继电保护课程设计110KV电网继电保护设计电流保护Word格式文档下载.docx
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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，一般都是由于设备制造上的缺陷、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，加强设备的维护和检修，就可以大大减少事故发生的几率，把事故消灭在发生之前。
在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性之外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。
切除故障的时间常常要求小到十几分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。
这种保护装置以前，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。
在电子式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器已被电子元件或计算机所代替，但仍沿用此名称。
在电业部门常用继电保护一次泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。
继电保护装置一次则指各种具体的装置。
电力系统中各种设备之间都有电或磁的现象,当某一设备发生故障,在很短的时间内就会影响到其他统的其他部分.因此,一旦电力系统出现故障,必须尽快将其切除,恢复正常运行,减少对用电单的影响;
而当出现不正常运行情况时要及时处理,以免引起故障。
继电保护装置是一种能反应电力系统电气设备发生故障或不正常工作状态而作用于开关跳闸或发出信号的自动装置。
1.1.3继电保护装置具备的基本要求
继电保护装置必须具备以下五项基本要求：
（1）安全性；
在不该动作时，不发生误动作。
（2）可靠性；
在该动作时，不发生拒动作。
（3）快速性；
能以最短时限将故障或异常消除。
（4）选择性；
在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。
（5）灵敏性；
反映故障的能力，通常以灵敏系数表示。
选择继电保护方案时，除设置需满足以上五项基本性能外，还应注意其经济性，即不仅考虑保护装置的投资和运行维护费，还必须考虑因装置不完善而发生拒动或误动对国民经济和社会生活造成的损失。
1.2继电保护的发展
随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。
为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。
系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。
此外，机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。
因此，系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力，机、炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。
为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护，还应研究、推广故障预测技术。
1.3课程设计任务
1、原始资料
电站C装机容量分别为15MW，以单回35kV输电线路向变电所B供电,还以一回35kV联络线经110kV中心变电所与省电网连接。
电站发电机功率因数为0.75，暂态电抗X″d为0.25；
线路电抗标幺值为,AC线1.15，BC线为0.38；
变压器均为YN，D11，三相变压器标幺电抗为X*1=0.5，X*2=0，X*3=0.25,其它两相变压器X*B=0.7，短路电压Ud%=8.5%；
系统标幺电抗X*S=0.2。
电网的接线示意如下：
图1-1线路继电保护网络示意图
2．设计任务
●系统保护配置方案与计算
●25km电流保护的接线图；
●对本网络所采用的保护进行评价。
第二章短路电流计算
2.1短路电流的计算
将图2-1电网进行电抗转换，对该电网求短路电流。
图2-1线路继电保护网络示意图
2.2当K1点发生短路时，短路电流的计算
2.2.1最大运行方式下
1、最大运行方式下K1点短路的等值电路图
图图2-2最大运行方式下K1点短路的等值电路图
X1=0.2X2=0.5X3=0X4=0.25X5=1.15X6=0.38X7=0.7X8=0.7X9=0.7X10=X11=X12=X13=0.25
