三段式电流保护

课程设计

课程名称电力系统继电保护 . 专业年级电气134 .

姓名刘亚会 . 学号 2013011973 . 提交日期成绩 . 指导教师何自立许景辉 .

水利与建筑工程学院

设计名称三段式电流保护

前言

《电力系统继电保护基础》作为电气工程与自动化专业的一门主要课程, 主要包括课堂讲学、课后实验、课程设计等三个主要部分。在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。

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置的。本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为系统中各元件主要参数计算、正序，负序，零序等值阻抗图、系统潮流计算、动稳定计算、短路电流计算、继电保护方式的选择与整定计算等。其中短路电流的计算和继电保护方式的选择与整定计算是本设计的重点。通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的《电力系统继电保护基础》这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。

【关键词】继电保护短路等值阻抗电流保护

课程设计 . ............................................................................................................................................ 1 水利与建筑工程学院前言 . ............................................................................................................................ 1 前言 . ................................................................................................................................................................ 2 1设计原始资料 . ............................................................................................................................................. 1 1.1 具体题目 . ............................................................................................................................................ 1 2 设计要考虑的问题 . ................................................................................................................................ 2 2.1 设计规程 . ............................................................................................................................................ 2

2.1.1 短路电流计算规程 ................................................................................................................. 2 2.1.2 保护方式的选取及整定计算 ................................................................................................. 3 2.2 设计的保护配置 . ........................................................................................................................ 3 2.2.1 主保护配置 . ............................................................................................................................ 3 2.2.2 后备保护配置 ......................................................................................................................... 3 3 短路电流计算 . ........................................................................................................................................ 4

3.1 等效电路的建立 . ........................................................................................................................ 4 3.2 保护短路点及短路点的选取 ..................................................................................................... 5 3.3 短路电流的计算 . ........................................................................................................................ 5 3.3.1 最大运行方式短路电流计算 ................................................................................................. 5 3.3.2 最小运行方式短路电流计算 ................................................................................................. 5 4 保护的配合及整定计算 ......................................................................................................................... 6

4.1 主保护的整定计算 ..................................................................................................................... 6 4.1.1 动作电流的整定 ..................................................................................................................... 6 总结 . ................................................................................................................................................................ 8 参考文献 . .................................................................................................................................................. 9

1设计原始资料

1.1 具体题目

如图所示网络，过电流保护1、2、3的最大负荷电流分别为300、400、500A ，Eφ=37/ KV，

123Z1=0.4Ω/km，Krel =1.2，Krel =1.1，Krel =1.15，Kss =1.5，Kres =0.85；LA−B=40Km，

LB−C=60Km,ZT=72Ω。t1.max =t2.max =0.5s，t3.max =1sZs.min =3Ω，Zs.max =5 Ω。

图1.1 系统网络图

试对线路AB 、BC 的保护3、4进行电流保护的设计。 1.2 要完成的内容（1）保护的配置及选择；

（2）短路电流计算（系统运行方式的考虑、短路点的考虑、短路类型的考虑）；（3）保护配合及整定计算；

（4）保护原理展开图及展开图的设计；（5）对保护的评价。

2 设计要考虑的问题

2.1 设计规程

2.1.1 短路电流计算规程

在决定保护方式前，必须较详细地计算各短路点短路时，流过有关保护的短路电流，然后根据计算结果，尽可能采用简单的保护方式。其计算步骤及注意事项如下。

（1）系统运行方式的考虑

除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时流过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值和保护灵敏度。在需采用电流电压联锁速断保护时，还必须考虑系统的正常运行方式。

（2）短路点的考虑

求不同保护的整定值和灵敏度时，应注意短路点的选择。若要绘制短路电流、电压与距离的关系曲线，每一条线路上的短路点至少要取三点，即线路的始端、中点和末端三点。

（3）短路类型的考虑

相间短路保护的整定计算应取系统最大运行方式下三相短路电流，以作动作电流整定之用；而在系统最小运行方式下计算两相短路电流，以作计算灵敏度之用。短路的计算选用三相短路或两相短路进行计算均可，因为对保护所取的残余而言，三相短路和两相短路的残余数值相同。

