方向电流保护原理设计与计算
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目录
1 方向电流保护原理 ..................................... 1
1.1 具体题目 . .......................................................................................................................... 1
1.2 要完成的内容 . .................................................................................................................. 1 1.3题目分析 . ........................................................................................................................... 1 1.4整定系数的分析与应用 . .................................................................................................... 2
1.4.1可靠系数 . ................................................................................................................. 2 1.4.2灵敏系数 . ................................................................................................................. 3 1.5整定配合的基本原则 . ........................................................................................................ 6
1.5.1 各种保护的通用整定方法 . .................................................................................... 6 1.5.2 阶段式保护的整定 . ................................................................................................ 6 1.6整定计算运行方式的选择原则 . ........................................................................................ 7
1.6.1继电保护整定计算的运行方式依据 ...................................................................... 7 1.6.2 发电机、变压器运行变化限度的选择原则 .......................................................... 7
2 变压器保护整定计算 .................................... 7
2.1变压器保护的配臵原则 . .................................................................................................... 7
2.2 变压器差动保护整定计算 . ............................................................................................... 8
2.2.1对双绕组变压器的计算 . ......................................................................................... 9 2.3 电流元件定值计算 . ........................................................................................................... 9 2.4动作时间整定 . .................................................................................................................. 10
3方向电流保护整定计算 .................................. 10
3.1 各个保护的Ⅰ、Ⅱ段整定计算 . ..................................................................................... 10
3.1.1保护1的Ⅰ、Ⅱ段整定 . ....................................................................................... 10 3.1.2保护4的Ⅰ、Ⅱ段整定 . ....................................................................................... 11 3.2检验是否需安装方向元件 . .............................................................................................. 11 3.3元件的正常工作 . .............................................................................................................. 12
