330kV单侧电源相间短路保护

编号0714250

课程设计

（ 2007级本科）

题目：330kV 单侧电源相间短路保护系（部）院：机电工程系专业：作者姓名：支盛指导教师：王立东职称：讲师完成日期： 2010 年 12 月 1 日

二○一○ 年 11 月

目录 . ......................................................................................................................................................... 0 第一章引言 . ..................................................................................................................................... 3

1.1前言 ................................................................................................................................ 3 1.2继电保护的一般概念及原理 ............................................................................................ 3 1.3 电网的电流保护原理 ....................................................................................................... 4

第二章短路电流的计算 . ..................................................................................................................... 4

2.1 基础资料: . ......................................................................................................................... 4 2.2 三段式电流保护 ............................................................................................................... 5

第三章保护方式的选择及整定计算 . ................................................................................................. 7

3.1保护方式的选择及整定计算 ............................................................................................ 7 3.2距离保护的计算及整定 .................................................................................................... 8

第四章仪器及设备的选择 . ............................................................................................................... 10

4.1电流互感器的选择 .......................................................................................................... 10 4.2 电压互感器的选择 ..........................................................................................................11 4.3 电流继电器的选择 ..........................................................................................................11 4.4 时间继电器的选择 ..........................................................................................................11 4.5 信号继电器的选择 ......................................................................................................... 12 4.6 中间继电器的选择 ......................................................................................................... 12 4.7 断路器的选择 ................................................................................................................. 12

第五章原理图及展开图的绘制 . ........................................................................................................... 12

5.1原理图 .............................................................................................................................. 12 5.2展开图 .............................................................................................................................. 13

第六章结论 . ..................................................................................................................................... 13 第七章设计总结及心得体会 . ......................................................................................................... 14

7.1 设计总结 ......................................................................................................................... 14 7.2 心得体会 ......................................................................................................................... 15

致谢 . ................................................................................................................................................... 15 参考文献 . ............................................................................................................................................... 16

330KV 单侧电源电网相间短路保护

摘要：

对于单侧电源网络的相间短路保护主要采用电流保护和距离保护。电网在运行过程中，可能发生各种故障和不正常的运行状态，最常见的同时也是最危险的故障就是发生各种形式的短路。当被保护的线路上发生短路故障时，其主要特点就是电流增加和电压的降低，利用这两个特征可以构成电流电压保护。对于220KV 及以上的电压等级的复杂网络，距离保护是反映保护安装处之故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。关键词: 电流保护；距离保护；测量阻抗；整定阻抗

Abstract ：For the unilateral power line short circuit protection network, mainly way is current protection and distance protection. Power during operation, a variety of possible failure and abnormal operating conditions, the common failure is also the most dangerous place is the various forms of short-circuit. When short circuit protection fault lines, its main characteristic is that the current increase and voltage reduction, using these two features can form the current-voltage protection. 110KV and above the voltage level of complex networks, distance protection relays place to reflect the distance of the point of failure and, based on distances and determine the action time of a protection device.

Keywords ：current protection；distance protection；setting impedance；measurement impedance

第一章引言

1.1前言

继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的。20世纪初随着电力系统的发展，继电器开始广泛应用于电力系统的保护，这时期是继电保护技术发展的开端。最早的继电保护装置是熔断器。它是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。

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。作为线路的保护——电流保护和距离保护将成为我们学习的重点, 对系统安全可靠将起到重要作用。 1.2继电保护的一般概念及原理 1继电保护的概念

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，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装置是保障电网可靠运行的重要组成部分，一般由感受元件、比较元件和执行元件组成。 2继电保护的性能

继电保护装置必须具备以下4项基本性能：①灵敏性。灵敏性表示保护范围内发生故障或不正常运行状态时，继电保护装置的反应能力，通常以灵敏系数表示。在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数。②可靠性。在规定的保护范围内发生了属于其应该动作的故障时，保护装置不应拒动作；而在任何不属于其应该动作的情况下，保护装置不应该误动作。③快速性。为防止故障扩大，减轻其危害程度，加快系统电压的恢复，提高电力系统运行的稳定性，在系统发生故障时，保护装置应尽快动作，切除故障。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。即首先由距故障点最近的断路器动作切除故障线路，尽量减小停电范围，保证系统

