电力系统继电保护课程设计指导书

电力系统继电保护原理课程设计作者姓名学号指导教师所在院系专业班级目录第一章绪论 (2)第1.1节电力系统继电保护概论 (2)第1.2节继电保护的构成与分类 (3)第二章数据分析 (3)第2.1节数据的分析和整理 (3)第2.2节继电保护的作用 (4)第2.3节计算系统中个原元件主要参数 (4)第2.4节节元件参数一览表 (5)第2.5节输电线路PT和CT的选择 (10)第三章短路电流计算 (11)第3.1节短路计算的目的规定和步骤 (11)第3.2节运行方式的确定 (11)第3.3节短路电流周期计算 (12)第四章电力网电流保护整定和灵敏度检验 (23)第4.1节对继电保护装置的基本要求 (23)第4.2节电流保护整定计算 (24)第五章电力网相间距离保护整定计算与灵敏度检验 (29)第5.1节继电保护的基本要求 (29)第5.2节距离保护整定计算 (30)第六章电力网零序继电保护整定计算 (35)第6.1节概述 (35)第6.2节零序电流保护整定计算 (36)第6.3节零序接地距离保护 (38)第七章高频保护的整定 (40)第八章自动重合闸装置的配置 (43)第7.1节自动重合闸的作用和要求 (43)第7.2节自动重合闸的配置 (43)附录 (44)参考文献 (48)第一章绪论第1.1节电力系统继电保护概论从科学技术的角度，电力系统继电保护隶属于电力系统及其自动化专业领域；从工业生产的角度，电力系统继电保护是电力工业的一个必不可少的组成部分，担负着保障电力系统安全运行的重要职责。

继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。

继电保护技术是一个完整的电力技术理论体系。

它主要由电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计与继电保护运行及维护等技术构成。

1.1.1 继电保护的基本概念电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源，电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。

某变电所的电气主接线如图所示。

已知两台变压器均为三绕组、油浸式、强迫风冷、分级绝缘.其参数：MVA S N 5.31=.电压：kV 11/%5.225.38/%5.24110⨯±⨯±.接线：)1211//(//011--∆y Y d y Y N 。

短路电压：5.10(%)=HM U ；6(%);17(%),==ML L H U U 。

两台变压器同时运行.110kV 侧的中性点只有一台接地；若只有一台运行.则运行变压器中性点必须接地.其余参数如图4-1所示。

图1.1 某变电所主接线1设计计算 1.1短路电流计算用标幺值计算短路电流参数.确定短路计算点.计算短路电流值。

1、画出短路等值电路 如图4.2所示.图1.2 短路等值电路图计算各元件电抗参数.取基准容量MVA S d 100=.基准电压为kV U d 5.101=.kV U d 372=；基准电流为： A I d 55005.1031010031=⨯⨯=.A I d 15603731010032=⨯⨯=（1） 计算电源系统基准电抗的标幺值。

1.01000100max .min .===k d s S S X . 2.0500100min.max .===k d s S S X （2） 变压器各侧阻抗标幺值。

()75.106175.1021001=-+=k U .()25.06175.1021002-=+-=k U ()25.66175.1021003=++-=k U .3413.05.3110010075.10100001.=⨯==TN d k HT S S U X007937.05.3110010025.0100002.-=⨯-==TN d k MT S S U X 1984.05.3110010025.6100003.=⨯==TN d k LT S S U X （3） 线路的基准电抗标幺值。

442.55.10100154.02221121=⨯⨯===d d l l U S l X X X 023.137100154.02233142=⨯⨯===d d l l U S l X X X 1.2短路电流计算由主接线分析可知.变压器的主保护为一台变压器单独运行为保护的计算方式.保护时.变压器后备保护作保护线路的远后备保护时.要校验k3、k4两点的灵敏系数.因此.除需要计算k1、k2两点最大、最小运行方式短路电流外.还需计算k3、k4两点的最小短路电流。

