电力系统距离继电保护例子

1、第四章习题和思考题答案3- 18图3-7所示系统中，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。其参数为：图3-7系统示意图E：y115/、3kV ；Xi.GI =X2.G1 = Xi.G2 =X2.G2 =150 ； X 1.G3 = X2.G3 = XG4 = X2.G4 = 100 ，X1.T1X1.T4 T°， X0.T1X0.T4 =30， X1.t5 = X1.T6 = 20' '，Xo.T5 = Xo.T6 = 40 1；La _b = 60km ， Lb _c

2、= 40km ；线路阻抗 Z = Z = 0.4 / km ， Z = 1.21 / km，线路阻抗角均为750，lA_B.Lmax =lc_B.Lmax=300A，负荷功率因数角为 30° ； Ks 1.2，Ke=1.2，心!=0.85，Kref =0.75，变压器均装有快速差动保护。试解答：(1) 为了快速切除线路上的各种短路，线路A-B、B-C应在何处配备三段式距离保护，各选用何种接线方式？各选用何种动作特性？答：应该在1，2, 3，4处配备三段式距离保护；选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式；它们的1,11段选择具有方向特性的距离保护，Ill选用具有偏移特性的距离保

3、护。(2) 整定保护14的距离I段，并按照你选定的动作特性，在一个阻抗复平面上画出各保护的动作 区域。答：线路AB的正序阻抗 ZAB二Z1La_ =0.4 60 =24"线路BC的正序阻抗 ZBC = Z1Lb0.4 40 =161】保护 1, 2 的距离 I 段 Zslet.1 =KrelZA0.8220.4保护 3, 4 的距离 I 段 zSet.3,4 = KZbc =0.85"6 = 13.60保护14距离I段在阻抗复平面上的动作区域如图3-8所示，圆周1、2、3、4分别对应保护1、2、3、4距离I段的动作特性:图3-8保护14距离I段的动作特性（3）分别求出保护1

4、、4接地距离II段的最大、最小分支系数；答：对保护1：（I）当和相邻下级线路距离保护I段相配合时K1bmax =2.88， Kemin =匸59（II ）当和相邻变压器的快速保护相配合时K1b max =288，K1bmin - 2.01对保护4：（I）当和相邻下级线路距离保护I段相配合时K4bmax = 226， K4bmin - 1.41（II ）当和相邻变压器的快速保护相配合时4b max= 1.99，K4bmin= 1.53详细计算步骤见本章最后面的附录。（4）分别求出保护1、4接地距离II、山段的定值及时限，并校验灵敏度。答：保护1距离II段的整定：（1）整定阻抗：按下面两个条件选择

5、zSef Kr；(ZAB K“ minZSeQ = 0.75(24 1.59 13.6) = 34.2182)当和相邻变压器的快速保护相配合时zS；t.i 二 Kr；(ZAB Kib minZJ =0.75(24 2.01 20) =48.15所以取Zs：=34.2180Z34 218(2) 灵敏度校验：Ksen竺1.43 1.25，满足灵敏度要求。乙b24(3) 动作时限：和相邻保护3的II段配合J =tg 4=0.50.5 =1s，它能同时满足和相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。距离III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ZlminU L.miniL.m

6、ax0.9_1100.3-190.53 门zS；1KrelKssKreCOsCset - ：L)ZL.min取 Krel =1.2 ,心=1.2 , Ky =1.2 和：set = 75° ,=30°，于Zmset 1-190.53155.93 111.2*1.2*1.2* cos(75 -30 )(2) 灵敏度校验:1 )本线路末端短路时灵敏系数:Ksen(1)zset.115593 =6.50 1.5Zab242)相邻设备末端短路时灵敏系数:Ksen(2)zs；1Z ABK1b maxZnext-1.2a、相邻线路末端短路时灵敏系数利用问题 中求灵敏系数的结论，只要令

