继电保护

1设计原始资料

1.1具体题目

（1） 运行方式如下

最大方式： F 厂2 台发电机2 台变压器运行；A 厂2 台发电机2 台变压器运行。 最小方式：F 厂1 台发电机1 台变压器运行；A 厂1 台发电机1 台变压器运行。

系统图中线路处所标的kVA 负荷为线路最大负荷。负荷自启动系数为1.5，线路电抗为0.4Ω/kM，线路阻抗角62°（此角度供选取方向继电器使用）。简化：在计算线路阻抗和短路电流时可忽略线路电阻。.

（2）SB=100MVA，阻抗图和短路电流均使用标幺值计算，取小数点后3 位有效位。二相短路近似为三相短路电流的0.866倍。可靠系数和灵敏度系数取书本要求范围之下限。

G变635kM5E变438kM31 80000kVA14%10.5kV14000kVA20000kVA10.5kVA厂7D变35kV35kVF厂23kM 215000kVA8% 2100MW\"Xd0.1833cos0.85215000kVA8%212000kVAX0.1426 0.85cos10.5kV

完成三段（方向）电流保护设计。

1.2要完成的任务

完成的是对保护7，保护2和保护1进行三段电流保护的整定设计。

2.设计课题的内容

2.1设计规程

对35KV线路的三段过电流保护的整定应满足选择性、灵敏性、速动性的要求，不能兼顾时，应在保证基本的灵敏度系数要求的前提下进行合理取舍。

1

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2.2阻抗计算

取基准值SB=100MVA，UN=37KV, IBBS3U1.560KA,

B2UUBTN=37KV, ULN=37KV, XBS13.69。

B（1）发电机参数的计算： 发电机电抗的标幺值：

X*X''d(%)SBGS N 式中：X''d（%）—发电机次暂态电抗；

UN —发电机额定电压； SB—基准容量100MVA； SN—发电机额定容量； 由题中所给量，可由以下公式计算：

X*BGXSdS N（2）变压器参数计算： 变压器电抗的标幺值：

X*Uk(%)SBTS N 式中：Uk(%)—变压器短路电压百分值； UN —发电机额定电压； SB—基准容量100MVA； SN—发电机额定容量； （3）线路阻抗计算：

2

1）2）3）（

（ （ 继电保护原理课程设计报告

Xl*xL 式中： x—线路电抗0.4Ω/km； L—线路长度； Uav.n—平均额定电压；

SB 2Uav.n（4） A、G两个电厂电抗的标幺值计算公式为 XAXd*SB SN XC（5）对于A系统：

* XA.max*SB SdSBSd.min

X*A.minSB Sd.max2.3计算结果

A,F两个发电厂电抗的标幺值的计算结果如表1所示

表1 A、F两个发电厂电抗的标幺值 A F 最大电抗 最小电抗 0.092 0.078 0.594 0.192 四台变压器电抗的标幺值的计算结果如表2所示

表2 变压器电抗的标幺值

变压器 编号 T1 T2 T3

额定容量 S N (kVA) 2×15000 80000 2×15000 短路电压百分数U k(%) 8 14 8 3

电抗的 标幺值 0.533 0.175 0.533 继电保护原理课程设计报告

输电线路电抗的标幺值的计算结果如表3所示

表3 输电线路电抗的标幺值

线路编号 E—D G—E F—D 平均额定电压（kV） 线路长度（kM） 10.5 10.5 10.5 38 35 3 电抗的标幺值 1.110 1.023 0.087 2.2.1主保护配置

主保护配置为电流速断保护I段和限时电流速断保护II段。 (1)

电流速断保护公式为

IⅠKⅠI （1）

set.1relk.max

Ik.maxⅠ （2） EZs.minz1l式中，Krel是可靠系数，一般取为1.2~1.3；本题中取1.2；Ik.max是下级线路出口处的最大短路电流，E是系统等效电源的相电动势，z1是线路单位长度的正序阻抗，l是本线路的长度，Zs.min是保护安装处到系统等效电源之间的最小阻抗。 (2)

限时电流速断保护公式为

ⅡI （3） IⅡset.2KrelIset.1式中，Krel是可靠系数，一般取1.1~1.2；本题中取1.1；Iset.2是本线路Ⅱ段保护的整定值，Iset.1是下级线路的Ⅰ段保护整定值。 2.2.2后备保护配置

