《电力系统继电保护》课程设计-35KV双回线路继电保护原理图及安装图设计

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。电力系统继电保护课程设计-35KV双回线路继电保护原理图及安装图设计摘要摘要电力系统是电能生产，变换，输送，分配和使用的各种电器设备按照一定的技术与经济要求组合成的一个联合系统。随着自动化技术的发展，电力系统的正常运行，故障期间以及故障后的恢复过程中，许多控制操作日趋高度自动化。这些操作的技术与装备大致可分为两大类：其一是为了保证电力系统正常运行的经济性和电能质量的自动化技术与装备，主要进行电能生产过程中的连续自动调节，动作速度相对迟缓，调节稳定性高，把整个电力系统或其中的一部分作为调节对象，这就是通常

2、理解的“电力系统自动化”。其二是当电网或电气设备发生故障，或出现影响安全运行的异常情况时，自动切除故障设备和消除异常情况的技术和设备，其特点是动作速度快，其性质是非调节性的，这就是通常理解的“电力系统继电保护与安全自动装置”。本课程设计的任务是给35KV单电源双回线电网进行继电保护设计，首先选择电流互感器的变比，接着根据题目中给定参数进行双回线路继电保护的配置及继电保护整定计算，然后选择电网的保护装置与自动装置并设计一套电压二次回路断线闭锁装置，最后绘制出继电保护原理图，展开图和屏面布置图。关键词：双回线路 电流互感器 继电保护 电压闭锁保护35KV双回线路继电保护原理图及安装图设计1. 绪论

3、电力系统运行状态是指电力系统在不同运行条件下的系统与设备的工作状况。根据不同的运行条件，可以将电力系统的运行状态分为正常状态，不正常状态和故障状态。电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种类型的短路。在发生短路时可能产生以下的后果：1.通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；2.短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；3.电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；4.破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振动，甚至使整个系统瓦解。 电气元件的正常工作遭到

4、破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。例如，因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高，就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能发展成故障。此外，系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。 故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。系统事故的发生，除了由于自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般者是由于

5、设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可能大大减少事故发生的机率，把事故消灭在发生之前。电力系统继电保护的基本任务是自动，迅速，有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行，并且动作于电气设备的不正常运行状态，根据运行维护条件而动作与发出信号或跳闸。2.电流互感器根据所学知识，我们知道电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成，它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在

6、测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。在应用中，我们需要特别注意的是，电流互感器的二次绕组绝不能开路。2.1电流互感器作用电流互感器起到变流和电气隔离作用。便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，避免直接测量线路的危险。电流互感器是升压变压器，它是电力系统中测量仪表，继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。2.2电流互感器分类电流互感器根据不同的分类方法可以分为多种类型。按用途分可以

7、分为如下两种：测量用电流互感器。在正常工作电流范围内，向测量、计量等装置提供电网的电流信息。保护用电流互感器。在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息。按绝缘介质分可以分为如下四种：干式电流互感器。由普通绝缘材料经浸漆处理作为绝缘。浇注式电流互感器。用环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型的电流互感器。油浸式电流互感器。由绝缘纸和绝缘油作为绝缘，一般为户外型。目前我国在各种电压等级均为常用。气体绝缘电流互感器。主绝缘由气体构成。按电流变换原理分可以分为如下两种：电磁式电流互感器。根据电磁感应原理实现电流变换的电流互感器。光电式电流互感器。通过光电变换原理以实现电流变换的电流互感器，目

8、前还在研制中。按安装方式分可以分为如下三种：贯穿式电流互感器。用来穿过屏板或墙壁的电流互感器。支柱式电流互感器。安装在平面或支柱上，兼做一次电路导体支柱用的电流互感器。套管式电流互感器。没有一次导体和一次绝缘，直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器。母线式电流互感器。没有一次导体但有一次绝缘，直接套装在母线上使用的一种电流互感器。2.3电流互感器变比的选择2.3.1电流互感器的选择和配置（1）型号：电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择。（2） 一次电压： (2-1)电流互感器安装处一次回路工作电压电流互感器的额定电压（3）一次回路电流： (2-2)电流互感器安装处一次回路最大电流

