继电保护原理课程设计报告

专 业：电气工程及其自动化

班 姓 学

XXXXXX自动化与电气工程学院

2013 年7月X日

继电保护原理课程设计报告

1 设计原始资料

1.1 具体题目

如下图1.1所示系统中，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，最大开机方式为2台机全开，最小开机方式为两侧只开1台，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：

Eφ?115/，X1.G2?X2.G2?12?，X1.G4?X2.G4?10?，X1.T2?X1.T4?12?，X0.T2?X0.T4?28?，X1.T5?X1.T6?20?，X0.T5?X0.T6?40?LAB?60km，LBC?40km，线路阻抗Z1?Z2?0.4?/km，Z0?1.2?/km，线路的阻抗角均为错误！未找到引用源。，IA-B.L.max?IC-B.L.max?300A，流过该线路的负荷的功率因数角为错

Ⅱ误！未找到引用源。，Kss?1.2，Kre?1.2，KⅠ

rel?0.85，Krel?0.75，变压器均装有

快速差动保护。

图1.1 电路原理图

1.2 设计任务

对保护2、4进行距离保护设计。

2 设计内容

2.1 保护配置

2.1.1主保护配置

(1) 距离保护I段

1

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距离保护的第I段是无延时的速动段，它应该只反映本段的故障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠不动作。所以其测量元件的整定阻抗，应该按躲过 本线路末端短路时的测量阻抗来整定。则测量元件的整定阻抗为

ΙΙZset?Krel?LAB?z1 (2.1)

式中：

ΙZset:距离?段的整定阻抗；

LAB:被保护线路的长度；

z1:被保护线路单位长度的正序阻抗，?/km;

K?

rel:可靠系数，取0.85。

(2) 距离保护II段

① 与相邻线路距离保护I段相配合。

为了保证在下级线路上发生故障时，上级保护处的保护II段不至于越级跳闸， 其II段的动作范围不应超过下级线路保护I段的动作范围。

ΙΙΙΙΙZset.1?Kset?(ZAB?Kb.min?Zset.3)

式中：

Kb.min:分支系数；

ΙΙKset:可靠系数，取值0.75。

② 与相邻的变压器配合

ΙΙΙΙZset.1?Kset?(ZAB?Kb.min?Zt)

式中：

zt:为变压器的阻抗。

距离保护I段和距离保护II段具有明确的方向性，一般联合工作构成本线路的主保护。

2.1.2后备保护配置

距离保护第III段为后备保护，包括对本线路I，II段保护的后备，相邻下一级线路保护的远后备和反向母线保护的后备。所以III段通常采用带偏移特性的测量元件，用较大的延时保证选择性。

2

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3 短路电流

3.1 等效电路的建立

C

图 3.1 最大运行方式等效电路

图 3.2 最小运行方式等效电路

由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式下各线路未端短路的情况,最小运行方式下各线路未端短路的情况。最大与最小运行方式下等效电路图如图3.1，图3.2所示。

3.2 短路电流的计算

3.2.1 最大运行方式短路电流计算

(1) 最大运行方式如图3.1所示。保护2最大运行方式就是指流过保护2的电流最大即两个发电机共同运行，则

Zs.min?(X1.G2?X1.T2?ZAB)//(X1.G4?X1.T4?ZBC)

?(12?12?24)//(10?12?16)?21.2?

3

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Ik.2.max?E?

Zs.min?115?3.15kA 3?21.2

式中，Ik.2.max为流过保护2的最大短路电流。

(2) 最大运行方式如图3.1所示。保护4的最大运行方式就是指流过保护4的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6两个都同时运行的运行方式，则

Zs.min?X1.G4?X1.T4?22?

Ik.4.max?E?

Zs.min?ZBC?115?1.75kA 3?(22?16)

式中，Ik.4.max为流过保护3的最大短路电流。

3.2.2 最小运行方式短路电流计算

(1) 最小运行方式如图3.2所示。保护2的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小即是在G3和G4只有一个工作时运行方式，则

Zs.max?X1.G2?X1.T2?24?

Ik.2.min?E?3115????1.19kA 2Zs.max?ZAB?ZBC2?(24?24)

式中，Ik.2.min为流过保护2的最小短路电流。

(2) 最小运行方式如图3.2所示。保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小即是在G3和G4只有一个工作，变压器T3、T4两个中有一个工作时的运行方式，则 Zs.max?X1.G2?X1.T2?24?