4方向电流保护原理图的绘制 .............................. 13
4.1 动作过程分析 . ................................................................................................................. 14
5心得体会 . ............................................. 14 参考文献 ............................................... 17
1 方向电流保护原理
1.1 具体题目
10．系统接线图如下图，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：
E ϕ=,
Z 1. G 1=Z 2. G 1=Z 1. G 2=Z 2. G 2=10Ω
，
Z 1. G 3=Z 2. G 3=Z 1. G 4=Z 2. G 4=15Ω，Z 0. T 1~Z 0. T 4=8Ω，Z 0. T 1~Z 0. T 4=40Ω，Z 1. T 5=Z 1. T 6=20Ω、Z 0. T 5=Z 0. T 6=20Ω，L A -B =75km ，L B -C =35km , 线路阻
''
抗Z 1=Z 2=0.4km ， Z 0=1.3km ，K ' rel =1. 2，K rel =1.15，对1、2、3、
4进行方向电流保护的设计。
1.2 要完成的内容
本文要完成的内容是对方向性电流保护原理和计算原则的简述，并对方向性各参数进行分析及保护1、2、3、4进行方向电流保护的具体整定计算并注意有关细节。
1.3题目分析
在电力系统中，两侧电源或单相环网的输电线路，在这样的电网中，为切除线路上的故障，线路两侧都装有断路器和相应的保护，如装设过流保护将不能保证动作的选择性。为解决选择性的问题，在原来的电流保护的基础上装设了方向原件（功率方向继电器）。规定：功率的方向由母线流向线路为正，由线路流向母线为负。由功率方向继电器加以判断，当功率方向为正时动作，反之不动。
在电流保护的整定计算中，为什么要引入可靠系数。引入可靠系数的原因是必须考虑实际存在的各种误差的影响，例如：
（1）实际的短路电流可能大于计算值；
（2）对瞬时动作的保护还应考虑短路电流中非周期分量使总电流增大的影响；
（3）电流互感器存在误差；
（4）保护装置中的短路继电器的实际启动电流可能小于整定值。 考虑必要的裕度，从最不利的情况出发，即使同时存在着以上几个因素的影响，也能保证在预定的保护范围以外故障时，保护装置不误动作，因而必须乘以大于1的可靠系数。
1.4整定系数的分析与应用
继电保护的整定值一般通过计算公式计算得出。为使整定值符合电力系统正常运行及故障状态下的规律，达到正确整定的目的，在计算公式中需引入各种整定系数。整定系数应根据保护装臵的构成原理、检测精度、动作速度、整定条件以及电力系统运行特性等因素来选择。
1.4.1可靠系数
由于计算、测量、调试及断电器各项误差的影响，使保护的整定值偏离预定数值，可能引起误动作。为此，整定计算公式中需引入可靠系数用K rel 表示，其整定配合公式为。如图1-1所示。
图1-1系统图
I op . 1 K rel I op . 2
Krel ——可靠系数。
式中I op . 1——所整定保护的动作电流；
I op . 2——所整定保护的下一级保护的动作电流；
可靠系数的取值与各种因素有关:
(1)按短路电流整定的无时限保护, 应选用较大的系数。
（2）按与相邻保护的整定值配合整定的保护，应选较小的系数。 （3）保护动作速度较快时，应选用较大的系数。
（4）不同原理或不同类型的保护之间整定值配合时，应选用较大的系数。 （5）感应型反时限电流、电压保护，因惰性较大，应选用较大的系数。
如感应型反时限保护可靠系数为1.3～1.5；瞬时段或速断电流保护为1.25～1.3；与相邻同类型过电流保护为1.1～1.2
1.4.2灵敏系数
在继电保护的保护范围内发生故障，保护装臵反应的灵敏程度称为灵敏度。灵敏度用灵敏系数K sen 表示。灵敏系数是指在被保护对象的某一指定点发生故障时，故障量与整定值之比。
灵敏系数一般分为主保护灵敏系数和后备保护灵敏系数两种。前者是被保护对象的全部范围而言，后者则是被保护的相邻保护对象的全部范围而言。
灵敏系数在保证安全性的前提下，一般希望越大越好，但在保证可靠动作的基础上规定了下限值作为衡量的标准。不同类型保护的灵敏系数要求不同。由于电流互感器接线形式的不同以及接入保护的相数不同，反应的灵敏度也不同。对于各个检测元件构成的整套保护装臵，因为各个检测元件担任的任务不同，对它们灵敏度的要求也不同，一般应满足：闭锁元件的K sen ＞启动元件的K sen ＞测量元件的K sen 。
选择计算灵敏系数的运行方式和短路类型是至关重要的。选择的恰当与否直接影响对保护效果的评价。因此，一般应以选择常见的不利运行方式为原则。短路保护的最小灵敏系数见表1-2。
表1-2 短路保护的最小灵敏系数
路计算。
2．保护装臵如反应故障时增长的量，其灵敏系数为金属性短路计算值与保护整定值之比；如反应故障时减少的量，则为保护整定值与金属性短路计算值之比。
3．各种类型的保护中，接于全电流和全电压的方向元件的灵敏系数不作规定。
4．本表内未包括的其他类型的保护．其灵敏系数另作规定。
1.5整定配合的基本原则
电力系统中的继电保护是按断路器配臵装设的，因此，继电保护必须按断路器分级进行整定。继电保护的分级是按保护的正方向来划分的，要求按保护的正方向各相邻的上下级保护之间实现配合协调，以达到选择性的目的。这是继电保护整定配合的总原则。
1.5.1 各种保护的通用整定方法
(1)根据保护装臵的构成原理和电力系统运行特点，确 定其整定条件及整定公式中的有关系数。
(2)按整定条件进行初选整定值。按电力系统可能出现 的最小运行方式校验灵敏度，其灵敏系数应满足要求，在满足要求之后即可确定为选定的整定值。若不满足要求，就须重新考虑整定条件和最小运行方式的选择是否恰当，再进一步还可考虑保护装臵的配臵和选型问题，然后，经过重新计算直到选出合适的整定值。
1.5.2 阶段式保护的整定
（1）相邻一上下级保护之间的配合有三个要点：第一， 时间上应有配合。即上一级保护的整定时间应比其相配合的下一级保护的整定时间大一个时间级差△t ，第二，在保护范围上有配合。即对同一故障点而言，上一级保护的灵敏系数应低于下一级保护的灵敏系数。第三，上下级保护的配合一般是按保护正方向进行的，其方向性一般由保护的方向特性或方向元件来保证。
