35kv线路保护设计.docx

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35kv线路保护设计

《继电保护》课程设计任务书

一、题目

输电线路继电保护设计

二、资料

某35kV单电源辐射型网络如下图1所示，已知：

变电所B、C中变压器连接组别均为Ｙ，d11，且在变压器上装设了差动保护，线路A、B的最大传输功率为Ｐmax=9MW,功率因数

，系统中的发电机都装设了自动励磁调节器。

自起动系数取1.3，其他参数如图所示。

图1某35kV单电源环形网络示意图

三、设计内容

（1）确定AB线路相间短路的保护方式以及它们的整定值，并校验灵敏度；同时计算互感器的变比。

（2）绘制AB线路相间短路保护的原理接线图（展开式）；

（3）对本网络所采用的保护进行评价。

四、提交成果

1、设计说明书一份（打印左侧装订成册）并提交电子版；

2、线路保护原理展开图一份（符合工程制图的基本标准，比如图幅、边框、标题栏等）；

2012年12月

《继电保护》课程设计指导书

一、任务

完成35kV单电源辐射型网络的继电保护设计

二、目的

1、通过本课程设计，使学生进一步认识和掌握电力网络继电保护装置的工作原理、配置原则，整定计算方法，培养学生具有熟练阅读继电保护装置原理图、展开图、安装图的重要技能和进行初步设计的技能，弥补课堂教学的不足，使学生在继电保护方面的知识得到进一步的巩固和提高。

2、通过设计，树立正确的技术经济观，掌握对方案进行技术经济比较的方法。

3、学习编制计算说明书。

三、设计步骤及时间安排

3.1相间短路时线路保护的整定计算步骤

１.短路电流及残余电压计算

考虑到35kV单电源网络相间短路保护可能电流电压保护，因此在决定保护方式前，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

和保护安装处的残余电压

等参数。

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。

计算

和

的步骤及注意事项如下。

（1）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。

（2）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、中点和末端三个点。

（3）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。

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。

若采用电流电压联锁速断保护，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。

（4）

和

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

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。

保护安装处的残余电压

列表与短路电流

相似。

计算

和

时，用标么值或用有名值均可，可根据题目的数据，用较简单的方法计算。

电压一律用平均电压。

（35kV电网的平均电压是37VkV）

2.保护方式的考虑及整定计算

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。

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。

3.绘制保护原理接线图

要求绘制单线原理接线图及某一线路保护原理展开图。

4.说明书编写

说明书一般应包含如下内容：

（排版要求一级标题四号黑体，正文宋体小四，行距固定值24磅,参考文献宋体5号）

封面

摘要和关键词

引言

设计原理计算说明总结附录1图纸参考文献

摘要…………………………………………………………………………………………4

引言…………………………………………………………………………………………4

正文…………………………………………………………………………………………4

1．继电保护概论…………………………………………………………………………4

1.1继电保护的作用…………………………………………………………4

1.2对电力系统继电保护的基本要求…………………………………………4

2.35KV线路继电保护的配置…………………………………………………5

3.电网相间短路的电流保护……………………………………………………………5

3.1互感器变比……………………………………………………………………6

3.2瞬时电流速断保护……………………………………………………………………6

3.3限时电流速断电流保护………………………………………………………9

3.4定时限过电流保护……………………………………………………………9

3.5电流三段保护小结……………………………………………………………9

总结…………………………………………………………………………………………10

参考资料………………………………………………………………………………………10

附图……………………………………………………………………………………………10

摘要

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。

电力系统继电保护的基本作用是：

全系统范围内，按指定分区实时地检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警信号等措施，以求最大限度地维持系统的稳定、保持供电的连续性、保障人身的安全、防止或减轻设备的损坏。

随着电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。

本次设计的题目是输电线路继电保护设计。

主要任务是完成35kV单电源辐射型网络的继电保护设计。

关键词：

35kV线路继电保护、整定计算、故障分析、设计原理

前言

电力系统是由发电、变电、输电、供电、配电、用电等设备和技术组成的一个将一次能源转换为电能的统一系统。

电能是现代社会中最重要、也最为方便的能源。

而发电厂正是把其他形式的能量转换为电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换为适合用户需要的其他形式的能量。

再输送电能的过程中，电力系统希望线路有比较好的可靠性，因此在电力系统受到外界干扰时，保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作，从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。

电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。

本次设计的任务主要包括:

继电保护运行凡是的选择、电网各个元件参数及符合电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校正、继电保护零序电流整定计算和校正、对所选择的保护装置进行综合评价。

正文

1、继电保护概论

1.1继电保护的作用

1.1.1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。

1.2对电力系统继电保护的基本要求

1.2.1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。

1.2.2速动性

继电保护的速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度切除故障设备。

故障后,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。

1.2.3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应能力。

（保护不该动作情况与应该动作情况所测电气量相差越大→灵敏度↑）。

1.2.4可靠性

继电保护的可靠性是指保护装置在电力系统正常运行时不误动;再规定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情况下，应可靠的不动作。

（主保护对动作快速性要求相对较高；后备保护对灵敏性要求相对较高。

）

2、35KV线路继电保护的配置

1、短路保护采用两相两继电流保护，它是一种阶段式电流保护。

以第1段、第2段电流速断保护作为主保护，以第3段过电流保护作为后备保护。

2、接地系统中单相接地故障的保护方式之一：

零序电流保护

3、重合闸：

三相一次重合闸，后加速（>35KV），和前加速（<35KV）。

无论本线路发生何种类型的故障，继电保护装置均将三相断路跳开，重合闸启动，经预定延时（可整定，一般在0.5S-1.5S间）发出重合脉冲，将三相断路器合上。

若瞬间故障，重合后成功，继续正常运行，若永久故障，不再重合闸。

3.电网相间短路的电流保护

在电网中35kv及以下的较低电压的网络中主要采用三段式电流保护，最主要的优点就是简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。