若采用电流电压连锁速断保护，系统运行方式应采用正常运行方式下的短路电流和电压的数值作为整定之用。

（4）短路电流列表

为了便于整定计算时查考每一点的短路时保护安装处的短路电流和，将计算结果列成表格。

流过保护安装处的短路电流应考虑后备保护的计算，即列出本线路各短路点短路时流过保护安装处的短路电流，还要列出相邻线路各点短路时流过保护安装处的短路电流。

计算短路电流时，用标幺值或用有名值均可，可根据题目的数据，用较简单的方法计算。

2.1.2 保护方式的选取及整定计算

采用什么保护方式，主要视其能否满足规程的要求。能满足要求时，所采用的保护就可采用；不能满足要求时，就必须采取措施使其符合要求或改用其他保护方式。

选用保护方式时，首先考虑采用最简单的保护，以便提高保护的可靠性。当采用简单保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，则可采用较复杂的保护方式。

选用保护方式时，可先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。

当采用的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸来校正选择性或加速保护动作。

当灵敏度不能满足要求时，在满足速动性的前下，可考虑利用保护的相继动作，以提高保护的灵敏性。

在用动作电流、电压或动作时间能保证选择性时，不要采用方向元件以简化保护。后备保护的动作电流必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电流大于下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度，以保证选择性。

2.2 设计的保护配置

2.2.1 主保护配置

在满足线路灵敏度要求的情况下，选用三段式电流保护作为主保护。若灵敏度不满足要求时应选用三段式距离保护作为主保护。

2.2.2 后备保护配置

过电流保护作为本线路的近后备保护和相邻线路远后备保护。

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

Z =Z1L

其中：Z1—线路单位长度阻抗； L —线路长度。所以，将数据代入公式可得各段线路的线路阻抗分别为

ZA−B=Z1×LA−B=0.4×40=16Ω ZB−C=Z1×LB−C=0.4×60=24Ω

保护3最大运行方式sh 时阻抗最小时，有

Zs.3.min =Zs.min +ZAB =3+16=19Ω

对保护4最大运行方式即阻抗最小时，有

zs.4.min =Zs.min =3Ω

Xs.min —最大运行方式下的阻抗值；

同理，对于保护3，最小运行方式即阻抗值最大，分析可知在只有XA−B和XB−C运行，相应地有

Zs.3. max=Zs.max +ZA−B=5+16=21Ω

对于保护4，最小运行方式即阻抗值最大，分析可知在只有XA−B运行，相应地有

Zs.4. max=Zs.max =5Ω

由此可得最大运行方式等效电路如图所示，最小运行方式等效电路图如图所示。

最大运行方式等效电路图

最小运行方式等效电路图

3.2 保护短路点及短路点的选取选取B 、C 点进行计算。 3.3 短路电流的计算

3.3.1 最大运行方式短路电流计算

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

IK. max=

式中

E ϕ

EφZΣ

=KφZ+Zs

Eφ

—系统等效电源的相电动势； —短路点至保护安装处之间的阻抗； —保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；

Z k Z s

ϕ—短路类型系数、三相短路取1，两相短路取 2。

(1)对于保护3等值电路图如图3.1所示，母线C 最大运行方式下发生三相短路电流保护的最大短路电流为

IK. C. max=

护的最大短路电流为

IK。B。max=

EφZΣEφZΣ

Eφ

37/ =KφZ3min+Z×19+24=0.497KA

对于保护4等值电路图如图3.1所示，母线B 最大运行方式下发生三相短路电流保

Eφ

s.4. min

=KφZ

+ZAB

=1×

37/ 3+16

3.3.2 最小运行方式短路电流计算

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=式中

E ϕ

Eφ 2Zs. max+ZL

—系统等效电源的相电动势；

Zs. max—保护安装处到系统等效电源之间的阻抗； Z L —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C 点的的最小短路电流。