（2）多段保护的整定应按保护段分段进行。第一段(一般指无时限保护段) 保护通常按保护范围不伸出被保护对象的全部范围整定。其余的各段均按上下级保护的对应段进行整定配合。所谓对应段是指上一级保护的二段与下一级保护的一段相对应。
1.6整定计算运行方式的选择原则
电力系统运行方式是保护整定计算基础，整定计算用的运行方式选择合理与否，不仅影响继电保护的保护效果，也会影响继电保护的配臵和选型的正确性，因此要特别重视这一环节。
1.6.1继电保护整定计算的运行方式依据
即正常运行方式和正常检修方式，一般遵循以下原则：
(1)必须考虑检修和故障两种状态的重叠出线，但不考虑多种重叠。
(2)不考虑极少见的特殊方式。因为出现特殊方式的概率较小，不能因为恶化了绝大部分时间的保护效果。必要时，可采取临时性的措施加以解决。
1.6.2 发电机、变压器运行变化限度的选择原则
(1)一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，即一台机组检修时另一台发生故障；当三台以上机组时，应选择其中两台容量较大机组同时停用方式。对水力发电厂的机组，还应结合水库运行特性选择，如调峰、蓄能、用水调节发电等。
(2)一个厂、站母线上无论接有几台变压器，一般应考虑其中容量最大的一台停用，因变压器的运行可靠性很高。但对于发电机一变压器组应服从于发电机的投停变化。
2 变压器保护整定计算
2.1变压器保护的配臵原则
电力变压器继电保护保护装臵的配臵原则： （1）应装设反应内部短路和油面降低的瓦斯保护。
（2）应装设反应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）应装设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(或带有复合电压启动的过电流保护或负序电流保护) 。
（4）为防止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）防止大型变压器过励磁的变压器过励磁保护及过电压保护。
（6）为防止相间短路的变压器阻抗保护。
（7）为防止变压器过负荷的变压器过负荷(信号) 保护。
2.2 变压器差动保护整定计算
微机型差动保护一般采用比率制动特性的差动保护，具备2次谐波制动、5次谐波制动及TA 断线闭锁功能，能可靠躲过励磁涌流，其定值按躲过最大负荷电流条件下流人保护装臵的不平衡电流整定，因此有很高的灵敏度。
二段折线式动作特性的动作方程
I d ≥I OP . 0I ers ≤I res . 0 （2-1）
I d ≥S (I res -I re . 0) +I op . 0I res >I res . 0 （2-2）
式中I d ——差电流；
I res . 0——拐点电流，即开始出现制动作用的最小制动电流；
I op . 0——差动元件的启动电流，也叫最小动作电流；
S——折线的斜率，通常也叫比率制动系数；
I res ——制动电流。
(1)差动最小动作电流按躲过最大负荷条件下流人保护装臵的不平衡电流
I op . min =K re l (K er +∆U +∆m ) I N
I
TA (2-3)
式中N ——变压器额定电流；
n TA ——电流互感器的变比；
K rel ——可靠系数，取1.3～1.5；
K er ——电流互感器的比误差(10P型取0.03x2,5P 型和TP 型取0.01x2) ；
∆m ——电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初始取0.05；
∆U ——变压器调压引起误差，可取调压范围中偏离额定值的最大值(百分
数) 。
在实用计算中可选取op . min =(0.2～0.5) N ，一般不小于0.3N 。
I
I I
I
I rst . 0=(0. 8~1. 0) I N (2-4) (2)起始制动电流res . 0的整定
(3)动作特性折线斜率S 的整定。纵差保护的动作电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。变压器种类不同，不平衡电流计算也有较大差别，下面给出普通双绕组变压器差动保护回路最大不平衡电流unb . max 计算公式。 I
2.2.1对双绕组变压器的计算
I umb . min =(K ap K cc K er +∆U +∆m ) I k . 式中TA (2-5) Kcc ——电流互感器的同型系数，Kcc=1.0；
I k . max ——外部 短路时最大穿越短路周期分量；
K ap ——非周期分量系数，两侧同为TP 级电流互感器取1.0；两侧同为P 级电流互感器取1.5-2.0。
K er 、∆U 、n T A 的含义同式(2-3)，但K rel =1.0。
2.3 电流元件定值计算
按变压器额定电流整定 K rel I op =⨯I N (2-17) K r en
灵敏度校验按变压器低压母线故障时的最小短路电流计算，即 I d . min K sen =I op (2-18)
I 式中d . min ——变压器低压母线故障最小短路电流，计算时尚应考虑变压器
的接线、短路故障的类型及过电流保护的接线方式等因素，取最严重的情况。
要求Kr ≥1.25。
2.4动作时间整定
(1)单侧电源变压器，负荷侧后备保护动作时间与同侧出线保护动作时间配
合，电源侧后备保护动作时间与负荷侧后备保护最长动作时间配合。
(2)多侧电源变压器，各侧的后备保护动作时间与各侧 出线的动作时间相
配合；动作后跳三侧的保护段的动作时间与各侧后备保护的最长动作时间相配合。且在动作时间小的一侧加装方向元件。
3方向电流保护整定计算
3.1 各个保护的Ⅰ、Ⅱ段整定计算
3.1.1保护1的Ⅰ、Ⅱ段整定
最大运行方式为G1、G2全运行，相应的 Z s . min =
最小运行方式为一台电机运行，相应的 Z s . max =
线路A-B 相应的Z d =L AB ⨯Z 1=30Ω
母线B 处三相短路流过保护1的最大电流 Z 1. G 1+Z 1. T 1=9Ω 2Z 1. G 1+Z 1. T 1=18Ω
I d . B . max =E ϕ=3.257kA Z s . min +Z d
保护1 的Ⅰ段定值为
I ' set . 1=K ' rel ⨯I d . B . max =1.2×=3.908kA
线路A-C 相应的Z d =L AC ⨯Z 1=(75+35)*0.4=44Ω
母线C 三相短路流过保护3的最大电流
I d . C . max =E ϕ=2.397kA Z s . min +Z d
