电力系统继电保护课程设计三段式电流保护设计

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(p=115/^kV,Xct=15Q.XC2=XC2=10Q,

L,=L?=60km、L3=40km>LR_C=50km、LJD=30km、LD_E=20km,线路阻抗

0.4C/km,K%=1.2、K二产K™=1.15,lB_c,max=300A%Ic-D.max=200A\ID-C&MX=150A,

试对线路BC、CD、DE进行电流保护的设计。

1.2继电保护的设计任务

(1)选定供电系统各设备的保护方式和各种保护装置的配合方式

(2)进行各种保护装置的整定计算

(3)给出保护装置的原理图和施工接线图

(4)选择所用继电器、保护装置和辅助装置的型号、规格。

(5)对保护的评价。

2题目分析

2.1设计规程

2.1.1设计的步骤

(1)设计资料的分析与参数计算：选取基准值，计算各元件的阻抗标幺值。

(2)系统运行方式：确定系统运行方式，计算系统最大阻抗和最小阻抗。

(3)短路电流计算：选择短路点，求各短路点最大运行方式下的三相短路电流，

最小运行方式时的两相短路电流，求短路电流时要绘制等值电路图。

(4)电流保护整定计算：确定电流保护的动作电流，动作时限并进行灵敏度校验。

(5)继电保护回路展开图：绘制电流保护的直流回路和交流回路展开图。

2.2线路设计的保护配置

2.2.1主保护配置

根据分析应选用三段式电流保护，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

由己知可得，线路的总阻抗的计算公式为

X=ZL(3.1.1)

其中：Z一线路单位长度阻抗；

L一线路长度。

将数据代入公式(311)可得各段线路的线路阻抗分别为：

X=X=ZxL=0.4x60=24(。)

IA12\

X=ZxL=0.4x40=16(0)

X=ZxL=0.4x50=20(0)

BCH-C

X=ZxL=0.4x30=12(Q)

CDC-D

X=ZxL=0.4x20=8(0)

DED-E

(1)对于保护1，其等值电路图如图2所示，母线E最大运行方式下发生三相短路

流过保护1的最大短路电流为

1=________________________3.3.2)

k,:maxX(

sminDCCDDE

代入数据得：

k/：maxX+X+X+X

sminBCCDDE

115/4

-10.6+20+12+8

=1.312(^)

(2)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

I=-----------

kPmaxX+X+X(3.3.3)

sminBCCD

代入数据得：

/________

kPmaxX+X+X

sminBCCD

=1.558(M)

(3)对于保护3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

I=七

kCmax(3.3.4)

sminBC

代入数据得：

/=„2L„

kCmaxX+X

sminBC

=2A7(kA)

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

I—————p—・(3.3.4)

k.min2Z+Z

/.minL

式中七一系统等效电源的相电动势；

呼

Z一保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；

s,min

ZJ一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.

1=在X上X______\______=727.8（4）

那~酒39+20+T2+8*

1

=809.8(4)

/Miin2节39+20+12

一^入-1】-5入1―=974.51(力)

•in2#39+20

4保护的配合及整定计算

4.1主保护的整定计算

4.1.1动作电流的计算

最小保护范围计算式为

h=/X

set2Z+zL（4.1.1）

smax1nin

其中E-系统等效电源的相电动势；

§

Z一短路点至保护安装处之间的阻抗；

s.max

M一线路单位长度的正序阻抗。

1

（1）对于保护1,其等值电路图如图2所示，母线E最大运行方式下发生三相短路

流过保护1的最大短路电流为

11.312(kz4)

k/：max

相应的速断定值的计算公式为

Ii=Ki/(4.1.2)

scl.Ire/kEmax

代入数据可得

/i=K\xZ=1.2x1.312=1.57(k/)

set.lrelk..E.nuix

由最小保护范围计算式(4.1.1)得厂1

L=2.5x「产.Z1

minyLSnux

代入数据可得M

L=-85.9(Am)

