35KV变电站继电保护课程设计

机电工程系

《电力系统自动化》课程设计

（ 07 级本科 2 班）

专 业 电气工程及其自动化 姓 名： 杨生林 学号： 0714232 指导教师： 王立东 职称： 讲师 完成日期： 2010 年 12 月 1 日

- 1 -

目录

摘要 ................................................................................................................................. 3 Abstract ......................................................................................................................... 3 第一章 引言 ................................................................................................................... 4 第二章 电力系统自动化的一般概念 ......................................................................... 5

2.1简介 ....................................................................................................................................... 5 2.2主要领域 ............................................................................................................................... 6 2.3电力系统信息自动化传输系统 ......................................................................................... 6

第三章 本课程设计主要任务 ...................................................................................... 7 第四章 课程设计的目的 .............................................................................................. 7 第五章 电力系统自动化课程设计任务书 ............................................................... 7

5.1课程设计题目 ...................................................................................................................... 7 5.2课程设计考核方法及成绩评定 ......................................................................................... 7 5.3设计报告的主要内容包括： ............................................................................................. 7

第六章 课程设计的内容及过程.................................................................................. 8

6.1 对主变、线路保护配置的要求 ........................................................................................ 8

6.1.1变压器保护的配置 .................................................................................................. 8 6.1.2 35kV及以下中性点非直接接地电网中线路保护配置 ...................................... 8 6.2主变、线路保护的选型及装置介绍 ................................................................................. 9

6.2.1主变保护的选型及装置介绍 ................................................................................. 9 6.2.2线路保护的选型及装置介绍 ...............................................................................10 6.3主变和线路主保护、后备保护的整定计算原则 .......................................................... 11

6.3.1主变整定计算原则 ................................................................................................ 11 6.3.2比率制动式纵差保护的整定原则 ....................................................................... 11 6.3.3相间短路后备保护 ................................................................................................17 6.3.4接地短路后备保护 ................................................................................................20 6.3.5过负荷保护 ............................................................................................................20 6.3.6非电量保护 ............................................................................................................21 6.4线路主保护、后备保护整定原则 ...................................................................................21

6.4.1.单侧电源输电线路相间短路的电流电压保护 .................................................21

第七章 课程设计总结 ................................................................................................ 26 致 谢 ....................................................................................................................... 26 参考文献 ....................................................................................................................... 27

- 2 -

摘要

随着科学技术的飞速发展，继电保护器在35kV变电站中的应用也越来越广泛，它不仅保护着设备本身的安全，而且还保障了生产的正常进行，因此，做好继电保护的整定对于保障设备安全和生产的正常进行是十分重要的。继电保护装置广泛应用于电力系统、农网和小型发电系统，是电网及电气设备安全可靠运行的保证。加强继电保护管理，健全沟通渠道，加强继电保护定值整定档案管理是提高继电保护定值整定的必要措施。

本论文围绕35kV变电站的保护整定计算展开分析和讨论，重点设计了电力系统基本常识以及需要系数法计算负荷、电力网接线方案的选择原则、短路电流的计算、变压器和线路的继电保护配置以及无功功率补偿等。同时介绍了主设备差动保护的整定算法，电气主接线的设计、做出短路点的等效电路图，对设备保护进行了相应的选择与校验。通过比较各个接线方式的优缺点，确定变电站的主接线方式。

关键词：变电站、短路电流、无功功率补偿、整定计算

Abstract

As science and technology in recent years. in computer supervision control substations relay saver 35kv the application of more widely, and it is not only protects the safety of the device itself and ensure the normal, therefore, relay the protection of the whole set of equipment to ensure the safety and production of a normal operation is very important. The network and small power system, network and electrical equipment to ensure safe operation of strengthen protection and

management, relay improve communications, protect the value will relay the records management is to enhance protection for the relay the value of the necessary measures.

