35kv配电系统继电保护方案设计.doc

毕业设计报告毕业设计报告 课题：课题： 35kv 配电系统继电保护配电系统继电保护 方案设计方案设计 系 部：电气信息系 专 业：电气自动化技术 班 级：电气 07-2 姓 名：刘伟 学 号：200703021904 指导老师：杜文 1 摘要摘要 继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的。电力系统中的 短路时不可避免的。短路必然伴随着电流的增大，因而为了保护发电机免 受短路电流的破坏，需要继电保护来发挥作用。本文研究的是关于 35KV 配电系统继电保护。通过本次设计掌握和巩固电力系统继电保护的相关专 业理论知识，熟悉电力系统继电保护的设计步骤和设计技能，根据技术规 范，选择和论证继电保护的配置选型的正确性并培养自己在实践工程中的 应用能力、创新能力和独立工作能力。本论文主要结合了阻抗的计算、短 路电流的计算、三段式保护及继电器选型等输电线路保护。 关键词: 短路电流计算；输电线路继电保护 2 目录目录 1 1 概述概述1 1.1 电力系统继电保护的作用.1 1.2 电力系统继电保护技术与继电保护装置.1 1.2.1 统继电保护技术要求1 1.2.2 继电保护装置2 2 2 系统中各元件的主要参数计算系统中各元件的主要参数计算3 2.1 设计原则和一般定则3 2.2 35KV 电网元件参数计算原则4 2.3 各参数计算4 2.3.1 电阻参数计算4 2.3.2 电抗参数计算4 2.4 标幺值及标幺值计算方法4 2.4.1 标幺制的概念.4 2.4.2 标幺制的折算.4 3 3 短路电流的计算短路电流的计算6 3.1 短路计算的目的.6 3.2 复杂电源系统短路电流计算方法6 4 4 电网的电流保护和方向性电流保电网的电流保护和方向性电流保 护护6 4.1 单侧电源网络相间短路的电流保护6 4.1.1 电流速断保护10 3 4.1.2 限时电流速断保护13 4.1.3 定时限过电流保护13 4.2 电网相间短路的方向性电流保护16 4.2.1 方向性电流保护的工作原理17 4.2.2 功率方向继电器.18 5 5 实例分析实例分析20 6 6 继电器选型继电器选型25 6.1 过电流继电器的选择25 6.2 中间继电器的选择25 6.3 时间继电器的选择25 6.4 信号继电器选择.25 结结 束束 语语26 谢谢 辞辞27 参考文献参考文献28 1 1 1 概概 述述 1.11.1 电力系统继电保护的作用电力系统继电保护的作用 电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力 系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因 此，受自然条件、设备及人为因素影响，可能出现各种故障和不正常运行 状态。故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。为此，还应设置以 各级计算机为中心，用分层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正 常运行在内的各种运行状态实施控制。这样才能更进一步地确保电力系统 的安全运行。 (1)当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置 迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时 从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低 对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求(如保持电 力系统的暂态稳定性等)。 (2)反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行 维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处 理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备 予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。 1.21.2 电力系统继电保护技术与继电保护装置电力系统继电保护技术与继电保护装置 1.2.11.2.1 继电保护的基本要求继电保护的基本要求 继电保护装置应满足选择性、快速性、灵敏性和可靠性的要求：这四 “性”之间紧密联系，既矛盾又统一。 (1)选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障 设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保 2 护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保 护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元 件）的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。 (2) 快速性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定 性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合 闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高 频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作 用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高快速性。 (3)灵敏性是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。 满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，不 论短路点位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐 感觉、正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，它主要决 定于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。在设备或线路的被保护范 围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最 小灵敏系数在规程中有具体规定。 (4)可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了故障，它不应该拒 绝动作，简称拒动，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该 错误动作，简称误动。可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平 而言。一般来说，保护装置的组成元件的质量越高、接线越简单。回路中 继电器的触点数量越少，保护装置的工作就越可靠。同时，精细的制造工 艺、正确的调整试验。良好的运行维护以及丰富的运行经验，对于提高保 护的可靠性也具有重要的作用。 1.2.21.2.2 继电保护装置继电保护装置 继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常 3 运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装 置的任务是： （1）当被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择 地将故障部分断开，以减轻故障危害，防止事故蔓延。 （2）当设备出现不正常运行状态时，保护装置一般作用于信号，以 便及时采取措施，防止事故发生。在供电系统中，为了提高可靠性，除了 装设继电保护装置外，还设有各种自动装置，如自动重合闸、备用电源自 动投入装置等。 2 2 系统中各元件的主要参数计算系统中各元件的主要参数计算 2.12.1 设计原则和一般规定设计原则和一般规定 电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分，对保证电 力系统的正常运行，防止事故发生或扩大起了重要作用。应根据审定的电 力系统设计（二次部分）原则或审定的系统接线及要求进行电网继电保护 和安全自动装置设计，设计应满足继电保护和安全自动装置技术规程 （SDJ6-83） 、 35kV 电网继电保护与安全自动装置运行条例等有关专业 技术规程的要求。 