保护3 的Ⅰ段定值为 I ' set . 3=K ' rel ⨯I d . C . max =2.876kA
保护1 的Ⅱ段定值为 I ' ' set . 1=K ' ' rel ⨯I ' set . 3=3.307kA
母线B 两相短路流过保护1的最小电流 I d . B . min =
=30Ω) E ϕ=2.292kA(Z d 2Z max +Z d
保护1电流Ⅱ断的灵敏度系数 K ' ' sen . 1=
不满足要求。 I d . B . min 2. 292==0.693
3.1.2保护4的Ⅰ、Ⅱ段整定
最大运行方式为G3、G4全运行，相应的Z s . min =Z 1. G 3+Z 1. T 3=27.5Ω 2
最小运行方式为一台电机运行，相应的 Z s . max =Z 1. G 3+Z 1. T 3=55Ω
E ϕ=3.061kA(Z d 母线B 处三相短路流过保护4的最大电流 I d . B . max =Z s . min +Z d
=14Ω)
保护1 的Ⅰ段定值为I ' set . 1=K ' rel ⨯I d . B . max = 3.673kA
E ϕ=2.209kA(Z d 母线A 三相短路流过保护2的最大电流 I d . A . max =Z s . min +Z d
=30Ω)
保护2 的Ⅰ段定值为
I ' set . 2=K ' rel ⨯I d . A . max =2.651kA
保护4 的Ⅱ段定值为
I ' ' set . 4=K ' ' rel ⨯I ' set . 2=3.048kA
母线B 两相短路流过保护4的最小电流 I d . B . min =
Ω) 3E ϕ=1.594kA(Z d =142Z max +Z d
保护4电流Ⅱ断的灵敏度系数 K ' ' sen . 4=
不满足要求。 I d . B . min 1. 594==0.523
3.2检验是否需安装方向元件
计算母线A 背侧三相短路时流过保护1 的最大短路电流，即
I d . A . max =E ϕ
Z AB +Z BC +Z T 3+Z G 3
2=3=1.776kA 30+14+27. 5
I I 由于d . A .max ＜3.908kA=I ' set . 1，并且d . A .max ＜3.307kA=I ' ' set . 1，故保护1 的
Ⅰ、Ⅱ均不需要加装方向元件。
计算母线C 背侧三相短路时流过保护4的最大短路电流，即
I d . C . max =E ϕ
Z AB +Z BC +Z T 1+Z G 1
2==2.397kA 30+14+9由于I I d . C .max ＜3.673kA=I ' set . 1，并且d . C .max ＜3.048kA=I ' ' set . 4，故保护4的Ⅰ、Ⅱ均不需要加装方向元件。
3.3元件的正常工作
对相间短路电流保护功率方向判别元件而言，当0°＜ϕk ＜90°，使相间短路电流保护功率方向判别元件在一切故障时都能动作的条件为：内角应满足30°＜α＜60°。对某一已经确定了阻抗角的送电线路而言，应采用α=90°-ϕk ，以便短路时获得最大灵敏角。而对零序功率方向判别元件而言，在保护范围内故障时，最大灵敏角ϕsen =-95°~-110°，即内角α一般为95°~110°。 现场测定互感器极性的常用原理图如图2-1所示。一般采用直流电池组配合直流毫安表的简单工具，将电池正极接在互感器的一次同名端，直流电表的红笔（正极）接在二次同名端，当电路接通时一次电流由同名端流入，二次电流由同名端流出，指针向右摆动，稳定后电路断开是指针向左摆动，则同名端标识正确。若指针摆动方向相反，则二次同名端应在另一端。
当电压、电流互感器的同名端（极性）被正确标定以后，按照功率方向元件接线原理图仔细地接入后，还可以采用电压、电流、功率和相角一体化测量仪表进行测量，根据以上电量的幅值、相位关系和各读数值对接线校核。
图2-1 现场测定电流互感器极性的常用原理接线图相间短路的电流保护的功率
4方向电流保护原理图的绘制
方向判别元件与零序功率方向元件的交流接线图分别如图2-2、2-3所示。方向电流保护原理图，如图2-4所示。
图2-2相间短路的电流保护的功率方向判别元件交流接线图
Ⅱ
KT ⅢⅢ0
图 2-3 零序功率方向元件的交流接线图
图2-4 方向电流保护原理图
4.1 动作过程分析
电流继电器和功率继电器才用按相启动方式，当两者都满足时线路才能接通。当系统发生短路时，有本线路所在保护的Ⅰ段切故障。当Ⅰ断拒动或故障时，电流继电器经过延时继电器，延时元件则用于判别是否本线路发生了故障而主保护据动和判别是否相邻元件发生了故障而相邻元件保护或断路器据动，若出现上述举动情况，则延时元件会有输出，使本线断路器跳闸。振荡元件和电压互感器二次断线闭锁元件，分别在系统振荡和电压互感器二次断线时有输出，经非门闭锁保护，可防止保护误动作。发生故障时相应段的保护动作，信号元件动作输出保护动作的报警信号。
整套保护也可用距离保护中第Ⅲ段的测量元件ⅢZ 兼做启动元件，保护中第Ⅰ、Ⅱ段的测量元件ⅠZ 、ⅡZ 整定值可由一个阻抗元件用接点进行切换实现，若测量元件ⅠZ 、ⅡZ 和ⅢZ 无方向性，则需加方向判别元件。整套保护中每相均有启动元件，可以增加保护的可靠性。
5心得体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识, 发现, 提出, 分析和解决实际问题, 锻炼实践能力的重要环节, 是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程. 随着科学技术发展的日新日异，继电保护已经成为当今城市企业和工厂应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学来说掌握
继电保护是十分重要的。回顾起此次继电保护方向电流保护课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关继电保护方向电流保护方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了方向电流保护的识别和测试；熟悉了灵敏度的满足要求和检验是否需安装方向元件；了解了电流保护整定计算的方法；以及如何提高我的计算思维，通过查询资料，也了解了一些电力系统继电保护原理。
我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
参考文献
1 伊项根，曾克娥. 高等学校教材 电力系统继电保护原理与应用（上册）. 武汉：华中科技大学版社，2001.