35kv this paper on the protection of fixed parts of the whole calculated on the analysis and discussion, the power system designs basic knowledge and needs of the law, the grid computing load the program of principles and short-circuit current computing and transformers and circuit of the relay to protect the configuration and no compensation

- 3 -

for loss of work. . Also introduced the protection of the facilities to move the whole fixed electrical wiring, and the design and make a short circuit diagrams and the equivalent of the equipment protection was appropriate and verification. by comparing all the way of substations, establish Strengths and weaknesses approach of the operator. Key words: Substation、Short-circuit current、Reactive power compensation、Setting calculation

第一章 引言

电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路。在发生短路时可能产生以下的后果： 1. 通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏； 2. 短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或

缩短它们的使用寿命；

3. 电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂

产品质量；

4. 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振动，甚至使整个系统瓦解；

电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。例如，因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高（一般又称过负荷），就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能发展成故障。此外，系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。

故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。

系统事故的发生，除了由于自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般者是由于设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不

- 4 -

当而引起的。因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可能大大减少事故发生的机率，把事故消灭在发生之前。

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。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。在电力式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器已被电力元件计算机所代替，但仍沿用此名称。在电业部门常用继电保护一词泛指继电保护技术式由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置一词则指各种具体的装置。

继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是： 1. 自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于

继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；

2. 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常

值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，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，以免不必要的动作和由于干扰。

第二章 电力系统自动化的一般概念

2.1简介

对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制,系统和元件的自动安全保护,网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化多限于单项自动装置，

- 5 -

且以安全保护和过程自动调节为主。例如,电网和发电机的各种继电保护,汽轮机的危急保安器,锅炉的安全阀,汽轮机转速和发电机电压的自动调节,并网的自动同期装置等。50～60年代, 电力系统规模发展到上千万千瓦,单机容量超过20万千瓦,并形成区域联网，在系统稳定、经济调度和综合自动化方面提出了新的要求。厂内自动化方面开始采用机、炉、电单元式集中控制。系统开始装设模拟式调频装置和以离线计算为基础的经济功率分配装置，并广泛采用远动通信技术。各种新型自动装置如晶体管保护装置、可控硅励磁调节器、电气液压式调速器等得到推广使用。70～80年代，以计算机为主体配有功能齐全的整套软硬件的电网实时监控系统 (SCADA)开始出现。20万千瓦以上大型火力。 2.2主要领域

按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面,并形成一个分层分级的自动化系统(见图)。区域调度中心、区域变电站和区域性电厂组成最低层次；中间层次由省(市)调度中心、枢纽变电站和直属电厂组成，由总调度中心构成最高层次。而在每个层次中，电厂、变电站、配电网络等又构成多级控制。 2.3电力系统信息自动化传输系统

电力系统信息自动传输系统 简称远动系统。其功能是实现调度中心和发电厂变电站间的实时信息传输。自动传输系统由远动装置和远动通道组成。远动通道有微波、载波、高频、声频和光导通信等多种形式。远动装置按功能分为遥测、遥信、遥控三类。把厂站的模拟量通过变换输送到位于调度中心的接收端并加以显示的过程称为遥测。把厂站的开关量输送到接收端并加以显示的过程称为遥信。把调度端的控制和调节信号输送到位于厂站的接收端实现对调节对象的控制的过程，称为遥控或遥调。远动装置按组成方式可分为布线逻辑式远动装置和存储程序式逻辑装置。前者由硬件逻辑电路以固定接线方式实现其功能，后者是一种计算机化的远动装置。

- 6 -

第三章 本课程设计主要任务

(1) 本课程设计的主要任务是完成变电站继电保护的分析和处理。 (2) 本课程设计的主要内容有：①变电站继电保护的原理概述;②对继电保护的接线方式做了描述；③完成设计报告。

第四章 课程设计的目的

（1）变电站继电保护的分析和处理；

（2）通过课程设计，熟练掌握继电保护的整定计算和灵敏度的校验； （3）通过课程设计，培养解决实际问题的能力，为今后的学习打下基础； （4）通过课程设计，熟练掌握资料的查询（图书、网络）的方法，同时使电力网继电保护原理课程中所获得的知识在工程设计工作中综合地加以应用，从而使理论知识和实践结合起来。

