110kV电网距离保护课程设计

1、110KV电网距离保护设计llOkV电网距离保护课程设计电力系统继电保护原理 课程设计设计题目UOkV电网距离保护设计电气与控制工程学院2014年1月11日指导教师 院（系、部） 专业班级 学号姓名日期课程设计成绩评定表学期2013/2014 第一学期姓名专业电气工程及其自动化班级课程名称电力系统继电保护原理设计题目HOkV电网距离保护设计评分项百、优良中及格不及格现L设计态 度非常认 真认真较认真一般不认真2 .设计纪 律严格遵 守遵守基本遵 守少量违 反严重违 反3.独立工 作能力强较强立完 独计 能设成独计 未次成 基於完独计 能设成 不上完4 .上交设 计时间提早或 按时按时迟交半 天

2、迟交一 天迟交一天以上思清结案合关计选错调清内完有错 计不 4? t不 冠 小路帕构不电留参择M,理也容甑虬误思本，方本，参择正调清内本，错 计基晰构基理计选本， ，基整些 设路清结案合设数基确理楚容完有误思清结案合设数基正调清内本，量 计较，方本，参择 ， ，基整少误 设路晰构基理计选本确理楚容完有错思清结案，参择，清内完极错 计 ，方理计选确理，较，量 设路晰构合设数正条楚容整少误思清结案，参择，清内完结确 计 ，方好计选确理 ，正 设路晰构良设数正条楚容整果5 .设计内 容规不、条排问大、洁 不范整无理版题规整有，有较本、理版题基范洁条排问多规整有，排问 本、理别有 基范洁条个版较 项

3、kt完 基整规整有，排问 、理别有 较范洁条个版、条排好 范洁 ，很 规整有理版6 .设计书 写、字体、 排版7.封面、 目录、参 考文献8 .绘图效 果很出色较出色一般较差很差纸9.布局合理、 美观较合理基本合 理有些混 乱混 局 布乱10.绘图 工程标准符合标 准较符合 标准基本符 合标准个别不 符合标 准完全不 符合标 准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5为不及格， 整个设计不及格，其他4项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项 超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级；如 优秀评定，设计内容要符合5,其余九项要有4项符合 才能评定为优，否则评定为良好，以此类

4、推。最终成绩：评定教师签字：电力系统继电保护原理 课程设计任务书 一、设计题目llOkV电网距离保护设计UOKV电网距离保护设计二、设计任务根据所提供的UOkV系统接线图及原始参数（详见附1）,完成以下设计任务:1.分析线路上的各个保护运行方式；2.距离保护（包括相间距离保护和接地距离保护）的配置和整定；3.分析系统振荡闭锁情况。三、设计计划本课程设计时间为一周，具体安排如下：第1天：查阅相关材料，熟悉设计任务第2天：分析各保护的运行方式第3天：配置相间距离保护第4天：配置接地距离保护第5天：分析系统振荡闭锁情况第6天：整理设计说明书第7天：答辩四、设计要求1 .按照设计计划按时完成2 .设计

5、成果包括：设计说明书（模板及格式要求详见附2和附3） 一份3 .不参加答辩者，视为自愿放弃成绩指导教师：教研室主任：时间：2014年1月9日一、原始数据（学号15）系统接线图如图所示，发电机以发电机一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。参数如下：电动势：E9= 115/V3kV,发电机：(学号15)Xi.gi = Xi.gi = X1.G2 = X2.G2 = 5 + (15 - 5)/15 Q=17/3Q,X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 8 + (10 - 8)/15 Q=1

6、22/15Q,Xi.ii - X1.T4 = 5 + (10 5)/15 Q= 16/30,Xo.ti - Xo.T4 = 15 + (30- 15)/15 c=16dX1.T5 = X1,T6 = 15 + (20 - 15)/15 Q=46/3X,Xo.T5 = X0.T6 = 20 + (40 - 20)/15 C=64/3C,线路：Lab = 60km, Lbc = 40km,线路阻抗：zi =Z2 = 0.4Q/km, zo = 1.2Q/km,zi i-2 = Z21-2 = X?人_8 =60kmX0. 40/knF24dZ j_4=Z2 3T = X C_li = X2 C_l