目录实验的基本要求和安全操作说明 (1)实验的基本要求 (1)安全操作说明 (3)第一部分电力系统综合自动化 (4)实验一发电机组的起动与运转实验 (4)实验二手动准同期并网实验 (9)实验三半自动准同期并网实验 (11)实验四自动准同期并网实验 (13)第二部分电力系统微机继电保护 (15)实验一模拟系统正常﹑最大﹑最小运行方式 (15)实验二模拟系统短路实验 (17)实验三微机过电流保护 (19)实验四微机无时限电流速断保护 (22)实验五微机带时限电流速断保护 (25)实验六阶段式电流保护 (28)实验七运行方式对保护灵敏度的影响及灵敏度的校验 (31)实验八电流电压联锁保护原理与实验 (32)实验九反时限保护实验 (37)第三部分附录 (41)附录一功角指示装置原理说明 (41)附录二THLWT微机调速装置使用说明 (42)附录三THLWL微机励磁装置使用说明 (46)附录四THLWZ微机准同期装置使用说明 (52)附录五THLCL常规励磁使用说明 (58)附录六TSL-300/01微机线路保护装置使用说明 (61)附录七发电机组维护与保养 (75)附录八一次系统实训 (76)实验的基本要求和安全操作说明实验的基本要求THLZD-2型电力系统综合自动化实验平台的实验的目的在于使学生掌握系统运行的原理及特性，学会通过故障运行现象及相关数据分析故障原因，并排除故障。

通过实验使学生能够根据实验目的，实验内容及测取的数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。

在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。

现按实验过程提出下列具体要求。

一、实验前的准备实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。

每次实验前都应做好预习，才能对实验目的、步骤、结论和注意事项等做到心中有数，从而提高实验质量和效率。

预习应做到：1．复习教科书有关章节内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。

2．认真学习实验指导书，了解本次实验目的和内容，掌握实验工作原理和方法，仔细阅读实验安全操作说明，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验设备进行预习，熟悉组件的编号，使用及其规定值等）。

《电力系统继电保护》课程设计任务书适用专业：发电厂及电力系统（三年制）电力系统继电保护及自动化（三年制）电气工程系2008年4月《继电保护课程设计》任务书一、目的要求：通过本课程设计，使学生掌握和应用电力系统继电保护的设计、整定计算、资料整理查询和电气绘图等使用方法。

在此过程中培养学生对各门专业课程整体观的综合能力，通过较为完整的工程实践基本训练，为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。

本课程主要设计35KV（110KV）线路、变压器、发电机继电保护的原理、配置及整定计算，给今后继电保护的工作打下良好的基础。

二、设计题目：（一）双侧电源的35KV线路继电保护的配置及整定计算。

1、原始资料：某双侧电源的35KV线路网络接线如下：已知：（1）、电厂为3台3⨯6000KW、电压等级为6、3KV的有自动电压调节器的汽轮发电机，功率因数cosϕ=0.8，X d”=0.125, X2=0.15, 升压站为2台容量各为10MV A的变压器U d =7.5%，各线路的长度XL—1为20KM；XL—2为50KM；XL—3为25KM；XL—4为14KM ；XL—5为40KMA发电机系统（2）、电厂最大运行方式为3台发电机、2台变压器运行方式，最小运行方式为2台发电机、2台变压器运行方式；XL—1线路最大负荷功率为10MW，XL—4线路最大负荷功率为6MW。

（3）、各可靠系数设为：K I rel =1.2，K II rel =1.1，K III rel =1.2，XL—1线路自起动系数K Ms =1.1，XL—4线路自起动系数K Ms=1.2，XL—5线路过流保护的动作时限为1.6秒, XL—3线路C 侧过流保护的动作时限为1.0秒，保护操作电源为直流220V。

（4）、系统最大短路容量为135MV A ,最小短路容量为125MV A。

2、设计任务（1）选出线路XL—1A侧，XL—4线路电流互感器变比。

电力系统继电保护实验指导书机电工程学院电气工程教研室实验一 电磁型电压电流继电器特性实验1．实验目的1）了解继电器基本分类方法及其结构。

2）熟悉几种常用继电器，如电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器等的构成原理。

3）学会调整、测量电磁型继电器的动作值、返回值和计算返回系数。

4）测量继电器的基本特性。

2．实验内容1）电流继电器特性实验电流继电器动作、返回电流值测试实验。

实验电路原理图如图1所示：图1 电流继电器动作电流值测试实验原理图实验步骤如下：（1）按图接线，将电流继电器的动作值整定为1A ，使调压器输出指示为0V ，滑线电阻的滑动触头放在中间位置。

