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1、35KV输电线路继电保护设计 作者：鄢凯指导教师：陕春玲教学单位：三峡大学 葛洲坝集团电力有限责任公司 摘要：35KV输电线路继电保护主要是阶段式电流保护，即第段为电流速断保护，第段为限时电流速断保护，第段为过电流保护。它以第段和第段作为主保护，以第段作为辅助保护。当第、段灵敏系数不够时，可采用电流、电压联锁速段保护。第段保护动作时间短，速动性好，但其动作电流较大，不能保护线路全长，保护范围最小;第段保护有较短的动作时限，而且能保护线路全长，却不能作为相邻元件的后备保护；第段保护的动作电流较前两段小，保护范围大，既能保护本线路的全长又能作为相邻线路的后备保护，灵敏性最好，但其动作时限较长，速动
2、性差。使用段、段、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。阶段式电流保护，在灵敏系数能满足要求时，用于35KV中性点非直接接地电网的线路上，作为相间短路的保护。在35KV线路继电保护的设计中，还用到了单相接地保护，一般采用无选择性的绝缘监视信号装置。 关键词：35KV线路 阶段式电流保护单相接地保护整定计算原理接线图评价及应用前言电力系统继电保护技术，是随电力系统的发展而发展起来的一门专业技术。电力系统的发展，使发电设备容量和供电范围不断扩大，电压等级不断提高，电力系统的网络也越来越复杂。这对于保证电力系统安全、可靠、稳定运动必不可少的继电保护
3、技术，便提出了越来越高的要求，从而也就有了电力系统继电保护原理和装置从简单到复杂的发展过程。再次我们所介绍的继电保护原理及装置主要用于35KV输电线路中。35KV电力系统属中性点非直接接地系统，其中性点或经消弧线圈接地或不接地；对于相间短路和单相接地，由于接地电流小，三相电压仍能保持平衡，对用户没有很大的影响。因此，单相接地保护一般动作于信号，但单相接地对人身和设备的安全产生危害时，就应动作于断路器跳闸，故均应装设相应的继电保护装置，一般由具有阶梯时限特性的多段式保护构成。为提高供电的可靠性尽快将故障从系统中切除，本次设计主要采用的是三段式电流保护和单相接地保护。着重介绍了这两种保护的工作原理
4、，并对其保护进行了详细整定分析，以便更好的为该线路配备一套优良的继电保护装置，提高该线路的选择性，速动性、灵敏性、可靠性的要求，使得该电网可靠、简单、经济、正常运行。 正文 故障分析：为了保证电力系统的安全运行，必须对电力系统中所有的电力设备和输电线路配置完善的继电保护。如果继电保护配置不当，保护将不能正确工作（误动或拒动），从而会扩大事故停电范围，给国民经济带来严重后果，有事还可能造成人身和设备安全事故。因此，合理选择保护方式，对保证电力系统的安全运行有非常重要的意义。电力网继电保护的配置，要满足电力网的不同结构、电压等级、线路长度、运行方式以及负荷性质等的要求，否则将不能达到预期的保护效果
5、。一般来说，电网发生短路故障所呈现的基本稳态特征是在保护安装所检测到的电流会升高，电压要降低，阻抗、相位等都会发生变化。35KV中性点非直接接地电网中，输电线路的相间短路时，短路电流过大，对设备造成很大的危害，保护必须动作于断路器跳闸。单相接地时，由于故障点的接地电流很小，三相之间的线电压仍保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般情况下允许再继续运行1-2小时，而不必立即跳闸，这也是采用中性点非直接接地运行的主要优点。但是，在单相接地以后，其他两相对地电压要升高根号3倍。为了防止故障进一部扩大成两点接地或相间短路，应及时发出信号，以便于运行人员采取措施予以消除。由此，在单相接地时，一般只要
6、求继电保护能有选择性的发出信号，而不必跳闸。但当单相接地对人身安全和设备安全构成威胁时，则应动作于跳闸。 35KV中性点非直接接地电网，其输电线路应针对相间短路和单相接地短路故障配置相应的保护装置。配置： 相间短保护采用两相两继电流保护，它是一种阶段式电流远后备保护方式，以第段、段电流速断保护作为主保护，以第段过电流保护作为后备保护，必要时可增设复合电压闭锁元件。由几段线路串联的单侧电源线路，如上述保护不能满足选择性、灵敏性和速动性的要求时，速断保护可无选择地动作，但应以自动重合闸来补救。此时，速断保护应躲开降压变压器低压母线的短路。 对相间短路，保护应按下列原则配置：1.保护装置采用远后备方
7、式 下列情况应快速切除故障:a如线路短路使发电厂厂用母线电压低于额定电压的60%时。b如切除线路故障时间长，可能导致线路失去热稳定时。C城市配电网络的直馈线路，为保证供电质量需要时。d与高压电网邻近的线路，如切除故障时间长，可能导致高压电网产生稳定时。e保护的电流回路的电流互感器采用不完全星形接线，各线路保护用电流互感器均装设在A、C，以保证在大多数两点接地情况下只切除一个故障接地点。 单相接地短路保护采用无选择性的绝缘监视信号装置。绝缘监视信号装置反应零序电压，动作于信号。 实际上，绝缘监视用的电压继电器的整定值在多数情况下选用15V。即Udz=15V 阶段式电流保护整定计算：一、 互感器的
