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1、1设计原始资料1.1具体题目如下图所示网络，系统参数为：岭;；=115唱kV , _ _ ： Q、J -Q、：-Q,5=5= 60 km、L 二 40 km、Lr-匚二 50km、S=30km、L吐二 20km ,线路阻抗0.4 Q/k叫亠、B-Cmfix = 300Ic-Dimfli= ?0久:二.-，9Gi7G25GAB864图1系统网络图C2试对线路BC、CD、DE进行电流保护的设计1.2继电保护的设计任务(1) 选定供电系统各设备的保护方式和各种保护装置的配合方式(2) 进行各种保护装置的整定计算(3) 给出保护装置的原理图和施工接线图(4) 选择所用继电器、保护装置和辅助装置的型号、
2、规格。(5) 对保护的评价。2题目分析2.1设计规程2.1.1设计的步骤(1) 设计资料的分析与参数计算；选取基准值，计算各元件的阻抗标幺值。(2) 系统运行方式：确定系统运行方式，计算系统最大阻抗和最小阻抗。(3) 短路电流计算：选择短路点，求各短路点最大运行方式下的三相短路电流， 最小运行方式时的两相短路电流，求短路电流时要绘制等值电路图。(4) 电流保护整定计算：确定电流保护的动作电流，动作时限并进行灵敏度校验。(5) 继电保护回路展开图：绘制电流保护的直流回路和交流回路展开图。2.2线路设计的保护配置2.2.1主保护配置根据分析应选用三段式电流保护，灵敏度校验可得电流速断保护不能作为主
3、保护。因此，主保护应选用三段式距离保护。2.2.2后备保护配置过电流保护作为后备保护和远后备保护。3短路电流计算3.1等效电路的建立由已知可得，线路的总阻抗的计算公式为X =ZL(3.1.1)其中：Z 线路单位长度阻抗；L 线路长度。将数据代入公式(3.1.1)可得各段线路的线路阻抗分别为：XL1=XL2=Z L 0.4 60 = 24,)XL3 二Z L3 =0.4 40 = 16()Xbc 二Z Lb =0.4 50 = 20,)Xcd =Z Lc_d =0.4 30 =12()Xde =Z Ld_e =0.4 20 =8()经分析可知，最大运行方式即阻抗最小时，则有三台发电机运行，线路L
4、i、L3运行，由题意知 G、g3连接在同一母线上，则Xsmin =(Xgi|Xg2 X“ | Xl2)|( Xg3 Xl3)= (612) |(1016* 10.6(式中Xsmin 最大运行方式下的阻抗值；“ 11 ”表示取并联的意思，以后不再解释。同理，最小运行方式即阻抗值最大，分析可知在只有G和Li运行，相应地有Xs.max =XGi Xli “524 = 39()由此可得最大运行方式等效电路如图2所示，最小运行方式等效电路图如图3所示图2最大运行方式等效电路图图3最小运行方式等效电路图3.2保护短路点的选取选取B C D E点为短路点进行计算3.3短路电流的计算3.3.1最大方式短路电流
5、计算在最大运行方式下流过保护元件的最大短路电流的公式为IkZz乙Zk(3.3.1)式中Etp系统等效电源的相电动势;乙一短路点至保护安装处之间的阻抗;Zs 保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；K 短路类型系数、三相短路取1,两相短路取 (3.3.4)(1)对于保护1,其等值电路图如图2所示,母线E最大运行方式下发生三相短路 流过保护1的最大短路电流为I kEmaxEXsmin XbcX cd X de代入数据得:1 kEmaxEXsmin XBC X CD X DE115310.6 20 12 8= 1.312(kA)(2)对于保护2等值电路图如图2所示，母线E最大运行方式下发生三相短路流 过
6、保护2的最大短路电流为I kDmaxEXsmin XbcXCD(3.3.3)代入数据得:1 kDmaxEXsmin X BCXCD=1.558(kA)(3)对于保护3等值电路图如图 过保护3的最大短路电流为2所示，母线C最大运行方式下发生二相短路流I kCmaxEX smin X bc(3.3.4)代入数据得：1 kCmaxEX smin X BC=2.17(kA)3.3.2最小方式短路电流计算在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的公式为k.min.3Z s. minZl式中Eqj系统等效电源的相电动势;Zs,min 保护安装处到系统等效电源之间的阻抗;Zl 短路点到保护安装处之间的阻抗
7、。所以带入各点的数据可以计算得到各点的的最小短路电流二 727.8( A),3 1151Emin_ . -2339 20 12 8Dmin_ 3 1151339 20 12二 809.8( A)= 974.51( A)、3 1151I Cminx _x2339 204保护的配合及整定计算4.1主保护的整定计算4.1.1动作电流的计算最小保护范围计算式为I3EI1 set2 Z+zLsmax1 min14.1.1 )其中Ecp系统等效电源的相电动势；Zs.max 短路点至保护安装处之间的阻抗；Z1 线路单位长度的正序阻抗。11）对于保护1,其等值电路图如图2所示，母线E最大运行方式下发生三相短路