Imin

即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。

(2)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

/=1.558(而)

kDmax

相应的速断定值为

h=Kix/=1.2x1.558=1.87(/G4)

set2rel/cDniax

最小保护范围根据式(4.1.3)可得

L=一70.6(km)

2min

即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。

(3)对于保护3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

/=2.17(/G4)

kCmax

相应的速断定值为

/I=Kix/=1.2x2.17=2.603(/04)

set.3relk.C.max

最小保护范围根据式(4.1.3)可得

L=-42.3(km)

3min

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力

式下可能没有保护区。根据以上计算可以得到电流速断保护整定结果如表2所示。

表2电流速断保护整定结果

动作电流(kA)最小保护范围(kn)是否适用电流速断保尹

BC段保护32.603-85.9否

CD段保护21.87-70.6否

DE段保护11.57-42.3否

4.1.2灵敏度校验

限时电流速断定值根据式(4.2.1)可以计算。

Zu=Knh

setrelset(4.1.4)

其中kn—可靠系数.取值为1.15.

rel

(1)整定保护2的限时电流速断定值为

=/<ii/1=1.15x1.57=1,806(^)

setrelset.I

线路末端(即D处)最小运行方式下发生两相短路时的电流为

1=昱______________=&又1'5心=H_5=0.8098(M)

k.Dmin2X+X+X239+20+12142

5.maxBCCD

所以保护2处的灵敏度系数为

/0.8098

Ku=_A-.D.niin==0.4484

组.2/n1.806

set

即不满足K21.2的要求。

sen

(2)同理保护3的限时电流速断定值为

In=K\i/i=1.15x1.87=2A5](kA)

set.3relset.2

线路末端(即C处)最小运行方式下发生两相短路时的电流为

/=更__________=正><U5/6="2=0.9746(/G4)

k.c.min~x一一~X一一239+2071-8

s.maxBC

所以保护3处的灵敏度系数为

I0.9746

Kn=上Cmin____—0.4531

电3/II2.⑸

set

也不满足KNL2的要求。

sen

可见，由于运行方式变化太大，2、3处的限时电流速断的灵敏度远不能满足要求。

4.2后备保护的整定计算

4.2.1动作电流的计算

过电流整定值计算公式为

rrKmKI

/ni=relrelssL.max

阻KK

rere(4.2.1)

其中K川一可靠系数，取值为1.15；

rel

K—可靠系数，取值为1.5;

SS

K一可靠系数，取值为0.85o

re

所以有

KniK/1.15x1.5x150

/ill=relssD-E.l,inai=___________________=2.03x150=304.5(A)

setlK(T85

re

同理得

/in=2.03x200=406(A)

set.2

/ni=2.03x300=609(A)

set3

4.2.2动作时间的计算

假设母线E过电流保护动作时限为0.5s,保护的动作时间为

tm=().5+().5=l(s)

i

tm=tin+0.5=1.5(5)

2I

tm=tm+0.5=2(s)

32

4.2.3灵敏度校验

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

丁小E

〃.min2Z+Z(4.2.2)

s.maxL

所以由灵敏度公式（4.2.4）

I

K—k.min

senJni(4.2.4)

set

可知，保护1作为近后备保护的灵敏度应为

K川="727.8=2.392I.5

set」/in304.5

set.l

满足近后备保护的要求；

保护2作为远后备保护的灵敏度为

I727.8

KIII=Emin==1.7921.2

s"2Im406

set.2

满足作为远后备保护的要求

保护3作为远后备保护的灵敏度为

/809.8

Km=D.min==1.3321.2

set.3/III609

set.3

满足作为远后备保护灵敏度的要求。

5二次展开原理图的绘制

5.1三段式电流保护原理接线图

继电保护接线图一般可以用原理接线图和展开图两种形式来表示。原理接线图中的每

个功能块，再有电磁型继电器实现时可能是一个独立的原件，但在数字式保护却集成电

路式保护中，往往将几个功能块用一个原件实现。如图4所示，每个继电器的线圈和触

点都画在一个图形中，所有元件都用设备文字符号表示，如图中KA表示电流继电器，

KT表示时间继电器，KS表示时间继电器。原理接线图对整个保护