kV输电线路继电保护设计

摘 要力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源之一，电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。电力系统继电保护是反映电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。涉及面广、影响大的特点，往往会给国民经济和人民生活造成社会性的灾难。35kv35KV继电保护。关键词：35kv继电保护、整定计算、故障分析、设计原理目录继电保护的作用 4继电保护的概念及任务 4继电保护的基本原理和保护装置的组成 4反应系统正常运行与故障时电器元（设备一端所测基本参数的变化而构成的理（单端测量原理，也称阶段式原理） 4反应电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端所测电流相位和功率向的差别而构成的原理（双端测量原理，也称差动式原理） 5保护装置的组成部分 5对电力系统继电保护的基本要求 6选择性 6速动性 6灵敏性 7可靠性 7继电保护技术发展简史 7线路故障分析 9常见故障分析 9相间短路 9接地短路 93、35KV线路继电保护的配置 9电网相间短路的电流保护 10瞬时电流速断保护 10瞬时电流速断保护的工作原理 11原理接线 11瞬时电流速断保护的整定计算 12限时电流速断电流保护 16限时电流速断保护的工作原理 16限时电流速断保护的整定计算 17限时电流速断保护的单相原理接线 19定时限过电流保护 20定时限过电流保护的工作原理 20定时限时电流保护的整定计算 21定时限过电流保护的灵敏度校验和保护动作时间 225：致谢 246:参考文献 251、继电保护概论继电保护的作用继电保护的概念及任务电力系统继电保护是反映电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态而动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。继电保护的基本任务是：电力系统发生故障时，自动、快速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证非故障设备继续运行，尽量缩小停电范围;电力系统出现异常运行状态时，根据运行维护的要求能自动、及时、有选择地发出告警信号或者减负荷、跳闸。继电保护的基本原理和保护装置的组成（设备化而构成的原理（单端测量原理，也称阶段式原理）运行参数：I、U、Z∠φ反应I↑→反应U↓→反应Z↓→低阻抗保护(距离保护)反应电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端所测电流（理）以A-B线路为例：规定电流正方向：电流从母线流向线路规定电压正方向：母线指向线路利用以上差别，可构成差动原理保护。如：纵联差动保护；方向高频保护；保护装置的组成部分┌──┐ ┌──┐ ┌──┐输入─→│测量│─→│逻辑│─→│执行│─→输信号 └──┘ └──┘ └──┘ 信↑└整定值对电力系统继电保护的基本要求选择性继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。d3点短路：6动作：有选择性； 5动作：无选择性如果6拒动，5再动作：有选择性(5作为6的远后备保护d1点短路：1、2动作：有选择性； 3、4动作：无选择性后备保护（本元件主保护拒动时：由前一级保护作为后备叫远后备.由本元件的另一套保护作为后备叫近后备.速动性障后,为防止并列运行的系统失步,减少用户在电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽量地快速切除故障。(快速保护:几个工频周期，微机保护：30ms以下)时间为最快的可达一般断路器动作时间为，最快的有。目前常用的无时限整套保护的动作时间表带方向或不带方向的电流电压速断保护装置各型距离保护装置带方向或不带方向的电流电压速断保护装置各型距离保护装置高频保护装置线路横差或纵差保护装置元件纵差保护装置灵敏性继电保护的灵敏性是指保护装置对于其应保护的范围内发生故障的反（↑。一般用灵敏系数Klm来衡量灵敏度。可靠性的保护范围内发生故障时，应可靠动作;而在不属于该保护动作的其他任何（主保护对动作快速性要求相对较高；后备保护）继电保护技术发展简史上世纪90年代出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式的电磁型过电流继电器，本世纪初，随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。1901190819102919275050点产生的行波实现快速继电保护的设想。经过20余年的研究，终于诞生了行波保护装置。显然，随着光纤通讯将在电力系统中的大量采用，利用光纤通道的继电保护必将得到广泛的应用。以上是继电保护原理的发展过程。与此同时，构成继电保护装置的元件、材料、保护装置的结构型式和制造工艺也发生了巨大的变革.50年代以前的继电保护装置都是由电磁型感应型或电动型继电器组成的这些继电器统称为机电式继电器.50护装置称之为电子式静态保护装置.70量采用的时期满足了当时电力系统向超高压大容量方向发展的需要.80后期标志着静态继电保护从第一代(晶体管式)向第二代(集成电路式)的过渡.目前后者已成为静态继电保护装置的主要形式.6070年代后半期比较完善的微机保护样机开始投入到电力系统中试运行.80年代微机保护在硬件结构和软件技术方面已趋于成熟并已在一些国家推广应用这就是第三代的静态继电保护装置.微机保护装置具有巨大的优90的应用将成为继电保护装置的主要型式.可以说微机保护代表着电力系统继电保护的未来将成为未来电力系统保护控制运行调度及事故处理的统一计算机系统的组成部分.线路故障分析常见故障分析相间短路这里的“相”指三相对称制交流电源，是由三个单相交流电源所组成的电源系统——简称三相交流电源。我国所采用的供电方式称为三相四线制交流电源，三相发电机的绕组作星形连接。各绕组的首端称端线，端线与端线之间的电压称为线电压。各绕组的末端连接在一起称中线，与端线之间的电压称为相电压。相间短路是指端线与端线之间未经过负载（即用电器）而相连接所造成的电源短路。接地短路在接地系统中，一相接地较大，可能构成系统短路。这时的接地电流叫做接地短路电流。在高压接地系统中，接地短路电流可能很大。接地短路电流在500A及以下者称为小接地短路电流系统；接地短路电流 500A以上者均为大接地短路电流系统。3、35KV线路继电保护的配置护第Ⅱ段电流速断保护作为主保护，以第Ⅲ段过电流保护作为后备保护。2、单相接地故障的保护方式之一：4.电网相间短路的电流保护35kv三段式过流保护包括：1、瞬时电流速断保护（简称电流速断保护或电流ⅰ段）2、限时电流速断保护（电流ⅱ段）3、过电流保护（电流ⅲ段。电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应电流增大而动作的保护，它们相互配合构成一整套保护，称做三段式电流保护，它们的不同是保护范围不同。三段的区别主要在于起动电流的选择原则不同。其中速断和限时速断保护是按照躲开某一点的最大短路电流来整定的，而过电流保护是按照躲开最大负荷电流来整定的。1、瞬时电流速断保护：保护范围小于被保护线路的全长一般设定为被保护线路的全长的85%2、限时电流速断保护：保护范围是被保护线路的全长或下一的全长

