电力系统继电保护课程设计三段式距离保护

1、 . . . 电力系统继电保护课程设计选题标号： 三段式距离保护班 级： 14电气 姓 名：学 号：指导教师： 谷宇航 日 期： 2017年11月8日 理工大学电力系统继电保护课程设计评语：平时考核（30） 实验（20）答辩（40）出勤（10）理工大学目录一、选题背景51.1选题意义51.2设计原始资料51.3要完成的容6二、分析要设计的课题容62.1设计规程62.2 保护配置72.2.1 主保护配置72.2.2 后备保护配置7三、短路电流、残压计算83.1等效电路的建立83.2保护短路点的选取83.3短路电流的计算83.3.1最大运行方式短路电流计算83.3.2最小运行方式短路电流计算8四、

2、保护的配合94.1 线路L1距离保护的整定与校验94.1.1 线路L1距离保护第段整定94.1.2 线路L1距离保护第段整定94.1.3 线路L1距离保护第段整定104.2 线路L3距离保护的整定与校验104.2.1 线路L3距离保护第I段整定104.2.2线路L3离保护第II段整定104.2.3线路L3距离保护第段整定11五、实验验证12六、继电保护设备选择136.1互感器的选择136.1.1电流互感器的选择136.1.2电压互感器的选择146.2继电器的选择156.2.1按使用环境选型156.2.2按输入信号不同确定继电器种类156.2.3输入参量的选定156.2.4根据负载情况选择继电器

3、触点的种类和容量15结论17参考文献18一、选题背景1.1选题意义随着电力系统的发展，出现了容量大，电压高，距离长，负荷重，结构复杂的网络，这时简单的电流，电压保护已不能满足电网对保护的要求。 在高压长距离重负荷线路上，线路的最大负荷电流有时可能接近于线路末端的短路电流，所以在这种线路上过电流保护是不能满足灵敏系数要求的。另外对于电流速断保护，其保护围受电网运行方式改变的影响，保护围不稳定，有时甚至没有保护区，过电流保护的动作时限按阶梯原则来整定，往往具有较长时限，因此，满足不了系统快速切除故障的要求。对于多电源的复杂网络，方向过电流保护的动作时限往往不能按选择性要求来整定，而且动作时限长，不

4、能满足电力系统对保护快速性的要求。1.2设计原始资料,、，、，线路阻抗，、，试对线路L1、L3进行距离保护的设计。1.3要完成的容（1）保护的配置与选择；（2）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）；（3）保护配合与整定计算；（4）对保护的评价。二、分析要设计的课题容2.1设计规程 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，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性

5、发挥最大效能。可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能的最根本要求。所谓安全性，是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。所谓信赖性，是要求继电保护在规定的保护围发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。安全性和信赖性主要取决于保护装置本身的制造质量、保护回路的连接和运行维护的水平。一般而言，保护装置的组成原件质量越高、回路接线越简单，保护的工作就越可靠。同时，正确的调试、整定，良好的运行维护以与丰富的运行经验，对于提高保护的可靠性具有重要作用。 继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间将故障从电力系统中断开，最大限度的保证系统中无故障部分仍能继续安全运行

6、。它包含两种意思：其一是只应有装在故障元件上的保护装置动作切除故障；其二是要力争相邻原件的保护装置对它起后备保护作用。 继电保护的速动性是指尽可能快的切出故障，以减少设备与用户在大短路电流、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。动作迅速而又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格比较昂贵，对大量的中、低压电力原件，不一定都采用高速动作的保护。对保护速动性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格比较昂贵，对大量的中、低压电力原件的具体情况，经技术经济比较后确定。 继电保护的灵敏性，是指对于其保护围发生故障或不正常运行状态的能力。满足灵敏性要求的保护装置

7、应该是在规定的保护围部故障时，在系统任意的运行条件下，无论短路点的位置、短路的类型如何以与短路点是否有过渡电阻，当发生短路时都能敏锐感觉、正确反应。灵敏性通常用灵敏系数或灵敏度来衡量，增大灵敏度，增加了保护动作的信赖性，但有时与安全性相矛盾。对各类保护的的灵敏系数的要求都作了具体规定，一般要求灵敏系数在1.22之间。 以上四个基本要评价和研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾的一面，又要根据被保护原件在电力系统中的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到统一。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行的。一样原理的保护装置在电力系统不同