2 崔家佩，等. 电力系统继电保护与安全自动装置整定计算. 北京：中国电力出版社，1993
3 张保会，伊项根 主编. 电力系统继电保护（第二版）. 北京：中国电力出版社，2010
4 席建国. 电力系统继电保护技术发展历程和前景展望[J]. 黑龙江科技信息, 2009,
5 尹项根主著. 电力系统继电保护原理与应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2004.
方向电流保护原理设计与计算
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1 方向电流保护原理 ..................................... 1
1.1 具体题目 . .......................................................................................................................... 1
1.2 要完成的内容 . .................................................................................................................. 1 1.3题目分析 . ........................................................................................................................... 1 1.4整定系数的分析与应用 . .................................................................................................... 2
1.4.1可靠系数 . ................................................................................................................. 2 1.4.2灵敏系数 . ................................................................................................................. 3 1.5整定配合的基本原则 . ........................................................................................................ 6
1.5.1 各种保护的通用整定方法 . .................................................................................... 6 1.5.2 阶段式保护的整定 . ................................................................................................ 6 1.6整定计算运行方式的选择原则 . ........................................................................................ 7
1.6.1继电保护整定计算的运行方式依据 ...................................................................... 7 1.6.2 发电机、变压器运行变化限度的选择原则 .......................................................... 7
2 变压器保护整定计算 .................................... 7
2.1变压器保护的配臵原则 . .................................................................................................... 7
2.2 变压器差动保护整定计算 . ............................................................................................... 8
2.2.1对双绕组变压器的计算 . ......................................................................................... 9 2.3 电流元件定值计算 . ........................................................................................................... 9 2.4动作时间整定 . .................................................................................................................. 10
3方向电流保护整定计算 .................................. 10
3.1 各个保护的Ⅰ、Ⅱ段整定计算 . ..................................................................................... 10
3.1.1保护1的Ⅰ、Ⅱ段整定 . ....................................................................................... 10 3.1.2保护4的Ⅰ、Ⅱ段整定 . ....................................................................................... 11 3.2检验是否需安装方向元件 . .............................................................................................. 11 3.3元件的正常工作 . .............................................................................................................. 12
