继电保护原理课程设计
学 校：广西科技大学
学 院：电气与信息工程学院
题 号： 28
班 级： 电气102班
姓 名：
学 号： 2010003070**
指导教师： 石老师
设计时间： 20##-1-10
目 录
1设计原始资料…………………………………………………….……...….……...….3
1.1具体题目………………………………………………………......…….…..……3
1.2要完成的内容…………………………………………………......….…..………3
2分析要设计的内容…………………………………………………..…….…..........….3
2.1设计规程………………………………………………………………….......….3
2.2本设计的保护配置…………………………………………………....….………4
3短路电流计算…………………………………………………………….…........…….1
3.1等效电路的建立………………………………………………......……….…….5
3.2短路保护点的选取……………………………………………......……….…….6
3.3最大运行方式短路电流的计算………………………….……......…………….6
3.4对Ⅰ段进行灵敏度校验………………………………………......………………7
4保护的配合及整定计算……………………………………………….…......…… … 8
4.1对保护1,4方向Ⅱ段整定值计算………….…………… ………….....…………8
4.2 对1,4的II段整定值做灵敏度校验及判断是否需加方向元件………...……8
4.3 对保护1、2、3、4方向Ⅲ段整定值计算…………….........………..................9
4.4 对保护1、2、3、4进行灵敏度校验……………………………….……….....10
5 继电保护设备的选择………………………......... ........................................................11
5.1继电保护设备………………………………………………….....………………11
5.2 电流互感器的选择…………………………………………………....…………11
5.3 继电器的选择………………………………………………………....…………12
6原理图的绘制…………………………………………………………..................…….13
6.1三段式电流保护原理接线图………..…………………………............…………13
7保护的评价……………………………………………………………..........………….14
8参考文献………………………………………………………………………….............……..14
1. 设计原始资料
系统接线图如下图，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：
,
，
，
，
，
、
，
，
,线路阻抗
， 
，
，对1、2、3、4进行方向电流保护的设计。
1.1 具体题目
根据所给的资料，对上述系统中的1、2、3、4处进行方向电流保护的设计。
1.2 要完成的内容
（1）画出最大开机方式下所有元件运行时正序等值网络图；
（2）画出最小开机方式下所有元件运行时正序等值网络图；
（3）保护配合及整定计算
（4) 分别求出最大运行方式下与最小运行方式下保护1、2、3、4的整定电流I、II、III段的值，并校验灵敏度；；
（5）保护原理展开图的设计；
（6）对保护的评价。
2. 分析要设计的课题内容
2.1设计规程
在决定保护方式前，必须较详细地计算各短路点短路时，流过有关保护的短路电流， 然后根据计算结果，在满足《继电保护和自动装置技术规程》和题目给定的要求条件下，尽可能采用简单的保护方式。其计算步骤及注意事项如下。
继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求，有效接地电力网线路，应按下列规定装设反应接地短路和相间短路的保护装置。
（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）短路点的考虑
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）短路类型的考虑
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。短路的计算选用三相短路或两相短路进行计算均可，因为对保护所取的残余而言，三相短路和两相短路的残余数值相同。
若采用电流电压连锁速断保护，系统运行方式应采用正常运行方式下的短路电流和电压的数值作为整定之用。
2.2保护配置
电流保护：（按照保护的整定原则，保护范围及原理特点）
A.过电流保护---是按照躲过被保护设备或线路中可能出现的最大负荷电流来整定的。如大电机启动电流（短时）和穿越性短路电流之类的非故障性电流，以确保设备和线路的正常运行。为使上、下级过电流保护能获得选择性，在时限上设有一个相应的级差。
