单侧电源网络三段式相间电流保护

Xxx

Xxx学院201030xx班 20103095xx号）

摘要：由无时限电流速断,限时电流速断与定时限过电流保护组合而构成的一套保护装

置,称为三段式电流保护.无时限电流速断保护是靠动作电流的整定获得选择性;时限电流速断和过电流保护是靠上,下级保护的动作电流和动作时间的配合获得选择性。

关键词：单侧电源线路 三段式 电流保护 继电设备的选择 方案

引言：《电力系统继电保护》课程是发电厂及电力系统专业的主要专业课程之一，在学完本课程之后，通过课程设计，使自己进一步巩固和加深对所学专业理论知识的理解，培养自己设计、计算、绘图、文献查阅、报告撰写等基本技能；培养自己独立分析和解决工程实际问题的能力；培养自己的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。

通过此次课程设计，自己要在如下几个方面得到充分训练：

(1) 结合课程设计任务，加深对所学知识内在联系的理解，并能灵活地加以综合运用。

(2)根据所学知识及设计任务，学会提出问题、解决问题，最终将所学知识转化为能力。

(3) 通过课程设计实践，熟悉距离保护的相关原理，以及整定计算的全过程，树立必要的概念，培养一丝不苟的求实态度。 设计要考虑的问题 设计规程:

（1）短路电流计算规程 在决定保护方式前，必须较详细地计算各短路点短路时，流过有关保护的短路电流， 然后根据计算结果，在满足《继电保护和自动装置技术规程》和题目给定的要求条件下，尽可能采用简单的保护方式。其计算步骤及注意事项如下。 （2）系统运行方式的考虑

除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时流过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值和保护灵敏度。在需采用电流电压联锁速断保护时，还必须考虑系统的正常运行方式。 （3）短路点的考虑

求不同保护的整定值和灵敏度时，应注意短路点的选择。若要绘制短路电流、电压与距离的关系曲线，每一条线路上的短路点至少要取三点，即线路的始端、中点和末端三点。

壹

（4）短路类型的考虑

相间短路保护的整定计算应取系统最大运行方式下三相短路电流，以作动作电流整定之用；而在系统最小运行方式下计算两相短路电流，以作计算灵敏度之用。短路的计算选用三相短路或两相短路进行计算均可，因为对保护所取的残余而言，三相短路和两相短路的残余数值相同。

若采用电流电压连锁速断保护，系统运行方式应采用正常运行方式下的短路电流和电压的数值作为整定之用。

（5）短路电流列表

为了便于整定计算时查考每一点的短路时保护安装处的短路电流和，将计算结果列成表格。

流过保护安装处的短路电流应考虑后备保护的计算需要，即列出本线路各短路点短路时流过保护安装处的短路电流，还要列出相邻线路各点短路时流过保护安装处的短路电流。

计算短路电流时，用标幺值或用有名值均可，可根据题目的数据，用较简单的方法计算。

保护方式的选取及整定计算

采用什么保护方式，主要视其能否满足规程的要求。能满足要求时，所采用的保护就可采用；不能满足要求时，就必须采取措施使其符合要求或改用其他保护方式。

选用保护方式时，首先考虑采用最简单的保护，以便提高保护的可靠性。当采用简单保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，则可采用较复杂的保护方式。

选用保护方式时，可先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。

当采用的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸来校正选择性或加速保护动作。

当灵敏度不能满足要求时，在满足速动性的前下，可考虑利用保护的相继动作，以提高保护的灵敏性。

在用动作电流、电压或动作时间能保证选择性时，不要采用方向元件以简化保护。

后备保护的动作电流必须配合，要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电流大于下一元件保护的动作电流，且有一定的裕度，以保证选择性。

本设计的保护配置：

（1）主保护配置

选用三段式电流保护，经灵敏度校验可得电流速断保护不能作为主保

护。因此，主保护应选用三段式距离保护。 （2）后备保护配置

过电流保护作为后备保护和远后备保护。

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内容及技术参数： 原始资料:系统接线图

图1系统接线图

系统的主要参数：

（1）变电所B、E中变压器连接组别为Y，d11，且在变压器上装设差动保护； （2）线路AB的最大传输功率Pmax=9MW，功率因数为cosφ =0.9 ，系统中的发电机均装设了自动励磁调节器自启动系数1.3

