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1、电 力 系 统 继 电 保 护 原 理 课 程 设 计 姓 名 学 号 指导教师 所在院系 专业班级 目录概述 3第1章 参数计算 4第1.1节 参数计算原则 4 第1.2节 系统中各元件的参数及标幺值4第2章 短路电流计算手工计算 8第2.1节 短路计算的目的和步骤 8 第2.2节 短路电流计算过程 9第3章 短路电流计算matlab计算10第3.1节 计算短路电流的目的和方法步骤10第3.2节 短路电流计算过程 10第3.3节 短路计算结果列表 17第4章 相间短路电流保护配置19第4.1节 相间短路电流保护概念及其特点19第4.2节 整定计算过程21第5章 中性点直接接地电网零序电流保护
2、配置24第5.1节 零序电流保护概念及其特点24第5.2节 零序电流保护整定计算原理24第5.3节 零序电流保护整定计算过程25第6章 心得体会28参考文献 29概述1 继电保护概念及其作用继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作与短路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：（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，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；（2）反应电气元件的不正常运行状态，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
3、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。整套继电保护装置是由测量部分、逻辑部分和执行部分组成的。原理结构如下：测量部分逻辑部分执行部分整定值输入信号输出信号2对电力系统继电保护的基本要求及继电保护的分类动作与跳闸的继电保护在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏定和可靠性。继电保护的分类方法有一下几种：（1）按被保护的对象的类别，继电保护分为线路保护和设备保护等两种。（2）按保护原理继电保护可分为电流保护，电压保护，距离保护，差动保护，纵联保护，方向保护及零序保护。（3）按故障或不正常运行的类型，继电保护可以分为相见短路保护，接地故障保护，匝间
4、短路保护，断线保护，失步保护，失磁保护，及过励磁保护等。、（4）按继电保护的实现技术，继电保护可分为机电型保护，整流型保护，晶体管型保护，集成电路型保护及微机型保护等。（5）按故障继电保护的职责和重要性，继电保护可分为主保护和后备保护。（6）按继电保护测量值和整定值之间的关系，继电保护可分为过量继电保护装置和欠量继电保护装置。第1章 参数计算第1.1节 参数计算原则 1.1.1标幺值参数计算需要用到标幺值或有名值，在实际的电力系统中，各元件的电抗表示方法不统一，基准值也不一样。如发电机电抗是以发电机额定容量和额定电压为基准值的标幺电抗。在标幺制中，当各物理量均用标幺值来表示，标幺值的定义如下：
5、可以看出，同一个实际值，当所选的基准值不同时，其标幺值也不同。所以当说明一个物理量的标幺值时，必须同时说明其基准值，否则仅有一个标幺值是没有意义的。四个物理量的基准值都要分别满足以上的公式。因此 ，四个基准值当选定电压、电流、阻抗、和功率的基准值分别为、和时，相应的标幺值为：使用标幺值，首先必须选定基准值，电力统统的各电气量基准值的选择，在符合电路基本关系的前提下，原则上可以任意选取。习惯上多选择和。这样可得： 1.1.2标幺值的归算近似计算法：标幺值计算的近似归算是用平均值计算的。即可以就在各电压级用选定的功率基准值和各平均额定电压作为电压基准值来计算标幺值即可。精确计算法：在标幺值归算中，
6、选取同样的基准值并将各电压等级参数归算到基本级来计算标幺值。（1）将各电压等级参数的有名值按有名制的精确计算法归算到基本级，在基本级玄奇同意的电压基准值和功率基准值。（2）各电压级参数的有名值不归算到基本级而是在基本级选取电压基值和功率基值后将电压基值向各被归算级归算，然后就在各电压级归算得到的基准电压和基准功率计算各元件的标幺值。第1.2节 系统中各元件的参数及标幺值（1）按厂家提供的额定电压、容量下条件下的变压器参数由书中可知，短路电抗标幺值等于短路电压；1.变压器T1：由表1-1-1的参数表可得 由上面方程可得，2.变压器T2由表1-1-1的参数表可得由上面方程可得，3.变压器T3由表1
