110KV输电线路距离保护设计1

1、辽 宁 工 业 大 学电力系统继电保护课程设计（论文）题目：输电线路距离保护设计（1）院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间： 本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气学院 教研室：电气工程及其自动化学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目输电线路距离保护设计（1）课程设计（论文）任务8E6562km38km2174330kmDCBA系统接线图系统接线图如图：课程设计的内容及技术参数参见下表设计技术参数工作量线路每公里阻抗为Z1=0.4/km,线路阻抗角为L=65°,AB、BC线路最大负荷电流为400A,负荷功率因数为cos

2、L=0.9,。电源电势为E=115kV, ZsAmax=10,ZsAmin=8,ZsBmax=30,ZsBmin=15。归算至115kV的各变压器阻抗为84.7,容量ST为15MV.A。其余参数如图所示。1计算保护1距离保护第段的整定值和灵敏度。2. 计算保护1距离保护第段的整定值和灵敏度。3. 计算保护1距离保护第段的整定值和灵敏度。4分析系统在最小运行方式下振荡时，保护1各段距离保护的动作情况。5当距保护1出口20km处发生带过渡电阻Rarc=12的相间短路时，保护1的三段式距离保护将作何反应（设B母线上电源开路）？6绘制三段式距离保护的原理框图。并分析动作过程。7. 采用MATLAB建立

3、系统模型进行仿真分析。续表进度计划第一天：收集资料，确定设计方案。 第二天：距离I段整定计算及灵敏度校验。第三天：距离II段整定计算及灵敏度校验。 第四天：距离III段整定计算及灵敏度校验。第五天：系统振荡和短路过渡电阻影响分析。第六天：绘制保护原理图。第七、八天：MATLAB建模仿真分析。 第九天：撰写说明书。第十天：课设总结，迎接答辩。指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要距离保护也称阻抗保护，一般是以阻抗继电器为基本元件，其动作原理是根据故障点与保护安装处的距离的远近来判断是否

4、动作的一种保护方式。其保护最大范围称为整定阻抗。它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。距离保护的工作原理就根据测量阻抗与整定阻抗的位置关系来判断保护是否动作。当系统正常工作时，保护装置安装处的电流为负载电流，电压为系统的额定电压，当系统发生短路故障时，系统电压降低、而电流增大。所以，测量阻抗在正常状态下和故障状态下是有很大变化的。由于线路阻抗和距离成正比，保护安装处的电压与电流之比反映了保护安装处到短路点的阻抗，也反映了保护安装处到短路点的距离。所以可按照距离的远近来确定保护装置的动作时间，这样使得保护动作时具有选择性。本次课程设计主要针

5、对输电线路的距离保护，根据已知系统的接线图，确定保护1距离保护三段的整定值并校验各段的灵敏度，再求得灵敏度之后分析系统在最小运行方式下振荡时，保护1各段距离保护的动作情况。最后采用MATLAB软件建立系统模型进行仿真分析输出系统正常状态和故障状态下的电流和电压波形，判断系统是否会出现继电器的误动作并分析其动作与否的原因，用实验数据来验证计算的准确性。 关键词：距离保护；整定计算；灵敏度；仿真目 录第1章 绪论11.1 输电线路距离保护概述11.2 本文研究内容1第2章 输电线路距离保护整定计算22.1 距离段整定计算22.2 距离段整定计算22.3 距离段整定计算32.4 系统振荡及短路时有过

6、渡电阻保护1各段保护动作情况.42.4.1 系统在最小运行方式下发生震荡特性42.4.2 短路过渡电阻对保护1各段影响分析5第3章 距离保护各段动作判别与原理图63.1 保护1各段的动作判别63.2 距离保护三段式的原理框图6第4章 MATLAB建模仿真分析74.1 MATLAB软件简介74.2 距离保护仿真波形及分析8第5章 课程设计总结11第6章 参考文献1214第1章 绪论1.1 输电线路距离保护概述输电线路距离保护顾名思义就是针对输电线路而设计的距离保护装置，是指利用阻抗元件来反应短路故障的保护装置，阻抗元件的阻抗值是接入该元件的电压与电流的比值，也就是短路点至保护安装处的阻抗值。系统

7、在正常运行时，不可能总工作于最大运行方式下，因此当运行方式变小时，电流保护的保护范围将缩短，灵敏度降低；而距离保护测量的是短路点至保护安装处的距离，而系统运行方式对保护的影响不大。在高压及以上电压等级电网中，继电装置可靠性和速动性有双重主保护来保证，其选择性和灵敏性主要由相间接地故障后被保护延时段来保证。电力系统稳定运行主要有符合要求电网结构、系统运行方式和电力系统继电保护来保证。当前微计算机硬件的更新和网络化发展在计算机控制领域。单片机与DSP芯片二者技术上的融合，主要体现在运算能力的提高及嵌入式网络通信芯片的出现和应用等方面。同时使用距离保护还应该注意：任何阻抗继电器均需克服机械阻力或阈电

