输电线路继电保护设计

广东石油化工学院

继电保护课程设计

设计题目：输电线路继电保护设计

班 级：

姓 名：

学 号： 0803402

指导老师：

目录

供电课程设计任务书............................................2 摘要..........................................................3 绪论..........................................................3 1. 电力系统继电保护的原理和任务............................3 2. 对继电保护的基本要求....................................3 3. 概述所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能......4 一、系统方案设计..............................................5 二、短路电流和继电保护的整定计算..............................6 （一）、AB段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验...............6 （二）、BC段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验...............8 （三）、CD段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验...............10 三、保护接线原理图............................................11 四、电流继电器型号的选择......................................12 五、课程设计体会..............................................13 六、结束语....................................................13 参考文献......................................................14

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供电课程设计任务书

一、 设计题目

输电线路继电保护设计

二、设计需求

1， AB段和BC段均设两段式（速断，过流），CD段只设过流保护； 2， 计算出各保护的整定值，并选择继电器的型号，而且校验其保护范围和

灵敏度是否符合要求；

3， 画出A站和B站的保护接线原理图。

三、原始参数

某企业供电系统图

①速断可靠系数取1.2 ②限时速断可靠系数取1.1 ③过流可靠系数取1.2 ④接线系数取1 ⑤返回系数取0.85 ⑥自起动系数取1

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摘要

供电系统中大量的不同类型的电气设备通过线路联结在一起。受线路运行环境复杂，线路分布广阔等因素的制约，故障在电力系统中的发生几乎是无法避免的，而各个环节之间又是相辅相成缺一不可的关系，因此无论哪一个环节出现故障，都会对整个系统的正常运行造成影响。输电线路是连接供电部门与用电部门的纽带，是整个店里系统的网络支撑，针对现有电力系统容量的扩大，电压等级的提高，线路输电容量的增加，为了保证电力系统运行的稳定性，本文对输电线路继电保护的任务及基本要求做简要说明，在对短路电流和继电保护动作电流进行了计算的基础上，对输电线路中继电保护配置进行了分析。

绪论

继电保护原理是利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量（电流、电压、功率、频率等）的变化构成继电保护动作的原理，还有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分（和定值调整部分）、逻辑部分、执行部分。

继电保护的基本任务：(1)自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，并保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。(2)反应电气设备的不正常工作情况，并根据运行维护的条件(例如有无经常值班人员)，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。

1、电力系统继电保护的原理和任务

2、对继电保护的基本要求

继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：这四“性”

之间紧密联系，既矛盾又统一。

(1)可靠性是指保护该动作时应可靠动作。不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。

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(2)选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。

(3)灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。

(4)速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。

3、概述所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能

1. 概述所作题目的意义：

我们选的这组题让我们进一步加深对电网电流保护的理解以及应用，掌握电流速断和过流保护电流值的整定，灵敏度的校验以及继电器的选型。这对我们以后工作有很大的实用意义。 2.本人所做的工作：

主要负责绪论部分的电力系统继电保护的原理和任务以及对继电保护的基本要求的

确定。

3.系统的主要功能：

通过测量电流的大小来反映一次电气设备的故障或异常运行状况，当电流增大时，通过三段式电流保护将故障设备从电力系统中切除或发出警告信息，以防止各电气设备因为过电流而损坏及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。

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一、系统总体方案设计

根据继电保护的基本要求和本设计的要求，将在AB段和BC段均设速断和过过流结合的两段式保护，CD段只设过流保护。具体的设计方案如下：

1.AB段：用无时限电流速断保护作为AB段线路上的电流I段保护；用限时电流速断保护以及配合BC段的保护作为AC段线路上的电流II段保护；并且无时限电流速断保护和限时电流速断保护为主保护，用定时限过电流保护作为该线路上的后备保护（即电流III段保护），包括对AB段线路上的近后备保护和BC段线路上的远后备保护。