7、 =40kmX0. 4Q/km=16Q,Zo= X。=60kmX 1. 2Q/km=72n,Zo.3.4 = X()j尸40kmX 1. 2C/km=48d/AB.L.niax = /CB.L.niax = 300A, Kss = 1.2, Kre = 1.2,距离保护：rel = 0.85, nrel = 0.75负荷功率因数角为30。，线路阻抗角均为75。，变压器均装有快速差动保护。110KV电网距离保护设计图UOkV电网系统接线图UOKV电网距离保护设计随着电力系统的飞速发展，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了 发展的4个历史阶段：继电保护的萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放

8、大器的集成 电路保护和计算机继电保护。电力系统的运行中最常见也是最危险的故障是发生各种 形式的各种短路。在电力系统中要求采取各种措施消除或减少发生事故的可能性，一 旦发生故障，必须迅速而有选择性的切除故障，且切除故障的时间常常要求在很短的 时间内（十分之几或百分之几秒）。实践证明只有在每个元件上装设保护装置才有可 能完成这个要求，而这种装置在目前使用的大多数是由单个继电器或继电器及其附属 设备的组合构成的，因此称为继电保护装置，它能够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生告警信号。继电保护的任务就是在系统运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接 地等）

9、和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制 与测量回路断线等），能够自动、迅速、有选择性且可靠的发出跳闸命令将故障切除 或发出各种相应信号，从而减少故障和不正常现象所造成的停电范围和电气设备的损 坏程度，保证电力系统安全稳定的运行。关键词：继电保护；距离保护1前言2运行方式分析22.1 保护1的最大和最小运行方式22.2 保护2的最大和最小运行方式32.3 保护3的最大和最小运行方式42.4 保护4的最大和最小运行方式53距离保护的配置和整定3.1 保护1的配置和整定73.2 保护2的配置和整3.3 保护3的配置和整定123.4 保护4的配置和整定144振荡闭锁分析1

10、74.1保护1的振荡闭锁分析184.2 保护2的振荡闭锁分析184.3 保护3的振荡闭锁分析184.4 保护4的振荡闭锁分5结论206心得体会217参考文献22110KV电网距离保护设计UOKV电网距离保护设计1前言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恢复过程 中，许多控制操作日趋高度自动化。电力系统继电保护一次泛指继电保护技术和由各 种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试 等技术，也包括由获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置的 断路器跳闸线圈的一般套具体设备，如果需要利用通信手段传送信息，还包括通信设 备。电力

11、系统继电保护的基本任务是自动、迅速、有选择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损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；反应 电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。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。在距离保护中应满足一下四个要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。这几 个之间，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、整定每个电力原件的继电保护。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

12、为提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性发 挥最大效能。这次课程设计以最常见的11OKV电网线路保护设计为例进行分析设计，要求对整 个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、电力系统、 电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了距离保护和振荡闭锁的分析，继 电保护中距离保护、最大和最小运行方式的具体计算。第o页110KV电网距离保护设计2运行方式分析2J保护1最大运行方式和最小运行方式的分析第16页图2 1-1保护1的最大运行方式（1）保护1的最大运行方式分析保护1的最大运行方式就是指流过保护1的电流最大即Gl、G2两个发电机共同 运行，而变压器Tl、T2都同时运

13、行的运行方式，则A.min =X(Xlgi + Xlti)=5. 50(Q)式中4 min为保护安装处到系统等效电源之间的最小阻抗。E.l.max =可 弓=2. 25 (kA)z.y.min +4人8式中4m”为流过保护1的最大短路电流（2）保护1的最小运行方式分析。保护1的最小运行方式就是指流过保护1的电流最小即是在G1和G2只有一个工 作，变压器Tl、T2中有一个工作时的运行方式，则Zs.max =X.G1 + l.Tl =11 ( Q )式中Zs.max为保护安装处到系统等效电源之间的最大阻抗。1 kA.min 一 0 乂弓s.max + ZAB=1.64 (kA)式中kl.min为流

