输电线路电流电压保护设计

1、电力系统保护与控制课程设计报告摘要本文针对110kV输电线路进行了继电保护的设计，采用了电流电压保护的方法，首先确定了系统分别在最大运行方式和最小运行方式下的等值阻抗，并计算了各相间短路的最大最小短路电流。接着，计算了保护1、2、3的电流保护定值，并计算了各自的最小保护范围。在接着，对保护 2、3进行限时电流速断保护定值的计算及其灵敏度 校验，并确定其动作时限。然后对保护1、2、3进行过电流保护定值计算及其灵敏度校验，并确定各段保护的动作时限。最后，绘制了电磁式三段式电流保护原理图和展 开图，并详细分析其动作过程。关键词：电流电压保护；三段式电流保护；灵敏度目录1 绪论 31.1继电保护的作用

2、 31.2对继电保护的基本要求 31.3原始资料 41.3.1 系统接线图如图： 41.3.2课程设计的内容及技术参数参见下表 41.3.3工作计划： 52 输电线路电流保护整定计算 62.1 保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗 62.1.1最大运行方式 62.3电流I段整定计算及灵敏度校验 82.4电流II段整定计算及灵敏度校验 122.4.1保护2的整定122.4.2 保护3的整定 133电流保护原理图的绘制及其动作过程分析 173 . 1电流三段式保护原理图 173.2 电磁式电流三段式保护展开图 194课程设计总结205参考文献211绪论1.1继电保护的作用随着自动化技术的发展，电

3、力系统的正常运行、故障期间以及故障后的回 复过程中，许多控制操作日趋高度自动化。这些控制操作的技术与装备大致可 以分为两类，一类是通常理解的“电力系统自动化”，另一类是当电网或电气 设备发生故障，或出现影响安全运行的异常情况时，自动切除故障设备和消除 异常情况的技术与装备。其特点是动作速度快，其性质是非调节性的，这就是 通常理解的“电力系统继电保护与安全自动装置”。其作用是，一自动、迅 速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，是故障元件免于继续遭到损 坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；二是反应电气设备的不正常运行 状态，并根据运行维护条件，而动作与发出信号或跳闸。此时一般不要求迅速 动

4、作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短的 运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。1.2对继电保护的基本要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性 （安全性和信赖性）、选择性、速动性和灵敏性。这几“性”之间，紧密联 系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛盾和矛盾的主要方 面，配置、配合、整定每个电力元件的继电保护，充分发挥和利用继电保护的 科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、确定性和经 济性发挥最大效能。可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能的最基本 要求。继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的

5、区间内将故障从 电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能持续安全地运行。1.3原始资料设计题目四：输电线路电流电压保护设计（4）1.3.1系统接线图如图:CDEI系统接线图1.3.2课程设计的内容及技术参数参见下表设计技术参数工作量E115Mr-3kV,XG1 15 ,1.确定保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗。Xg2 15 ,Xg3 20 ,2.进行C母线、D母线、E母线相间短路的最大、L仁 L2=60km,L3=40km,最小短路电流的计算。LB-C=40km,LC-D=50km,3.整定保护1、2、3的电流速断保护定值，并计LD-E=30km,线路阻抗 0.4 /km,算各

6、自的最小保护范围。K；i1.2,KreiK 冋1.15,4.整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校 验灵敏度。最大负荷电流IB-C .L max=300A,5.整定保护1、2、3的过电流保护定值，假定母IC-D. Lmax=260A,线E过电流保护动作时限为0.5s，确定保护1、2、3过电流保护的动作时限，校验保护1作近后ID-E. Lmax=140A,备，保护2、3作远后备的灵敏度。电动机自启动系数 Kss=1.5，电流继6绘制三段式电流保护原理接线图。并分析动作电器返回系数Kre=0.85。最大运行方式：三台发电机及线路L1、L2、L3同时投入运行；最小运 行方式：G2、L2退出运行。

7、过程。7、采用MATLAB建立系统模型进行仿真分析。133工作计划:第一天：收集资料，确定设计方案。第二天：等值电抗计算、短路电流计算。第三天：电流I段整定计算及灵敏度校验。第四天：电流II段整定计算及灵敏度校验。第五天：电流III段整定计算及灵敏度校验。第六天：绘制保护原理图。第七、八天：MATLAB建模仿真分析。第九天：撰写说明书。第十天：课设总结，迎接答辩。2输电线路电流保护整定计算2.1 保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗2.1.1最大运行方式在最大运行方式下，三台发电机及线路L1、L2、L3同时投入运行，等值阻抗如图2.1所示。I 15 -_ _15“:- J: I%丁 ：60X

8、 0.4 二=24 -60X 0.4二=24)朋用：40X 0.4二=16: - 40X 0.4 二=16為;:氏0X 0.4一】=20上履心:忌0X 04】=12h.rU/ 廉m+Ul D( .+ l.：):址 15+24/24)/(20+16)= 12.65二2.1.2最小运行方式根据原始资料，最小运行方式就是，在最大运行方式的基础上让G2 L2退出运行，等值阻抗如图2.2XG1XL1A/V XB_C XC_D XD_EXL3XG3图2.2最小运行方式等值阻抗其中X疔；| + _-)/(.- + _.)Q：+24)/(20+16) = 18.72-2. 2相间短路的最大、最小短路电流的计算

