max=2.13A

所以 Idzj取33A。

''(3)Id2013?kkkjx2.max?1.3?1??32.8A

n180保护装置的一次动作电流为

Idz?Idzjn1?33?80/1?2640(A) kjx4.1.2 保护装置的灵敏系数计算

k(2)m?kmxd''(3)Id340281min???1.33?2＞2 Idz22640式中kmxd为相对灵敏系数，取法见表4-1。

可见，瞬时电流速断保护不能满足灵敏度要求，故应装设带时限电流速断保护。

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表4-1 各种故障的相对灵敏度系数kmxd 中性线上接入电流继电器的不完全星形接线 故障类型 完全星形接线方式 不完全星形接线方式 两相电流差接线方式 线路上保护装置安装处发生故障 三相短路 两相短路 U—V—W U—V V—W W—U 1 1 1 1 0.5 1 3 23 23 2在Yyno接线变压器后发生故障 三相短路 两相短路 U—V—W U—V V—W W—U U 单相短路 W V 1 1 1 1 0.5 1 3 23 23 22 32 32 31 31 30 在Ydll接线变压器后发生故障 三相短路 U—V—W U—V 两相短路 V—W W—U 1 1 1 1 1 0.5 1 1 0 3 24.2 带时限电流速断保护

保护装置的动作电流为： Idzj取15A。

保护装置的一次动作电流为： Idz?Idzj''(3)Id810?kkkjx3.max?1.3?1??13.2(A)

n180n1?15?80/1?1200(A) kjx保护装置的灵敏系数为：

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k(2)m?kmxd''(3)Id340281min???2.9?2 Idz21200满足要求。

保护装置的动作时限取0.5s。 4.3 过电流保护

动作电流应躲过线路最大负荷电流，并与下级变压器过电流保护装的动作电流相配合。

1.按躲过过负荷电流条件计算保护装置的动作电流Idzj

Idzj?kkkjx式中：

Ighkhn1 （4-2）

kh-------对于GL—11、GL—12、GL—21、GL—22型继电器。取0.85；对于

GL—13～GL—16及GL—23～GL—26型继电器，取0.8；对于晶体管型继电器，取0.9～0.95；对于微机型继电器，近似取1.0；对于电压继电器，取1.25；

Igh-------线路过负荷电流（最大电流）（A）；

kk--------接线系数取DL型；

kjx-------可靠系数；

n1--------电流互感器变比。

根据计算要求得出：kk=1.2，Igh=300A，kjx=1，n1=30； 所以

Idzj300?kkkjx?1.2?1??5.3(A)

khn10.85?80'Igh2.按与下级变压器过电流保护装置的动作电流相配合条件计算保护装置的动作电流。变压器过电流保护装置的动作电流Idzj为：

'Idzj?kghIeb46?4??6.1(A) （4-3） n2150/5式中：

kgh------过负荷系数取4；

Ieb------最大一台变压器的额定电流（A）；

n2------变压器过电流保护用电流互感器变比，根据前面计算，取为 150/5。

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Ieb?S3U?80010?3?46(A)

线路过电流保护装置的动作电流为：

'Idzj?kkIdzjn130?1.2?6.1??2.7(A) n1'80由于前者计算结果大于后者，故按前者计算结果整定取6A。

保护装置一次动作电流为：

Idz?Idzjn180?6??480(A) kjx13.保护装置的灵敏系数计算

在线路末端发生两相短路故障时，保护装置的灵敏度系数为：

(3)Id317002.min???3.6?1.5 Idz2480k(2)m?kmxd在变压器后发生三相短路故障时，保护装置的灵敏度系数为：

k因此满足要求。

(3)m?kmxd(3)Id37563.min???1.37?1.2 Idz2480动作时限应与配电变压器（800KVA）的GL型继电器的反时限部分相配合，取1.2s。 4.4 选择继电保护装置

1.继电器的选用

继电器是构成继电保护的基本元件。为了和其他用途的继电器相区别，通常将保护装置中的各种继电器统称为保护继电器。当控制保护继电器的物理量（如电流、电压等）达到一定数值时，能使它所控制的另一个物理量发生突变。例如过电流继电器，正常运行时，控制电流增大，继电器触点闭合，跳闸线圈的电压突变为操作电源的电压，从而使断路器跳闸。

（1）保护继电器的分类

按继电器的组成元件分，有机电型（包括电磁型和感应型）、晶体管型、集成电路型和微机型等。电磁型和感应型继电器是传统的继电器，目前在我国的小型电力系统和工厂供电系统中仍普遍应用。

按继电器所反应的物理量分，有反应电量和非电量两大类。属于电量的有电流继电器、电压继电器、差动继电器、功率方向继电器以及周波继电器等；属于非电量的有瓦斯继电器、转速继电器以及温度继电器等。