Ik.2.min?E?3115????0.89kA 2Zs.max?ZAB?ZBC23?(24?24?16)

式中，Ik.4.min为流过保护4的最小短路电流。

4 保护的配合及整定计算

4.1 保护2距离保护的整定

4.1.1 保护2距离保护第I段整定

(1) 保护2的I段的整定阻抗为

4

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ΙΙZset.2?Krel?LAB?z1?0.85?60?0.4?20.4?

式中，Zset.2为保护2距离的I段的整定阻抗。

(2) 动作时限

Ιt2?0s I

第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。由于保护1的三段整定能够完整的保护错误！未找到引用源。，因此，对于保护2只需整定I段速断保护。

4.2 保护4距离保护的整定与校验

4.2.1 保护4距离保护第I段整定

(1) 保护4的I段的整定阻抗为

ΙΙZset.4?Krel?LBC?z1?0.85?40?0.4?13.6?

I式中，Zset.4为保护4距离I段的整定阻抗。

(2) 动作时间

?t4?0s

第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。

4.2.2 保护4距离保护第II段整定

(1) 整定阻抗：按下面两个条件选择。

① 当与相邻下级线路距离保护I段配合时。

I 图4.1 分支系数计算等值电路图

由图4.1可得分支系数：

K4.b.max?I(X1.G2?X1.T2?ZAB)?(X1.G4?X1.T4?ZBC)48?38???1.79 I1X1.G2?X1.T2?ZAB48

K4.b.min?1

ΙΙΙΙΙZset.4?Kset?(ZAB?Kb.min?Zset.2)?0.75?(24?20.4)?37.74?

式中：

5

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ΙΙZset.4为保护4距离??段的整定阻抗。

② 当与相邻变压器的快速保护相配合时，

同理可求得：K4b.max?1.99，K4b.min?1.53，则有

ΙΙΙΙZset.4?Kset?(ZAB?Kb.min?Zt)?0.75?(24?20?1.53)?40.95?

所以取ZΙΙ?37.74?。set.4

(2) 灵敏度校验

KsenΙΙZset.437.74???2.35?1.25 ZBC16

满足灵敏度要求。

(3) 动作时限

???t4?t2??t?0.5s

与相邻保护2的I段配合，它能同时满足与相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。

4.2.3 保护4距离保护第III段整定

(1) 整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有

ZL.min?UL.min0.9?110??190.53? IL.max3?0.3

Krel?ZL.min Kss?Kre?cos(?set??L)ΙΙΙZset.4?

式中：

ΙΙΙZset.4为保护4距离ΙΙΙ段的整定阻抗。

取Krel?0.85,Kss?Kre?1.2,?set?75?,?L?30?。

则有：

ΙΙΙZset.4?Krel?ZL.min0.85?190.53??159.05? ?Kss?Kre?cos(?set??L)1.2?1.2?cos45

(2) 灵敏度校验

距离保护III段，既是保护I、II段保护的近后备，又作为相邻下级设备的远后备，灵敏度应分别进行校验。

① 作为近后备，按本线路末端短路校验，有

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Ksen(1)ΙΙΙZset.4159.05???9.95?1.5 ZBC16

满足灵敏度要求。

② 作为远后备，按相邻线路末端短路校验。经分析可得

Ksen(2)ΙΙΙZset.4159.05???2.49?1.2 ZAB?K4.b.max?Znext16?24?1.99

满足灵敏度要求。

(3) 动作时限

ΙΙΙΙΙΙt4?t2??t?0.5?0.5?1s

由以上计算得，它能同时满足与相邻线路保护和相邻变压器保护的要求。 5 继电保护主要设备选择

5.1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1A，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、小型化，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。

根据电流互感器安装处的电网电压、最大工作电流和安装地点要求，本次设计选型号为LCWB6-110W2屋外型电流互感器。

根据电压等级选型号为YDR-110的电压互感器。

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。

所以选择阻抗继电器为本设计的继电器。在距离保护中，阻抗继电器的作用是在系统发生短路故障时，通过测量故障环路上的测量阻抗Zm，并将它与整定阻抗Zset比较，来确定故障所处的区段，在保护范围内部故障时，给出动作信号。 7