2、排除变电所B，合并整理其它电抗值得：
图2-3最大运行方式下K1点短路的等值电路图
X14=X10//X11=0.25÷
2=0.125
X15=X12//X13=0.25÷
3、整理合并得：
图2-4最大运行方式下K1点短路的等值电路图
X16=X8+X14=0.7+0.125=0.825
X17=X9+X15=0.7+0.125=0.825
4、整理合并得：
图2-5最大运行方式下K1点短路的等值电路图
X18=X16//X17=0.825÷
2=0.4125
5、排除变电站A，整理合并得：
图2-6最大运行方式下K1点短路的等值电路图
6、整理合并得：
图2-7最大运行方式下K1点短路的等值电路图
X19=X1+X2=0.2+0.5=0.7
X20=X5+X18=1.15+0.4125=1.5625
7、短路电流的计算
最大运行方式下K1短路时,系统到短路点的等值电抗为:
X19=0.7
短路电流标幺值为IKA*=1/0.7=1.429
有名值为IKA=1.429×
100/（37×
）=2.223KA
电站C到短路点的转移电抗为X20=1.5625
计算电抗为XJ=1.5625×
（4×
3/0.75）/100=0.14
查运算曲线图,得C短路电流标幺值为IC*=1.329
有名值为IC=1.329×
10/（37×
）=0.21KA
2.2.2最小运行方式下
1、最小运行方式下，K1点短路的等值电路图
图2-8最小运行方式下K1点短路的等值电路图
X1=0.2X2=0.5X3=0X4=0.25X5=1.15X6=0.38X7=0.7X8=0.7X9=0.25
图2-9最小运行方式下K1点短路的等值电路图
3、排除变电站A，整理合并得：
图2-10最小运行方式下K1点短路的等值电路图
图2-11最小运行方式下K1点短路的等值电路图
X10=X1+X2=0.2+0.5=0.7
X11=X5+X8+X9=1.15+0.7+0.25=2.1
5、短路电流的计算
最小运行方式下K1短路时，系统到短路点的等值电抗为:
X10=0.7
短路电流标幺值为IKA*=1/0.7=1.429
电站C到短路点的转移电抗分别为X11=2.1
计算电抗为XJSC=2.1×
5/100=0.41
查运算曲线图，得B、C短路电流标幺值为IC*=2.309
有名值为IC=2.309×
5/（37×
）=0.18KA
2.3当K2点发生短路时，短路电流的计算
2.3.1最大运行方式下
1、当K2点发生短路，
图2-12最大运行方式下K2点短路的等值电路图
X1=0.2X2=0.5X3=0X4=0.25X5=1.15X6=0.38X7=0.7X8=0.7X9=0.7X10=X11=X12=X13=0.25
图2-13最大运行方式下K2点短路的等值电路图
图2-14最大运行方式下K2点短路的等值电路图
图2-15最大运行方式下K2点短路的等值电路图
图2-16最大运行方式下K2点短路的等值电路图
图2-17最大运行方式下K2点短路的等值电路图
X19=X1+X2+X5=0.2+0.5+1.15=1.85
7、最大运行方式下K2短路时，系统到短路点的等值电抗为:
X19=1.85
短路电流标幺值为IKA*=1/1.85=0.541
有名值为IKA=0.541×
）=0.843KA
电站C到短路点的转移电抗为X18=0.4125
计算电抗为XJ=0.4125×
3/0.75）/100=0.037
查运算曲线图，得C短路电流标幺值为IC*=1.329
有名值为IC=1.329×
2.3.2最小运行方式下
1、K2点短路的等值电路图
图2-18最小运行方式下K2点短路的等值电路图
X1=0.2X2=0.5X3=0X4=0.25X5=1.15X6=0.38X7=0.7X8=0.7X9=0.25
图2-19最小运行方式下K2点短路的等值电路图
图2-20最小运行方式下K2点短路的等值电路图
图2-21最小运行方式下K2点短路的等值电路图
X10=X1+X2+X5=0.2+0.5+1.15=1.85
X11=X8+X9=0.7+0.25=0.95
5、最小运行方式下K1短路时，系统到短路点的等值电抗为:
X10=1.85
IKA=0.541×
电站C到短路点的转移电抗分别为X11=0.95
计算电抗为XJSC=0.95×
查运算曲线图，得B、C短路电流标幺值为IC*=2.309
有名值为IC=2.309×
第三章继电保护整定计算
3.1整理网络
1、将图1-1线路继电保护网络示意图简化为图
图3-1总电网简化图
2、将简化电路图分解成下述中的网络
图3-2单侧电源等效图
图3-3单侧电源等效图
3.2整定计算
1、保护1的整定计算
①瞬时电流速断保护Ⅰ段的定值为
IⅠOP.1=KⅠrelIK2.max=1.25×
0.94=1.175KA
最小保护长度计算