7、Xbk =Xbc，XckKib = 1X56.0+ 2X12.0' XAB0 3 1 .1X12.1 ' X AC1X34.1X56.° . 1 . “0X34.0X34.0 人1 +_ 1X12.0 ' XAB0当 X34.1、X56.0 分别取最小值，而X12.1、X 34.0' X12.0 分别取最大值时，K1b就取最大值即当 X34.1min = 10】，X 56.0min = 20l 】，X12.1max = 25】，X34.0max = 30 1, X12.0ma = 30 1 时，K 1b max 1'20211+ 1_-3072

8、3 r 25 40101兰1旦V 30 人 30 + 72 丄= 2.88乙ext ZBC - 16-Ksen(2)益咤 2.23 1.2ZABK1b maxZnext24 288 16b、相邻变压器末端短路时灵敏系数此时，K1b.max =2.88 , Znext 二 Z 20'. 1Ksen(2)z；.i空乩=1.91>1.2ZAB ' K1b maxZnext24 ' 288 20所以灵敏度校验满足要求。(3)动作时限：和相邻设备保护配合t/1 =t3" *t -0.5 0.5 = 1s，它能同时满足和相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。保护4

9、:距离II段的整定:(1)整定阻抗：按下面两个条件选择1)当和相邻下级线路距离保护I段相配合时Z；t.4 二 Kr； (Zbc K4b minZ；et.2)= 0.75(16 1.41 20.4) = 33.5732)当和相邻变压器的快速保护相配合时Z：t.4 二 K；i(ZbcK4b minZt) =0.75(16 1.53 20) = 34.9"所以取 zSet.4 =33.5730Z11(2)灵敏度校验：Ksen琴Zbc335生 2.1 1.2516(3)动作时限：和相邻保护2的I段配合t；1 =t2+Kt=0.5 s，它能同时满足和相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。距

10、离III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ZLmin 壮*3 0,190.53zseLZL.minKrel KssKre COS(爲 一 ：L )取 Krel =1.2 ,©=1.2 , Ky =1.2 和：set = 75° ,30°，于zset.4190.531.2*1.2*1.2*cos(75 : -30) _ 155.93(2) 灵敏度校验: 1 )本线路末端短路时灵敏系数:Z“iK - Zset.4 se nZBC空3 474 1.5162)相邻设备末端短路时灵敏系数:Ksen(2)Z川厶set.4 > 1 2ZBCK4b

11、 maxZnext4b maxa、相邻线路末端短路时灵敏系数X56.0+2J 1X 56.0X34.0 X BC0 3 1 + X 34.1 + X AC1-X12.0X12.1+I X12.0 八_X56.0_ J1X34.0 + Xbc0 丿_当X12.1、X56.0分别取最小值，而X34.1、X12.0、X 34.0分别取最大值时，Kqb就取最大值K4bmax 1 '20 2, 130 48 3匕.20 4012.512.21 匚72 Y彳20 沆-11 1 -3030 48Ksen(2)III set.4ZBC4b maxZnext155.9316 2.21 24= 2.26

12、1.2b、相邻变压器末端短路时灵敏系数此时，K4b.max = 1.",乙ext = Zt = 20-'ZS；4155.93c”Kse n(2)沁.2.79 1.2ZBC + K4b maxZnext所以灵敏度校验满足要求。(3) 动作时限：和相邻设备保护配合t4"+加=0.5+0.5=1s，它能同时满足和相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。(5) 当AB线路中点处发生 BC两相短路接地时，哪些地方的哪些测量元件动作，请逐一列出。保护、断路器正常工作情况下，哪些保护的何段以什么时间跳开了哪些断路器将短路切除？答：当AB线路中点处发生 BC两相短路接地时，接地距离