IK. c、min=

Eφ 2ZS.3. max+ZBC2

×21+24=0.411KA

37/ 5+16

37/ 所以带入各点的数据可以计算得到B 点的的最小短路电流

IK. B. min=

Eφ 2ZS.4max+ZAB2

=0.881KA

4 保护的配合及整定计算

4.1 主保护的整定计算

4.1.1 动作电流的整定对保护3相应的速断整定值

整定原则：按照躲过本线路末端最大短路电流来整定。

Iset.3=Krel. IK. C. max=1.21×0.497=0.601

动作时限：t3=0S

灵敏度校验：

最大保护范围：Lmax =（ILmaxLBC

KφEφ

set .3

−ZS.3.min ）/Z1=(0.601−19)/0.4=41.47Km

37/ =

41.4760

×100%=69.1% >50%(灵敏度满足要求) −ZS.3.max ）/Z1=(2×

37/ 0.601

最小保护范围：Lmin =（ILmin LBC

KφEφ

set .3

−21)/0.4=24.46Km

24.4660

×100%=40.7% >15%(灵敏度满足要求)

对保护3相应的定时限过电流整定值

整定原则：按照大于本线路流过的最大负荷电流整定。

Iset.3

3Krel . KSS

Kres IK. C. min

Iset .3

. IL.3.max =

0.411

1.23×1.50.91

×0.5=1.014

灵敏度校验：

近后备：Ksen=

=1.014=0.405

对保护4相应的速断整定值为

Iset.4=Krel. IK. B. max=1.21×1.124=1.36

动作时限：t4=0S

灵敏度校验：

最大保护范围：Lmax =（ILmaxLAB

KφEφ

set .4

−ZS.4.min ）/Z1=(

37/ 1.36

−3)/0.4=31.77Km

31.7740

×100%=79.4% >50%(灵敏度满足要求) −ZS.4.max ）/Z1=(2×

37/ 1.36

最小保护范围：Lmin =（ILmin LAB

KφEφ

set .4

−5)/0.4=21.51Km

21.5140

×100%=53.8% >15%(灵敏度满足要求)

保护4的限时电流速断定值

整定原则：按照躲过下级线路电流速断保护的最大动作电流来整定。

Iset.4=Krel. Iset.3=1.11×0.601=0.667

动作时限：t4=0.5S

IK. B. min

Iset.4

灵敏度校验： Ksen=

=0.667=1.32 >1.3(灵敏度满足要求)

0.881

对保护4相应的定时限过电流整定值

IK. L. max=1200A=1.2KA

Iset.4

3K. KSS

Kres

. IL.4.max =

1.23×1.50.91

×1.2=2.43

动作时限：t4={t1.max ，t2.max ，t3.max }+Δt=1S+0.5S=1.5S

灵敏度校验：

近后备：Ksen=远后备：Ksen=

IK. B. min

Iset.4

=2.43=0.36

0.411

0.881

IK. C. min

Iset.4

当电流保护灵敏度不满足要求时，利用其他形式保护进行该线路的保护。

总结

本次设计是针对220KV 电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析计算和整定的。根据本次设计的实际要求，线路末端短路根据具体情况和继电保护“四性”的要求, 采用了反应相间短路的距离保护和反应接地故障的零序电流三段式保护；线路之间采用相差高频保护。

通过这次设计，我对自己所学专业知识有了更新、更深层次的认识。由于继电保护的重要性和特殊性，在计算各参数和短路电流过程中，要用到电力系统稳态分析、电力系统暂态分析的相关知识。在这过程中，我深深体会到理论知识的重要性，只有牢固掌握所学的知识，才能更好的应用到实践中去。这次设计提高了我们思考问题、解决问题的能力，它使我们的思维更加缜密，这将对我们今后的学习、工作大有裨益。

此次课程设计是在本人及刘亚会同学的合作下完成的，刘亚会同学负责前期资料的收集，我负责论文的设计，期间二人共同完成了对论文的修改，多亏和刘亚会同学的讨论、交流，才能最终完成此次设计。我也明白了团队合作是至关重要的。

参考文献

[1] 贺家李等. 电力系统继电保护原理. 北京：中国电力出版社，2010.8

[2] 李光琦. 电力系统暂态分析. 北京：中国电力出版社，2007.1

[3] 陈衍. 电力系统稳态分析. 北京：中国电力出版社，2007.6

[4] 陈德树. 计算机继电保护原理与技术[M].北京:中国水利出版社,1992

[5] 何仰赞，温增银. 电力系统分析上、下册[M].武汉:华中科技大学出版社，

9 2002

课程设计

课程名称电力系统继电保护 . 专业年级电气134 .