继电保护和安全自动装置由于本身的特点和重要性，要求采用成熟的 特别是符合我国电网要求的有运行经验的技术。 电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、安全性、灵敏性、速动 性的要求。要结合具体条件和要求，从装置的选型、配置、整定、实验等 方面采取综合措施，突出重点，统筹兼顾，妥善处理，以达到保证电网安 全经济运行的目的。 2.22.2 35KV35KV 电网元件参数计算原则电网元件参数计算原则 4 输电线路的参数有四个：反应线路通过电流时产生有功功率损失效应的电 阻；反应载流导线产生的磁场效应的电感；反应线路带电时绝缘介质中产 生的漏电电流及导线附近空气游离而产生有功功率损失的电导；反应带电 导线周围电场效应的电容。输电线路的这些参数通常可以认为是沿全长均 匀分布的。 2.32.3 各参数计算各参数计算 2.3.12.3.1 电阻参数计算电阻参数计算 有色金属导线单位长度的直流电阻可按下面公式 ; ; s R 铝用 31.5mm2 /km 由手册查的 LGJ-240 的计算直径 21.66mm L:铝线； G:钢芯； J：绞线 2.3.22.3.2 电抗参数计算电抗参数计算 输电线路的等效电抗 额定频率下输电线每项的等值电抗： fLX2 我国电力系统的额定频率为 50HZ，对单导线线路： D D s ep X0628 . 0 由题意 LGJ-240 可由计算手册查的其计算直径 21.66mm 2#线路电抗： 5 km D D X s eq /35 . 0 lg1445 . 0 0 所以 2#线路总电抗2 . 4 1X 同理可求得 1#电抗为 3.15 3#电抗为 1.432 2.42.4 标幺值及标幺值计算方法标幺值及标幺值计算方法 2.4.12.4.1 标幺制的概念标幺制的概念 标幺值是电力系统分析和工程计算中常用的数值标记方法，表示各物 理量及参数的相对值。标幺值是相对于某一基准值而言的，同一有名值， 当基准值选取不同时，其标幺值也不同。它们的关系如下:标幺值有名 值/基准值。 2.4.22.4.2 标么值的折算标么值的折算 本网络采用近似计算法 近似计算：标幺值计算的近似归算是用平均额定电压计算。标幺值的 近似计算可以就在各电压级用选定的功率基准值和各平均额定电压作为电 压基准来进行。 3.13.1 短路计算的目的短路计算的目的 选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备 为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数,必须对 电力网中发生的各种短路进行计算和分析。在这些计算中不但要知道故障 支路中的电流值,还必须知道在网络中的分布情况。有时还要知道系统中 某些节点的电压值,在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时,为了比 较各种不同方案的接线图,确定是否需要采取限制短路电流的措施,都要进 6 行必要的短路电流计算。进行电力系统暂态稳定计算,研究短路对用户工 作的影响等,也包含有一部短路计算。在实际工作中,根据一定的任务进行 短路计算时必须首先确定计算条件。所谓计算条件是指短路发生时系统的 运行方式,短路的类型和发生地点,以及短路发生后所采取的措施. 3.23.2 复杂电源系统短路电流计算方法复杂电源系统短路电流计算方法 综合变化法实质是将各种类型的电源用一个等效发电机代替，这种方 法简单，但是未考虑各电源与短路点间的电气距离的不同及发电机类型的 不同；而且除了有限容量的电源外，还会有无限大容量电源的存在。由于 各电源类型和距离上的不同，他们向短路点供给的电流大小及变化规律差 异较大，所以在要求较高的短路电流计算中，需要采用单独变化法。单独 变化法先将供电系统中的电源按一定原则进行分组；每组用一个等值发电 机来代替，并求出它的直接联于短路点的支路转移电抗；然后对各支路分 别查相应的计算曲线，求出它们向短路点供给的短路电流；各支路电流之 和就是短路点的实际短路电流。对电源进行分组：将特殊情况的一、二个 电源分出来，按单独变化处理，而将其余的发电机合并为一组。做出供电 系统的等值电路图，选取基准，计算元件标么电抗。求各等效电源支路转 移电抗（采用分布系数法） 。将各个等效电源的短路电流相加。 4 4 电网的电流保护和方向性电流保护电网的电流保护和方向性电流保护 4.14.1 单侧电源网络相间短路的电流保护单侧电源网络相间短路的电流保护 4.1.14.1.1 电流速断保护电流速断保护 在保证选择性和可靠性要求的前提下，根据对继电保护快速性的要求， 原则上应装设快速动作的保护装置，使切除故障的时间尽可能短。