电力系统继电保护课程设计三段式电流保护设计Word文档格式.docx
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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
由已知可得,线路的总阻抗的计算公式为
X=ZL
（3.1.1）
其中：
Z—线路单位长度阻抗；
L—线路长度。
将数据代入公式（3.1.1）可得各段线路的线路阻抗分别为：
XL1=XL2=Z´
L1=0.4´
60=24（W）
XL3=Z´
L3=0.4´
40=16（W）
XBC=Z´
LB-C=0.4´
50=20（W）XCD=Z´
LC-D=0.4´
30=12（W）XDE=Z´
LD-E=0.4´
20=8（W）
经分析可知，最大运行方式即阻抗最小时，则有三台发电机运行，线路L1、L3运行，由题意知G1、G3连接在同一母线上，则
Xsmin=（XG1||XG2+XL1||XL2）||（XG3+XL3）=（6+12）||（10+16）=10.6（W）
式中Xsmin—最大运行方式下的阻抗值；
“||”表示取并联的意思，以后不再解释。
同理，最小运行方式即阻抗值最大，分析可知在只有G1和L1运行，相应地有
Xs.max=XG1+XL1=15+24=39（W）
由此可得最大运行方式等效电路如图2所示，最小运行方式等效电路图如图3所示。
10.6Ω
20Ω
12Ω
8Ω
B C D E
图2最大运行方式等效电路图
39Ω
图3最小运行方式等效电路图
3.2保护短路点的选取
选取B、C、D、E点为短路点进行计算。
3.3短路电流的计算
3.3.1最大方式短路电流计算
在最大运行方式下流过保护元件的最大短路电流的公式为
k
I= j=KZS
EjZs+Zk
（3.3.1）
式中Ej—系统等效电源的相电动势；
Zk—短路点至保护安装处之间的阻抗；
Zs—保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；
Kj—短路类型系数、三相短路取1，两相短路取2。
（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
IkEmax=
Xsmin
+XBC
E
+XCD
（3.3.2）
+XDE
代入数据得：
= 115 3
10.6+20+12+8
=1.312（kA）
（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
IkDmax=
+XBC
（3.3.3）
=1.558（kA）
（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
IkCmax=
（3.3.4）
Xsmin+XBC
代入数据得:
=2.17（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
Ik.min=
Ej
2Zs.min
+ZL
Zs,min—保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；
ZL—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。
IEmin=
3´
115´
1
39+20+12+8
=727.（8A）
IDmin=
39+20+12
=809.（8A）
ICmin=
39+20
=974.5（1A）
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
I
set= ´
2 Z
（4.1.1）
+zL
其中Ej—系统等效电源的相电动势；
Zs.max—短路点至保护安装处之间的阻抗；
z1—线路单位长度的正序阻抗。
smax
1min
（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
相应的速断定值的计算公式为
IkEmax=1.31（2kA）
代入数据可得
I
set.1
=K
rel
IkEmax
（4.1.2）
Ⅰ
Ⅰrel
´
Ik.,E.max
=1.2´
1.312=1.57（kA）
由最小保护范围计算式（4.1.1）得
Lmin
=2.5´
é
-Z
3E
ê
I
2I
ù
smaxú
ë
set û
L1min=-85.9（km）
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
相应的速断定值为
IkDmax=1.558（kA）
set2
IkDmax
1.558=1.87（kA）
最小保护范围根据式（4.1.3）可得
L2min=-70.6（km）
即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。
set.3
Ⅰrel
IkCmax=2.17（kA）
´
Ik.C.max=1.2´
2.17=2.603（kA）
L3min=-42.3（km）
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方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（km）
是否适用电流速断保护
BC段保护3
2.603
-85.9
否
CD段保护2
1.87
-70.6
DE段保护1
1.57
-42.3
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。
Ⅱset
Ⅱrel
Ⅰset
（4.1.4）
其中K
Ⅱrel
—可靠系数，取值为1.15。
（1）整定保护2的限时电流速断定值为
IⅡ=KⅡIⅠ
=1.15×
1.57=1.806（kA）
set
rel
set.1
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
Ik.D.min=2
Xs.max
=
3×
115 3
2 39+20+12
=115=0.8098（kA）142
所以保护2处的灵敏度系数为
KⅡ =Ik.D.min=0.8098=0.4484
即不满足Ksen≥1.2的要求。
set.2
1.806
（2）同理保护3的限时电流速断定值为
IⅡ =KⅡIⅠ
1.87=2.151（kA）
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
I = =
115
3=115=0.9746（kA）
k.C.min
2Xs.max
+XBC
2 39+20
118
所以保护3处的灵敏度系数为
KⅡ =Ik.C.min=0.9746=0.4531
也不满足Ksen≥1.2的要求。
set.3
2.151
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。
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