继电保护课程设计

1 绪论随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对继电保护的设计也有了更高、更完善的要求。

设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。

变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。

作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。

随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。

电力系统和继电保护技术的不断发展和安全稳定运行，给国民经济和社会发展带来了巨大动力和效益。

但是，电力系统一旦发生自然或人为故障，如果不能及时有效控制，就会失去稳定运行，使电网瓦解，并造成大面积停电，给社会带来灾难性的后果。

继电保护是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。

许多实例表明，继电保护装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿成严重后果。

因此，加强继电保护的设计和整定计算，是保证电网安全稳定运行的重要工作。

本设计详细介绍了对110KV、35KV以及10KV线路的短路计算，分别算出了各条线路在最大、最小运行方式下发生各种短路时的短路电流，分别确定110KV、35KV、10KV 线路的保护配置方案，并完成整定计算。

还有相间距离保护、接地距离保护、三段式电流保护、零序电流保护的相关概念以及整定与计算原则、保护设备选型等。

2 继电保护装置基本知识2.1 对电力系统继电保护的基本要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

（1）选择性继电保护的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。

（2）速动性快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。

（3）灵敏性继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。

（4）可靠性保护装置的的可靠性是指在该保护装置规定的范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护的不应该动作的情况下，则不应该误动作。

2.2 电力系统继电保护工作的特点继电保护在电力系统中的作用及其对电力系统安全连续供电的重要性，要求继电保护必须具有一定的性能、特点，因而对继电保护工作者也应提出相应的要求。

（1）电力系统是由很多复杂的一次设备和二次保护、控制、调节、讯号等辅助设备组成的一个有机整体。

每个设备都有其特有的运行特性和故障时的工作行为。

（2）电力系统继电保护是一门综合性的科学，它奠基于理论电工，电机学和电力系统等基础理论，还与电子技术、通讯技术、计算机技术和信息科学等新理论新技术有着密切的关系。

（3）继电保护是一门理论和实践并重的学科。

只有经过各种严格的试验，试验结果和理论分析基本一致，并满足预定的要求，才能在实践中采用。

（4）继电保护的工作稍有差错，就可能对电力系统的运行造成严重的影响，给国民经济和人民生活带来不可估量的损失。

此外，还要求工作人员有合作精神，主动配合各规划、设计和运行部门分析研究电力系统发展和运行情况，了解对继电保护的要求，以便及时采取应有的措施，确保继电保护满足电力系统安全运行的要求。

2.3 设计目的和要求通过本课程设计，巩固和加深在《电力系统分析》和《电力系统继电保护原理》课程中所学的理论知识，基本掌握变电所继电保护设计的一般方法，提高电气设计的设计能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。

要求根据变电站接线系统的网络结构、接线方式及负荷性质等条件，选择系统进线、馈线的保护方式及各种保护装置的配合方式，并进行各保护装置的整定计算及灵敏度校验，具体要求为：1、10KV线路保护配置；2、短路电流的计算；3、保护设备选型；4、保护整定计算。

2.4 课程设计的意义及其分析要求1.学习和掌握变电站电气部分设计的基本方法。

2.对所设计的变电站的特点，以及它在电力系统中的地位、作用和运行方式等应有清晰的概念。

3.熟悉所选用电气设备的工作原理和性能，及其在运行中的注意事项。

4.熟悉所采用的电气主接线图，掌握各种运行方式的操作。

5.培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。

在电力系统运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最严重的就是各种形式的短路，严重时会造成故障元件损坏，寿命缩短，电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性严重时可能造成整个系统瓦解。

继电保护装置是一种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自动装置，并根据运行维护条件而动作于跳闸或发出信号减负荷，因此，变电所的继电保护和自动规划就十分必要了。

3 变电所继电保护以及自动装置规划3.1系统功能分析本系统110KV接线出线3回，进线2回（来自两个电源），采用双母带旁母接线。

35KV接线出线8回，3回备用，采用单母线分段接线。

10KV接线出线8回，1回备用，采用单母线分段接线。

3.2 系统故障分析本系统中主要电气设备有主变压器、主接线，其中接线采用的是非直接接地的架空线路。

就变压器而言，电力变压器的故障分为内部故障和外部故障两类。

其外部故障常见的是高低压套管及引线故障，可能会引起变压器出线端的相间短路；其内部故障有相间短路、绕组的匝间短路和绝缘损坏。

就线路而言，其主要故障有单相接地、两相接地和三相接地。

3.3 主变压器继电保护装置设置变压器是变电所的核心部件，根据其故障和不正常运行的情况，从各种故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，设备相应的主保护、异常运行保护如下：主保护：瓦斯保护、纵联差动保护。

