继电保护课程设计

1 引言

电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，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成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,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。通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的《电力系统继电保护》这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。

电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数的短路故障是不对称的，其零、负序电流电压会很大，利用故障的不对称性可以找到正常与故障的区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差异更为明显。所以零序电流保护被广泛的应用在110kV及以上电压等级的电网中

目录

一、 具体参数……………………………………………………………………1 二、短路分析……………………………………………………………………3 三、分支系数……………………………………………………………………7 四、保护1整定计算……………………………………………………………8 五、方向元件的整定……………………………………………………………9 六、灵敏度………………………………………………………………………10 七、结 论……………………………………………………………………10 八、参考文献……………………………………………………………………10

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《电力系统继电保护》课程实践教学大纲

执笔人： 编写日期：2012-7-5

一、课程基本信息

1. 课程编号：08060146

2. 课程性质/类别： 专业 课 / 考查 课 3. 学时：60 学时

4. 适用专业： 电气工程及其自动化 专业

二、目的与任务

本设计内容涵盖《电力系统继电保护》课程的主要知识，是培养学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力，是对学生进行设计技能、计算及绘图的初步训练。

三、基本要求

力求简单化，成果尽量做到综合性、实用性和技术先进性；说明书要求文字简明扼要、结论明确、字迹清楚，图纸要求整洁美观，符合工程实际。

四、教学内容

五、实践教学指导教师

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六、教学安排 两周内完成

七、成绩评定办法

本课程根据培养计划要求计成绩，成绩由两部分构成，即课程设计与实践；每部分的比例为40%和60%。

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一、具体参数

解：先求出线路的参数，即 LAB=60km，X1.ABX2.AB=24，X0.AB=72，LBC=40km， X1.BCX2.BC=16,X0.BC=48，所有元件全运行是三序电压等值网络图如图2-7所示。

BAX1.BCCX1.T3X1.T4X1.G3EEX1.G1X1.G2X1.T1X1.ABX1.T5EX1.G4EX1.T2X1.T6 (a) 正序等值图

BA

X2.BCX2.T5X2.T6CX2.T3X2.T4X2.G3X2.G4X2.G1X2.T1X2.T2X2.ABX2.G2

(b) 负序等值图 BX0.BCCX0.ABX0.T5X0.T6X0.T4X0.T1X0.T2A

(c)零序等值图

图2-7 所有元件全运行时三序电压等值网络图

二、短路分析

下求出所有元件全运行时，B 母线分别发生单相接地短路和两相接地短路时的负荷序网等值图。 1）单相接地短路时，故障端口正序阻抗为

XX1.T1XX1.T3Z1(X1.AB1.G1)||(X1.BC1.G3)=(24+5)||(16+6.5)=12.67

22故障端口负序阻抗为 Z2Z1=12.67

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X0.T1XXX0.AB)||0.T5||(0.T3X0.BC)=79.5||10||55.5=7.657 222则复合序网等值图如图2-8所示。

U|0|115/3I故障端口零序电流为 f0=2.012kA

Z1Z2Z012.6712.677.657故障端口零序阻抗为Z0(在零序网中按照零序导纳进行分配零序电流从而得到此时流过保护1、4处的零序电流分别为

0.125790.018018I0.1If0=0.194kA I0.2If0=0.278kA

0.1305970.130597画出零序电流分布图如图2-9所示.

Z112.67BUf|0|0.097Z212.67A0.194C0.2780.1390.77Z07.657 图

2-8 单相接地短路复合序网等值图 图2-9 单相接地短路零序电流分布图

2) 两相接地短路时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时相同，即 Z1Z2=12.67

Z0=7.657，则复合序网如图2-10所示。

Uf|0|12.677.657=4.77 故障端口正序电流为 If1=3.808kA

12.677.675Z1Z2||Z012.67故障端口零序电流为 If0=If0=2.373kA

12.677.675同样地，流过保护1、4的零序电流分别为 I0.1=0.299kA， I0.2=0.327kA。 Z2||Z0=

从而得到如图2-11所示的零序电流分布图。

Z112.67BUf|0|Z212.670.115A0.229C0.3270.10.909Z07.657

图2-10 两相接地短路复合序网等值图 图2-11 两相接地短路零序电流分布图

九、分支系数

先求出保护1的分支系数 K1.b

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当BC段发生接地故障，变压器5、6有助增作用，如图2-12所示。