（2）继电器和继电保护装置的型号与代号

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继电器和继电保护装置的型号含义如下图4-1：

图4-1 继电保护装置的型号

表4-2 继电器动作原理及装置、屏台的代号 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 类别 磁电式 半导体式 电磁式 感应式 极化式 整流式 电动机式 数字式 屏 台 装置 附件 代号 C B D G J L M S P T Z F ●电流继电器

电磁型电流继电器当线圈中通过一定的电流时，产生磁通，吸引可动衔铁并使轴转动，轴带动动、静触点接触。

DL-10系列电流继电器有两个线圈，用切换片可改接为串联或并联形式，能变换电流到两倍，还可调整弹簧的拉力，即拨动调整把手，能平滑的调节动作电流，并可使动作电流调整范围增至两倍。因此，动作电流的调整范围整体可变更4倍。

电磁型电流继电器有DL-10、DL-20C和DL-30系列。后两种系列继电器的工作原理与DL-10系列继电器相同，只是对导磁体和触点系统做了某些改进，使体积缩小了。

根据计算要求我们选用DL-11型电流继电器。 ●中间继电器

中间继电器又称辅助继电器，用来弥补测量元件（如电流、电压继电器等）触点数目和触点容量的不足，并可用于延时等其他用途。

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中间继电器的种类很多，从用途上可分为控制用继电器和继电保护用的中间继电器两大类。用于继电保护用的中间继电器有DZ型、DZJ型（交流操作）、DZB型（带自保持线圈）、DZS型（延时动作）和DZK型（快速动作）等。

根据计算要求我们选用DZ-15型中间继电器 ●时间继电器

时间继电器用于继电保护和自动控制线路中，使被保护和控制元件的动作获得一定的延时。时间继电器的种类很多。

时间继电器的基本结构原理主要有机电型、电磁型和晶体管型。机电型时间继电器延时范围宽，带动的触头组较多，一般为5～6副，但不适合作10s以内的短延时。电磁型时间继电器延时准确，可靠性高，但因他是靠电磁机构动作瞬时储存的能量来推动延时机构的，所以只能用在20s以下的短延时场合，且带动的触头数量较少。晶体管型时间继电器具有动作快、延时准确、功耗小等优点，但一般容量较小，不能直接作用于触头。

根据计算要求我们选用交流DS-350/2型时间继电器。 ●信号继电器

信号继电器是专门用于判明某种保护继电器动作情况的信号装置。

电磁型信号继电器当电流通过线圈时，衔铁被吸动作，用于固定轴上所带动的信号牌因一端失去支持而落下。此时可通过继电器外面的观察孔看见信号牌。信号牌落下时，触点接通，可用来接通灯光或音响信号回路。复归时，用手转动复归手柄，使信号牌复归原位并断开触点。

信号继电器按其接入线路的方式，可分为串联信号继电器（电流型信号继电器，它与断路器的跳闸线圈或中间继电器的线圈串联使用）并和并联信号继电（电压型继电器，它与时间继电器或中间继电器线圈并联使用）。

根据计算要求我们选用DX-11/0.01型信号继电器。 2.过电流保护和带时限电流速断保护原理图及展开图

当电力线路、变压器及发电机等发生短路故障时，会产生很大的故障电流。故障电流的大小与故障点距电源的距离远近有关，距离越远，电流越大。为此，可利用电流继电器构成过电流保护及电流速断保护。当故障电流超过保护装置的整定值时，装置使动作，使断路器跳闸，切断故障线路或故障设备。

过电流保护一般按躲开线路或电气设备最大负荷电流来整定。为了使上、下级的时限一般取0.5s。带时限过电流保护装置有定时限和反时限两种。所谓定时限就是保护装置的动作时间是按照整定的动作时间固定不变的，与故障电流大小无关。

定时限过电流保护原理电路如图4-2所示

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图4-2 定时限过电流原理接线图

工作原理：当电力线路发生相间短路时，电流继电器KA1或KA2瞬时吸合，其常开触点闭合，时间继电器KT得电，经过一段延时后，其延时闭合的常开触点闭合，信号继电器KS（电流型）和中间继电器KC得电吸合。KS掉牌，并接通信号回路，发出警报信号；KC的常开触点闭合，接通出口断路器QF的跳闸线圈YR回路，QF跳闸，从而切除故障线路。断路器跳闸后，电流互感器TA1和TA2中便无电流，而QF的辅助触点断开，从而使整个保护装置除信号继电器KS外的各元件都返回初始状态。KS可通过手动复位。