2.BC段：用无时限电流速断保护作为BC段线路上的电流I段保护；用限时电流速断保护以及配合CD段的保护作为BD段线路上的电流II段保护；并且无时限电流速断保护和限时电流速断保护作为主保护，用定时限过电流保护作为此段线路上的后备保护（即电流III段保护），包括对BC段线路上的近后备保护和CD段线路上的远后备保护。

3.CD段：用定时限过电流保护作为对CD段近后备保护。 系统总体方案示意图如下：

I段保护区 II段保护区 I段保护区

II段保护区

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二、短路电流和继电保护的整定计算

（一）、AB段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验

1、保护1无时限电流速断保护（电流I段）整定计算

I(1)求动作电流Iact .1①求最大运行方式下AB段线路末端B处的三相短路电流Ik.max.b。 由原始参数得，

电力系统最大运行方式下的电力系统的电抗为：

Xmin=0.633Ω

电力系统最小运行方式下的电力系统的电抗为：

Xmax=0.703Ω

AB段线路的电抗：设线路采用架空线路，由表3-1得

X0=0.35Ω/km

XAB=0.35Ω/km×3km=1.05Ω

电力系统最大运行方式下总电抗为：

X.Bmin= Xmin+ XAB=0.633+1.05=1.683Ω

则 Ik.max.B=

Uc3X.Bmin=

6.331.683KA=1.7KA

②按躲过最大运行方式下本线路末端三相短路时流过保护的最大短路电流整定，即

IIact.1= KrelIk.max.b=1.2×1.7KA=2.1KA

（2）灵敏性校验，即求出最大、最小保护范围。 ①在最大运行方式下发生三相短路时的保护范围为： Imax=

1X0（

UcIIact.1－Xmin）=

3.03.010.356.3（

32.1—0.633）km=3.0km

Imax%=

ImaxlAB100%=100%=100%>50%

②在最小运行方式下发生两相短路时的保护范围为： Imin=

1X0（

UcIIact.1×

32－Xmax）=

10.35 6

6.3（

32.132—0.703）km=2.3km

Imin%=

IminlAB100%=

2.33.0100%=76%>15%

2、保护1限时电流速断保护（电流Ⅱ段）整定计算。 （1）求动作电流III act.1①同理可以求出最大运行方式下BC段线路末端C处的三相短路电流I（k3.）。 max.CBC段线路的电抗：设线路采用架空线路，由表3-1得

X0=0.35Ω/km

XBC=0.35Ω/km×5km=1.75Ω

则 I（k3.）=max.CUc3X.Cmin=

KA=0.94KA

3（2.11.75）6.3按与相邻线路保护2的Ⅰ段动作电流相配合的原则整定，即

III= K'relKrelI（k3.）=1.1×1.2×0.94KA=1.3KA act.1max.C（2）动作时限。应比相邻线路保护2的I段动作时限高一个时限级差△t,即