B.电流速断保护---是按照被保护设备或线路末端可能出现的最大短路电流或变压器二次侧发生三相短路电流而整定的。速断保护动作，理论上电流速断保护没有时限。即以零秒及以下时限动作来切断断路器的。过电流保护和电流速断保护常配合使用，以作为设备或线路的主保护和相邻线路的备用保护。
C.定时限过电流保护---过电流保护通常是指其起动电流按躲开最大负荷电流整定的一种保护装置，也是多段式电流保护的最后一段。它在正常时不应该起动，而在系统发生故障时能反应于电流的增大而动作，在一般情况下它不仅能够保护本线路的全长，而且能保护相邻线路的全长，起到远后备保护的作用，定时限过电流保护的动作时间与短路电流的大小无关，动作时间是恒定的。
而方向电流保护，是指加装了方向判别元件(如功率方向继电器)以确定故障点方向的一种电流保护方式。
3.短路电流计算
3.1等效电路的建立
1.最大开机方式下所有元件运行时正序等值网络图3-1：
3-1
2.最小开机方式下所有元件运行时正序等值网络图
3-2
由已知可得,线路的总阻抗的计算公式为
(3.1.1)
其中：Z为线路单位长度阻抗；L为线路长度。
所以，将数据代入公式(3.1.1)可得各段线路的线路阻抗分别为
=
×
=0.4×45=18Ω
=×
=0.4×45=18Ω
由图3-1可知，最大运行方式即阻抗最小，由G1、G2同时提供电源时可求出最小阻为：
(3.1.2)
同理，在小运行方式下，由G1提供电源此时的最大系统阻抗
(3.1.3)
最大运行方式即阻抗最小，由G3、G4同时提供电源时可求出最小阻为：
（3.1.4）
同理，在小运行方式下，由G3提供电源此时的最大系统阻抗
（3.1.5）
3.2 保护短路点的选取
选取A、B、C点为短路点进行计算。
3.3 最大方式短路电流计算
在最大运行方式下流过保护元件的最大短路电流的公式为
=
（3.3.1）
式中 EΦ—系统等效电源的相电动势；ZK—短路点至保护安装处之间的阻抗；
（1）对于保护1，,母线B只在G1运行时最大运行方式下发生三相短路流过保护1的最大路电流为
（3.3.2）
同理，对于保护3，母线C只在G1运行时最大短路电流为
(3.3.3)
（2）对于保护4，母线B只在G3运行时的最大短路电流为
(3.3.4)
同理，对于保护2，母线,A只在G3运行时的最大短路电流为
(3.3.5)
由动作电流公式
=
×
分别对上述各短路电的动作电流根据此公式代入公式得:
(3.3.6)
(3.3.7)
(3.3.8)
(3.3.9)
Ⅰ段的动作时限均为零,所以t1=t2=t3=t4=0
3.4对Ⅰ段进行灵敏度校验：
在最小运行方式下对系统进行校验，则：
对于保护1：
(3.4.1)
(3.4.2)
同理，对保护2：
(3.4.3)
(3.4.4)
对于保护3：
(3.4.5)
(3.4.6)
对于保护4：：
(3.4.7)
(3.4.8)
4．保护的配合及整定值计算
4.1对保护1,4方向Ⅱ段整定值计算
对于系统分支系数的讨论:
保护1的最小分支系数
(4.1.1)
保护1的最大分支系数
(4.1.2)
保护4的最小分支系数
(4.1.3)
保护4的最大分支系数
(4.1.4)
由保护1、4与相邻线路的2、3的I段结合即可求出保护1、4的II段整定值，如下：
(4.1.5)
(4.1.6)
动作时间t2=t4=0.5s
4.2 对1,4的II段整定值做灵敏度校验及判断是否需加方向元件
(1)
(4.2.1)
(4.2.2)
(2)计算母线A背侧三相短路时电流过保护1的最大短路电流，即
(4.2.3)
由于
<
，并且
<
，故保护1的I、II段均不需要加装方向元件。
计算母线C背侧三相短路时流过保护4的最大短路电流，即
(4.2.4)
由于
<
，并且
<
，故保护4的I、II段均不需要加装方向元件。
4.3 对保护1、2、3、4方向Ⅲ段整定值计算
G1、G2提供电源时,由叠加定理可以计算出线路AB和线路BC上的线路电流分别为：
同理G3、G4提供电源时,由叠加定理可以计算出线路AB和线路BC上的线路电流分别为：
则保护1、2、3、4的电流动作整定值分别为：
(4.3.1)
代入数据即可求出：
保护1、4的动作时间:
代入数据得 
保护2、3的动作时间：
4.4 对保护1、2、3、4进行灵敏度校验
近后备：
(4.4.1)
代入数据得：
远后备：
(4.4.5)
代入数据得保护1、4的III的远后备灵敏度为：
5 继电保护设备的选择
5.1继电保护设备
电流互感器TA是将一次系统大电流转变为二次系统小电流的设备。选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。
(1)种类和型式的选择。10KV及以上配电装置，宜采用瓷绝缘构成或树脂浇注绝缘结构。
(2)一次回路额定电压和电流的选择。一次回路额定电压UN和I1N应满足：
UN ≥ I1N
一般情况下可按变压器额定电流的1/3进行选择。
(3)准确级和额定容量的选择。对测量精确度要求较大的大容量发电机、系统干线、发电企业上网电量等宜用0.2级；装于重要回路的互感器，准确级采用0.2-0.5级。据以上分析，选用：LAJ—10型电流互感器。
5.2 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