中无故障部分仍能正常运行。以上四项基本要求，对一个具体的保护装置来说，不一定都是同等重要的，而往往要根据被保护元件在电力系统的具体作用有所侧重。选择继电保护方案时，除设置需满足以上4 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。 1.3 电网的电流保护原理

电网在运行过程中，可能发生各种故障和不正常的运行状态，最常见的同时也是最危险的故障就是发生各种形式的短路。当被保护的线路上发生短路故障时，其主要特点就是电流增加和电压的降低，利用这两个特征可以构成电流电压保护，电流保护主要包括：无时限电流速断保护，限时电流速断保护和定时限过流保护。（1）电流速断保护（电流保护I 段）：根据继电器保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足稳定和保证重要用户供电的可靠性，原则上总是越快越好，因此力求装设快速动作的继电保护，电流速断保护就是这样的保护不可能保护线路的全长。

（2）限时电流速断：由于无时限电流速断不能保护线路的全长，因此考虑增加一段新的保护用来切除本线路的上速断范围以外的故障，同时也能作为速断的后备，这就是限时速断，称为II 段电流保护，由于要求限时电流速断保护必须保护线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，这样当下一条线路出口处发生短路使，它就会误动作，为了保证动作的选择性，就必须使保护的动作有一定的时限，此时限的大小与其延伸的范围有关，为尽量缩小时限，首先规定其整定计算原则为限时电流的速断的保护范围不超过下条线路电流速断的保护范围；同时动作时限比下一条电流速断保护高出一个△t 的时间段。

(3)定时限过电流保护。虽然无时限电流速断保护可以无时限的切除故障电路，但它不能保护线路的全长，限时电流保护虽然可以较小的切除线路全长上任意一点的故障，但它不能做相邻线路故障的后备，因此引入定时限过电流保护，又称三段电流保护，它是指启动电流按照躲过最大负荷电流来整定的一种保护装置。

第二章短路电流的计算

2.1 基础资料:

网络线路图

X X S.max =3

图 1

零序电抗X 0=3. 5X 1，ϕd =700，X 1=X 2=0. 4Km 电压互感器变比：n TV =22

负荷水平：线路AB 段的最大负荷电流为170A 330KV 断路器的跳闸时间为0.05～0.08

选三段式电流保护和距离保护保护线路AB 、BC ，具体方案实现及设计的有关计算如下：

2.2 三段式电流保护 1短路电流的计算

根据系统运行方式的不同，我们可以分别计算出最大运行方式和最小运行方式的不同电流，计算公式如下所示：

(3)k

E ϕX ∑

E ϕX s +X k

(2) k

ϕ3E ϕ==2X ∑2X s +X k

其中：E ϕ——电势，常采用平均电压U ave

X ∑=X K +X S ——从等效电源到短路点的阻抗

X S 为等效电源阻抗，X K 为短路阻抗下面对不同点发生短路时分别计算： A 点短路:

E ϕ=330⨯=181.45KV Z ∑=Z S Z s . min =2Ω Z s . max =3Ω

可得：

最大三相短路电流

最小两相短路电流 B 点短路:

E ϕ=330⨯I

(3)

k . m a x

=E ϕZ 5A s . m i =n 90. 72K

(2)k .max

=E ϕZ s .max =60.48KA

=181.45KV Z ∑=Z S 1+Z K Z s . m i n =2Ω

Z s . max =3Ω Z AB =Z 1*L AB =0. 4*20=8Ω 最大三相短路电流

I I

(3)

k . m a x

=E ϕ(Z s . m i n +Z A B ) =18. 14K 5 A

(3)k .min

=E ϕZ s .max +Z AB ) =16.495KA

(2)

最小两相短路电流 I min =

) ⨯I k (3. min =14. 29KA 2

C 点短路:

