继电保护专业课程设计范文.doc

摘要
电力系统飞速发展对继电保护不断提出新规定，电子技术、计算机技术与通信技术飞速发展又为继电保护技术发展不断地注入了新活力。因而，继电保护技术得天独厚，在40余年时间里完毕了发展4个历史阶段：继电保护萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器集成电路保护和计算机继电保护。继电保护技术将来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
继电保护原理是运用被保护线路或设备故障先后某些突变物理量为信号量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应跳闸脉冲或信号。对电力系统继电保护基本性能规定是有选取性，速动性，敏捷性，可靠性。
这次课程设计以最常用110KV电网线路保护设计为例进行分析设计，规定对整个电力系统及其自动化专业方面课程有综合理解。特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂电气某些有一定研究。重点进行了电路化简，短路电流求法，继电保护中电流保护、距离保护详细计算。
核心字：继电保护，电流保护，距离保护

1.系统初始条件
1.1.主接线图
下图为某电力系统主接线。该系统由某发电厂三台发电机经三台升压变压器由A母线与单侧电源环形网络相连，其电能通过电网送至B、C、D三个降压变电所给顾客供电。

1.2.有关参数
(1)110KV网络接线如图所示，某些参数如图中所示
(2)网络中个线路均采用带方向或不带方向电流电压保护，所有变压器均采用纵差保护作为主保护，变压器均为Y，d11接线
(3)发电厂最大发电容量为：3*50MW，最小容量为2*50MW
(4)网络正常运营方式为发电厂发电容量最大且闭环运营
(5)110KV断路器均采用SW6-110型断路器；ta3跳闸时间为0.07s
(6)线路AB、BC、AD和CD最大负荷电流分别为230、150、230和140A；负荷自启动系数Kss=1.5
(7)各变电所引出线上后备保护动作时间如图所示
(8)线路正序电抗均为X1=0.4Ω/km
(9)电压互感器变比nTA=110000/100
2.三段式电流保护整定计算
2.1.计算网络参数
选用基准功率ＳB=100MVA和基准电压为VB=Vav

最大运营方式下最大电源阻抗：

最小运营方式下最大电源阻抗：

2.2.最大短路电流计算和整定计算
为计算动作电流，应当计算最大运营方式下三相短路电流，为校验敏捷度要计算最小运营运营方式下两相短路电流。为计算2OF、4OF、6QF、8QF整定值依照如上系统图可知，最大运营方式规定1QF断开，等值阻抗图如下：

图2.1.2 系统等值电抗图
2.2.1.K1点发生三相短路
（1）电力系统网络等值电抗图为：

图2.2.1- K1点短路时等值电抗图

最大运营方式时：
计算K1点短路时短路电流，系统等效阻抗为：

由上面已经计算出，基准电流为：，基准电抗为：；
三相短路电流标幺值为：
三相短路电流有名值为:

最小运营方式时：

三相短路电流标幺值为：
三相短路电流有名值为:

（2）保护8QF整定
对保护8QF三段式电流保护整定计算，三段式涉及:瞬时性电流速断保护、限时电流速断保护以及定期限电流速断保护。
下面一方面对8QF进行瞬时性电流速断保护整定：

下面对一段保护敏捷度进行校验：

代入已知数据得：

由于Lmin<0,因而敏捷度不够。
8QF限时电流速断保护整定：

对8QF二段保护进行敏捷度校验：
,可知不满足条件
因而，针对上面状况，则8QF与相邻下一段二段保护互相配合，则得到其整定值为：

敏捷度校验：,依然不能满足规定。
由于所给条件有限，不能继续对8QF二段保护进行符合敏捷度系数整定。
8QF定期限电流整定：
由初始条件懂得线路AD最大负载电流为230A,因而有下式：