（2）查线路无误后，先合上三相电源开关（对应指示灯亮），再合上单相电源开关和直流电源开关。

（3）慢慢调节调压器使电流表读数缓慢升高，记下继电器刚动作（动作信号灯XD1亮）时的最小电流值，即为动作值。

（4）继电器动作后，再调节调压器使电流值平滑下降，记下继电器返回时（指示灯XD1灭）的最大电流值，即为返回值。

（5）重复步骤（2）至（4），测三组数据。

（6）实验完成后，使调压器输出为0V ，断开所有电源开关。

（7）分别计算动作值和返回值的平均值即为电流继电器的动作电流值和返回电流值。

-（8）计算整定值的误差、变差及返回系数。

误差＝［动作最小值－整定值 ]／整定值变差＝［动作最大值－动作最小值］／动作平均值 100%返回系数＝返回平均值／动作平均值表1 电流继电器动作值、返回值测试实验数据记录表2）电流继电器动作时间测试实验电流继电器动作时间测试实验原理图如图2所示：图2 电流继电器动作时间测试实验电路原理图实验步骤如下：（1）按图接线，将电流继电器的常开触点接在多功能表的“输出2”和“公共线”，将开关BK的一条支路接在多功能表的“输入1”和“公共线”，使调压器输出为0V，将电流继电器动作值整定为1.2A，滑线电阻的滑动触头置于其中间位置。

目录实验装置常用字符表 (2)电源操作及安全 (3)实验装置使用说明 (6)实验一：电磁型电流继电器和电压继电器实验 (8)实验二：电磁型时间继电器实验 (14)实验三：信号继电器实验 (18)实验四：中间继电器实验 (21)实验五：功率方向继电器实验 (25)实验六：差动继电器实验 (33)实验七：反时限继电器实验 (41)实验八：三相一次重合闸装置实验 (48)实验九：线路过流保护实验 (53)实验十：低电压闭锁过电流保护实验 (57)实验十一：电流闭锁电压速断保护实验 (60)实验十二：具有灯光监视的断路器控制回路实验 (65)实验十三：中央复归式信号装置实验 (69)实验十四：自动重合闸前加速保护实验 (73)实验十五：自动重合闸后加速保护实验 (75)实验十六：网络式输电线路阶段式电流保护实验 (77)实验十七：过流保护与三相自动重合闸装置（后加速）综合实验 (88)EPL-I型继电特性及线路保护实验装置常用字符表电源操作与安全一、开启实验装置的步骤：1）开启电源前，要检查控制屏下面“直流高压电源”必须置“关”断的位置。

控制屏左侧面上安装的自耦调压器必须调在零位，即必须将调节手柄沿逆时针方向旋转到底。

2）检查无误后开启漏电断路器“电源总开关”“，停止”按钮指示灯、电源分相指示灯亮，表示实验装置的进线已接通电源，但还不能输出电压。

此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。

3）按下“启动”按钮，“启动”按钮指示灯亮，只要调节自耦调压器的手柄，在输出口U、V、W处可得到0～450V的线电压输出，由于本实验装置线路额定工作电压为100V，所以该实验装置采用了限压装置，可调电压为0～120V，并由控制屏上交流电压表指示。

