继电保护课程设计电流保护及整定

1、学 号：电力系统继电保护原理课程设计题目线路电流保护的设计学院 自动化学院专 业 电气工程及其自动化班级姓名指导教师2016 年 1 月 14 日课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：自动化学院题 目 : 线路电流保护的设计初始条件：系统示意图如图所示。参数为： E 115/ 3kV， X1.G1 X2.G1= X1.G2 X2.G2=5 ，X1.G3 X 2.G 3 = X1.G4 X2.G4 =8 ， X1.T1 X1.T 4 =5 ，X 0.T1 X0.T 4 =15 , X1 .T5 X1.T 6 =15 , X0.T5 X 0.T 6 =20 ，LA B =60km，

2、 LB C =40km，线路阻抗 Z1 = Z2 =0.4 /km， Z0 =1.2 /km， Krel =1.2， Krel =1.15。试求：整定保护 1、2、3、4 的电流保护。要求完成的主要任务 : （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1. 选择并整定线路上各保护装置；2. 绘制保护装置的原理图；3. 编写设计说明书；指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要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，安排了本次课程 设计。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

3、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 , 电力系统要求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 限度的降低电力系统断电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。本次 110kv 电网继电保护设计的任务主要包括：运行方式的分析，电路保护的配置和整定，零 序电流保护的配置和整定，原理接线图及展开图。关键词 ：继电保护 电流保护 整定目录1 任务及要求 . 51.1 初始条件 . 51.2 要求完成的主要任务 52 系统运行方式的考虑 62.1 运行方式的类型 62.1.

4、1.最大运行方式 62.1.2 最小运行方式 62.1.3 正常运行方式 62.2 基本参数计算 62.3 各个保护运行方式的分析 72.3.1 保护 1 的运行方式分析 72.3.2 保护 2 的运行方式分析 72.3.3 保护 3 的运行方式分析 82.3.4 保护 4 的运行方式分析 83 电流保护的配置和整定 83.1 电流速断保护的配置和整定 83.2 限时电流速断保护的配置和整定 93.3 过电流保护的配置和整定 94 零序电流保护的配置和整定 104.1 零序 I 段的配置和整定 114.2 零序 II 段的配置和整定 124.3 零序 III 段的配置和整定 124.3.1 保

5、护 1 的零序 III 段整定计算 4.3.2 保护 2 的零序 III 段整定计算 5 原理接线图及展开图 5.1 保护 1 的原理接线图及展开图 145.2 保护 2 的原理接线图及展开图 5.3 保护 3 的原理接线图及展开图 5.4 保护 4 的原理接线图及展开图 6 小结 7 参考文献 1 任务及要求1.1 初始条件： 系统示意图如图所示。参数为： E 115/ 3kV， X1.G1 X2.G1= X1.G 2 X2.G2 =5 ，X1.G3 X2.G3=X1.G4 X2.G4=8 ， X1.T1 X1.T4 =5X0.T1 X0.T4 =15 , X1.T5 X1.T 6 =15

6、, X0.T5 X 0.T 6 =20 ，LA B =60km， LB C =40km，线路阻抗 Z1 = Z2 =0.4 /km， Z0 =1.2 /km， Krel =1.2 ， Krel =1.15 。试求：整定保护 1、2、3、4 的电流保护。1.2 要求完成的主要任务 :（1）选择并整定线路上各保护装置；（2）绘制保护装置的原理图；（3）编写设计说明书；2 系统运行方式的考虑2.1 运行方式的类型在选择保护方式及对其整定计算时，都必须考虑系统运行方式变化带来的影响，所选 用的保护方式，应在各种系统运行方式下，都能满足选择性和灵敏性的要求。对过量保护 通常都是根据系统最大运行方式来确定

7、保护整定值，以保证选择性。灵敏性的校验应根据 最小运行方式来进行，因为在最小运行方式下灵敏性满足要求，则其他运行方式下，也一 定满足要求。2.1.1 最大运行方式根据电力系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行以及选择的接地中 性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护而言，是指短路时流过保护 的短路电流最大的运行方式。2.1.2 最小运行方式根据系统最小负荷，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行 方式称为最小运行方式。对继电保护而言，是指短路时流过保护的短路电流最小的运行方 式。2.1.3 正常运行方式根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应数量的发电