14、过保护1的最小短路电流。2. 2保护2最大运行方式和最小运行方式的分析BCT4 G4图2. 2-1保护2的最大运行方式(1)保护2的最大运行方式分析。保护2最大运行方式就是指流过保护2的电流最大即两个发电机共同运行，则Z5.min = Q x ( X Q3 + X 73 ) =6. 73 ( Q )4.2.max7. 7, 7Zs.min +十48。=1.42 (kA)式中2max为流过保护2的最大短路电流。(2)保护2的最小运行方式分析。保护2的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小即是在G3和G4只有一个工作时运行方式，则Z.max = Xlg3 + Xi 73 =13.46 (q)4.2

15、.min/EcpA25. max + Zab + bc=1.08 (kA)式中.2.min为流过保护2的最小短路电流。2. 3保护3最大运行方式和最小运行方式的分析图2. 3-1保护3的最大运行方式(1)保护3的最大运行方式分析 保护3的最大运行方式就是指流过保护3的电流最大即两个发电机共同运行，则Zs.min =,x(XiI +Xi ri)=5. 50(。)E.3.max =-7T=1- 46(kA)4. min + AAB +式中4.3.max为流过保护3的最大短路电流。(2)保护3的最小运行方式分析。保护3的最小运行方式就是指流过保护3的电流最小即是在G1和G2只有一个工 作时的运行方式

16、，则Z$,max = XI+Xt=11(q)a/3E4.3. min =干 X -二 1 13 (kA)2 Av.max +AB +BC式中3min为流过保护3的最小短路电流。2.4保护4最大运行方式和最小运行方式的分析图2. 4-1保护4的最大运行方式(1)保护4的最大运行方式分析。保护4的最大运行方式就是指流过保护4的电流最大即两个发电机共同运行，而 变压器T5、T6都同时运行的运行方式，则Zs.min=X(XLG3 + Xi73)=6.73(。)E4.4. max =弓弓 =2. 92 (kA)Z5.min +ZBC式中44.max为流过保护3的最大短路电流。(2)保护4的最小运行方式分

17、析。保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小即是在G3和G4只有一个工 作，变压器T3、T4中有一个工作时的运行方式，则Z-max =Xlg3 + X73=13.46(Q)=1.95 (kA)5. maxx/3X/k.4.min -5式中4min为流过保护4的最小短路电流。3距离保护的配置和整定距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征,测量电压与电流的比值, 该值反映故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作保护。距离 保护一般有启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几个部分 构成。3J保护1的配置和整定图3. 1保护1距离保护的定性分析图4.4.

18、1 保护1距离保护第I段整定（1）保护1的I段的整定阻抗为Z、1 = 内 La_b =0.85x0.4x60 = 20.4（。）式中Z3为保护i距离的i段的整定阻抗；4-8为被保护线路4-8的长度；4为被保 护线路单位长度的正序阻抗；为可靠系数。（2）动作时间t； =o（s）第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。4.4.2 保护1距离保护第II段整定（1）整定阻抗：按下面两个条件选择。当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，z 3 二= 0.85 X 0.4 X 40 = 13.6（。）式中Z*.3为保护3距离I段的整定阻抗；Lb-c为被保护线路Lb-c的长度。Z.3=K?/(ZA_8+K

19、.mZL3)7 /式中ZsclI为保护1距离JI段的整定阻抗；长为可靠系数。Kb.min = 丁 = 1于是得Z% =0.75(24 + 13.6) = 28.2(0)当与相邻变压器的快速保护相配合时,Z?”=K(Z+K.mmZ,mn)23i + 3Li.98Xs.max +Z§_c17.5 + 16Zrl =0.75x(24 + 1.98x8.75) = 31选取最小的Z，= 28.2(。)(2)灵敏度校验zn=J- = 1.175<1.25太鹿口由七S07不满足要求乙A-8那么取保护3的II段即Zn- = 1.3 Zb-c则 Z，=20.8(Q)代入7nK =LLsen 7

20、Lr-bZ* = K? (Z/j + K.nZ，)= 0.75 X (24 +1.98 X 20.8) = 48.89(0)48.89八八u=2.037 > 1.2524满足要求。(3)动作时限4“二4 + Af = 0 + 0.5 = 0.5(s)4.4.3 保护i距离保护第m段整定(1)整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有0皿n = 户=看个=19653(。),L.max >/3xO.3式中ZL.min最小负荷阻抗"乙min为正常运行母线电压的最低值，皿为被保护线路 最大负荷电流。Z* Zn = " 190.53 = 112.5(0皿 KK)e

