电流保护整定计算

第一章 课程设计的目的

为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。电能是现代社会中最重要、最方便的能源。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的停电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。

电力系统继电保护的设计与配置是否合理直接影响到电力系统的安全运行，如果设计与配置不合理，保护将可能误动或拒动，从而扩大事故停电范围，有时还可能造成人身和设备安全事故。因此，合理地选择保护方式和正确地整定计算，对保证电力系统的安全运行具有非常重要的意义。

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。

第二章 保护方案的可行性分析

选择保护方式时，希望能全面满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。力求采用最简单的保护装置来满足系统的要求。只有简单的保护装置不能达到目的时，才考虑采用较复杂的保护装置。对于35KV的单侧电源供电网常采取三段式电流保护的保护方式。

由于WL1段位于单侧电源的最靠近电源侧，所以必须进行I、 II、 III段保护;对WL2段只进行I、III段保护。WL2段由于II段不能保护下一段，只能保护本条线路全长。因此对WL2段进行III段保护作为WL2段主保护拒动的近后备和WL3段的线路保障和断路器拒动的远后备。对WL3段只进行过电流保护作为主保护，而WL2段III段为其远后备保护。

第三章 电网的电流保护原理

电网发生短路时电流增加、电压降低，继电保护装置就是主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量的变化，构成继电保护动作的原理的，也有其他的物理量，继电保护装置一般都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分

利用故障点的电流增加、电压降低可构成电流电压保护，电流保护主要包括：无时限电流速断保护，限时电流速断保护和定时限过流保护（三段式电流保护）。

1.电流速断保护（电流保护I段）：根据继电器保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足稳定和保证重要用户供电的可靠性，原则上总是越快越好，因此力求装设快速动作的继电保护，电流速断保护就是这样的保护不可能保护线路的全长。

2.限时电流速断（电流保护Ⅱ段）：由于无时限电流速断不能保护线路的全长，因此考虑增加一段新的保护用来切除本线路的上速断范围以外的故障，同时也能作为速断的后备，这就是限时速断，称为II段电流保护，由于要求限时电流速断保护必须保护线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，这样当下一条线路出口处发生短路使，它就会误动作，为了保证动作的 选择性，就必须使保护的动作有一定的时限，此时限的大小与其延伸的范围有关，为尽量缩小时限，首先规定其整定计算原则为限时电流的速断的保护范围不超过下条线路电流速断的保护范围；同时动作时限比下一条电流速断保护高出一个△

t的时间段。

3定时限过电流保护（电流保护Ⅲ段）。虽然无时限电流速断保护可以无时限的切除故障电路，但它不能保护线路的全长，限时电流保护虽然可以较小的切除线路全长上任意一点的故障，但它不能做相邻线路故障的后备，因此引入定时限过电流保护，又称三段电流保护，它是指启动电流按照躲过最大负荷电流来整定的一种保护装置。

第四章 三段式电流保护整定计算

选三段式电流保护作AB线路的保护方案，具体方案实现，设计的有关计算如下：

4.1 对P1进行整定（WL1段） I段整定计算

无时限电流速断保护为了保证其保护的选择性一般情况下只保护被保护线路的一部分，对于单侧电源供电线路，在每回线路的电源侧均装设电流速断保护，在输电线路上发生短路时，流过保护安装地点的短路电流计算式为如下所示，对于AB段线路

(3)d.B.min=

ExXs.min35kvX1L=

310.4km35km35kv1347.2A

Id.B.min(2)=

32XEXs.maxX1L33km35km230.41029.41A

其中Ex=Un3，Un—输电线路的额定线电压。

为保证选择性，保护装置的启动电流应按躲开下一条线路出口处（B点短路时，通过保护的最大短路电流（最打运行方式下的三相短路电流）来整定。即从而P2后发生各种短路时，保护P1不动作，即