Xxt.min=ES/I（3）k1.min=（37/
）/（2.497+0.165）=8.022Ω
Xxt.max=ES/I（3）k1.max=（37/
）/（3.12+0.43）=6.052Ω
Lmin=1/Kk[0.866L-（KkXxt.min-0.866Xxt.max）/X1]
=[0.866×
25-（1.25×
8.022-0.866×
6.052）/0.4]/1.25
=18.139KM>
15%L满足要求
②限时电流速断保护Ⅱ段的定值为
与相邻单回路的限时电流电压速断保护配合
最小分支系数的值为Kfz.min=（0.624+0.157）/0.624=1.252
IⅡop.1=KphIⅡop.3/Kfz.min=1.1×
0.441/1.252=0.387KA
灵敏度校验：
Ksen=I
（2）K2.min/IⅡop.1=0.753/0.387=1.95>
1.3满足要求
动作时限t1Ⅱ=tⅠlx+△t=1s
③定时限过电流保护Ⅲ段的定值为
IⅢop.1=KⅢrelKssIL.max/Kre=1.15×
2×
0.11/0.85=0.298KA
作为近后备保护
Ksen=I
（2）K2.min/IⅢop.1=0.753/0.298=2.53>
作为远后备保护
Ksen=I
（2）K3.min/IⅢop.1
=（0.624+0.157）/0.298=2.621>
1.2满足要求
保护Ⅲ段动作时间tⅢ=tⅢxl+△t=2.5s+0.5s=3s
2、保护2的整定计算
IⅠOP.2=KⅠrelIK1.max=1.25×
（0.43+0.21）=0.8KA
Xxt.min=ES/I（3）k2.min=（37/
）/（0.201+0.23）=49.565Ω
Xxt.max=ES/I（3）k2.max=（37/
）/（0.72+0.37）=19.60Ω
Lmin=1/Krel[0.866L-（KrelXxt.min-0.866Xxt.max）/X1]
40-（1.25×
49.565-0.866×
19.6）/0.4]/1.25
=-62.253KM不满足要求
采用瞬时电流电压联锁速断保护的定值为
a.主要运行方式时的最大保护区是：
LImain=L/KK≈0.75L=0.75×
40=30KM
b.主要运行方式使得等效电阻：
Xxt.main=（Xxt.min+Xxt.max）/2=（49.565+19.60）/2=34.582Ω
c.电流元件动作电流值为
IIop.2=ES/（Xxt.main+X1LImain）
=（37/
）/（34.582+0.4×
30）=0.459KA
d.电压元件动作电压值为
UIop.2=
IIop.2X1LImain=
×
0.459×
0.4×
30=9.54KV
f.校验：
LImax=Xxt.maxUIop.2/X1（UP-UIop.2）
=19.60×
9.54/0.4（37-9.54）
=17.02KM<
50%L不满足要求
LImin=（0.886ES-Xxt.minIIop.2）/X1IIop.2
=（0.886×
37/
-49.565×
0.459）/（0.4×
0.459）
=-20.822KM不满足要求
因此，保护2不装设瞬时电流速断Ⅰ段保护
②限时电流速断保护Ⅱ段的定值为
IⅡop.2=I
（2）K1.min/Ksen
=（0.143+0.159）/1.3=0.232KA
动作时限t5Ⅱ=tⅠlx+△t=0.5s
IⅢop.2=KⅢrelKssIL.max/Kre=1.15×
Ksen=I
（2）K1.min/IⅢop.2=0.302/0.298=1.01<
1.3不满足要求
采用低电压闭锁定时限过电流保护的定值为
电流元件动作电流值为
IⅢop.2=KkIL.max/Kh=1.2×
0.11/0.85=0.155KA
电压元件动作电压值为
UIop.2=KkUg.min/Kh=0.9×
0.9×
35/0.85=33.353KV
灵敏度校验
Ksen=I
（2）K1.min/IⅢop.2=0.302/0.155=1.948>
保护Ⅲ段动作时间tⅢ=tⅢxl+△t=1.5s+0.5s=2s
第四章保护配置及说明
4.1保护装置设定
1、保护配置图：
25KM线路的保护装置如下表4-1
表4-125KM线路的保护装置
保护序号
Ⅰ段
Ⅱ段
Ⅲ段
动作值
灵敏度/保护区
动作时限
QF1
瞬时电流速断保护
限时电流速断保护
定时限过电流保护
1.18
KA
45.3
%L
0S
0.387
1.95
1S
0.298
2.53
2.626
3S
QF2
不装设Ⅰ段
低电压闭锁定时限过电流保护
0.232
1.3
O.5
S
0.155KA
33.35KV
1.948
2S
2.对各保护是否需装方向元件的判断
根据方向元件安装原则（对在同一母线上的定时限过电流保护，按动作时限考虑，时限短的安装方向元件，而长的不用装，若相等则均装）可判断：
