35kV线路继电保护与自动装置设计.doc

1、 目 录第一章 概述11.1继电保护的基本概念11.2继电保护的意义和作用11.3继电保护的基本要求1第二章 三段式电流保护3第三章 电流保护的整定值计算3第四章 保护装置和自动装置规划配置54.1电流互感器的配置与选择54.1.1电流互感器54.1.2电流互感器的选择6 4.2继电器的选择64.2.1按使用环境选型74.2.3输入参量的选定74.2.4根据负载情况选择继电器触点的种类和容量74.3自动重合闸8 4.3.1自动重合闸概述84.3.2自动重合闸的配置原则84.3.3自动重合闸时限的整定9第五章 继电保护原理图、展开图和屏面布置图95.1 继电保护原理图95.2继电保护的展开图10

2、5.3 屏面布置图11第六章 总结与体会13参考文献13I第 13 页西南交通大学课程设计说明书 35KV线路继电保护与自动装置设计第一章 概述1.1继电保护的基本概念 对被保护对象实现继电保护，包括软件和硬件两部分内容：（1） 确定被保护对象在正常运行状态和拟进行保护的异常或故障状态下 ，有哪些物理量发生了可供进行状态判别的量、质或量与质的重要变化，这些用来进行状态判别的物理量，称为故障量或起动量； （2）将反映故障量的一个或多个元件按规定的逻辑结构进行编排，实现状态判别，发出警告信号或断路器跳闸命令的硬件设备。1.2继电保护的意义和作用 电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。电力

3、系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。为此，还应设置以各级计算机为中心，用分层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制。这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一，所以说，继电保护对于电力系统的运行与维护有着重大的意义

4、和重要的作用。1.3继电保护的基本要求 动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。1.3.1选择性 继电保护选择性是指在对系统影响可能最小的处所，实现断路器的控制操作，以终止故障或系统事故的发展。例如：对于电力元件的继电保护，当电力元件故障时，要求最靠近的故障点的断路器动作断开系统供电电源；而对于振荡解列装置，则要求当电力系统失去同步运行稳定性时，在解列后两侧系统可以各自安全的同步运行的地点动作于断路器，将系统一分为二，以终止振荡，等等。电力元件继电保护的选择性，除了决定于继电保护装置本身的性能外，还要求满足：由电源算起，愈靠近故障点的故障，启动值

5、愈小，动作时间愈短，并在上下级之间有适当的裕度。要具有后备保护的作用，如果最靠近故障点的断路器拒动，能由相邻的电源恻继电保护动作将故障断开。1.3.2速动性速动性是指快速地切除故障，以提高电力系统并列运行稳定，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。继电保护快速动作可以减轻故障元件的损坏程度，提高线路故障后自动重合闸的成功率，并特别有利于故障后的电力系统同步运行的稳定性。快速切除线路与母线的短路故障，是提高电力系统暂态稳定的重要手段。1.3.3灵敏性继电保护灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可

6、靠地动作的能力。故障时通入装置的故障量和给定的装置动作值之比，称为继电保护的灵敏系数。它是考核继电保护灵敏性的具体指标。在一般的继电保护设计与运行规程中，对它都有具体的规定要求。1.3.4可靠性可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动）。而在不属于该保护动作的其它任何情况下，则不应该动作（即不误动）。可靠性取决于保护装置本身的设计、制造、安装、运行维护等因素。一般来说，保护装置的组成元件质量越好、接线越简单、回路中继电器的触点和接插件数越少，保护装置就越可靠。同时，保护装置的恰当的配置与选用、正确地安装与调试、良好的运行维护。对于提高保护的可

7、靠性也具有重要的作用。第二章 三段式电流保护 三段式电流保护包括:电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路和相邻下一线路的后备保护。实际上，供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护。比如，处于电网未端附近的保护装置，当定时限过电流保护的时限不大于0.5时，而且没有防止导线烧损及保护配合上的要求的情况下，就可以装设电流速断保护和限时电流速断保护，而将过电流保护作为主保护。三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。故一般适用