7、-1-1的参数表可得由上面方程可得, , （2）线路参数的有名值计算线路采用钢芯铝绞线，等边三角形排列线间距离D=6m。因此可得互几何间距自几何间距；在此取由表1-1-2线路参数表可得线路参数的有名值线路T1T2(L1/L2)：线路电抗：线路电阻取:线路电纳：线路总阻抗线路总电纳：线路T1T3(L3)： 线路电抗：线路电阻取：线路电纳：线路总阻抗： 线路总电纳：线路T2T3(L4)：线路电抗：线路电阻取： 线路电纳：线路总阻抗： 线路总电纳：（3）标幺值的计算基准值选择：电压选择平均电压； SB=120MVA；线路阻抗基准值：电流基准值：变压器标幺值计算：变压器T1：；变压器T2：； ；变压器
8、T3：410； 线路标幺值计算：正序和负序：；零序：负序阻抗为正序阻抗的3.5倍，则 第2章 短路电流计算手工计算第2.1节 计算短路电流的目的和步骤2.1.1计算短路电流的目的 电流增大和电压降低是电力系统中发生短路故障的基本特征。系统的故障和不正常运行状态会反应到电流变化上。利用此特征实现的保护是基本的，也是最早得到应用的继电保护原理。在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据继而对继电保护进行配置和整定。2.1.2短路电流计算步骤（1）选择计算短路；（2）画等值网络图：首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗。选取基准电容和基准
9、电压。将各元件电抗换算为同一基准的标幺电抗。绘出等值网络图，并将个元件电抗统一编号。（3）化简等值网络：为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出个电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。（4）求计算电抗。（5）计算无限大容（或3）的电源供给的短路电流周期分量。（6）计算短路电流周期分量有名值和短路容量。（7）绘制短路电流计算结果表。第2.2节 计算短路电流过程K1点三相短路电流的计算：正序等值网络图：第3章 短路电流计算Matlab计算第3.1节 计算短路电流的目的和方法步骤3.1.1计算短路电流的目的： 电流增大和电压降低是电力系统中发生短路故障
10、的基本特征。系统的故障和不正常运行状态会反应到电流变化上。利用此特征实现的保护是基本的，也是最早得到应用的继电保护原理。在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据继而对继电保护进行配置和整定。3.1.2短路电流计算步骤（1）建立模型：从元件库中选出电源、线路模型、地、电流表、电压表、显示单元、变压器等按所给的系统连接成相应的电路，正确输入各元件参数。（2）设置好短路点及其短路类型，运行求解记录流经各元件电流。第3.2节 短路电流计算过程系统接线图K1点短路电流的计算：正序等值网络图：负序等值网络图：零序等值网络图：K1点三相短路时的短路电流：总的短路电流变压器T1流过的
11、电流流过L1线路的电流流过L2线路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流K1点两相短路时的短路电流：总的短路电流变压器T1流过的电流流过L1线路的电流流过L2线路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流K1点单相接地短路时的零序短路电流：总的短路电流变压器T1流过的电流流过L1线路的电流流过L2线路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流K1点两相接地短路时的零序短路电流：总的短路电流变压器T1流过的电流流过L1线路的电流流过L2线路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流K2点短路电流的计算：正序等值网