对8QF定期限速断保护进行敏捷度校验：
近后备：,满足敏捷度规定。
远后备：，也满足敏捷性规定。
总结：对于保护8QF三段式电流保护整定，由上面计算过程可以看到，Ⅰ、Ⅱ段保护都不能满足敏捷性规定，可以获取更多条件来进行整定,同步也可以通过其她保护来整定，例如距离保护等；而Ⅲ段保护可以满足敏捷性规定。
2.2.2.K2点发生三相短路
（1）电力系统网络等值电抗图如下：

图5-3 K2点短路时等值电抗图
最大运营方式下有：
系统等效阻抗为：
三相短路电流标幺值为：
而三相短路电流有名值为：

最小运营方式下：
系统等效阻抗为：
三相短路电流标幺值为：
三相短路电流有名值为:

（2）保护6QF整定
同8QF过程同样对6QF进行相似整定计算。
一方面进行瞬时性电流速断保护:

敏捷度校验：

因而Ⅰ段保护不满足敏捷度规定。
对6QF进行限时速断保护:

敏捷性校验：
，不满足敏捷性规定。
由于缺少必要条件，不能对6QF进行与相邻下一段二段保护进行配合整定计算。

定期限电流速断保护：
由初始条件可知线路CD最大负荷电流为120A,因而进行下面整定：

对8QF定期限速断保护分别进行近后备和远后备敏捷度校验：
近后备敏捷度校验:
远后备敏捷度校验：
总结:通过上面整定计算，可以看到6QFⅢ保护满足敏捷度规定，可以对线路进行保护；而Ⅰ、Ⅱ段保护不能达到规定，由于缺少必要计算条件，没有继续往下整定，而也可以采用距离保护等保护。
2.2.3.K3点发生三相短路
（1）本电力系统等值电抗电路如下图所示：

图5-4 K3点短路时电抗图

最大运营方式下有：
图5-3所示等效电抗为：
则K3点发生三相短路时短路电流为：

三相短路电流有名值为：

最小运营方式下：
图5-3所示等效电抗为：
因此K3点发生三相短路时最小运营方式下短路电流标幺值为：

三相短路电流有名值计算为：

（2）保护4QF整定
对于4QF瞬时性电流速断保护整定有：

保护4QF敏捷性校验：

由以上计算知4QFⅠ段保护敏捷性规定不满足。
而对于4QFⅡ、Ⅲ段保护，由于题目中没有给出详细数据，因此不能进行Ⅱ、Ⅲ段整定计算。
同步针对于保护4QF，由于正常运营时有正向电流和反向电流流过，为了增大其工作可靠性，可以增长一种功率方向继电器，以防止线路XL2上某一点发生短路时流过4QF正向短路电流不大于系统正常运营是流过4QF反向单电流（注：这里正向电流方向是指由母线流向线路）。
2.2.4保护2QF整定
保护2QF整定，依照图2-1电力系统网络图可以看出，当系统正常运营时不也许有正向电流通过，因而要是有正向电流通过，则线路一定发生故障。为此只需要在保护2QF处加一种功率方向继电器就可以实现线路保护，而不用分析线路运营方式。
由以上计算可知电流保护Ⅰ段保护敏捷度都不能满足规定，在经济条件容许状况下，为了保证电力系统能更好运营，且考虑电压级别为110KV，因此可以采用距离保护。

3.距离保护整定计算
3.1 计算网络参数
由电力系统网络图有下列参数：

3.2 整定值计算
3.2.1 8QF距离保护整定值计算
1）距离Ⅰ段整定阻抗

2）距离Ⅱ段整定阻抗
与相邻下级L3配合有：

按躲过相邻变压器出口短路整定有：

取以上两个计算中较小者为Ⅱ段整定值，因而8QFⅡ段整定值为：。
进行敏捷度校验有：
，不满足敏捷度规定。
由于上述不满足敏捷度条件，因此改为相邻下一段Ⅱ段保护相配合。因而6QFⅡ段整定值为：
则按照相邻下一段整定有：

