电流电压保护设计10.docx

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电流电压保护设计10

南阳师范学院

电力系统继电保护课程设计（论文）

题目：

输电线路电流电压保护设计

引言

电力系统的输、配线路因各种原因可能会发生相间或相地短路故障因此必须有相应的保护装置来反映这些故障并控制故障线路的断路器使其跳闸以切除故障.对各种不同电压等级的线路应该装设不同的相间短路和接地短路的保护。

对于3KV及以上的电力设备和线路的短路故障，应有主保护和后备保护；对于电压等级在220KV及以上的线路，应考虑或者必须装设双重化的主保护，对于整个线路的故障，应无延时控制其短路器跳闸。

线路的相间短路、接地短路保护有：

电流电压保护，方向电流电压保护，接地零序流电压保护，距离保护和纵联保护等。

电力系统中线路的电流电压保护包括：

带方向判别和不带方向判别的相间短路电流电压保护，带方向判别和不带方向判别的接地短路电流电压保护。

他们分别是用于双电源网络、单电源环形网络及单电源辐射网络的线路上切除相间或接地短路故障。

根据线路故障对主、后备保护的要求，线路相间短路的电流电压保护有三种：

第一，无时限电流速断保护；第二，带时限电流速断保护；第三，定时限过电流保护。

这三种相间短路电流电压保护分别称为相间短路电流保护第Ⅰ段、第Ⅱ段和第Ⅲ段。

其中第Ⅰ、Ⅱ段作为线路主保护，第Ⅲ段作为本线路主保护的后备保护和相邻线路或元件的远后备保护。

第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段统称为线路相间短路的三段式电流电压保护。

目录

第1章绪论4

1.1继电保护基本概念4

1.2继电保护装置的基本要求4

第2章输电线路电流保护整定计算6

2.1保护3在最大、最小运行方式下的等值阻抗6

2.2保护3在最小运行方式下G2退出运行，L2退出运行等值电路6

2.3进行C母线、D母线、E母线相间短路的最大、最小短路电流的计算7

2.4整定保护1、2、3的电流速断保护定值，并计算各自的最小保护范围8

2.5整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度8

2.6整定保护1、2、3的过电流保护定值9

第3章电流保护原理图与动作过程分析11

3.1电流三段式保护原理接线图11

3.2电流三段式原理展开图12

第4章课程设计总结13

参考文献14

第1章绪论

1.1继电保护基本概念

在电力系统运行中，外界因素（如雷击、鸟害呢）、内部因素（绝缘老化，损坏等）及操作等，都可能引起各种故障及不正常运行的状态出现，常见的故障有：

单相接地；三相接地；两相接地；相间短路；短路等。

电力系统非正常运行状态有：

过负荷，过电压，非全相运行，振荡，次同步谐振，同步发电机短时失磁异步运行等。

电力系统继电保护和安全自动装置是在电力系统发生故障和不正常运行情况时，用于快速切除故障，消除不正常状况的重要自动化技术和设备。

电力系统发生故障或危及其安全运行的事件时，他们能及时发出告警信号，或直接发出跳闸命令以终止事件。

1.2继电保护装置的基本要求

1．选择性

电力系统发生故障时，继电保护的动作应当具有选择件，它仅将故障部分切除能继续运行．尽量缩小中断供电的范围。

2．动作迅速

电力系统发生故障后，要求继电保护装置尽快的动作．切除故障部分，这样做的好处

（1）系统电压恢复得快，减少对广大用户的影响。

（2）电气设备损坏程度减轻。

（3）防止故障扩大，对高压电网来说，快速切除故障更为必要，否则会引起电力系统振荡甚至失去稳定。

（4）有利于电弧闪络处的绝缘强度恢复．当电源切除后又自动重新合上（即采用白动重合闸装置）再送电时容易获得成功（即提高了自动重合闸的成功率）。

3．灵敏性

灵敏性是指继电保护装置反应故障的能力，一般以灵敏系数的大小来衡量。

4．安全性和可靠性

（1）选用确当的保护原理，在可能条件下尽量简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。

（2）提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施。

（3）提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理。

除了上述四个方面基本要求之外，在选用继电保护装置时，还必须注意经济性，在保证电力系统安全运行的前提下，应采用投资少、维护费用较低的保护装置。

第2章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阻抗

保护3在最大运行方式下系统的等值电路图如下图2.1：

图2.1

根据设计参数计算得：

X4=X5=60*0.4=24

X6=40*0.4=16

X7=40*0.4=16

X8=30*0.4=12

X9=20*0.4=8

2.2保护3在最小运行方式下G2退出运行，L2退出运行等值电路

保护3在最小运行方式下G2退出运行，L2退出运行等值电路图2.2如下：

图2.2

=18.7

2.3进行C母线、D母线、E母线相间短路的最大、最小短路电流的计算

1、进行C母线相间短路的最大、最小短路电流的计算：

2、进行D母线相间短路的最大、最小短路电流的计算：

3、进行E母线相间短路的最大、最小短路电流的计算：

2.4整定保护1、2、3的电流速断保护定值，并计算各自的最小保护范围

由于电流速断保护的动作电流应躲过本线末端的最大短路电流.

