毕业设计-110kv电网继电保护设计电流保护.doc

xx科技大学
课 程 设 计 说 明 书

课程名称 继电保护课程设计
题 目 110kv电网继电保护设计--电流保护

学 院 农业工程学院
班 级 农业电气化与自动化111班
学生姓名
指导教师
日 期 2014.11.29

农业工程学院课程设计说明书
课程设计任务书

课程设计名称 继电保护课程设计 学生姓名 xxx 专业班级 农电111班
设计题目 110KV电网继电保护设计——电流保护
一、 课程设计目的
专业课程设计，一方面使学生获得综合运用学过的知识进行电力变电所、牵引变电所各主要元件的保护设计及整定和保护设备的选型的基本能力，另一方面能巩固与扩大学生的电气综合设计知识，为毕业设计做准备，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。学生通过专业课程设计，应在下述各方面得到锻炼：
1.掌握继电保护保护方案的确定原则，整定计算的一般步骤，了解系统运行方式的确定，保护整定系数的分析与应用，前后级整定配合的基本原则；
2.掌握保护、控制、测量、信号回路阅读和设计基本方法；
3.学习相关保护设备的选择和一般的维护。
二、 设计内容和要求
1．短路计算。必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原则或依据。
2．保护方式的选择及整定计算。要求说明选用保护方式的原则，各保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。
3．绘制保护原理接线图。要求绘制单线原理接线图及某一元件保护原理展开图。
4．对保护的评价。要求从选择性、灵敏性和速动性、可靠性四个方面来评价所采用保护的质量。
5．编写设计说明书。不少于2000字的说明书。
三、 设计任务和要求
1．原始资料
l 各变电站、发电厂的操作直流电源电压U=220KV
l 发电厂最大发电容量50+2x25=100MW，最小发电容量为50MW，正常发电容量为50+25=75MW
l 线路X1=0.3Ω/km，X0=2X1Ω/km
l 变压器均为YN，D11，110±2x2.5%/10.5KV，Uk=10.5%
l Δt=0.5s，负荷侧后备保护tdz=1.5s，变压器和母线均配置有差动保护，Kzq=1.2
l 发电厂升压变中性点直接接地，其他变压器不接地

2．设计任务
l 系统保护配置方案与计算
l 10km线路保护的接线图
l 对本网络所采用的保护进行评价。
四、 时间进度安排
1．明确任务和文献查找：1天 2．短路计算：2天
3．保护方式选择及整定计算：2天 4．绘制保护原理接线图：2天
5．编写说明书：2天 6．准备答辩及答辩：1天
五、 主要参考文献
1.崔家佩.《电力系统继电保护及安全自动整定计算》.北京：中国电力出版社，2006
2.张保会，尹项根.《电力系统继电保护》（第二版）.中国电力出版社,2009
3.许建安.《继电保护整定计算》. 北京：中国水利水电出版社，2003
4.李光琦.《电力系统暂态分析》（第三版）.北京：中国电力出版社，2007
指导教师签字： 20 年 月 日

110kv电网继电保护设计——电流保护
摘 要
电力系统的发电，送电，变电和用电具有同时性，决定了它每一个过程的重要性。电力系统要通过设计、组织，以使电力能够可靠、经济地送到用户。在电力系统线路继电保护中，对供电系统最大的威胁就是短路故障，它会给系统带来巨大的破坏作用，因此我们必须采取措施来防范它，在这个过程中，电流保护是很重要的一部分。
要完成电力系统继电保护的基本任务，首先必须“区分”电力系统的正常、不正常工作和故障三种运行状态，“甄别”出发生故障和出现异常的元件。本设计根据电力元件在这三种运行状态下的可测参量的“差异”，实现对正常、不正常工作和故障元件的快速“区分”，并自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。
可见，继电保护对保证系统安全、稳定和经济运行，阻止故障的扩大和事故的发生，发挥着极其重要的作用。因此，在线路电流保护中合理配置继电保护装置，提高整定和校核工作的快速性和准确性，以满足现代电力系统安全稳定运行的要求，理应得到我们的重视。

