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《电力系统继电保护》课 程 设 计
〔2025 届本科〕
题
目：
三段式电流保护课程设计
学
院：
物理与机电工程学院
专
业：
电气工程及其自动化
作者姓名：
指导教师： 职称：
完成日期： 2025 年 12 月 25 日
摘要
本次课程设计以电网的某条线路为例进展了三段式电流保护的分析设计。重点进展了电路的化简，求各节点短路电流，继电保护中电流保护整定值的具体计算，并对计算出的数值进展灵敏度校验。由于题中所给局部数据缺失，保护3 限时电流速断未进展整定计算。
关键字：继电保护；电流保护
名目
设计原始资料 1
具体题目 1
设计要考虑的问题 2
设计规程 2
短路电流计算规程 2
保护方式的选取及整定计算 3
设计的保护配置 3
主保护配置 3
后备保护配置 3
短路电流计算 3
等效电路的建立 3
保护短路点及短路点的选取 4
短路电流的计算 5
最大运行方式短路电流计算 5
最小运行方式短路电流计算 5
保护的协作及整定计算 6
主保护的整定计算 6
动作电流的整定 6
原理图及开放图的的绘制 8
原理接线图 8
沟通回路开放图 8
直流回路开放图 9
继电器的选择 9
保护的评价 11
参考文献 12
1 设计原始资料
具体题目
如下图网络，过电流保护 1、2、3 的最大负荷电流分别为 300、400、500A，𝐸𝜑 = 37/√3𝐾𝑉，
𝑍 = ，𝐾Ⅰ =，𝐾Ⅱ =，𝐾,Ⅲ=，𝐾
=，𝐾
=；𝐿
=40Km，
1 rel
rel
rel
ss res
𝐴𝐵
𝐿𝐵𝐶 =60Km,𝑍𝑇=72Ω。𝑡=𝑡=，𝑡=1s。𝑍 = 3Ω，𝑍=5 Ω。
1
M
G
A
C
5
4
3
T
D
2
M
B
图 系统网络图
试对线路 AB、BC 的保护 3、4 进展电流保护的设计。
要完成的内容
保护的配置及选择；
短路电流计算〔系统运行方式的考虑、短路点的考虑、短路类型的考虑〕；
保护协作及整定计算；
保护原理开放图及开放图的设计；
对保护的评价。
2 设计要考虑的问题
设计规程
短路电流计算规程
在打算保护方式前，必需较具体地计算各短路点短路时，流过有关保护的短路电流， 然后依据计算结果，在满足《继电保护和自动装置技术规程》和题目给定的要求条件下， 尽可能承受简洁的保护方式。其计算步骤及留意事项如下。
系统运行方式的考虑
除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必需考虑在设备检修或故障切除的状况下，发生短路时流过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的整定值和保护灵敏度。在需承受电流电压联锁速断保护时，还必需考虑系统的正常运行方式。
短路点的考虑
求不同保护的整定值和灵敏度时，应留意短路点的选择。假设要绘制短路电流、电压与距离的关系曲线，每一条线路上的短路点至少要取三点，即线路的始端、中点和末端三点。
短路类型的考虑
相间短路保护的整定计算应取系统最大运行方式下三相短路电流，以作动作电流整定之用；而在系统最小运行方式下计算两相短路电流，以作计算灵敏度之用。短路的计算选用三相短路或两相短路进展计算均可，由于对保护所取的剩余而言，三相短路和两相短路的剩余数值一样。
假设承受电流电压连锁速断保护，系统运行方式应承受正常运行方式下的短路电流和电压的数值作为整定之用。
短路电流列表
为了便于整定计算时查考每一点的短路时保护安装处的短路电流和，将计算结果列成表格。
流过保护安装处的短路电流应考虑后备保护的计算，即列出本线路各短路点短路时 流过保护安装处的短路电流，还要列出相邻线路各点短路时流过保护安装处的短路电流。
计算短路电流时，用标幺值或用知名值均可，可依据题目的数据，用较简洁的方法计算。
保护方式的选取及整定计算
承受什么保护方式，主要视其能否满足规程的要求。能满足要求时，所承受的保护就可承受；不能满足要求时，就必需实行措施使其符合要求或改用其他保护方式。
选用保护方式时，首先考虑承受最简洁的保护，以便提高保护的牢靠性。当承受简洁保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，则可承受较简单的保护方式。
