继电保护保课程设计

继电保护原理课程设计报告

评语： 考 勤 （10） 守 纪 （10） 设计过程 （40） 设计报告 （30） 小组答辩 （10） 总成绩 （100） 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气 1001 姓 名： 赵远鑫 学 号： 201009051 指导教师： 闵永智

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2013 年 7月 19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所示网络，系统参数为：

E115/3kV，XG115、XG310，L1L260km、L340km，

LB-C50km，LC-D30km，LD-E20km，线路阻抗0.4Ω/km，Krel1.2、KrelKrel1.15，IB-Cmax300A、IC-Dmax200A、ID-Emax150A，Kss1.5，

Kre0.85

AB98CDL1EG13215L34G3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

1

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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

XsminXG1ZL1//XG3ZL3 (2.1)

其中

XG1，XG3—发电机阻抗； ZL1，ZL3—线路L1，L2的阻抗。

将数据带入2.1得

Xsmin15600.4//10400.415.6

最大运行方式下其等效电路图如图1所示

BEAXsminXBCCXCDDXDEE

图2 最大运行方式等效图

母线D的最大短路电流

IkDmax其中

EXsminZB-CZC-D (2.2)

E—系统等效电源的相电动势； ZB-C，ZC-D—线路LB-C，LC-D的阻抗。

将数据带入2.2得

IkDmax115/31.39kA 15.6500.4300.4对于保护9只有G1供电则母线B的最大短路电流

IkBmaxEXG1ZA-B115/31.7kA

15600.42.2 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。

XsmaxXG1ZL1 (2.3)

将数据带入2.3得

2

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Xsmax15600.439

最小运行方式下其等效电路图2所示

BEAXsmaxXBCCXCDDXDEE

图3 最小运行方式等效图

母线D的最小短路电流

IkDminK其中

EXsmaxZB-CZC-D (2.4)

3。 2K—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

IkDmin3115/3kA 0.81239500.4300.4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IkDmax1.39kA知，保护2的电流速断保护动作值

kA 1.21.391.668Iset2=KrelIkDmax=

②保护9的电流速断整定。由IkBmax1.7kA知，保护9的电流速断保护动作值

kA Iset9=KrelIkBmax=1.21.72.04③灵敏度校验。保护2的最小保护范围由下式决定

Iset2=

E3 (3.1) 2XsmaxZB-Cz1Lmin 3

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其中

Lmin—电流速断保护的最小保护范围长度； z1—线路单位长度的正序阻抗。

将数据带入3.1得

1.6683115/3 239200.4L2minkm L2min-61.63保护9的最小保护范围

Iset9E3=2.04kA 2XG1z1L9minkm L9min=32.86L9min32.86100%100%54.8%15%~20% L160④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L1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。

IsetK1relIkEmax

=K=1.2relEXsminZB-CZC-DZD-E

115/3kA 1.4315.6500.4300.4200.4由IsetkA知，保护2的限时速断的动作电流 11.43kA Iset2KrelIset1=1.151.431.64②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Iset3，

但由于发电机G1向系统注入电流的影响IsetI9set3，故引入分支系数Kbra，其定

义为

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Kbra故障线路流过的短路电流

前一级保护所在线路上流过的短路电流则 KbraXz1L1XG3z1L3 Iset3G1XG3z1L3Iset9=

15600.410400.42.5

10400.4relset9Iset9KIKrelIset3 (3.2) Kbra保护3的电流速断整定值为

Iset3KrelIkCmax

=KrelEXsminZB-C

=1.2带入3.2得

Iset9115/32.24kA

15.6500.41.152.241.03kA 2.5③灵敏度校验。保护2的限时电流速断的灵敏系数为

Ksen2IkDmin0.810.51.3 1.64Iset2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

Ksen9IkBmin1.471.431.3 1.03Iset9其中IkBminE33115/31.47kA 2XG1z1L1215600.4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

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I其中

setKrelKssILmax (3.3)

Kre—可靠系数(取1.15)； KrelKss—自启动系数(取1.5)；

Kre—电流继电器的返回系数(取0.85)；

ILmax—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LC-D段最大负荷电流IC-Dmax200A，将数据带入3.3得

Iset21.151.52000.406kA 0.85②保护9定时限过电流的整定。由IB-Cmax300A，Kbra2.5可得保护9所在

LA-B段最大负荷电流

IA-Bmax300120A 2.5将数据带入3.3得

Iset91.151.51200.244kA 0.85③灵敏度校验。保护2的定时限过电流灵敏系数为

Ksen2IkDmin0.811.991.5 0.406Iset2满足灵敏度的要求。

保护9的定时限过电流灵敏系数为

Ksen9IkBmin1.476.021.5 0.244Iset9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

t20.5s0.5s0.5s1.5s

保护9过电流保护的动作时限为

t9t20.5s0.5s2.5s

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3.2 后备保护的整定计算

保护2作为CD段近后备

KsenKsen21.991.5

保护2作为DE段远后备

Ksen其中IkEminIkEmin0.7281.81.5 0.406Iset2E33115/3kA 0.7282XsmaxZB-CZC-DZD-E23920128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

KsenKsen96.021.5

保护9作为BC段远后备

KsenIkCmin0.9751.61.5 Iset9Kbra0.2442.5保护9作为近，远后备均满足灵敏度要求。

4 原理图的绘制

≥1≥1≥1≥1

图4 三段式电流保护的单相原理框图

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6 结论

在做继电保护配置时我们应该使配置的结果满足继电保护的基本要求，就是要保证可靠性、选择性、速动性和灵敏性。可是这四个指标在很多情况下是互相矛盾的，因此我们要根据实际情况让它们达到一定的平衡。

通过设计过程可以看出，在运行方式变化很大的110kV多点原系统中，最大运行方式下三相短路的短路电流与最小运行方式下得两相的短路电流相差很大。按躲过最大运行方式下末端最大短路电流整定的电流速断保护的动作值很大，最小运行方式下灵敏度不能满足要求。限时电流速断保护的定值必须与下一级线路电流速断保护的定值相配合，所以其定值也很大，灵敏度也均不能满足要求。过电流整定按照躲过最大负荷电流整定，其动作之受运行方式的限制不大，作为近后备和远后备灵敏度都能满足要求，一般采用受运行方式变化影响很小的距离保护。

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] 邵玉魁,秦文萍.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2008.

[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.

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