反应电 流增加，且不带时限(瞬时)动作的电流保护称为无时限电流速断保护，简 7 称电流速断保护。 1. 工作原理 对于图2.1 所示的单侧电源辐射形电网，为切除故障线路，需在每条线路 的电源侧装设断路器和相应的保护装置，即无时限电流速断保护分别装设 在线路、的电源侧(也称为线路的首端)。当线路上任一点发生三相 L1L2 短路时，通过被保护元件(即线路)的电流为 LZZ E I ks s k 1 )3( 式中系统等效电源的相电势，也可以是母线上的电压； Es 保护安装处到系统等效电源之间的阻抗，即系统阻抗； Zs 线路单位长度的正序阻抗，单位为/ km ； Z1 短路点至保护安装处之间的距离。 Lk 图 8 图2.1 单侧电源辐射形电网电流速断保护工作原理图 若 和 为常数，则短路电流将随着的减小而增大，经计算 EsZsLk 后可绘出其变化曲线，如图2.1 所示。若 变化，即当系统运行方式变 Zs 化时，短路电流都将随着变化。当系统阻抗最小时，流经被保护元件短路 电流最大的运行方式称为最大运行方式。图2.1中曲线1表示系统在最大运 行方式下短路点沿线路移动时三相短路电流的变化曲线。短路时系统阻抗 最大，流经被保护元件短路电流最小的运行方式称为最小运行方式。在最 小运行方式下，发生两相短路时通过被保护元件的电流最小，即最短路电 流为 LZZ E I ks s k 1max. )2( min. 2 3 式中，为最小运行方式下的系统阻抗，为短路点至保护安装处的 Zs max.Lk 距离。图2.11中曲线2表示系统在最小运行方式下短路点沿线路移动时最 9 小短路电流的变化曲线。对于线路 的无时限电流速断保护1，当本线 L1 路上任一点 发生短路时，保护1 为瞬动保护。为保证选择性，在下一线k 路首端点短路时，保护1不应动作，即保护1 的电流速断保护的动作电 K2 流应该大于最大运行方式下k2点三相短路时流过被保护元件的短路电 I I op 1 . 流,即。由于k2点短路时与本线路末端k1点短路时流经 Ik )3( max.I I op 1 .Ik )3( max 2 . 被保护元件的短路电流相等，因此 也可按大于最大运行方式下k1点 I I op 1 . 三相短路时流经被保护元件的短路电流来整定，即 Ik )3( max. IKIkreop )3( max . 1 1 1 1 1 . 式中电流速断保护的可靠系数，一般取1.21.3。 Kre 1 1 引入可靠系数的原因是由于理论计算与实际情况之间存在着一定的差别， 即必须考虑实际上存在的各种误差影响，如实际的短路电流可能大于计算 值；对瞬时动作的保护还应考虑非周期分量使总电流变大的影响；保护装 置中电流继电器的实际启动电流可能小于整定值；考虑一定的裕度，从最 不利的情况出发，即使同时存在以上几种因素的影响，也可能保证在预定 的保护范围以外故障时，保护装置不误动，因而必须乘以大于1的可靠系 数， 一般取1.21.3。同理，保护电流速断保护的动作电流应为 IKIk I reop )3( max. 31 1 2 . 动作电流整定后是不变的，如图2.1中的直线3，它与曲线1、2 各有一个 交点M和N。在交点以前的线路上发生短路故障时，由于，保护1 I Ik I op 1 . 的电流速断保护能够动作；在交点以后的线路上短路时，由于, II I opk 1 . 保护不能动作。因此电流速断保护不能保护本线路的全长，而且保护的范 10 围随运行方式和故障类型的变化而变化。 2. 保护范围校验 电流速断保护的灵敏系数通常用保护范围来衡量，保护范围越长， 表明保护越灵敏。由图2.1 可见，最大运行方式下三相短路时，保护范围 最大为；最小运行方式下两相短路时，保护范围最小为。保护 LmaxLmin 范围通常用线路全长的百分数表示，一般要求最大保护范围50%，最小 保护范围15%。电流速断保护的保护范围可通过下面的方法求得：在最 大运行方式下( =)，保护范围末端()发生三相短路时， ZsZz max.LLk max. 短路电流 与动作电流相等，即 Ik )3( max.I I op 1 . Z I E Z LsI op s min. 1 max 1 在最小运行方式下()，保护范围末端( )发生两相 ZZzsmax. LLk min. 