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6 原理图的绘制

6.1 保护测量电路

对于动作于跳闸的继电保护功能来说，最为重要的是判断出故障处于规定的保护区内还是保护区外，至于区内或区外的具体位置，一般并不需要确切的知道。可以用两种方法来实现距离保护。一种是首先精确地测量出Zm，然后再将它与事先确定的动作进行比较。当Zm落在动作区之内时，判为区内故障，给出动作信号；当Zm落在动作区之外时，继电器不动作。另一种方法不需要精确的测出Zm，只需间接地判断它是处在动作边界之外还是处在动作边界之内，即可确定继电器动作或不动作。

6.1.1 绝对值比较原理的实现

设绝对值比较的一般动作表达式如式ZB?ZA所示。绝对值比较式的阻抗元件，既可以用阻抗比较的方式实现，也可以用电压比较的方式实现。

该式两端同乘以测量电流Im，并令ImZA?UA，ImZB?UB,则绝对值比较的动作条件又可以表示为

?

?

?

????

B?A

上式称为电压形式的绝对值比较方程。电路图如图6.1所示。

图6.1 绝对值比较的电压形成

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6.1.2 相位比较原理的实现 相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式如式-90o?arg

????ZC?90o所ZD?示，相角表达式的分子、分母同乘以Im，并令ImZC?UC，ImZD?UD，则相位

比较的动作条件又可以表示为

-90o?argUC?90o UD

上式称为电压形式相位比较方程。电路图如图6.2所示。

图6.2 相位比较的电压形成

6.2 保护跳闸回路

三段式距离保护跳闸回路如图6.3所示。

(1) 电压二次回路断线闭锁元件。当电压二次回路断线时，保护会误动作。为防止电压二次回路线断线时保护的误动作，当出现电压二次回路断线时可将距离保护闭锁。

(2) 起动元件。被保护线路发生短路时，立即起动保护装置，以判别被保护线路是否发生故障。

(3) I、II、III段测量元件。ZI、Zll、ZIII，用来测量故障点到保护安装处阻抗的大小（距离的长短），以判别故障是否发生在保护范围内，决定保护是否动作。

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图6.3 保护跳闸回路

(4) 振荡闭锁元件。振荡闭锁元件是用来防止当电力系统发生振荡时距离保护的误动作。在正常运行或系统发生振荡时，振荡闭锁装置可将保护闭锁；而当系统发生短路故障时，解除闭锁开放保护。所以振荡闭锁元件又可理解为故障开放元件。

(5) 时间元件。根据保护间配合的需要，为满足选择性而设的必要延时。 正常运行时，起动元件ZI、Zll、ZIII，均不动作，距离保护可靠地不动作。 当被保护线路发生故障时，起动元件起动、振荡闭锁元件开放，ZI、Zll、ZIII，测量故障点到保护安装处的阻抗，在保护范围内故障，保护出口跳闸。 7 小结

本设计是对三段距离保护进行整定设计，与电流保护类似，距离保护装置也采用阶梯延时配合的三段式配置方式。本设计配置时将距离I、II段作为主保护，而将距离III段保护作为后备保护。当距离保护用于双侧电源的电力系统时，为便于配合，一般要求I、II段的测量元件都要具有明确的方向性，即采用具有方向性的测量元件。第III段为后备段，包括对本线段I、II段保护的近后备、相邻下一级线路保护的远后备和反向母线保护的后备，所以第III段通常采用带有偏移特性的测量元件，用较大的延时保证其选择性。

本设计选用了三段式距离保护，在保护配置时使配置的结果满足继电保护的基本要求，要求保证可靠性、选择性、速动性和灵敏性。但是这四个指标在很多情况下是互相矛盾的，因此只要要根据实际情况让它们达到一定的经济性能的平衡即可。

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继电保护原理课程设计报告

参考文献

[1] 尹项根,电力系统继电保护原理与应用[M].武汉:华中科技大学出版社,20xx年12月:90-125.

[2] 张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,20xx年12月:62-111.

[3] 姚春球.发电厂电气部分[M].北京:中国电力出版社,2005.年9月:124-141.

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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．