E ϕ=330⨯=181.45KV Z BC =0. 4⨯80=32Ω

当Z s . 1=2Ω，Z s . 2=15Ω 时，Z ∑最小，

Z ∑. min =[(Z s 1. min +Z AB ) //Z s 2. min ]+Z BC =38Ω 当Z s . 1=3Ω，Z s . 2=20Ω 时，Z ∑ 最大，

Z ∑max =[(Z s 1. max +Z AB ) //Z s 2. max ]+Z BC =39. 1Ω 最大三相短路电流

最小两相短路电流

I I

(3)

k . m a x (3)

=E ϕZ =4. 78K A ∑m i n =E ϕZ ∑m i n =4.02KA

k . m a x

各点短路时电流大小的列表

表一

第三章保护方式的选择及整定计算

3.1保护方式的选择及整定计算 1电流保护的计算及整定（1）保护1的Ⅰ段整定

为了保证电流速断保护动作的选择性，对保护1来讲，其整定的动作电流

I set .1. I 必须大于B 点短路时可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下的母线是三相短路时电流I k (3). B .max ①动作电流的整定：

(3)

I =K I set .1. I rel k . B .max

式中I set .1. I —瞬时电流速断保护的动作电流；

K rel —可靠系数，取1.2～1.3；

I k (3). B .max — 被保护线路末端短路时，流过保护的最大短路电流

(3)

I =K I 动作电流 set .1. I rel k . B .max =1.3×18。.145KA=23.59KA

②动作时间：t I =0s ③灵敏度校验

L min %=

⎫1⎫1x =-3=10.86 ⎪s .max ⎪⎪⎪x AB ⎝act .1. I ⎭⎭0.4⎝计算得： L min =10.86km L min %=10.86/20=54.3%>15% (2)保护1的Ⅱ段整定

其保护范围不能超过下级线路速断保护范围，而动作时限要比下级线路的速断保护高出一个时间阶梯，与下级线路速断保护配合。当灵敏度不够时，与下段线路限时性速断保护配合。 ①动作电流的整定：

I set .1=K rel I set .2/K b .min

式中 I set .1—保护1限时电流速断的动作电流；

II I

I I set .2—下一级线路瞬时电流速断的动作电流；

K rel —可靠系数，取1.1～1.2 K b .min —为最小分支系数 K b =I /I 1=1+(Z s 1+Z AB )/Z s 2

K b .min =1+(Z s 1.min +Z AB )/Z s 2.max =1+(2+8)/20=1.50 K b .max =1+(Z s 1.max +Z AB )/Z s 2.min =1.73 由上述数据带入求得：

II I I set .1=K rel I set .2/K b .min =1.1⨯1.3⨯4.78/1.5=4.56KA

II I

②动作时间： t =t +∆t =0.5s

③灵敏度校验：K sen =I k (2)B .min /I set .1=14.29/4.56=3.13>1.5，满足题意

（3）保护1的Ⅲ段整定

作为下段线路主保护拒动和断路器误动时的近后备保护同样作为本线路主保护拒动时的近后备保护，其整定原则按躲过最大负荷电流来整定，同时还需要考虑在外部故障切除后电压恢复，负荷自启动电流作用下保护装置必须足够返回，其返回电流应大于负荷自启动电流。 ①动作电流的整定：

III I set .1=K rel K ss I c .max /K re

III I set .1=1.2⨯1.5⨯170/0.85=360A

②动作时间：t III =t II +∆t =1+0.5+0.5=2s ③灵敏度校验

III Ksen(近) =I k (2)B .min /I set .1=14.29/0.36=39.69>1.5满足题意 III Ksen(远) =I k (2)C .min /K b .max I set .1=4.02/1.73⨯0.36=6.45>1.2满足题意

3.2距离保护的计算及整定

AB 线路的正序阻抗：Z AB =0. 4⨯20=8Ω

BC 线路的正序阻抗：Z BC =0. 4⨯80=32Ω （1）保护1的Ⅰ段整定

距离保护Ⅰ段无延时速动段，应该只反应本线路的故障，下级线路出口发生短路故障时应可靠不动作，所以其测量元件的整定阻抗按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。测量元件的整定阻抗：测量元件的整定时间：