短路时，短路电流 与动作电流 相等，即 Ik )2( min.I I op 1 . Z I E Z LsI op s max. 1 min 2 31 4.1.24.1.2 限时电流速断保护限时电流速断保护 由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，为快速切除 本线路其余部分的短路，应增设第二套保护。为保证选择性和快速性，该 保护应与下一线路的电流速断保护在保护范围和动作时限上相配合，即保 护范围不超过下一线路电流速断保护的保护范围，动作时限比下一线路电 流速断保护高出一个时限级差 。这种带有一定延时的电流速断保护称t 为限时电流速断保护。 1. 工作原理与动作电流 11 现以图2.4 中的保护1 为例，来说明限时电流速断保护的整定计算。 假设保护2 装有电流速断保护，其动作电流整定为 ,它与最大 KI I re I op12 . 短路电流变化曲线1 的点为P，这就是它的保护范围。而保护1 限时电流 速断保护的保护范围不能超过保护2 电流速断保护的保护范围，即P点所 对应的短路点之前，所以在单侧电源供电的情况下，保护1 的限时电 k2 流速断保护的保护范围应在点和点之间。为什么？因为：若在点 k1k2k1 之前，则不能保护本线路的全长；若在点之后，则失去与保护2 电流 k2 速断保护的选择性。所以保护1 限时电流速断保护的动作电流应整定为 ，考虑到各种误差的影响，则有 II I op II op2 1 . IKI I op II re II op 2 . 1 1 . 式中限时电流速断保护的可靠系数，取1.11.2。 2. 动作时限的整定 由图2.4 可知，保护1 限时电流速断保护的保护范围已延伸至下一 线路电流速断保护的保护范围，为保证选择性，要求限时电流速断保护的 动作时限 要高于下一线路电流速断保护的动作时限 一个时限级差 t II 1t I 2 ，即t t tt III 21 对于时限级差，从尽快切除故障出发，应越小越好，但为了保证两套保t 护动作的选择性，又不能选择过小。t 保护 1 与保护2的配合关系，即保护动作时间与短路点至保护安装处之间 距离的关系，用t = f (L)来描述，如图2.4 所示。在保护2 电流速断保 护范围内的短路，将以 的时间切除，此时保护1 的限时电流速断虽然 t I 2 12 可以启动，但因较 大一个t ，而在QF2跳闸后，保护1 将返回，所 t II 1t I 2 以从时间上保证了选择性。若短路发生在保护1电流速断保护范围内时， 保护1 将以 时间切除，而在该线路其他点短路时，保护1将以时间切 t I 1t II 1 除。 图 2.2 限时电流速度保护工作原理及时限特性 所以，当线路装设电流速断保护和限时电流速断保护后，它们的联合工作 就可以保证在全线路范围内的短路故障都能在0.5s 时间内予以切除，在 一般情况下都能满足速动性的要求。它们的共同作用，构成了线路的主保 护，即以最短的时间切除全线路任一点发生的短路。 3. 灵敏系数校验 为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护在系统最小运行方式 下线路末端发生两相短路时，应具有足够的灵敏性，一般用灵敏系数来校 验，即规程规定 13 5 . 13 . 1 )2( min. I I KII op k II sen 式中(2)最小运行方式下被保护线路末端发生两相金属性短路时， Ik )2( min. 流过本线路保护的电流； 本线路限时电流速断保护的动作电流。 I II op 必须进行灵敏系数校验的原因，主要是考虑下列因素： (1) 故障点存在过渡电阻，使实际短路电流比计算电流小，不利于保护动 作。 (2) 实际的短路电流由于计算误差或其他原因而小于计算值。 (3) 由于电流互感器的负误差，使实际流入保护装置的电流小于计算值。 (4) 继电器实际动作电流比整定电流值高，即存在正误差等。 (5) 考虑一定的裕度。当灵敏系数不能满足要求时，在保护范围内发生短 路时，在上述不利因素的影响下，将导致保护拒动，达不到保护线路全长 的目的。这时可采用降低保护动作值的办法来提高敏系数，即使之与下级 线路的限时电流速断相配合。如保护1 的动作电流与下一条线路保护 I II op 1 . 2 的限时电流速断保护的动作电流配合，则 I II op 2 . IKI II op II re II op21 1 . 此时 tt ttt IIIII 2 221 可见，保护范围的伸长(即灵敏性的提高)，必然导致动作时限的升高。 