关键词： 输电线路，继电保护，电流保护

目录

第一章 绪论 1
§1.1 继电保护的概述 1
§1.1.1 继电保护的任务 1
§1.1.2 继电保护的作用 1
§1.1.3继电保护装置具备的基本要求 2
§1.2继电保护的发展 3
§1.3课程设计任务 3
第二章 短路电流计算 5
§2.1短路电流的计算 5
§2.2 当K1点发生短路时，短路电流的计算 5
§2.2.1 最大运行方式下 5
§2.2.2 最小运行方式下 9
§2.3 当K2点发生短路时，短路电流的计算 11
§2.3.1 最大运行方式下 11
§2.3.2 最小运行方式下 15
第三章 继电保护整定计算 18
§3.1整定计算 18
§3.2保护配置及说明 21
§3.310KM线路保护接线图 22
第四章 设计心得 23
参考文献 24

第一章 绪论
§1.1 继电保护的概述
研究电力系统故障和危及安全运行的异常情况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以称其继电保护。
§1.1.1 继电保护的任务
当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。
§1.1.2 继电保护的作用
由于电气设备内部绝缘的老化、损坏或工作人员的误操作、雷击、外力破坏等原因，可能使运行中的电力系统发生故障和不正常运行情况。常见的故障是各种形式的短路，如三相短路、两相短路、两相对地短路、中性点直接接地系统中的一相对地短路、电气设备绕组层间和匝间短路等。各种短路均会产生很大的短路电流，同时使电力系统的电压水平下降，从而引发如下严重后果。
（1）短路电流产生的电弧将短路点的电气设备烧坏；
（2）短路电流通过非故障设备，由于发热和电动力的作用，很可能使非故障元件损坏或缩短其使用寿命；
（3）电力系统电压水平下降，影响用电单位的生产，出现次品及废品，甚至烧毁电动机；
（4）电力系统电压下降，可能破坏电力系统的稳定，使系统振荡而导致崩溃。
故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。
系统事故的发生，除了由于自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般都是由于设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强设备的维护和检修，就可以大大减少事故发生的几率，把事故消灭在发生之前。
在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性之外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十几分之几 甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。这种保护装置以前，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置 。在电子式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器已被电子元件或计算机所代替，但仍沿用此名称。在电业部门常用继电保护一次泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置一次则指各种具体的装置。
电力系统中各种设备之间都有电或磁的现象,当某一设备发生故障,在很短的时间内就会影响到其他统的其他部分.因此,一旦电力系统出现故障,必须尽快将其切除,恢复正常运行,减少对用电单的影响;而当出现不正常运行情况时要及时处理,以免引起故障。
继电保护装置是一种能反应电力系统电气设备发生故障或不正常工作状态而作用于开关跳闸或发出信号的自动装置。
§1.1.3继电保护装置具备的基本要求
继电保护装置必须具备以下五项基本要求：（1）安全性；在不该动作时，不发生误动作。（2）可靠性；在该动作时，不发生拒动作。（3）快速性；能以最短时限将故障或异常消除。（4）选择性；在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。（5）灵敏性；反映故障的能力，通常以灵敏系数表示。选择继电保护方案时，除设置需满足以上五项基本性能外，还应注意其经济性，即不仅考虑保护装置的投资和运行维护费，还必须考虑因装置不完善而发生拒动或误动对国民经济和社会生活造成的损失。
§1.2继电保护的发展
随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。此外，机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。因此，系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力，机、炉设备的设计制造也 应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护，还应研究、推广故障预测技术。
§1.3课程设计任务
1、原始资料
电站C装机容量分别为15MW，以单回35kV输电线路向变电所B供电,还以一回35kV联络线经110kV中心变电所与省电网连接。电站发电机功率因数为0.75，暂态电抗X″d为0.25；线路电抗标幺值为,AC线1.15，BC线为0.38；变压器均为YN，D11，三相变压器标幺电抗为X*1=0.5，X*2=0，X*3=0.25,其它两相变压器X*B=0.7，短路电压Ud%=8.5%；系统标幺电抗X*S=0.2。
电网的接线示意如下：