IopId.maxKrelId.B.max

''（1）起动电流

'''(3)IopKrelId.B.max1616.64A （取Krel1.2）

（2）保护范围（灵敏度）校验

按规定，在最小运行方式下，速断按保护的范围的相对值lb%(15~20)%时，为合乎要求，即

lb%lminlAB100%(15~20)%

当系统为最大运行方式三相短路时保护范围最大，当系统为最小运行方式两相短路保护范围最小，因此求保护范围是考虑最小运行方式：

Iop')=Id(2=.B.max32XEXs.maxXd

其中XdX1lmin代人上式得保护范围：

lmin1X1(3Ex2I'OPXs.max)=

1X12IOP(Un'Xs.max)=18.1km

则l%=

18.13551.7%>15%满足要求。

（3）动作时限

t=0.5

II段整定计算：

由于无时限电流速断不能保护线路的全长，因此考虑增加一段新的保护，用来切除本线路的上速断范围以外的故障，同时也能作为无时限速断保护的后备保护，这就是限时电流速断保护。称为II段电流保护，由于要求限时电流速断保护必须保护线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，这样当下一条线路出口处发生短路使，它就会误动作，为了保证动作的 选择性，就必须使保护的动作有一定的时限，此时限的大小与其延伸的范围有关，为尽量缩小时限，首先规定其整定计算原则为限时电流的速断的保护范围不超过下条线路电流速断的保护范围；同时动作时限比下一条电流速断保护高出一个△t的时间段。

流过下一条线路保护安装地点的短路电流为

Un35kv3XUn

Id.C.min=

(3)X=

d31(3548)0.4590.855A

s.minId.C.min(2)=

32Xs.max3Xd483.42A

(1)起动电流

\"

动作电流Iop按躲过下一条线路的无时限电流速断保护的动作电流进行整1

定，则

Iop1KrelIop2

\"\"'\"\"(3)'\"KrelId.C.max Krel1.2；Krel1.1 而 Iop1\"\"'(3)KrelKrelId.C.max=1.21.1590.855=779.9286A 则 Iop1(2)灵敏度效验

保护安装的灵敏性，是指在它的保护范围内发生故障和不正常运行状态时，保护装置的反应能力。其高低用灵敏系数来衡量。即

KsenId.B.minIop\"(2)1029.41779.9286\"'1.321.5 不满足要求，重新选择Krel与Krel仍不满

足要求，因此需要重新整定。

考虑与相邻线路的II段配合（BC段）

Iop2Krel220=264A

\"\"KsenId.B.minIop\"(2)1029.412643.8991.5，满足要求。

(3)动作时限

为了保证选择性，限时电流速断保护应比下一条线路无时限电流速断保护的动作时限高出一个时间阶段t，即 t1\"t2't0.5

III段整定计算：

定时限过电流保护反应电流增大而动作，它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。作为本条线路的主保护据动的近后备，也作为下一条线路保护和断路器的远后备。其保护范围应包括下一条线路或设备的末端。另外，过电流在最大负荷时，保护不应该动作。 (1)动作电流

按躲开被保护线路的最大负荷电流IL.max，且在自启动电流下继电器能可靠返回来进行整定

I\"'opKssKrelKre\"'IL.max1.7510.85220323.529A

(2)灵敏度校验

要求对本条及下一条线路或设备相间故障都能有反应，其反应能力用灵敏系数衡量。本条线路的近后备的灵敏系数规定为 近后备 KsenId.minIop.本条'\"1029.41323.5293.181.5 满足要求。

下一条线路远后备灵敏系数规定为 远后备 KsenId.min.下一条\"\"Iop483.42323.5291.491.2 满足要求。

(3)整定时间

由于电流III段保护的范围很大，为保证动作的选择性，其保护动作延时应比下一条线路的电流III段的动作时间长一个时限阶段t，即

t1t2t1；

t2\"'\"'\"'—下一条线路电流段的动作延时

4.2 对P2进行整定（WL2段）：

I段整定计算 (1)启动电流

通过保护的最大短路电流（最打运行方式下的三相短路电流）来整定

''(3) IopKrelId.C.max1.2590.855709.026A .2(2)灵敏度（保护范围）

为保证在最小运行方式下，速断按保护的范围的相对值合乎要求，即

lb%lminlBCUn'OP.2100%(15~20)%

保护范围lmin1X12I(Xs.max)=19.2043km

Ksen19.20434840%15％ 其中IopKrelId.C.max

''(3)动作时限

t=0

III段整定计算

因为AB段的III段保护不仅保护其本条线路的全长，而且保护BC段的全长，这与BC段的II段的保护功能相同，从经济性方面考虑，不再对其进行II段保护。直接进行III段保护 (1)启动电流 Iop\"'KssKrelKre\"'IL.max1.210.85220310.59A