tII= tIBC+△t=0.5s AB(3)灵敏系数校验。利用最小运行方式下本线路末端发生两相短路时流过保护的电流来校验。即

KII=

Ik.min.BIIIact.1(2)=（

6.3UcXmaxX32AB×

32）/ IIIact.1

=（

故灵敏度满足要求。

30.7031.05）/1.3=1.38>1.3

3、保护1定时限过电流保护 （电流Ⅲ段）整定计算。

（1）求动作电流IIIIact.1，按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定，即

I

IIIact.1=

KIIIrel.KMsKreIL.max=

1.210.85×0.8KA=1.13KA

（2）动作时限，应比相邻线路保护的最大动作时限高一个时限级差△t,即

IIIt1III= tIII+△t= t3+2△t=1.5s 2(3)灵敏系数校验。

①作近后备时。利用最小运行方式下本线路末端两相短路时流过保护的电流校验灵敏系数，即

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KIIIa1=

Ik.min.BIIIIact.1(2)=（

6.3UcXmaxX332AB×

32）/ IIII act.1=（

近后备灵敏度满足要求。

0.7031.05）/1.13=1.59>1.5

②作远后备时。利用最小运行方式下相邻线路末端发生两相短路时流过保护的电流校验灵敏系数，即

KIIIa2=

Ik.。min。CIIIIact.1(2)=（

UcXmaxX32AB×

32）/ IIII act.16.3 =（

30.7032.8）/1.13=1.25>1.2

远后备灵敏度满足要求。

（二）、BC段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验

1、保护2无时限电流速断保护（电流I段）整定计算 （1）求动作电流IIact.1。

①求最大运行方式下BC段线路末端C处的三相短路电流I（k3.）max.c 则 I

（3）k.max.C=

Uc3X.Cmin=

6.333.433KA=1.1KA

②按躲过最大运行方式下本线路末端三相短路时流过保护的最大短路电流整定，即

I(3)Iact= KI。2relk.max.c=1.2×1.1KA=1.3KA

（2）灵敏性校验，即求出最大、最小保护范围。 ①在最大运行方式下发生三相短路时的保护范围为：

Imax=

1X0（

UcIIact.2－Xmin）=

6.25.010.356.3（

31.3—0.633）km=6.2km

Imax%=

ImaxlBC100%=100%=124%>50%

②在最小运行方式下发生两相短路时的保护范围为：

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Imin=

1X0（

UcIIact.2×

32－Xmax）=

10.356.3（

31.332—0.703）km=4.9km

Imin%=

IminlAB100%=

4.95.0100%=98%>15%

2、保护1限时电流速断保护（电流Ⅱ段）整定计算。 （1）求动作电流III act.2①同理可以求出最大运行方式下CD段线路末端D处的三相短路电流I（k3.）。 max.DBC段线路的电抗：设线路采用架空线路，由表3-1得

X0=0.35Ω/km

XCD=0.35Ω/km×0.5km=0.175Ω

则 I（k3.）=max.DUc3X.Cmin=

KA=1KA

3（3.4330.175）6.3按与相邻线路保护3的Ⅰ段动作电流相配合的原则整定，即

I

IIact.2= K'relKI

rel（3）k.max.D=1.1×1.2×1KA=1.3KA

（2）动作时限。应比相邻线路保护3的I段动作时限高一个时限级差△t,即tII= BCt+△t=0.5s

IBC(3)灵敏系数校验。利用最小运行方式下本线路末端发生两相短路时流过保护的电流来校验。即

KII=

Ik.min.CIact.1II(2)=（

UcXmaxX×

BC32）/ IIIact.2

6.3=（

30.7031.051.7532）/1.3=1.31>1.3

故灵敏度满足要求。

3、保护2定时限过电流保护 （电流Ⅲ段）整定计算。

（1）求动作电流IIIIact.1，按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定，即

I

IIIact.2=

KIIIrel.KMsKreIL.max=

1.210.85×0.5KA=0.7KA

（2）动作时限，应比相邻线路保护的最大动作时限高一个时限级差△t,即

IIItIII2= t3+△t= 1.0s

(3)灵敏系数校验。

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①作近后备时。利用最小运行方式下本线路末端两相短路时流过保护的电流校验灵敏系数，即

