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：     1       

姓    名：             

学    号：            

指导教师：          

兰州交通大学自动化与电气工程学院

20##年7月18日

1设计资料

1.1题目

如下图所示网络，系统参数为：,,，，，，，，线路阻抗，，，，，，,，试对线路中保护3和保护9进行三段电流保护设计。

图1 题目的线路图

1.2要完成的内容

电流保护是对于反应于短路电流幅值增大而动作的保护。本设计要完成的内容是对电流保护的原理和计算原则的简述，并对线路各参数进行分析及对保护3和保护9进行电流保护的具体整定计算。

2问题分析及方案设计

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。

在本题中涉及的是三段过流保护。其中，I段、II段可方向闭锁，保证了保护的选择性。各段电流及时间定值可独立整定，方向元件采用正序电压极化，方向元件和电流元件接成按相启动方式。

(1)系统运行方式的考虑

除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时流过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值和保护灵敏度。在需采用电流电压联锁速断保护时，还必须考虑系统的正常运行方式。

(2)短路点的选取

求不同保护的整定值和灵敏度时，应注意短路点的选择。若要绘制短路电流、电压与距离的关系曲线，每一条线路上的短路点至少要取三点，即线路的始端、中点和末端三点。

(3)短路类型的选取

相间短路保护的整定计算应取系统最大运行方式下三相短路电流，以作动作电流整定之用，而在系统最小运行方式下计算两相短路电流，以作计算灵敏度之用。

3保护配置及短路电流计算

选用保护方式时，首先考虑采用最简单的保护，以便提高保护的可靠性。当采用简单保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，则可采用较复杂的保护方式。

选用保护方式时，可先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。

当采用的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸来校正选择性或加速保护动作。

当灵敏度不能满足要求时，在满足速动性的前下，可考虑利用保护的相继动作，以提高保护的灵敏性。

在用动作电流、电压或动作时间能保证选择性时，不要采用方向元件以简化保护。后备保护的动作电流必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电流大于下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度。

3.1主保护配置

主保护是反应整个元件上的故障，并能最短时延时有选择的切除故障的保护，此处，I段电流速断保护、II段限时电流速断保护构成本设计的主保护。

3.2后备保护配置

后备保护是反应当主保护拒动时能够切除故障的保护，它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。也可作为过负荷时的保护，一般采用过电流保护。本设计中，III段定时限过电流保护作为后备保护。

3.3短路电流计算

3.3.1等效电路的建立

由已知可得

                                                            (1)                             

其中，Z—线路单位长度阻抗；

  L—是线路长度。

将数据代入公式(1)得

图2 等效电路图

3.3.2短路点的选取

由电力系统分析课程知识可知，当供电网络中任意点发生三相和两相短路时，流过短路点与电源间线路中的短路电流近似计算式为

式中：    —系统等效电源的相电动势；

      —短路点至保护安装处之间的阻抗；

      —保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；

      —短路类型系数，三相短路取1，两相短路取。

3.3.3短路电流的计算

最大方式下的最小分支系数

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，即

在最大方式下:

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短路电流最小，其对应的系统的等值阻抗最大，即

在最小方式下：

4保护配置与整定

4.1主保护的整定与计算

4.1.1动作值

保护3的I段：

保护3的II段：

保护9的I段：

保护9与保护4配合时：

保护9与保护3配合时：

4.1.2动作时间

各保护的时限为

引入时间阶段，则：

4.1.3灵敏度校验

当保护9与保护4配合时：

所以， 符合要求。

当保护9与保护3配合时：

所以，不符合要求。

4.2后备保护的整定与计算

4.2.1动作值

保护3的III段电流为：

保护9的III段电流为：

4.2.2动作时间

保护3的III段时限为：

保护9的III段时限为：

4.2.3灵敏度校验

保护3的III段灵敏度为：

保护9作为近后备时：

保护9作为远后备时：

5继电保护主要设备的选择

5.1电流互感器的选择

互感器是按比例变换电压或电电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或10A，均指额定值)，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。

(1)小电流选线装置用零序电流互感器；

(2)与DD11/60型继电器配套使用的零序电流互感器；

(3)与DL11/0.2型继电器配套使用的零序电流互感器 ；

(4)精度与容量（额定负荷）的关系。

国标中规定：“在额定频率及额定负荷下，电流误差，相位差和复合误差不超过上表所列限值。”所以所选零序电流互感器的容量要与二次回路（装置及回路）阻抗匹配，才能达到上表精度，如所选容量大时零序电流互感器在使用时将出现正误差，反之则出现负误差。

5.2继电器的选择

正确选用继电器的原则应该是：

(1)继电器的主要技术性能，如触点负荷，动作时间参数，机械和电气寿命等，应满足整机系统的要求；

(2)继电器的结构型式(包括安装方式)与外形尺寸应能适合使用条件的需要；

(3)经济合理。

6总结

当保护线路上发生故障线路时，主要特征为电流增加和电压降低。主保护为电流速断保护和限时电流速断保护，后备保护为定时限过电流保护，它们都是反映电流增高而动作的保护装置，主要区别在于按照不同的原则来选择启动电流。速断是按照躲开某一点的最大短路电流来整定，限时电流速断是按照躲开下一级相邻元件电流速断保护的动作电流整定，而定时限过电流保护则是按照躲开最大负荷电流来整定。

7原理图绘制

(a)原理接线图

    

(b)交流回路展开图

(c)直流回路展开图

图3三段式电流保护的原理接线图

参考文献

[1] 张保会,尹项根主编.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005:92-153.

[2] 谭秀炳,铁路电力与牵引供电继电保护[M].城都:西南交通大学出版社,1993:100-134.

[3] 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,2007:13-34.

