35KV电网继电保护设计电流保护.docx
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35KV电网继电保护设计电流保护
科技大学
课程设计说明书
课程名称继电保护
题目35KV电网继电保护设计—电流保护
学院
班级
学生姓名
指导教师
日期
电流保护
摘要
当电力系统中的电力元件,如发电机、线路等或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。
继电保护的基本原理和构成方式。
继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量,电流、电压、功率、频率等的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。
大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分和定值调整部分、逻辑部分、执行部分。
我做的课程题目是35KV电网继电保护设计——电流保护，主要是对10KM处的电流保护。
关键词：
继电保护短路电力系统
目录
第一章绪论1
§1.1课程设计题目1
§1.2设计目的2
§1.3课程设计要求与内容2
第二章课程设计步骤4
§2.1继电保护的基本要求4
§2.235KV电网继电保护的设计原则4
§2.2.135kV线路保护配置原则4
§2.2.335kV断路器保护配置原则5
§2.3短路电流5
§2.435kv电网继电保护计算过程6
§2.4.1主要参数如下表：
6
§2.4.2短路电流计算7
§2.4.3继电保护整定计算11
§2.5原理接线图如下：
14
§2.6对保护的评价15
第三章总结17
参考文献18
第一章绪论
继电保护装置能反应电气设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地、有选择地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证不故障设备继续正常运行，将事故限制在最小范围，提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全、连续供电。
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型式的。
在发生短路时可能产生一下的后果：
（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的质量；
（4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使整个系统的瓦解。
继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作与断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。
它的基本任务是：
（1）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破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；
（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。
此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。
§1.1课程设计题目
35KV电网继电保护设计——电流保护
§1.2设计目的
专业课程设计，一方面使学生获得综合运用学过的知识进行电力变电所、牵引变电所各主要元件的保护设计及整定和保护设备的选型的基本能力，另一方面能巩固与扩大学生的电气综合设计知识，为毕业设计做准备，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。
学生通过专业课程设计，应在下述各方面得到锻炼：
1）.掌握继电保护保护方案的确定原则，整定计算的一般步骤，了解系统运行方式的确定，保护整定系数的分析与应用，前后级整定配合的基本原则；
2）.掌握保护、控制、测量、信号回路阅读和设计基本方法；
3）.学习相关保护设备的选择和一般的维护。
§1.3课程设计要求与内容
1）．短路计算。
必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原则或依据。
2）．保护方式的选择及整定计算。
要求说明选用保护方式的原则，各保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。
3）．绘制保护原理接线图。
要求绘制单线原理接线图及某一元件保护原理展开图。
4）．对保护的评价。
要求从选择性、灵敏性和速动性、可靠性四个方面来评价所采用保护的质量。
具体设计题目如下：
某地有A和C两座电站，装机容量分别为12MW和8MW，各以单回35kV输电线路向B变电所供电。
两电站发电机功率因数为0.8，暂态电抗X″d为0.2;
线路电抗标幺值分别为：
AB线0.292，BC线0.876;
变压器均为Y，D11，X*B=0.75,短路电压Ud%=7.5%。
35kV电网的接线示意如下：
图135kV电网的接线
第二章课程设计步骤
§2.1继电保护的基本要求
对继电保护装置有哪些基本要求要求是：
选择性、快速性、灵敏性、可靠性。
⑴选择性：