3、过电流保护：保护范围为被保护线路的全长至下一回线路瞬时电流速断保护动作而构成的保护装置，称为电流保护。保护，也可以三段同时采用。瞬时电流速断保护的工作原理瞬时电流速断保护又称Ⅰ段电流保护，它是反应电流增大而能瞬时动作切除故障的电流保护。图形符号：Ｉ＞流过保护安装地点的短路电流可用下式表示I(3)k

EsX Xl3s 132-1

EI(2) sk 2 Xs

Xl12-2式中 Es——系统等电源相电势；Xs——系统等效电源到保护安装处之间的电抗；X ——线路千米长度的正序电抗；l1——短路点至保护安装处距离。由式（）、式（）Es

和X是常数，流过保s护安装处的短路电流，是短路点至保护安装处距离l远（l越大，短路电流值越小。原理接线YT因电流继电器的触电容量比较小，若直接接通跳闸回路，会被破坏，而KM～KS瞬时电流速断保护的整定计算方式和最小运行方式。流过保护安装处的短路电流最大时的运行方式称为系统最大运行方式，此时系统阻抗Xs

为最小；反之，当流过保护安装处的短路电流最小的运行方式称为系统最小运行方式，此时系统阻抗Xs

为最大。图—1

k.max

表示最大运行信号图——1瞬时电流速断保护原理接线图瞬时电流速断保护单相原理接线，如图（—1）所示，它是由电流继电器KA信号图——1瞬时电流速断保护原理接线图瞬时电流速断保护单相原理接线，如图（—1）所示，它是由电流继电器KA（测量元件）、中间继电器KM、信号继电器KS组成。

k.min

表示最小运行方式下两相短路电流随l的变化曲线。设保护1、2分别为线路曲线L1和L2的瞬时电流速断保护。在线路AB瞬时K21K2点的短路故障。因此，瞬时电流速断保护1的动作电流应按大于本线路末端短路时流过保护安装处的最大短路电流来整定，即II KII

（2—rel3）

kB.max式中 II

—保护1无时限电流速断保护的动作电流，又称一次动作电流；KIrel

—可靠系数，考虑到继电器的整定误差、短路电流计算误差和非周期分量的影响等而引入的大于1的系数，一般取～。I BkB.max大短路电流，一般取次暂态短路电流周期分量的有效值。瞬时电流速断保护按式（—1）确定整定值时，保证了在相邻线路上发生短1必然不能保护线路全长。同时从图（—1）还可以看出，瞬时电流速断保护范围电流速1电流速1BC2K2IkIk.maxNMI(2)k.minIop1IkB.maxlminllmax图表——1曲线表示最大运行方式曲线表示最小运行方式1L2K22max

；在最小运行方式下两相短路时，保护范围最小为l

。对于短线路，由于min零。瞬时电流速断保护的选择性是依靠保护整定值保证的瞬时电流速断保护的灵敏系数，是用其最小保护范围来衡量的，规程规定，最小保护范围l

不应小于线路全长的(15~20)%。min图（—1）中在最小保护区末端（交点N）发生短路故障时，短路电流等于由式（—1）所决定的保护的动作电流，即—4）

I(2) k.min

32 X3s.max

EsXls1min

IIop1 （2解得最小保护长度

3l 1( EsX3

) （2—5）

min

X 2 II1 op1

s.max式中

s.max

—系统最小运行方式下，最大等值电抗；X —输电线路千米正序电抗。1同理，最大保护区末端短路时，即II Es—6）

op1

Xs.min

Xl （21max解得最大保护长度

l 1(EsX

) （2—7）

max

X II1 op1

s.min式中

s.max

—系统最大行方式下，最小等值电抗。通常规定，最大保护范围不应小于被保护线路的50%，最小保护范围不应小于被保护线路全长(15~20)%。整定计算：、动作电流I'=K'rel*Es=K'rel*Xs.minXlab37*1000(0.7537*1000(0.750.4*20)*3==二次侧电流

