自動化與電氣工程學院電力系統繼電保護課程設計電力系統繼電保護課程設計題目： 三段式電流保護的設計班級： 姓名： 學號： 指導教師： 設計時間：2012年3月2日 評語：成績1 設計原始資料1.1 具體題目如下圖所示網絡，系統參數為：=115/kV，、，km、km、，線路阻抗0.4/km,、, ，。圖1 系統網絡圖試對線路BC、CD、DE進行電流保護的設計。1.2 繼電保護的設計任務（1）選定供電系統各設備的保護方式和各種保護裝置的配合方式（2）進行各種保護裝置的整定計算 （3）給出保護裝置的原理圖和施工接線圖（4）選擇所用繼電器、保護裝置和輔助裝置的型號、規格。（5）對保護的評價。 2 題目分析2.1 設計規程2.1.1 設計的步驟（1）設計資料的分析與參數計算；選取基準值，計算各元件的阻抗標幺值。（2）系統運行方式：確定系統運行方式，計算系統最大阻抗和最小阻抗。（3）短路電流計算：選擇短路點，求各短路點最大運行方式下的三相短路電流，最小運行方式時的兩相短路電流，求短路電流時要繪制等值電路圖。（4）電流保護整定計算：確定電流保護的動作電流，動作時限并進行靈敏度校驗。（5）繼電保護回路展開圖：繪制電流保護的直流回路和交流回路展開圖。2.2 線路設計的保護配置2.2.1 主保護配置 根據分析應選用三段式電流保護，靈敏度校驗可得電流速斷保護不能作為主保護。因此，主保護應選用三段式距離保護。2.2.2 后備保護配置過電流保護作為后備保護和遠后備保護。3 短路電流計算3.1 等效電路的建立由已知可得,線路的總阻抗的計算公式為 (3.1.1) 其中：線路單位長度阻抗； 線路長度。將數據代入公式(3.1.1)可得各段線路的線路阻抗分別為： 經分析可知，最大運行方式即阻抗最小時，則有三臺發電機運行，線路、運行，由題意知、連接在同一母線上，則式中 最大運行方式下的阻抗值； “”表示取并聯的意思，以后不再解釋。同理，最小運行方式即阻抗值最大，分析可知在只有和運行，相應地有由此可得最大運行方式等效電路如圖2所示，最小運行方式等效電路圖如圖3所示。圖2 最大運行方式等效電路圖圖3 最小運行方式等效電路圖3.2 保護短路點的選取選取B、C、D、E點為短路點進行計算。3.3 短路電流的計算3.3.1 最大方式短路電流計算在最大運行方式下流過保護元件的最大短路電流的公式為 (3.3.1)式中 系統等效電源的相電動勢； 短路點至保護安裝處之間的阻抗； 保護安裝處到系統等效電源之間的阻抗； 短路類型系數、三相短路取1，兩相短路取。（1）對于保護1，其等值電路圖如圖2所示,母線E最大運行方式下發生三相短路流過保護1的最大短路電流為 (3.3.2)代入數據得： （2）對于保護2等值電路圖如圖2所示，母線E最大運行方式下發生三相短路流過保護2的最大短路電流為(3.3.3) 代入數據得： （3） 對于保護3等值電路圖如圖2所示，母線C最大運行方式下發生三相短路流過保護3的最大短路電流為(3.3.4) 代入數據得: 3.3.2 最小方式短路電流計算在最小運行方式下流過保護元件的最小短路電流的公式為(3.3.4) 式中 系統等效電源的相電動勢； 保護安裝處到系統等效電源之間的阻抗； 短路點到保護安裝處之間的阻抗。所以帶入各點的數據可以計算得到各點的的最小短路電流。4 保護的配合及整定計算4.1 主保護的整定計算4.1.1 動作電流的計算最小保護范圍計算式為（4.1.1） 其中 系統等效電源的相電動勢； 短路點至保護安裝處之間的阻抗； 線路單位長度的正序阻抗。（1）對于保護1，其等值電路圖如圖2所示，母線E最大運行方式下發生三相短路流過保護1的最大短路電流為相應的速斷定值的計算公式為 （4.1.2）代入數據可得由最小保護范圍計算式（4.1.1）得 (4.1.3)代入數據可得即1處的電流速斷保護在最小運行方式下沒有保護區。