KIII2=

Ik.min.CIact.16.3III(2)=（

UcXmaxX32×

AC32）/ IIII act.2=（

30.7032.8）/0.7=1.54>1.5

近后备灵敏度满足要求。

②作远后备时。利用最小运行方式下相邻线路末端发生两相短路时流过保护的电流校验灵敏系数，即

KIII1=

Ik.。min。DIIIIact.2(2)=（

UcXmaxX32×

AD32）/ IIII act.26.3=（

30.7032.80.175）/0.7=1.22>1.2

远后备灵敏度满足要求。

（三）、CD段的继电保护进行整定计算及灵敏度校验

保护3 CD段定时限过电流保护正定计算

（1） 求动作电流，按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定，即

(2)动作时限，线路保护的最大动作时限为：

(3)灵敏系数校验

利用最小运行方式下本线路末端两相短路时流过保护的电流校验灵敏系数。

灵敏度满足要求。

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三、保护接线原理图

保护原理图构成如下：

①I段保护测量元件由1KA、2KA组成，电流继电器动作后起动1KA发I段保护动作信号并由出口继电器1KM接通QF跳闸回路。

②II段保护测量元件由3KA、4KA组成，电流继电器动作后起动时间继电器1KT，1KT经延时起动2KS发II段保护动作信号并由出口继电器1KM接通QF跳闸回路，1KT延时整定值为电流II动作时限。I、II段保护共同构成主保护，可共用一个出口继电器。

③III段保护测量元件由5KA、6KA组成，电流继电器动作后起动时间继电器2KT，2KT经延时起动3KM发III段保护动作信号并由出口继电器2KM接通QF跳闸回路，2KT延时整定值为电流III段动作时限。III段保护为后备保护，为提高保护动作可靠性可以独立使用一个出口继电器。

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四、电流继电器型号的选择

根据原始资料中过流、速断可靠系数可初步选定设备的型号为DL型电流继电器。

下面根据具体的动作电流对设备型号做进一步的选择：

AB段电流I段无时限电流速断保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为：

故AB段电流I段无时限电流速断保护的电流断电器KA1、KA2的型号选为DL-11。

AB段电流II段限时电流速断保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为：

故AB段电流II段限时电流速断保护的电流继电器的KA3、KA4的型号选为DL-12。

AB段电流III段定时限过电流保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为：

故AB段电流III段定时限过电流保护的电流继电器KA5、KA6的型号选为DL-12。

BC段电流I段无时限电流速断保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为：

故BC段电流I段无时限电流速断保护的电流断电器KA1、KA2的型号选为DL-11。

BC段电流II段限时电流速断保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为：

故BC段电流II段限时电流速断保护的电流继电器的KA3、KA4的型号选为DL-12。

BC段电流III段定时限过电流保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为：

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故BC段电流III段定时限过电流保护的电流继电器KA5、KA6的型号选为DL-12。

CD段定时限过电流保护的动作电流换算到电流互感器二次侧为：

故CD段电流段定时限过电流保护的电流继电器KA1、KA2的型号选为DL-12。

五、课程设计体会

六、结束语

电流保护主要包括：无限时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。电流速断、限时电流速断、过电流保护都是反映电流升高而动作的保护装置。速断是按照躲开某一点的最大短路电流来整定，限时电流速断是按照躲开下一级相邻元件电流速断保护的动作电流整定，而过电流保护则是按照躲开最大负荷电流来整定。但由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此，为保证迅速而有选择地切除故障，常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成三段式电流保护。

通过对各段线路故障点的短路电流计算和线路上各保护装置的动作电流的整定计算，满足了继电保护的要求，包括无时限电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护，并分别校验了它们的保护范围和灵敏度，最后根据整定出来的结果通过查阅资料对各继电器保护装置来选型。

我们组个成员互相合作，取长补短。我们组总共有8人同时做一个题目，我们采用分组合作的办法去做这次课设的，每个人负责一块内容，取长补短，充分体现了团结协作的精神面貌。

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总的来说，通过本次设计掌握和巩固电力系统继电保护的相关专业理论知识，熟悉输电线路继电保护的设计步骤和设计技能，根据技术规范，选择和论证继电保护的配置选型的正确性并培养自己在实践工程中的应用能力、创新能力和团队合作能力。

参考文献

1. 刘介才编.《工厂供电》第四版.北京：机械工业出版社，2010/2

2. 钟松茂 李火元编.《电力系统继电保护设计指导》.北京：中国电力出版社，1996/7 3. 郭光荣主编.《电力系统继电保护》.北京：高等教育出版社，2006/7

4. 杨晓敏主编.《电力系统继电保护原理及应用》.北京：中国电力出版社，2010/2 5. 邵玉槐主编.《电力系统继电保护原理》.北京：中国电力出版社，2008/6

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