继电保护课程设计Word文件下载.docx
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在微处理机保护中则是用软件系统的智能程序来完成。
（4）出口元件
它接受逻辑判断元件信号，发出出口指令，指令可以是声光显示信号叫值班人员前来处理，也可以是跳闸信号使断路器切除故障，使断路器跳闸的电流必须足够大。
（5）断路器
这是接在电力线上的一次设备，它动作了就把电力线切断，从而完成了对故障的切除。
断路器的跳闸线圈是由继电保护装置控制着，断路器还有一个合闸线圈，除可以手动合闸外，还可以由重合闸装置进行重合闸。
二、保护装置的分类
从发电机开始的整个电力系统可以分成几个区段，它们的技术特性和运行规程是不一样的，为了适应它的特性，我们把继电保护也分成相应的几个部分。
（1）原件保护
它是保护发电机（包括定子、转子和励磁）和变压器的保护装置。
（2）保护母线。
母线是很多进出线的公共连接点，起着汇总和分配电能的作用。
300~500KV母线需设专用母线保护。
（3）线路保护
保护输电线路的保护装置。
（4）配电保护
根据用电设备的不同采用各种不同的保护。
1.2继电保护装置及其任务
为防止电力系统中发生事故一般采取如下对策：
（1）改进设计制造，加强维护检修，提高运行水平和工作质量。
采取各项积极措施消除或者减少发生故障的可能性。
（2）一旦发生故障，迅速而有选择地切除故障元件，保证无故障部分正常运行。
继电保护装置，就是指反应电力系统中电器元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。
它的基本任务是：
（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件（设备）从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。
（2）对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护条件（如有无经常值班人员），而动作于发出信号（减负荷或跳闸），且能与自动重合闸相配合。
1.3对继电保护的基本要求
继电保护根据电力系统的要求，对于直接作用于断路器跳闸的保护装置，有以下几个基本要求：
1、选择性电力系统发生故障时，继电保护的动作应具有选择性，它仅切除故障部分，不影响非故障部分的继续运行，保证最大范围的供电，尽量缩小停电范围。
2、快速性电力系统由于其实时性的特点，当发生故障时要求继电保护装置尽快动作，切除故障，这样可以①系统电压恢复快，减少对广大用户的影响②电气设备的损坏程度降低③防止故障进一步扩大④有利于闪络处绝缘强度的恢复，提高了自动重合闸的成功率。
一般主保护的动作时间在1～2s以内，后备保护根据其特点，动作时间相应增加。
3、灵敏性继电保护装置反映故障的能力称为灵敏性，灵敏度高，说明继电保护装置反映故障的能力强，可以加速保护的起动。
4、可靠性根据继电保护的任务和保护范围，如果某一保护装置应该动作而未动作则称为拒动；
如果电力系统在正常运行状态或故障不在保护范围内，保护装置不应动作而动作了则称为误动。
继电保护的拒动和误动将影响装置的可靠性，可靠性不高，将严重破坏电力系统的安全稳定运行。
装置的原理、接线方式、构成条件等方面都直接决定了保护装置的可靠性，因此现在的保护装置在选用时尽量采用原理简单、运行经验丰富、装置可靠性高的保护。
第二章运行方式的选择
2.1运行方式的选择原则
2.1.1发电机、变压器运行方式选择的原则
（1）一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故障；
当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。
对水电厂，还应根据水库运行方式选择。
（2）一个发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量最大的一台停用。
因变压器运行可靠性较高，检修与故障出现的几率很小。
但对于发电机变压器组来说，应服从发电机的投停变化。
2.1.2变压器中性点接地选择原则
（1）发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要接地。
以防出现不接地系统的工频过电压状态。
如事前确定不能接地运行，则应采取其他防止工频过电压的措施。
（2）自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。
（3）T接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。
当T接变压器低压侧有源时，则应采取防止工频过电压的措施。
（4）为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后再断开，这种情况不按接地运行考虑。
2.1.3线路运行方式选择原则
（1）一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，另一条线路又故障的方式。
（2）双回路一般不考虑同时停用。
2.1.4流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择
（1）相间保护
对单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大短路电流出现在最大运行方式；
而最小短路电流，则出现在最小运行方式。