（2） 對于保護2等值電路圖如圖2所示，母線D最大運行方式下發生三相短路流過保護2的最大短路電流為相應的速斷定值為最小保護范圍根據式（4.1.3）可得即2處的電流速斷保護在最小運行方式下也沒有保護區。（3） 對于保護3等值電路圖如圖2所示，母線C最大運行方式下發生三相短路流過保護3的最大短路電流為相應的速斷定值為最小保護范圍根據式（4.1.3）可得即3處的電流速斷保護在最小運行方式下也沒有保護區。所以，以上計算表明，在運行方式變化很大的情況下，電流速斷保護在較小運行方式下可能沒有保護區。根據以上計算可以得到電流速斷保護整定結果如表2所示。表2 電流速斷保護整定結果動作電流(kA)最小保護范圍(km)是否適用電流速斷保護BC段保護32.603-85.9否CD段保護21.87-70.6否DE段保護11.57-42.3否4.1.2 靈敏度校驗限時電流速斷定值根據式(4.2.1)可以計算。 (4.1.4) 其中 可靠系數，取值為1.15。（1）整定保護2的限時電流速斷定值為線路末端（即D處）最小運行方式下發生兩相短路時的電流為所以保護2處的靈敏度系數為即不滿足1.2的要求。（2）同理保護3的限時電流速斷定值為 線路末端（即C處）最小運行方式下發生兩相短路時的電流為 所以保護3處的靈敏度系數為 也不滿足1.2的要求。可見，由于運行方式變化太大，2、3處的限時電流速斷的靈敏度遠不能滿足要求。4.2 后備保護的整定計算4.2.1 動作電流的計算過電流整定值計算公式為 （4.2.1） 其中 可靠系數，取值為1.15； 可靠系數，取值為1.5； 可靠系數，取值為0.85。所以有 同理得 4.2.2 動作時間的計算假設母線E過電流保護動作時限為0.5s，保護的動作時間為4.2.3 靈敏度校驗在最小運行方式下流過保護元件的最小短路電流的公式為（4.2.2）所以由靈敏度公式（4.2.4）（4.2.4） 可知，保護1作為近后備保護的靈敏度應為1.5 滿足近后備保護的要求；保護2作為遠后備保護的靈敏度為1.2 滿足作為遠后備保護的要求保護3作為遠后備保護的靈敏度為1.2滿足作為遠后備保護靈敏度的要求。5 二次展開原理圖的繪制5.1 三段式電流保護原理接線圖 繼電保護接線圖一般可以用原理接線圖和展開圖兩種形式來表示。原理接線圖中的每個功能塊，再有電磁型繼電器實現時可能是一個獨立的原件，但在數字式保護和集成電路式保護中，往往將幾個功能塊用一個原件實現。如圖4所示，每個繼電器的線圈和觸點都畫在一個圖形中，所有元件都用設備文字符號表示，如圖中KA表示電流繼電器，KT表示時間繼電器，KS表示時間繼電器。原理接線圖對整個保護的工作原理能給出一個完整的概念。圖4 三段式電流保護原理接線圖5.2 保護測量電路展開圖中交流回路和直流回路分開表示，分別如圖5和圖6 所示。其特點是每個繼電器的輸出量和輸出量根據實際動作的回路情況分別畫在途中不同的位置上，但任然用同一個符號標注，一邊查對。在展開圖中，繼電器線圈和出點的鏈接盡量暗中故障后的動作連接，自左而右，自上而下的排列。圖5 保護交流電流回路圖5.3 保護跳閘電路圖6 保護直流回路展開圖6 保護的評價根據繼電保護在電力系統中所擔負的任務，一般情況下，對動作跳閘的繼電保護在技術上有四條基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。我們在設計時必須綜合考慮這些因素，選擇最合理的設計配置方案。110kV多點原系統中按躲過最大運行方式下末端最大短路電流整定的電流速斷保護的動作電流值很大，最小運行方式下靈敏度不能滿足要求。限時電流速斷保護的定值必須與下一級線路電流速斷保護的定值相配合，所以其定值也很大，靈敏度也均不能滿足要求。過電流整定按照躲過最大負荷電流整定，其動作受運