第五章 电力系统自动化课程设计任务书

5.1课程设计题目

某变电站继电保护设计。 5.2课程设计考核方法及成绩评定

课程设计结束时学生必须写出设计报告，课程设计成绩分三部分。 1、现场考核：考察学生分析问题的能力，占成绩20%。 2、书面考核：考察课程设计报告的质量，占成绩60%。 3、纪律考核：考察学生的出勤情况和工作态度，占成绩20%。 5.3设计报告的主要内容包括：

报告统一采用A4纸打印，其版面要求如下：页边距：上为2.2，下为2.2，左为2.5，右为2.2；页眉页脚均为1.1；文档网格“制定行和字符网格”，字符每行39，行为每页35.字体要求：每部分的标题统一用四号，正文用小四。设计内容布置按下面格式进行。 目录：

设计中文摘要及摘要英文翻译

- 7 -

1、引言

2、电力系统自动化的一般概念 3、本课程设计的主要任务 4、课程设计的目的 5、课程设计任务书 6、课程设计内容及过程 7、课程设计总结 8、参考文献

第六章 课程设计的内容及过程

6.1 对主变、线路保护配置的要求 6.1.1变压器保护的配置

变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行，特别是大容量变压器，一旦因故障而损坏造成的损失就更大。因此必须针对变压器的故障和异常工作情况，根据其容量和重要程度，装设动作可靠，性能良好的继电保护装置。一般包括：

1. 反映内部短路和油面降低的非电量（气体）保护，又称瓦斯保护。 2. 反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护，或电流速断保护。

3. 作为变压器外部相间短路和内部短路的后备保护的过电流保护（或带有复合电压起动的过电流保护或负序电流保护或阻抗保护）。

4. 反映中性点直接接地系统中外部接地短路的变压器零序电流保护。 5. 反映大型变压器过励磁的变压器过励磁保护及过电压保护。 6. 反映变压器过负荷的变压器过负荷（信号）保护。 7. 反映变压器非全相运行的非全相保护。

6.1.2 35kV及以下中性点非直接接地电网中线路保护配置

35kV（包括66kV）有以下中性点非直接接地电网线路的相间短路保护必须动作于断路器跳闸，单相接地时，由于接地电流小，三相电压仍能保持平衡，

- 8 -

对用户没有很大影响。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。 相间短路的电流、电压保护

根据有关规程，相间短路保护应该按下列原则配置：

(1) 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。 (2) 采用远后备保护方式。

(3) 线路上发生短路时，如厂用电或重要用户的母线电压低于50%~60%额定

电压时，应快速切除故障，以保证非故障部分的电动机能继续运行。 相间短路的电流电压保护通常是三段式保护。第Ⅰ段为无时限电流速断保护或无时限电流闭锁电压速断保护；第Ⅱ段为带时限电流速断保护或带时限电流闭锁电压速断保护；第Ⅲ段为过电流保护或低电压闭锁的过电流保护。但根据被保护线路在电网中的地位，在能满足选择性、灵敏性和速动性的前提下，也可只装设Ⅰ、Ⅲ段，Ⅱ、Ⅲ段或只装设第Ⅲ段保护。 单相接地零序电流保护

中性点非直接接地系统发生单相接地时，由于接地电流小，一般只在发电厂和变电所的母线上装设单相接地监视装置。 短线路纵差动保护

3~4km及以下的短线路（包括110kV及以上电压等级），无论是采用电流电压保护还是采用距离保护，常常都不能满足选择性、灵敏性和速动性的要求。在这种线路上经常需要采用纵差动保护以适应系统运行的需要。发电厂厂用电源线（包括带电抗器的电源线），一般距离较短，宜装设纵联差动保护。 6.2主变、线路保护的选型及装置介绍 6.2.1主变保护的选型及装置介绍