2．设计任务
l 系统保护配置方案与计算
l 25km电流保护的接线图；
l 对本网络所采用的保护进行评价。

第二章 短路电流计算
§2.1短路电流的计算
将图2-1电网进行电抗转换，对该电网求短路电流。

图2-1 线路继电保护网络示意图
§2.2 当K1点发生短路时，短路电流的计算
§2.2.1 最大运行方式下
1、最大运行方式下K1点短路的等值电路图
图2-2最大运行方式下K1点短路的等值电路图

X1=0.2 X2=0.5 X3=0 X4=0.25 X5=1.15 X6=0.38 X7=0.7 X8=0.7 X9=0.7 X10=X11=X12=X13=0.25
2、排除变电所B，合并整理其它电抗值得：

X14=X10//X11=0.25÷2=0.125
X15=X12//X13=0.25÷2=0.125
3、整理合并得：

X16=X8+X14=0.7+0.125=0.825
X17=X9+X15=0.7+0.125=0.825
4、整理合并得：

X18=X16//X17=0.825÷2=0.4125
5、排除变电站A，整理合并得：

6、整理合并得：

X19=X1+X2 =0.2+0.5=0.7
X20=X5+X18 =1.15+0.4125=1.5625
7、短路电流的计算
最大运行方式下k1短路时，系统到短路点的等值电抗为: X19=0.7
短路电流标幺值为 IKA*=1/0.7=1.429
有名值为IKA=1.429×100/（37×）= 2.223KA
电站C到短路点的转移电抗为X20=1.5625
计算电抗为XJ=1.5625×(4×3/0.75)/100=0.14
查运算曲线图，得C短路电流标幺值为IC0.2*=1.329
有名值为 ICK0.2=1.329×10/(37×)=0.21KA
§2.2.2 最小运行方式下
1、最小运行方式下，K1点短路的等值电路图
X1=0.2 X2=0.5 X3=0 X4=0.25 X5=1.15 X6=0.38 X7=0.7 X8=0.7X9=0.25
2、排除变电所B，合并整理其它电抗值得：

3、排除变电站A，整理合并得：

4、整理合并得：

X10=X1+X2 =0.2+0.5=0.7
X11=X5+X8+X9=1.15+0.7+0.25=2.1
5、短路电流的计算
最小运行方式下k1短路时，系统到短路点的等值电抗为:X10=0.7
短路电流标幺值为IKA*=1/0.7=1.429
有名值为 IKA=1.429×100/（37×）= 2.223KA
电站C到短路点的转移电抗分别为X11=2.1
计算电抗为XJSC=2.1×5/100=0.41
查运算曲线图，得B、C短路电流标幺值为IC0.2*=2.309
有名值为 IC=2.309×5/(37×)=0.18KA
§2.3 当K2点发生短路时，短路电流的计算
§2.3.1 最大运行方式下
1、当K2点发生短路，

X1=0.2 X2=0.5 X3=0 X4=0.25 X5=1.15 X6=0.38 X7=0.7 X8=0.7 X9=0.7 X10=X11=X12=X13=0.25
2、排除变电所B，合并整理其它电抗值得：

X14=X10//X11=0.25÷2=0.125
X15=X12//X13=0.25÷2=0.125
3、整理合并得：

X16=X8+X14=0.7+0.125=0.825
X17=X9+X15=0.7+0.125=0.825
4、整理合并得：

X18=X16//X17=0.825÷2=0.4125
5、排除变电站A，整理合并得：

6、整理合并得：

X19=X1+X2+X5=0.2+0.5+1.15=1.85
7、最大运行方式下k2短路时，系统到短路点的等值电抗为: X19=1.85
短路电流标幺值为 IKA*=1/1.85=0.541
有名值为 IKA=0.541×100/（37×）= 0.843KA
电站C到短路点的转移电抗为 X18=0.4125
计算电抗为 XJ=0.4125×(4×3/0.75)/100=0.037
查运算曲线图，得C短路电流标幺值为 IC0.2*=1.329
有名值为 ICK0.2=1.329×10/(37×)=0.21KA
§2.3.2 最小运行方式下
1、K2点短路的等值电路图

X1=0.2 X2=0.5 X3=0 X4=0.25 X5=1.15 X6=0.38 X7=0.7 X8=0.7 X9=0.25
2、排除变电所B，合并整理其它电抗值得：