Z OP . 1=

K Z

rel

=0. 85⨯8Ω=6. 8Ω

=0S

（2）保护1的Ⅱ段整定

相间距离Ⅱ段应与相邻线路线间距离第Ⅰ段或与相邻元件速动保护配合，在此网络中与相邻线路第Ⅰ段配合。与相邻变压器的快速保护配合，其动作范围不应该超出变压器快速保护范围，整定时按保护线路末端B 点发生金属性短路来校验其灵敏度。取其中最小值。 ① 整定值：

其中

Z OP . 1=

Irel

K rel (Z AB +K rel K b . min )

III

=0. 85

IIrel

=0. 8

K b . min =（X A +Z B

Z B

+1）=（

2+8

+1）=1.67 15

IIZ op . 1=0.85（8+0.85×1.67×32）=45.41Ω

② 动作时间：

整定距离保护段的动作时间，应比与之配合的相邻元件保护动作时间大一个时间差级。

t 1II=t 3+∆t =0. 5s

③灵敏度校验： K sen =

Z op . 1

Z AB

45. 41

=5. 68>1. 5 满足要求 8

（3）保护1的Ⅲ段整定

按与相邻下级线路距离保护Ⅱ段配合，按与相邻下级线路变压器的电流、电压保护配合整定；按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。整定过程中分支系数与自启动系数，阻抗测量元件返回系数，整定值最小量。采用方向圆特性，考虑动作阻抗随阻抗角的变化。

① 整定值： Ⅲ段整定阻抗为：

III

Z op . 1=

Z l . min

III

K rel K rel K ss cos(ϕd -ϕl )

按躲过正常运行最小负荷阻抗整定：

Z l .min =

U A .min ==1059.1Ω I A .max 整定阻抗为：

III

Z op .1=

Z l . m i n

IIIK rel K rel K ss cos(ϕd -ϕl )

1059.1

1.2⨯1.15⨯cos(70o -25.8o ) =1070.51Ω

② 动作时间：与Ⅱ段配合动作时间：

t 1III=t 4+∆t =1. 0+0. 5=1. 5s

③ 灵敏度校验：

本线路末端短路时的灵敏度为: 近后备保护：K sen =

III

Z op .1

Z AB

1070.51

=133.81>1.5 满足要求 8

相邻线路末端短路时的灵敏度为：远后备保护：K sen

IIIZ op . 1

Z AB +X b . max Z BC

其中

X b . max

⎛X A . max +Z AB ⎫⎛3+8⎫= +1⎪= +1⎪=1. 73 ⎪X B . max ⎭⎝⎭⎝15

则： K sen =

1070.51

=16.9>1.2 满足要求。

8+1.73⨯32

第四章仪器及设备的选择

4.1电流互感器的选择

LRGBJ2-35-220 kV干式高压电流互感器额定一次电流200-2000A ；额定二次电流：5A ；

额定电流比：2000/5

4.2 电压互感器的选择

电压互感器变比为220000/100，所以选择Al-LGB –220型号的电压互感器额定一次电流：小于等于3150A ，额定二次电流：5A ，及1A 额定容量：10～60VA 4.3 电流继电器的选择过电流保护：

Ⅰ段保护起动电流为23.59KA 经过电流互感器变比折算到二次侧电流为58.98A Ⅱ段保护起动电流为4.56KA 经过电流互感器变比折算到二次侧电流为11.4A Ⅲ段保护起动电流为0.36KA 经过电流互感器变比折算到二次侧电流为0.9A 由以上数据可知：Ⅰ段保护的电流继电器整定值量程为100A Ⅱ段保护的电流继电器整定值量程为20A Ⅲ段保护的电流继电器整定值量程为2A 表2