II'op.13.052KA30.52AK 100、最大保护范围为Lmax

1(Es

Xs.min)1(

X1I'op.137*1000

0.75)0.43.052*1000*315.623kmLmax15.623*100%78.12%50%Lab 20满足要求。最小保护范围为Lmin

1( Es

Xs.max) 1 (0.4

X I'op.137*1000

3.3.052 *1000 * 312.904kmLmin

12.904

*100%15%Lab 20满足要求。3)、动作时限：T'1=0限时电流速断电流保护由于瞬时电流速断保护不能保护线路全长，当被保护线路末端附近短路时，限时电流速断保护的工作原理限时电流速断保护的工作原理，可用图—1L1L2瞬时电流速断保护，其动作电流分别为II、IIop1 op2L1L21L1L1动作电流IIIop1

必须小于线路末端的短路电流最小短路电流。IkIk.maxlIIop1

IIIop1

IIop2 lI图—1 限时电流速断保护的工作原理t表示。可见限时电流速断保护是通过动作值和动作时限来保证选择性的。限时电流速断保护的整定计算1IIIop1

应大于保护2的瞬时电流速断保护的动作电流II，op21 23图—2写成等式

I

KIIII （3op1

relop2—1）—2）式中 K 1.3co

IIIop1

K co

kD.max （3IkD.max—变压器低压母线D点发生短路故障时，流过保护安装最大短路电流。为了保证选择性，保护1的限时电流速断保护的动作时限tIIop1

，还要与保护2的瞬时电流速断保护、保护3的差动（或瞬时电流速断保护）动作时限tIop2

、tI相配op3合，即tIIop1tII

tIoptI

tt （3op1 op3--5）式中 —时限级差。在～范围内。灵敏度（3—4）

K sen

Ik.minIIIop对灵敏度的要求：

Ksen

k.minIIII ～Iop如果灵敏系数不能满足要求时，一般可用降低保护动作电流的方法来解决，即本线路限时电流速断保护的启动电流与相邻线路的限时速断相配合。即III

KIIIIIop1

relop2tIItIItop1 op2（3—5）整定计算：1）、动作电流I'op.2K'rel*Ik2.maxK'rel37*10000.4*6037*10000.4*600.75*3

EsXs.minX1.079KAI''op.1K''rel*I'op.21.15*1.0791.241KA二次侧电流：

II''op.11.241KA1.241AK 1002T'1T'2&t0.5Ksen

I''k2.minI''op.1

I'''k322I''op.1

EsEs*32(X2.maxX1Lac)I''OP.137*1000*3 (0.90.4*20)*2*31.6751.53）、灵敏度：

1.241K'''rel1.2Kast1Kr0.9限时电流速断保护的单相原理接线限时电流速断保护的单相原理接线图—1所示。它与瞬时电流速断保护相KTKM长，也能保护相邻线路的全长，是本线路的近后备和相邻线路的远后备保护。QF1长，也能保护相邻线路的全长，是本线路的近后备和相邻线路的远后备保护。QF1QF2QF3t0l图—1 定时限过电流保护的工作原理及时限特性KA开断路器。信号K图—1 限时电流速断保护单相原理接线图两种保护可组合构成线路的主保护。定时限过电流保护定时限过电流保护的工作原理以图—1123L3123，1233QF31、2显然要满足故障切除后，保护1、2立即返回的要求，必须依靠各保护装置具有不同的动作时限来保证。用t、t1 2

、t3分别表示保护装置1、2、3的动作时限，则有写成等式

tt1

tt t2 3

（4—1）定时限时电流保护的整定计算定时限时电流保护的整定计算IkK图—1定时限过电流保护的动作电流需按以下两个原则整定：（1）在被保护线路流过最大负荷电流时，保护装置不应动作。IIIIopIL.max（2）相邻线路短路故障切除后，保护应可靠返回I Ires.max是固定的，与短路电流大小无关，故此种保护称为定时限过电流保护。过电流保护的动作电流为

Iop

KIIIKrel Kre

IL.max

（4—2）定时限过电流保护的灵敏度校验和保护动作时间灵敏度校验

K Ik.minsen IIII （4—3）op（1）运行方式：短路电流最小的运行方式短路点位置：保护区末端短路类型：两相短路电网连接方式：考虑开环运行，还是闭环运行。后备保护的灵敏系数。当定时限过电流保护作