1．本变电所主变主保护采用带加强型速饱和变流器的差动继电器BCH-2型差动继电器构成变压器纵联差动保护。

2．本变电所主变的相间短路后备保护采用过电流保护和复合电压起动的过电

- 9 -

流保护。

3．本变电所主变的电源侧采用过负荷保护。

4．本变电所主变非电量保护采用瓦斯保护和温度、压力保护。 6.2.2线路保护的选型及装置介绍

1．本变电所线路的主保护采用瞬时电流速断保护。

瞬时电流速断保护动作特性分析图和瞬时电流速断保护原理接线图分别如图1、2所示。

2．本变电所线路的后备保护采用定时限过电流保护。

定时限过电流保护单相原理接线图和定时限过电流保护工作原理图分别如图3、4所示。

图3-1 瞬时电流速断保护动作特性分析图

图3-2 瞬时电流速断保护原理接线图

- 10 -

图3-3 定时限过电流保护单相原理接线图

图3-4 定时限过电流保护工作原理图

6.3主变和线路主保护、后备保护的整定计算原则 6.3.1主变整定计算原则 1.差动速断保护的定值整定

为了加速切除变压器严重的内部故障，常常增设差动速断保护，其动作电流按照避越励磁涌流来整定。即按躲过变压器空载合闸最大励磁涌流来整定，一般取6~8倍的一次侧额定电流。

IK.opKrelIe.max 式（1） 式中 Ie.max——变压器实际的最大励磁涌流（二次值）； Krel——可靠系统，可取为1.15~1.30。 6.3.2比率制动式纵差保护的整定原则

(1)按平均电压（变压器额定电压及变压器最大额定容量）计算各侧二次额定电流，完成主变电流互感器参数、额定电流、平衡系数的计算。

- 11 -

1)一次侧额定电流

IN1SN3UN

式中 SN——变压器额定容量。由设计任务书知为40MVA； UN——变压器各侧额定电压； 2)选择电流互感器变比为

nTACalKjxIN5

式中 Kjx——为电流互感器接线系数。当三角形接线时，Kjx3；当为

星形接线时，Kjx1。

选择标准变比nTAnTACal 3)二次侧额定电流

IN2KjxIN1nTA

式中 Kjx——为电流互感器接线系数。当三角形接线时，Kjx3；当为

星形接线时，Kjx1。

(2)计算各侧外部短路时的短路电流值

按短路电流计算方法进行各侧短路电流值的计算 (3)计算差动保护的动作电流

按下述条件计算差动保护的动作电流，并选取最大者。

1)按躲过变压器空投时和外部故障切除后电压恢复时变压器产生的励磁涌流计算，即

IdzKkIeb 式（2）

- 12 -

式中 Idz——保护动作电流；

； Ieb——变压器额定电流（折算至基本侧）

Kk——可靠系数，取1.3。

2)按躲过外部短路时的最大不平衡电流计算，即

IdzKkIbp

式中 Ibp——不平衡电流；

Kk——可靠系数，取1.3。

对于三绕组变压器两侧均有电源时

IbpIbp) 式（3） IdzKkIbpKk(IbpKfzqKtxfiId.max 其中 IbpUId().maxUId().max IbpfzdⅠIdⅠ,maxfzdⅡIdⅡ,max Ibp——由于电流互感器误差引起的不平衡电流； 式中 Ibp——由变压器分接头改变引起的不平衡电流； Ibp Ktx——电流互感器同型系数。同型号时，Ktx=0.5;不同型号时，

Ktx=1；

U,U——在变压器两侧（，及侧）因有调压分接头引起的相对误

差，一般可取调整范围之半；

- 13 -

Id.max——最大外部短路电流；

Id(),Id()——在所计算的外部短路时，流过调压侧相应电流互感器的短

路电流周期分量值；

流过所计算的Ⅰ、Ⅱ侧相应电流互IdⅠ,max,IdⅡ,max——在所计算的外部短路时，

感器的短路电流；

fzdⅠ,fzdⅡ——继电器整定匝数与计算匝数不等所引起的相对误差。 相对误差计算公式为

fWph.jsWph.syWph.jsWcd.sy

式中 Wph.js——平衡线圈计算匝数；

Wph.sy——平衡线圈实用匝数； Wcd.sy——差动线圈实用匝数。

因为在开始计算动作电流时，故可先采用中间值（0.05，fⅠ,fⅡ是未知的，最大值为0.09），并取fⅠIdⅠ,max及fⅡIdⅡ,max两项均为正值进行计算。

当三绕组变压器仅一侧有电源时，式（3）中的各短路电流为同一值Id.max。若外部短路电流不流过某一侧，则式中相应项为零。 3)按躲过电流互感器二次回路断线时计算，即