（3）图中电抗为归算至37KV电压级的有名值，各线路正序电抗为X1=0.45 /km

（4）系统等值阻抗Zs.max=9.4 ，Zs.max=6.3  设计要求：

确定线路AB的保护方案

选三段式电流保护作为线路AB的保护方案

短路电流整定计算

（1）无时限电流保护的整定计算

B母线短路时流过线路AB的最大三相短路电流为

(3)IK.maxES371000/31310(A)

ZS.minZAB6.30.425线路AB的无时限电流速断保护的动作电流为

Ⅰ(3)IⅠopKre1IK.max1.2513101638(A)

其最大保护范围

lmax1ES137000/3(ⅠZS.min)(6.3)16.85(km)Z1Iop0.41638lmax16.85100%100%67.4%50%lAB25校验，最小保护范围

叁

lmin13ES1337000/3(Z)(9.4)4.74(km)S.maxZ12IⅠ0.421638oplmin4.74100%100%18.94%15%lAB25

最小保护范围满足要求。

（2）限时电流速断保护的整定计算 ①与变压器T1配合，按躲过变压器的低压侧母线三相短路时，流过线路AB的最大三相短路电流整定，

I(3)ES371000/K.maxZ3461(A)

S.minZABZT16.31030②与相邻线路的电流速断保护相配合

I(3)ES371000/3K.maxZ6.3100.430755(A)

S.minZABZBCIⅡKⅡ(3)opre1IK.max1.151.257551085(A)

取较大值作为动作电流 ③灵敏度校验。

B母线短路时，流过线路AB的最小两相短路电流

I(2)K.max3ES2Z371000954(A)

S.maxZAB2(9.410)灵敏系数为

KI(2)K.min954senIⅡ10850.881.3

op灵敏系数不满足要求，改用与T1低压侧母线配合，

KI(2)K.minI954senⅡ6001.591.3

op动作时间

tⅡ1s

灵敏系数满足要求

（3）定时限过电流保护的整定计算 流过线路AB的最大负荷电流

I1000L.max930.95350.9174(A)

动作电流为

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KⅢKSS1.21.3Ire1IL.max174319(A)

Kre0.85Ⅲop灵敏度校验。

①过电流保护作为本线路的近后备时

(2)IK954.minKsenⅢ2.991.5

Iop319②过电流保护作为相邻线路的远后备时

线路BC末端发生两相短路时流过线路AB的最小两相短路电流

(2)IK.maxES337000589(A)

2ZS.maxZABZBC2(9.41012)(2)IK589.minKsenⅢ1.851.2

Iop319（2）限时电流速断保护的整定计算

①与变压器T1配合，按躲过变压器的低压侧母线三相短路时，流过线路AB的最大三相短路电流整定，

(3)IK.maxES371000/3461(A)

ZS.minZABZT16.31030②与相邻线路的电流速断保护相配合

(3)IK.maxES371000/3755(A)

ZS.minZABZBC6.3100.430Ⅱ(3)IⅡopKre1IK.max1.151.257551085(A)

取较大值作为动作电流。 灵敏度校验。

①过电流保护作为本线路的近后备时

(2)IK954.minKsenⅢ2.991.5

Iop319②过电流保护作为相邻线路的远后备时

线路BC末端发生两相短路时流过线路AB的最小两相短路电流

(2)IK.maxES337000589(A)

2ZS.maxZABZBC2(9.41012)(2)IK589.minKsenⅢ1.851.2

Iop319 伍

图2三段式距离保护的原理框图

继电保护设备的选择

电流互感器的选择

互感器是按比例变换电压或电电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或10A，均指额定值)，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。

（1）小电流选线装置用零序电流互感器

小电流选线装置本身没有整定值，零序电流只是装置的判据之一，要求零序电流互感器在一次接地电流较小时，和非金属性接地时，零序电流互感器也要有一定的输出，来满足装置启动的门坎值。装置本身的负载阻抗并不大，但需要通过电缆将各个零序电流互感器与装置连接起来，所以电缆的阻抗就是零序电流互感器的主要负载阻抗，这种零序电流互感器的负载阻抗一般为2.5Ω左右，经过多年实践和试验得知与小电流选线装置配套的零序电流互感器选用：