8、于35KV及以下的电网保护中。由于本题目是35kV线路继电保护，且只有母线一侧有断路器，所以采用三段式电流保护。第三章 电流保护的整定值计算由于线路和线路参数相同，则选线路进行电流三段式整定计算。根据题目已知条件，先计算电源的最大运行方式下的阻抗和最小运行方式下的阻抗。根据公式： （3-1） （3-2）取系统平均电压U=37kV，可得最大运行方式下的阻抗： (3-3)最小运行方式阻抗： (3-4)线路I在B点的最大短路电流和最小短路电流：最大短路电流： （3-5）最小短路电流： （3-6）（1）电流I段整定值计算： （3-7）灵敏度验证： （3-8）得： （3-9）则： 符合灵敏度要求 动作时

9、限： （2）电流保护段整定计算：（与下一段线路BC保护段相配合）当母线C三相短路时，C点流过的最大电流：（3-10）线路BC保护段整定电流： （3-11）线路AB保护段整定电流: （3-12）灵敏度校验：母线B两相短路时，B点的最小短路电流为： （3-13）灵敏系数：1.5 满足灵敏度要求动作时限：第四章 保护装置和自动装置规划配置4.1电流互感器的配置与选择4.1.1电流互感器电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。4.1.2电流互感器的选择 电流互感器一次回路额定电压和电流选择。电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满

10、足：（4-1） （4-2） 式中、电流互感器一次额定电压和电流。为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。 二次额定电流的选择电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般强电系统用5A， 弱电系统用1A。 电流互感器种类和型式的选择在选择互感器时，应根据安装地点(如屋内、屋外)和安装方式(如穿墙式、支持式、装入式等)选择相适应的类别和型式。选用母线型电流互感器时，应注意校核窗口尺寸。 电流互感器准确级的选择为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。例如:装于重要回路(如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和计费的电能

11、表一般采用0.51级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级；对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆用11.5级的，相应的电流互感器应为0.51级。供只需估计电参数仪表的互感器可用3级的。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。根据前面计算得知，线路流过的最大短路电流为，计算精确变比。查电流互感器型号规格可知，在精确度允许的范围内，这里可以选取变比K为1500/5的。所以本题中电流互感器的型号为LZZBW-35。4.2继电器的选择4.2.1按使用环境选型使用环境条件主要指温度（

12、最大与最小）、湿度（一般指40摄氏度下的最大相对湿度）、低气压（使用高度1000米以下可不考虑）、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。4.2.2按输入信号不同确定继电器种类按输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。4.2.3输入参量的选定与用户密切相关的输入量

13、是线圈工作电压（或电流），而吸合电压（或电流）则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。对用户来讲，它只是一个工作下极限参数值。控制安全系数是工作电压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。整机设计时，不能以空载电压作为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别是电源内阻大时更是如此。当用三极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管必须处于开关状态，对6VDC以下工作电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和压降。当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的

14、冲击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的1.5倍，工作值的误差一般为10%。4.2.4根据负载情况选择继电器触点的种类和容量国内外长期实践证明，约70%的故障发生在触点上，这足见正确选择和使用继电器触点非常重要。触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。动合触点组和转换触点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用动合触点。根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）确定参数十分重要。认为触点切换负荷小一定比切换负荷

15、大可靠是不正确的，一般说，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最好。电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠性下降，故100mA称作试验电流，是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。由于一般继电器不具备低电平切换能力，用于切换50mV、50A以下负荷的继电器订货，用户需注明，必要时应请继电器生产厂协助选型。继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下，负载为阻性的动作次数，当超出额定电压时，可参照触点负载曲线选用。当负载性质改变时，其触点负载能力将发生变动。 本线路保护包括两种继电器：过电流继电器和时间继电器过电流继电器：型号EIR-HC-3

16、A时间继电器：型号JS14P 9.9S DC24V4.3自动重合闸4.3.1自动重合闸概述自动重合闸装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。它广泛应用于架空输电线路上的有效反事故措施（注：电缆输电、供电不能采用）。即当线路出现故障，继电保护使断路器跳闸后，自动重合闸装置经短时间间隔后使断路器重新合上。4.3.2自动重合闸的配置原则一般选择自动重合闸类型可按下述条件进行：1、110kV及以下电压的系统单侧电源线路一般采用三相一次重合闸装置。2、220kV、110kV及以下双电源线路用合适方式的三相重合闸能满足系统稳定和运行要求时，可采用三相自动重合闸装置。3、220kV线路采用