因此电流继电器型号选择为DL —21C 4.4 时间继电器的选择 Ⅱ段保护的动作时限t=0.5s Ⅲ段保护的动作时限t=2s 由下表3可知

因此Ⅱ段保护的时间继电器的型号为DS-21；Ⅲ段保护的时间继电器的型号为DS-23

4.5 信号继电器的选择

JX-20系列静态信号继电器(以下简称继电器) 适用于直流操作的继电保护和自动控制线路中, 作为信号指示器动作范围宽, 电流型仅一个规格, 就能满足0.01～4A 全系列18种规格, 电压降小于2.5V, 方便设计及现场使用；动作速度快, 从而克服了当前国内电力系统跳合闸回路由于采用快速动作的真空型开关后, 使原电磁型信号继电器反应不了动作信号的缺陷；电流型: DC 0.01～4A 通用; 电压型; DC 220V、110V 、48V 、24V; 电流型:动作值不大于90%额定电流; 电压型:动作值不大于70%额定电压。 4.6 中间继电器的选择

JZ7-44/220V型号的中间继电器主要用于交流50Hz/60Hz、额定工作电压至380V 或直流额定电压至220V 的控制电路中，用来控制各种电磁线圈 4.7 断路器的选择

LW30-252/T3150-50户外高压六氟化硫断路器，是新一代252kV 六氟化硫断路器。它配用专用全弹簧机构，也是配用全弹簧机构通过50kA 额定短路开断电流试验的自能式断路器

第五章原理图及展开图的绘制

5.1原理图

图2 电流三段式保护单相原理接线图

5.2展开图

信号

图3 展开图

第六章结论

电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护装置。它们之间的区别主要在于不同的原则来选择起动电流。即速断是按照躲开某一点的最大短路电流来整定，限时速断是按照躲开前方各相邻元件电流速断保护的动作电流整定，而过电流保护则是按照躲开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，为保证迅速而又选择性地切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。输电线路并不一定都要装三段式电流保护，有时只装其中的两段就可以了。具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时速断加过电流保护，也可以三者同时采用。无时限电流速断保护按保护全线路考虑后，此时，可不装设带时限电流速断保护，只装设无时限电流速断和过电流保护装置。又如在很短的线路上，装设无时限电流速断往往其保护区很短，甚至没有保护区，这时就只需装设带时限电流速断和过电流保护装置，叫做二段式电流保护。

距离保护是反映保护安装处之故障点的距离, 并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置. 测量保护安装处至故障点的距离, 实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗的大小, 故有时又称阻抗保护. 与电流保护一样, 距离保护也有一个保护范围, 短路发生在这一范围内, 保护动作, 否则不动作, 这个保护范围通常用整定阻抗的大小来实现. 距离保护的实质是用整定阻抗与被保护线路的测量阻抗比较. 当短路点在保护范围以外时, 即测量阻抗大于整定阻抗时继电器不动; 当短路点在保护范围内, 即测量阻抗小于整定阻抗时继电器动作. 因此, 距离保护又称为低阻抗保护.

综上所述，电流保护是根据网络发生短路时，电源与故障点之间电流增大的特点构成的。无时限电流速断保护是以避开被保护线路外部最大短路电流为整定的原则，它是靠动作电流的整定获得选择性。带时限电流速断保护则同时依靠动作电流和动作时间获得选择性，并要与下一线路的无时限电流速断保护相配合。过电流保护以躲开线路最大负荷电流和外部短路切除后电流继电器能可靠返回为整定原则。它依靠动作电流及时间元件的配合获得选择性。

第七章设计总结及心得体会

7.1 设计总结

本次设计的是继电保护的课程设计，题目是关于330KV 单电源电网相间短路保护。在做这次课程设计中我总结出以下几点：

第一抓住整体思路：在设计开始时必须有对设计的整体思路。我们做的是110Kv 单电源电网相间短路保护。首先要对线路保护有一个整体的思路，怎样采用电流和距离保护装置，其次构划出原理接线图及整定、校验等过程。

第二注意细节，把握设计的准确性：在设计过程中我们要用到的互感器，这需要我们自己查找选择相应的型号，在选择时定要注意满足设计要求且考虑到节约成本的问题.

