继电保护原理课程设计报告23

评语： 考 勤 （10） 守 纪 （10） 设计过程 （40） 设计报告 （30） 小组答辩 （10） 总成绩 （100） 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1001 姓 名： 李二军 学 号： 201009020 指导教师： 张红生

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2013年7月18日

继电保护原理课程设计报告

1设计题目

1.1 具体题目

如下图1所示网络，系统参数为：

E115/3kV，XG115、XG310，L1L260km、L340km，

LB-C50km，LC-D30km，LD-E20km，线路阻抗0.4Ω/km，Krel1.2、

KrelKrel1.15，IB-Cmax300A、IC-Dmax200A、ID-Emax150A，Kss1.5，

Kre0.85

A9L18BCG132DE15G3L34图1 题目的线路图

试对保护2和保护9进行三段电流保护的设计。

1.2 要完成的内容

1.电流速断保护、限时速断保护以及过电流保护的动作电流、动作时限及灵敏度计算；

2.主保护的配置，其由电流速断保护和过电流保护担任或限时速断和过电流保护担任，并根据计算分析出其是否满足动作时限和灵敏度的要求；

3.后备保护的配置，由过电流保护担任，既可以作为本段的近后备，又可作为下段的远后备，并计算灵敏度和动作时限是否满足要求。

2 短路电流计算

2.1 最大运行方式等效电路的建立及短路电流计算

所谓最大运行方式，即在相同的地点发生相同类型的短路流过保护安装处的电流最大。最大运行方式下，线路阻抗最小，即发电机G1和G3并联运行。则有

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XsminXG1ZL1//XG3ZL3 (2.1)

其中

XG1，XG3—发电机阻抗； ZL1，ZL3—线路L1，L2的阻抗。

将数据代入2.1得

Xsmin15600.4//10400.415.6

最大运行方式下其等效电路图如图2所示

BEAXsminXBCCXCDDXDEE

图2 最大运行方式等效图

母线D的最大短路电流

IkDmaxEXsminZB-CZC-D (2.2)

其中

E—系统等效电源的相电动势； ZB-C，ZC-D—线路LB-C，LC-D的阻抗。

将数据代入2.2得

IkDmax115/31.39kA 15.6500.4300.4EXG1ZA-B115/31.7kA

15600.4对于保护9只有G1供电则母线B的最大短路电流

IkBmax2.2 最小运行方式等效电路的建立及短路电流计算

所谓最小运行方式，即在相同的地点发生相同类型的短路流过保护安装处的电流最小。最小运行方式下，线路阻抗最大，即只有G1一台发电机运行。

XsmaxXG1ZL1 (2.3)

将数据代入2.3得

Xsmax15600.439

最小运行方式下其等效电路图2所示

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BEAXsmaxXBCCXCDDXDEE

图3 最小运行方式等效图

母线D的最小短路电流

IkDminKEXsmaxZB-CZC-D (2.4)

3。 2其中

K—短路类型系数，三相短路取1，两相短路取

将数据代入2.4得

IkDmin3115/3kA 0.81239500.4300.43 保护的配合及整定计算

3.1 主保护的整定计算

3.1.1 电流速断保护

(1)保护2的电流速断整定。由IkDmax1.39kA知，保护2的电流速断保护动作值

kA 1.21.391.668Iset2=KrelIkDmax=

(2)保护9的电流速断整定。由IkBmax1.7kA知，保护9的电流速断保护动作值

kA Iset9=KrelIkBmax=1.21.72.04(3)灵敏度校验。保护2的最小保护范围由下式决定

Iset2E3= (3.1) 2XsmaxZB-Cz1Lmin其中

Lmin—电流速断保护的最小保护范围长度； z1—线路单位长度的正序阻抗。

将数据代入3.1得

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1.6683115/3 239200.4L2minkm L2min-61.63保护9的最小保护范围

Iset9E3=2.04kA 2XG1z1L9minkm L9min=32.86L9min32.86100%100%54.8%15%~20% L160(4)动作时限的整定。保护2和9的速断保护要求能瞬时动作，其动作时限为0s。

综上所求：速断保护2的最小保护范围为负值，不能作为主保护；速断保护9的最小保护范围可以保护L1全长的54.8%，可作为主保护。 3.1.2 限时电流速断保护

(1) 保护2的限时电流速断整定。首先求保护1的电流速断整定值。

IsetK1relIkEmax

 =KrelEXsminZB-CZC-DZD-E

由Iset1115/3kA 1.4315.6500.4300.4200.4kA知，保护2的限时速断的动作电流 1.43=1.2kA Iset2KrelIset1=1.151.431.64(2) 保护9的限时电流速断整定。