17、各种方式三相自动重合闸不能满足系统稳定和运行要求时，采用综合重合闸装置。4、330550kV线路，一般情况下应装设综合闸装置。5、在带有分支的线路上使用单相重合闸时，分支线侧是否采用单相重合闸，应根据有无分支电源，以及电源大小和负荷大小确定。6、双电源220kV及以上电压等级的单回路联络线，适合采用单相重合闸；主要的110kV双电源单回路联络线，采用单相重合闸对电网安全运行效果显著时，可采用单相重合闸。根据自动重合闸配置原则，本题给的系统电压等级为35kV，所以一般情况采用三相一次重合闸装置。其原理图如图4-1示。图4-1 三相一次重合闸原理框图4.3.3自动重合闸时限的整定对于单侧电源线路的

18、三相重合闸，其主要作用是尽可能缩短电源中断的时间，重合闸的动作时限原则上越短越好，应按照最小重合闸时间整定。其重合闸的最小时间确定原则：（1） 断路器跳闸后，负荷电动机向故障点反馈电流的时间；故障点的电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度需要的时间；（2） 在断路器动作跳闸熄灭电弧后，其触头周围绝缘强度的恢复以及消弧室重新充满油、气需要的时间；同时期操动机构恢复原状准备好再次动作需要的时间。（3） 如果重合闸是利用电力系统的运行经验，重合闸的最小时间为0.3-0.4s根据以上重合闸时限整定原则，设计时必须考虑和继电保护配合才能起作用。前面已经算出了电流段的保护时间为，再按照运行经验来估算重合闸装置最

19、小重合闸时间约为0.4s，所以，最终整定重合闸时限定为1.9s。第五章 继电保护原理图、展开图和屏面布置图 5.1 继电保护原理图对于线路的AB段，其继电保护原理图如图5-1示。图5-1 继电保护原理图设备表如下设备型号制造商高压断路器LW38-126上海步捷电器有限公司电流互感器LZZBW-35乐清平开电气有限公司过电流继电器EIR-HC-3A南京英雷科电子技术有限公司时间继电器JS14P 9.9S DC24V上海聚仁电力科技有限公司5.2继电保护的展开图如图5-2示，是继电保护的展开图图5-2交流回路展开图展开图图5-3直流回路展开图展开图5.3 屏面布置图如图5-4示，为屏面布置图。29

20、303132343536373351LJ12LJ35LJ26LJ11YJ103LJ44LJ81SI77LJ62YJJ51BCJJ12SJJ3J7BJJ23SJZ12BCJ171HWJ162HWJ191GJ182GJ221CJ212CJ233CJ2827262524231LP2LP3LP4LPQP5LP6LP7LP8LP图5-4 屏面布置图第六章 总结与体会通过本次继电保护课程的设计,我学会了很多有关电力系统方面的知识。这学期虽然在课本上学了很多，但只是一个初步了解，且对电力系统的理解仅仅停留在理论上，没有一个整体概念，因而印象不够深刻。我们只在电力系统继电保护这门课中零零散散的学习了过电流保护

21、、距离保护的整定，自动重合闸等。可在这次课程设计中，为了对继电保护有一个整体认识，我在图书馆查了很多资料，同时，也及时寻求老师帮助，来解决我遇到的一些难题等。因而，我对课堂学习的理论知识又有了进一步的了解。也就是说，我通过理论和实践的结合，巩固了我所学的知识。 我还有一个很大的收获，这次课程设计让我明白：一份耕耘，一份收获！你若想真正的掌握一些东西，就必须脚踏实地，付出自己的努力。参考文献1 王广延，吕继超.高等学校教材 电力系统继电保护原理与运行分析（上、下 册）.北京：水利水电出版社，1995.2 贺家李,宋从矩，李永丽，董新洲.电力系统继电保护原理. 北京：中国电力出版社，2004，增订版 3 陈曾田.电力变压器保护.北京：中国电力出版社，1989.4 张宝会,尹项根主编.电力系统继电保护.北京：中国电力出版社，2005.5周玉兰，王俊永.2001年全国电网主设备保护运行分析.电力自动化设备， 2002. 6 陈德树，张哲，尹项根 编著.微机继电保护. 北京：中国电力出版社,20007 潘启敬 主编.牵引供电系统继电保护. 北京：中国铁道出版社， 19938 丁毓山，南俊星 主编.微机保护与综合自动化系统. 北京：中国水利电力出版社，2002