电压表指示三相电网进线的线电压值。

装置电源简图4）按下“启动”按钮后，可打开直流操作电源，向微机保护装置控制回路和信号回路或向电磁继电器提供直流电源。

5）实验中如果需要改接线路，必须按下“停止”按钮以切断交流电源，保证实验操作的安全。

电力系统继电保护课程设计三级距离保护目录一、选题背景41.1 选题意义41.2 设计来源41.3 待补内容42.拟设计题目分析52.1 设计规则52.2 保护配置52.2.1 主保护配置52.2.2 后备保护配置63、短路电流和残压的计算63.1 等效电路的建立63.2 保护短路点的选择63.3 短路电流的计算73.3.1 最大运行模式下短路电流的计算73.3.2 最小工作模式短路电流计算74. 保护合作74.1 线路 L1 距离保护的设置与验证74.1.1 线路L1距离保护段I整定74.1.2 二段线路L1距离保护设置84.1.3 线路L1距离保护段III整定84.2 线路 L3 距离保护的设置与验证94.2.1 线路L3距离保护I段设置94.2.2 线路 L3 隔离保护段 II 整定94.2.3 线路 L3 距离保护 Section III 设置105. 实验验证10六、继电保护设备的选择106.1 变压器的选择106.1.1 电流互感器的选择116.1.2 电压互感器的选择126.2 继电器的选择136.2.1 根据使用环境选择136.2.2 根据不同的输入信号确定继电器类型136.2.3 输入参数的选择136.2.4 根据负载情况选择继电器触点的类型和容量13结论14参考文献14一、选题背景1.1 选题意义随着电力系统的发展，出现了容量大、电压高、距离远、负荷重、结构复杂的电网。

这时简单的电流电压保护已经不能满足电网的保护要求。

在高压长距离重载线路上，线路的最大负载电流有时会接近线路末端的短路电流，因此过流保护不能满足此类线路的灵敏度系数要求。

另外，对于电流速断保护，保护罩受电网运行方式变化的影响，保护罩不稳定，有时没有保护区域，过流保护动态运行时限是按照阶梯原理设定的，往往有较长的时限。

因此，不能满足系统快速排除故障的要求。

对于多电源的复杂网络，定向过流保护的动作时限往往无法根据选择性要求设定，动作时限长，不能满足电力系统对保护快速性的要求。

《电力系统继电保护》课程自学指导书一、课程的任务和教学目标《电力系统继电保护》是电气工程及其自动化专业的专业课，是选修课。

通过本课程学习，应使学生深刻地认识到，电力系统继电保护在保证电力系统的安全稳定运行中所起的重要作用;使学生掌握电力系统继电保护的基本原理、基本概念,这将利于学生从事本专业范围内的实际工作。

二、课程的主要内容绪论（面授2学时,自学6学时)通过对电力系统故障和不正常运行状态对电力系统危害的分析，引出了电力系统继电保护的基本作用和对继电保护装置的基本要求，并根据电力系统故障和不正常运行状态所表现出的一些电气量和非电气量在故障发生前后的一些显著变化特点,引出了构成继电保护装置的基本原理及保护装置的基本组成。

第一章电网的电流电压保护（面授１2学时,自学36学时)本章主要从电力系统发生故障时,电流增大和电压降低这两个主要特征入手,揭示了反应各种短路故障的电流、电压保护的基本工作原理。

并且,为了确保电流电压保护在不同的电力网结构中及不同的短路故障情况下能正确动作,本章分别介绍了适合单侧电源供电、灵敏地反应电网相间短路的三段电流保护的基本工作原理及其接线方式;适合双侧电源供电、灵敏地反应电网相间短路的方向电流保护的基本原理、功率方向继电器的工作原理和接线方式;反应电网接地短路的零序电流保护的工作原理,并分别针对大接地电流系统和小接地电流系统的单相接地短路的特点予以分析。

第二章电网的距离保护(面授６学时，自学２4学时)本章主要从电网电流电压保护在电力系统发生故障时,保护范围受系统运行方式影响大,保护的灵敏度较低的特点出发，同时考虑到电力系统故障时的两个显著特点，即电流增大、电压降低,而引入反应线路电压与电流比值(阻抗）的距离保护。