(2)灵敏度

作为本条线路的近后备：KsenId.min.I\"\"op483.42297.64370297.641.6241.5 ，满足要求

作为下条线路的远后备KsenId.minIop\"\".1.2431.2 满足要求。

4.3 对P3进行整定(WL3段)

由于P3保护的仅仅是线路的末端，故只需对其进行III段定时限过电流保护。 (1)启动电流

按躲开被保护线路的最大负荷电流 ，且在自启动电流下继电器能可靠返回来进行整定

I\"'opKssKrelKre\"'IL.max1.1510.85220297.64A

(2)灵敏度

作为末端只需考虑作为本条线路的近后备即可，而不考虑远后备的灵敏度校验。

KsenId.minIop.本条'\"220297.64所以 只要对WL30.7391.5 不满足，

进行过负荷保护。 对WL3过负荷保护 动作电流

Iop.rKrelKrekTAIN220A

式中 Krel——可靠系数，取1.05；

Kre——返回系数，取0.85； KTA——电流互感器的变比； IN——电缆线路的额定电流。

过负荷保护一般以长延时动作于信号，tp10s左右

各点短路时电流大小即整定电流的列表： 单位（A） WL1 1029.41 1347.2 264 779.93 1616.64 WL2 590.85 483.42 709.026 _ 310.59 WL3 220 — _ _ — (2)Id.min Id.max (3)'''Iop ''Iop Iop ' 第五章 电流互感器变比计算机型号的选择

（1）电流互感器变比

因为AB线路的启动电流为1616.64A，所以电流互感器的便比为

K=1616.64/5=323.328

（2）电流互感器型号的选择：

在电力系统中供检测仪表和控制回路使用的电流互感器，其二次侧都是5安培。而常用的电力系统中的电流互感器变比有：

10000/5、5000/5、3000/5、2000/5、1500/5、1000/5、800/5、750/5、600/5、500/5、400/5、350/5、300/5、250/5、200/5、150/5、100/5、75/5、50/5、30/5、

20/5等规格的。

由于线路AB段的最大负荷电流为1616.64A ，选择2000/5的电流互感器 二次侧电流：

Iset.1.Ⅰ/2000/5=1347.2/400=3.368A Iset.1.Ⅱ/250/5=779.9286/400=1.95A Iset.1.Ⅲ/250/5=323.529/400=0.81A 根据以上数据，选择电流互感器型号为：LDC-10.1

第六章 原理图的设计

针对本次电流继电保护，采用不完全星形接线，为保证在不同线路上发生两点或多点接地时能切除故障，电流互感器必须均装在同名的两项上，一般接在A，C相上。

三相星形接线需要三个电流互感器，三个电流继电器和四个二次电缆，相对于两项星形接线，其经济性较差，接线较为复杂;在中性点直接接地网中，能反映单项接地故障。两项不完全星形接线不能反映B相接地故障。实际上，本次的设计为中性点不接地，单相接地只是采用正序电流保护来切除的，因此，完全星形接线方式的这种优越性无多大意义。

综上所述，由于不完全星形接线较为简单经济；采用不完全星形接线方式可以保证有三分之二的机会之切除一条线路，这一点较完全星形接线优越。因此，不完全星形接线方式广泛应用反映相间短路故障的电流保护。