9、电流互感器一次侧额定电流 （4）二次负荷： (2-3)电流互感器二次负荷电流互感器额定负荷2.3.2 变比的计算与选择电流互感器的选择须根据以下条件选择：一次回路电压： (2-4)所以对变比的选择如下： (2-5) 由于流过每个断路器的 都一样，所以它们的型号也一样，由于题目中给出线路上最大电流为500A，所以可以选择标准电流互感器的二次额定电流为5A，所以选择变比为。3.双回线路继电保护的配置及继电保护的整定计算3.1继电保护的基本要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性，选择性，速动性，和灵敏性。这四个基本要求，紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主

10、要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力元件的继电保护，充分发挥和利用继电保护的科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性发挥最大效能。3.1.1可靠性可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能的最根本要求。所谓安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。所谓信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒动作。安全性和信赖性主要取决于保护装置本身的制造质量、保护回路的连接和运行维护的水平。一般而言，保护装置的组成元件质量越高、回路接线越简单，保护的工作就越可靠。同时，正确地调试、整定，良好地运行维护以及

11、丰富的运行经验，对于提高保护的可靠性具有重要的作用。3.1.2选择性继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限地保护系统中午故障部分继续安全运行。它包含两种意思：其一是只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；其二是要力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用。3.1.3速动性继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备 的损坏程度，提高店里系统并列运行的稳定性。动作迅速而又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格比较昂贵，对于的中低压电力元件，不一定都采用高速动作的保护。对于保护速动

12、性的要求应根据电力系统的接线和被保护元件的具体情况，经技术经济比较后确定。3.1.4灵敏性继电保护的灵敏性是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在规定的保护范围内部故障时，在系统任意的运行条件下，无论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，当发生短路时都能敏锐感觉、正确反应。灵敏性通常用灵敏系数或灵敏度来衡量，增大灵敏度，增加了保护动作的信赖性，但有时与安全性相矛盾。3.2电流速断保护3.2.1电流速断保护的工作原理通常输电线路电流保护采用阶段式电流保护，采用三套电流保护共同构成三段式电流保护。可以根据具体的情况，只采用速断加过流

13、保护或限时速断加过流保护，也可以三段同时采用。对于反应短路电流增幅值增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。电流速断保护又称段电流保护，它是反应电流增大而能瞬时动作切除故障的电流保护。当系统电源电势一定，线路上任一点发生短路故障时，短路电流的大小与短路点至电源之间的电抗及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点的短路电流可用下式表示 (3-1) (3-2) 式中 系统等电源相电势；系统等效电源到保护安装处之间的电抗；线路千米长度的正序电抗；短路点至保护安装处距离。由上式可见，当系统运行方式一定时，和是常数，流过保护安装处的短路电流，是短路点至保护安装处距离的函数。短路点距离电源

14、越远，短路电流值越小。3.2.2电流速断保护的构成图3-1 电流速断保护的单相原理接线3.2.3电流速断保护的整定计算（1）动作电流整定。为了保证电流速断保护的选择性，其整定的动作电流必须大于短路点的最大短路电流。 (3-3) 动作电流为 (3-4)引入可靠系数是考虑非周期分量的影响，实际的短路电流可能大于计算值，保护装置的实际动作值可能小于整定值和一定的裕度等因素。(2)保护范围的校验。在已知保护的动作电流后，大于一次动作电流的短路电流对应的短路点区域，就是最小保护范围。通常规定，最大保护范围不应小于被保护线路的，最小保护范围不应小于被保护线路全长。 (3-5)其中是电流速断保护的最小保护范

15、围长度由以上的理论分析可以知道电流速断保护的理论计算如下：首先进行整定计算， (3-6) (3-7)经计算可知：段整定电流为电流速断保护的灵敏度校验，由式子 (3-8)可知，大于。3.3限时电流速断保护3.3.1限时电流速断保护工作原理限时电流速断保护的工作原理，可用下图说明。线路和上分别装有电流速断保护。设在线路和的保护装置都有限时电路速断保护，要使其能保护的全长，即线路末端短路时应该可靠地动作，则其动作电流必须小于线路末端的短路电流最小短路电流。 图3-2 限时电流速断保护的工作原理3.3.2限时电流速断的构成图3-3 限时电流速断保护的单相原理接线3.3.3限时电流速断整定计算（1）启动