12、络图：负序等值网络图：零序等值网络图：K2点三相短路时的短路电流： 总的短路电流变压器T1流过的电流流过L1线路的电流流过L2线路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流K2点两相短路时的短路电流：总的短路电流变压器T1流过的电流流过L1线路的电流流过L2线路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流K2点单相接地短路时的零序短路电流：总的短路电流变压器T1流过的电流流过L1线路的电流流过L2线路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流K2点两相接地短路时的零序短路电流：总的短路电流变压器T1流过的电流流过L1线路的电流流过L2线
13、路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流K3点短路电流的计算：正序等值网络图：负序等值网络图：零序等值网络图：K3点三相短路时的短路电流： 总的短路电流变压器T1流过的电流流过L1线路的电流流过L2线路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流K3点两相短路时的短路电流：总的短路电流变压器T1流过的电流流过L1线路的电流流过L2线路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流K3点单相接地短路时的零序短路电流：总的短路电流变压器T1流过的电流流过L1线路的电流流过L2线路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流
14、K3点两相接地短路时的零序短路电流：总的短路电流变压器T1流过的电流流过L1线路的电流流过L2线路的电流流过L3线路的电流流过L4线路的电流变压器T2流过的电流第3.3节 短路计算结果列表（1）三相短路电流计算结果短路点K1K2K3总短路电流流过T1电流流过L1电流流过L2电流流过L3电流流过L4电流流过T2电流（2）两相短路电流计算结果短路点K1K2K3总短路电流流过T1电流流过L1电流流过L2电流流过L3电流流过L4电流流过T2电流（3）单相接地短路时的零序短路电流短路点K1K2K3总短路电流流过T1电流流过L1电流流过L2电流流过L3电流流过L4电流流过T2电流（4）两相接地短路时的零序
15、短路电流短路点K1K2K3总短路电流流过T1电流流过L1电流流过L2电流流过L3电流流过L4电流流过T2电流第4章 相间短路电流保护配置第4.1节 相间短路电流保护概念及其特点4.1.1阶段式电流保护瞬时电流速断、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按照不同的原则来选择起动电流。瞬时速断是按照躲过被保护元件末端的最大短路电流整定，限时电流速断是按照躲过下级各相相邻元件瞬时电流速断最小保护范围末端的最大短路电流整定，而过电流保护则是按照躲过最大负荷电流整定。由于瞬时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
16、有选择性地切除故障，常常将瞬时电流速断、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。使用I段、II段(和III段)组成的阶段式电流保护，其最主要的优点是简单、可靠、并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求，因此在系统中获得广泛应用。这种保护的缺点是直接受系统的接线以及电力系统运行方式变化的影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏性或保护范围的要求。但用微机保护和自适应原理可以大大提高这种保护的性能和应用范围。4.1.2各段电流保护整定原则（1）瞬时电流速断保护根据对继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的
17、时间必须满足系统稳定和保护重要用户供电的可靠性。对于特高压输电线路，还要满足限制过电压的要求。在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上总是越快越好。因此，在各种电气元件上，应力求装设快速动作的继电保护装置。对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为瞬时电流保护即电流I段保护。保护范围大小和选择性是矛盾的，例如在最小运行方式下若保护范围较大，则在最大运行方式下时保护范围很可能增大到下一保护的范围之内，导致误动作。为解决这个矛盾可以有两种方法。通常都是优先保证动作的选择性，即从保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动，在继电保护技术中，这又称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整
