kV輸電線路繼電保護設計

摘 要力是當今世界使用最為廣泛、地位最為重要的能源之一，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行對國民經(jīng)濟、人民生活乃至社會穩(wěn)定都有著極為重大的影響。電力系統(tǒng)繼電保護是反映電力系統(tǒng)中電氣設備發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)又為繼電保護技術的發(fā)展不斷地注入了新的活力。涉及面廣、影響大的特點，往往會給國民經(jīng)濟和人民生活造成社會性的災難。35kv35KV繼電保護。關鍵詞：35kv繼電保護、整定計算、故障分析、設計原理目錄繼電保護的作用 4繼電保護的概念及任務 4繼電保護的基本原理和保護裝置的組成 4反應系統(tǒng)正常運行與故障時電器元（設備一端所測基本參數(shù)的變化而構成的理（單端測量原理，也稱階段式原理） 4反應電氣元件內部故障與外部故障（及正常運行）時兩端所測電流相位和功率向的差別而構成的原理（雙端測量原理，也稱差動式原理） 5保護裝置的組成部分 5對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求 6選擇性 6速動性 6靈敏性 7可靠性 7繼電保護技術發(fā)展簡史 7線路故障分析 9常見故障分析 9相間短路 9接地短路 93、35KV線路繼電保護的配置 9電網(wǎng)相間短路的電流保護 10瞬時電流速斷保護 10瞬時電流速斷保護的工作原理 11原理接線 11瞬時電流速斷保護的整定計算 12限時電流速斷電流保護 16限時電流速斷保護的工作原理 16限時電流速斷保護的整定計算 17限時電流速斷保護的單相原理接線 19定時限過電流保護 20定時限過電流保護的工作原理 20定時限時電流保護的整定計算 21定時限過電流保護的靈敏度校驗和保護動作時間 225：致謝 246:參考文獻 251、繼電保護概論繼電保護的作用繼電保護的概念及任務電力系統(tǒng)繼電保護是反映電力系統(tǒng)中電氣設備發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)而動作于斷路器跳閘或發(fā)生信號的一種自動裝置。繼電保護的基本任務是：電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動、快速、有選擇地將故障設備從電力系統(tǒng)中切除，保證非故障設備繼續(xù)運行，盡量縮小停電范圍;電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常運行狀態(tài)時，根據(jù)運行維護的要求能自動、及時、有選擇地發(fā)出告警信號或者減負荷、跳閘。繼電保護的基本原理和保護裝置的組成（設備化而構成的原理（單端測量原理，也稱階段式原理）運行參數(shù)：I、U、Z∠φ反應I↑→反應U↓→反應Z↓→低阻抗保護(距離保護)反應電氣元件內部故障與外部故障（及正常運行）時兩端所測電流（理）以A-B線路為例：規(guī)定電流正方向：電流從母線流向線路規(guī)定電壓正方向：母線指向線路利用以上差別，可構成差動原理保護。如：縱聯(lián)差動保護；方向高頻保護；保護裝置的組成部分┌──┐ ┌──┐ ┌──┐輸入─→│測量│─→│邏輯│─→│執(zhí)行│─→輸信號 └──┘ └──┘ └──┘ 信↑└整定值對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求選擇性繼電保護動作的選擇性是指保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。d3點短路：6動作：有選擇性； 5動作：無選擇性如果6拒動，5再動作：有選擇性(5作為6的遠后備保護d1點短路：1、2動作：有選擇性； 3、4動作：無選擇性后備保護（本元件主保護拒動時：由前一級保護作為后備叫遠后備.由本元件的另一套保護作為后備叫近后備.