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继电保护原理课程设计报告
专业：电气工程及其自动化
班级：电气1004
姓名：王英帅
学号：201009341
指导教师：峰
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2013年7月18日
1 设计原始资料
1.1 具体题目
如下图所示网络，系统参数为：
3115/E =? kV ，G115X =Ω、G310X =Ω,160L =km ，340L =km ，B-C 50L =km ，
C-D 30L =km ，D-E 20L =km ，线路阻抗0.4Ω/km ，
I rel 1.2K =、III rel rel 1.15K K II ==,A 300I max C.-B =、C-D.max 200A I =、D-E.max 150A I =，SS 1.5K =，re 0.85K =
1.2 要完成的任务
我要完成的是对保护5和保护3进行三段电流保护的整定设计，本次课程设计通过对线路的主保护和后备保护的整定计算来满足对各段电流及时间的要求。
2 设计的课题内容
2.1 设计规程
根据规程要求110kV 线路保护包括完整的三段相间距离保护、三段接地距离保护、三段零序方向过流保护和低频率保护，并配有三相一次重合闸功能、过负荷告警功能，跳合闸操作回路。在本次课程设计中涉及的是三段过流保护。其中，I 段、II 段可方向闭锁，从而保证了保护的选择性。
2.2 本设计保护配置
2.2.1 主保护配置
主保护：反映整个保护元件上的故障并能最短的延时有选择的切出故障的保护。在本设计中，I 段电流速断保护、II 段限时电流速断保护作为主保护。 2.2.2 后备保护配置
后备保护：主保护拒动时，用来切除故障的保护，称为后备保护。作为下级主保护
拒动和断路器拒动时的远后备保护，同时作为本线路主保护拒动时的近后备保护，在本次设计中，III 段定时限过电流保护作为后备保护。
3 短路电流的计算
3.1 等效电路的建立
本次课程设计线路等效阻抗如图1所示。
图1 线路的等效阻抗
3.2 短路点的选取
当供电网络中任意点发生三相或两相短路时，流过短路点与电源线路中的短路电流可近似计算式为
k
s k Z Z E K I +=??
其中，?E —系统等效电源的相电动势
k Z —短路点至保护安装处之间的阻抗 s Z —保护安装处到系统等效电源之间的阻抗 ?K —短路类型系数，三相短路取1，两相短路取
2
3
3.3 短路电流的计算
3.3.1 最大方式运行下的短路电流
在保护5和保护3配合时，由于两处保护流过的电流不同，所以想要计算整定一定要考虑最小分支系数，最小分支系数为：
57.124
1512
1024151
3
1L G1L G3L G1b.min =++++=
++++=
Z X Z X Z X K
对于继电保护而言，最大运行方式是指在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大，其对应的系统的等值阻抗最小，等效电源最小阻抗值为
()()Ω==++==14.0739//22//31L G3L G1s.min s Z X Z X Z Z
在最大方式下,各母线的最大电流为 1.95kA 20
07.143
115C
B s.min k .C.max =+=
+=-Z Z E I ?
1.33kA 24
16103
1151
3L L G3k .A.max =++=
++=Z Z X E I ?
2.56kA 16
103
1153
L G3k .B.max =+=
+=
Z X E I ?
1.42kA 12
2007.143
115D
C C B s.min k .D.max =++=
++=
--Z Z Z E I ?
3.3.2 最小方式短路电流
最小运行方式是指在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小，其对应系统的等值阻抗最大，等效电源最大阻抗值为
Ω=+==391L G1s.max s Z X Z Z
在最小方式下，各母线的最小电流为
22kA .22
3
k .B.max k .B.min ==I I 1.15kA 2
3
k .A.max k .A.min ==
I I 0.97kA 20
393
1152323C B s.max k .C.min =+?=+=
-Z Z E I ?
0.81kA 12
20393
1152323D C C B s.max k .D.min =++?=++=
--Z Z Z E I ?