Idz1.3Ifh.max

式中 Ifh.max——正常运行时变压器的最大负荷电流。当不能确定时，采用

变压器额定电流。

- 14 -

计算中，各侧所有的短路电流均应归算到基本侧。这样求出的是基本侧的动作电流计算值（Idz.jb.js）。

选用上述三条件算得的保护动作电流的最大值作为计算值。 (4)基本侧继电器线圈匝数计算

三绕组变压器基本侧直接接差动线圈，其余两侧接相应的平衡绕圈。 基本侧继电器动作电流计算为

Idzj.jb.js(Idzj.bh.jb.jsKjx)/nLH.jb 式中 Idzj.jb.js——基本侧继电器动作电流计算值； Idz.jb.js——基本侧保护动作计算值； nLH.jb——基本侧电流互感器变比； Kjx——电流互感器的接线系数。 基本侧继电器线圈匝数（差动线圈匝数）计算为 Wg.jb.jsWcd.jsAW0Idzj.jb.js60Idzj.jb.js

式中 AW0——继电器的动作安匝，一般可用实测值。若无此值，可采

用额定值，即AW060；

。接继电器线圈Wcd.js——差动线圈匝数计算值（直接接基本侧）

实有抽头，选用较计算值小而相近的抽头匝数，作为差动线圈的整定匝数（Wcd.z）。

基本侧实际的继电器动作电流计算为

- 15 -

Idzj.jbAW0 Wcd.z 保护的实际动作电流计算 Idz.jbIdzj.jbnLH Kjx 式中 nLH——电流互感器变比；

Kjx——为电流互感器接线系数。当三角形接线时，Kjx3；

当为星形接线时，Kjx1。

(5)非基本侧工作线圈匝数和平衡线圈匝数计算 A.平衡线圈匝数计算 对于三绕组变压器为 Wph.fj.jsIe2.jbIe2.fjIe2.fjWcd.z

非基本侧的平衡线圈按四舍五入进行。 B.非基本侧工作线圈匝数

Wg.fj.zWph.fj.zWcd.z （6）确定相对误差，即 fWph.jsWph.syWph.jsWcd.sy 式（4）

若f0.05则以上计算有效（按绝对值进行比较）；若f0.05，则应根据f的实际值代入重新计算动作电流。 KlmKconIk.min2

Iop.b式中 Ik.min——变压器内部故障时，归算至基本侧总的最小短路电流；若

- 16 -

为单电源变压器，应为归算至电源侧的最小短路电流；

Kcon——接线系数；

Iop.b——基本侧保护一次动作电流；若为单侧电源变压器，应为电

源侧保护一次动作电流。

如果灵敏度约为2，且算出的f小于初算时采用的0.05，而动作电流又是按躲过外部短路时的不平衡电流决定，则可按灵敏度条件选择动作电流，检查此电流是否满足励磁涌流、电流互感器二次回路断线的要求。然后确定各线圈的计算匝数和整定匝数，按式（4）求出f，再按式（3）作精确计算。在上述计算中若不满足选择性要求，则可改用其他特性的差动继电器。 6.3.3相间短路后备保护

为防止外部相间短路引起的变压器过电流及作为变压器保护的后备，变压器配置相间短路的后备保护。保护动作后，应带时限动作于跳闸。规程规定：过电流保护宜用于降压变压器；复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护，宜用于升压变、系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。 （1）过电流保护 1）动作电流的整定原则

A．按躲过变压器可能的最大负荷电流整定为 Ik.opKrelIlo.ama xKre式中 Krel——可靠系数，一般取1.2~1.3；

Kre——返回系数，取0.85~0.95(静态继电器取较大值)；

Ilo.amax——变压器最大负荷电流二次值。当为n台变压器并列运行时，

应考虑其中一台大变压器 突然断开后，该整定变压器可能

- 17 -

增加的负荷电流。当n台变压器同容量时，Iloa.max（IT.n为变压器的额定电流二次值）。

nIT.nn1B．按躲过降压变压器低压侧电动机起动时的最大自起动电流（二次值）整定为

Ik.opKrelKssIloa.max Kre式中 Kss——自起动系数，对36kV及以上压等级负荷，取1.5~2;对6~10kV

电压级负荷，取1.5~2.5.