8、压才能动作，所以输入继电器的电流不能太小。输入继电器的电流较小时，继电器的起动阻抗将下降，使距离继电器的实际保护范围缩短，这将影响到与相邻线路距离元件的配合，甚至引起非选择性动作。为把起动阻抗的误差限制在一定范围内,规定了精确工作电流这一指标。当输入电流等于阈电压时,继电器的起动阻抗下降到整定值的90%；当输入电流大于阈电压时,就可保证起动阻抗的误差在10%以内。因此精确工作电流愈小,则继电器愈灵敏。对于方向阻抗继电器，在近处发生短路时存在电压死区，即继电器拒绝动作。为了改善它的动作性能，常采用极化回路以消除电压死区。当系统发生振荡时，靠近系统振荡中心处的距离保护所测得的电压很低、电流很大，即

9、阻抗很小。为避免在系统振荡时距离保护装置误动作，应加设振荡闭锁装置。在电压互感回路断线时也将造成距离保护误动作，也应增设闭锁元件。这些发展使硬件设计更加方便。高性价比使冗余设计成为可能，为实现灵活化、高可靠性和模块化的通用软硬件平台创造了条件。硬件技术的不断更新和微机保护设计网络化。它可以做到简化硬件设计、提高硬件的可靠性，不管是经济还是安全方面都可以有很大的提高。1.2 本文研究内容而对于本次课程设计的研究，主要是针对题目给出的线路先计算出保护1的各段的整定值与灵敏度并判断其是否符合要求。再分析其在最小运行方式下在发生系统震荡时保护1的各段的动作情况。另外再假设线路上B母线电源开路时，当保护

10、1出口20km处发生带过度电阻的相间短路时距离保护三段式都有什么反应。在计算完成之后绘制出流程图或原理框图。并运用MATLAB仿真软件对给出的系统接线图进行仿真绘制，并测出计算时所求出的各个数值与波形，观察测出的数值与波形是否与计算时预期的一致。第2章 输电线路距离保护整定计算2.1 距离段整定计算整定距离保护段的动作阻抗：距离保护I段的保护范围一般为线路的80%-85%。在此我们取： 带入已知数据可求得距离保护1第段动作阻抗 同时可以得出保护1、3、4QF处距离保护第段的动作时间和灵敏度分别为：故可知它们的均为动作时限：t=0S2.2 距离段整定计算距离保护II段则需要与相邻线路距离保护I段

11、相配合，而对于有变压器的线路还要躲开线路末端变压器低压出口侧出口处短路时的阻抗值整定。（1）当保护II段与相邻线路第段配合。动作阻抗为： 分支系数： 带入之后可得： 灵敏度校验： 3.30>1.3-1.5 故可知灵敏度满足要求。（2） 当保护段与相邻线路变压器相配合时。 而其中两台变压器时并联运行， 则有：， 带入求得： 此时的段保护的灵敏度为： 3.24>1.5 灵敏度满足要求。对于距离保护第段的动作时间，由于都是与相邻段相配合，且灵敏度都符合要求。所以可知：2.3 距离段整定计算 距离保护段的整定原则是按躲过最小负荷阻抗整定。 动作阻抗： 整定阻抗为： 而距离保护段作为后备保护

12、分为远后备跟近后备。近后备时： 灵敏度合格远后备时：线路BC远后备时： 灵敏度合格。变压器远后备时： 灵敏度合格。 距离保护段的动作时间：2.4 系统振荡及短路时有过渡电阻保护1各段保护动作情况2.4.1 系统在最小运行方式下发生震荡特性根据要求需要求得系统在最小运行方式下振荡时最小测量阻抗。在系统振荡过程中，系统中各发电机电势间的相角差随时间作周期性变化，从而使系统中各点电压，线路电流以及距离保护的测量阻抗也将发生周期性变化，可能导致距离保护的误动作。震荡不属于故障，一般情况下系统发生震荡之后都会在若干周期之后自动恢复正常，所以发生震荡的时候系统的距离保护应当不误动，若此时误动会影响系统的正

13、常运行，破坏电力系统稳定性。结合图2.1所示的距离保护电路可分析系统震荡进行时保护的动作情况： 图2.1 距离保护简图其中，电流： 电压： 系统中总有一点的电压为最低，其值为由0向相量所做的垂线的长度，该点则称为振荡中心，以z表示。当 且系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点（即处）。 当时保护安装处的测量阻抗为： 可得：而 而系统振荡时测量阻抗的变化规律。 M侧：因为所以 , , ， 可见，当变化，幅值变化，阻抗角亦变化。当测量阻抗进入特性圆内，阻抗继电器就要误动。全阻抗继电器误动的相角，方向阻抗继电器误动的相角。 因为T0.252.5之间，所以就可躲振荡的影响。 当