8、变比确定:继电保护的电流互感器一次侧额定电流应大于该线路可能出现的最大负荷电流即ITA1.25In，已知Ikmax=400A 则其一次侧电流ITA1.25In=1.25*400A=500A。在35KV线路中电流互感器二次侧额定电流为5A，故电流互感器的变比K=500A/5A=100 查表后，知选型号为LCW-35的互感器。电流互感器的电流误差是电流互感器的二次电流与折算到二次侧的一次电流大小不相等产生的误差。继电保护35KV线路用电流互感器要求其变比误差不超过10%，角度误差不超过7准确级选择10P10，表示该互感器为保护用，在一次侧流过的最大电流为其一次额定电流10倍时，该互感器的综合误差不
9、大于10%。二、 对阶段式电流保护的要求：1、三段式电流保护：保护的电流回路的电流互感器采用不完全星形接线，各线路保护用电流互感器均装设在U、W两相上，以保证在大多数两点接地情况下只切除一个故障接地点。采用远后备保护方式线路上发生短路时，应尽快切除故障，以保证非故障部分的电动机能继续运行。2、灵敏系数：延时电流速断主保护的电流定值在本线路末端故障时，应满足如下灵敏系数的要求： 对20 km以下的线路不小于1.5 对2050 km的线路不小于1.4 对50 km以上的线路不小于1.3按相邻电力设备和线路末端短路计算（短路电流应为阻抗元件精确工作电流1.5倍以上），可考虑相继动作，远后备保护（电流
10、、电压和阻抗元件）灵敏系数1.2.3、整定计算：无时限电流保护（电流段）：电流速断保护的整定原则： 电流速断保护的动作要保证选择性，即只有在本条线路内发生故障时，才应快速动作，而在相邻的下一条线路故障时，不应该动作。但是，在图中AB线路末端K1点短路和相邻线路BC始端K2点短路时，流过AB线路始端即保护安装处的短路电流大小几乎相等，这样，如果K1点短路时电流速断保护动作，则K2点短路时，电流速断保护也将动作。因此为了保证选择性，保护1的电流速断保护的动作电流应该躲开下一条线路始端K2点短路时的最大短路电流（即外部故障的最大短路电流）。为了简化计算，常将K2点取在变电所B上，故其整定计算公式为I
11、IOP·1 = Krel I(3)k·max式中IIOP·1保护1第段（即电流速断）保护的动作电流整定值 Krel 可靠系数，一般取1.21.3； I(3)k·max 变电所B中母线短路时，流过保护1的最大运行方式短路电流的周期分量即“整定值”注意：（1）引入大于1的可靠系数K rel的原因是考虑：A、短路电流的计算值与实际值有误差，实际值可能大于计算值。B、对于瞬时动作的保护，要考虑短路电流中的非周期分量的影响。C、电流继电器实际动作电流值与整定值间有误差。D、要有一定的裕度。 （2）三相短路电流I(3)k的计算： 如图中画出两条短路电
12、流沿线路长度的分布曲线即Ik=f（L）曲线.曲线l表示系统最大运行方式下三相短路电流沿线长度的分布曲线;即I(3)k·max =f（l）曲线曲线2表示系统最小运行方式下，两相短路电流沿线路长度的分布曲线即I(2)k·min =f（l）曲线。曲线3表示电流速断保护的动作的电流IIOP·1=f（l）曲线。三相短路电流的计算公式为Ik=Es/(Zs+Z1l)式中Es 系统等效电源的相电势Zs 系统等效阻抗，相当于保护安装处到电源之间的等效阻抗Z1 短路阻抗，即短路点到保护安装处之间的正序阻抗Z1 为正序阻抗，一般取其电抗分量，其值为0.4/km， l为短路点
13、到保护安装处的距离当变电所B母线短路时IK·MAX·B=Es/(Zs+Zab)= Es/(ZS+ Z1Lab)Zab 线路A-B的阻抗，Zab=Zllab(3)最大运行方式的考虑： 在继电保护中：系统发生短路时，通过该保护安装处的短路电流最大时的运行方式称为最大运行方式，此时系统阻抗Zs最小。系统发生短路时，流过保护安装处的短路电流最小的运行方式称为系统最小运行方式，此时系统阻抗Zs最大。综上所述，由图中看出：无时限电流速断保护不能保护线路全长。曲线3是表示曲线1和曲线2分别相交于M点和N点，在两交点以远处发生短路时，短路电流值将小于动作电流，因此保护不动作。故从点
14、所对应的横坐标值Lmax相当于系统最大运行方式时保护动作范围N点所对应的Lmin相当于系统最小运行方式时保护的动作范围。无论是LMAX或LMIN都小于线路AB的长度，因此，无时限电流速断不能单独作主保护使用，而必须于其他保护配合才能担当主保护的职责之所在。整定计算：1）动作电流的整定：按躲过本线路末端最大短路电流来整定。为了保证外部短路时，无时限电流速断保护不动作，其动作电流应躲过外部短路时的最大短路电流，即： IIOP·1=KIrel·I(3)kl·max = KIrel·ES/(XS·min+x1lab) =1.25371000/3（0.75+0.420）3.052二次侧电流I =3.052KA/100=30.52A2)灵敏度：L=1/x(E/I-x)=1/0.4(37100/33.0521000-0.9)15.2488422km Lmin/lab=12.904/20*100%=64.52%15%符合要求 Lmax=1/x1(Es/IOP·1-XS·min) =1/0.4(371000/33.0521000-0.75)150623km动作时限的整定：无时限电流速断保护动作时间仅为保护固有动作时间，整定时限为0S ，即T10S。根据系统要求，无时间电流速断保护的最大保护范围