速動性障后,為防止并列運行的系統(tǒng)失步,減少用戶在電壓降低情況下工作的時間及故障元件損壞程度，應盡量地快速切除故障。(快速保護:幾個工頻周期，微機保護：30ms以下)時間為最快的可達一般斷路器動作時間為，最快的有。目前常用的無時限整套保護的動作時間表帶方向或不帶方向的電流電壓速斷保護裝置各型距離保護裝置帶方向或不帶方向的電流電壓速斷保護裝置各型距離保護裝置高頻保護裝置線路橫差或縱差保護裝置元件縱差保護裝置靈敏性繼電保護的靈敏性是指保護裝置對于其應保護的范圍內發(fā)生故障的反（↑。一般用靈敏系數(shù)Klm來衡量靈敏度?？煽啃缘谋Ｗo范圍內發(fā)生故障時，應可靠動作;而在不屬于該保護動作的其他任何（主保護對動作快速性要求相對較高；后備保護）繼電保護技術發(fā)展簡史上世紀90年代出現(xiàn)了裝于斷路器上并直接作用于斷路器的一次式的電磁型過電流繼電器，本世紀初，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電器才開始廣泛應用于電力系統(tǒng)的保護。這個時期可認為是繼電保護技術發(fā)展的開端。1901190819102919275050點產生的行波實現(xiàn)快速繼電保護的設想。經(jīng)過20余年的研究，終于誕生了行波保護裝置。顯然，隨著光纖通訊將在電力系統(tǒng)中的大量采用，利用光纖通道的繼電保護必將得到廣泛的應用。以上是繼電保護原理的發(fā)展過程。與此同時，構成繼電保護裝置的元件、材料、保護裝置的結構型式和制造工藝也發(fā)生了巨大的變革.50年代以前的繼電保護裝置都是由電磁型感應型或電動型繼電器組成的這些繼電器統(tǒng)稱為機電式繼電器.50護裝置稱之為電子式靜態(tài)保護裝置.70量采用的時期滿足了當時電力系統(tǒng)向超高壓大容量方向發(fā)展的需要.80后期標志著靜態(tài)繼電保護從第一代(晶體管式)向第二代(集成電路式)的過渡.目前后者已成為靜態(tài)繼電保護裝置的主要形式.6070年代后半期比較完善的微機保護樣機開始投入到電力系統(tǒng)中試運行.80年代微機保護在硬件結構和軟件技術方面已趨于成熟并已在一些國家推廣應用這就是第三代的靜態(tài)繼電保護裝置.微機保護裝置具有巨大的優(yōu)90的應用將成為繼電保護裝置的主要型式.可以說微機保護代表著電力系統(tǒng)繼電保護的未來將成為未來電力系統(tǒng)保護控制運行調度及事故處理的統(tǒng)一計算機系統(tǒng)的組成部分.線路故障分析常見故障分析相間短路這里的“相”指三相對稱制交流電源，是由三個單相交流電源所組成的電源系統(tǒng)——簡稱三相交流電源。我國所采用的供電方式稱為三相四線制交流電源，三相發(fā)電機的繞組作星形連接。各繞組的首端稱端線，端線與端線之間的電壓稱為線電壓。各繞組的末端連接在一起稱中線，與端線之間的電壓稱為相電壓。相間短路是指端線與端線之間未經(jīng)過負載（即用電器）而相連接所造成的電源短路。接地短路在接地系統(tǒng)中，一相接地較大，可能構成系統(tǒng)短路。這時的接地電流叫做接地短路電流。在高壓接地系統(tǒng)中，接地短路電流可能很大。接地短路電流在500A及以下者稱為小接地短路電流系統(tǒng)；接地短路電流 500A以上者均為大接地短路電流系統(tǒng)。3、35KV線路繼電保護的配置護第Ⅱ段電流速斷保護作為主保護，以第Ⅲ段過電流保護作為后備保護。2、單相接地故障的保護方式之一：4.電網(wǎng)相間短路的電流保護35kv三段式過流保護包括：1、瞬時電流速斷保護（簡稱電流速斷保護或電流ⅰ段）2、限時電流速斷保護（電流ⅱ段）3、過電流保護（電流ⅲ段。電流速斷、限時電流速斷和過電流保護都是反應電流增大而動作的保護，它們相互配合構成一整套保護，稱做三段式電流保護，它們的不同是保護范圍不同。三段的區(qū)別主要在于起動電流的選擇原則不同。其中速斷和限時速斷保護是按照躲開某一點的最大短路電流來整定的，而過電流保護是按照躲開最大負荷電流來整定的。1、瞬時電流速斷保護：保護范圍小于被保護線路的全長一般設定為被保護線路的全長的85%2、限時電流速斷保護：保護范圍是被保護線路的全長或下一的全長