16、电流的整定。保护2的限时电流速断范围不应该超出保护1电流速断的范围。因此在单端电源供电的情况下，它的启动电流就应该整定为 (3-9)引入可靠性配合系数，一般取为，则得 (3-10)（2）动作时限的选择。从以上分析中已经得出，限时速断的动作时限，应选择得比下级线路速断保护的动作时限高出一个时间阶梯，即 (3-11)3）保护装置灵敏性校验。为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力，这个能力通常用灵敏系数来衡量。对于保护2的限时电流速断而言，即采取系统最小运行方式下线路末端发生两相短路时短路电流作为故障参数的计算值。则灵敏系数为

17、(3-12)由于课程设计任务书所给定的条件中没有双回线路后面一条线路的阻抗值，下一条线路的电流速断保护的整定值无法确定，导致双回线路的限时电流速断保护的整定计算无法进行，整定时间也没有办法确定，也不用进行灵敏度校验，在这里，我们就不进行电流速断保护的整定计算与灵敏度校验了。3.4定时限过电流保护3.4.1定时限电流保护的工作原理作为下一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的近后备保护，也作为过负荷时的保护，一般采用过电流保护。过电流保护通常是指其启动电流按躲开最大负荷电流来整定的保护，当电流的幅值超过最大负荷电流时启动。过电流保护在正常运行时不会动作，而在电网发生

18、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。3.4.2定时限电流保护的接线图3-4 定时限过电流保护单相式原理接线图3.4.3定时限电流保护整定计算(1)自启动最大电流 (3-13)(2)启动电流 (3-14)(3)动作时间:该段保护的动作时间应比相邻元件的动作时限高出至少一个，只有这样才能保证动作的选择性. 首先进行过电流保护的整定计算， (3-15) (3-16)整定时间为(3-17)灵敏度校验：=1.97/0.78=2.52>1.5 满足要求 (3-18)3.5电流三段保护小结 由上述的分析可见，双回线路只能采用电流速断保护

19、和定时限过电流保护相配合，其中前者能偶迅速响应电路的短路故障，满足了快速性，但是其保护范围不够线路的全长，选择性不够，因此还必须配备定时限过电流保护，它能够保护本段线路的全长和相邻下一段线路的全长，但是其动作时间比较长，不能保证快速性。使用段段或段组成的阶段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且在一般情况下能够满足快速切除故障的要求，因此在及以下的中低压网络中得到了广泛应用。其缺点是它直接受电网的接线及电力系统运行方式的影响。4.电网保护装置与自动装置的选择 在电力系统故障中，大多数是输电线路的故障。运行经验表明，架空线路故障大都是瞬时性的，对于这类瞬时性故障，如果把断开的线路断路器再合上，就

20、能恢复正常的供电。由于输电线路的故障具有以上的性质，因此，在线路被断开以后再进行一次合闸就有可能大大提高供电的可靠性。为此在电力系统中广泛采用了当断路器跳闸以后能够自动地将断路器重新合闸的自动重合闸装置。 4.1自动重合闸的技术经济效果（1）它可以大大提高供电可靠性，减少线路停电的次数，特别是对单测电源的单侧线路尤为显著；（2）在高压输电线上采用自动重合闸，还可以提高电力系统并列运行的稳定性，从而提高传输容量；（3）对断路器本身由于结构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起到纠正的作用。4.2自动重合闸基本要求（1）在下列情况下，自动重合闸装置不应动作。首先，由值班人员手动操作或通过遥控装

21、置将断路器断开时；其次，手动投入断路器，由于线路上存在故障，随即由保护动作将其断开.因为在这种情况下，故障大多都是属于永久性的。它可能是由于检修质量不合格、隐患未能消除或者是保安地线没有拆除等原因造成的。因此，即使再重合一次也不可能成功。最后，在某些不允许重合的情况下例如，断路器处于不正常状态以及变压器内部故障，差动或瓦斯保护动作使断路器跳闸时，均应使闭锁装置不进行重合闸。（2）自动重合闸在动作以后，应能够自动复归。对于及以下的线路，当经常有值班人员时，也可采用手动复归方式。（3）当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后，重合闸都应该动作，使断路器重新合闸。在某些情况下，也允许只在保护动作于跳