9、C母线最大短路电流:工日min专匚C母线最小短路电流N先max*兀B血2 18.7Z+16D母线最大短路电流115陌LZ.6S-l-h20kA = 1.37kAD母线最小短路电流j 眾叫 =谑;沏坯=105kAE母线最大短路电流：I 黒=宝= kA = 1.09kAKtrnax忑皿込+玄*+龙靭有12.6S+16+20+12E母线最小短路电流 =逻=週一込I_kA = o95kAKErnin 2+ XCXDE z 12.65+164-20-H12表2-2-1短路电流计算结果母线名称系统运行方式短路电流大小（kA）C母线最大2.32最小1.66D母线最大137最小1.OSE母线最大1.09最小0

10、.952.3 电流I段整定计算及灵敏度校验无时限电流速断保护依靠动作电流来保证选择性，被保护线路外部短路时 流过该保护的电流总是小于其动作值，不能动作；而只有在保护范围内段录 制，流过保护的电流有可能大于动作值，是该保护动作。且无时限电流速断保 护的作用是保证在任何情况下无时限切除本线路上的故障。保护 1：- -. L一.一八-保护 2： :- :-： - I :保护3：丄匸扎；几二在已知保护的动作电流后，大于一次动作电流的短路电流对应的短路点区 域，就是保护范围。保护的范围随运行方式、故障类型的变化而变化，最小的 保护范围在系统最小运行方式下两相短路时出现。一般情况下，应按这种运行 方式和故

11、障类型来校验保护的最小范围，要求大于被保护线路全长的15%-20%保护1的最小保护范围:+ XBC+XCE)西 115/V311.308-(18.72 + 16+20)=-10.760保护2的最小保护范围:V3 H5/V3 *=(18.72 + 16= 0.257021.644 K保护3的最小保护范围：阿 115/v3T 2.784：-C1LB.72) = 153Q因为保护 1:咗;.： 一. .一 :.XDE保护 2:-.-；:Mb保护3:处-.-:J3C均不满足灵敏度，所以均不合格，需重新整定。由系统接线图可知，E母线为系统最末端母线，保护 1的电流速断保护按保护范围为全长的 30%整定也

12、不会引起误动，因此按保护范围为全长的20%整保护1:耳 1谥=3C% XDE = 30% X 12Q = 3,60,1 逅%1 书=.P 2X2_十冷十XDE +工鮎込灵 115/3=三 0.986kA218.72 + 16 + 20 4- 3.6因为VV -故该整定值符合灵敏度要求，且保护 1的最小保护范围为壬二二保护2： 由于按躲开本线路末端的最大短路电流来整定得到的启动电流不符合灵敏度要 求，因此降低整定值，增加动作时限，以保证该保护的可靠性。在此按躲开下 一段线路20%处的最大短路电流来整定。DE线路20%处最大短路电流:Xgin + BC + 蚤刀 + 0.2Xde12.65 + 1

13、6 + 20+2.4=1.301kA】爲= 1*2 X 1301kA = 1.561kA校验:保护2的最小保护范围:+ XQ1L5A 3 一 (18.72 + 16= 2.115(121.561由于二:.:;: 灵敏度不符合要求，需重新整定 按躲开下一段线路40%处的最大短路电流来整定DE线路40%处最大短路电流:Xgin + BC + Xa + 0.4Xde=1.242kA% = K.Iei = L2X 1242kA = 1.49 lkA校验:保护2的最小保护范围:-j(Xgniax + 亡)占 Jcp2V3 H5/V3 *=(18.72 + 16- 3.845021.491 人、由于卫T

14、= -： 2-T-L1 X 10。帥=192% 15灵敏度符合要求。为了保证继电保护系统的选择性，需要增加时间延时，延时时间为 电=九矗，以免DE段发生短路时，保护2误动作。增加延时以后，若 CD段发 生短路，延时时间到以后保护 2动作，若DE段发生短路且短路电流大于保护 2 的启动电流，保护2会启动计时，而保护1直接动作，切断线路，使得短路电 流消失，保护2返回，从而保证了系统的可靠性和选择性，但牺牲了系统的快 速性。保护3：按躲开下一段线路即CD段线路的10%处的最大短路电流来整定。 =鱼KCD1 +=5 kA-X 2195校验：保护3的最小保护范围:mas:以3 18.72 = 3.11

15、0022.634由于1/ _Kn3 =二 丁決= 1 虫44% 15Xpt：灵敏度符合要求。为了保证继电保护系统的选择性，需要增加时间延时，延时时间为 辰：常口號，以免CD段发生短路时，保护3误动作。增加延时以后，若 BC段发 生短路，延时时间到以后保护 3动作，若CD段发生短路且短路电流大于保护 3 的启动电流，保护3会启动计时，而保护2直接动作，切断线路，使得短路电 流消失，保护3返回，从而保证了系统的可靠性和选择性，但牺牲了系统的快 速性。2.4电流II段整定计算及灵敏度校验由于有选择性电流速断保护不能保护线路全长，因此增加限时电流速断保 护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时