，满足规定。
因此延时整定为:。
3.2.2 6QF距离保护整定
同理，6QF整定计算过程同8QF：
1）距离Ⅰ段整定阻抗

2）距离Ⅱ段整定阻抗
与相邻下级L3配合有：

按躲过相邻变压器出口短路整定有：

取以上两个计算中较小者为Ⅱ段整定值，因而8QFⅡ段整定值为：。
敏捷度校验有： ，不满足敏捷性要
求，但由于缺少相邻下一段Ⅱ段整定值，故不能进行校正。
3.2.3 4QF距离保护整定
4QFⅠ段距离整定为：

由于2QF仅需要加装一种功率方向继电器或者方向阻抗继电器即可，因此4QF不需要和2QF距离保护装置配合，4QF仅需要和T4保护配合：
敏捷度校验：
，满足敏捷度规定。
同三段式电流保护整定，2QF距离保护只需增长一种功率继电器或方向阻抗继电器即可。

4.电网保护装置和自动装置设计
4.1 保护装置配备
1) 主保护配备
由系统可知110KV线路配备有众联保护，全线路上任意点故障都能迅速切除。保证系统稳定安全运营。
2) 后备保护配备
考虑保护性能优越性：110线路应当配距离保护，但是距离保护复杂并且价格昂贵，维护困难。
考虑经济优越性：可以尝试配三段式电流保护，同步由于系统是环网运营，相称于双电源运营一定要加方向元件。在110KV级别电力网络中，三段式电流保护也许在系统最小运营方式下没有保护范畴，如果系统在最小运营方式下运营几率不大状况下，并且资金不够状况下可以尝试三段式电流保护，基本可以保证系统正常运营。
考虑系统运营方式：110KV高压输电网络应当属于大接地电力系统，需要配备零序保护。如上考虑到环网运营，也要加方向元件。保证保护不误动作。
继电保护保护装置配备不是一层不变，要考虑系统运营状况、经济状况、人员技能、环境影响等等状况，但是电力系统继电保护基本任务不变：1.自动、迅速、有选取将故障元件冲系统中切除。2.反映电力设备不正常运营状态，并依照运营维护条件，动作于发出信号或跳闸。
4.2 自动装置配备
（1）简述
电力系统自动装置是指在电力网中发生故障或异常时起控制作用设备，重要涉及自动重叠闸、备用电源自动投入装置、低频减载和失压解列装置等设备，电网中自动装置型号多、逻辑千变万化，在实际运营中会暴露某些问题。电网中自动装置配备，需要咱们进行全面考虑。
（2）系统安全自动装置配备
配备重叠闸：在电力系统故障中，打多数故障是输电线路故障。运营经验表白大多数线路故障是“瞬时性”故障，此时，如果把断开线路在合上，就能恢复正常供电。
如图所示：该系统为110KV输电线路系统，按照规定，每一种断路器都应当装有ARD装置，并与继电保护后加速配合形成重叠闸后加速保护，保证电力系统最大限度正常供电。
配备备用电源自动投入装置：当线路或用电设备发生故障时，可以自动迅速、精确把备用电源投入用电设备中或把设备切换到备用电源上，不至于让顾客断电一种装置。
如图所示：该系统为110KV输电线路系统，依照系统规定，如果B变电站或C变电站中两台变压器，为了保证负荷可以长时间正常运营，应当加入AAT装置。
配备低频、低压减载装置：它在电力系统发生事故浮现功率缺额使电网频率、电压急剧下降时,自动切除某些负荷,防止系统频率、电压崩溃,使系统恢复正常,保证电网安全稳定运营和对重要顾客持续供电。
如图所示：该系统为110KV输电线路系统，依照本地系统运营状况和系统规定，为了保证系统可以稳定运营，防止系统频率、电压崩溃应当在变电站B、C、D中配备低频、低压减载装置。
4.3电流、电压互感器选取
（1）电流互感器
保护用电流互感器重要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号以此来切断故障电路，以保护供电系统安全。保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍电流时才开始有效工作。
线路发生故障时冲击电流产生热和电磁力，保护用电流互感器必要可以承受。二次绕组在短路状况下，电流互感器在一秒内能承受而无损伤一次电流有效值，称额定短时热电流；二次绕组短路状况下，电流互感器能承受而无损伤一次电流峰值，称额定动稳定电流。
电流互感器额定一次电压应等于或不不大于回路额定一次电压，绝缘水平也应满足有关原则。电流互感器额定一次电流应依照其所属一次设备额定电流或最大工作电流选取，并应能承受该回路额定持续热电流、额定短时热电流及动稳定电流。同步，额定一次电流选取，应使得在额定变流比条件下二次电流在正常运营和短路状况下，满足该回路保护装置整定值选取性和精确性规定。
电流互感器额定二次电流有1A和5A两类：各级电压电流互感器额定二次电流选用1A时，可以减轻电流互感器二次负荷，二次电缆截面可减小，节约投资。一种厂站内电流互感器额定二次电流容许同步采用1A和5A。但同一电压级别电流互感器额定二次电流普通采用相似电流值。
因此对电流互感器选取如下：
由于流过每个断路器都同样，因此它们型号也同样，原则电流互感器二次额定电流为5A。
（2）电压互感器配备
电压互感器作用是：把高电压按比例关系变换成100V或更低级别原则二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同步，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作设备，但它电磁构造关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流大小由回路阻抗决定。当二次负载增大时时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一种分量来满足一、二次侧电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一种被限定构造和使用形式特殊变压器。简朴说就是“检测元件”。
电压互感器普通按如下原则配备。
（1）对于主接线为单母线、单母线分段、双母线等，在母线上安装三相式电压互感器；当其出线上有电源，需要重叠闸鉴定同期或无压，需要同期并列时，应在线路侧安装单相或两相电压互感器；
（2）对于3/2主接线，经常在线路或变压器侧安装三相电压互感器，而在母线上安装单互相感器以供同期并联和重叠闸鉴无压、鉴同期使用；
（3）内桥接线电压互感器可以安装在线路侧，也可以安装在母线上，普通不同步安装。安装地点不同对保护功能有所影响；
（4）对220kV及如下电压级别，电压互感器普通有两个次级，一组接为星形，一组接为开口三角形。在500kV系统中，为了继电保护完全双重化，普通选用三个次级电压互感器，其中两组接为星形，一组接为开口三角形；
（5）当计量回路有特殊需要时，可增长专供计量电压互感器次级或安装计量专用电压互感器组；
（6)在小接地电流系统，需要检查线路电压或同期时，应在线路侧装设两相式电压互感器或装一台电压互感器接线间电压。在大接地电流系统中，线路有检查线路电压或同期规定期，应一方面选用电压抽取装置。通过电流互感器或结合电容器抽取电压，尽量不装设单独电压互感器。500kV线路普通都装设三只电容式线路电压互感器，作为保护、测量和载波通信公用；
7）电压互感器二次侧绕组决不容许短路。