系统中发生故障时，保护装置应有选择地切除故障部分，非故障部分继续运行；⑵快速性“短路时，快速切除故障这样可以①缩小故障范围，减少短路电流引起的破坏；②减少对用记的影响；③提高系统的稳定性；⑶灵敏性：
指继电保护装置对保护设备可能发生的故障和正常运行的情况，能够灵敏的感受和灵敏地作，保护装置的灵敏性以灵敏系数衡量。
⑷可靠性：
对各种故障和不正常的运方式，应保证可靠动作，不误动也不拒动，即有足够的可靠。
§2.235KV电网继电保护的设计原则
§2.2.135kV线路保护配置原则
1）每回35kV线路应按近后备原则配置双套完整的、独立的能反映各种类型故障、具有选相功能全线速动保护
2）每回35kV线路应配置双套远方跳闸保护。
断路器失灵保护、过电压保护和不设独立电抗器断路器的500kV高压并联电抗器保护动作均应起动远跳。
3）根据系统工频过电压的要求，对可能产生过电压的500kV线路应配置双套过电压保护。
4）装有串联补偿电容的线路，应采用双套光纤分相电流差动保护作主保护。
5）对电缆、架空混合出线，每回线路宜配置两套光纤分相电流差动保护作为主保护，同时应配有包含过负荷报警功能的完整的后备保护。
6）双重化配置的线路主保护、后备保护、过电压保护、远方跳闸保护的交流电压回路、电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路、起动远跳和远方信号传输通道均应彼此完全独立没有电气联系。
7）双重化配置的线路保护每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。
8）线路主保护、后备保护应起动断路器失灵保护。
§2.2.235kV母线保护配置原则
1）每条500kV母线按远景配置双套母线保护，对500kV一个半断路器接线方式，母线保护不设电压闭锁元件。
2）双重化配置的母线保护的交流电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路均应彼此完全独立没有电气联系。
3）每套母线保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。
4）母线侧的断路器失灵保护需跳母线侧断路器时，通过起动母差实现。
§2.2.335kV断路器保护配置原则
1）一个半断路器接线的500kV断路器保护按断路器单元配置，每台断路器配置一面断路器保护屏（柜）。
2）当出线设有隔离开关时，应配置双套短引线保护。
3）重合闸沟三跳回路在断路器保护中实现。
4）断路器三相不一致保护应由断路器本体机构完成。
5）断路器的跳、合闸压力闭锁和压力异常闭锁操作均由断路器本体机构实现，分相操作箱仅保留重合闸压力闭锁回路。
6）断路器防跳功能应由断路器本体机构完成。
§2.3短路电流
在三相系统中可能发生的短路有：
1、三相短路f（3）2、两相短路f
（2）3、两相接地短路f（1,1）。
三相短路也称为对称短路,系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。
其它类型的短路都是不对称的路。
电力系统的运行经验表明,在各种类型的短路中,单相短路占大多数,两相短路较少,三相短路机会最少。
从短路计算方法来看,一切不对称短路的计算在采用对称分量法后,都归结为对称短路的计算。
短路计算的目的：
1）选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备
为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数,必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析.在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值,还必须知道在网络中的分布情况.有时还要知道系统中某些节点的电压值
2）在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时,为了比较各种不同方案的接线图,确定是否需要采取限制短路电流的措施,都要进行必要的短路电流计算。
3）进行电力系统暂态稳定计算,研究短路对用户工作的影响等,也包含有一部分短路计算.
4）在实际工作中,根据一定的任务进行短路计算时必须首先确定计算条件.所谓计算条件是指短路发生时系统的运行方式,短路的类型和发生地点,以及短路发生后所采取的措施.
§2.435kv电网继电保护计算过程
§2.4.1主要参数如下表：
1）.发电机
额定容量
Se（kW）
额定电压
Ue（kV）
功率因数
暂态电抗X”d
标么电抗X*F
3000
6.3
0.8
0.2
0.333
4000
6.3
0.8
0.2
4
表2-1发电机参数
2）.主变压器
额定容量
Se（kVA）
接线组别
短路电压Ud%
标么电抗X*B
7500
Y，dll
7.5
1
10000
Y，dll
7.5
0.75
40000
Y，dll
7.5
0.75
表2-2主变压器参数
3）.输电线路：
名称
导线型号
长度（km）
电抗
标么值
有名值（Ω）
A-B线路
LGJ-120
10
0.292
4
B-C线路
LGJ-120
30
0.876
12
表2-3输电线路参数
最大运行方式：
两电站的四台机组全部投入运行。
最小运行方式：
两电站都只有一台机组投入运行。
§2.4.2短路电流计算
简化电路图如下：
图2-1电路简化电路图