16、作为速断保护的后备保 护。限时电流速断保护需与下一级线路的速断保护配合，启动电流值为= K” J11Jop2 八询 fopl动作时限为II I 矗t2 =5 +At其中取二I12.4.1保护2的整定由题意，保护2的U段电流保护应与保护1的I段保护配合，其启动电流为:II I：.0.986 斗畀一二 1-15 X= 1.134kAKbmin动作时限= I； + At = 0 + 0.5s = 0.5s灵敏度校验：TT1 0SK =应壘= = 0.926 028kA1.5故保护2限时电流速断保护的整定值取 壮宀灯漁，若保护2限时速断保 护的时限只比保护1的电流速断保护大-，由于保护2的U段整定值小

17、于保护 11段整定值，当DE段发生短路且短路电流小于保护 11段整定值时，保护11 段保护不动作，保护2的U段将动作，不能保证继电保护系统的选择性；由于 DE段处于系统末端，故保护2U段的动作时限要比保护1的川段大一个川，即故保护2限时电流速断保护整定值 ；嚣：；仁戲丄动作时限2.4.2保护3的整定按照限时电流速断保护的整定原则，保护 3的U段应与保护2的I段相配合，故其启动电流为:=ifnr-W = 1-15= 1.715kAop3 relRbmin动作时限tf = t； + At = 0.5 + 0.5s = 1.0s灵敏度校验：ii 專时 1.66.K rt= 0.968L5满足灵敏度要

18、求 保护2做远后备保护的灵敏度:hisen(Z)KEmin0.950.528满足灵敏度要求保护3做远后备保护的灵敏度：KDmia 1山5op3满足灵敏度要求表2-5-1保护配置技术参数表保护序号保护名称启动电流值(kA)动作延时(S)保护1瞬时电流速断保护0.9860延时电流速断保护-过电流保护0.2841.0保护2瞬时电流速断保护1.4910.5延时电流速断保护0.7 1.0过电流保护0.5281.5保护3瞬时电流速断保护2.6340.5延时电流速断保护0.8051.5过电流保护0.6092.03电流保护原理图的绘制及其动作过程分析3. 1电流三段式保护原理图图3.1 (a)保护1原理接线图

19、图3.1 ( b)保护2、3原理接线图各保护的三段式电流保护原理接线图如图3.1所示，其中所包括的元件有：三相电流保护 I段测量元件1KAa 1KAc；三相电流保护U段测量元件 2KAa 2KAc三相电流保护川段测量元件 3KAa 3KAc电流保护I、U、川段 的逻辑延时元件1KT 2KT 3KT;电流保护I、U、川段的信号继电器 1KS 2KS 3KS其中因为三段式电流保护各段的动作电流与动作时限的整定值各不 相同，所以采取用不同规格和作用的电流继电器和时间继电器。用1KS 2KS3KS信号继电器发出各段保护动作的信号。由于三相星形接线需要三个电流互感器、三个电流继电器和四根二次电 缆，相对

20、来讲是复杂和不经济的。而两相星形接线较为经济简单，本次设计采 取的是两相星形接线方式，在保护范围内发生两相短路时，能正确反映这些故 障，两相星系接线方式在 AB和BC相间短路时只有一个继电器动作，其他两相 短路时有两个继电器动作。例如保护的 I段AB两相短路时，测量元件1KAa 2KAa 3KAa都会有动作，若在DE段发生该短路，保护1的1KAa将直接启动信 号元件KS和出口继电器KCO使得断路器跳闸，切除故障。测量元件2KAa3KAa启动延时元件2KT 3KT,由于1KAa直接启动1KS和KCO跳闸，延时时间 未到故障已切除，故障电流消失，2KAa 3KAa 2KT 3KT均返回，不能启动K

21、S 发出跳闸信号。所以U、川段不会输出跳闸信号。若在BC段发生该故障，保护3的1KAa将启动时间继电器1KT计时，当延时时间到且信号元件 KS和出口继 电器KCO使得断路器跳闸，切除故障，保护 3的U、川段保护动作如保护1。当系统发生三相短路时，有两个继电器动作，可以争取反应该故障。由于110KV系统通常采用专门的零序电流保护，因此，当系统发生单相接地短路 时，零序电流保护能争取反应各相单相接地短路。就该接法而言，此接线方式 不能反应B相单相接地短路。当系统发生两相接地短路时，这种接线方式在不 同相别的两点接地短路组合中，只能保证有 2/3的机会有选择性的切除后面一 条线路。3.2电磁式电流三段式保护展开图电流三段式保护展开图连线比较简单，层次清楚，让人一目了然，其中直 流回路展开图如图3.2.1所示，它是由控制母线，电流保