5电压互感器二次回路断线闭锁装置
5.1 闭锁装置作用
电压互感器相称于一种电压源，当二次回路发生短路时将会浮现很大短路电流，如果没有适当保护装置将故障切除，将会使电压互感器及其二次线烧坏。
电压互感器二次回路在运营中容易发生单相接地和相间短路，导致保护装置交流失压，失压引起保护装置误动，导致不应有损失，由于这种不利因素存在，许多保护装置在设计师都考虑了断线闭锁回路。电压互感器二次回路保护设备，普通采用迅速熔断器或自动空气开关。
5.2 闭锁装置设计
电压回路保护方式选取，重要取决于电压回路所接继电保护和自动装置特性。当电压回路故障不会引起继电保护和自动装置误动作状况下，一方面采用简朴以便熔断器作为电压回路保护；但是在电压回路故障有也许导致继电保护和自动装置不对的动作场合，应采用自动开关，作为电压回路保护，以便在切除电压回路故障同步，也闭锁关于继电保护和自动装置。在实际工程中，普通在60kV及如下没有接距离保护电压互感器二次回路和测量仪表专用电压回路，都采用迅速熔断器保护；对于接有距离保护电压回路，普通采用自动开关作为保护设备。
电压互感器二次回路在运营中容易发生单相接地短路和相间短路，导致保护装置交流失压，而失压引起保护装置误动作，从而导致不必要损失。为此针对于这种现象，设计出一套电压二次回路断线闭锁装置，它可以在线路发生故障时可以开放保护，而在电压互感器二次回路断线时闭锁保护。
电压二次回路断线闭锁装置原理是：在实际供电系统中，发生单相短路、两相短路和两相接地短路非对称性故障状况极其普遍，因而运用电压回路发生