[4] 吕继绍主编,电力系统继电保护设计原理[M].北京:中国水利水电出版社,1986:72-98.

问题：

(1)假设下一段的二段灵敏度不合适，怎么与本段的三段相配合。

(2)二段理论最小保护范围。

(3)保护9怎么和保护3配合。

第二篇：继电保护原理课程设计报告12

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：          

姓    名：              

学    号：          

指导教师：             

兰州交通大学自动化与电气工程学院

20##年7月18日

1设计原始资料

1.1具体题目

如下图1所示网络，系统参数为：

，、，km、km，km，km，km，线路阻抗0.4Ω/km，、，、、，，

       

图1 题目的线路图

试对保护2和保护9进行三段电流保护的设计。

1.2要完成的内容

1.电流速断保护、限时速断保护以及过电流保护的动作电流、动作时限及灵敏度计算；

2.主保护的配置，其由电路速断保护和过电流保护担任或限时速断和过电流保护担任，并根据计算分析出其是否满足动作时限和灵敏度的要求；

3.后备保护的配置，由过电流保护担任，既可以作为本段的近后备，又可作为下段的远后备，并计算灵敏度和动作时限是否满足要求。

2短路电流计算

2.1最大运行方式等效电路的建立及短路电流计算

所谓最大运行方式，即在相同的地点发生相同类型的短路流过保护安装处的电流最大。最大运行方式下，线路阻抗最小，即发电机G1和G3并联运行。则有

                       (2.1)

其中      ，—发电机阻抗；

，—线路，的阻抗。

将数据带入2.1得

最大运行方式下其等效电路图如图1所示

图2 最大运行方式等效图

母线D的最大短路电流

                       (2.2)

其中      —系统等效电源的相电动势；

，—线路，的阻抗。

将数据带入2.2得

对于保护9只有G1供电则母线B的最大短路电流

2.2最小运行方式等效电路的建立及短路电流计算

所谓最小运行方式，即在相同的地点发生相同类型的短路流过保护安装处的电流最小。最小运行方式下，线路阻抗最大，即只有G1一台发电机运行。

                         (2.3)

将数据带入2.3得

最小运行方式下其等效电路图2所示

图3 最小运行方式等效图

母线D的最小短路电流

               (2.4)

其中      —短路类型系数，三相短路取1，两相短路取。

将数据带入2.4得

3保护的配合及整定计算

3.1主保护的整定计算

3.1.1电流速断保护

①保护2的电流速断整定。由知，保护2的电流速断保护动作值

==

②保护9的电流速断整定。由知，保护9的电流速断保护动作值

==

③灵敏度校验。保护2的最小保护范围由下式决定

=                     (3.1)

其中      —电流速断保护的最小保护范围长度；

—线路单位长度的正序阻抗。

将数据带入3.1得

保护9的最小保护范围

=

=

④动作时限的整定。保护2和9的速断保护要求能瞬时动作，其动作时限为0s。

综上所求：速断保护2的最小保护范围为负值，不能作为主保护；速断保护9的最小保护范围可以保护全长的54.8%，可作为主保护。

3.1.2限时电流速断保护

①保护2的限时电流速断整定。首先求保护1的电流速断整定值。

                  =

=

由知，保护2的限时速断的动作电流

= 

②保护9的限时电流速断整定。由图1分析可知保护9的限时电流受助增电流的影响。保护3电流速断保护的整定值仍按躲开相邻线路出口短路整定为，但由于发电机G1向系统注入电流的影响，故引入分支系数，其定义为

则            

=

                    (3.2)

保护3的电流速断整定值为

=

=

带入3.2得

③灵敏度校验。保护2的限时电流速断的灵敏系数为

不满足灵敏度的要求。

保护9的限时电流速断的灵敏系数为

其中

满足灵敏度的要求。

④动作时限的整定。保护2和保护9限时电流速断的动作时限一般取为0.5s。

综上所述，保护2灵敏度不符合要求不能用限时电流速断作为主保护；保护9可用限时电流速断保护作为主保护。

3.1.3定时限过电流保护

定时限过电流动作值的整定由下式决定

                           (3.3)

其中      —可靠系数(取1.15)；

—自启动系数(取1.5)；

—电流继电器的返回系数(取0.85)；

—保护所在线路上出现的最大负荷电流。

①保护2定时限过电流的整定。由题目已知可得保护2所在段最大负荷电流，将数据带入3.3得

②保护9定时限过电流的整定。由，可得保护9所在段最大负荷电流

将数据带入3.3得

③灵敏度校验。保护2的定时限过电流灵敏系数为

满足灵敏度的要求。

保护9的定时限过电流灵敏系数为

满足灵敏度的要求。

④动作时限的整定。若流过母线E的过电流保护动作时限为0.5s，则保护2过电流保护的动作时限为

保护9过电流保护的动作时限为

3.2后备保护的整定计算

保护2作为CD段近后备

保护2作为DE段远后备

其中

保护2作为近，远后备均满足灵敏度要求。

保护9作为AB段近后备

保护9作为BC段远后备

保护9作为近，远后备均满足灵敏度要求。             

4继电保护设备的选择

4.1互感器的选择

4.2继电器的选择

5原理图的绘制

图4三段式电流保护的单相原理框图

6结论

保护1、2主保护采用过电流保护，保护2后备保护采用保护3过电流保护，由于不满足灵敏度的要求，保护2、3的过电流保护不能作为保护1的后备保护。

参考文献

[1]张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005．

[2]铁道部电气化工程局电气化勘测设计院.电气化铁道设计手册:牵引供电系统[M].北京:中国.

[3]铁道部电气化工程局第一工程处.电气化铁道施工手册.北京:中国铁道出版社,1995．