C．按躲过变压器低压母线自动投入负荷时的总负荷整定。即 Ik.opKrelIloa.maxKssIlo.a 式中 Krel——可靠系数，取1.2；

max Ilo.a——正常运行时最大负荷电流（二次值）；

Iloa.a——自动投入部分的负荷电流（二次值）； Kss——自动投入负荷的自起动系数。

D．按与相邻保护相配合。其中： A）与分断断路器过电流保护配合时 Ik.op1.1Ik.op.QIloa

式中 Ik.op.Q——分段断路器过电流保护的动作电流（二次值）； Iloa——变压器所在母线分段的正常负荷电流（二次值）。

- 18 -

B）与变压器低压侧出线保护配合时

Ik.opKrelIk.op.n

式中 Krel——可靠系数，一般取1.2~1.5；

Ik.op.n——出线保护动作电流二次值，应取各出线中最大值。

选择以上诸Ik.op中最大者作为变压器过电流保护的动作电流。 2）灵敏度校验

按变压器低压母线故障时的最小短路电流二次值Ik(2).min计算

Ik(.2m)in Ksen

Ik.op要求Ksen2.0。

（2）复合电压起动的过电流保护 1）电流元件动作电流

按变压器额定电流整定 IopKrelIN Kre式中 IN——变压器的额定电流。 2）低电压继电器动作电压

按躲过正常运行时母线的最低工作电压（如电动机自起动时）整定，根据运行经验，可取

Uk.op0.7UTn/nTV

式中 UTn——变压器额定线电压二次值；

- 19 -

nTV——电压互感器变比； Uk.op——通常取70V。 3）负序电压继电器的动作电压

按躲过正常运行时的最大不平衡电压整定。

U2.op0.06UTn/nTV 式中 U2.op——通常取6V。 4）灵敏系数

KsenU2.min

U2.op式中 U2.min——相邻元件末端两相金属性短路时保护安装处最小负序电压

二次值。

要求Ksen1.5。 5）动作时间

（3）变压器的零序电流保护

对降压变压器，如果中、低压侧没有电源（无发电机）时，即使中性点接地运行，其中性点的零序电流保护也没必要运行。 6.3.4接地短路后备保护

在中性点直接接地系统中，接地短路是常见的故障形式，所以处于该系统中的变压器要装设接地（零序）保护，以反映变压器高压绕组、引出线上的接地短路，并作为变压器主保护和相邻母线、线路接地保护的后备保护。

对降压变压器，如果中、低压侧没有电源（无发电机）时，即使中性点接地运行，其中性点的零序电流保护也没必要运行。 6.3.5过负荷保护

对于降压变压器，双绕组变压器的过负荷保护装在高压侧。单侧电源的三

- 20 -

绕组降压变压器，过负荷保护装在电源侧和绕组容量较小的一侧；若三侧容量相同，过负荷保护仅在电源侧装设。两侧电源的三绕组变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。 6.3.6非电量保护

变压器非电量保护主要包括瓦斯保护、温度及压力保护等。

由于非保护动作量不需电气量运算。通常根据运行经验、测试等方法获得。 （1）瓦斯保护

瓦斯保护是油浸式变压器的主保护之一。当变压器壳内故障产生轻微气体或油面下降时，轻瓦斯保护应瞬时动作于信号；当变压器壳内故产生大量气体时，重瓦斯保护应动作于断开变压器各侧断路器。

带负荷调节器压的油浸式变压器的调压装置，也应装设瓦斯保护。轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于断开变压器各侧断路器。 （2）变压器湿度及压力保护

对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器标准的要求，装设可作用于信号式动作于跳闸的装置。 6.4线路主保护、后备保护整定原则

6.4.1.单侧电源输电线路相间短路的电流电压保护 (1)瞬时（无时限）电流速断保护 1)整定计算

瞬时电流速断保护（又称第Ⅰ段电流保护）它是反映电流升高,不带时限动作的一种电流保护。

在单侧电源辐射形电网各线路的始端装设有瞬时电流速断保护。当系统电源电势一定，线路上任一点发生短路故障时，短路电流的大小与短路点至电源之间的电抗（忽略电阻）及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点的短路电流为