3、過電流保護：保護范圍為被保護線路的全長至下一回線路瞬時電流速斷保護動作而構成的保護裝置，稱為電流保護。保護，也可以三段同時采用。瞬時電流速斷保護的工作原理瞬時電流速斷保護又稱Ⅰ段電流保護，它是反應電流增大而能瞬時動作切除故障的電流保護。圖形符號：Ｉ＞流過保護安裝地點的短路電流可用下式表示I(3)k

EsX Xl3s 132-1

EI(2) sk 2 Xs

Xl12-2式中 Es——系統(tǒng)等電源相電勢；Xs——系統(tǒng)等效電源到保護安裝處之間的電抗；X ——線路千米長度的正序電抗；l1——短路點至保護安裝處距離。由式（）、式（）Es

和X是常數(shù)，流過保s護安裝處的短路電流，是短路點至保護安裝處距離l遠（l越大，短路電流值越小。原理接線YT因電流繼電器的觸電容量比較小，若直接接通跳閘回路，會被破壞，而KM～KS瞬時電流速斷保護的整定計算方式和最小運行方式。流過保護安裝處的短路電流最大時的運行方式稱為系統(tǒng)最大運行方式，此時系統(tǒng)阻抗Xs

為最小；反之，當流過保護安裝處的短路電流最小的運行方式稱為系統(tǒng)最小運行方式，此時系統(tǒng)阻抗Xs

為最大。圖—1

k.max

表示最大運行信號圖——1瞬時電流速斷保護原理接線圖瞬時電流速斷保護單相原理接線，如圖（—1）所示，它是由電流繼電器KA信號圖——1瞬時電流速斷保護原理接線圖瞬時電流速斷保護單相原理接線，如圖（—1）所示，它是由電流繼電器KA（測量元件）、中間繼電器KM、信號繼電器KS組成。

k.min

表示最小運行方式下兩相短路電流隨l的變化曲線。設保護1、2分別為線路曲線L1和L2的瞬時電流速斷保護。在線路AB瞬時K21K2點的短路故障。因此，瞬時電流速斷保護1的動作電流應按大于本線路末端短路時流過保護安裝處的最大短路電流來整定，即II KII

（2—rel3）

kB.max式中 II

—保護1無時限電流速斷保護的動作電流，又稱一次動作電流；KIrel

—可靠系數(shù)，考慮到繼電器的整定誤差、短路電流計算誤差和非周期分量的影響等而引入的大于1的系數(shù)，一般取～。I BkB.max大短路電流，一般取次暫態(tài)短路電流周期分量的有效值。瞬時電流速斷保護按式（—1）確定整定值時，保證了在相鄰線路上發(fā)生短1必然不能保護線路全長。同時從圖（—1）還可以看出，瞬時電流速斷保護范圍電流速1電流速1BC2K2IkIk.maxNMI(2)k.minIop1IkB.maxlminllmax圖表——1曲線表示最大運行方式曲線表示最小運行方式1L2K22max

；在最小運行方式下兩相短路時，保護范圍最小為l

。對于短線路，由于min零。瞬時電流速斷保護的選擇性是依靠保護整定值保證的瞬時電流速斷保護的靈敏系數(shù)，是用其最小保護范圍來衡量的，規(guī)程規(guī)定，最小保護范圍l

不應小于線路全長的(15~20)%。min圖（—1）中在最小保護區(qū)末端（交點N）發(fā)生短路故障時，短路電流等于由式（—1）所決定的保護的動作電流，即—4）

I(2) k.min

32 X3s.max

EsXls1min

IIop1 （2解得最小保護長度

3l 1( EsX3

) （2—5）

min

X 2 II1 op1

s.max式中

s.max

—系統(tǒng)最小運行方式下，最大等值電抗；X —輸電線路千米正序電抗。1同理，最大保護區(qū)末端短路時，即II Es—6）

op1

Xs.min

Xl （21max解得最大保護長度

l 1(EsX

) （2—7）

max

X II1 op1

s.min式中

s.max

—系統(tǒng)最大行方式下，最小等值電抗。通常規(guī)定，最大保護范圍不應小于被保護線路的50%，最小保護范圍不應小于被保護線路全長(15~20)%。整定計算：、動作電流I'=K'rel*Es=K'rel*Xs.minXlab37*1000(0.7537*1000(0.750.4*20)*3==二次側電流