由于电力系统发生故障时，电压降低、电流增大，所以,距离保护中的阻抗继电器在电网正常运行时，所测量的阻抗是额定电压与额定负荷电流的比值,即负荷阻抗；而当电力系统发生故障时，所测量的阻抗是保护安装处的电压与短路电流的比值，如果阻抗继电器的接线方式选择合适，此值即为短路点与保护安装处的线路阻抗,此值远远小于正常运行时的负荷阻抗，所以,距离保护为低动作量的继电保护装置，即线路发生故障时，反应的是比整定阻抗的整定值低而动作的一种继电保护。

《继电保护原理》课程设计指导手册广西科技大学（筹）电气学院电气工程及其自动化教研室2013年12月继电保护原理课程设计学院：电气学院适用专业：电气工程及其自动化课程设计名称：继电保护原理课程设计课程代码：一、课程设计目的本课程设计是学生在学完《电力系统继电保护原理》课程之后、进行的一个综合性的教学实践环节。

通过本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。

通过本课程设计，学生能运用电气基础课程中的基本理论和实践知识，正确地解决电力变电所、牵引变电所的主要元件保护设计等问题。

通过对电力变电所或牵引变电所的某一主要设备的保护设计的计算、整定及保护的具体接线训练，可以提高学生继电保护的设计能力，学会使用相关的手册及图册资料：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。

二、课程设计的要求学生要按照课程设计指导书的要求，根据题目所给原始参数进行设计。

本课程设计的基本步骤是：1、能根据提供网络以及已知条件，按照部颁继电保护和自动装置整定计算的规范进行设计。

2、通过学习应熟悉电力系统继电保护设计与配置的一般规定；3、正确理解继电保护整定计算的基本任务；4、掌握整定计算的步骤；熟悉主保护、后备保护和辅助保护在电力系统中的应用；5、对继电保护基本要求之间，能分别地进行综合考虑；6、掌握整定计算对系统运行方式的选择以及短路类型、短路点的确定；7、掌握整定系数的分析与应用；掌握整定计算配合的原则。

三、课程设计的主要内容及注意事项（一）主要内容：1、保护的配置及选择；2、短路电流计算及残余电压的计算（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、保护原理展开图的设计；5、对保护的评价。

实验一 电流电压联锁保护原理与实验一、实验目的1、通过实验进一步理解电流电压联锁保护的原理、并掌握其整定和计算的方法。

2、掌握电流电压联锁保护适用的条件。

二、实验原理 1、电压速断保护在电力系统的等值电抗较大或线路较短的情况下，当线路上不同地点发生相间短路时，短路电流变化曲线比较平坦，见图10-1所示的无时限电流速断保护。

电流速断保护的保护范围较小，尤其是在两相短路和最小运行方式时的保护范围更小，甚至没有保护范围。

在这种情况下，可以采用电压速断保护，而不采用电流速断保护。

在线路上不同地点发生相间短路时，母线上故障相之间残余电压Ucy 的变化曲线如图10-2所示。

从图中看出，短路点离母线愈远，Ucy 愈高。

其中：①表示最大运行方式下Ucy 变化曲线；②表示最小运行方式下的 Ucy 变化曲线。

电压速断保护是反应母线残余电压Ucy 降低的保护。

在保护范围内发生短路时，Ucy 较低，保护装置起动；在保护范围以外发生短路时，Ucy 较高，保护装置不起动。

如同电流速断保护一样，电压速断保护可以构成无时限的，也可以构成有延时的。

在图10-2所示的线路上，如果装有保护相间短路的无时限电压速断保护，它的动作电压Udx 应整定为kLd kcy K X I K U Udx )3(min .min .3==（10-1）式中Ucy.min —— 最小运行方式下在线路末端三相短路时，线路始端母线上的残余电压；)3(min .d I —— 上述短路时的短路电流；X l —— 线路电抗；Kk —— 可靠系数，考虑到电压继电器的误差和计算误差等因素，它一般取1.1～1.2。

从图10-2可见，在最小运行方式下，电压速断保护的保护范围（Ib.min ）最大；在最大运行方式下，保护范围（Ib.max ）最小。

所以电压速断保护应按最小运行方式来整定动作电压，按最大运行方式来校准保护范围。

在线路上任何一点发生短路时，不论是三相短路还是两相短路，母线上故障相之间的残余电压是相等的。