Ik3Es

XsX1l- 21 -

Ik2Es3 2XsX1l式中 Es——系统等效电源相电势；

Xs——系统等效电源到保护安装处之间的电抗； X1——线路单位公里长度的正序电抗； l——短路点至保护安装处的距离，km。

电流速断保护的动作电流可按大于本线路末端短路时流过保护安装处的最大短路电流来整定，即

Ⅰ IⅠop1KrelIkB.max

式中 IⅠop1——保护装置Ⅰ段瞬时电流速断保护的动作电流，又称一

次动作电流；

KⅠrel——可靠系数，考虑到继电器的整定误差、短路电流计算

误差和非周期分量的影响等而引入的大于1的系数，一般取1.2~1.3;

IkB.max——被保护线路末端B母线上三相短路时流过保护安装处

的最大短路电流，一般取次暂态短路电流周期分量的有效值。

2)灵敏系数的校验

瞬时电流速断保护的灵敏系数，是用其最小保护范围来衡量的，规程规定，最小保护范围lmin不应小于线路全长的15%~20%。 解式（1）得最小保护长度 lmin13Es(Xs.max) X12IⅠop1- 22 -

式中 Xs.max——系统最小运行方式下，最大等值电抗，； X1——输电线路单位公里正序电抗，/km。 同理，解式（2）得最大保护区 lmax1Es(Xs.mi)n X1IⅠop1式中 Xs.min——系统最大运行方式下，最小等值电抗，；

通常规定，最大保护范围lmax50%l（l为被保护线路长度），最小保护范围lmin(15%~20%)l时，才能装设瞬时电流速断保护。 (2)限时电流速断保护

由于瞬时电流速断保护不能保护线路全长，因此可增加一段带时限的电流速断保护（又称第Ⅱ段电流保护）。用以保护瞬时电流速断保护保护不到的那段线路，因此，要求限时电流速断保护应能保护线路全长。 1)整定计算

限时电流速断保护的动作电流IⅡop1应大于相邻支路的瞬时电流速断保护

ⅡⅠ的动作电流IⅠop2，即Iop1Iop2，写成等式为

ⅡⅠ IⅡop1KrelIop2

式中 KⅡrel——配合系数，因考虑短路电流非周期分量已经衰减，一般取

1.1~1.2。

2)灵敏系数的校验

其计算公式为 KsenIk.min ⅡIop- 23 -

式中 Ik.min——在被保护线路末端短路时，流过保护安装处的最小短路电流；

IⅡop——被保护线路的限时电流速断保护的动作电流。 规程规定，Ksen1.3~1.5。 3)时限整定

Ⅱ为了保证选择性，保护1的限时电流速断保护的动作时限t1，还要与保护

2的瞬时电流速断保护、保护3的差动保护（或瞬时电流速断保护）动作时限tⅠ2、

tⅠ3相配合，即

Ⅱt1tⅠ2t

Ⅱt1tⅠ3t

式中 t——时限级差。

对于不同型式的断路器及保护装置，t在0.3~0.6s范围内。 (3)定时限过电流保护 1)整定计算

定时限过电流保护动作电流整定一般应按以下两个原则来确定： A.在被保护线路通过最大正常负荷电流时，保护装置不应动作，即

Ⅲ Iop1IL.max

B.为保证在相邻线路上的短路故障切除后，保护能可靠地返回，保护装置的返回电流Ire应大于外部短路故障切除后流过保护装置的最大自起动电流Is.max，即

IreIs.max

- 24 -

根据第B条件，过电流保护的整定式为 Iop1ⅢⅢKrelKssIL.max

KreⅢ式中 Krel——可靠系数，取1.15~1.25；

Kss——负荷自起动系数，由电网电压及负荷性质所决定，取2~5；

Kre——返回系数，与保护类型有关。电流继电器的返回系数

一般取0.85~0.95；

IL.max——最大负荷电流。 2)灵敏系数的校验

其计算公式为 KsenIk.min ⅢIop 当过电流保护作为本线路主保护的近后备保护时，Ik.min应采用最小运行方式下，本线路末端两相短路的短路电流来进行校验，要求Ksen1.3~1.5；当过电流保护作为相邻线路的远后备保护时，Ik.min应采用最小运行方式下，相邻线路末端两相短路时的短路电流来进行校验，要求Ksen1.2；作为y,d连接的变压器远后备保护时，短路类型应根据过电流保护接线而定。 3)时限整定

