10KV单侧电源三段式继电保护设计1.docx

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10KV单侧电源三段式继电保护设计1

电气综合课程设计

题目：

10KV单侧电源三段式继电保护设计

院（系）：

机电工程学院

专业：

电气工程及其自动化

学生姓名：

学号：

指导教师：

2014年01月03日

目录

摘要1

前言2

一、10KV单侧电源三段式继电保护设计3

（一）10KV单侧电源三段式继电保护设计课题3

（二）10KV单侧电源三段式保护系统概况说明3

（三）10KV单侧电源三段式保护设计原理4

（四）10KV单侧电源三段式保护计算5

二、结论7

三、结束语8

四、参考文献9

五、附录10

摘要

电力系统的三段式保护是在单侧电源辐射形网络中采用的阶段式电流保护，它由瞬时电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护组成。

在实际应用中，可根据实际情况采用两段式或三段式。

瞬时电流速断保护、限时电流速断保护共同构成电流的主保护，定时限过电流保护是本线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护。

设计首先是对保护原理进行分析，保护的整定计算。

设计内容包括原理分析、保护整定计算。

前言

电力系统是由发电、变电、输电、供电、配电、用电等设备和技术组成的一个将一次能源转换为电能的同一系统。

在输送电能的过程中电力系统希望线路有比较好的可靠性，因此在电力系统受到外界干扰时，保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作，从而切断故障点，极大限度的降低电力系统供电范围。

电力系统继电保护就是为达到这个目的而设计的。

本次课程设计的目的是对10kv电力线路进行保护设计，对其进行三段式继电保护设计。

确定瞬时电流速断保护、限时电流速断保护、过电流保护的动作电流和动作时限，从而了解三段保护的优点、缺点。

一、10KV单侧电源三段式继电保护设计

（一）10KV单侧电源三段式继电保护设计课题

对10kv电力线路进行保护设计，已知TA1的变流比Ki

（1）为160/5A，TA2的变流比Ki

（2）为100/5A。

WL1和WL2的过电流保护均采用三相三继电器式接线。

WL1的计算电流IL,max

（1）为105A，WL1首端的I（3）K1为2150A,其末端的I（3）K2为1300A。

。

WL2的计算电流IL,max

（2）为75A，WL2首端的I（3）K2为910A,其末端的I（3）K3为400A，对其进行三段式继电保护设计。

（二）10KV单侧电源三段式保护系统概况说明

1、 阶段式电流保护的构成  

无时限电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反应于电流增大而动作的保护，它们之间的区别主要在于按照不同的原则来整定动作电流。

 2、应用 

（1）电流速断保护+定时限过电流保护 

（2）限时电流速断保护+定时限过电流保护 

（3） 三者同时采用。

3、对三段式电流保护的评价：

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的影响较大； 

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统运行方式的影响；

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。

（三）10KV单侧电源三段式保护设计原理

（1）第一段保护：

电流速断保护

电路速断的特点：

接线简单，动作可靠，切除故障快，但不能保护线路全长，保护范围受到系统运行方式变化的影响较大。

速断保护是一种短路保护，为了使速断保护动作具有选择性，一般电力系统中速断保护其实都带有一定的时限，这就是限时速断，离负荷越近的开关保护时限设置得越短，末端的开关时限可以设置为零，这就成速断保护，这样就能保证在短路故障发生时近故障点的开关先跳闸，避免越级跳闸。