21、Lnun 1.2x1.27/昭式中4cLi为保护i距离m段的整定阻抗；”也为可靠系数。(2)灵敏度校验本线路末端短路时灵敏系数:Z111112 5 = i = 4.69>L5满足灵敏度要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数:K_ 1 I皿 +八8.max 1 十Xs.min +/鸟-。.17.5 + 24=1 h= 2.688.75 + 16ylllK -sen(2) 77乙人-8十八从max乙百112.524 + 2.68x22.5= 1.33 >1.2满足要求。(3)动作时限记=f+Ar = 0.5 + 0.5 = l(s)3. 2保护2距离保护的整定与校验图3.2-1保护2距离保

22、护的定性分析图3. 2.1保护2距离保护第I段整定（1）保护2的I段的整定阻抗为Z2 = kUMa_b =0.85x0.4x60 = 20.4（。）式中Z3为保护2距离的I段的整定阻抗。（2）动作时限= 0（s）第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。3. 2. 2保护2距离保护第HI段整定（1）保护2的HI段的整定阻抗为整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有_ U L.minI AB. max_0.9xll0 一3 0.3= 190.52(0)式中ZL.min最小负荷阻抗ULmin为正常运行母线电压的最低值，/«Cmax为被保护线路最大负荷电流。Z22 =方3 4而n

23、190.52 = 112.5(0(2)灵敏度校验本线路末端短路时灵敏系数:ZHI 112 5K,二手三= 4.69 >1.5Z24八一6满足要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数:7111i 19 5K，八=2= 2.16>L2()Zi + KZ, 16 + 1.6x22.5满足要求。(3)动作时限f =0.5 + 4 = 0.5+0.5 = l(s)3. 3保护3距离保护的整定与校验3. 3.1保护3距离保护第I段整定(1)保护3的I段的整定阻抗为Z.3 ="内d-c = 685 x 0.4x40 = 13.6(0)式中Z，3为保护3距离I段的整定阻抗；为被保护线路d-c的

24、长度。(2)动作时间'=0(s)第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。3. 3. 2保护3距离保护第W段整定(1)保护2的III段的整定阻抗为整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有Zmin =U L.min 0.9 x 110=190.52(Q)式中乙min最小负荷阻抗ULmin为正常运行母线电压的最低值，Cmax为被保护线路最大负荷电流。Z2=*X19O.52 = U2.5(Q)/y cc /v .1.ZX1.N(2)灵敏度校验本线路末端短路时灵敏系数:71"112 5= 7.03 >1.5Zb_c 16满足要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数:b. m

25、ax二+ 乂 口由 + “Bc = 1 + J 4+ 1 6 = 2 02Xsmm+Zj8.75 + 24八$叽2).7nl( set 3112.5Zb-c + K"仙 16 + 2.02x22.5=1.83>1.2满足要求。(3)动作时限记=0.5 + / = 0.5 + 0.5 = l(s)3.4保护4距离保护的整定与校验图3.4-1保护4距离保护的定性分析图3. 4.1保护4距离保护第I段整定(1)保护4的I段的整定阻抗为Z.51.4 =心© 亿、Lb-c = 0.85 x 0.4 x 40 = 13.6（。）式中Z*.4为保护4距离I段的整定阻抗。(2)动作时

26、间d =0(s)第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。3. 4. 2保护4距离保护第II段整定(1)整定阻抗：按下面两个条件选择。当与相邻下级线路距离保护I段配合时，Zt.2 = KleiZA-B =0.85x24 = 20.4(0)式中ZM为保护2距离I段的整定阻抗；Z，=理+ K；2)110KV电网距离保护设计7m式中4ct.4为保护4距离IH段的整定阻抗。(2)灵敏度校验本线路末端短路时灵敏系数为7111117 5J = 0 = 7.O3>L5Zb-c 16满足灵敏度要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数。乩2=1 +造急="给=2.。ylllsetA112.516 +