8、机、变压器和线路的运行方式 称为正常运行方式。这种运行方式在一年之内的运行时间最长。对于某些特殊运行方式，运行时间很短，对保护的选择性或灵敏性有困难时，且保护 拒动或误动不会引起大面积停电的情况下，可不予考虑。2.2 基本参数计算图1 110kV 电网系统接线图系统接线图如图 1 所示，发电机以发电机变压器组方式接入系统， 最大开机方式为 4 台机全开，最小开机方式为两侧各开 1 台机，变压器 T5和 T6可能 2 台也可能 1台运行。 参数如下：电动势： E = 115/ 3kv；发电机：1.G1 = X 2.G1 = X 1.G2 = X 2.G2 = 5 + (15 5)/14=5.71

9、 ，变压器：线 路：1.G3 = X 2.G3 = X 1.G4 = X 2.G4 = 8 + (9 8)/14=8.07 ；X1.T1 X 1.T4 =5 + (105)/14=5.36 ，X0.T1 X 0.T4= 15 + (3015)/14=16.07. ，X1.T5= X 1.T6= 15 + (2015)/14=15.36 ，X0.T5= X 0.T6= 20 + (4020)/14=21.43 ；XLA-B = 60km ，LB-C = 40km ，线路阻抗 z1 = z 2 = 0.4 /km， z0 = 1.2 /km，X1.A-B=60km× 0.4 /km=24

10、 ， X1.B-C=40km× 0.4 /km=16 ；X0.A-B=60km× 1.2 /km=72 ，X0.B-C=40km×1.2 /km=48 ；I = I = 300A ；Kss = 1.2 ，Kre = 1.2 ；电流保护： KIrel = 1.2 ，KII rel = 1.15 ， 负荷功率因数角为 30 ，线路阻抗角均为 75 ，变压器均装有快速差动保护。2.3 各个保护运行方式的分析2.3.1 保护 1 的运行方式分析保护 1的最小运行方式就是指流过保护 1的电流最小即是在 G1和 G2只有一个工作，变压器 T5、T6两个中有一个工作时的运行方式

11、， 则zs.max =( x1.G1+x1.T1)=5.71+5.36 =11.07 ； 最大运行方式就是指流过保护 1 的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器 T5、 T6两个 11都同时运行的运行方式，则 zs.min = 21 (x1.G1+x1.T1)=12 (5.71+5.36 )=5.54 。2.3.2 保护 2 的运行方式分析对于保护 2，它的最小运行方式就是指流过保护 2的电流最小即是在 G3和 G4只有一个 工作时运行，则 zs.max =( x1.G3+x1.T 3)=8.07+5.36=13.43 ；最大运行方式就是指流过保 11护2的电流最大即两个发电机共同运行，则

12、zs.min = 1 (x1.G3+x1.T3)=1 (8.07+5.36 )=6.722.3.3 保护 3 的运行方式分析保护 3的最小运行方式就是指流过保护 3的电流最小即是在 G1和 G2只有一个工作时运行的运行方式，则 zs.max =( x1.G1+x1.T1)=5.71+5.36=11.07 ；最大运行方式就是指流过 保护 3的电流最大即两个发电机共同运行， 则zs.min = 1 (x1.G1+x1.T1)=1 (5.71+5.36 ) =5.54 。2.3.4 保护 4 的运行方式分析保护 4的最小运行方式就是指流过保护 4的电流最小即是在 G3和 G4只有一个工作，变 压器

13、T5、T6两个中有一个工作时的运行方式， 则zs.max =( x1.G3+x1.T3)=8.07+5.36=13.43 ； 最大运行方式就是指流过保护 4 的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器 T5、 T6两个 11都同时运行的运行方式，则 zs.min=1 ( x1.G3+x1.T3)=1 (8.07+5.36 )=6.72 。3 电流保护的配置和整定三段式电流保护分为电流速断保护、限时电流速断保护和过电流速断保护。三段式电 流保护在配合的过程中，如果电流速断保护能保护线路的全长，则不再需要配置限时电流 速断保护。对于每一段保护，他的整定值得满足灵敏系数和其他要求。因此，配置完以后 得

14、检验这个配置是否符合要求。3.1 电流速断保护的配置和整定对于反应与短路电流负值增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。为了保证 选择性，电流速断一般只能保护线路的一部分。电路速断保护要求一旦短路电流超过整定 值，就立即将离短路点最近的断路器跳开， 例如，在本设计中，当线路 A-B上发生短路时， 则保护 1、2 都要瞬时动作，使 1、2处断路器跳开。由系统图可知，假设保护 1、2、3 和 4 都需要配置电流数段保护。则：对于保护 1：动作电流：I = II set.1 = K rel I=1.2K.B.max115/ 35.54 21.432.95KA ，动作时间 t I 1=0s，灵敏性