8、位置安装时如何配置相应的继电保护，才能最大限度地发挥被保护电力系统的运行效能，充分体现着继电保护工作的科学性和继电保护工程实践的技术性。2.2 保护配置2.2.1 主保护配置距离保护的主保护是距离保护段和距离保护段图 2.1 网络接线图（1）距离保护段距离保护的第段是瞬时动作的，是保护本身的固有动作时间。以保护1为例，其第段保护本应保护线路AB全长，即保护围为全长的100%，然而实际上却是不可能的，因为当线路BC出口处短路时，保护2的第段不应动作，为此，其启动阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗ZAB，即Zop1<ZAB，考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，需引入可靠系数

9、Krel（一般取0.80.85），则 Zop1=(0.80.85)ZAB(2-1)同理对保护2的第段整定值应为 Zop2=（0.80.85）ZBC(2-2)如此整定后，距离段就只能保护本线路全长的80%85%，这是一个严重缺点。为了切除本线路末端15%20%围以的故障，就需设置距离保护第段。（2）距离保护第段 距离段整定值的选择是类似于限时电流速断保护，即段整定值，以使保护围不超出下一条线路（如有多条线路取最短者）距离保护段的保护围，同时带有高出一个t的时限，以保证选择性。则保护1的段一次侧整定值为 Zop1=Krel(ZAB+ZBCKrel) (2-3)2.2.2 后备保护配置距离保护第段，

10、装设距离保护第段是为了作为相邻线路保护装置和断路 器拒绝动作的后备保护，同时也作为、段的后备保护。对距离段整定值的考虑是与过电流保护相似的，其启动阻抗要按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来选择，而动作时限应使其比距离段保护围其他各保护的最大动作时限高出一个t。三、短路电流、残压计算3.1等效电路的建立由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式下各线路未端短路的情况,最小运行方式下各线路未端短路的情况。3.2保护短路点的选取本设计中主要考虑母线、线路末端的短路故障。3.3短路电流的计算电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能，因此，在对继电保护进行整定计算之前，首先应该

11、分析运行方式。在一样地点发生一样类型的短路时流过保护安装处的电流最大，对继电保护而言称为最大运行方式，对应的系统等值阻抗最小；在一样地点发生一样类型的短路时流过保护安装处的电流最小，对继电保护而言称为最小运行方式，对应的系统等值阻抗最大。需要着重说明的是，继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。3.3.1最大运行方式短路电流计算保护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、T6两个都同时运行的运行方式，则式中为流过保护3的最大短路电流。3

12、.3.2最小运行方式短路电流计算保护4的最小运行方式分析。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、T4两个中有一个工作时的运行方式，则式中为流过保护4的最小短路电流。四、保护的配合4.1 线路L1距离保护的整定与校验4.1.1线路L1距离保护第段整定（1）线路L1段的动作阻抗为Zop1=krelL1Z1（3-1）=1.2×125×0.4=60式中ZOP1距离段的动作阻抗；L1被保护线路L1的长度；Z1被保护线路的单位阻抗；Krel距离保护的段可靠系数；（2）动作时间。t2=0s（第段保护实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。

13、4.1.2线路L1距离保护第段整定（1）与相邻线路LBC距离保护段相配合，线路L1的段动作阻抗为Zop1= KrelL1 Z1+KrelKb,minZBC（3-2）=1.15×125×0.4+1.15×3.78×20=144式中Zop2距离段的动作阻抗；L1Z1线路L2的阻抗；Krel距离保护的段可靠系数；ZBC线路LBC的第段整定阻抗，其值ZBC = KrelLBCZ1（3-3）= 20Kb,min线路LBC对线路L1的分支系数：其求法如下： Z1=50Z2=50Z3=28 Z=Z1/Z3=(50×28)/(50+28)=17.95（3-4）

14、 I2=Z/(Z+Z2)=17.95/(17.95+50)=0.264（3-5） Kb,min=I/I2=3.78（3-6）（2）灵敏度校验距离保护段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足 Ks，min = ZOP2/(L2Z1)（3-7）= 144/50>1.5 满足要求（3）动作时间，与相邻线路LBC距离段保护配合，则 t2=t2+t （3-8） =0.5s它能同时满足与相邻保护以与与相邻变压器保护配合的要求。4.1.3线路L1距离保护第段整定（1）与相邻距离保护第的配合 Zop1 = Krel（ZL1+Kb,minZBC）（

15、3-9） = 1.15(50+1×33) = 95式中 Zop1距离保护的整定阻抗； ZL1被保护线路L1阻抗；Krel距离保护的段可靠系数； ZBC相邻新路距离保护第段动作阻抗； Kb,min线路LCD 对线路LBC的分支系数，单线路时，其值为1；ZBC线路LBC的段整定阻抗，其值为 ZBC = Krel(ZBC+Kb,minZCD)（3-10） = 33式中，ZCD为线路LCD的段动作阻抗。（2）灵敏度校验距离保护段，即作为本线路、段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时 KS,min = Zop1/ZL1（3-11） = 95/