4方向电流保护原理图的绘制 .............................. 13
4.1 动作过程分析 . ................................................................................................................. 14
5心得体会 . ............................................. 14 参考文献 ............................................... 17
1 方向电流保护原理
1.1 具体题目
10．系统接线图如下图，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：
E ϕ=,
Z 1. G 1=Z 2. G 1=Z 1. G 2=Z 2. G 2=10Ω
，
Z 1. G 3=Z 2. G 3=Z 1. G 4=Z 2. G 4=15Ω，Z 0. T 1~Z 0. T 4=8Ω，Z 0. T 1~Z 0. T 4=40Ω，Z 1. T 5=Z 1. T 6=20Ω、Z 0. T 5=Z 0. T 6=20Ω，L A -B =75km ，L B -C =35km , 线路阻
''
抗Z 1=Z 2=0.4km ， Z 0=1.3km ，K ' rel =1. 2，K rel =1.15，对1、2、3、
4进行方向电流保护的设计。
1.2 要完成的内容
本文要完成的内容是对方向性电流保护原理和计算原则的简述，并对方向性各参数进行分析及保护1、2、3、4进行方向电流保护的具体整定计算并注意有关细节。
1.3题目分析
在电力系统中，两侧电源或单相环网的输电线路，在这样的电网中，为切除线路上的故障，线路两侧都装有断路器和相应的保护，如装设过流保护将不能保证动作的选择性。为解决选择性的问题，在原来的电流保护的基础上装设了方向原件（功率方向继电器）。规定：功率的方向由母线流向线路为正，由线路流向母线为负。由功率方向继电器加以判断，当功率方向为正时动作，反之不动。
在电流保护的整定计算中，为什么要引入可靠系数。引入可靠系数的原因是必须考虑实际存在的各种误差的影响，例如：
（1）实际的短路电流可能大于计算值；
（2）对瞬时动作的保护还应考虑短路电流中非周期分量使总电流增大的影响；
（3）电流互感器存在误差；
（4）保护装置中的短路继电器的实际启动电流可能小于整定值。 考虑必要的裕度，从最不利的情况出发，即使同时存在着以上几个因素的影响，也能保证在预定的保护范围以外故障时，保护装置不误动作，因而必须乘以大于1的可靠系数。
1.4整定系数的分析与应用
继电保护的整定值一般通过计算公式计算得出。为使整定值符合电力系统正常运行及故障状态下的规律，达到正确整定的目的，在计算公式中需引入各种整定系数。整定系数应根据保护装臵的构成原理、检测精度、动作速度、整定条件以及电力系统运行特性等因素来选择。
1.4.1可靠系数
由于计算、测量、调试及断电器各项误差的影响，使保护的整定值偏离预定数值，可能引起误动作。为此，整定计算公式中需引入可靠系数用K rel 表示，其整定配合公式为。如图1-1所示。
图1-1系统图
I op . 1 K rel I op . 2
Krel ——可靠系数。
式中I op . 1——所整定保护的动作电流；
I op . 2——所整定保护的下一级保护的动作电流；
可靠系数的取值与各种因素有关:
(1)按短路电流整定的无时限保护, 应选用较大的系数。
（2）按与相邻保护的整定值配合整定的保护，应选较小的系数。 （3）保护动作速度较快时，应选用较大的系数。
（4）不同原理或不同类型的保护之间整定值配合时，应选用较大的系数。 （5）感应型反时限电流、电压保护，因惰性较大，应选用较大的系数。
如感应型反时限保护可靠系数为1.3～1.5；瞬时段或速断电流保护为1.25～1.3；与相邻同类型过电流保护为1.1～1.2
1.4.2灵敏系数
在继电保护的保护范围内发生故障，保护装臵反应的灵敏程度称为灵敏度。灵敏度用灵敏系数K sen 表示。灵敏系数是指在被保护对象的某一指定点发生故障时，故障量与整定值之比。
灵敏系数一般分为主保护灵敏系数和后备保护灵敏系数两种。前者是被保护对象的全部范围而言，后者则是被保护的相邻保护对象的全部范围而言。
灵敏系数在保证安全性的前提下，一般希望越大越好，但在保证可靠动作的基础上规定了下限值作为衡量的标准。不同类型保护的灵敏系数要求不同。由于电流互感器接线形式的不同以及接入保护的相数不同，反应的灵敏度也不同。对于各个检测元件构成的整套保护装臵，因为各个检测元件担任的任务不同，对它们灵敏度的要求也不同，一般应满足：闭锁元件的K sen ＞启动元件的K sen ＞测量元件的K sen 。
选择计算灵敏系数的运行方式和短路类型是至关重要的。选择的恰当与否直接影响对保护效果的评价。因此，一般应以选择常见的不利运行方式为原则。短路保护的最小灵敏系数见表1-2。
表1-2 短路保护的最小灵敏系数
路计算。
2．保护装臵如反应故障时增长的量，其灵敏系数为金属性短路计算值与保护整定值之比；如反应故障时减少的量，则为保护整定值与金属性短路计算值之比。
3．各种类型的保护中，接于全电流和全电压的方向元件的灵敏系数不作规定。
4．本表内未包括的其他类型的保护．其灵敏系数另作规定。
1.5整定配合的基本原则
电力系统中的继电保护是按断路器配臵装设的，因此，继电保护必须按断路器分级进行整定。继电保护的分级是按保护的正方向来划分的，要求按保护的正方向各相邻的上下级保护之间实现配合协调，以达到选择性的目的。这是继电保护整定配合的总原则。
1.5.1 各种保护的通用整定方法
(1)根据保护装臵的构成原理和电力系统运行特点，确 定其整定条件及整定公式中的有关系数。
(2)按整定条件进行初选整定值。按电力系统可能出现 的最小运行方式校验灵敏度，其灵敏系数应满足要求，在满足要求之后即可确定为选定的整定值。若不满足要求，就须重新考虑整定条件和最小运行方式的选择是否恰当，再进一步还可考虑保护装臵的配臵和选型问题，然后，经过重新计算直到选出合适的整定值。
1.5.2 阶段式保护的整定