3、排除变电站A，整理合并得：

4、整理合并得：

X10=X1+X2+X5=0.2+0.5+1.15=1.85
X11=X8+X9=0.7+0.25=0.95
5、最小运行方式下k1短路时，系统到短路点的等值电抗为: X10=1.85
短路电流标幺值为 IKA*=1/1.85=0.541
IKA=0.541×100/（37×）= 0.843KA
电站C到短路点的转移电抗分别为 X11=0.95
计算电抗为 XJSC=0.95×5/100=0.41
查运算曲线图，得B、C短路电流标幺值为 IC0.2*=2.309
有名值为
IC=2.309×5/(37×)=0.18KA

24

第三章 继电保护整定计算
§3.1整定计算
将简化电路图分解成下述中的网络

1、保护1的整定计算
① 瞬时电流速断保护Ⅰ段的定值为
IⅠOP.1=KⅠrelIK2.max=1.25×0.94=1.175KA
最小保护长度计算
Xxt.min=ES/I(3)k1.min=(37/)/(2.497+0.165) =8.022Ω
Xxt.max=ES/I(3)k1.max=(37/)/(3.12+0.43) =6.052Ω
lmin =1/Kk[0.866L-（KkXxt.min-0.866Xxt.max）/X1]
=[0.866×25-(1.25×8.022-0.866×6.052)/0.4]/1.25
=18.139KM >15%L 满足要求
② 限时电流速断保护Ⅱ段的定值为
与相邻单回路的限时电流电压速断保护配合
最小分支系数的值为 Kfz.min=（0.624+0.157）/0.624=1.252
IⅡop.1 =KphIⅡop.3/Kfz.min=1.1×0.441/1.252=0.387KA
灵敏度校验：
Ksen =I(2)K2.min/ IⅡop.1=0.753/0.387=1.95>1.3 满足要求
动作时限t1Ⅱ=tⅠlx+△t=1s
③ 定时限过电流保护Ⅲ段的定值为
IⅢop.1=KⅢrel KssIL.max/Kre=1.15×2×0.11/0.85=0.298KA
灵敏度校验：
作为近后备保护
Ksen=I(2)K2.min/ IⅢop.1=0.753/0.298=2.53>1.3 满足要求
作为远后备保护
Ksen =I(2)K3.min/ IⅢop.1
=(0.624+0.157)/0.298=2.621 > 1.2 满足要求
保护Ⅲ段动作时间 tⅢ= tⅢxl+△t=2.5s+0.5s=3s
2、保护2的整定计算
① 瞬时电流速断保护Ⅰ段的定值为
IⅠOP.2=KⅠrelIK1.max=1.25×（0.43+0.21）=0.8KA
最小保护长度计算
Xxt.min=ES/I(3)k2.min=(37/)/(0.201+0.23) =49.565Ω
Xxt.max=ES/I(3)k2.max=(37/)/(0.72+0.37)=19.60Ω
lmin =1/Krel[0.866L-（KrelXxt.min-0.866Xxt.max）/X1]
=[0.866×40-(1.25×49.565-0.866×19.6)/0.4]/1.25
=-62.253KM 不满足要求
采用瞬时电流电压联锁速断保护的定值为
a.主要运行方式时的最大保护区是：
LImain=L/KK≈0.75L=0.75×40=30KM