后备保护：过电流保护、过负荷保护。

3.4 变电所的自动装置3.4.1 线路的自动保护装置10KV线路有电流速断保护和过电流保护，根据线路的故障类型，按不同的出线回路数设置相应的继电保护装置如下：单回出线保护：适用于L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7出线，采用两段式电流保护即电流速断保护和过电流保护。

其中电流速断保护是主保护，不带时限，0S跳闸。

双回路出线保护：适用于L8出线。

采用平行双回路纵联差动方向差动加电流保护。

其中横联差动保护为主保护，电流保护作为横联差动保护的后备保护。

3.4.2 电能质量的保护装置针对变电所的负荷性质，缩短备用电源的切换时间，提高供电的不间断性，保证人身安全、设备安全等，需在35KV母联断路器和10KV母联断路器外装设备用电源投入装置。

频率是电能质量的基本指标之一，系统频率应保持在50HZ，运行频率和它的额定值将允许差值限制在0.5HZ之内。

3.4.3 110KV、35KV及10KV主接线介绍1、110KV侧采用双母带旁母的接线优点a、提高供电可靠性,便于断路器检修时供电b、检修任意母线，不会停止对用户的供电c、运行调度灵活，通过到闸操作可形成不同的运行方式，倒匝操作要遵守“先合后断”顺序d、便于扩建，双回线不会有交叉跨越2、110KV侧采用双母带旁母的接线缺点a、所用设备较多，隔离开关过多，配电装置复杂，经济性较差，隔离开关易发生误操作b、接线复杂，对实现远动化和自动化不便3、35KV及10KV接线35KV及10KV侧采用了单母分段带母联的设计，既考虑了供电可靠性又考虑了经济性4 继电保护装置的电流、电压保护概述4.1线路各种保护的原理及应用1、相间距离保护（1）距离保护是以反映从故障点到保护安装处之间的阻抗大小的一种保护，以阻抗继电器为主要元件，动作时间具有阶梯特性的相间保护装置。

（2）可应用于任何复杂运行方式多变的系统中有选择性，较快的切除相间故障，如用一般的电流、电压保护不能满足要求时则应考虑采用距离保护装置。

保护特点：装置运行灵活，动作可靠性稳定，各种电网均能适用，但接线复杂维护不方便。

2、接地距离保护（1）它是以测量保护安装处至接地短路点之间的阻抗来反映线路长度距离的。

中性点直接接地系统中发生接地短路，将产生很大的零序电流分量，利用零序分量构成的保护。

（2）零序电流保护由于受电力系统运行方式变化的影响较大，灵敏度低，特别是在短距离的线路以及复杂的环网中，保护范围很小甚至没有，当零序电流保护不能满足电力系统的要求时，则应加装接地距离保护。

保护特点：不经济，设备复杂。

3、三段式电流保护电网正常运行时，输电线路上通过负荷电流，发生相间断路时通过短路电流，短路电流往往比负荷电流大，过电流保护就是利用短路时的电流比正常运行时大的特征来鉴别电网中发生短路故障，一般由瞬时、定时限及过电流来构成其三段式保护。

为防止其误动，可使用电压闭锁的复合过电流保护。

应用：110KV及以下电压等级的单电源出线保护特点：保护简单，维修方便，经济性好。

但由于受运行方式影响较大，且保护时限较长，因此，条件不宜满足。

4、变压器纵联差动保护按照循环电流的原理构成,在变压器两侧都装设电流互感器,其二次绕组按环流原则串联,差动继电器并接在回路壁中,在正常运行和外部短路时,二次电流在壁中环流,使差动保护在正常运行外部短路时不动作,由电流互感器流入继电器的电流应大小相等,相位相反,使得流过继电器的电流为零;在变压器内部发生相间短路时,从电流互感器流入继电器的电流大小不等,相位相同,使继电器内有电流流过.但实际上由于变压器的励磁涌流、接线方式及电流互感器误差等因素的影响,继电器中存在不平衡电流,变压器差动保护需解决这些问题,解决方法有:靠整定值躲过不平衡电流;采用比例制动差动保护;采用二次谐波制动;采用间隙角原理;采用速饱和变流器。

5 设计计算5.1 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5.1所示，图5.1 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。