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回线路的15%

　　　　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的全长

3.1互感器变比:

短路电流:

=165A

考虑到三分之一的裕度：

I=（1+1/3）*165=220A但在实际中电流不可能为220，所以取300A

所以互感器变化为n=300/5=60

3.2瞬时电流速断保护

输电线路发生短路时，电流突然增大，电压降低。

利用电流突然增大使保护动作而构成的保护装置，称为电流保护。

通常输电线路电流保护采用阶段式电流保护，采用三套电流保护共同构成三段式电流保护。

可以根据具体的情况，只采用速断加过流保护或限时速断加过流保护，也可以三段同时采用。

3.2.1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。

当系统电源电势一定，线路上任一点发生短路故障时，短路电流的大小与短路点至电源之间的电抗（忽略电阻）及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点的短路电流可用下式表示

式中

——系统等电源相电势；

——系统等效电源到保护安装处之间的电抗；

——线路千米长度的正序电抗；

——短路点至保护安装处距离。

对K1点：

对AB段最大运行方式：

对AB段最小运行方式：

对K2点：

对K3点：

短路点

K1

K2

K3

最大运行方式下电流

1310

366A

461A

最小运行方式下电流

953

301A

374A

3.2.2瞬时电流速断保护的整定计算

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

式中

—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；

—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1.2～1.3。

—被保护线路末端末端B母线上三相短路时保护安装测量到的最大短路电流，一般取次暂态短路电流周期分量的有效值。

-----为电流互感器的变比

----为电流互感器的接线系数

对于35KV电路，电流互感器采用两相星形接线，所以

=1。

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

不应小于线路全长的

。

在最小保护区末端发生短路故障时，动作电流，即

式中

—系统最小运行方式下，最大等值电抗；

—输电线路千米正序电抗。

通常规定，最小保护范围不应小于被保护线路全长

。

一、Ⅰ段

校验灵敏度：

计算AB线15%处短路时最小短路电流：

，灵敏度合格。

。

二、Ⅱ段

首先计算BC线的Ⅰ段，

。

校验灵敏度：

计算BC线15%处短路时最小短路电流：

，灵敏度合格。

。

（一）与变压器T1的差动保护配合：

（二）与BC线Ⅰ段配合：

选取其中较大者为整定值

校验灵敏度：

计算AB线末端短路时最小短路电流：

。

灵敏系数

，合格。

（一）与变压器T1的差动保护配合：

（二）与BC线Ⅰ段配合：

选取其中较大者为整定值

三、Ⅲ段

计算AB线最大负荷电流

，

校验灵敏度：

近后备

，合格。

计算BC线末端短路时最小短路电流：

，远后备

，合格。

（一）从变压器T1的负荷保护开始计算：

（二）从变压器T2的负荷保护开始计算：

选取其中较大者为整定值

3.3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，必须由其他的保护来切除。

为了满足速动的要求，保护的动作时间应尽可能的短。

为此，可增加一套带时限的电流速断保护，用以切除瞬时电流速断保护范围以外的短路故障，这种带时限的电流速断保护范围以外的短路故障，这种带限时的电流速断保护，称为限时电流速断保护。

要求限时电流速断保护被保护线路的全长。

由以上分析可知，若要是限时电路速断保护能够保护线路全长，其保护范围必然要延伸到相邻线路以部分。

为满足选择性必须给限时电流速断保护增加一定的时限，此时限既能保证选择性又能满足速动性的要求，即尽可能短。

鉴于此，可首先考虑使它的保护范围不超出相邻线路瞬时电流速断保护的保护范围，而动作时限则比相邻线路的无时限电速断保护长一个时限级差，用

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。

3.4定时限过电流保护：

定时限过电流保护是指按躲过最大负荷电流整定，并以动作时限保证其选择性的一种保护。

输电线路正常运行时它不应启动，发生短路且短路电流大于其动作电流时，保护启动延时动作于断路器跳闸。

过电流保护不仅能保护本线路的全长，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。

3.5电流三段保护小结

使用1段、2段或3段组成的阶段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且在一般情况下能够满足快速切除故障的要求，因此在35kv及以下的中、低压网络中得到了广泛应用。

其缺点是它直接受电网的接线及电力系统运行方式的影响，例如整定值必须按电网最大运行方式整定，而灵敏性必须用电网最小运行方式来校验，这就难以满足灵敏系数和保护范围的要求。

结语：

结合本次设计的要求，参照35kV输电线路的一些特性，我利用相关专业知识为此线路设计了一套安全、经济、可靠的继电保护自动装置。

此设计满足线路的选择性、速动性、灵敏性、可靠性的要求，在设计过程中，考验了我们的学习成果，同时开拓了我们的思维，学会用网络技术去收集有用的信息，在巩固知识的同时，提高了自身的学习实践能力。

参考资料:

1、《电力系统继电保护和自动装置设计规范》GB50062─92

2、《小型水利发电站设计规范》GBJ71─84

3、《火车发电厂、变电所二次接线技术规定（强电部分）》SDGJ─78

4、《小型水电站机电设计手册电气二次分册》水利电力出版社

5、《电力系统继电保护》郭光荣主编

6、《电力工程设计手册》水利电力出版社

7、《电力系统继电保护与自动装置技术规程》水利电力出版社

 8、《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》水利电力出版社

附图：

1、三段式电流保护交流回路展开图

2、三段式电流保护原理接线图

3、三段式电流保护直流回路展开图