4.1.34.1.3 定时限过电流保护定时限过电流保护 过电流保护通常是指其动作电流按躲过最大负荷电流来整定的保护， 它分为两种类型：一种是保护启动后出口的动作时间是固定的整定时间， 14 称为定时限过电流保护；另一种是出口动作时间与过电流的倍数有关，电 流越大，出口动作越快，称为反时限过电流保护。 本节只介绍定时限过电流保护。 定时限过电流保护(也可简称为过电流保护)在正常运行时，不会动作。当 电网发生短路时，则能反应于电流的增大而动作。由于短路电流一般比最 大负荷电流大得多，所以保护的灵敏性较高，不仅能保护本线路的全长， 作本线路的近后备保护，而且还能保护相邻线路全长，作相邻线路的远后 备保护。 1. 工作原理和动作电流 为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作，过电流 保护的动作电流应大于该线路上可能出现且通过保护装置的最大负荷电流， 即;同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复时负荷自启动电 I III opIL max. 流作用下保护装置必须能够可靠返回，即返回电流应大于负荷自启动电流。 如图2.6 所示，当k点短路时，保护1 和保护2 的过电流保护将同时启动， 但根据选择性要求,应由保护2 动作切除故障，此时保护1 由于电流已减 小应立即返回。而这时通过保护1的可能的最大电流不再是正常运行时的 最大负荷电流 了，这是因为短路时，变电所B母线电压降低，接在 IL max. 该母线上的电动机的转速会降低或停转，在故障切除后电压恢复时，电动 机将自启动，而电动机的自启动电流要大于它正常工作时的电流。 15 图2.3 过电流保护动作电流整定说明图 电动机最大自启动电流 与正常运行时最大负荷电流 的关系 Iss max.IL max. 为 IKIlssssmax.max. 式中KSS 自启动系数，其数值由负载的性质及电网的具体接线决定， 一般取1.53。为使保护 1 在此电流下能可靠返回，其返回电流应满足 关系式 ，引入可靠系数则有 IIssremax. IKKILss III reremax.1 式中定时限过电流保护的可靠系数，一般取1.151.25；由电流 K III re1 继电器动作电流与返回电流的关系，可得过电流保护的动作电 K I I re re op 流为 K IKK I re Lss III re III op max.1 由式(2-15)可知，当返回系数越小时，则过电流保护的动作电流越大，则 保护的灵敏性就越差，所以要求继电器的返回系数应尽可能大。 2. 动作时限的整定 16 如图2.7 所示的网络，假设各条线路都装有过电流保护，且均按躲 过各自的最大负荷电流来整定动作电流。当k点短路时，保护14 在短路 电流的作用下，都可能启动，为满足选择性要求，应该只有保护4 动作切 除故障，而保护13 在故障切除后应立即返回。如只能依靠选择不同的 动作时限来保证。 图 2.4 单侧电源辐射形电网过电流保护动作时限选择说明图 3. 灵敏系数校验 过电流保护的灵敏系数校验类似于限时电流速断保护，即 当过电流保护作本线路近后备保护时， 取最小运行方式下本 Ik )2( min. 线路末端两相金属性短路电流来校验，要求 1.3 1.5；当过 Ksen 电流保护作相邻线路的远后备保护时， 应取最小运行方式下相邻线 Ik )2( min. 路末端两相金属性短路电流来校验，要求 1.2。 此外应注意，各 Ksen 过电流保护之间还应在灵敏系数上进行配合，即对同一故障点来说，要求 17 靠故障点近的保护，灵敏系数应越高，否则将失去选择性。如图2.7中的 过电流保护1和2，由于通过同一最大负荷电流，所以动作电流相同，假定 为100A。实际上若保护2的电流继电器动作值有正误差，如105A(一次值)， 而保护1 刚好有负误差，如95A，那么，当k1点短路时流过保护1、2 的短 路电流为102A，保护2不动作，而保护1却要动作，将失去选择性。 4.24.2 电网相间短路的方向性电流保护电网相间短路的方向性电流保护 4.2.14.2.1方向性电流保护的工作原理方向性电流保护的工作原理 只要在电流保护的基础上加装一个能判断短路功率流向的方向元件， 即功率方向继电器，并且只有当短路功率由母线流向线路时才允许动作， 而由线路流向母线时则不允许动作，从而使保护的动作具有一定的方向性。 这样就可以解决反方向短路保护误动作的问题。这种在电流保护的基础上 加装方向元件的保护称为方向电流保护。方向电流保护既利用了电流的幅 值特征，又利用了短路功率的方向特征。 4.2.24.2.2 功率方向继电器功率方向继电器 功率方向继电器是用来判断短路功率方向的，是方向电流保护中的 主要元件。