继电保护课程设计实现对线路1、3距离保护的设计保护的配置及整定计算、继电保护设备选择、原理图连线

1、电力系统继电保护课程设计报告电力系统继电保护课程设计 指导教师评语报告（30）总成绩修改（40）平时（30）专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院2012 年 7月 7日1 设计原始资料1.1 具体题目如图1所示系统中，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：=115/kV，=15、=10、 =10，=30， =20、=40，=50(1+50%)km=75km, =40km,线路阻抗=0.4/km，=1.2/km、线路阻抗角均为

2、， = =300A，负荷功率因数角为； =1.2， =0.85， =0.75，变压器均装有快速差动。图1 设计参考图1.2要完成的内容本课程设计要完成的内容是实现对线路1、3距离保护的设计，具体指的是分析课题的内容、保护的配置及整定计算、继电保护设备选择、原理图连线及保护评价五部分。2 分析要设计的课题内容2.1设计规程 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、选择性、速动性和灵敏性。所谓安全性，即不发生误动作。所谓信赖性，即不发生拒绝动作。选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区域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继续安全运行。速动性是指尽可

3、能快的切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。灵敏性指的是对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。2.2 保护配置2.2.1主保护距离保护的主保护有距离保护段和距离保护。(1) 距离保护第段距离保护段为无延时的速动段，它应该只反应本线路的故障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠不动作。由于距离保护为欠量动作，考虑到继电器误差、互感器误差和参数测量等因素，引入可靠系数，一般取0.8-0.85，则测量元件的整定阻抗= (1.1)由于有选择性的速断保护不能保护本线路的全长，因此可考虑增加一段带时限动作的保护，所以引入距

4、离保护段。 (2) 距离保护第段对距离段的要求，首先是在任何情况下能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏性；其次是在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限t；在下级线路短路时，保证下级保护优先切除故障，满足选择要求。 与相邻线路距离保护段相配合,则保护1段的整定阻抗为 =（+） (1.1) 式中，为可靠系数，一般取0.8。 与相邻变压器的快速保护相配合。设变压器的阻抗为，则距离段的整定值为=（+） (1.3)式中，为可靠系数，考虑变压器阻抗误差较大，一般取0.7-0.75。2.2.2后备保护为了作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备保护，同时作为本线路主保护拒动时的近后备保护，还应

5、该装设距离保护第段。距离保护段：整定值与过电流保护相似，其启动阻抗要按躲开正常运行时的负荷阻抗来选择，动作时限还按照阶梯时限特性来选择，并使其比距离段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个t。 3 保护的配置及整定计算3.1主保护整定计算3.1.1 保护1距离段的整定有关各元件阻抗值的计算：线路1-2的正序阻抗为= 0.4×75=30 ()线路3-4的正序阻抗为= 0.4×40=16 ()(1) 整定阻抗。按式（1.1）计算为=0.85×30=25.5 ()(2) 动作延时。=0 (s)3.1.2保护1距离段的整定(1) 整定阻抗：按下列两个条件选择： 与相邻

6、下级最短线路3-4的保护3的段配合，按式（1.2）计算式为=（+）式中，可取=0.85,=0.75,而=0.85×16=13.6 ()，=1，则 Zset.1=0.75×（30+1×13.6）=32.7 () 是为保护3距离段的整定阻抗； 是为保护1距离段的整定阻抗。 与相邻的变压器快速保护相配合， =0.5, 则=（+）=0.75×30+0.5×20=30()取以上两个计算值中的较小者为保护1段的整定值，即=30()。 (2) 灵敏性校验：按本线路末端短路求灵敏系数为=1<1.25不满足要求。所以与相邻线路的II段保护配合，则计算如下：

7、取=1，则=0.85×16=13.6()=（+）= 0.75×（16+1×13.6）=22.2()，则 =（+）=0.75×（30+1×22.2）=39.15() 所以灵敏系数为=1.3051.25 满足要求。(3) 动作延时，与相邻保护3的段配合，则=+0.5=0.5+0.5=1(s)3.1.3保护1距离段的整定(1) 整定阻抗。按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。当线路上的负荷最大且母线电压最低时，负荷阻抗最小，其值为=190.53 () 式中，是最小负荷阻抗； 是正常运行母线电压的最低值； 是被保护线路最大负荷电流。=155.93 ()f