选用保护方式时，可先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。
当承受的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时，允许承受自动重合闸来校正选择性或加速保护动作。
当灵敏度不能满足要求时，在满足速动性的前下，可考虑利用保护的相继动作，以提高保护的灵敏性。
在用动作电流、电压或动作时间能保证选择性时，不要承受方向元件以简化保护。后备保护的动作电流必需协作，要保证较靠近电源的上一元件保护的动作电流大于
下一元件保护的动作电流，且有肯定的裕度，以保证选择性。
设计的保护配置
主保护配置
在满足线路灵敏度要求的状况下，选用三段式电流保护作为主保护。假设灵敏度不满足要求时应选用三段式距离保护作为主保护。
后备保护配置
过电流保护作为本线路的近后备保护和相邻线路远后备保护。
3 短路电流计算
等效电路的建立
由可得,线路的总阻抗的计算公式为
Z = 𝑍1𝐿
其中：𝑍1—线路单位长度阻抗；
L —线路长度。
所以，将数据代入公式()可得各段线路的线路阻抗分别为
𝑍𝐴𝐵 = 𝑍1 × 𝐿𝐴𝐵 =×40=16(Ω)
𝑍𝐵𝐶 = 𝑍1 × 𝐿𝐵𝐶 =×60=24(Ω) 经分析可知，对保护 3 最大运行方式即阻抗最小时，有
𝑍=𝑍 + 𝑍AB =3+16=19(Ω) 对保护 4 最大运行方式即阻抗最小时，有
𝑍=𝑍=3 (Ω) 式中 𝑋—最大运行方式下的阻抗值；
同理，对于保护 3，最小运行方式即阻抗值最大，分析可知在只有𝑋𝐴𝐵 和𝑋𝐵𝐶 运行， 相应地有
𝑍𝑠.3.𝑚𝑎𝑥 = 𝑍+𝑍𝐴𝐵 =5+16=21(Ω)
对于保护 4，最小运行方式即阻抗值最大，分析可知在只有𝑋𝐴𝐵 运行，相应地有
𝑍𝑠.4.𝑚𝑎𝑥 = 𝑍=5 (Ω)
由此可得最大运行方式等效电路如图 所示，最小运行方式等效电路图如图 所示。
3Ω
A
16Ω
B
24Ω
C
图 最大运行方式等效电路图
5Ω
A
16Ω
B
24Ω
C
图 最小运行方式等效电路图
保护短路点及短路点的选取选取 B、C 点进展计算。
短路电流的计算
最大运行方式短路电流计算
在最大运行方式下流过保护元件的最大短路电流的公式为
𝐼 = 𝐸𝜑
= 𝐾
𝐸𝜑
𝐾.𝑚𝑎𝑥
E
𝑍𝛴
𝜑 𝑍𝑠𝑍 𝛴
式中 j—系统等效电源的相电动势；
Z
k —短路点至保护安装处之间的阻抗；
Z
s —保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；
3
Kj—短路类型系数、三相短路取 1，两相短路取 2 。
对于保护 3 等值电路图如图 所示，母线C 最大运行方式下发生三相短路电流保护的最大短路电流为
𝐼 =
𝐸𝜑
= 𝐾
𝐸𝜑
=1× 37/√3=
𝐾.𝐶.𝑚𝑎𝑥
𝑍𝛴
𝜑 𝑍𝑠3..𝑚𝑖𝑛𝑍
𝐵𝐶
1924
对于保护 4 等值电路图如图 所示，母线 B 最大运行方式下发生三相短路电流保
护的最大短路电流为
𝐼 = 𝐸𝜑
= 𝐾
𝐸𝜑
= 1 × 37/√3=
𝐾。𝐵。𝑚𝑎𝑥
𝑍𝛴
𝜑 𝑍𝑠.4.𝑚𝑖𝑛 𝑍 𝐴𝐵
316
最小运行方式短路电流计算
在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的公式为
𝐼 = √3
𝐸𝜑
𝐾.𝑚𝑖𝑛
2 𝑍𝑠.𝑚𝑎𝑥 𝑍 𝐿
E
式中 j—系统等效电源的相电动势；
𝑍𝑠.𝑚𝑎𝑥—保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；
Z L—短路点到保护安装处之间的阻抗。
所以带入各点的数据可以计算得到 C 点的的最小短路电流。
𝐼 = √3
𝐸𝜑
=√3 × 37/√3=
𝐾.𝐶.𝑚𝑖𝑛
2 𝑍𝑆.3.𝑚𝑎𝑥 𝑍 𝐵𝐶 2
2124
所以带入各点的数据可以计算得到 B 点的的最小短路电流
𝐼 = √3
𝐸𝜑
=√3 × 37/√3=
𝐾.𝐵.𝑚𝑖𝑛
2 𝑍𝑆.4.𝑚𝑎𝑥 𝑍 𝐴𝐵 2
516
4 保护的协作及整定计算
主保护的整定计算
动作电流的整定 对保护 3 相应的速断整定值
整定原则：依据躲过本线路末端最大短路电流来整定。
𝑟𝑒𝑙
动作时限：𝑡Ⅰ=0S
3
灵敏度校验：
𝐼Ⅰ
𝑠𝑒𝑡.3
=𝐾Ⅰ .𝐼𝐾.𝐶.𝑚𝑎𝑥 =×=
最大保护范围：𝐿
= 〔 𝐾𝜑𝐸𝜑 − 𝑍
〕/𝑍
=(37/√3 − 19)/=
max
𝐼Ⅰ
𝑆.