（2）与DD11/60型继电器配套使用的零序电流互感器

DD11/60型继电器线圈并联阻抗为10Ω，COSΦ=0.8，与ENR—LJ（K）××A型零序电流互感器是其配套产品，二次电流60mA时零序电流互感器一次电流≤4A。

（3）与DL11/0.2型继电器配套使用的零序电流互感器 DL11/0.2型继电器线圈并联阻抗为10Ω，COSΦ=0.8，我公司生产的ENR—LJ（K）××B型零序电流互感器是其配套产品，二次电流0.2A时零序电流互感器一次电流≤10A。

（4）精度与容量（额定负荷）的关系

国标中规定：“在额定频率及额定负荷下，电流误差，相位差和复合误差不超过上表所列限值。”所以所选零序电流互感器的容量要与二次回路（装置及回路）阻抗匹配，才能达到上表精度，如所选容量大时零序电流互感器在使用时将出现正误差，反之则出现负误差。

电流继电器动作过程如图二：由继电器KA1、KA2、KCO和KS1组成第Ⅰ段保护，由KA3、KA4、KT1和KS2组成第Ⅱ段保护，过电流部分则由KA5、KA6、KA7、KT2和KS3组成。由于Ⅲ段式电流保护的动作电流和动作时限整定均不相同，必须分别使用不同的电流继电器和时间继电器，而信号继电器KS1、KS2和

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KS3则分别用以发出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护动作的信号。

继电器的选择

正确选用继电器的原则应该是：①继电器的主要技术性能，如触点负荷，动作时间参数，机械和电气寿命等，应满足整机系统的要求；②继电器的结构型式(包括安装方式)与外形尺寸应能适合使用条件的需要；③经济合理。

(1)按使用环境条件选择继电器型号

环境适应性是继电器可靠性指标之一,使用环境和工作条件的差异，对继电器性能有很大的影响。

使用环境条件主要指温度(最大与最小)、湿度(一般指40摄氏度下的最大相对湿度)、低气压(使用高度1000米以下可不考虑)、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。

(2)根据输入量选定继电器的输入参数

在电磁继电器的输入参数中，与用户密切相关的是线圈的工作电压(或电流)，而吸合电压(或电流) 则是继电器制造厂约束继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数，它只是一个工作下限参考值。不少用户因不了解继电器动作原理的特殊性，往往把吸合电压(或电流)错认为是继电器应可靠工作的电压(或电流)，而把工作电压值取在吸合电压值上，这是十分危险也是不允许的。因为吸合值只是保证继电器可靠动作的最小 输入量，而继电器动作后，还需要一个保险量，以提高维持可靠闭合所需的接触压力、抗环境作用所需的电磁吸力。否则，一旦环境温度升高或在机械振动和冲击条 件下，或输入回路电流波动和电源电压降低时，仅靠吸合值是不可能保证可靠工作的。所以选择继电器时，首先看继电器技术条件规定的额定工作电压是否与整机线 路所能提供的电压相符，绝不能与继电器吸合值相比。

(3)根据负载情况选择继电器触点的种类与参数与被控电路直接连接的触点是继电器的接触系统。国外和国内长期实践证明，约百分之七十以上的故障发生在触点上。这除了与继电器本身结构与制造因素密切相关之外，未能正确选用和使用也是重要因素之一。且大多数问题是由于用户的实际负载要求与继电器触点额定负载不同而引起的。①根据控制要求确定触点组合形式，如需要的是常开还是常闭触点或转换触点；②根据被控回路多少确定触点的对数和组数；③根据负载性质与容量大小确定触点有关参数，如额定电压、电流与容量，有时还需要考虑对触点接触电阻、抖动时间、分布电容等的要求。关于触点切换的额定值，电磁继电器一般规定它的性质及大小。它的含义是指在规定的动作次数内，在定的电压和频率下，触点所能切换的电流的大小。这一负载值是由继电器结构要素决定的。为了便于考核比较，一般只规定阻性负载。在实际使用中需要切换其它性质的负载。

(4)按工作状态选择继电器

继电器的工作状态主要是指输入信号对线圈的作用状态。继电器线圈的设计是对应于不同的输入信号状态的，有长期连续作用的信号，有短期重复工作(脉冲)信号。连续工作是指线圈能连续地承受工作信号的长期作用。对脉冲信号还