根据Ⅲ段的动作时限可判断，Ⅲ段保护需装方向元件的保护装置有QF2，根据反方向短路时的短路电流是否超过保护的整定值可判断，保护Ⅰ段没有需装设方向元件的保护装置，保护Ⅱ段需装设方向元件的保护装置有QF2。
第五章保护原理接线图
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。
原理接线图对整个保护的工作原理能给出一个完整的概念，使初学者容易理解，但是交、直流回路合在一张图上，有时难以进行回路的分析和检查。
5.1三段式电流保护原理接线图
具有电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护的原理接线图如图5-1所示。
电流速断部分由电流元件KAⅠ和信号元件KSⅠ组成；
限时电流速断部分由电流元件KAⅡ、时间元件KTⅡ和信号元件KSⅡ组成；
过电流部分则由电流元件KAШ、时间元件KTШ和信号元件KSШ组成。
由于三段的启动电流和动作时间整定的均不相同，因此必须分别使用三个串联的电流元件和两个不同时限的时间元件，而信号元件则分别用以发出Ⅰ、Ⅱ、Ш段动作的信号。
图中电流速断保护和限时电流速断保护采用两相星形接线方式，而过电流保护采用Yd11的接线，以提高在Yd11接线变压器后发生两相短路时的灵敏性。
每段保护动作后，都由自己的信号继电器给出动作信号。
图5-1三段式电流保护原理接线图
5.2三段式电流保护原理展开图
三段式电流保护展开图中交流回路和直流回路分开表示，分别如图4-2、4-3所示。
其特点是每个继电器的输入量（线圈）和输出量（触点）根据实际动作的回路情况分别画在图中不同的位置上，但仍然用同一个符号来标注，以便查对。
在展开图中，继电器线圈和触点的连接尽量按照故障后动作的顺序，自左而右，自上而下依次排列。
图5-2交流回路展开图
图5-3直流回路展开图
展开图接线简单，层次清楚，在掌握了其构成的原理以后，更便于阅读和检查，因此在生产中得到广泛的应用。
第六章对电流保护的评价
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。
这四点之间紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主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。
电流速断保护的优点是简单可靠、动作迅速，因而获得了广泛的应用；
缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围直接受运行方式变化的影响。
对限时电流速断保护的要求，首先是在任何情况下能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏性；
其次是在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限；
在下级线路短路时，保证下级保护优先切除故障，满足选择性要求。
电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护。
它们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择启动电流。
速断是按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定；
限时速断是按照躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定；
而过电流保护则是按照躲开本元件最大负荷电流来整定。
由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此为保证迅速而有选择性地切除故障，常常将电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。
具体应用时，可以只采用速断保护加过电流保护，或限时速断保护加过电流保护，也可以三者同时采用。
由于三段的动作电流和动作时间整定值均不同，各自动作的条件和时间顺序也就有了先后。
使用I段、II段或III段电流保护，其主要的优点就是简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求，因此在电网中特别是在35KV及以下较低电压的网络中获得广泛的应用。
保护的缺点是它直接受电网的接线以及电力系统的运行方式变化的影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不能满足
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