（1）相邻一上下级保护之间的配合有三个要点：第一， 时间上应有配合。即上一级保护的整定时间应比其相配合的下一级保护的整定时间大一个时间级差△t ，第二，在保护范围上有配合。即对同一故障点而言，上一级保护的灵敏系数应低于下一级保护的灵敏系数。第三，上下级保护的配合一般是按保护正方向进行的，其方向性一般由保护的方向特性或方向元件来保证。
（2）多段保护的整定应按保护段分段进行。第一段(一般指无时限保护段) 保护通常按保护范围不伸出被保护对象的全部范围整定。其余的各段均按上下级保护的对应段进行整定配合。所谓对应段是指上一级保护的二段与下一级保护的一段相对应。
1.6整定计算运行方式的选择原则
电力系统运行方式是保护整定计算基础，整定计算用的运行方式选择合理与否，不仅影响继电保护的保护效果，也会影响继电保护的配臵和选型的正确性，因此要特别重视这一环节。
1.6.1继电保护整定计算的运行方式依据
即正常运行方式和正常检修方式，一般遵循以下原则：
(1)必须考虑检修和故障两种状态的重叠出线，但不考虑多种重叠。
(2)不考虑极少见的特殊方式。因为出现特殊方式的概率较小，不能因为恶化了绝大部分时间的保护效果。必要时，可采取临时性的措施加以解决。
1.6.2 发电机、变压器运行变化限度的选择原则
(1)一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，即一台机组检修时另一台发生故障；当三台以上机组时，应选择其中两台容量较大机组同时停用方式。对水力发电厂的机组，还应结合水库运行特性选择，如调峰、蓄能、用水调节发电等。
(2)一个厂、站母线上无论接有几台变压器，一般应考虑其中容量最大的一台停用，因变压器的运行可靠性很高。但对于发电机一变压器组应服从于发电机的投停变化。
2 变压器保护整定计算
2.1变压器保护的配臵原则
电力变压器继电保护保护装臵的配臵原则： （1）应装设反应内部短路和油面降低的瓦斯保护。
（2）应装设反应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）应装设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(或带有复合电压启动的过电流保护或负序电流保护) 。
（4）为防止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）防止大型变压器过励磁的变压器过励磁保护及过电压保护。
（6）为防止相间短路的变压器阻抗保护。
（7）为防止变压器过负荷的变压器过负荷(信号) 保护。
2.2 变压器差动保护整定计算
微机型差动保护一般采用比率制动特性的差动保护，具备2次谐波制动、5次谐波制动及TA 断线闭锁功能，能可靠躲过励磁涌流，其定值按躲过最大负荷电流条件下流人保护装臵的不平衡电流整定，因此有很高的灵敏度。
二段折线式动作特性的动作方程
I d ≥I OP . 0I ers ≤I res . 0 （2-1）
I d ≥S (I res -I re . 0) +I op . 0I res >I res . 0 （2-2）
式中I d ——差电流；
I res . 0——拐点电流，即开始出现制动作用的最小制动电流；
I op . 0——差动元件的启动电流，也叫最小动作电流；
S——折线的斜率，通常也叫比率制动系数；
I res ——制动电流。
(1)差动最小动作电流按躲过最大负荷条件下流人保护装臵的不平衡电流
I op . min =K re l (K er +∆U +∆m ) I N
I
TA (2-3)
式中N ——变压器额定电流；
n TA ——电流互感器的变比；
K rel ——可靠系数，取1.3～1.5；
K er ——电流互感器的比误差(10P型取0.03x2,5P 型和TP 型取0.01x2) ；
∆m ——电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初始取0.05；
∆U ——变压器调压引起误差，可取调压范围中偏离额定值的最大值(百分
数) 。
在实用计算中可选取op . min =(0.2～0.5) N ，一般不小于0.3N 。
I
I I
I
I rst . 0=(0. 8~1. 0) I N (2-4) (2)起始制动电流res . 0的整定
(3)动作特性折线斜率S 的整定。纵差保护的动作电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。变压器种类不同，不平衡电流计算也有较大差别，下面给出普通双绕组变压器差动保护回路最大不平衡电流unb . max 计算公式。 I
2.2.1对双绕组变压器的计算
I umb . min =(K ap K cc K er +∆U +∆m ) I k . 式中TA (2-5) Kcc ——电流互感器的同型系数，Kcc=1.0；
I k . max ——外部 短路时最大穿越短路周期分量；
K ap ——非周期分量系数，两侧同为TP 级电流互感器取1.0；两侧同为P 级电流互感器取1.5-2.0。
K er 、∆U 、n T A 的含义同式(2-3)，但K rel =1.0。
2.3 电流元件定值计算
按变压器额定电流整定 K rel I op =⨯I N (2-17) K r en
灵敏度校验按变压器低压母线故障时的最小短路电流计算，即 I d . min K sen =I op (2-18)
I 式中d . min ——变压器低压母线故障最小短路电流，计算时尚应考虑变压器
的接线、短路故障的类型及过电流保护的接线方式等因素，取最严重的情况。
要求Kr ≥1.25。
2.4动作时间整定
(1)单侧电源变压器，负荷侧后备保护动作时间与同侧出线保护动作时间配
合，电源侧后备保护动作时间与负荷侧后备保护最长动作时间配合。
(2)多侧电源变压器，各侧的后备保护动作时间与各侧 出线的动作时间相
配合；动作后跳三侧的保护段的动作时间与各侧后备保护的最长动作时间相配合。且在动作时间小的一侧加装方向元件。
3方向电流保护整定计算
3.1 各个保护的Ⅰ、Ⅱ段整定计算
3.1.1保护1的Ⅰ、Ⅱ段整定
最大运行方式为G1、G2全运行，相应的 Z s . min =
最小运行方式为一台电机运行，相应的 Z s . max =
线路A-B 相应的Z d =L AB ⨯Z 1=30Ω
母线B 处三相短路流过保护1的最大电流 Z 1. G 1+Z 1. T 1=9Ω 2Z 1. G 1+Z 1. T 1=18Ω
I d . B . max =E ϕ=3.257kA Z s . min +Z d
保护1 的Ⅰ段定值为
I ' set . 1=K ' rel ⨯I d . B . max =1.2×=3.908kA
线路A-C 相应的Z d =L AC ⨯Z 1=(75+35)*0.4=44Ω
母线C 三相短路流过保护3的最大电流