为了保证选择性，过电流保护的动作时限按阶梯原则进行整定，这个原则是从用户到电源的各保护装置的动作时限逐级增加一个t。

在一般情况下，对于线路Ln的定时限过电流保护动作时限整定的一般表

- 25 -

达式为

tnt(n1).maxt

式中 tn——线路Ln过电流保护的动作时间，s；

t(n1).max——由线路Ln供电的母线上所接的线路、变压器的过电流保护最长

动作时间，

第七章 课程设计总结

本次的课程设计，培养了我综合应用电力系统课程及其他课程的理论知识和理论联系实际，应用生产实际知识解决工程实际问题的能力；在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，决了许多个人无法解决的问题；在今后的学习过程中更加努力和团结。在这次课程设计作业的过程中由于理论基础知识掌握得不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，还望老师批评指正。

致 谢

首先感谢指导教师让我有机会接触到了电力系统继电保护设计，在学习电力系统继电保护设计的过程中使我对电力系统的知识有了一个更深刻、更全面的理解。他严谨的治学态度，引导式的教学方法有助于我学习修养的提高，这对我而言将是受益终身的。

感谢和我共同在一起工作和学习的同事和同学，在我徘徊不前、束手无策时是他们给予了我及时的鼓励以及在生活学习上所给予的支持和帮助。

最后，深深地感谢我的家人、好朋友，是你们在我感到压抑和不愉快时与我倾心的交谈让我得以把路更好的走下去，你们的无私与宽容是我前进的巨大动力。

再一次向我的指导教师致以崇高的敬意！

- 26 -

参考文献

[1] 韩笑.电气工程专业毕业设计指南——继电保护分册.北京：中国水利水电出

版社，2003.P50-158

[2] 崔家佩，孟庆炎，陈永芳，熊炳耀.电力系统继电保护与安全自动装置整定

计算.北京：水利电力出版社，2002年.P194-226，P548-589.

[3] 许建安，连晶晶.继电保护技术.北京：中国水利水电出版社，2004.7.P8-20，

P183-211.

[4] 李火元.电力系统继电保护与自动装置（第二版）.北京：中国电力出版社，

2006.P65-220.

[5] 尹项根，曾克娥.电力系统继电保护原理与应用（上册）.武汉：华中科技大 学出版社，2001年5月.P70-87,P278-294.

[6] 贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理.北京：水利电力出版社，1985

年.P9-56,P170-188.

[7] 何仰赞，温增银，汪馥瑛，周勤慧.电力系统分析（上）.华中理工大学出版

社，1996年7月.P1-42.

[8] 西安交通大学 李光琦.电力系统暂态分析（第二版）.北京：中国电力出版

社，1995.5(1998重印).P18-93.

- 27 -

机电工程系本科生课程设计成绩评定表

姓 名 专业、班级 性别 男 学 电气工程及其自动化07级（1）班 课程设计题目：35KV变电站继电保护课程设计 课程设计内容提要（1）本设计为35KV降压变电所。主变容量为6300KVA，电压等级为35/10KV； （2）搜集原始资料； （3）电气主接线的设计、做出短路点的等效电路图； （4）对设备保护进行了相应的选择与校验； （5）对短路电流的整定与计算； （6）主变继电保护整定计算及继电器选择； （7）通过比较各个接线方式的优缺点，确定变电站的主接线方式。 成绩评定依据考核指标 学习态度认真,遵守纪律 设计分析合理性 设计方案可行性,创造性 设计结果正确性 设计报告的规范性 总分 分值 10 20 30 30 10 得分 指导教师评语成绩： 指导教师（签名）： 年 月 日

- 28 -