对于双电源的网络，一般（当取X1=X2时）与对侧电源的运行方式无关，可按单侧电源的方法选择。
对于环状网络中的线路，流过保护的最大短路电流应选取开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一级线路上。
而对于最小短路电流，则应选闭环运行方式，同时再合理停用该保护背后的机组、变压器及线路。
（2）零序电流保护
对于单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大零序短路电流与最小零序电流，其选择方法可参照相间短路中所述，只需注意变压器接地点的变化。
对于双电源的网络及环状网，同样参照相间短路中所述，其重点也是考虑变压器接地点的变化。
2.1.5选取流过保护的最大负荷电流的原则
选取流过保护的最大负荷电流的原则如下：
（1）备用电源自动投入引起的增加负荷。
（2）并联运行线路的减少，负荷的转移。
（3）环状网络的开环运行，负荷的转移。
（4）对于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增加负荷。
2.2本次设计的具体运行方式的选择
电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。
因此，在对继电保护进行整定计弊之前，首先应该分析运行方式。
这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。
因此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式；
系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。
现结合本次设计具体说明如下，系统的最大运行方式是所有设备全部投入运行；
系统的最小运行方式为发电机G1和G2投入，发电机G3停运。
对保护1而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式下线路L1回路断开，其他设备全投；
保护1的最小运行方式应该是：
在系统的最小运行方式下线路L1+L2与L3并联运行。
第三章电网各个元件参数计算及负荷电流计算
3.1基准值选择
基准功率：
SB=100MV·
A，基准电压：
VB=115V。
基准电流：
IB=SB/1.732VB=100×
103/1.732×
115=0.502KA；
基准电抗：
ZB=VB/1.732IB=115×
502=132.25Ω；
电压标幺值：
E=E
（2）=1.05
3.2电网各元件等值电抗计算
3.2.1输电线路等值电抗计算
（1）线路L1等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL1=X1L1=0.4×
50=20Ω
XL1*=XL1/ZB=20/132.25=0.1512
零序电抗：
XL10=X0L1=3X1L1=3×
0.4×
50=60Ω
XL10*=XL10/ZB=60/132.25=0.4537
（2）线路L2等值电抗计算
XL2=X1L2=0.4×
40=16Ω
XL2*=XL2/ZB=16/132.25=0.121
XL20=X0L2=3X1L2=3×
40=48Ω
XL20*=XL20/ZB=48/132.25=0.363
（3）线路L3等值电抗计算
XL3=X1L3=0.4×
90=36Ω
XL3*=XL3/ZB=36/132.25=0.2722
XL30=X0L3=3X1L3=3×
90=108Ω
XL30*=XL30/ZB=108/132.25=0.8166
（4）线路L4等值电抗计算
XL4=X1L4=0.4×
25=10Ω
XL4*=XL4/ZB=10/132.25=0.0756
XL40=X0L4=3X1L4=3×
25=30Ω
XL40*=XL40/ZB=30/132.25=0.2268
3.2.2变压器等值电抗计算
（1）变压器T1、T2等值电抗计算
XT1=XT2=（UK%/100）×
（VN2×
103/SN）≈40.333Ω
XT1*=XT2*=XT1/ZB=40.333/132.25=0.3050
（2）变压器T3等值电抗计算
XT3=（UK%/100）×
103/SN）≈21.175Ω
XT3*=XT3/ZB=21.175/132.25=0.1601
（3）变压器T4、T5、T6、T7等值电抗计算
XT4=XT5=XT6=XT7=（UK%/100）×
103/SN）≈63.5Ω
XT6*=XT7*=XT4*=XT5*=0.4802
（4）变压器T8等值电抗计算
XT1=（UK%/100）×
103/SN）≈84.7Ω
XT8*=XT8/ZB=84.7/132.25=0.6405
3.2.3发电机等值电抗计算
（1）发电机G1、G2电抗标幺值计算
XG1*=XG2*=Xd1SB/SG1=Xd1SBCOSφ/PG1=0.132×
100×
0.8/25=0.4224
（2）发电机G3电抗标幺值计算
XG3*=Xd3SB/SG3=Xd3SBCOSφ/PG3=0.129×
0.8/50=0.2064
3.2.4最大负荷电流计算
（1）B、C母线最大负荷电流计算
最大负荷电流计算（拆算到110KV）
IfhB·
max=IfhC·
max=PfhBmaxVav2/1.732UCOSφ
=20×
115×
0.8≈0.1255KA；
（2）D母线最大负荷电流计算
IfhD·
max=PfhDmaxVav2/1.732UCOSφ
=12×
