电力系统保护与控制课程设计报告摘要本文针对110kV输电线路进行了继电保护的设计，采用了电流电压保护的方法，首先确定了系统分别在最大运行方式和最小运行方式下的等值阻抗，并计算了各相间短路的最大最小短路电流。
接着，计算了保护1、2、3的电流保护定值，并计算了各自的最小保护范围。
在接着，对保护2、3进行限时电流速断保护定值的计算及其灵敏度校验，并确定其动作时限。
然后对保护1、2、3进行过电流保护定值计算及其灵敏度校验，并确定各段保护的动作时限。
最后，绘制了电磁式三段式电流保护原理图和展开图，并详细分析其动作过程。
关键词：电流电压保护；三段式电流保护；灵敏度目录1绪论 (3)1.1继电保护的作用 (3)1.2对继电保护的基本要求 (3)1.3原始资料 (4)1.3.1系统接线图如图： (4)1.3.2 课程设计的内容及技术参数参见下表 (4)1.3.3 工作计划： (5)2 输电线路电流保护整定计算 (6)2.1 保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗 (6)2.1.1 最大运行方式 (6)2.3 电流I段整定计算及灵敏度校验 (8)2.4 电流II段整定计算及灵敏度校验 (12)2.4.1保护2的整定 (12)2.4.2保护3的整定 (13)3 电流保护原理图的绘制及其动作过程分析 (17)3．1电流三段式保护原理图 (17)3.2 电磁式电流三段式保护展开图 (19)4 课程设计总结 (20)5 参考文献 (21)1绪论1.1继电保护的作用随着自动化技术的发展，电力系统的正常运行、故障期间以及故障后的回复过程中，许多控制操作日趋高度自动化。
这些控制操作的技术与装备大致可以分为两类，一类是通常理解的“电力系统自动化”，另一类是当电网或电气设备发生故障，或出现影响安全运行的异常情况时，自动切除故障设备和消除异常情况的技术与装备。
其特点是动作速度快，其性质是非调节性的，这就是通常理解的“电力系统继电保护与安全自动装置”。
其作用是，一自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，是故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；二是反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作与发出信号或跳闸。
此时一般不要求迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。
1.2对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，即可靠性（安全性和信赖性）、选择性、速动性和灵敏性。
这几“性”之间，紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力元件的继电保护，充分发挥和利用继电保护的科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、确定性和经济性发挥最大效能。
可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能的最基本要求。
继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能持续安全地运行。
1.3原始资料设计题目四：输电线路电流电压保护设计（4） 1.3.1系统接线图如图：1.3.2 课程设计的内容及技术参数参见下表设计技术参数 工作量,15,3/1151Ω==G X kV E φ,20,1532Ω=Ω=G G X XL1=L2=60km,L3=40km, LB-C=40km,LC-D=50km, LD-E=30km,线路阻抗0.4Ω/km,2.1=I rel K ,=∏rel K 15.1=I ∏rel K ,最大负荷电流IB-C.Lmax=300A, IC-D.Lmax=260A, ID-E.Lmax=140A,电动机自启动系数Kss=1.5，电流继电器返回系数Kre=0.85。
最大运行方式：三台发电机及线路1.确定保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗。
2.进行C 母线、D 母线、E 母线相间短路的最大、最小短路电流的计算。
3.整定保护1、2、3的电流速断保护定值，并计算各自的最小保护范围。
4.整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度。
5.整定保护1、2、3的过电流保护定值，假定母线E 过电流保护动作时限为0.5s ，确定保护1、2、3过电流保护的动作时限，校验保护1作近后备，保护2、3作远后备的灵敏度。
6．绘制三段式电流保护原理接线图。
并分析动作过程。
7、采用MATLAB 建立系统模型进行仿真分析。
BA G 123L 3LLEDCGG 98 7654系统接线图1.3.3 工作计划：第一天：收集资料，确定设计方案。
第二天：等值电抗计算、短路电流计算。
第三天：电流I段整定计算及灵敏度校验。
第四天：电流II段整定计算及灵敏度校验。
第五天：电流III段整定计算及灵敏度校验。
第六天：绘制保护原理图。
第七、八天：MATLAB建模仿真分析。
第九天：撰写说明书。
第十天：课设总结，迎接答辩。
2 输电线路电流保护整定计算2.1 保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗2.1.1 最大运行方式在最大运行方式下，三台发电机及线路L1、L2、L3同时投入运行，等值阻抗如图2.1所示。