第三熟练应用计算机软件：计算机是现代应用广泛的工具，我们在设计过程中不仅用到计算机去编辑相关文字，而且也要用一些专业方面软件绘制电路图，我们用到的Visio 软件是电力方面专门的绘图工具，只有熟练掌握了才能精确快速的绘制出来相应的原理图。

第四互相合作，取长补短：我们组总共有10人同时做一个题目，我们采用分组合作的办法去做这次课设的，每个人负责一块内容，取长补短，充分体现了团结协作的精神面貌。在这一过程中，我也学到了很多别的同学的长处，进一步提高了自己。 7.2 心得体会

致谢

首先衷心感谢我的指导教师王立东老师对这次课程设计给予的悉心指导！我们的课程设计在时间上应该是比较充裕的。所以我也做了比较充分的准备。先是到学校图书馆和学校的网上数字图书馆收集了各种资料，在老师给我们的技术要求的基础上进行分析整理并加以组织，即构成了自己论文的主体部分。经过两周的努力，我基本按照要求完成了本次课程设计任务。不论是在知识的汲取还是在研究设计的方法上都有很大收益。这也是对自己辛苦和努力的回报。

能够成功的完成这次课程设计，最重要的就是老师们给我的宝贵指导，谢谢刘春元老师牺牲自己的休息时间给我的不倦指导，这是我可以圆满完成课程设计很重要的影响因素。

刘老师严谨的治学态度、一丝不苟的敬业精神以及宽广的学识给我留下了深刻的印象。在跟随刘老师做课程设计论文期间，我不仅学会了如何运用所学过的知识，而且学会了如何解决在做学问时所遇到的问题，同时学会了一些做人的理，其谆谆教诲将使我受益终身！

参考文献

[1] [1]: 贺家李、宋从矩. 《电力系统继电保护原理》第二版[M]，北京，水利电

力出版社，1985

[2]：马长贵. 《高电网继电保护原理》[M]，北京：水利电力出版社，1987 [3]：毛锦庆. 《电力系统继电保护实用技术问答》第二版[M]，北京：中国电力

出版社1999

[4]：范锡普《发电厂电气部分》[M]，北京，中国电力出版社，1987

[5]：许建安. 《电力系统微机继电保护》[M]，北京，中国水利水电出版社，2001 [6]: 何仰赞，温增银. 《电力系统分析》第三版[M]，武汉, 华中科技大学出版社，2002

[7]:陈悦. 《电气工程毕业设计指南电力系统分册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2008

[8]:芮静康. 《现代工业与民用供配电设计手册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2004

[9]:胡虔生，胡敏强. 《电机学》[M]，北京，中国电力出版社，2005 [10]:刘介才，《工厂供电》第四版[M]，北京，机械工业出版社，2004

编号0714250

课程设计

（ 2007级本科）

题目：330kV 单侧电源相间短路保护系（部）院：机电工程系专业：作者姓名：支盛指导教师：王立东职称：讲师完成日期： 2010 年 12 月 1 日

二○一○ 年 11 月

第二章短路电流的计算 . ..................................................................................................................... 4

第三章保护方式的选择及整定计算 . ................................................................................................. 7

第四章仪器及设备的选择 . ............................................................................................................... 10

第五章原理图及展开图的绘制 . ........................................................................................................... 12

330KV 单侧电源电网相间短路保护

摘要：

Keywords ：current protection；distance protection；setting impedance；measurement impedance

第一章引言

1.1前言

第二章短路电流的计算

2.1 基础资料:

网络线路图

X X S.max =3

图 1

零序电抗X 0=3. 5X 1，ϕd =700，X 1=X 2=0. 4Km 电压互感器变比：n TV =22

负荷水平：线路AB 段的最大负荷电流为170A 330KV 断路器的跳闸时间为0.05～0.08

选三段式电流保护和距离保护保护线路AB 、BC ，具体方案实现及设计的有关计算如下：

2.2 三段式电流保护 1短路电流的计算

根据系统运行方式的不同，我们可以分别计算出最大运行方式和最小运行方式的不同电流，计算公式如下所示：

(3)k

E ϕX ∑

E ϕX s +X k

(2) k

ϕ3E ϕ==2X ∑2X s +X k

其中：E ϕ——电势，常采用平均电压U ave

X ∑=X K +X S ——从等效电源到短路点的阻抗

X S 为等效电源阻抗，X K 为短路阻抗下面对不同点发生短路时分别计算： A 点短路:

E ϕ=330⨯=181.45KV Z ∑=Z S Z s . min =2Ω Z s . max =3Ω

可得：

最大三相短路电流

最小两相短路电流 B 点短路:

E ϕ=330⨯I

(3)

k . m a x

=E ϕZ 5A s . m i =n 90. 72K

(2)k .max

=E ϕZ s .max =60.48KA

=181.45KV Z ∑=Z S 1+Z K Z s . m i n =2Ω

Z s . max =3Ω Z AB =Z 1*L AB =0. 4*20=8Ω 最大三相短路电流

I I

(3)

k . m a x

=E ϕ(Z s . m i n +Z A B ) =18. 14K 5 A

(3)k .min

=E ϕZ s .max +Z AB ) =16.495KA

(2)

最小两相短路电流 I min =

) ⨯I k (3. min =14. 29KA 2

C 点短路:

E ϕ=330⨯=181.45KV Z BC =0. 4⨯80=32Ω

当Z s . 1=2Ω，Z s . 2=15Ω 时，Z ∑最小，

Z ∑. min =[(Z s 1. min +Z AB ) //Z s 2. min ]+Z BC =38Ω 当Z s . 1=3Ω，Z s . 2=20Ω 时，Z ∑ 最大，

Z ∑max =[(Z s 1. max +Z AB ) //Z s 2. max ]+Z BC =39. 1Ω 最大三相短路电流

最小两相短路电流

I I

(3)

k . m a x (3)

=E ϕZ =4. 78K A ∑m i n =E ϕZ ∑m i n =4.02KA

k . m a x

各点短路时电流大小的列表

表一

第三章保护方式的选择及整定计算

3.1保护方式的选择及整定计算 1电流保护的计算及整定（1）保护1的Ⅰ段整定

为了保证电流速断保护动作的选择性，对保护1来讲，其整定的动作电流

I set .1. I 必须大于B 点短路时可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下的母线是三相短路时电流I k (3). B .max ①动作电流的整定：

(3)

I =K I set .1. I rel k . B .max

式中I set .1. I —瞬时电流速断保护的动作电流；

K rel —可靠系数，取1.2～1.3；

I k (3). B .max — 被保护线路末端短路时，流过保护的最大短路电流

(3)

I =K I 动作电流 set .1. I rel k . B .max =1.3×18。.145KA=23.59KA

②动作时间：t I =0s ③灵敏度校验

L min %=

⎫1⎫1x =-3=10.86 ⎪s .max ⎪⎪⎪x AB ⎝act .1. I ⎭⎭0.4⎝计算得： L min =10.86km L min %=10.86/20=54.3%>15% (2)保护1的Ⅱ段整定

I set .1=K rel I set .2/K b .min

式中 I set .1—保护1限时电流速断的动作电流；

II I

I I set .2—下一级线路瞬时电流速断的动作电流；

K rel —可靠系数，取1.1～1.2 K b .min —为最小分支系数 K b =I /I 1=1+(Z s 1+Z AB )/Z s 2

K b .min =1+(Z s 1.min +Z AB )/Z s 2.max =1+(2+8)/20=1.50 K b .max =1+(Z s 1.max +Z AB )/Z s 2.min =1.73 由上述数据带入求得：

II I I set .1=K rel I set .2/K b .min =1.1⨯1.3⨯4.78/1.5=4.56KA

II I

②动作时间： t =t +∆t =0.5s

③灵敏度校验：K sen =I k (2)B .min /I set .1=14.29/4.56=3.13>1.5，满足题意

（3）保护1的Ⅲ段整定

III I set .1=K rel K ss I c .max /K re

III I set .1=1.2⨯1.5⨯170/0.85=360A

②动作时间：t III =t II +∆t =1+0.5+0.5=2s ③灵敏度校验

III Ksen(近) =I k (2)B .min /I set .1=14.29/0.36=39.69>1.5满足题意 III Ksen(远) =I k (2)C .min /K b .max I set .1=4.02/1.73⨯0.36=6.45>1.2满足题意