16、50=1.9>1.5 满足要求作为远后备保护时 KS,min = Zop1/(ZL1+Kb,maxZBC)（3-12） = 1.4>1.2 满足要求4.2线路L3距离保护的整定与校验4.2.1线路L3距离保护第I段整定（1）线路L3段的动作阻抗为Zop3=krelL3Z1（3-13）=1.2×70×0.4=33式中ZOP3距离段的动作阻抗；L3被保护线路L3的长度；Z1被保护线路的单位阻抗；Krel距离保护的段可靠系数；（2）动作时间 t3=0s (第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间)。4.2.2线路L3离保护第II段整定（1）与相邻线路LBC距离保护段

17、相配合，线路L3的段动作阻抗为Zop3= KrelL3Z1+KrelKb,minZBC（3-14）=1.15×70×0.4+1.15×2.12×20=81式中Zop3距离段的动作阻抗；L3Z1线路L3的阻抗；Krel距离保护的段可靠系数；ZBC线路LBC的第段整定阻抗，其值ZBC=KrelLBCZ1=20（3-15）（2）灵敏度校验距离保护段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足Ks，min = ZOP3/(L3Z1)（3-16）= 81/28=2.8>1.5满足要求（3）动作时间，与相邻线

18、路LBC距离段保护配合，则 t3= t3+t（3-17） = 0.5s它能同时满足与相邻保护以与与相邻变压器保护配合的要求。4.2.3线路L3距离保护第段整定（1）与相邻距离保护第的配合 Zop3=Krel（ZL3+Kb,minZBC）（3-9） =1.15(50+1×33) =70式中 Zop3距离保护的整定阻抗； ZL3被保护线路L3阻抗；Krel距离保护的段可靠系数； ZBC相邻新路距离保护第段动作阻抗； Kb,min线路LCD 对线路LBC的分支系数，单线路时，其值为1；ZBC线路LBC的段整定阻抗，其值为 ZBC = Krel(ZBC+Kb,minZCD)（3-10） =

19、33式中，ZCD为线路LCD的段动作阻抗。（2）灵敏度校验距离保护段，即作为本线路、段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时 KS,min =Zop3/ZL3（3-11） =70/28=2.5>1.5 满足要求作为远后备保护时 KS,min = Zop3/(ZL3+Kb,maxZBC)（3-12） = 70/(28+1×16.8) = 1.5>1.2 满足要求五、实验验证六、继电保护设备选择6.1互感器的选择 互感器分为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与二次系统间的联络元件，同时也是一次

20、系统与二次系统的高电压、大电流，转变成二次系统的低电压、小电流，供测量、监视、控制与继电保护作用。互感器的具体作用是：（1）将一次系统各回路电流变成5A以下的小电流，以便于测量仪表与继电器的小型化、系列化、标准化。（2）将一次系统与二次系统在电气方面隔离，同时互感器二次侧有一点可靠接地，从而保证了二次设备与人员安全。6.1.1电流互感器的选择（1）电流互感器的选择电流互感器一次回路额定电压和电流选择 电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足：UN1UNSIN1Imax式中 UN1、 IN1电流互感器一次额定电压和电流 为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近

21、。二次额定电流的选择 电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般强电系统用5A，弱电系统用1A。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、屋外）和安装方法（如穿墙式、支持式、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。电流互感器准确级的选择 为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。二次容量或二次负载的校验 为了保证互感器的准确值，互感器二次侧所接实际负载Z21或所消耗的实际容量荷S2应不大于该准确级所规定的额定负载ZN2或额定容量SN2（ZN2与SN2均可从产品样本查到），即SN2S2=I2N2Z21或ZN

22、2Z21Rwi+Rtou+Rm+Rr(4-1) 式中 Rm、Rr电流互感器二次回路中所接仪表阻的总和与所接继电器阻的总和，由产品样本中查得Rw电流互感器二次联接导线的电阻Rtou电流互感器耳二次连线的接触电阻，一般取为0.1因为,所以A式中A,lca 电流互感器二次回路连接导线截面积（mm2）与计算长度（mm）。的铜线。当截面选定之后，即可计算出联接导线的电阻R，有时也可先初选电流互感器，在已知其二次侧连接的仪表与继电器型号的情况下，确定连接导线的截面积，但须指出，只用一只电流互感器时电阻的计算长度应取连接长度2倍，如用三只电流互感器接成完全星形接线时，由于中性电流接近于零，则只取连接长度为电