IIXK1.b=BCM1A'BM11,

IABMIABMX2对于X1，当只有一台发电机变压器组运行是最大，有X1max=X0.T1X0.AB=87

X当两台发电机变压器组运行时X1最小，有 X1min=0.T1X0.AB=79.5

2对于X2，当T5,T6只有一台运行时X2最大，X2max=20；当T5,T6两台全运行时X2最小，

X2min=10. 因此保护1的最大分支系数 K1.b.max=1最小分支系数为K1.b.min=1X1max=9.7， X2minX1min=4.975 X2max同样的分析保护4的分支系数K4.b。当AB段发生接地故障时，T5,T6YOU 助增的作用，如图2-13所示。

IIXK1.b=BCM1A'BM11

IABMIABMX2对于X1，当只有一台发电机变压器组运行是最大，有X1max=X0.T3X0.BC=63

X当两台发电机变压器组运行时X1最小，有 X1min=0.T3X0.BC=55.5

2对于X2，当T5,T6只有一台运行时X2最大，X2max=20；当T5,T6两台全运行时X2最小，

X2min=10. 因此保护4的最大分支系数 K4.b.max=1最小分支系数为K4.b.min=1BX1max=7.3， X2minX1min=3.775 X2maxBIABMIBCMX1MIABMMX1ICBMIA'BMX2X2IC'BM

图2-12 BC段故障时变压器的助增作用 图2-13 AB段故障时变压器的助增作用

四、保护1整定计算

零序Ⅰ段： 根据前面的分析结果，母线B故障流过保护1的最大零序电流为 I0.1.max=0.229kA 故

ⅠⅠ段定值 IⅠ=Kset.1rel3I0.1.max=1.2×3×0.229=0.8244kA

为求保护1的零序Ⅱ段定值，应先求出保护3零序Ⅰ段定值，设在母线C处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护3 的最大零序电流，因此有

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X1.G1X1.T1XX1.T3X1.ABX1.BC）||(1.G3)=5.68

22XXXZ0[(0.T1X0.AB)||0.T5X0.BC]||0.T3=6.63

222Uf|0|115/3单相接地短路时，有 If0==3.69kA

Z1Z2Z35.865.866.63Z1Z2=（

从而求得流过保护3的电流为 I0.3=0.43kA

5.866.63连相接地短路时，有 Z2||Z0==3.06

5.866.63Uf|0|Z2正序电流 If1=7.6kA 零序电流 If0If1=3.5kA

Z2Z0Z1Z2||Z0从而求得流过保护3 的电流 I0.3=0.408kA 这样，流过保护3的最大零序电流 I0.3.max=0.43kA

Ⅰ保护3的零序Ⅰ段定值为 IⅠ=Kset.3rel3I0.3.max=1.548kA

KⅠ1.15rel1.548=0.358kA 这样，保护1的零序Ⅱ段定值为 I=IⅠset.34.975K1.b.min校验灵敏度：母线B接地短路故障流过保护1 的最小零序电流 I0.1.min==0.194kA

3I灵敏系数 Kre0.1min=1.626 ⅡIset.1保护4 整定计算：

零序Ⅰ段 根据前面的分析结果，母线B故障流过保护4的最大零序电流为 I0.4.max=0.327kA 故Ⅰ

Ⅱset.1Ⅰ段定值 IⅠset.1=Krel3I0.4.max=1.2×3×0.327=1.18kA

为求保护4的零序Ⅱ段定值，应先求出保护2零序Ⅰ段定值，设在母线A处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护2 的最大零序电流，因此有