非对称性故障或电压回路被断开一相或二相时形成不平衡电压来启动闭锁装置，对保护实行闭锁，防止保护误动作；同步可运用电压互感器二次侧断线时电流不大于设定闭锁电流值，这样保护就闭锁，也可以用来防止保护误动作。

PT断线

与

与
进线有流
计算电压3Uoj
开口电压3Uo
任一相无压

或

图5.2-1 PT断线综合鉴别逻辑法图

6.保护4接线图
由前面整定可知，对保护4QF采用三段式电流保护，因而分别画出4QF原理接线图、展开图、屏幕布置图。
6.1 4QF原理图
KCO

KS2
KS3
KS1
KT2
KAc3
KAc1
TAa
KT3
KAb3
KAa3
KAc2
KAa2
KAa1
TAc
QF
≥1
≥1

≥1

≥1

图6.1-1 三段式电流保护原理图
6.2 4QF接线图

图6.2-1 三段式电流保护接线图
6.3 4QF展开图
TA
KA2
KA1
+L
716
KA3
KA5
KA6
KA4
TA
TA

交流电流回路

图6.3-1交流回路展开图
KAa3
KAb32
KAc3
QF
KAa1
KS3
KCO
KT3
KT3
KCO
KT2
KT2
KS1
YR
KS2
KAa2
+wc
KAc1
-wc
F
KAc2
F
电流速断保护
限时电流速断保护
过电流保护
跳闸回路

图6.3-2 直流回路展开图
6.4 4QF屏幕布置图
29
30
31
32
34
35
36
37
33
5
1LJ
1
2LJ
3
5LJ
2
6LJ
1
1YJ
10
3LJ
4
4LJ
8
1SI
7
7LJ
6
2YJ
J5
1BCJ
J1
2SJ
J3
J7BJ
J2
3SJ
Z1
2BCJ
17
1HWJ
16
2HWJ
19
1GJ
18
2GJ
22
1CJ
21
2CJ
23
3CJ
28
27
26
25
24
23
1LP
2LP
3LP
4LP
QP
5LP
6LP
7LP
8LP

图6.4-1 屏幕布置图

7. 总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力重要环节，是对学生实际工作能力详细训练和考察过程。在这次宝贵设计活动中，经验才是对于咱们最大收获，并且还增强了自身对未知问题以及对知识深化结识能力，但是，仅仅是完毕了作品还是不可以自我满足，咱们要认真思考设计过程中遇到问题，多查资料，将理论与实际相结合思考，并在后来学习中更要加倍注意犯过错误。
通过这次设计，在获得知识之余，还加强了个人独立提出问题、思考问题、解决问题能力，从中得到了不少收获和心得。在思想方面上更加成熟，个人能力有进一步发展，本次课程设计使本人对自己所学专业知识有了新了、更深层次结识。在这次设计中，我深深体会到理论知识重要性，只有牢固掌握所学知识，才干更好应用到实践中去。这次设计提高了咱们思考问题、解决问题能力，它使咱们思维更加缜密，这将对咱们此后学习、工作大有裨益。
本次课程设计能顺利完毕与同窗和教师协助是分不开，在对某些知识模棱两可状况下，多亏有同窗热心协助才可以度过难关；更与教师悉心辅导分不开，在有解不开难题时，多亏教师们耐心指引才使设计能顺利进行。

参照文献
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