1）.当K1点发生短路时，短路电流的计算如下：
最大运行方式下K1点短路时，A电站和B电站到短路点的转移电抗分别为
XAK=0.333/2=0.1665
XCK=1+0.292+0.876+0.75+4/2=4.918
总电抗为
X1=（0.1665×4.918）/（0.1665+4.918）=0.161
计算K1点短路电流标幺值为
IK1max=1/0.161=6.211
最小运行方式下K1点短路时，A电站和B电站到短路点的转移电抗分别为
XAK=0.333
XCK=1+5.918=6.918
总电抗为
X1=（0.333×6.918）/（0.333+6.918）=0.582
IK1min=1/0.582=1.718
2）.当K2点发生短路时，短路电流的计算如下：
最大运行方式下K2点短路时，A电站和B电站到短路点的转移电抗分别为
XAK=0.333/2+1=1.1665
XCK=0.292+0.876+0.75+4/2=3.918
总电抗为
X2=（1.1665×3.918）/（1.1665+3.918）=0.899
计算K2点短路电流标幺值为
IK2max=1/0.899=1.112
最小运行方式下K2点短路时，A电站和B电站到短路点的转移电抗分别为
XAK=1.333
XCK=5.918
总电抗为
X2=（1.333×5.918）/（1.333+5.918）1.088
IK2min=1/1.088=0.919
3）.当K3点发生短路时，短路电流的计算如下：
最大运行方式下K3点短路时，A电站和B电站到短路点的转移电抗分别为
XAK=0.333/2+1+0.292=1.4585
XCK=0.876+0.75+4/2=3.626
总电抗为
X3=（1.4585×3.626）/（1.4585+3.626）=1.04
计算K3点短路电流标幺值为
IK3max=1/1.04=0.962
最小运行方式下K3点短路时，A电站和B电站到短路点的转移电抗分别为
XAK=1.333+0.292=1.625
XCK=5.626
总电抗为
X3=（1.625×5.626）/（1.625+5.626）=1.261
IK3min=1/1.261=0.793
4）.当K4点发生短路时，短路电流的计算如下：
最大运行方式下K4点短路时，A电站和B电站到短路点的转移电抗分别为
XAK=0.333/2+1+0.292+0.876=2.3345
XCK=0.75+4/2=2.75
总电抗为
X4=（2.3345×2.75）/（2.3345+2.75）=1.26
计算K4点短路电流标幺值为
IK4max=1/1.26=0.794
最小运行方式下K4点短路时，A电站和B电站到短路点的转移电抗分别为
XAK=1.333+0.292+0.876=2.501
XCK=4.75
总电抗为
X4=（2.501×4.75）/（2.501+4.75）=1.639
IK4min=1/1.639=0.61
5）.当K5点发生短路时，短路电流的计算如下：
1）最大运行方式下K5点短路时，A电站和B电站到短路点的转移电抗分别为
XAK=0.333/2+1+0.292+0.876+0.75=3.0845
XCK=4/2=2
总电抗为
X5=（3.0845×2）/（3.0845+2）=1.213
计算K5点短路电流标幺值为
IK5max=1/1.213=0.824
最小运行方式下K5点短路时，A电站和B电站到短路点的转移电抗分别为
XAK=1.333+0.292+0.876+0.75=3.251
XCK=4
总电抗为
X5=（3.251×4）/（3.251+4）=1.793
IK5min=1/1.793=0.558
§2.4.3继电保护整定计算
将简化电路图分解成下述中的网络：
图2-2整定简化图
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]
=[0.866×40-（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
灵敏度校验：
作为近后备保护
Ksen=I
（2）K2.min/IⅢop.1=0.753/0.298=2.53>1.3满足要求
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）.对保护2的整定计算
①瞬时电流速断保护Ⅰ段的定值为
IⅠOP.3=KⅠrelIK3.max=1.25×（0.7+0.602）=1.628KA
最小保护长度计算
Xxt.min=ES/I（3）k2.min=（37/
）/（0.87+0.201）=19.95ΩXxt.max=ES/I（3）k2.max=（37/
）/（0.94+0.72）=12.87Ω
lmin=1/Kk[0.866L-（KkXxt.min-0.866Xxt.max）/X1]
=[0.866×10-（1.25×19.95-0.866×12.87）/0.4]/1.25
=-20.65KM不满足要求
采用瞬时电流电压速断保护的定值为
a.主要运行方式时的最大保护区是：
LImax=L/KK≈0.75L=0.75×10=7.5KM
b.主要运行方式使得等效电阻：
Xxt.main=（Xxt.min+Xxt.max）/2=（19.95+12.87）/2=16.41Ω
c.电流元件动作电流值为
IIop.3=ES/（Xxt.main+X1LImain）
=（37/
）/（16.41+0.4×7.5）=1.101KA
d.电压元件动作电压值为
UIop.3=
IIop.3X1LImain=