4 保护配合与整定计算
4.1 主保护的整定计算
4.1.1 动作值
保护3的I 段整定电流为
34kA .22.195.1max .C .k I rel I set.3=?==I K I
保护5的I 段整定电流为
kA 07.356.22.1k .B.max I rel I set.5=?==I K I
保护3的II 段整定电流为
I Ιset.2rel k.D.max 1.2 1.42 1.71kA I K I ==?= II II Ιset.3rel set.2 1.15 1.71 1.96kA I K I ==?=
保护5与保护8配合时，保护5的II 段整定电流为
60kA .133.12.1k .A.max I
rel I set.8
=?==I K I 1.83kA 60.115.1I set.8II rel II set.5
=?==I K I 保护5与保护3配合时，由于两段线路上的电流不同，所以在计算整定值时应考虑到最小分支系数，此时保护5的II 段整定电流为
73kA .134.256
.115.1I 3
.set min .b II rel II
set.5
=?==I K K I
4.1.2 动作时间
在本次课程设计中，为了满足可靠性，主保护中的电流速断保护要瞬时动作，所以动作时间可认为是0s ，而定时限过电流保护应延时一定时间后在动作（t ?一般可取0.5s ），从而满足延时后主保护的能有效的切除故障。
各保护的时限为
{}
I 35II I 32II I I 5830s
max ,t t t t t t t t t t I
===+?=+?+? 4.1.3 灵敏度校验
为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力，这个灵敏度系数的含义为
sen K =
保护范围内发生金属性短路时故障参数的计算值
保护装置的动作参数值
保护3的灵敏度为
sen K =
k.C.min
II
set.3
I I =0.5＜1.2 由于保护3的灵敏度不符合要求，那就意味着将来真正发生故障的时候，当有不利因素影响保护可能启动不了，达不到保护线路全长的目的，这是不允许的。为了解决这个问题，通常都是考虑降低限时电流速断的整定值，使之与下级线路的限时电流速断相配合，所以在满足灵敏度要求的前提下取sen K =1.2
II set.3I =
k.C.min
sen
0.81A I K = 通过计算可知，降低保护3的电流整定值为0.81A ，这样其动作时限就应该选择得比下级线路限时速断的时间在高一个时间段，此时限时电流速断的动作时限为1~1.2s ，即II 3t =1s 。可见，保护范围的伸长，必然将导致动作时限的升高，在这种情况下也可以加装距离保护共同构成主保护来满足要求。
当保护5和保护8配合时灵敏度为
sen K =
2.122.1II
set.5
k .B.min
>=I I 当保护5和保护3配合时灵敏度为
sen K =
2.1
3.1II
set.5
k .B.min
>=I I 由灵敏度校验可知，保护5的II 段灵敏度系数满足要求。
4.2 后备保护的整定与计算
由以上分析可知，定时过电流保护作为后备保护，当主保护拒动时，后备保护起作用切除故障，在本次课程设计中，通过对保护3和5的III 段电流整定来对后备保护进行整定与计算。 4.2.1 动作值
保护3的III 段电流为
III III rel ss set.3
L.B Cmax re
0.608kA K K I
I K -==
保护5的III 段电流为
608kA .0Cmax L.B re
ss III rel ss.max
III
rel III set.5
===-I K K K I
K I
其中，re K 为返回系数，ss K 为启动系数。 4.2.2 动作时间
保护3的III 段时限为 III 3 1.5s t = 保护5的III 段时限为 III 52s t = 4.2.3 灵敏度
保护3作为近后备灵敏度为 sen K =
2.16.1III
set.3
k .C.min
>=I I
保护3作为远后备灵敏度为 sen K =k.D.min
III
set.3
1.31.2I I => 保护5作为近后备灵敏度为 sen K =
2.1
3.65III
set.5
k .B.min
>=I I 保护5作为远后备灵敏度为 sen K =
2.11.6III
set.5
k .C.min
>=I I 由计算可知，后备保护灵敏度都满足要求，在本次课设中，主保护拒动时，后备保护完成可以起到作用。
5电流互感器的选择
本设计中使用较多的是电流互感器，所以对电流互感器的选择就显得尤为重要，常用的电流互感器按其安装方式可分为单独安装的和设备附属两大类，单独安装式电流互感器其结构多为油浸式，设备附属式电流互感器其结构多为浇注绝缘式。由于油浸式互感器具有结构简单，散热快，传导均匀，易修复，价格与其他形式绝缘的干式互感器相比较低，便于操作等优点。所以在本次课程选用油浸式互感器即选LCWB7-220户外型电流互感器。
6 原理图的绘制
在绘制原理图时可分为保护测量电路和保护跳闸电路，分别如图2和图3所示。保护测量电路体现了对电流的采集和测量的过程，满足了相间短路时对于故障的切除，保护跳闸回路则主要体现了线路短路时的跳闸过程，原理图是对三段保护的跳闸原理进行了图示的解释。
图2 保护测量电路
+WC
-WC
图3 保护跳闸电路
7 结论
由于三段的动作电流和动作时间整定的均不同，各自动作的条件和时间顺序也就有了先后。发生故障时，主保护先动作，当主保护拒动时，后备保护动作，保证故障能顺利切除。使用I 段、II 段或III 段电流保护，其优点主要有：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，保护的缺点：它直接受电网的接线以及电力系统的运行方式的变化的影响，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灵敏系数或保护范围的要求。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，在高电压线路中可与其他保护相配合，作为一种辅助手段。
本次课程设计中，通过对保护3和保护5的三段整定计算，运用主保护和后备保护相配合满足了对线路保护的基本要求。