后备保护配置为限时过电流保护Ⅲ段，则保护装置的启动电流即为

IIIIIIⅡⅠIIIsetIIIKrelKssIL.maxKre （4）

式中，Krel是可靠系数，一般采用1.15~1.25，本题中取1.15；Kss是自启动系数，数值大于1，由网络具体接线和负荷性质确定，本题中要求取1.5；Kre是电流继电器的返回系数，一般采用0.85~0.95，本题中取0.85；IL.max是线路上出现的最大负荷电流。

3保护的配合及整定计算

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3.1保护7的Ⅰ段整定计算

*由A电源供电，最大运行方式：Xmin.10.0780.5330.611

2* 最小运行方式：Xmax.10.0920.5330.625

I*k.D.maxE***Xmin.1XT111.1339

0.3450.533由公式（1）得

**Iset.4KrelIk.D.max1.21.1391.367

（1）动作时间

第I段实际动作时间为保护装置本身的固有时间。

It4=0(s)

（2）长度校验

按在最小运行方式下两相短路进行校验，电流速断保护的最小保护范围长度要求大于被保护线路全长的15%至20%。计算式最小保护范围为：

** Iset.4Ik.D.min3E ***2Xmax.1XTXLmin解得Lmin=1.86km<15%LCD,校验不合格

因为保护7的下一级没有安装保护设备，故不能与下一级保护配合整定。 （3）解决方案

①采用其他保护方式，如距离保护， 3.2保护7的(Ⅲ段)后备保护的整定

*（1）动作电流 IL.maxSN3UNIB200003351560.40.211

I

（2）动作时间 动作时限比下级线路的速断保护高出一个时间阶梯。

t4III=0.5(s)

III*set.4IIIKrelKSS*1.151.5IL.max0.2110.415Kre0.85

(3)灵敏度校验

*Ik.D.minE3310.748(A)**2Xmax.1XT20.6250.533

5

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KIIIsen*Ik.D.minIIIIset.4*0.7481.8030.415

由计算得知保护7的Ⅲ段保护满足近后备保护灵敏度的要求。3.2 保护2的Ⅰ段保护的整定

*0.1920.1750.0870.455 最大运行方式：Xmin.2

*最小运行方式：Xmax.20.5940.1750.0870.856

由于未给出线路的最大负荷电流，因此，用将线路延长计算所得的电流值代替最大负荷电流对其进行整定。所以线路的最大负荷电流为：

*IK.B.maxE*Xmin.212.198A0.455

（1）动作电流

*II*Iset.5KrelIK.B.max1.22.1982.

（2）动作时间

第Ⅰ段实际动作时间为保护装置本身的固有时间。

t5I0s

（3）长度校验

按在最小运行方式下两相短路进行校验，电流速断保护的最小保护范围长度要求大于被保护线路全长的15%至20%。计算式最小保护范围为

I*IsetI.5K.B.min*解得Lmin=6.47km>20%LDF，3.2.1保护2的Ⅱ段保护的整定

E3**2Xmax.2X1Lmin 保护校验合格。

保护2的Ⅱ段保护是由下一级的保护4的I段配合 （1）保护2的I段

Ι动作电流(Iset)大于在最大运行方式下母线B上三相短路的最大短路电流，由

公式1计算式得

*IK.A.maxE***Xmin.2XDFXT211.4140.4450.1750.087

(6) 动作时间：

动作时限比下级线路的速断保护高出一个时间阶梯

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t5II*IK(7)灵敏度校验：.B.min 3E310.918 **2Xmax.2XDF20.8560.087Ⅱsen.5=0.5s

K*IK.B.minIset.5*0.9180.3481.22.

由计算可得保护2处的限时电流速断保护不满足要求。 3.2.2保护2的后备保护的整定 （1）动作电流：

保护2的Ⅲ段电流整定值为

14000*ILEDmax0.143371560.4

IIIKrelKSS*1.151.5IIIIset.5ILEDmax0.140.246Kre0.85 （2）动作时间：

IIIt52.5s（3）灵敏度校验 算式为:

1.近后备校验

*IK.B.minIIIIset.5*

① 当保护2作为近后备保护时，按本线路末端两相短路时的电流进行校验,

Ksen.5.近0.9183.7321.30.246

由计算得知保护5的III段保护满足近后备保护灵敏度的要求。

② 当保护5作为远后备保护时，按相邻线路末端两相短路时的短路电流进行校验，计算式为：

2.远后备校验

*IK.A.min*

E3310.7746***2Xmax20.8560.1750.087XX.2TDF

Ksen.5.远.73.3保护1的整定计算

*IK0.775A.min.III3.151.20.246Iset.5

*由上述可得：最小运行方式Xmax.30.1830.5331.111.0232.849

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*最大运行方式 Xmin.30.0760.5331.111.0232.742