1
𝐿𝑚𝑎𝑥
𝐿𝐵𝐶
= × 100% = % >50%(灵敏度满足要求)
60
最小保护范围：𝐿
= 〔 𝐾𝜑𝐸𝜑 − 𝑍
〕/𝑍
=(√3 × 37/√3 − 21)/=
min
𝐼Ⅰ
𝑆.
1 2
𝐿𝑚in
𝐿𝐵𝐶
= × 100% = % >15%(灵敏度满足要求)
60
对保护 3 相应的定时限过电流整定值
整定原则：依据大于本线路流过的最大负荷电流整定。
灵敏度校验：
𝐼Ⅲ
= 𝐾Ⅲ .𝐾𝑆𝑆
rel
𝐾res
. 𝐼𝐿.
= × × =
近后备：𝐾𝑠𝑒𝑛 = 𝐼𝐾.𝐶.𝑚𝑖𝑛
𝐼Ⅲ
对保护 4 相应的速断整定值为
= = <(不满足要求)
𝑟𝑒𝑙
动作时限：𝑡Ⅰ=0S
4
灵敏度校验：
𝐼Ⅰ
𝑠𝑒𝑡.4
=𝐾Ⅰ .𝐼𝐾.𝐵.𝑚𝑎𝑥= ×=
最大保护范围：𝐿
= 〔 𝐾𝜑𝐸𝜑 − 𝑍
〕/𝑍
=(37/√3 − 3)/=
max
𝐼Ⅰ
𝑆.
1
𝐿𝑚𝑎𝑥
𝐿𝐴𝐵
= × 100% = % >50%(灵敏度满足要求)
40
最小保护范围：𝐿
= 〔 𝐾𝜑𝐸𝜑 − 𝑍
〕/𝑍
=(√3 × 37/√3 − 5)/=
min
𝐼Ⅰ
𝑆.
1 2
𝐿𝑚in
𝐿𝐴𝐵
= × 100% = % >15%(灵敏度满足要求)
40
保护 4 的限时电流速断定值
整定原则：依据躲过下级线路电流速断保护的最大动作电流来整定。
𝐼Ⅱ
𝑠𝑒𝑡.4
=𝐾Ⅱ .𝐼 =×=
𝑟𝑒𝑙
动作时限：𝑡Ⅱ=
4
灵敏度校验： 𝐾𝑠𝑒𝑛 = 𝐼𝐾.𝐵.𝑚𝑖𝑛 =
= >(灵敏度满足要求)
𝐼Ⅱ
𝑠𝑒𝑡.4
对保护 4 相应的定时限过电流整定值
𝐼𝐾.𝐿.𝑚𝑎𝑥=1200A=
𝐼Ⅲ
= 𝐾Ⅲ .𝐾𝑆𝑆 . 𝐼
= × × =
rel
𝐾res
𝐿.
4
动作时限：𝑡Ⅲ={𝑡，𝑡，𝑡}+Δt=1S+= 灵敏度校验：
近后备：𝐾𝑠𝑒𝑛 = 𝐼𝐾.𝐵.𝑚𝑖𝑛 =
= <(灵敏度不满足要求)
𝐼Ⅲ
𝑠𝑒𝑡.4
远后备：𝐾𝑠𝑒𝑛 = 𝐼𝐾.𝐶.𝑚𝑖𝑛 = = <(灵敏度不满足要求)
𝐼Ⅲ
𝑠𝑒𝑡.4
当电流保护灵敏度不满足要求时，利用其他形式保护进展该线路的保护。