与保护3配合时，由图1分析可知保护9的限时电流受助增电流的影响。

保护3电流速断保护的整定值仍按躲开相邻线路出口短路整定为Iset但由于发电3，

机G1向系统注入电流的影响Iset9Iset3，故引入分支系数Kbra，其定义为

Kbra故障线路流过的短路电流

前一级保护所在线路上流过的短路电流则 KbraXzLXG3z1L3 Iset3G111Iset9XG3z1L3

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=

15600.410400.42.5

10400.4relset9Iset9KIKrelIset3 (3.2) Kbra保护3的电流速断整定值为

Iset3KrelIkCmax

=K=1.2代入3.2得

Iset9relEXsminZB-C

115/32.24kA

15.6500.41.152.241.03kA 2.5 与保护4配合时，由于保护4和保护8处安装了功率方向元件，电源G3被旁路在外。此时L3末端的短路电流为

I(3)K.L3.maxEXG1ZABZL311531.207(kA)

152416II(3)则 Iset.9KIII151.2071.388( kArelK.L3.max.1II取以上二者计算的较大值作为保护9的II段电流整定值，即Iset.9。 1.388(kA)(3)灵敏度校验。保护2的限时电流速断的灵敏系数为

Ksen2IkDmin0.810.51.3 Iset21.64不满足灵敏度的要求。

保护9的限时电流速断的灵敏系数为

Ksen9IkBmin1.471.061.3 Iset1.389其中IkBminE33115/31.47kA 2XG1z1L1215600.4不满足灵敏度的要求。

(4)动作时限的整定。保护2和保护9限时电流速断的动作时限一般取为0.5s。 综上所述，保护2和9的限时速断保护灵敏度不符合要求，不能用限时电流

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速断作为主保护。 3.1.3 定时限过电流保护

定时限过电流动作值的整定由下式决定

IsetKrelKssILmax (3.3)

Kre(1)保护2定时限过电流的整定。由题目已知可得保护2所在LC-D段最大负荷电流IC-Dmax200A，将数据代入3.3得

Iset21.151.52000.406kA 0.85(2)保护9定时限过电流的整定。由IB-Cmax300A，Kbra2.5可得保护9所在

LA-B段最大负荷电流

IA-Bmax300120A 2.5将数据代入3.3得

Iset91.151.51200.244kA 0.85(3)灵敏度校验。保护2的定时限过电流灵敏系数为

Ksen2IkDmin0.811.991.5 0.406Iset2满足灵敏度的要求。

保护9的定时限过电流灵敏系数为

Ksen9IkBmin1.476.021.5 Iset90.244满足灵敏度的要求。

(4)动作时限的整定。若流过母线E的过电流保护动作时限为0.5s，则保护2过电流保护的动作时限为

t20.5s0.5s1.0s

保护9过电流保护的动作时限为

t9t20.5s0.5s2.0s

3.2 后备保护的整定计算

保护2作为CD段近后备

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KsenKsen21.991.5

保护2作为DE段远后备

Ksen其中IkEminIkEmin0.7281.81.5 0.406Iset2E33115/30.728kA 2XsmaxZB-CZC-DZD-E23920128保护2作为近，远后备均满足灵敏度要求。 保护9作为AB段近后备

KsenKsen96.021.5

保护9作为BC段远后备

KsenIkCmin0.9751.61.5 Iset9Kbra0.2442.5保护9作为近，远后备均满足灵敏度要求。

4 原理图的绘制

三段式电流保护的原理接线图如图4所示

≥1≥1≥1≥1

图4 三段式电流保护的原理接线图

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5 结论

本次设计是针对保护2和9的三段式电流保护，为了线路的安全可靠，每个保护都须装主保护和后备保护。对每个保护的设计主要包括动作值的整定计算、动作时限的整定和灵敏度校验三部分。对于保护2而言，可将电源视作一个等效电源，对其进行三段电流整定，通过计算知保护2的电流速断和限时速断不满足要求，故不能将其作为主保护，采用过电流保护作为保护2的主保护，其后备保护可由保护3的过电流保护担任。对于保护9而言,属于两端电源供电，作为主保护其范围是线路AB段，同时也是其相邻线路的远后备保护。通过整定计算得出其三段保护的整定值，其中电流速断作为主保护，限时电流速断保护不满足要求，限时过电流作为本线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护。

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参考文献

[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 [2] 王维俭.电力系统继电保护基本原理[M].北京:清华大学出版社,1992

[3] 铁道部电气化工程局第一工程处[M].电气化铁道施工手册.北京:中国铁道出版社,1995

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