所以它必须具有足够的灵敏性和明确的方向性，即发生正方向 故障(短路功率由母线流向线路)时，能可靠动作，而在发生反方向故障 (短路功率由线路流向母线)时，可靠不动作。 5 5 实例分析实例分析 附录 A 原始资料 某地区部分供电系统如图 1 所示。区域性变电所 35kV 母线最大及最小运 行方式下的系统电抗分别为 Xmax=0.426，Xmin=0.647（Sj=100MVA）。架空 线参数：1#、2#为 LGJ240，长度分别为 9km、12km；3#为 LGJ185，长 度为 4km，几何均距均为 2.5m。铝厂变电所参数：T1、T2 均为 SL7 18 12500/35，uk%=7.5%，3522.5%/6.3kV，运行方式为一台工作一台备用， 该变电所的最大及最小负荷分别为 Pmax=9880kW，Pmin=4690kW，6kV 侧平均 功率因数为 cos=0.921。某煤矿变电所参数：T3、T4 均为 SL7 10000/35，T5为 SL78000/35，uk%=7.5%，3522.5%/6.3kV，运行方 式为一台 10000KVA 及一台 8000KVA 的变压器同时工作且分裂运行，另一 台 10000KVA 变压器备用，该变电所的最大及最小负荷分别为 Pmax=13800kW，Pmin=10990kW，6kV 侧平均功率因数为 cos=0.918。煤矿 热电厂有两台发电机经升压后由两条电缆线路与煤矿变电所 35kV 母线相 连，发电机参数：G1、G2均为 QF-15-2 ，额定容量为 SN=15MW，额定功率 因数为 cosN=0.8，此暂态电抗为 XG*=0.132。升压变压器参数：T6 、T7 均为 SFZ2-16000/35，uk%=8.08，P0=15kW，Pk=81kW。并网电缆参数： 型号为 VVJV32-26/35，长度为 530m，截面为 240mm2。该系统正常运行方式 为闭环运行，试确定线路 1#、2#、3#及变压器 T1、T3、T5、T6的保护装置。 G2 G1 T7 T6 35kV 35kV 35kV T5 12km 4km T4 T3 T2 T1 3# 2# 1# 9km 9 T 8 T 3 4 4# 5# 等效电路图： 19 在35kv的母线断开的情况下： 【1】电流速断保护 B点最大运行方式的短路电流 实际值83 . 5 100 37 426 . 0 2 2 * minmin. S U XX re s 86 . 8 100 37 647 . 0 2 2 * maxmax. S U XX re s )(13 . 2 )2 . 483. 5(3 37 2min. )3( max. KA XX E I s x Bd 动作电流 )(56 . 2 13 . 2 2 . 1 )3( max.1 KA IKIBd I re I op 灵敏度校验： 最小运行方式 15%处两相短路电流为 4 . 183 . 5 56. 23 37 2 3 2 3 max.minX I E l sI op s ，合格%15%33%100 2 . 4 4 . 1 2 min X l 20 满足要求。 【2】限时电流速断保护 （1）动作电流计算： 按躲过变压器低压侧母线（即 D）处短路电流整定，对于 D 点由于变压 T5 器阻抗很小可忽略不计。 )(13 . 2 )2 . 483 . 5 (3 37 2min. )3( max. KA XX E I s x Dd 动作电流 )(56 . 2 13 . 2 2 . 1 )3( max.1 KA IKIDd II K II op 当于相邻线路 BC 电流速断保护配合时，最大运行方式的三相短路电流为 )(86 . 1 )432. 12 . 483. 5(3 37 32min. )3( max. KA XXX E I s x cd )(20. 286. 12 . 1 )3( max.2 KA IKIcd II K II op 在确定限时电流速断保护整定值，有几个相邻线路时，要分别考虑与这几 个相邻线路的瞬时电流速断，或限时电流速断，或变压器差动保护相配合， 而且不能超出被配合保护的保护范围，因此，取上述整定值中最大的一个 为最终的整定值。因此选较大者作为动作电流，为 2.56KA。 灵敏度校验： 最小工作方式下 B 处两根短路电流为 )(45 . 1 )2 . 486. 8(3 37 2 3 2 3 2max. )2( min. A XX E I s X Bd 灵敏系数为 5 . 156 . 0 56 . 2 45. 