故应考虑最小运行方式下的三相短路电流.故有,保护1、2、3的第Ⅰ段的动作电流为:

当最小灵敏度大于

时,满足保护设计要求,经计算都满足。

2.5整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度

对于保护3的电流保护的第Ⅱ段的动作电流应与相邻线路电流保护的第Ⅰ段相配合,即

所以该处电流保护的第Ⅱ段的灵敏度为:

故满足灵敏度的要求.

对于保护2QF的电流保护的第Ⅱ段与相邻线路电流保护的电流保护的第Ⅰ段相配合

此时的灵敏度

故满足灵敏度的要求.

2.6整定保护1、2、3的过电流保护定值

整定保护1、2、3的过电流保护定值，假定母线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作近后备，保护2、3作远后备的灵敏度。

灵敏度为：

故保护1可以作E点的近后备保护。

故满足灵敏度的要求.

故保护2可以作E点的远后备保护。

故满足灵敏度的要求.

故保护3可以作D点的远后备保护.

故满足灵敏度的要求.

保护1作为E点的近后备保护，保护2作为E点的远后备保护，保护3作为D点的远后备保护

动作时间：

第3章电流保护原理图与动作过程分析

3.1电流三段式保护原理接线图

原理接线图如图3.1。

图3.1电流三段式保护原理接线图

图中，1KA、2KA是A、C三相电流保护Ⅰ段的测量元件；

3KA、4KA是A、C三项电流保护Ⅱ段的测量元件；

5KA、6KA、7KA是A、C三相电流保护Ⅲ段的测量元件；

KM是中间继电器；

1KT、2KT是电流保护Ⅱ、Ⅲ段的逻辑延时元件；

1KS、2KS、3KS是电流保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段动作的报警用信号元件。

在该保护的第Ⅰ段保护范围内发生AB两项短路时，测量元件1、2、3、4、5、6都将动作，其中测量元件1、2直接启动中间继电器和信号元件，并使断路器跳闸，切出故障。

虽然测量元件3、4、5、6启动了延时元件，但因故障切除后，故障电流已消失，所以所有测量元件和延时未到的延时元件，均将返回。

电流保护的Ⅱ、Ⅲ段不会再输出跳闸信号。

同理，在线路末端短路时，只有延时元件动作以切出故障。

3.2电流三段式原理展开图

电网的三段式电流保护的作用，是利用不同过电流值下，设置不同的延时动作时间来规避工作尖峰电流和使发生短路故障时，只有事故点最近的断路器动作以减少断电的影响范围。

三段式电流保护原理展开图如图3.2、3.3、3.4所示。

图3.2交流回路展开图

图3.3直流回路展开图

图3.4信号回路展开图

二次设备互相连接，构成对一次设备进行监测，控制，调节和保护的电气回路称为二次回路。

按电源性质分为交流电流回路（由电流互感器（TA）二次侧供电给测量仪表及继电器的电流线圈等所有电流元件的全部回路）和交流电压回路--由电压互感器（TV）二次侧及三相五柱电压互感器开口三角经升压变压器转换为220V供电给测量仪表及继电器等所有电压线圈及信号电源等。

如图3.2所示，它由交流回路，信号回路及纸篓控制回路三部分构成。

交流回路由电流互感TaA,TAC的二次绕组构成不完全星形联结，二次绕组继电器kA1~KA7的线圈。

信号回路由直流屏引出主流操作电源+WS供电。

直流控制回路由直流操作电源+wC,-WC供电。

当LBC短路时，保护1,2全不动作，保护3动作。

测量元件1ka~6ka都将动作，其中1ka,2ka经km无时限动作直接启动信号元件1ks,并使断路器跳闸，切除故障。

虽然测量元件3KA,4KA启动了延时元件1kt.测量元件5ka,6ka启动了延时元件2kt，但故障切除后，故障电流已消失、所以所有测量元件和延时未到的延时元件均返回，故电流2,3段不会再输出跳闸信号。

同理，保护3的一段动作，二段和三段中只有ka段动作，KT和KS不动作

总结

本课设主要是针对输电线路电流电压保护进行设计。

随着电力系统规模的不断扩大，对电力系统安全性、可靠性、高效性运行的要求越来越高，继电保护应运而生，

在这门学科的课设中运用了电力系统分析与电力自动化及电力系统继电保护相结合不仅仅对电力系统分析更进一步的学习，同时也对电力系统继电保护的中心思想有了感知，在头脑中也更加清淅初步的做到了理论与实践相结合。

参考文献

[1]陈堂等编著《配电系统及其自动化技术》中国电力出版社2004.8

[2]赵晶主编《Prote199高级应用》．人民邮电出版社，2000：

18-25

[3]何仰赞等编著《电力系统分析》武汉：

华中理科技学出版社，2002.3

[4]于海生编著《微型计算机控制技术》清华大学出版社2003.4

[5]王士政主编《电网调度自动化与配网自动化技术》中国水利水电出版社2007.3

[6]梅丽凤等编著《单片机原理及接口技术》清华大学出版社2009.7

[7]许建安编著《电力系统微机继电保护》中国水利水电出版社2003.6

[8]A.T. Johns S.K. Salman. Digital Protection for Power Systems.New York:

 research Study Press.1988

[9]PowerSystemRelaying（ThirdEdition）StanleyH.Horowitz

[10]刘学军编著《电力系统继电保护》机械工业出版社2011.9