22、闸后进行重合闸。（4）自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。如一次重合闸就只应该动作一次。当重合于永久性故障而再次跳间后，就不应该再动作。装置本身也不允许出现元件损坏或异常时，使断路器多次重合的现象，以免损坏断路器设备和扩大事故范围。（5）基于以上的要求，应优先采用断路器操作把手与断路器位置不对应启动方式，即当断路器操作把手在合闸位置而断路器处在跳闸位置时启动重合闸。这种方式可以保证无论什么原因使断路器跳间后，都能进行一次重合闸。当手动操作断路器跳闸，由于两者的位置是对应的，因此，不会启动重合闸。当利用保护来启动重合闸时，由于保护动作很快，可能使重合闸来不及启动。因此，必须采取措施来保证装

23、置可靠动作。（6）自动重合间时间应尽可能短，以缩短停电的时间.因为电源中断后，电动机的转速急剧下降，停电时间越长，电动机转速越低，重合闸后自起动就越困难，会拖延恢复正常工作的时间。但重合闸的时间也不能太短，因为：要使故障点的绝缘强度来得及恢复；要使断路器的操作机构来得及恢复到能够重新合闸的状态。重合闸的动作时间一般采用。（7）自动重合闸装置应有与继电保护配合加速切除系统故障的回路。加速方式可分为前加速和后加速。前加速方式就是在重合闸前保护以瞬时或缩短时间，快速切除故障。重合于永久性故障时保护将延时切除故障。后加速方式就是在重合闸前保护瞬时或后备时间切除故障，重合于永久性故障时，保护将瞬时或后备

24、缩短时间，快速切除故障。 4.3自动重合闸装置分类与运用一般的来说自动重合闸装置分为四种状态：单相重合闸、综合重合闸、三相重合闸、停用重合闸（1）单相重合闸作用及运用范围110kV及以上线路大多采用三相一次重合闸，根据运行经验110kV以上的大接地电流系统的高压架空线路上，短路故障中70%以上是单相接地短路，特别是220kV以上的架空线路，由于线间距离大，单相接地故障甚至高达90%左右。在这种情况下，如果只把发生故障的一相断开，然后再进行单相重合闸，而未发生故障的两相在重合闸周期内仍然继续，就能大大提高供电的可靠性和系统并列运行的稳定性。因此，在220kV以上的大接地电流系统中，广泛采用了单相

25、重合闸。（2）综合重合闸作用及运用范围当发生单相接地故障时采用单相重合闸方式，而当发生相间短路时采用三相重合闸方式。一般在允许使用三相重合闸的线路，但使用单相重合闸对系统或恢复供电有较好效果时，可采用综合重合闸方式。（3）三相重合闸作用及运用范围三相重合闸，是指不论在输、配电线上发生单相短路还是相间短路时，继电保护装置均将线路三相断路器同时跳开，然后启动自动重合闸再同时重新合三相断路器的方式一般的在线路两侧分别为电源与用电户，相互联系较强的线路采用三相重合闸。4.4自动重合闸时间的整定对于单侧电源线路的三相重合闸，其最小时间按照下述原则整定：（1） 在断路器跳闸后，负荷电动机向故障点反馈电流的

26、时间，故障点电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度需要的时间；（2） 在断路器动作跳闸熄弧后，其触头周围绝缘强度的恢复以及消弧室重新充满油，气需要的时间；同时其操动机构恢复原状准备好再次动作需要的时间；（3） 如果重合闸是利用继电保护跳闸出口启动，其动作时限还应考虑断路器的跳闸时间。根据我国一些电力系统的运行经验，重合闸最小时间为0.3到0.4秒。对于双侧电源线路的三相重合闸，其最小时间按照下述原则整定：（1）时间的配合 在输电线路上发生故障时，线路两侧保护可能以不同的时限断开两侧的断路器。如在靠近线路一侧发生短路，近故障点一侧属于第一段保护范围，而离故障点较远的另一侧则属于第二段动作保护范围。因此