8、式中，是保护1的III整定阻抗值； 是可靠系数； 是电动机自启动系数； 是返回系数。(3) 灵敏性校验。按本线路末端短路校验，计算式为=5.2>1.5 满足要求。 假设在线路末端短路，则=，所以分支系数=1，因此=+=2.6>1.2 满足要求。(3) 动作时限=+0.5=0.5+0.5=1(s)因此与相邻保护设备配合时，它能同时满足线路及其变压器保护的要求。3.2保护3的整定计算3.2.1保护3距离段的整定(1) 整定阻抗= =0.85×30=25.5()(2) 动作时限=0(s) 由于保护1的三段整定能够完整的保护，且3处保护而言由于存在变压器快速差动保护，故不需要做保

9、护2的II、III段的距离保护。4 继电保护设备选择4.1继电器的选择4.1.1按输入信号不同确定继电器种类按输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器。4.1.2输入参量的选定 与用户密切相关的输入量是线圈工作电压（或电流），而吸合电压（或电流）则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。4.2互感器的选择互感器分为电流互感器TA和电压互感器TV,它们既是电力系统中一次系统和二次系统间的联络元件，同时也是一次系统与二次系统的隔离元件。4.2.1电流互感器电流互感器种类和型式的选择在选择互感器时，应根据安装地点 (如屋内、屋外和安装方式 (如穿墙式、支

10、持式、装入式等)选择相适应的类别和型式。选用母线型电流互感器时，应注意校核窗口尺寸。4.2.2电压互感器电压互感器的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如：在6-35kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式，110-220kV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；220kV及其以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。5 二次展开图的绘制5.1保护测量回路对于动作于跳闸的继电保护功能来说，最为重要的是判断出故障处于规定的保护区内还是保护区外，至于区内或区外的具体位置，一般并不需要确切的知道。可以用两种方法来实现距离保护。一种是首先精确地测量出，然后再将它与

11、事先确定的动作进行比较。当落在动作区之内时，判为区内故障，给出动作信号；当落在动作区之外时，继电器不动作。另一种方法不需要精确的测出，只需间接地判断它是处在动作边界之外还是处在动作边界之内，即可确定继电器动作或不动作。5.1.1绝对值比较原理的实现如前所述，绝对值比较的一般动作表达式如式所示。绝对值比较式的阻抗元件，既可以用阻抗比较的方式实现，也可以用电压比较的方式实现。该式两端同乘以测量电流，并令= ，= 。则绝对值比较的动作条件又可以表示为 上式称为电压形式的绝对值比较方程。电路图如图2所示。图2 绝对值比较的电压形成5.1.2相位比较原理的实现相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式如

12、式所示，相角表达式的分子、分母同乘以，并令，则相位比较的动作条件又可以表示为上式称为电压形式相位比较方程。电路图如图3所示。图3 相位比较的电压形成5.2保护测量回路三段式距离保护主要由测量回路、起动回路和逻辑回路三部分组成，如图4所示。图4 保护跳闸回路6 对距离保护的评价根据上述的分析和实际运行的经验，对距离保护可作出如下的评价：(1)由于同时利用了短路时电压、电流的变化特征，通过测量故障阻抗来确定故障所处的范围，保护区稳定，灵敏度高，动作情况受电网运行方式变化的影响小，能够在多侧电源的高压及超高压复杂电力系统中应用。(2)由于只利用了线路一侧短路时电压、电流的变化特征，距离保护段的整定范围为线路全长的80%85%，这样在双侧电源线路中，有30%40%的区域内故障时，只有一侧的保护能无延时的动作，另一侧保护需经0.5s的延时后跳闸；在220kV及以上电压等级的网络中，有时候不能满足电力系统稳定性对短路切除快速性的要求，因而，还应配备能够全线快速求出故障的纵联保护。(3)距离保护的测量原