II'op.13.052KA30.52AK 100、最大保護范圍為Lmax

1(Es

Xs.min)1(

X1I'op.137*1000

0.75)0.43.052*1000*315.623kmLmax15.623*100%78.12%50%Lab 20滿足要求。最小保護范圍為Lmin

1( Es

Xs.max) 1 (0.4

X I'op.137*1000

3.3.052 *1000 * 312.904kmLmin

12.904

*100%15%Lab 20滿足要求。3)、動作時限：T'1=0限時電流速斷電流保護由于瞬時電流速斷保護不能保護線路全長，當被保護線路末端附近短路時，限時電流速斷保護的工作原理限時電流速斷保護的工作原理，可用圖—1L1L2瞬時電流速斷保護，其動作電流分別為II、IIop1 op2L1L21L1L1動作電流IIIop1

必須小于線路末端的短路電流最小短路電流。IkIk.maxlIIop1

IIIop1

IIop2 lI圖—1 限時電流速斷保護的工作原理t表示?？梢娤迺r電流速斷保護是通過動作值和動作時限來保證選擇性的。限時電流速斷保護的整定計算1IIIop1

應大于保護2的瞬時電流速斷保護的動作電流II，op21 23圖—2寫成等式

I

KIIII （3op1

relop2—1）—2）式中 K 1.3co

IIIop1

K co

kD.max （3IkD.max—變壓器低壓母線D點發(fā)生短路故障時，流過保護安裝最大短路電流。為了保證選擇性，保護1的限時電流速斷保護的動作時限tIIop1

，還要與保護2的瞬時電流速斷保護、保護3的差動（或瞬時電流速斷保護）動作時限tIop2

、tI相配op3合，即tIIop1tII

tIoptI

tt （3op1 op3--5）式中 —時限級差。在～范圍內。靈敏度（3—4）

K sen

Ik.minIIIop對靈敏度的要求：

Ksen

k.minIIII ～Iop如果靈敏系數(shù)不能滿足要求時，一般可用降低保護動作電流的方法來解決，即本線路限時電流速斷保護的啟動電流與相鄰線路的限時速斷相配合。即III

KIIIIIop1

relop2tIItIItop1 op2（3—5）整定計算：1）、動作電流I'op.2K'rel*Ik2.maxK'rel37*10000.4*6037*10000.4*600.75*3

EsXs.minX1.079KAI''op.1K''rel*I'op.21.15*1.0791.241KA二次側電流：

II''op.11.241KA1.241AK 1002T'1T'2&t0.5Ksen

I''k2.minI''op.1

I'''k322I''op.1

EsEs*32(X2.maxX1Lac)I''OP.137*1000*3 (0.90.4*20)*2*31.6751.53）、靈敏度：

1.241K'''rel1.2Kast1Kr0.9限時電流速斷保護的單相原理接線限時電流速斷保護的單相原理接線圖—1所示。它與瞬時電流速斷保護相KTKM長，也能保護相鄰線路的全長，是本線路的近后備和相鄰線路的遠后備保護。QF1長，也能保護相鄰線路的全長，是本線路的近后備和相鄰線路的遠后備保護。QF1QF2QF3t0l圖—1 定時限過電流保護的工作原理及時限特性KA開斷路器。信號K圖—1 限時電流速斷保護單相原理接線圖兩種保護可組合構成線路的主保護。定時限過電流保護定時限過電流保護的工作原理以圖—1123L3123，1233QF31、2顯然要滿足故障切除后，保護1、2立即返回的要求，必須依靠各保護裝置具有不同的動作時限來保證。用t、t1 2

、t3分別表示保護裝置1、2、3的動作時限，則有寫成等式

tt1

tt t2 3

（4—1）定時限時電流保護的整定計算定時限時電流保護的整定計算IkK圖—1定時限過電流保護的動作電流需按以下兩個原則整定：（1）在被保護線路流過最大負荷電流時，保護裝置不應動作。IIIIopIL.max（2）相鄰線路短路故障切除后，保護應可靠返回I Ires.max是固定的，與短路電流大小無關，故此種保護稱為定時限過電流保護。過電流保護的動作電流為

Iop

KIIIKrel Kre

IL.max

（4—2）定時限過電流保護的靈敏度校驗和保護動作時間靈敏度校驗

K Ik.minsen IIII （4—3）op（1）運行方式：短路電流最小的運行方式短路點位置：保護區(qū)末端短路類型：兩相短路電網(wǎng)連接方式：考慮開環(huán)運行，還是閉環(huán)運行。后備保護的靈敏系數(shù)。當定時限過電流保護作