27、，当本侧断路器跳闸后，在重合闸前，必须保证对侧的断路器确已跳开，故障点有足够去游离时间，才能将本侧断路器首先合闸，以使重合闸成功。所以双电源重合闸的动作时间，还应考虑双侧保护的动作时间的影响，它的动作时间比单侧电源的重合闸时间长，即 （4-1）式中 远故障侧保护动作时间最大值 远故障侧断路器跳闸时间 操作机构准备好合闸时间，对电磁操作机构取、断路器的跳闸时间与储备时间，通常 取（2）同期问题在某些情况下，当线路发生故障被继电保护断路器断开后，线路两侧电源间电动势角摆开，有可能使两侧电源之间失去同步。为此，重合闸时，对后合闸一侧断路器应考虑两侧电源是否同步，以及是否允许非同步合闸的问题。因此，在

28、两侧电源的线路上，应根据电网的接线方式和具体运行情况，采用不同重合闸方式。 对于断路器重合闸时间的整定，原则上应尽可能的短，以有利于尽快恢复供电，但是为了提高重合闸成功率，又必须考虑以下因素:故障消弧及去游离时间；双侧电源或单侧电源环网还应考虑对侧切除故障时间；断路器合闸时间；断路器跳闸时间。下面说明本任务书中断路器重合闸时间的整定：（1）同期重合闸时间配合: （4-2）近故障侧保护动作时间最小值； 近故障侧断路器跳闸时间。 （4-3） （2） 三相一次重合闸时间配合： (4-4)断路器的合闸时间取，固有分闸时间取，电流休止时间取，燃弧时间取。断路器跳闸时间为固有分闸时间和燃弧时间之和。线路故

29、障消弧及去游离时间为。 (4-5)5.电压互感器二次回路断线闭锁装置5.1概述 电压互感器二次回路在运行中容易发生单相接地和相间短路，造成保护装置交流失压，失压引起保护装置的误动，造成不应有的损失。由于这种不利因素的存在，许多保护装置在设计时都考虑了断线闭锁回路。然而，闭锁回路对不对称断线很有效果，而对电压互感器二次侧发生三相完全断线就失去了作用，不能有效防止误动的发生。发电厂电气主系统为正、副母带旁母接线，正母又分为段、段，结构复杂。正母段、副母电压互感器二次侧电压小开关均是分相操作开关，在其负载侧发生接地或短路时，只有故障相开关跳开，所以三相完全失压的可能性很小。在其负载侧发生接地或短路时

30、，电压小开关三相均同时跳开，造成三相完全失压。下面就此情况，分析失压对型晶体管距离保护装置、正常运行于其上的线型微机保护装置及方向低压装置的影响。5.2装置设计的两种闭锁回路及改进措施（1）电压短线闭锁装置的原理是利用电压回路发生非对称性故障或电压回路被断开一相或二相时的不平衡电压使闭锁装置启动，对距离保护实行闭锁。（2）在本保护盘内装设快速的分路小开关，小开关装于切换继电器之后。其原理是该小开关因故跳开时，切断了本装置的交流电压，虽然引起三相失压，但他同时也切断了本装置的保护直流正电源，从而起到了闭锁作用。由此我们可以可以看出，方法一只在电压回路不平衡断线时起闭锁作用，在三相完全失压时启动不

31、了。方法二只对盘内小开关后面电压回路短路引起的失压起闭锁作用，而对正母段电压互感器二次侧三相连动小开关跳闸引起的整个电压回路失压无闭锁作用。所以只要正母段电压互感器二次侧三相连动小开关不作改进，尽管在型相间距离保护装置中，采用种闭锁回路，但是在电压互感器小开关跳开引起三相失压，此时系统中发生短路或电流达到动作值时，装置就可能发生非选择性动作，造成严重后果。经分析我们发现，不完全断线时，各种保护装置容易实现闭锁，不发生误动；而电压互感器二次侧发生三相断线时，误动可能性较大。若将正母段电压互感器二次侧三相连动小开关更换为分相操作小开关，当电压回路发生故障时，只跳开故障相开关，就可以减少三相同时失压的机会。6.继电保护的原理图、展开图和屏面布置图KS2KS3KS1KT2KAc3KAc1TAaKT3KAb3KAa3KAc2KAa2KAa1KCOTAcQF1111图6-1 继电保护原理图TAKA