18、定。另一种办法就是在个别情况下，当快速切除故障是首要条件时就采用无选择性的速断保护，而以自动重合闸来纠正这种无选择性动作，本次任务是采用第一种方法。整定如下： 其中表示保护整定值：为本保护所在线路最大运行方式下末端发生三相短路时的电流，引入可靠系数的原因，是由于理论计算与实际情况之间存在着一定的差别，即必须考虑实际上存在的各种误差的影响，如：实际的短路电流可能大于计算值；对瞬时动作的保护还应考虑非周期分量使总电流增大的影响；保护装置中的电流继电器的实际动作电流可能小于整定值；考虑必要的裕度。从最不利的情况出发，即使同时存在着以上几个因素的影响，也能保证在预定的保护范围以外故障时保护装置不误动作
19、，因而必须乘以大于1的可靠系数。保护的灵敏度用保护范围表示。可以在Matlab电路模型中用试凑法得到流经保护的电流等于整定值时的短路点。（2）电流II段保护由于有选择性的瞬时电流速断保护，不能保护本线路的全长，不能作为主保护，因此应增加一段新的保护，用来切除本线路瞬时电流速断保护范围以外的故障，同时也能作为瞬时电流速断保护的后备，这就是限时电流速断保护，亦即电流保护的II段。对限时电流速断保护的要求，首先是在任何情况下都能保护本线路的全长，并具有足够的灵敏度；其次是在满足上述要求的前提下力求具有最小的动作时限。由于要求限时速断保护必须保护本线路全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，
20、这样当下一条线路出口处发生短路时，它就要起动，在这种情况下，为了保证动作的选择性就必须使保护的动作带有一定的延时，此时限的大小与其延伸的范围有关。为了使这一时限尽量缩短，照例都是首先考虑使它的保护范围不超出下一条线路瞬时速断保护的范围，而动作时限比下一条线路的瞬时速断保护高出一个时间阶段，此时间阶段以表示。限时电流速断是按照躲过下级各相相邻元件瞬时电流速断最小保护范围末端的最大短路电流整定：；为当前整定保护II段整定值，为下一保护I段整定值。因为两个保护安装在不同的地点，使用的是不同的电流互感器和继电器，因此它们之间的特性很难完全一样，如果正好遇到保护1的电流速断出现负误差，其保护范围比计算值
21、缩小，而保护2的限时速断是正误差，其保护范围比计算值增大，那么实际上，当计算的保护范围末端短路时，就会出现保护1的电流速断已不能动作，而保护2的限时速断仍然会起动的情况。为了避免这种情况的发生，就不能采用两个电流相等的整定方法，而必须采用:引入可靠性配合系数，一般取为1.11.2 。则得 考虑分支系数： 动作时限的选择： 限时速断的动作时限，应选择得比下一条线路速断保护的动作时限高出一个时间阶梯t,即: 保护装置灵敏性的校验为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力,灵敏系数: 对保护2的限时电流速断而言，即应采取系统最小运行
22、方式下线路AB末端发生两相短路时短路电流作为故障参数的计算值。设此电流为Ik.B.min，代入上式中则灵敏系数为为了保证在线路末端短路时，保护装置一定能够动作，要求 Ksen1.31.5 。当校验灵敏系数不能满足要求时，通常降低限时电流速断的整定值，使之与下一条线路的限时电流速断相配合，这样其动作时限就应该选择得比下一条线路限时速断的时限再高一个t一般取为11.2 s 可见，保护范围的伸长，必然导致动作时限的升高。第4.2节 整定计算过程电流保护的可靠系数I段1.2；灵敏度最长不低于50%，最小不低于15%20%；II段可靠系数与线路配合是1.1，与变压器配合1.1，灵敏度不小于1.25（1）
23、电流保护段整定：保护装置1：最大保护范围：90%；最小保护范围：80%保护装置2：最大保护范围：96%；最小保护范围：91%保护装置3：最大保护范围：81%；最小保护范围：67%保护装置4：最大保护范围：77%；最小保护范围：60%保护装置5：最大保护范围：95%；最小保护范围：89%保护装置6：最大保护范围：82%；最小保护范围：63%（2）电流保护的II段整定：保护装置1：与相邻线路的4#保护配合下一线路I段保护范围末端，三相短路时取下一线路I段保护范围末端，两相短路时取保护装置2：和3#配合保护装置3：和6#配合，分支系数保护装置4：与保护5配合，分支系数保护装置5：和T1配合，变压器左
