三段式距离保护设计

1、继电保护课程设计题 目: 三段式距离保护设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 电气F1302 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 评语及成绩：指导教师： 日 期：电力系统继电保护 课程设计任务书专业班级电气F1306组别第二组题目三段式距离保护设计课程性质工程设计课题来源自拟指导教师康建伟设计要求1. 保护配置的设计； 2. 进行整定计算（包括短路电流、电压或阻抗计算，主保护的整定计算和后备保护的整定计算）； 3. 设备的选择及原理图；4. 保护评价。说明书要求1. 设计原始材料； 2. 

2、计算方法简介； 3.硬件设计及结果分析； 4. 总结；5 参考文献。算例发电机以发变组接入系统，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，T5和T6可能运行1台或2台。参数为：UN=115KV、X1G1=X1G2=15，X1G3=X1G4=10，X1T1=X1T2=X1T3=X1T4=10，X1T5=X1T6=20，X0T5=X0T6=40，X0T1=X0T2=X0T3=X0T4=30，LA-B=60km，LB-C=40km，X1=X2=0.4/km,X0=1.2/km，线路阻抗角为75°，IA-BLmax=IC-BLmax=300

3、A，负荷功率因数角为30°，Kss=1.2，Kre=1.2，Krel=0.85，Krel=0.75。变压器均装有快速差动保护，请对4进行距离保护设计。审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日目录1.设计题目及资料31.1具体题目31.2完成内容32分析课题设计内容32.1设计规程32.2保护配置4主保护配置4后备保护配置53路电流及残压计算53.1等效电路的建立53.2保护短路点的选取63.3短路电流的计算6最大运行方式短路电流计算6最小运行方式短路电流计算64保护的配合及整定计算74.1保护4距离保护的整定与校验7保护4距离保护第I段整定7保护4距离保护第II段整定7保护4距离保

4、护第III段整定：85继电保护设备选择95.1互感器的选择9电流互感器的选择9电压互感器的选择115.2继电器的选择12按使用环境选型12按输入信号不同确定继电器种类12输入参量的选定12根据负载情况选择继电器触点的种类和容量126二次展开图的绘制136.1保护测量回路136.1.1 绝对值比较原理的实现136.2保护跳闸回路156.2.1 起动回路156.2.2 测量回路16逻辑回路167对距离保护的评价168设计心得17参 考 文 献171.设计题目及资料1.1具体题目发电机以发变组接入系统，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，T5和T6可能运行1台或2台。参数为：UN=

5、115KV、X1G1=X1G2=15，X1G3=X1G4=10，X1T1=X1T2=X1T3=X1T4=10，X1T5=X1T6=20，X0T5=X0T6=40，X0T1=X0T2=X0T3=X0T4=30，LA-B=60km，LB-C=40km，X1=X2=0.4/km,X0=1.2/km，线路阻抗角为75°，IA-BLmax=IC-BLmax=300A，负荷功率因数角为30°，Kss=1.2，Kre=1.2，Krel=0.85，Krel=0.75。变压器均装有快速差动保护，请对4进行距离保护设计。1.2完成内容我们要完成的内容是实现对线路的距离保护。距离保护是利用短路时

6、电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。2分析课题设计内容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范围内发

7、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，良好的运行维护以及丰富的运行经验，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，在可能最小的区间内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。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，以减少设备及用户在大短路

8、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，是指对于其保护范围内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应该是在规定的保护范围内部故障时，在系统任意的运行条件下，无论短路点的位置、短路的类型如何以及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

9、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。以上四个基本要求是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。相同原理的保护装置在电力系统不同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

10、护的主保护是距离保护段和距离保护段。（1）距离保护第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2为例，其第段保护本应保护线路A-B全长，即保护范围为全长的100，然而实际上却是不可能的，因为当线路B-C出口处短路时，保护2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,整定阻抗<.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，（一般取0.80.85），则 同理对保护1的第段整定值应为如此整定后，距离段就只能保护本线路全长的8085，这是一个严重缺点。为了切除本线路末端1520范围以内的故障，就需设置距离保护第段。（2）距离保护第段

11、距离段整定值的选择是类似于限时电流速断的，即应使其不超出下一条线路距离段的保护范围，同时带有高出一个t的时限，以保证选择性。例如在图1-1单侧电源网咯中，当保护1第段末端短路时，保护2的测量阻抗为引入可靠系数，保护2的启动阻抗为距离段与段联合工作构成本线路的主保护。后备保护配置距离保护第段，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范围内其他各保护的最大动作时限高出一个t。3路电流及残压计算3.1等效电路的建立由于短路电流

12、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，首先应该分析运行方式。在相同地点发生相同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；在相同地点发生相同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