1 )2( min. I I K dz Bd II lm 不符合要求 如果与相邻线路的瞬时电流速断保护配合，灵敏度不满足要求，可采用 降低动作电流的方法，则考虑本线路限时速断保护与下一线路限时速断保 21 护配合。所以 20. 233. 286. 125 . 1 )3( max IKIcd I KBCd AB 线路的限时速断保护的范围超过了 BC 线路电流速断保护的范围，进 入其限时速断保护范围。这时 AB 短段第二段保护的动作时限为 )( 15 . 05 . 05 . 0 11 s tt BCAB 【3】定时限过电流保护 当变电所与工作时 T1T3 ： T1 921. 0cos 1 kw P 9880 1 )(3 .186 921 . 0 3595. 03 9880 1cos95 . 0 3 1 max . 1 A U P If 系数 0.95 是考虑传输最大功率时电压下降 5%，所以第三阶段的动作电流 为 )(69 . 0 85 . 0 375 . 0 3 . 12 . 1 max.1 KA I K KK If K ss I re III op 灵敏度校验 作本线路近后备 5 . 11 . 2 69 . 0 45 . 1 )2( min. I I KIII a Bd III s )(47 . 1 )432 . 1 2 . 486 . 8 (3 37 32max. )3( min. KA XXX E I s x cd 远后备保护2 . 113. 2 69. 0 47 . 1 1 )3( min. I I KIII op cd III s 动作时限 22 按阶梯原则，比相邻元件后备保护最大动作时间大一个时限阶级差 为保证保护动作的选择性，过电流保护动作延时是按阶梯原则整定的，即 本线路的过电流保护动作延时应比下一条线路的电流段的动作时间长一 个时限阶段)(5 . 1st 6 6继电器选型继电器选型 时间继电器（KT） 作用：是一种辅助继电器，从激励量变化至规定值的瞬间起至继电器输出 信号的瞬间止所经历的时间间隔为其动作时间。简而言之就是获得人为的 延时。 中间继电器（ZJ、KM） 作用：是一种辅助继电器，具体体现为:增加触点的数目;扩展触点的 容量;获得一定的延时。 信号继电器（XJ、KS） 作用：用来保持继电器或继电保护所处状态，并按通声、光信号电路。 综上要求，可以对电流继电器、中间继电器、时间继电器、信号继电器进 行选择。 6.16.1 过电流继电器选择过电流继电器选择 1 适用范围和主要功能 JSL 系列定时限过流继电器适用于电力城农网供电线路、变压器、电 动机的过负荷和短路保护。该系列继 电器为集启动、延时、执行为一体 的交直流操作静态型多功能继电器，并具有精度高、功耗小、延时准确、 返回系数高、整定直观方便、触点容量大、无需辅助电源 等特点。是感 应型 GL 继电器的理想换代产品，且更能满足电力系统的时序配合。 23 JSL-11/10 一副动合触点； JSL- 15/10一副转换滑动触点； JSL-16/10一副转换滑动触点，一副延时辅助触点。 2 主要技术参数 过电流部分的整定范围：2.0-9.9A 级差0.1A。 返回系数不小于0.9。 过电流延时部分的整定范围：0.059.99S、级差0.01S。 电流速断部分的整定范围：29.9倍动作电流整定值。 电流速断在任一过电流整定值倍数下动作时间不大于50ms；15、16 的速断部分含延时回路，起诉段动作时间为100ms。 整定误差：过电流部分在任一整定值下其误差不大于5%，速断电流 部分在任一整定值下其误差不大于10%，在极限温度下不大于15%。过电流 延时的延时误差 绝对值不大于10ms。 触点容量：AC250V 可长期接通16A 的交流电流，闭合触点可分流断 开交流电流50A。当电流为额定值时不大于5W。 热稳定倍数：2倍的额定电流下可长期运行。 6.26.2 中间继电器选择中间继电器选择 3TH 系列中间继电器，适用于交流50Hz 或60Hz，电压至660V 和直流电压至 600V 的控制电路中，用来控制各种电磁线圈及作为电信号的 放大和传递， 符合 IEC947，VDE0660，GB14048等标准。 特性： 继电器采用 E 形铁心，双断点桥式触头系统的直 动式运动结构，动作 可靠； 3TH40，80有四对触头可组合； 3TH42，82有八对触头可组合； 3TH30 可接插辅助触头座（3TX4） ，可自由组合； 继电器动作机构灵活，手动检查方便，结构设计紧凑，可防止外界 杂物及灰尘落入继电器的活动 部位。接线端都有罩覆盖，人手不能直 接接触带电部位，