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要考虑脉冲频率、通断比等。因此，要根据信号特点选用适合于不同工作状态的继电器，一般不允许随便使用，特别要注意不能将短期工作状态的继电器使用在连续工作状态，高温工作条件下尤其要注意。在实际切换功率负载或大功率负载时，尤其要考虑不宜切换速率过高。一般应少于10-20次/min。最大循环速率为：0.1次/(最大吸合时间最大释放时间)s。

(5)按安装工作位置、安装方式及尺寸、重量的选择

继电器工作位置与其结构有关，大多数继电器可在任意位置下工作，但也有部分继电器工作位置有具体的规定。例如普通水银继电器，就规定要直立安装，其偏斜极限不得超过30℃，否则，由于水银的连接中断将不起继电器作用。

继电器除需满足在各种稳态的线路和环境条件下工作的要求外，还必须考虑到各种动态特性，即吸合时间、释放时间，由于电流的波动因素造成的抖动，以及触点碰撞造成的回跳等。 评价

当在线路首段发上短路时，无时限电流速断保护就会动作，因为这套保护的时间理论上为零，而限时电流保护和定时限过流保护帶一定的时间延迟，虽说三个保护都有短路电流流过而且都达到了保护的启动值，但一段保护的无时限特性就决定了要由他来跳开断路器。一段保护的保护范围一般来说是保护本线路的50%以上，如果在这范围呢，都有他来动作。当故障发生在一段保护的范围外时，短路电流就不足于启动无时限保护，只能启动二三段保护，而二三段保护都有时限，二段保护是定时限比三段保护的时间短，这时就要又二段保护来动作跳开断路器了，二段保护的保护范围一般为本线路的大部分，但要不超过下一线路的无时限保护。三段保护一般是作为相邻线路的后背保护，所以其启动电流最小。他的保护范围是本线路的全长并延伸到下一线路。

保护的评价

对继电保护的评价主要从选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个方面讨论。 （1）选择性

在三段式电流保护中，电流速断保护的选择性是考动作电流来实现的；限时电流速断保护和和过电流则是靠动作电流和动作时限来实现的。

（2）速动性

Ⅰ电流速断保护以保护故有动作时限动作与跳闸。

Ⅱ限时电流速断保护动作时限一般在0.5S以内，因而动作迅速是两种保护的优点。

Ⅲ过电流保护的动作时限较长，特别是靠近电源侧的保护动作时限可长达几秒，这是过电流保护的缺点。

（3）灵敏性

Ⅰ电流速断保护不能保护本线路全长，且保护范围受系统运行方式影响较大。

Ⅱ限时电流速断保护虽然能保护本线路全长，但灵敏性受系统运行方式影响较大。

Ⅲ过电流保护因按最负荷电流整定，灵敏性一般能满足要求，但在长距离负荷大的线路上则不能满足要求，受系统运行方式影响。

（4）可靠性

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由于三段式电流保护中继电器简单数量少，接线、调试和整定计算较简单不易出错，可靠性较高。

总结

通过一个多星期的继电保护课程设计，虽然时间不长，但期间有许多事情让我难忘，我从中学到了很多宝贵的经验和知识。对单侧电源网络三段式相间电流保护有了一个很大程度了解，为以后的工作打下了一个坚实的基础。通过这次设计，我深刻的认识到了只有自己亲手做了，才会明白其实很多事是很简单的，只要你敢做，就没有你做不到的事。

尽管在这次设计中遇到了很多困难，但老师给了我们很大的帮助，自己对电气二次设计有了大概的了解，也是学习《继电保护原理》理论知识的一次实际应用，把我们的理论和实际联系了起来，在这次的设计过程中，我们组先根据派发的任务收集，调查有关的资料书籍，然后进入起草方案阶段，其间与同组同学进行方案的讨论，修改。有不懂的地方向老师请教，大家都有很大的收获时间过得真快，为期一周半的继电保护课程设计就已经结束。在这段时间里，我学到了多

以前学不到的东西，也认识到了自己很多的不足感觉收益非浅。 最后，感谢老师对我们的教诲和指导！

参考文献：许建安、陕春玲,电力系统机电保护[J].黄河水利出版社,2008(12):1-1.

张保会，尹项根．电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，2005．

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