XX1.T3XX1.T1X1.ABX1.BC）||(1.G1)=4.52 Z1Z2=（1.G322XXXZ0[(0.T3X0.BC)||0.T5X0.AB]||0.T1=6.86

222Uf|0|115/3单相接地短路时，有 If0==4.179kA

Z1Z2Z34.524.526.68从而求得流过保护2的电流为 I0.2=0.356kA

4.526.86两相接地短路时，有 Z2||Z0==2.723

4.526.86Uf|0|Z2正序电流 If1=9.17kA 零序电流 If0If1=3.kA

Z2Z0Z1Z2||Z0从而求得流过保护2的电流 I0.2=0.31kA

这样，流过保护2的最大零序电流 I0.2.max=0.356kA

Ⅰ保护2的零序Ⅰ段定值为 IⅠ=Kset.2rel3I0.2.max=1.286kA

这样，保护4的零序Ⅱ段定值为 I

Ⅱset.4KⅡ1.15rel1.282=0.39kA =IⅠset.23.775K4.b.min8

校验灵敏度：母线B接地短路故障流过保护4 的最小零序电流 I0.4.min==0.278kA 灵敏系数 Kre3I0.4min=2.14 IⅡset.1

五、方向元件的整定

计算母线A发生接地短路时(最大运行方式、单相及两相接地)流过保护1的最大零序电流，然后将该零序电流值与保护1的I、II段定值相比较，如果零序电流小于定值，则A母线接地短路时保护1的零序电流继电器不会启动，所以不必加方向元件；如果零序电流大于定值，则必须加装方向元件。对保护1而言：由第(4)问分析知道：当母线A在最大运行方式下单相接地时流过保护1的零序电流最大，为：3I0.1.max3I0.2.max30.3561.068(kA)，大于保护1的I、II段整定值，故需要加装方向元件。对保护4而言：当母线C在最大运行方式下单相接地时流过保 护4的零序电流最大，为：3I0.4.max3I0.3.max30.431.29(kA)，大于保护4的I、II段整定值，故需要加装方向元件。

六、灵敏度

不灵敏I段按躲过非全相振荡整定，即按在1处断路器单相断开、两侧电势角为180°时流过保护1的零序电流整定。此时有

XX1.T1XX1.T3Z11.G1X1.ABX1.BC1.G3524166.551.5()

22ZXXZ0.T1X0.AB(X0.BC0.T3)0.T57.57255.51087.97()

222单相断开时，故障端口正序电流

211532If11.58(kA)

Z1Z2Z051.551.5.972Esin故障端口也是流过保护1的零序电流，即

If0If1Z251.51.580.583(kA)

Z2Z051.587.98接地短路时流过保护1的最大零序电流为0.229kA，二者中取大者，故保护

1

的不灵敏

I

段的定值为

II3I1.230.5832.099(kA)IsetK f0.1rel 9

结 论

在中性点直接接地系统中，采用专门的零序电流保护，与利用三相星形接线的电流保护来保护单相短路相比较，具有一系列优点：

(1) 相间短路的过电流保护是按躲开最大负荷电流整定，二次起动电流一般为5~7A；而零序过电流保护则按躲开不平衡电流整定，其值一般为2~3A。由于发生单相接地短路时，故障相的电流与零序电流3I0相等，零序过电流保护有较高的灵敏度。

(2) 相间短路的电流速断和限时电流速断保护直接受系统运行方式变化的影响很大，而零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小得多。而且，由于线路零序阻抗远较正序阻抗为大，X0=(2~3.5)X1，故线路始端与末端接地短路时，零序电流变化显著，曲线较陡，因此零序Ⅰ段的保护范围较大，也较稳定，零序Ⅱ段的灵敏系统也易于满足要求。

(3) 当系统中发生某些不正常运行状态时，如系统振荡、短时过负荷等，三相是对称的，相间短路的电流保护均受它们的影响而可能误动作，需要采取必要的措施予以防止，而零序电流保护则不受它们的影响。

(4) 在110kV及以上的高压和超高压系统中，单相接地故障约占全部故障的70%~90%，而且其它的故障也往往是由单相接地发展起来的。

零序电流保护的缺点是：

(1) 对于短线路或运行方式变化很大的情况，零序电流保护往往不能满足系统运行所提出的要求。

(2) 零序电流保护受中性点接地数目和分布的影响。因此电力系统实际运行时，因保证零序网路结构的相对稳定。

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7 参考文献

[1] 张保会,尹项根主编.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版

社,2005:92-153.

[2] 谭秀炳,铁路电力与牵引供电继电保护[M].城都:西南交通大学出版

社,1993:100-134.

[3] 于永源,杨绮雯.电力系统分析（第三版）[M].北京:中国水利水电出版社,2007:13-3

[4] 张保会，尹项根.电力系统继电保护（第二版）. 北京：中国电力出版

社，2009.

[5] 贺家礼，宋从矩.电力系统继电保护原理（第三版）. 北京：中国电力

出版社，1994.

[6] 于永源，杨绮雯.电力系统分析（第三版）.北京：中国电力出版社，2007.

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