姓名刘亚会 . 学号 2013011973 . 提交日期成绩 . 指导教师何自立许景辉 .

水利与建筑工程学院

设计名称三段式电流保护

前言

【关键词】继电保护短路等值阻抗电流保护

1设计原始资料

1.1 具体题目

如图所示网络，过电流保护1、2、3的最大负荷电流分别为300、400、500A ，Eφ=37/ KV，

123Z1=0.4Ω/km，Krel =1.2，Krel =1.1，Krel =1.15，Kss =1.5，Kres =0.85；LA−B=40Km，

LB−C=60Km,ZT=72Ω。t1.max =t2.max =0.5s，t3.max =1sZs.min =3Ω，Zs.max =5 Ω。

图1.1 系统网络图

试对线路AB 、BC 的保护3、4进行电流保护的设计。 1.2 要完成的内容（1）保护的配置及选择；

（2）短路电流计算（系统运行方式的考虑、短路点的考虑、短路类型的考虑）；（3）保护配合及整定计算；

（4）保护原理展开图及展开图的设计；（5）对保护的评价。

2 设计要考虑的问题

2.1 设计规程

2.1.1 短路电流计算规程

（1）系统运行方式的考虑

（2）短路点的考虑

（3）短路类型的考虑

若采用电流电压连锁速断保护，系统运行方式应采用正常运行方式下的短路电流和电压的数值作为整定之用。

（4）短路电流列表

为了便于整定计算时查考每一点的短路时保护安装处的短路电流和，将计算结果列成表格。

计算短路电流时，用标幺值或用有名值均可，可根据题目的数据，用较简单的方法计算。

2.1.2 保护方式的选取及整定计算

选用保护方式时，可先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。

当采用的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸来校正选择性或加速保护动作。

当灵敏度不能满足要求时，在满足速动性的前下，可考虑利用保护的相继动作，以提高保护的灵敏性。

2.2 设计的保护配置

2.2.1 主保护配置

在满足线路灵敏度要求的情况下，选用三段式电流保护作为主保护。若灵敏度不满足要求时应选用三段式距离保护作为主保护。

2.2.2 后备保护配置

过电流保护作为本线路的近后备保护和相邻线路远后备保护。

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

Z =Z1L

其中：Z1—线路单位长度阻抗； L —线路长度。所以，将数据代入公式可得各段线路的线路阻抗分别为

ZA−B=Z1×LA−B=0.4×40=16Ω ZB−C=Z1×LB−C=0.4×60=24Ω

保护3最大运行方式sh 时阻抗最小时，有

Zs.3.min =Zs.min +ZAB =3+16=19Ω

对保护4最大运行方式即阻抗最小时，有

zs.4.min =Zs.min =3Ω

Xs.min —最大运行方式下的阻抗值；

同理，对于保护3，最小运行方式即阻抗值最大，分析可知在只有XA−B和XB−C运行，相应地有

Zs.3. max=Zs.max +ZA−B=5+16=21Ω

对于保护4，最小运行方式即阻抗值最大，分析可知在只有XA−B运行，相应地有

Zs.4. max=Zs.max =5Ω

由此可得最大运行方式等效电路如图所示，最小运行方式等效电路图如图所示。

最大运行方式等效电路图

最小运行方式等效电路图

3.2 保护短路点及短路点的选取选取B 、C 点进行计算。 3.3 短路电流的计算

3.3.1 最大运行方式短路电流计算

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

IK. max=

式中

E ϕ

EφZΣ

=KφZ+Zs

Eφ

—系统等效电源的相电动势； —短路点至保护安装处之间的阻抗； —保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；