14、 且系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点（即处）。则 根据最小运行状态下的测量阻抗与距离保护第、段的整定阻抗的关系可以判断出保护1的、段的阻抗元件将误动。2.4.2 短路过渡电阻对保护1各段影响分析根据要求当离断路器1QF保护安装处15KM处发生带过渡电阻的相间短路时。1QF处保护的测量阻抗为： 方向第、段的动作阻抗分别为： 故有： 根据求得的关系可知，故障点应在保护1QF处相间距离保护的第段保护范围内，而此时由于短路点过渡阻抗的影响，在距离保护第段和第段的整定阻抗范围内，故这时距离保护第段将拒动，而距离保护第段动作，降低了保护的速动性。因此，距离保护中必须有防止过渡

15、电阻影响的措施。第3章 距离保护各段动作判别与原理图3.1 保护1各段的动作判别当系统在最小运行方式下发生振荡时，根据第2章以求得的数据可以判断出保护1各段距离保护的动作情况：（1）距离保护I段：由于 T=0s<1.5s。（2）距离保护II段：由于 T=0.5s<1.5s距离保护II段：（3）由于 T=2.5s>1.5s所以,距离保护I段不动作、保护II段动作、保护III段不动作。 3.2三段式距离保护的原理框图三段式距离保护的原理框图如图3.1。 图3.1 三段式距离保护原理框图第4章 MATLAB建模仿真分析4.1 MATLAB软件简介本实验设计在软件仿真部分采用MATL

16、AB软件进行仿真。MATLAB（矩阵实验室）是MATrix LABoratory的缩写，是一款由美国The MathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言（包括C，C+和FORTRAN）编写的程序。MATLAB是一种交互式、面向对象的程序设计语言，广泛应用于工业界与学术界，主要用于矩阵运算，同时在数值分析、自动控制模拟、数字信号处理、动态分析、绘图等方面也具有强大的功能，其程序设计语言结构完整，且具

17、有优良的移植性，它的基本数据元素是不需要定义的数组。MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB软件的优点：1) 高效的数值计算及

18、符号计算功能，能使用户从繁杂的数学 运算分析中解脱出来； 2) 具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化； 3) 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握； 4) 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ，为用户提供了大量方便实用的处理工具。 运用MATLAB软件对实验电路进行仿真。 图如图4.1所示：图4.1 输电线路距离保护的仿真电路图4.2 距离保护仿真波形及分析当系统未发生故障即线路正常运行时，测得线路波形如图4.2，由于未发生故障此时波形相差120°且三相对称。图4.2 正常状态下时系统的电压波形图而当系统在最小运行方式下发

19、生震荡时各相电压波形如图4.3和图4.4所示。由于时系统震荡，故障仿真属于暂态，故此时仿真起止时间为0-0.5s，故障的其实时刻为0.01s,。根据故障类型仿真得到如下结论：接地距离保护对于相间短路即使在其保护范围内仍然会拒动，同时各段的的相间距离保护对于保护范围内的单相接地故障也同样会拒动。图4.3 故障线路的相间电压波形 图4.4 故障线路的相间电流波形当线路发生两相接地故障时得出的电压波形图如图4.5所示。通过波形我们可以观察出当线路发生两相接地故障时的电压波形的变化。下图反映了系统发生两相接地故障的过程中，发生故障的线路电压波形的变化状态，根据系统的发生故障后电流电压的变化，发现距离保

20、护能够反映保护范围内的各种相间故障和接地故障，符合我们最初预期的成为本线路保护和后一级线路的后备保护。通过仿真波形我们可以得出结论，本实验设计的线路距离保护模型符合实验课题要求，满足设计方案的预期结果。 图4.5 线路两相接地故障时的电压波形图第5章 课程设计总结本文要求设计输电线路的距离保护，而且需要在最小运行状态下分析震荡对于系统的影响，这对电力系统的稳定性十分重要。因为电力系统需要处于动态平衡，不会一直处于一个运行点上，因此当运行方式变小时，电流三段式保护的保护范围将缩短，灵敏度降低；而距离保护通过反应线路阻抗的的变化来动作，所以距离保护的稳定性十分优越，不会因为运行状态的不变化而影响其灵敏性。本次试验设计是针对要求给出的系统的接线图，首先计算出保护1得距离保护段、段和段的整定值和灵敏度，在计算在段和段灵敏度的时候需要考虑与下级或者是相邻线路相配合，同时要注意的问题就是每个保护的动作时间要计算准确，根据预期配合的线路等级来准确确定其动作时间。灵敏度的计算同时也是十分重要重要的，我们需要根据灵敏度是否满足保护的要求来确定是否需要改变与其配合的线路等级。上述工作完成后接下来对设计提出的系统震荡和短路过渡电阻对系统的影响进行相应的计算分析，并确定距离保护的范围，并分析系统在最小运行方式下振荡时，保护1的各段距离保护的动作情况。在计算中由