当采用两相不完全星形接线时，因B相上没有电流继电器，所以不能反映B相的最大电流，故灵敏度只有三相完全星形接线时的一半，为克服这一点，可在不完全星形接线的中性线上接入一个电流继电器，流过这个继电器的电流大小与B相电流相等。使之与三相短路故障的灵敏度相同。这种接线亦称为二项三继电器接线。这正是该设计的最优选择。设计原理图如图一所示展开图如图二所示。 各段时限配合分析

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，为保证迅速而又选择性地切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。为具有阶段式配合方式的装置配置情况，当全网任何地方发生短路时，如果发生断路器和保护装置拒绝动作的情况，则故障都可以在0.5秒内时间给予切除。具体的时限配合图如附图三。

第七章 结论

电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护装置。它们之间的区别主要在于不同的原则来选择起动电流

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，为保证迅速而又选择性地切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。输电线路并不一定都要装三段式电流保护，有时只装其中的两段就可以了。

具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时速断加过电流保护，也可以三者同时采用。无时限电流速断保护按保护全线路考虑后，此时，可不装设

带时限电流速断保护，只装设无时限电流速断和过电流保护装置。又如在很短的线路上，装设无时限电流速断往往其保护区很短，甚至没有保护区，这时就只需装设带时限电流速断和过电流保护装置，叫做二段式电流保护。

综上所述，无时限电流速断保护是以避开被保护线路外部最大短路电流为整定的原则，它是靠动作电流的整定获得选择性。带时限电流速断保护则同时依靠动作电流和动作时间获得选择性，并要与下一线路的无时限电流速断保护相配合。过电流保护以躲开线路最大负荷电流和外部短路切除后电流继电器能可靠返回为整定原则。它依靠动作电流及时间元件的配合获得选择性。

第八章 设计心得体会

这次继电保护课程设计，使我进一步的巩固了所学的专业理论知识，通过学习我明白了继电保护装置是电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，对以前模糊的地方也有了较清晰的认识。

这次课程设计，使我积累了此类设计的宝贵经验，这将对我以后求职必将有利，总之，本次设计中，我受益匪浅。

第九章 参考文献

[1]: 贺家李、宋从矩.《电力系统继电保护原理》第二版[M]，北京，水利电力

出版社，1985

[2]：马长贵.《高电网继电保护原理》[M]，北京：水利电力出版社，1987 [3]：毛锦庆.《电力系统继电保护实用技术问答》 第二版[M]，北京：中国电力

出版社1999

[4]：范锡普《发电厂电气部分》[M]，北京，中国电力出版社，1987

[5]：许建安.《电力系统微机继电保护》[M]，北京，中国水利水电出版社，2001 [6]: 何仰赞，温增银.《电力系统分析》第三版[M]，武汉,华中科技大学出版社，2002

[7]:陈悦.《电气工程毕业设计指南电力系统分册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2008

[8]:芮静康.《现代工业与民用供配电设计手册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2004

[9]:胡虔生，胡敏强.《电机学》[M]，北京，中国电力出版社，2005 [10]:刘介才，《工厂供电》第四版[M]，北京，机械工业出版社，2004

[11]：西北、东北电力设计院《电力工程设计手册》第二册，上海科学技术出版社出版，1981

附图一

至信号QF++++KCOTQ-+1KSXB13KSXB21KT+XB3+++1KAI 2KAI3KAI4KAIt5HAI6KAI7KAIt2KT1TA3TA1KA1KA3KA5KA+WC-WC控制电源小母线熔断器A3KAC7KA2KA4KA6KAFU11KA2KA3KA4KA5KA6KA7KA6KAKCO21KTII段电流2KTI段电流及出口继电器NIII段电流2KSII段信号继电器+1KS2KS3KS1KT2KT3KSIII段信号继电器KCOQF1TQ跳闸回路

附图二

1KA+WC1KA3KA5KA-WC控制电源小母线熔断器1KA2KA3KA7KA4KA5KA6KA7KAIII段电流2KSII段信号继电器2KT3KSIII段信号继电器2KT1KTII段电流6KAKCO2I段电流及出口继电器A3KAC2KA4KA6KAFU1N+1KS1KT2KS3KSKCOQF1TQ跳闸回路

附图三