0.8≈0.0753KA
3.2.5各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流
（1）保护1的最大运行方式：
发电机G1、G2、G3全投入，断开线路L1；
通过保护1的最大负荷电流为
；
保护1的最小运行方式：
发电机G3停，线路全部运行。
（2）保护2的最大运行方式：
发电机G1、G2、G3全投入，断开L3回路；
通过保护2最大负荷电流为
。
保护2的最小运行方式；
G3停，线路全部运行。
（3）保护4的最大运行方式：
G1、G2、G3全投，断开线路L3；
通过保护4
的最大负荷电流为
保护4的最小运行方式：
（4）保护5的最大运行方式：
G1、G2、G3全投入，断开线路L1；
通过保护
5的最大负荷电流为
保护5的最小运行方式：
（5）保护7的最大运行方式：
G1、G2、G3全投，线路全部运行；
通过保护7
（6）保护3和保护6因正常运行时不可能有正向电流通过，要是有正向电流
通过，一定是线路发生故障。
为此，在保护3和保护7上只需判别电流（功率）的方向即可，故不用分析保护3和保护6的运行方式。
第四章短路电流的计算
4.1短路电流的计算步骤
1．确定计算条件，画计算电路图
1）计算条件：
系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。
2）运行方式：
系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。
根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。
选电气设备：
选择正常运行方式画计算图；
短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。
继电保护整定：
比较不同运行方式，取最严重的。
2．画等值电路，计算参数；
分别画各段路点对应的等值电路。
3．网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗
由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式时各线路未端短路的情况,最小运行方下时各线路未端短路的情况。
电网等效电路图如图4.1所示
4.2各短路点的短路计算
请参见附录Ⅰ
5继电保护距离保护的整定计算和校验
5.1距离保护整定计算的方法及原理
距离保护第一段
1.动作阻抗
（１）对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定，即取
图5.1电力系统接线图
2．动作时限
秒。
距离保护第二段
1．动作阻抗
（1）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即
式中
为分支系数
（2）与相邻变压器的快速保护相配合
取
（1）、
（2）计算结果中的小者作为
2.动作时限
保护第Ⅱ段的动作时限，应比下一线路保护第Ⅰ段的动作时限大一个时限阶段，即
3.灵敏度校验
如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第Ⅱ段相配合的原则选择动作阻抗，即
这时，第Ⅱ段的动作时限应比下一线路第Ⅱ段的动作时限大一个时限阶段，即
距离保护的第三段
1．动作阻抗
按躲开最小负荷阻抗来选择，若第Ⅲ段采用全阻抗继电器，其动作阻抗为
2．动作时限
保护第Ⅲ段的动作时限较相邻与之配合的元件保护的动作时限大一个时限阶段，即
3．灵敏度校验
作近后备保护时
作远后备保护时
式中，Kfz为分支系数，取最大可能值。
5.2各断路器距离保护的整定计算和校验
请参见附录Ⅱ
6继电保护零序电流保护的整定计算和校验
请参见附录Ⅲ
7对选择的保护进行综合评价
7.1距离保护的综合评价
主要优点：
能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；
阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。
其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。
主要缺点：
不能实现全线瞬动。
对双侧电源线路，将有全线的30﹪～40﹪的第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。
阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。
7.2对零序电流保护的评价
零序电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根椐运行需要增减段数。
为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。
接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理。
接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大。
当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流保护。
特别是零序电流保护中最小定值的保护段，它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。