Z k Z s

ϕ—短路类型系数、三相短路取1，两相短路取 2。

(1)对于保护3等值电路图如图3.1所示，母线C 最大运行方式下发生三相短路电流保护的最大短路电流为

IK. C. max=

护的最大短路电流为

IK。B。max=

EφZΣEφZΣ

Eφ

37/ =KφZ3min+Z×19+24=0.497KA

对于保护4等值电路图如图3.1所示，母线B 最大运行方式下发生三相短路电流保

Eφ

s.4. min

=KφZ

+ZAB

=1×

37/ 3+16

3.3.2 最小运行方式短路电流计算

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=式中

E ϕ

Eφ 2Zs. max+ZL

—系统等效电源的相电动势；

Zs. max—保护安装处到系统等效电源之间的阻抗； Z L —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C 点的的最小短路电流。

IK. c、min=

Eφ 2ZS.3. max+ZBC2

×21+24=0.411KA

37/ 5+16

37/ 所以带入各点的数据可以计算得到B 点的的最小短路电流

IK. B. min=

Eφ 2ZS.4max+ZAB2

=0.881KA

4 保护的配合及整定计算

4.1 主保护的整定计算

4.1.1 动作电流的整定对保护3相应的速断整定值

整定原则：按照躲过本线路末端最大短路电流来整定。

Iset.3=Krel. IK. C. max=1.21×0.497=0.601

动作时限：t3=0S

灵敏度校验：

最大保护范围：Lmax =（ILmaxLBC

KφEφ

set .3

−ZS.3.min ）/Z1=(0.601−19)/0.4=41.47Km

37/ =

41.4760

×100%=69.1% >50%(灵敏度满足要求) −ZS.3.max ）/Z1=(2×

37/ 0.601

最小保护范围：Lmin =（ILmin LBC

KφEφ

set .3

−21)/0.4=24.46Km

24.4660

×100%=40.7% >15%(灵敏度满足要求)

对保护3相应的定时限过电流整定值

整定原则：按照大于本线路流过的最大负荷电流整定。

Iset.3

3Krel . KSS

Kres IK. C. min

Iset .3

. IL.3.max =

0.411

1.23×1.50.91

×0.5=1.014

灵敏度校验：

近后备：Ksen=

=1.014=0.405

对保护4相应的速断整定值为

Iset.4=Krel. IK. B. max=1.21×1.124=1.36

动作时限：t4=0S

灵敏度校验：

最大保护范围：Lmax =（ILmaxLAB

KφEφ

set .4

−ZS.4.min ）/Z1=(

37/ 1.36

−3)/0.4=31.77Km

31.7740

×100%=79.4% >50%(灵敏度满足要求) −ZS.4.max ）/Z1=(2×

37/ 1.36

最小保护范围：Lmin =（ILmin LAB

KφEφ

set .4

−5)/0.4=21.51Km

21.5140

×100%=53.8% >15%(灵敏度满足要求)

保护4的限时电流速断定值

整定原则：按照躲过下级线路电流速断保护的最大动作电流来整定。

Iset.4=Krel. Iset.3=1.11×0.601=0.667

动作时限：t4=0.5S

IK. B. min

Iset.4

灵敏度校验： Ksen=

=0.667=1.32 >1.3(灵敏度满足要求)

0.881

对保护4相应的定时限过电流整定值

IK. L. max=1200A=1.2KA

Iset.4

3K. KSS

Kres

. IL.4.max =

1.23×1.50.91

×1.2=2.43

动作时限：t4={t1.max ，t2.max ，t3.max }+Δt=1S+0.5S=1.5S

灵敏度校验：

近后备：Ksen=远后备：Ksen=

IK. B. min

Iset.4

=2.43=0.36

0.411

0.881

IK. C. min

Iset.4

当电流保护灵敏度不满足要求时，利用其他形式保护进行该线路的保护。

总结

参考文献

[1] 贺家李等. 电力系统继电保护原理. 北京：中国电力出版社，2010.8

[2] 李光琦. 电力系统暂态分析. 北京：中国电力出版社，2007.1

[3] 陈衍. 电力系统稳态分析. 北京：中国电力出版社，2007.6

[4] 陈德树. 计算机继电保护原理与技术[M].北京:中国水利出版社,1992

[5] 何仰赞，温增银. 电力系统分析上、下册[M].武汉:华中科技大学出版社，

9 2002

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