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总 结

本次毕业设计的任务是化工厂10KV架空线路的保护设计，了解并熟悉继电保护的概念、类别、基本任务、基本要求、等相关内容，完成了继电保护短路电流的计算，选择了应装设的保护类型，进行了过电流保护及瞬时电流速断保护的整定计算及灵敏度校验，选择了相关的保护装置，最终画出保护的原理图和展开图。在拿到了这个课题后，我首先是利用图书馆及网络查找有关继电保护方面的资料，在对相关知识有了一定的了解之后我开始着手我的毕业设计，算出继电保护的短路电流和整定计算是本次毕业设计的关键。在设计中我遇到的困难就是如何选用电流互感器和相关继电器，在ⅹ老师的指导下在图书馆找到如何选用电流互感器及继电器的相关书籍。选择出设计所需要的保护装置，最终画出保护的原理图及展开图。通过本次设计使我们对继电保护的相关知识有了更一步地了解，增强了我调查研究、文献检索和阅读中外文资料的综合能力。在探讨中巩固、深化所学的专业知识，培养了我计算和动手能力，为我今后研究生的学习垫定了良好地基础。

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谢 辞

本人的毕业设计论文是在ⅹⅹⅹ老师的悉心指导和热情关怀下完成的。ⅹ老师敏锐的学术洞察力、严谨的治学态度、强烈的创新意识、踏实的科研作风、独到的学术见解、丰富的理论知识使我受益匪浅，而对科学的献身精神和为人师表的育人风范使我高山仰止，激励我自强不息。ⅹ老师工作繁忙，但仍经常抽出时间关心我的论文进展，并且在本工作的应用领域和研究路线上多次给予我指导和鼓励。在此论文结束之际，谨向ⅹ老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意。

感谢所有关心和帮助我的朋友和同学，他们给予了我诸多的鼓励、启发和帮助。通过和他们的相处，我感受到了集体的温暖和相互协作的愉快。

我还要特别感谢辛勤养育我多年的父母和关心我的家人。在我成长过程中的每一步，都离不开他们的关心与付出，他们给了我最多的理解和支持！

最后，感谢百忙之中评审论文的老师！

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参考文献

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附 表

附表1 常用电流互感器的技术数据如表所示 主要规格和技术数据 名称 型号 额定电压 (KV) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 准确级别 0.5 0.5～1 1 1 0.5～1 额定容量 (VA) 5 10～15 15 20 一次侧电流 二次侧电流 (A/A) (5～800)/5 (5～800)/5 (10～800)/5 (750～5000)/5 (5～800)/5 绕线式电流互感器 绕线式电流互感器 绕线式电流互感器 母线式电流互感器 速饱和电流互感器 穿芯汇流排式电流互感器 穿芯汇流排式电流互感器 贯穿式电流互感器 贯穿式电流互感器（加强式） 贯穿式电流互感器（差动保护） 贯穿式电流互感器（加强式、差动保护） 贯穿式电流互感器 贯穿式电流互感器（加强式） 贯穿式电流互感器（差动保护）

LQ-0.5 LQG-0.5 LQG2-0.5 LYM-0.5 LQS-1 LM-0.5 0.5 20 (4～5)/3.5 LM-0.5 0.5 3 0.5～1～3 0.5～1～3 D～0.5～1～3 D～0.5～1～3 0.5～1～3 0.5～1～3 D～0.5～1～3 22

20 (1000～5000)/5 (600～1500)/5 LDQ-10 0.5 20 LDCQ-10 10 20 (400～1000)/5 LDCD-10 10 20 (600～1500)/5 LDCQD-10 10 20 (600～1000)/5 LFC-10 10 15 (5～400)/5 LFCQ-10 10 15 (5～300)/5 LFCD-10 10 15 (75～400)/5 ⅹⅹⅹⅹ大学ⅹⅹ届本科生毕业设计(论文)

贯穿式电流互感器（加强式、差动保护） 穿芯汇流排式电流互感器 母线式电流互感器 线圈式电流互感器 LFCQD-10 10 D～0.5～1～3 D～1.2 1 0.5 1 0.5～1～3 1/C 0.5/3 0.5/C 0.5～1～3 3/3 0.5～1～3 0.5/C 1/C 0.5/3 0.5～3 30 (75～300)/5 LMT1-0.5 0.5 30/40 7500/5 LYM1-0.5 LOG1-0.5 LMZ-0.5 LMJ-10 LMJC-10 0.5 0.5 0.5 10 10 10 10 10 10 10 10 15 0.5 35 20 5 10/15 10/15 15/30 15/30 10/15 10/10 15/30 10/15 15/30 10/15 2000/5 200/5,300/5 (75～600)/5 (600～1500)/5 (600～1500)/5 (600～1500)/5 (600～1500)/5 (5～400)/5 1/5 (5～400)/5 (75～400)/5 (5～400)/5 (15～1000)/5 环氧树脂浇注电流互感器 LMJ-10A LMJC-10A LQJ-10 LQJ-10 LQJ-10A 环氧树脂浇注电流互感器 零序电流互感器 35KV电流互感器

LQJC-10A LQJ-15 LJ-75 LCW-35 23

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