×1.101×0.4×7.5=5.721KV
f.校验：
LImax=Xxt.maxUIop.3/X1（UP-UIop.3）
=12.87×5.721/0.4（37-5.721）=5.885KM=58.8%L>50%L
LImin=（0.886ES-Xxt.minIIop.3）/X1IIop.3
=（0.886×37/
-19.95×1.101）/（0.4×1.101）
=-6.898KM<0不满足要求
因此，保护3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
与相邻单回路的瞬时电流电压联锁速断保护配合
IⅡop.3=KphIIop.5/Kfz.min=1.1×0.581/1=0.639KA
灵敏度校验：
Ksen=I
（2）K3.min/IⅡop.3=（0.624+0.157）/0.639=1.22<1.3不满足要求
与相邻单回路的限时电流电压速断保护配合
IⅡop.3=KphIⅡop.5/Kfz.min=1.1×0.401/1=0.441KA
灵敏度校验：
Ksen=I
（2）K3.min/IⅡop.3=（0.624+0.157）/0.441=1.77>1.3满足要求
动作时限t3Ⅱ=tⅠlx+△t=1s
③定时限过电流保护Ⅲ段的定值为
IⅢop.3=KⅢrelKssIL.max/Kre=1.15×2×0.11/0.85=0.298KA
灵敏度校验：
作为近后备保护
Ksen=I
（2）K3.min/IⅢop.3=0.781/0.298=2.62>1.3满足要求
作为远后备保护
Ksen=I
（2）K8.min/IⅢop.3
=2.392×6.3/（0.298×37）=1.38>1.2满足要求
保护Ⅲ段动作时间tⅢ=tⅢxl+△t=2s+0.5s=2.5s
§2.5原理接线图如下：
图2-3三段式电流保护的原理接线图
§2.6对保护的评价
评价继电保护主要是从选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个方面出发，看其是否满足电力系统安全运行的要求，是否符合有关规程的规定。
1）选择性
在三段式电流保护中， 电流速断保护的选择性是靠动作电流来实现的；限时电流速断保护和 过电流保护则是靠动作电流和动作时限来实现的。
它们在35kV及以下的单侧电源辐射形电网中具有明显的选择性，但在多电源网络或单电源环网中， 则只有在某些特殊情况下才能满足选择性要求。
2）速动性
I电流速断保护以保护固有动作时限动作于跳闸；
II限时电流速断保护动作时限一般在0.5S以内，因而动作 迅速是这两种保护的优点。
III过电流保护动作时限较长，特别是靠近电源侧的保护动作时限可能长达几秒，这是过电流保护的主要缺点。
3）灵敏性
I电流速断保护不能保护本线路全长，且保护范围受系统运行方式影响较大；
II限时电流速断保护虽能保护本线路全长，但灵敏性依然要受系运行方式的影响；
III过电流保护因按最大负荷电流整定，灵敏性一般能满足要求，但在长距离重负荷线路上，由于负荷电流几乎与短路电流相当，则往往难以满足要求。
受系统运行方式影响大、灵敏性差是三段式电流保护的主要缺点。
4）可靠性
由于三段式电流保护中继电器简单，数量少，接线、调试和整定计算都较简便，不易出 错，因此可靠性较高。
总之，使用一段、二段或三段而组成的阶段式电流保护，其最主要的优点就是简单、可 靠，并且在一般情况下能满足快速切除故障的要求，因此在电网中特别是在35kV及以下的单侧电源辐射形电网中得到广泛的应用。
其缺点是受电网的接线及电力系统运行方式变化的。
影响，使其灵敏性和保护范围不能满足要求。
第三章总结
通过这次课程设计的实训，让我学到了很多知识。
首先呢，通过对短路电流的计算，使我学习及巩固了计算各种短路时短路电流的知识。
其次，是使我掌握了对线路三段式保护基本的整定计算，学会如何去给保护配置相应的保护。
最后，就是懂得怎样去判断保护是否需要加装方向元件。
另外，在本次课程设计过程中，我们也遇到了一些问题，比如在短路电流的计算时，由于之前对短路电流计算的知识并没有较好的掌握，导致算出了错误的结果。
但是通过了组员们的讨论，查阅相关书籍，不但解决了计算问题，同时也使我们对短路电流的计算有了较好的了解。
还有，就是在各保护的整定值计算时，对最小（大）等效电抗的计算时，不知道是要把短路安装点的短路电流带进公式，还是要把流过保护的短路电流带进公式。
一开始也是经过小组成员的讨论，但是最后还是通过查阅相关书籍解决了该问题。
总的来说，这次课程设计实训意义重大，它为我们构建了一个知识框架，将我们平日所学的一些知识结合运用起来，这样能有利于我们更好的掌握有用的知识。
同时，在完成该任务时，通过小组成员的讨论，锻炼了我们的团队合作能力，最主要的，就是加强了我们个人解决问题的能力。
参考文献
1.崔家佩.《电力系统继电保护及安全自动整定计算》.北京：
中国电力出版社，2006
2.张保会，尹项根.《电力系统继电保护》（第二版）.北京：
中国电力出版社,2009
3.许建安.《继电保护整定计算》.北京：
中国水利水电出版社，2003
4.李光琦.《电力系统暂态分析》（第三版）.北京：
中国电力出版社，2007
5.崔家佩《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》.北京：
中国水利电力出版社，2010
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