因此，零序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数。
零序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成，其整定配合遵循反映同种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则，主要考虑与相邻下一级的接地保护相配合；
当装设接地短路故障的保护时，则一般在同原理的保护之间进行配合整定。
7.3电流保护的综合评价
电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路和相邻下一线路的后备保护。
实际上，供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护。
比如，处于电网未端附近的保护装置，当定时限过电流保护的时限不大于0.5时，而且没有防止导线烧损及保护配合上的要求的情况下，就可以不装设电流速断保护和限时电流速断保护，而将过电流保护作为主保护。
三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。
缺点是它的灵敏度受保护方式和短路类型的影响，此外在单侧电源网络中才有选择性。
故一般适用于35KV以下的电网保护中。
总结
本设计是针对与110KV电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析计算和整定的，因此它可保护发生上述各种故障和事故时的系统网络，在设计思路中紧扣继电保护的四要求：
速动性、灵敏性、可靠性以及选择性。
而且本设计不仅局限于线路，对变压器和机组的保护也进行了部分观点式的阐述。
由于设计资料和任务书的要求，本设计有具体的参数，理论上适合各种情况的网络，但实际上不同的数据参数有不同的情况。
设计过程中由于本人的知识面单薄、认识肤浅，刚开始时遇到了很大的困难例如：
概念模糊、思路不统一，不知从何下笔，从何着手。
因此，在前期花了不少的时间来整理头脑中的概念。
在自己理清思路，初步形成意识后，对课题便有了更深一层次的理解和体会，从而抓住了方向和要点，进行多方面的选材和总结。
在列出大纲和初步完成稿件之后，为证实自己对课题理解的正确性，期间进行了多方面的查找和询问，进一步的巩固了自己的知识、开阔了视野、增张了见识，最后在指导老师的帮助和审批下，给设计划上了圆满的句号。
在此非常感谢苏老师和同组同学的帮助，让我又有了很大的进步！
参考文献
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北京:
中国电力出版社，2009.12.
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华中科技大学出版社，2002.
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华中科技大学出版社，2001.
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中国水利出版社，2002.
[5]吕继绍.电力系统继电保护设计原理.北京:
中国水利电力出版社,1986年.
[6]韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册.北京:
中国水利电力出版社，2003.
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中国水利水电出版社.2004年.
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中国电力出版社，1999年.
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中国水利出版社,1992.
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中国电力出版社，1994.
[11]李佑光,林东.电力系统继电保护及新技术.北京:
科学出版社.2003年.
[12]GB/T14285—2006中华人民共和国国家标准.
附录Ⅰ
各短路点的短路电流计算
1、d3发生短路时流过断路2
（1）最大运行方式正序短路电流
Xff3=XdT+XL=0.18255+0.5444=0.72695
Id3·
max*=E/Xff3=1.05/0.72695≈1.4444
max=Id3·
max*IB=1.4444×
0.502≈0.725KA
（2）最小运行方式两相短路正序短路电流
Xff3=Xd1+XT1＋XL=0.4224+0.3050+0.5444=0.9996
If
（2）*=1.732E/2Xff1=1.732×
1.05/2×
0.9996=0.9097
If
（2）=If
（2）*IB=0.9097×
0.502=0.4567KA
（3）最大运行方式两相短路零序短路电流,如图1.1示
图1.1短路等值电路
XTL4（0）=（XL4（0）+XT8）×
（XL3（0）+XT）/（XL4（0）+XT8+XL3（0）+XT）
=（0.2268+0.6405）×
（0.8166+0.0781）/（0.2268+0.6405+0.8166+0.0781）
=0.4404
XTL2（0）=（XL2（0）+XTC）×
XTB/（XL2（0）+XTC+XTB）
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