定时限过流保护的目的是保护回路不过载，与限时速断保护的区别在于整定的电流相对较小，而时限相对较长。

这三种保护因为用途的不同，不能说各有什么优缺点，并且往往限时速断和定时限过流保护是结合使用的。

（2）第二段保护：

限时电流速断保护

电流速断保护只能保护线路的一部分，而改线路剩下的部分的短路故障依靠限时电流速断保护，它的特点是保护线路的全长，并且具有灵敏度，而且具有最小动作时限。

（3）第三段保护：

定限时过电流保护

限时电流速断保护虽能保护线路的全长，但不能作为下一线路保护的后备。

而定时限过电流保护不仅能保护本线路全长，还能保护相邻线路的全长，可以起到后备保护的作用。

这是因为过电流保护不是按躲过某一短路电流，而是按躲过最大负荷电流来整定的，故它的动作电流值较低，灵敏度较高，保护范围大。

三段式过流保护包括：

1、瞬时电流速断保护（简称电流速断保护或电流Ⅰ段）

2、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）

3、过电流保护（电流Ⅲ段）

这三段保护构成一套完整的保护。

它们的不同是保护范围不同：

1、瞬时电流速断保护：

保护范围小于被保护线路的全长一般设定为被保护线路的全长的85%

2、限时电流速断保护：

保护范围是被保护线路的全长或下一回线路的15%

3、过电流保护：

保护范围为被保护线路的全长至下一回线路的全长

（四）10KV单侧电源三段式保护计算

过电流继电器实现两级保护原理电路如图（a）所示。

图中TA1和TA2分别为上下两级线路的电流互感器。

电流速断，限时电流速断与定时限过电流保护相配合构成了三段式电流保护，以线路XL—1的整定为例。

第

段：

电流速断，保护范围为WL1段的一部分，根据流过B点的最大短路电流来整定。

整定电流：

，

式中：

---接线系数；

---电流互感器变化；

---I段的可靠系数，取保1.3；

---B点的最大短路电流。

动作时限为

，它由继电器的固有动作时间决定，

整定电流：

（1）保护1电流Ⅰ段整定计算：

①求动作电流。

按躲过最大运行方式下本线路末端（即k1点）三相短路时流过保护的最大短路电流来整定，即

=1.3×400=520A

保护装置二次侧动作电流，即继电器的动作电流 

=520/160/5=16.25A

②动作时限。

第Ⅰ段为电流速断，动作时间为保护装置的固有动作时间，即

。

（2）保护1电流Ⅱ段整定计算：

第Ⅱ段：

限时电流速断保护，保护范围为线路WL1段，并延伸到线路WL2段的一部分，根据流过C点的三相短路时的最大短路电流来整定。

整定电流：

式中：

---第Ⅱ段的可靠系数，取

；

---C点三相短路的最大短路电流。

动作时限：

，

。

①求动作电流;按与相邻线路保护I段动作电流相配合的原则来整定，即

=1.1×1.3×400=572A

②动作时限。

应比相邻线路保护I段动作时限高一个时限级差

，即

动作时限：

t1′′=t2′+Δt，Δt =5s，t1′′=5s 

（3）保护1电流Ⅲ段整定计算：

第Ⅲ段：

定时限过电流保护，保护范围是线路WL1及WL2全部，根据线路的最大负荷电流来整定。

整定电流：

式中：

---可靠系数,取

；

---自启动系数，取

；

---返回系数，取

；

：

最大负荷电流。

动作时限

（

，

，则

），

为线路WL2的过电流保护的动作时限，即按阶梯原则来选择的。

①求动作电流。

按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定，即

=1.15/0.88×75=98A

②动作时限。

应比相邻线路保护的最大动作时限高一个时限级差

，即

（

，

，则

），

2、结论

电流速断保护、限时电流速断保护共同构成电流的主保护，定时限过电流保护是本线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护。

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。

三、结束语

经过一周的奋战我的课程设计终于完成了。

在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。

课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。

自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。

通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识。

四、参考文献

[1]张宝会.电力系统继电保护.中国电力出版社,2011.

[2]王梅.浅谈电力系统继电保护技术[J].煤矿现代化,2006

（2）.

[3]潘德功.赵文轩.一起继电保护装置误动分析[J].煤炭技术,2005（5）.

[4]崔家佩、孟庆炎、陈永芳、熊炳耀编，电力系统继电保护与安全

自动装置整定计算，北京，中国电力出版社，1993年.

[5]电气设计手册. 机械工业出版社.2007 

[6]《工厂供电》 2005年7月第4版 机械工业出版社刘介才 编

5、附录