23、阻的计算长度，若用两只电流互感器接成不完全星形接线时，其二次公用线中的电流为两相电流之向量和，其值与相电流相等，但相位差为60，故应取连线长度的倍为电阻的计算长度。所以本题中电流互感器的型号为LCWB6-1108。6.1.2电压互感器的选择（1）电压互感器一次回路额定电压选择为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在（1.1-0.9）UNi围变动，即满足下列条件1.1UNi>NS>0.9UNi式中UNi电压互感器一次测额定电压。选择时满足UNi=UNS即可。（2）电压互感器二次侧额定电压的选择 电压互感器二次侧额定线间电压为100V，要和所接

24、用的仪表或继电器相适应。（3）电压互感器种类和型式的选择  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与其以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。（4）准确级选择 和电流互感器一样，供功率测量、电能測量以与功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。     （5）按准确级和额定二次容量选择

25、60; 首先根据仪表和继电器接线要求择电压互感器接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级额定容量。有关电压互感器准确级的选择原则，可参照电流互感器准确级选择。一般供功率测量、电能测量以与功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一电压继电器的选用3级电压互感器为宜。   电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级）SN2，应不小于电压互感器的二次负荷S2，即SN2S2。S2=式中S0、P0、Q0一各仪表的视在功率、有功功率和无功功率  cos一

26、各仪表的功率因数。 如果各仪表和继咆器的功率因数相近，或为了简化计算起见也可以将各仪表和继电器的视在功率直接相加得出S2大于的近似值，它若不超过SN2,则实际值更能满足式子的要求。由于电压互感器三相负荷常不相等，为了满足准确级要求，通常以最大相负荷进行比较。计算电压互感器各相的负荷时，必须注意互感器和负荷的接线方式。  所以本题中的电压互感器的型号为JDZJ-3.。6.2继电器的选择 6.2.1按使用环境选型   使用环境条件主要指温度（最大与最小）、湿度（一般指40摄氏度下的最大相对湿度），低气（压使用高度1000米以下可不考虑）、

27、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸与绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高级的条件选用。 对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。那些用固态器件或电路提供激励与对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬态抑制电路的产品。6.2.2按输入信号不同确定继电器种类 按输入信号是电、湿度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给继电器线

28、圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。6.2.3输入参量的选定 与用户密切相关的输入暈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。对用户来讲， 它只是一个工作下极限参数值。控制安全系数是工作电压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。整机设计时，不能以空载电压怍为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别是电源阻大时更是如此。当用二极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管必须处于开关状态，对6VDC以下工作

29、电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和压降。当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的冲击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的1.5倍，工作值的误差一般为±10%。6.2.4根据负载情况选择继电器触点的种类和容量 国外长期实践证明，约70的故障发生在触点上，这足见正确选择和使用继电器触点非常重要。触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。动合触点组和转换触点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用

30、动合触点。根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载与马达负载）确定参数十分重要。认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的，一般说，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75最好。电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠性下降，故100mA称作试验电流，是国外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核內容。由于一般继电器不具备低电平切换能力，用于切换50mV、50A以下负荷的继电器订货，用户需注明必要时应请继电器生产厂协助选型。继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下，负载为阻性的动作次数，当超出额定电压时，可参照触点负载曲线选用。当负载性质改变

31、时，其触点负载能力将发生变动。结论通过此次课程设计是我更加扎实的掌握了有关继电保护的基础知识，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，是我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在做继电保护配置时我们应该使配置的结果满足继电保护的基本要求，就是要保证可靠性、选择性、速动性和灵敏性。可是这四个指标在很多情况下是互相矛盾的，因此我们要根据实际情况让它们达到一定的平衡即可。通过设计过程可以看出，在运行方式变化很大的110kV多点原系统中，最大运行方式下三相短路的短路电流与最小运行方式下得

32、两相的短路电流相差很大。按躲过最大运行方式下末端最大短路电流整定的电流速断保护的动作值很大，最小运行方式下灵敏度不能满足要求。限时电流速断保护的定值必须与下一级线路电流速断保护的定值相配合，所以其定值也很大，灵敏度也均不能满足要求。过电流整定按照躲过最大负荷电流整定，其动作之受运行方式的限制不大，作为近后备和远后备灵敏度都能满足要求，一般采用受运行方式变化影响很小的距离保护。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断的发现错误，不断的改正，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，终于迎刃而解。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。从对距离保护所提出的基本要求来评价距离保护，可以得出如下几个主要的结论：（1）根据距离保护工作原理，它可以在多电源的复杂网络中保证动作的选择性。（2）距离I段是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长的80%