XG1 XL1XG2 XL2XG3 XL3 XB_C XC_D XD_E图2.1 最大运行方式等值阻抗X G1=15ΩX G2=15ΩX G3=20ΩX L1=60×0.4Ω=24ΩX L2=60×0.4Ω=24ΩX L3=40×0.4Ω=16ΩX BC=40×0.4Ω=16ΩX CD=50×0.4Ω=20ΩX DE=30×0.4Ω=12ΩX3min=(X G1//X G2+X L1//X L2)//( X G3+X L3)=(15 //15+24//24)//(20+16)=12.65Ω2.1.2最小运行方式根据原始资料，最小运行方式就是，在最大运行方式的基础上让G2、L2退出运行，等值阻抗如图2.2XG1 XL1XB_C XC_D XD_EXG3 XL3图2.2 最小运行方式等值阻抗其中X 2max =(X G1+X L1)//( X G3+X L3)=(15 +24)//(20+16)=18.72Ω2．2 相间短路的最大、最小短路电流的计算C 母线最大短路电流：I KCmax (3)=E ϕX 3min +X BC=115/√312.65+16kA =2.32kAC 母线最小短路电流:I KCmin (2)=√32E ϕX 2max +X BC=√32115/√318.72+16kA=1.66kAD 母线最大短路电流:I KDmax(3)=E ϕX 3min +X BC +X CD=115/√312.65+16+20kA =1.37kAD 母线最小短路电流:I KDmin (2)=√32E ϕX 2max +X BC +X CD=√32115/√318.72+16+20kA=1.05kAE 母线最大短路电流:I KEmax (3)=E ϕX 3min +X BC +X CD +X DE=115/√312.65+16+20+12kA =1.09kAE 母线最小短路电流I KEmin (2)=√32E ϕX 2max +X BC +X CD +X DE=√32115/√312.65+16+20+12kA=0.95kA表2-2-1 短路电流计算结果2.3 电流I 段整定计算及灵敏度校验无时限电流速断保护依靠动作电流来保证选择性，被保护线路外部短路时流过该保护的电流总是小于其动作值，不能动作；而只有在保护范围内段录制，流过保护的电流有可能大于动作值，是该保护动作。
且无时限电流速断保护的作用是保证在任何情况下无时限切除本线路上的故障。
保护1：I op1Ι=K rel Ι.I KEmax (3)=1.2×1.09kA =1.308kA 保护2：I op2Ι=K rel Ι.I KDmax (3)=1.2×1.37kA =1.644kA 保护3：I op1Ι=K rel Ι.I KCmax (3)=1.2×2.32kA =2.784kA在已知保护的动作电流后，大于一次动作电流的短路电流对应的短路点区域，就是保护范围。
保护的范围随运行方式、故障类型的变化而变化，最小的保护范围在系统最小运行方式下两相短路时出现。
一般情况下，应按这种运行方式和故障类型来校验保护的最小范围，要求大于被保护线路全长的15%～20%。
保护1的最小保护范围：x 1l 1min =√32·E ϕI op1Ι−(X 3max +X BC +X CD ) =√32·115√3⁄1.308−(18.72+16+20) =−10.76Ω保护2的最小保护范围：x 2l 2min=√32·E ϕI op2Ι−(X 3max +X BC ) =√32·115√3⁄1.644−(18.72+16)=0.257Ω 保护3的最小保护范围：x 3l 3min=√32·E ϕI op3Ι−(X 3max ) =√32·115√3⁄2.784−(18.72)=1.93Ω 因为保护1：K sen1Ι=x 1l 1min X DE ×100%=−89.67%<15% 保护2：K sen2Ι=x 2l 2min X CD ×100%=1.285%<15% 保护3：K sen3Ι=x 3l 3min X BC×100%=12.06%<15%均不满足灵敏度，所以均不合格,需重新整定。
由系统接线图可知，E 母线为系统最末端母线，保护1的电流速断保护按保护范围为全长的30%整定也不会引起误动，因此按保护范围为全长的20%整定。
保护1：x 1l 1min =30%·X DE =30%×12Ω=3.6ΩI op1Ι=√32·E ϕX 2max +X CD +X DE +x 1l 1min=√32·115√3⁄18.72+16+20+3.6=0.986kA因为I op1Ⅲ=K rel ⅢK ss K re·I DE.Lmax =1.15×1.50.85×0.14=0.284kA ＜I op1Ι故该整定值符合灵敏度要求，且保护1的最小保护范围为3.6Ω。
保护2：由于按躲开本线路末端的最大短路电流来整定得到的启动电流不符合灵敏度要求，因此降低整定值，增加动作时限，以保证该保护的可靠性。
在此按躲开下一段线路20%处的最大短路电流来整定。
DE 线路20%处最大短路电流：I KDE1(3)=E ϕX 3min +X BC+X CD +0.2X DE=115/√312.65+16+20+2.4kA =1.301kAI op2Ι=K rel Ι.I KDE1(3)=1.2×1.301kA =1.561kA校验：保护2的最小保护范围：x 2l 2min =√32·E ϕI op2Ι−(X 3max +X BC ) =√32·115√3⁄1.561−(18.72+16)=2.115Ω 由于K sen2Ι=x 2l 2min X CD×100%=10.58%<15%灵敏度不符合要求，需重新整定。