I d . C . max =E ϕ=2.397kA Z s . min +Z d
保护3 的Ⅰ段定值为 I ' set . 3=K ' rel ⨯I d . C . max =2.876kA
保护1 的Ⅱ段定值为 I ' ' set . 1=K ' ' rel ⨯I ' set . 3=3.307kA
母线B 两相短路流过保护1的最小电流 I d . B . min =
=30Ω) E ϕ=2.292kA(Z d 2Z max +Z d
保护1电流Ⅱ断的灵敏度系数 K ' ' sen . 1=
不满足要求。 I d . B . min 2. 292==0.693
3.1.2保护4的Ⅰ、Ⅱ段整定
最大运行方式为G3、G4全运行，相应的Z s . min =Z 1. G 3+Z 1. T 3=27.5Ω 2
最小运行方式为一台电机运行，相应的 Z s . max =Z 1. G 3+Z 1. T 3=55Ω
E ϕ=3.061kA(Z d 母线B 处三相短路流过保护4的最大电流 I d . B . max =Z s . min +Z d
=14Ω)
保护1 的Ⅰ段定值为I ' set . 1=K ' rel ⨯I d . B . max = 3.673kA
E ϕ=2.209kA(Z d 母线A 三相短路流过保护2的最大电流 I d . A . max =Z s . min +Z d
=30Ω)
保护2 的Ⅰ段定值为
I ' set . 2=K ' rel ⨯I d . A . max =2.651kA
保护4 的Ⅱ段定值为
I ' ' set . 4=K ' ' rel ⨯I ' set . 2=3.048kA
母线B 两相短路流过保护4的最小电流 I d . B . min =
Ω) 3E ϕ=1.594kA(Z d =142Z max +Z d
保护4电流Ⅱ断的灵敏度系数 K ' ' sen . 4=
不满足要求。 I d . B . min 1. 594==0.523
3.2检验是否需安装方向元件
计算母线A 背侧三相短路时流过保护1 的最大短路电流，即
I d . A . max =E ϕ
Z AB +Z BC +Z T 3+Z G 3
2=3=1.776kA 30+14+27. 5
I I 由于d . A .max ＜3.908kA=I ' set . 1，并且d . A .max ＜3.307kA=I ' ' set . 1，故保护1 的
Ⅰ、Ⅱ均不需要加装方向元件。
计算母线C 背侧三相短路时流过保护4的最大短路电流，即
I d . C . max =E ϕ
Z AB +Z BC +Z T 1+Z G 1
2==2.397kA 30+14+9由于I I d . C .max ＜3.673kA=I ' set . 1，并且d . C .max ＜3.048kA=I ' ' set . 4，故保护4的Ⅰ、Ⅱ均不需要加装方向元件。
3.3元件的正常工作
对相间短路电流保护功率方向判别元件而言，当0°＜ϕk ＜90°，使相间短路电流保护功率方向判别元件在一切故障时都能动作的条件为：内角应满足30°＜α＜60°。对某一已经确定了阻抗角的送电线路而言，应采用α=90°-ϕk ，以便短路时获得最大灵敏角。而对零序功率方向判别元件而言，在保护范围内故障时，最大灵敏角ϕsen =-95°~-110°，即内角α一般为95°~110°。 现场测定互感器极性的常用原理图如图2-1所示。一般采用直流电池组配合直流毫安表的简单工具，将电池正极接在互感器的一次同名端，直流电表的红笔（正极）接在二次同名端，当电路接通时一次电流由同名端流入，二次电流由同名端流出，指针向右摆动，稳定后电路断开是指针向左摆动，则同名端标识正确。若指针摆动方向相反，则二次同名端应在另一端。
当电压、电流互感器的同名端（极性）被正确标定以后，按照功率方向元件接线原理图仔细地接入后，还可以采用电压、电流、功率和相角一体化测量仪表进行测量，根据以上电量的幅值、相位关系和各读数值对接线校核。
图2-1 现场测定电流互感器极性的常用原理接线图相间短路的电流保护的功率
4方向电流保护原理图的绘制
方向判别元件与零序功率方向元件的交流接线图分别如图2-2、2-3所示。方向电流保护原理图，如图2-4所示。
图2-2相间短路的电流保护的功率方向判别元件交流接线图
Ⅱ
KT ⅢⅢ0
图 2-3 零序功率方向元件的交流接线图
图2-4 方向电流保护原理图
4.1 动作过程分析
电流继电器和功率继电器才用按相启动方式，当两者都满足时线路才能接通。当系统发生短路时，有本线路所在保护的Ⅰ段切故障。当Ⅰ断拒动或故障时，电流继电器经过延时继电器，延时元件则用于判别是否本线路发生了故障而主保护据动和判别是否相邻元件发生了故障而相邻元件保护或断路器据动，若出现上述举动情况，则延时元件会有输出，使本线断路器跳闸。振荡元件和电压互感器二次断线闭锁元件，分别在系统振荡和电压互感器二次断线时有输出，经非门闭锁保护，可防止保护误动作。发生故障时相应段的保护动作，信号元件动作输出保护动作的报警信号。
整套保护也可用距离保护中第Ⅲ段的测量元件ⅢZ 兼做启动元件，保护中第Ⅰ、Ⅱ段的测量元件ⅠZ 、ⅡZ 整定值可由一个阻抗元件用接点进行切换实现，若测量元件ⅠZ 、ⅡZ 和ⅢZ 无方向性，则需加方向判别元件。整套保护中每相均有启动元件，可以增加保护的可靠性。
5心得体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识, 发现, 提出, 分析和解决实际问题, 锻炼实践能力的重要环节, 是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程. 随着科学技术发展的日新日异，继电保护已经成为当今城市企业和工厂应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学来说掌握
继电保护是十分重要的。回顾起此次继电保护方向电流保护课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关继电保护方向电流保护方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了方向电流保护的识别和测试；熟悉了灵敏度的满足要求和检验是否需安装方向元件；了解了电流保护整定计算的方法；以及如何提高我的计算思维，通过查询资料，也了解了一些电力系统继电保护原理。
我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
参考文献
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