8、 流过保护1的最大短路电流为I kEmax = 1 .31（ kA）相应的速断定值的计算公式为代入数据可得I 1 k 1 Iset.1rel kE maxset.1 = K冋 I k.,E.max 1.21.31 - 1 .57(kA)由最小保护范围计算式(4.1.1 )得L 25忌Z 1Lmi n 厶Qli-s max2lset代入数据可得L1min 二 -85.9(km)即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。(2)对于保护2等值电路图如图2所示，母线D最大运行方式下发生三相短路流过 保护2的最大短路电流为1 kD max =1.558(kA)相应的速断定值为I set2 二 K
9、rel I kD max T2 1558 =87 (kA)最小保护范围根据式(4.1.3 )可得Lzmin 一 -70.6(km)即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。(3)对于保护3等值电路图如图2所示，母线C最大运行方式下发生三相短路流过 保护3的最大短路电流为1 kC max-2.17(kA)相应的速断定值为I set.3 K 冋 I k.C .max= 1.2 2.17 =2.603(kA)最小保护范围根据式(4.1.3 )可得Lsmin =-42.3(km)即3处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。所以，以上计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小
10、运行方式下可能没有保护区。根据以上计算可以得到电流速断保护整定结果如表2所示。表2电流速断保护整定结果动作电流(kA)最小保护范围(km)是否适用电流速断保护BC段保护32.603-85.9否CD段保护21.87-70.6否DE段保护11.57-42.3否4.1.2灵敏度校验限时电流速断定值根据式(4.2.1)可以计算(4.1.4)I It =11涸其中K；i 可靠系数，取值为1.15。(1)整定保护2的限时电流速断定值为点=K；|l；et.1 =1.15 X1.57 = 1.806(kA)线路末端(即D处)最小运行方式下发生两相短路时的电流为k.D.min11532 X s. max X B
11、C XCD乂115 二 0.8098(kA)239 20 121420.80981.806二 0.4484所以保护2处的灵敏度系数为H _ I k.D.minKset.2 nI set即不满足Ksen 1.2的要求。(2)同理保护3的限时电流速断定值为1；.3 = K；ll ；et.2 =1.15 X1.87 =2.151(kA)线路末端(即C处)最小运行方式下发生两相短路时的电流为k.C.min2 Xs.max Xbc.3 1153X239 20115118二 0.9746(kA)所以保护3处的灵敏度系数为nKset.3才加.4531也不满足Ksen 1.2的要求。可见，由于运行方式变化太大
12、,2、3处的限时电流速断的灵敏度远不能满足要求4.2后备保护的整定计算4.2.1动作电流的计算过电流整定值计算公式为皿 1 relsetKreK川K irel ssI L.maxKre(421)其中Krel 可靠系数，取值为1.15；Kss 可靠系数，取值为1.5；Kre 可靠系数，取值为0.85所以有I set.1K皿K Irel ss I D E 丄 maxKre1.15 X1.5X15 2.03 X150 = 304.5(A)0.85同理得l：t.2 =2.03 X200 = 406(A)I= 2.03 X300= 609(A)4.2.2动作时间的计算假设母线E过电流保护动作时限为0.5
13、s，保护的动作时间为=0.5 0.5=1(s)t2 = t10.5=1.5(s)t 0.5=2(s)4.2.3灵敏度校验在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的公式为k.min2 Zs.maxZl(4.2.2)所以由灵敏度公式(4.2.4)k.min(4.2.4)Ksen I set可知，保护1作为近后备保护的灵敏度应为皿set.11 E.minI set.1727.82.39304.5 1.5满足近后备保护的要求；保护2作为远后备保护的灵敏度为K 皿I E.minK set.2m1 set.2727.8406= 1.79 1.2满足作为远后备保护的要求保护3作为远后备保护的灵敏度为K m _ 1 D.minKset.3mI set.3809.8609= 1.33 1.2满足作为远后备保护灵敏度的要求5二次展开原理图的绘制5.1三段式电流保护原理接线图继电保护接线图一般可以用原理接线图和展开图两种形式来表示。原理接线图中的每个功能块，再有电磁型继电器实现时可能是一个独立的原件，但在数字式保护和集成电 路式保护中，往往将几个功能块用一个原件实现。如图4所示，每个继电器