小电流选线装置本身没有整定值，零序电流只是装置的判据之一，要求零序电流互感器在一次接地电流较小时，和非金属性接地时，零序电流互感器也要有一定的输出，来满足装置启动的门坎值。装置本身的负载阻抗并不大，但需要通过电缆将各个零序电流互感器与装置连接起来，所以电缆的阻抗就是零序电流互感器的主要负载阻抗，这种零序电流互感器的负载阻抗一般为2.5Ω左右，经过多年实践和试验得知与小电流选线装置配套的零序电流互感器选用：
（2）与DD11/60型继电器配套使用的零序电流互感器
DD11/60型继电器线圈并联阻抗为10Ω，COSΦ=0.8，与ENR—LJ（K）××A型零序电流互感器是其配套产品，二次电流60mA时零序电流互感器一次电流≤4A。
（3）与DL11/0.2型继电器配套使用的零序电流互感器
DL11/0.2型继电器线圈并联阻抗为10Ω，COSΦ=0.8，我公司生产的ENR—LJ（K）××B型零序电流互感器是其配套产品，二次电流0.2A时零序电流互感器一次电流≤10A。
（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。
5.3 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。
(1)按使用环境条件选择继电器型号
环境适应性是继电器可靠性指标之一,使用环境和工作条件的差异，对继电器性能有很大的影响。
使用环境条件主要指温度(最大与最小)、湿度、低气压、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。
(2)根据输入量选定继电器的输入参数
在电磁继电器的输入参数中，与用户密切相关的是线圈的工作电压(或电流)，而吸合电压(或电流) 则是继电器制造厂约束继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数，它只是一个工作下限参考值。不少用户因不了解继电器动作原理的特殊性，往往把吸合电压(或电流)错认为是继电器应可靠工作的电压(或电流)，而把工作电压值取在吸合电压值上，这是十分危险也是不允许的。因为吸合值只是保证继电器可靠动作的最小 输入量，而继电器动作后，还需要一个保险量，以提高维持可靠闭合所需的接触压力、抗环境作用所需的电磁吸力。否则，一旦环境温度升高或在机械振动和冲击条 件下，或输入回路电流波动和电源电压降低时，仅靠吸合值是不可能保证可靠工作的。所以选择继电器时，首先看继电器技术条件规定的额定工作电压是否与整机线 路所能提供的电压相符，绝不能与继电器吸合值相比。
(3)根据负载情况选择继电器触点的种类与参数
与被控电路直接连接的触点是继电器的接触系统。国外和国内长期实践证明，约百分之七十以上的故障发生在触点上。这除了与继电器本身结构与制造因素密切相关之外，未能正确选用和使用也是重要因素之一。且大多数问题是由于用户的实际负载要求与继电器触点额定负载不同而引起的。①根据控制要求确定触点组合形式，如需要的是常开还是常闭触点或转换触点；②根据被控回路多少确定触点的对数和组数；③根据负载性质与容量大小确定触点有关参数，如额定电压、电流与容量，有时还需要考虑对触点接触电阻、抖动时间、分布电容等的要求。关于触点切换的额定值，电磁继电器一般规定它的性质及大小。它的含义是指在规定的动作次数内，在定的电压和频率下，触点所能切换的电流的大小。这一负载值是由继电器结构要素决定的。为了便于考核比较，一般只规定阻性负载。在实际使用中需要切换其它性质的负载。
(4)按工作状态选择继电器
继电器的工作状态主要是指输入信号对线圈的作用状态。继电器线圈的设计是对应于不同的输入信号状态的，有长期连续作用的信号，有短期重复工作(脉冲)信号。连续工作是指线圈能连续地承受工作信号的长期作用。对脉冲信号还要考虑脉冲频率、通断比等。因此，要根据信号特点选用适合于不同工作状态的继电器，一般不允许随便使用，特别要注意不能将短期工作状态的继电器使用在连续工作状态，高温工作条件下尤其要注意。
6 原理图的绘制
6.1 三段式电流保护原理接线图
保护1、4的接线原理图如图6-1所示：
保护2、3如同。
7保护的评价（结论）
只有当短路公绿的方向从母线指向线路时，保护动作才是有选择性。若在过电流保护的基础上加装一个功率方向判别元件——功率方向元件，并且规定短路功率方向由母线指向线路为正方向。只有当线路中的短路功率方向与规定的正方向相同，保护才允许动作。
现代的电力系统实际上都是由很多电源组成的复杂网络，而三段式电流保护已经不能满足系统的运行的要求，在一个简单的双侧电源中，这时就必须采用方向性保护才能保证选择性。而在实际的电路中，方向电流保护也存在一些缺点，因为部分保护线路中必须装方向器件——功率方向继电器，使接线趋复杂化，系统的投资也大大增加，所以方向继电器应用于35kv及以下双端电源辐射网络和单电源环网，有时也用于110kv网络。
由于时间关系，仅仅进行了两周的课程设计，在设计的过程中对电流的方向性保护的死区和双侧电源网络中的方向性电压速断保护，未加以说明。
8.参考文献
[1]贺家李.李永丽.董新洲等.电力系统继电保护原理（第四版）[M].北京：中国电力出版社.2012.
[2]陈根永.赵建宾.冯振保.电力系统继电保护整定计算原理与算例[M].北京：化学工业出版社.2011.
[3]张保会.尹项根电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社.2009.
[4]方大千.实用继电保护技术[M].北京：人民邮电出版社.2004.