15、校验：I set.1115/ 311.07 0.4 LA BminLA Bmin21.05km ，对于保护 2：动作电流：IIset.2=KrIel IK.A.max=1.2 6.72 11155.3/6 3 21.43 1.83KA ，动作时间：Bmin100%=35.08%>15，%满足要求。灵敏性校验：I set.2115/ 313.43 15.36 0.4=1.83Lmin=6.57 （km）t I2=0s，Lmin 100%=45%>15%满 足要求Lmax灵敏性校验：3set.3 =2115/ 311.07 21.43 0.4 LB CminLB Cmin4.79km

16、，不满足要求对于保护 4：动作电流 I Iset.4 =1.23.61KA ，动作时间 t I 4=0s，115/ 36.72 15.36灵敏性校验：115/ 313.43 0.4 LB AminLB Amin 6.25km ，对于保护 3：动作电流：I I set.3 =1.2115/ 31.88 KA ，动作时间 t I3=0s，5.54 21.43 15.36LC-Bmin 100%=15.63%>15，%满足要求。LC B由以上的计算结果可知，保护 1、2和 4需要安装电流速断保护装置，保护 3不需要3.2 限时电流速断保护的配置和整定限时电流速断保护即电流 II 段保护的范围是

17、与下一级的 I 段保护相配合的。即从本 级 I 段保护范围开始端一直延伸到下一级的 I 段的 2/3 处，既包括了本级的 I 段保护范围 又包含了下一级 I 段的大部分范围。由限时电流速断的计算结果可知，假设保护 4 处需安装限时电流速断保护，其他保护 处不需要安装限时电流速断保护。则：I SET.4=K rel × I set.2 =1.15 ×1.83=2.105KA， t II 2=0.5S，K II sen.4= 3 115/ 3 / 2.105 =0.949<1.3 ，不满足灵敏系数。故保护 4也不装设限时 2 13.43 15.36电流速断保护。由此，保护

18、 2 处不需要装设电流速断保护装置。3.3 过电流保护的配置和整定假设保护 1、2、3和4处都装设过电流保护。则：t III 1=0.5s ，t III 2=0s，t III 3=0s，t III 4=0.5s ； 保护 2 和 3 处都配置一个时间为 0s 的定时限过电流保护装置，保护 1和 4 处各装置一个 延时为 0.5s 的定时限过电流保护装置。下面分别对个保护进行电流整定。对于保护 1：动作电流：IIIKrel Kss 1.2 1.2I III set.1 = rel ss I A B.L.max 0.3 0.36KA ; K re A B.L.max 1.22近后备： KIII s

19、en.1= I K.IIBI.minI set.13 115/ 3 /0.36 4.92 1.5，满足要求。2 11.07 21.432远后备： KIII sen.1= I K.IICI .minI set.33 115/ 3 /0.36 3.34 1.2，满足要求。2 11.07 21.43 15.36同理，保护 2、3和4处的整定电流 IIII set.2 =I III set.3 =I III set.4 =0.36KA。且灵敏系数都满足 要求。4 零序电流保护的配置和整定 电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数的短路故 障是不对称的，其零、负序电流电压会很大

20、，利用故障的不对称性可以找到正常与故障的 区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差异更为明显。所以零序电流保护被广泛的应 用在 110KV及以上电压等级的电网中。所有元件全运行时三序电压等值网络图如下图所示：（a）：正序网络图（ b）：负序网络（c）负序网络4.1 零序 I 段的配置和整定零序电流 I 段按照躲开下级线路出口处单相或两相接地末端短路时可能出现的最大零 序电流 3I 0.max和躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流3I 0.unb以及非全相运行状态下发生系统震荡时所出现的最大零序电流来整定。经分析， B母线单相接地短路时，故障端口正序阻抗Z1X1.G3 X1.T32X

21、1.G1X1.T1X1.ABX1.BC2245.71 5.362168.07 5.36=12.84;12.84 ，Z X 0.T1Z 0 2X0.ABX0.T52所以故障端口的零序电流为：X0.BCI f0所以 B 相单相接地短路时流过保护I 0.1=1.821/81I 0.4=1.82X0.T316.072=2115/ 37221.432115/ 348 16.07 =8.09 ；2=1.650KA；16.07 2 8.091、4 的零序电流分别为：=0.199KA；1/81 1/12 1/571/57=0.282KA;1/81 1/12 1/57同理得出：B母线两相接地短路时流过保护 1、