b.主要运行方式使得等效电阻：
Xxt.main= (Xxt.min+ Xxt.max)/2=(49.565+19.60)/2=34.582Ω
c.电流元件动作电流值为
IIop.2 =ES/( Xxt.main+X1 LImain)
=(37/)/(34.582 +0.4×30)=0.459KA
d.电压元件动作电压值为
UIop.2=IIop.2 X1 LImain=×0.459×0.4×30=9.54KV
f.校验：
LIma x = Xxt.maxUIop.2/X1(UP- UIop.2)
=19.60×9.54/0.4(37-9.54)
=17.02 KM<50%L 不满足要求
LImin =(0.886ES-Xxt.minIIop.2)/X1IIop.2
=(0.886×37/-49.565×0.459)/(0.4×0.459)
= -20.822KM 不满足要求
因此，保护2不装设瞬时电流速断Ⅰ段保护
② 限时电流速断保护Ⅱ段的定值为
IⅡop.2 = I(2)K1.min/Ksen
=（0.143+0.159）/1.3=0.232 KA
动作时限t5Ⅱ=tⅠlx+△t=0.5s
③ 定时限过电流保护Ⅲ段的定值为
IⅢop.2=KⅢrel KssIL.max/Kre=1.15×2×0.11/0.85=0.298KA
灵敏度校验：
作为近后备保护
Ksen=I(2)K1.min/ IⅢop.2=0.302/0.298=1.01<1.3 不满足要求
采用低电压闭锁定时限过电流保护的定值为
电流元件动作电流值为
IⅢop.2 =KkIL.max /Kh=1.2×0.11/0.85=0.155KA
电压元件动作电压值为
UIop.2=KkUg.min /Kh=0.9×0.9×35/0.85=33.353KV
灵敏度校验
Ksen=I(2)K1.min/ IⅢop.2=0.302/0.155=1.948>1.3 满足要求
保护Ⅲ段动作时间 tⅢ= tⅢxl+△t=1.5s+0.5s=2s
§3.2保护配置及说明
1.保护配置图：

保护序号
Ⅰ段
Ⅱ段
Ⅲ段
动作值
灵敏度/保护区
动作时限
动作值
灵敏度/保护区
动作时限
动作值
灵敏度/保护区
动作时限
QF1
瞬时电流速断保护
限时电流速断保护
定时限过电流保护
1.18
KA
45.3
%L
0S
0.387
KA
1.95
1S
0.298
KA
2.53
2.626
3S
QF2
不装设Ⅰ段
限时电流速断保护
低电压闭锁定时限过电流保护

0.232
KA
1.3
O.5
S
0.155KA
33.35KV
1.948
2S

2.对各保护是否需装方向元件的判断
根据方向元件安装原则（对在同一母线上的定时限过电流保护，按动作时限考虑，时限短的安装方向元件，而长的不用装，若相等则均装）可判断：
根据Ⅲ段的动作时限可判断，Ⅲ段保护需装方向元件的保护装置有QF2，根据反方向短路时的短路电流是否超过保护的整定值可判断，保护Ⅰ段没有需装设方向元件的保护装置，保护Ⅱ段需装设方向元件的保护装置有QF2。
§3.310KM线路保护接线图

第四章 设计心得
《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。
理解这次课程设计的课题内容，熟悉并掌握电力系统的三段式保护，能看懂电力系统网络图，查阅其他资料了解电流互感器和电压互感器的选择，以及主保护和后备保护的配置等，心得如下： 进一步理解了继电保护的重要性，及其对继电保护的选择的原则有了进一步的理解。而在三段式电流保护满计算中，根据系统网络图分析，来确定系统运行的最大方式和最小方式。当三段式整定计算中出现灵敏系数不能满足要求，当发生内部故障时可能启动不了，可以考虑进一步延伸限时电流速断的保护，或降低本线路限时电流速断保护的整定值，以保证灵敏性。这次课程设计虽然花了我很多的精力和时间，中间遇到不少问题，但经过老师的指导，弥补了以前学习上的盲点。我觉得这是很值得的，我通过这一次作业，让我更深刻理解了理论上的东西，也可以说是学以致用。我觉得这不仅仅是在教我们如何去实践理论上的知识，更重要的是教会了我们应用知识的一种方法，我认为我们之所以要上学，是因为我们需要一种思维，一种会不断发现问题然后不断去解决问题的思维，这是解决我们自立根生的根本方法。我相信通过这次课程设计都会让我们有进一步的成长。

参考文献
[1]崔家佩.电力系统继电保护及安全自动整定计算.北京：中国电力出版社，2006
[2]张保会.尹项根.电力系统继电保护（第二版）.中国电力出版社,2009
[3]许建安.继电保护整定计算. 北京：中国水利水电出版社，2003
[4]李光琦.电力系统暂态分析.（第三版）.北京：中国电力出版社，2007
[5]都洪基.电力系统继电保护原理.南京：东南大学出版社，2007
[6]马永翔.电力系统继电保护.北京：中国林业出版社，2006
[7]于永源.电力系统分析（第三版）.北京：中国电力出版社，2007