13、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。3.3.2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。4保护的配合及整定计算4.1保护4距离保护的整定与校验4.1.1保护4距离保护第I段整定（1）保

14、护4的I段的整定阻抗为 式中为保护4距离I段的整定阻抗。（2）动作时间 第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。4.1.2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，有式中为保护4距离II段的整定阻抗。 当与相邻变压器的快速保护相配合时，有所以取。（2）灵敏度校验满足灵敏度要求。（3）动作时限与相邻保护2的I段配合，它能同时满足与相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。4.1.3保护4距离保护第III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，有式中为保护4距离III段的整定阻抗。取，和，,于是 （2）灵敏度校验 本线

15、路末端短路时灵敏系数为满足灵敏度要求。 相邻线路末端短路时灵敏系数。经分析可得当、分别取最小值，而、分别取最大值时，就取最大值，即当，有灵敏度校验满足要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数。此时，有灵敏度校验满足要求。（3）动作时限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。5继电保护设备选择5.1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与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。它们将一次系统的高电压、大电流，转变成二次系统的低电压、小电流，供测量、监视、控制及继电保护使用。互感器的具体作用是：（1）将一次系

16、统各级电压均变成100以下的低电压，将一次系统各回路电流变成5A以下的小电流，以便于测量仪表及继电器的小型化、系列化、标准化。（2）讲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及人员安全。5.1.1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： 式中、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。 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

17、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。例如:装于重要回路(如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和计费的电能表一般采用0.51级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级；对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆用11.5级的，相应的电流互感器应为0.51级。供只需估计电参数仪表的互感器

18、可用3级的。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。 二次容量或二次负载的校验为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接实际负载Z2l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及SN2均可从产品样本查到），即 或 式中电流互感器二次回路中所接仪表内阻的总和与所接继电器内阻的总和，可由产品样本中查得；电流互感器二次联接导线的电阻；电流互感器二次连线的接触电阻，一般取为0.1。 因为A=，所以A，式中A，一电流互感器二次回路连接导线截面积（mm2）及计算长度（mm）。按规程要求联接导线应采用不得小于1.5mm2的铜线，实际工作

19、中常取2.5mm2的铜线。当截面选定之后，即可计算出联接导线的电阻Rwi。有时也可先初选电流互感器，在已知其二次侧连接的仪表及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，由于中线电流近于零，则只取连接长度为电阻的计算长度。若用两只电流互感器接成不完全星形结线时，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，故应取连接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LCWB6-110B。5.1.2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

20、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）范围内变动，即满足下列条件 > >式中电压互感器一次侧额定电压。选择时，满足即可。（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。（4）准确级选择和电流互感器一

21、样，供功率测量、电能测量以及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首先根据仪表和继电器接线要求选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、电能测量以及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。电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），应不小于电压互感器

22、的二次负荷，即。 式中各仪表的视在功率、有功功率和无功功率。各仪表的功率因数。如果各仪表和继电器的功率因数相近，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，得出大于的近似值，它若不超过，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。5.2继电器的选择5.2.1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）、振动和冲击。此外，尚有

23、封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。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一级的条件选用。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及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。5.2.2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，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圈是恒定的电流应选用电流

24、继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。5.2.3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。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，不能以空载电压作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，特别是电源内阻大时更是如此。当用三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以下工作电压的继电器来讲，

25、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%。5.2.4根据负载情况选择继电器触点的种类和容量国内外长期实践证明，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，尽量多用动合触点。根据负载容量大小

26、和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）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，是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。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。当负载性质改变时，其触点负载能力将

27、发生变动。 6二次展开图的绘制6.1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。6.1.1 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

28、，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 式称为电压形式的绝对值比较方程。电路图如图6.1所示。图6.1 绝对值比较的电压形成6.1.2 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式称为电压形式相位比较方程。电路图如图6.2所示。图6.2 相位比较的电压形成6.2保护跳闸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6.3所示。 图6.3保护跳闸回路6.2.1 起动回路 起动回路主要由起动元件组成，起动元件可由电流继电器、阻抗继电器、负序电流继电器或负序零序电流增量继电器构成。实践证明，负序零序电流增量继电器动作可靠、灵敏度高，同时还可兼起断线闭锁保护作用。正常运行时，整套保护处于未起动状态，即使测量元件动作也不会产生误跳闸。起动部分用来在短路时起动整套保护，即解除闭锁，允许1、和通过与门和去跳闸。起动部分启动后，起动时间电路，在0.1s时间内（开放时间内）允许距离段跳闸。超过0.1s时动作，一方面通过禁止门闭锁距离段，另一方面起动切换继电器，对于各段或各相有公用阻抗继电器的距离