24、侧即高压侧三相短路是取流经5#的电流两相短路时为0.3511较之三相小。保护装置6：和保护2配合第5章 中性点直接接地电网零序电流保护配置第5.1节 零序电流保护概念及其特点当在中性点有效接地的电网发生接地故障时，将出现数值较大的零序电流，该电流在正常情况下是不存在的，这是接地故障的显著特征，利用零序电流构成保护，可作为一种主要的接地短路保护即零序电流保护。因为它不反映三相和两项短路，在正常运行和系统发生震荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。另一方面，零序电流保护仍有电流保护的某些弱点，即它受电力系统运行方式变化的影响大，灵敏度将因此降低,特别是在短距离的线路上以及复杂的环网中，由于
25、瞬时速动保护层范围太小，甚至没有必要保护范围，致使零序电流保护各段可靠性严重恶化，使保护动动作时间很长，零敏度很降低。第5.2节 零序电流保护的整定计算原理5.2.1零序电流保护I段整定原则按躲开本线路末端接地短路的最大零序电流整定，即 式中 可靠系数，取1.21.3；计算时取1.2线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流，或断路器三相不同时合闸所产生的零序电流最大值，取大者。保护的灵敏度用保护范围表示。可以在Matlab电路模型中用试凑法得到流经保护的电流等于整定值时的短路点。5.2.2零序电流保护II段整定原则此段保护一般担负主保护任务，要求在本线路末端达到规定的灵敏系数。零序电流保护II
26、段也反应零序电流的大小而动作，其起动电流首先考虑与下一条线路的零序电流速断相配合，并带有一个动作时限，以保证动作的选择性。按与相邻下一级线路的零序电流保护I段配合整定，即 式中 可靠系数，取1.151.2； 分支系数，按实际情况选取可能的最小值； ， 相邻下一级线路的零序电流保护I段整定值，被配合线路I段保护最大保护范围短路时流经被整定线路的电流。当按此整定结果达不到规定灵敏系数时，可改为与相邻下一级线路的零序电流保护II段配合整定。第5.3节 零序电流保护的整定计算过程零序I段的可靠系数取1.2，灵敏度校验为保护范围；II 段的可靠系数取1.15；（1）零序I段保护装置1：最大保护范围：98
27、%；最小保护范围：95%保护装置2：最大保护范围：98%；最小保护范围：97%保护装置3：最大保护范围：83%；最小保护范围：61%保护装置4：最大保护范围：81%；最小保护范围：57%保护装置5：最大保护范围：97%；最小保护范围：97%保护装置6：最大保护范围：94%；最小保护范围：89%（2）零序II段整定：保护装置1：与相邻线路的4#保护配合下一线路I段保护范围末端，单相接地短路时取下一线路I段保护范围末端，两相短路时取保护装置3：和6#配合，分支系数保护装置4：与保护5配合，分支系数保护装置6：和保护2配合第6章 心得体会通过这次课设，我更深入地了解了继电保护原理这门课的思想。继电保
28、护在电力系统中的作用及其对电力系统安全连续供电的重要性决定了继电保护系统必须具有一定的性能、特点。继电保护这门课是一门综合性很强的学科，融合了之前几个学期所学的专业知识。在完成任务的过程中，较系统地复习了电力系统暂态分析，稳态分析这两门课，而且加深了自己对各种继电保护原理之间的联系和区别的理解。另外通过这次实践也让我见识到了Matlab这个软件的强大，培养了我对使用这个重要软件的兴趣。让我受益匪浅，从中我也积累了许多关于整定继电保护装置的经验，为以后的学习工作夯实了基础。参考文献1电力系统继电保护 张保会、尹项根主编 中国电力出版社2电力系统分析 何仰赞、温增银主编 华中科技大学出版社3电力系统继电保护设计原理 吕继绍主编 水利电力出版社4继电保护与自动装置整定计算崔家佩、孟庆炎、陈永芳、熊炳耀 水利电力出版社 5电力系统稳态分析（第三版） 陈珩主编 中国电力出版社6电力系统暂态分析（第三版） 李光琦主编 中国电力出版社7电力工程基础 温步瀛主编 中国电力出版社8精通MATLAB 6.5版教程张志涌主编 北京航天航空大学出版社 9电路（第五版） 邱关源原著 罗先觉修订 高等教育出版社10电力系统继微机继电保护 高亮主编 中国电力出版社