22、4 的零序电流分别为：I 0.1= 0.147KA； I 0.4= 0.209KA；所以 I 0.max.1=0.199KA，I=0.282KA ；故零序 I 段整定为：I set.1 =3I 0.max.1 Krel =1.2 3 0.199=0.717KA ；I set.4Iset.43I=1.2 3 0.282=1.014KA，对 x2 ，当T 5 、T 6只有一台运行时 x2 最大，x2max =24（ ）；当T 5 、T 6两台全运行时x2同理可得： I Iset.2 =1.173KA；I Iset.3 =1.452KA；4.2 零序 II 段的配置和整定先求保护 1 的分支系数 k

23、1.b ：k1.bB C.M =1+A B.MABM =1+ x1 ，对 x1 ，当只有一台发电机变压器组运行时 x1最大，ABM x 2 x1max=x0.T1+x0.AB =16.07+72=88.07 （ ）；当两台发电机变压器组运行时 x1最小，有 x1min=x20.T1+x0.AB=16.07/2+72=80.04 （ ）;=1+ x1max =1+90 =8.5x 2min 12KII 保护 1的零序 II 段定值为： I sIIet.1 KKrel set.1 K1.b.minI set.31.154.9751.4520.336(kA)最小， x2min =12（ ）。因此，保

24、护 1 的最大分支系数 k1.b.max 2min 1.b.max最小分支系数 k1.b.min =1+ x1min =1+811.b.minx2max24同理可得： k4.b.max =7.45； k4.b.min =3.775.I0.min 0.189(kA)校验灵敏度：母线 B接地故障流过保护 1 的最小零序电流：灵敏系数： Kre 3II0sII.emt.1in 0.01.839583 1.584 >1.3. Iset.1KII0.368(kA)I 0.min 0.263(kA)保护 4的零序 II 段定值为： IsIIet.4 K4K.br.emlin IsIet.2 31.7

25、.1755 1.173校验灵敏度：母线 B接地故障流过保护 4 的最小零序电流：灵敏系数： Kre 3I 0.min 0.263 3 2.13>1.3;re I II 0.369I set.14.3 零序 III 段的配置和整定假设保护 1、2、3和4处都装设零序 III 段电流保护。则：t III 1=0.5s ，t III 2=0s，t III 3=0s， t III 4=0.5s ；保护 2 和 3 处都配置一个时间为 0s 的定时限过电流保护装置，保护 1 和 4 处 各装置一个延时为 0.5s 的定时限过电流保护装置。下面分别对个保护进行电流整定。4.3.1 保护 1 的零序

26、III 段整定计算：B 母线的三相短路电流：115dB 3 6.5 7 241.77 KA因为是 110kv 线路，可不考虑非全相运行情况，按躲开末端最大不平衡电流整定 3则I unb。max k np k st ker I 3 =1 0.5 0.1 1.77=0.0885 (kA)I unb。 max k np kst ker I k.maxIIII 0IIdIzl kk I unp。max =1.25 0.0885=0.111 (kA) 作为近后备保护 k1m 3IIIdI 0B 7.342 66.22 1.3 满足要求1m III 0.111I 0dzl作为远后备保护 k1m 3IIId

27、I 0C 9.853 88.77 1.2 满足要求1m I 0IIIdzl 0.1114.3.2 保护 2 的零序 III 段整定计算：A 母线的三相短路电流： I d3A =115 1.188 KAdA 3 6.623 8.11 40因为是 110kv 线路，可不考虑非全相运行情况，按躲开末端最大不平衡电流整定。 则I unb。max k npkst ker I k3.max =1 0.5 0.1 1.118=0.0559 （kA）IIII 0IIdIzl kk I unp。max =1.25 0.062=0.0699 （kA）3 1,1作为近后备保护 k1m 3IIIdI 0A 9.853

28、 86.54 1.3 满足要求1m I I0IIdzl 0.111同理：对保护 3和 4进行整定，且灵敏系数均满足要求。综上可知：在零序电流保护的配置和保护中，保护 1 和保护 4均有 I 段、 段，而保护 2和保护 3只配置 III 段保护，整个系统的安全稳定运行。5 原理接线图及展开图5.1 保护 1 的原理接线图及展开图保护 1 为电流速断 I 和过电流保护 III 配合保护的：其原理接线图如下图原理接线图交流电流回路 直流回路图25.2 保护 2 的原理接线图及展开图保护 2 处需要装置功率方向继电器，且 2处安装过电流保护即可。因此采用 相式过电流保护接线方式。其原理图如下所示。原理接线图交流电流回路 直流回路图3II 段和 III2 所示：90 接线三5.3 保护 3 的原理接线图及展开图如图 4 所示原理接线图交流电流回路 直流回路图45.4 保护 4 的原理接线图及展开图如图 5 所示原理接线图交流电流回路