3.2距离保护的计算及整定

AB 线路的正序阻抗：Z AB =0. 4⨯20=8Ω

BC 线路的正序阻抗：Z BC =0. 4⨯80=32Ω （1）保护1的Ⅰ段整定

Z OP . 1=

K Z

rel

=0. 85⨯8Ω=6. 8Ω

=0S

（2）保护1的Ⅱ段整定

其中

Z OP . 1=

Irel

K rel (Z AB +K rel K b . min )

III

=0. 85

IIrel

=0. 8

K b . min =（X A +Z B

Z B

+1）=（

2+8

+1）=1.67 15

IIZ op . 1=0.85（8+0.85×1.67×32）=45.41Ω

② 动作时间：

整定距离保护段的动作时间，应比与之配合的相邻元件保护动作时间大一个时间差级。

t 1II=t 3+∆t =0. 5s

③灵敏度校验： K sen =

Z op . 1

Z AB

45. 41

=5. 68>1. 5 满足要求 8

（3）保护1的Ⅲ段整定

① 整定值： Ⅲ段整定阻抗为：

III

Z op . 1=

Z l . min

III

K rel K rel K ss cos(ϕd -ϕl )

按躲过正常运行最小负荷阻抗整定：

Z l .min =

U A .min ==1059.1Ω I A .max 整定阻抗为：

III

Z op .1=

Z l . m i n

IIIK rel K rel K ss cos(ϕd -ϕl )

1059.1

1.2⨯1.15⨯cos(70o -25.8o ) =1070.51Ω

② 动作时间：与Ⅱ段配合动作时间：

t 1III=t 4+∆t =1. 0+0. 5=1. 5s

③ 灵敏度校验：

本线路末端短路时的灵敏度为: 近后备保护：K sen =

III

Z op .1

Z AB

1070.51

=133.81>1.5 满足要求 8

相邻线路末端短路时的灵敏度为：远后备保护：K sen

IIIZ op . 1

Z AB +X b . max Z BC

其中

X b . max

⎛X A . max +Z AB ⎫⎛3+8⎫= +1⎪= +1⎪=1. 73 ⎪X B . max ⎭⎝⎭⎝15

则： K sen =

1070.51

=16.9>1.2 满足要求。

8+1.73⨯32

第四章仪器及设备的选择

4.1电流互感器的选择

LRGBJ2-35-220 kV干式高压电流互感器额定一次电流200-2000A ；额定二次电流：5A ；

额定电流比：2000/5

4.2 电压互感器的选择

因此电流继电器型号选择为DL —21C 4.4 时间继电器的选择 Ⅱ段保护的动作时限t=0.5s Ⅲ段保护的动作时限t=2s 由下表3可知

因此Ⅱ段保护的时间继电器的型号为DS-21；Ⅲ段保护的时间继电器的型号为DS-23

4.5 信号继电器的选择

JZ7-44/220V型号的中间继电器主要用于交流50Hz/60Hz、额定工作电压至380V 或直流额定电压至220V 的控制电路中，用来控制各种电磁线圈 4.7 断路器的选择

第五章原理图及展开图的绘制

5.1原理图

图2 电流三段式保护单相原理接线图

5.2展开图

信号

图3 展开图

第六章结论

第七章设计总结及心得体会

7.1 设计总结

本次设计的是继电保护的课程设计，题目是关于330KV 单电源电网相间短路保护。在做这次课程设计中我总结出以下几点：

致谢

参考文献

[1] [1]: 贺家李、宋从矩. 《电力系统继电保护原理》第二版[M]，北京，水利电

力出版社，1985

[2]：马长贵. 《高电网继电保护原理》[M]，北京：水利电力出版社，1987 [3]：毛锦庆. 《电力系统继电保护实用技术问答》第二版[M]，北京：中国电力

出版社1999

[4]：范锡普《发电厂电气部分》[M]，北京，中国电力出版社，1987

[7]:陈悦. 《电气工程毕业设计指南电力系统分册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2008

[8]:芮静康. 《现代工业与民用供配电设计手册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2004

[9]:胡虔生，胡敏强. 《电机学》[M]，北京，中国电力出版社，2005 [10]:刘介才，《工厂供电》第四版[M]，北京，机械工业出版社，2004

330kV单侧电源相间短路保护

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