3.3.1保护1的Ⅰ段的整定计算 (1)动作电流：

Ι动作电流(Iset)大于在最大运行方式下母线F上三相短路的最大短路电流，由

公式1计算式得

* IK.F.maxE**Xmin.310.3652.742

（2）动作时间：

II*Iset.10KrelIK.F.max1.20.3650.438

*第I段实际动作时间为保护装置本身的固有时间。

It100s

（2）长度校验：

按在最小运行方式下两相短路进行校验，电流速断保护的最小保护范围长度

（2）要求大于被保护线路全长的15%至20%。计算式最小保护范围为

I*Iset.10

E3**2Xmax.3X1Lmin

解得 Lmin44.778m3.3.2保护1的Ⅱ段整定

与保护2的Ⅰ段配合 保护2的Ⅰ段电流整定值为：

*IK.T4.max

保护1的电流速断保护符合保护要求。

E** （3）动作时间：

***Xmin.3XBFXT410.3820.3060.0882.222

II*Iset.2KrelIK.T4.max1.20.3820.459

动作时限比下级线路的速断保护高出一个时间阶梯

*I0.384K.F.min0.8481.2II*0.453Iset.1

IIt100.5s

IIKsen.1（4）灵敏度校验：

可见由于运行方式变化太大,保护1处的限时电流速断保护不能满足要求。

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3.3.3保护1的Ⅲ段整定计算

*ILBF.max800003371560.40.74

IIII*set.10IIIKrelKSS*1.151.5ILBF.max0.741.38Kre0.85动作时间：

IIIt102s4原理接线图

电流继电器1、2构成电流保护Ⅰ段；电流继电器4、5和时间继电器3构成

电流保护Ⅱ段；电流继电器7、8和时间继电器9构成电流保护Ⅲ段。出口执行继电器TQ属于时间继电器，电流继电器3接在两个电流互感器的中性线上，最终出口采用星型接法。如下图所示：

三段式电流保护的原理接线图

4.1展开接线图

在展开接线图中将由直流屏引出直流操作电源+WC、－WC供电。如下图所

示：

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+wc-wcKAaIKAbIKAcIKSIKCO电流速断保护KTIIKAaIIKAbIIKAcIIKAaIIIKAbIIIKAcIII限时电流速断保护KTIII过电流保护KTIIKSIIKSIIIQFYRKTIIIKCO跳闸回路

直流回路展开图

5结论

它的保护范围受系统运行方式的影响较大，不可能保护线路的全长；为了保护线路全长，通常采用略带时限的电流速断与相邻线路的速断保护相配合，其保护范围包扩本线路的全部和相邻线路的一部分，其时限比相邻线路的速断保护大△t；电流速断保护和限时电流速断保护可构成线路的主保护。过流保护是按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，可作为本线路和相邻线路的后备保护，定时限过流保护的动作时限比相邻线路的动作时限均大至少一个△t。以上三种保护组合在一起，构成阶段式电流保护。第Ｉ段的整定值，是按大于被保护线路末端最大的短路电流的原则来整定。保护范围受系统运行方式、故障类型影响大。第Ｉ段保护范围通常比较小，为线路全长的15%至50%。所以第Ｉ段保护通常不能单独使用，要有带时限的电流速断保护配合。限时电流速断保护即第II段，目的是为了弥补第Ｉ段保护的缺陷。只有降低整定值，保护范围才能延长，保护范围不可避免地延伸到了相邻下一线路，需要与相邻下一线路的保护相配合，整定值大于相邻下一线路第I段的定值。为保证选择性，通常要延时，为了缩短延时时间，

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要求保护范围不能延伸太长，不能超出下一线路第I段的保护范围，时限级差一般为0.5秒。定时限过电流保护即第III段。保护范围较大，通常作为本线路的近后备保护以及作为相邻下一线路的远后备保护。整定值是按大于最大的负荷电流来确定。即在最大负荷电流作用下不能起动，且在装置动作以后故障切除后在最大负荷电流作用下能可靠返回，动作延时按阶梯形时限配合原则来确定。

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参考文献

[1]刘学军.继电保护原理.中国电力出版社，2010.

[2]于永源，杨绮雯.电力系统分析(第三版) [M]北京：中国水利水电出版社，2007. [3]张保会，尹项根.电力系统继电保护(第二版) [M]北京：中国电力出版社，2009.

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附录 A

图1 系统等效阻抗图

图2 系统电流速断保护等效模型图

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