27、 2.0x16.5= 2.3 >1.2满足要求。(3)动作时限t(n =0.5+t 夕 +A/=O.5 + O.5+O.5 = 1.5(s)与相邻设备保护配合有它能同时满足与相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。4振荡闭锁分析并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期胜变化的现象，称为电 力系统振荡。电力系统振荡时，系统两侧等效电动势间的夹角占可能在。度到360度 范围内作周期胜变化，从而使系统中各点的电压、线路电流、功率大小和方向以及距 离保护的测量阻抗也都呈现周期性变化。这样，在电力系统出现严重的失步振荡时， 功角在。360之间变化，以上述这些量为测量对象的各种保护的测量元

28、件，就有可能 因系统振荡而误动作。电力系统的失步振荡属于严重的不正常运行状态，而不是故障 状态，大多数情况下能够通过自动装置的调节自行恢复同步，或者在预定的地点由专 门的振荡解列装置动作解开已经失步的系统。如果在振荡过程中继电保护装置无计划 地动作，切除了重要的联络线，或断开了电源和负荷，不仅不利于振荡的白动恢复， 而且还有可能使事故扩大，造成更为严重后果。所以在系统振荡时，要采取必要的措 施，防止保护因测量元件动作而误动。这种用来防止系统振荡时保护误动的措施，就 称为振荡闭锁。振荡中心近似位于;ZZ=27.125Q处两侧电源电压幅值相等，则系统振荡时测 量阻抗的变化轨迹为一条直线图4-1测量

29、阻抗的变化轨迹4.1保护1的振荡闭锁分析(1)保护1的I段保护Z匚=20.4。，振荡中心处于其范围内，故其测量阻抗会 受振荡影响，可能会引起误动，由于I段保护为速断保护，需要加振荡闭锁，防止其 误动。振荡闭锁措施可以采用电流的负序、零序分量或突变量来实现振荡闭锁。在系 统没有故障时，距离保护一直处于闭锁状态，因为系统振荡时，系统处于三相对称状 态，不会有零序分量或负序分量，不会误动作。(2)保护1的n段保护范围也包含振荡中心，也会受影响，须加振荡闭锁。可 以采用测量阻抗变化率不同构成振荡闭锁，在系统振荡时，阻抗由线路阻抗缓慢变化 到振荡中心到保护安装处的线路阻抗，变化率低，而短路时，阻抗发生突

30、变，阻抗变 化率高，可以采用一个高整定值阻抗元件和一个低阻抗元件，当阻抗从高变到低的时 间很短就开放保护，反之闭锁保护。(3)保护1的in段保护范围仍然包含振荡中心，但其有is的延时，而测量阻抗 落入其动作区的时间很短，所以它不会误动作。4. 2保护2的振荡闭锁分析保护2只装有I段距离保护，它保护范围为线路A-B的一部分，包含了振荡中 心，需要设置与保护1的I段相同的振荡闭锁，以防止其误动作。4. 3保护3的振荡闭锁分析保护3只配置了 I段距离保护，但其保护范围为BC线路的一部分，不包含振荡 中心，无须设置振荡闭锁，但由于不同的系统运行方式，振荡中心有可能转移到BC 段，故最好加上振荡闭锁环节

31、，可以增强其通用性4. 4保护4的振荡闭锁分析(1)保护4的1段保护的保护范围为B-C,不包含振荡中心，不用设置振荡闭 锁环节，但为保持通用性，可以自带振荡闭锁(2)保护4的n段保护包含B-C全部和A-B的一部分，可能会包含振荡中心， 第17页UOKV电网距离保护设计距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该 值反映故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作保护。距离保 护一般有启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几个部分构 成。(3)保护4的m段保护虽然包含振荡中心，但是其动作时限为1s比较长，而测 量阻抗落入其动作范围的时间短，不会引起误动作，故不需要设置振荡闭锁。第#页110KV电网距离保护设计5结论本次课程设计的任务是设计输电线路的距离保护，线路的电流电压保护构成简 单，可靠性好，用于中、低压电网一般能满足对保护性能的要求。但是由于其灵敏度 受系统运行方式的影响，有时保护范围很小，再