13、保护中：B相，C相的接地距离保护的测量元件动作；相间距离保护中：BC相间距离保护的测量元件动作；保护、断路器正常工作情况下保护，保护1的B，C相的接地距离保护I段、BC相间距离保护I段、保护2的B，C相的接地距离保护I段、BC相间距离保护的I段，将在故障瞬间跳开保护 1，2 处的断路器，从而将短路切除。(6) 短路条件同(5)，若保护1的接地距离I段拒动、保护2处断路器拒动，哪些保护以何时间跳开 何断路器将短路切除。答：保护1的相间距离I段将在故障瞬间跳开保护1处的断路器，保护 4的距离III段延时1s跳开保护4处的断路器。(7) 假定各保护回路正确动作的概率为90%，在(5)的短路条件下，全

14、系统中断路器不被错误切除任意一个的概率是多少？体会保护动作可靠性应要求到多高。答：假定保护1在发电厂侧还有1套远后备保护，则线路 AB中点短路后应该有 4个断路器的跳闸回 路被4套保护起动，如果各保护回路正确动作的概率只有90%,则全系统中不被错误切除任意一个断路器的概率 P 为：P=0.9 0.9 0.9 0.9 = 0.65613 23系统如图3-12，母线C、D、E均为单侧电源。全系统阻抗角均匀为800 ,乙G1 = Z1G2=11 ,乙.ab=30C , Z6let = 240 ,乙也=320 ,t6 = 0.4 s,系统最短振荡周期 T = 0.9 So试解答：(1) G1、G2两机

15、电势幅值相同，找出系统的振荡中心在何处。1答：在系统各部分的阻抗角都相等的情况下，振荡中心的位置就位于阻抗中心丄Z处：2 -1 1 Z亠丄(15 1530) =30，即在AB线路的中点。2 - 2(2) 分析发生振荡期间母线 A、B、C、D电压的变化规律及线路 BC电流的变化。答：母线A , B:I 二 Eg1 - Eg2 _ 工二 Eg1 (1-ej)ZTZEZIU A 二 Eg1 - I Z1 G1U B = EG2 I Z1 G2由于母线C, D都是单端电源，其电压和母线B电压的变化规律一样，线路BC电流的变化跟随B母线电压的变化规律。(3) 线路BC、CD、DE的保护是否需要加装振荡闭

16、锁，为什么？答：不需要，线路 BC、CD、DE都是单端电源，在保护处所得出来的测量阻抗不受振荡的影响。(4) 保护6的II段采用方向阻抗特性，是否需要装振荡闭锁。3-13所示:答：保护6的II段方向阻抗特性及测量阻抗的变化轨迹如图Z T= 15 1530 =60 门系统振荡时测量阻抗变化轨迹线00是G1G2的垂直平分线，Z6)Set=320，所以动作特性圆30的半径为16，这样使测量阻抗进入动作圆的角度为2 arctan *124，使测量阻抗离v'161230开动作圆的角度为=360 -2 arctan 236J162 -12故停留在动作区内的角度为工：-学-：1 112。若振荡为匀速

17、振荡，在最短振荡周期的情况0 9下，停留在动作区域内的时间为'：t112 : 0.28s，小于II段的整定时间0.4s,所以在最短360*振荡周期振荡的情况下，距离II段不会误动，可以不加振荡闭锁。但是，如果振荡周期加长，测量阻抗停留在动作区域之内的时间也将加长，II段将有可能误动，在整定时间为0.4s的情况下，允许最长的振荡周期为：T二卫土 360 : 1.29s，即振荡周期不超112°过1.29s时II段不会误动，超过时可能误动。为了保证可靠性，最好还是经过振荡闭锁。【例4-1】 在图4.21所示网络中，各线路均装有距离保护，试对其中保护1的相间短路保护I、n、III段进

18、行整定计算。已知线路AB的最大负荷电流I Lmax=350A，功率因数COS = 0.9，各线路每公里阻抗 乙=0.4 Q /km阻抗角=700,电动机的自起动系数 Kss=1.5，正常时母线最低工作电压 U L min 取等于 0.9Un (U N =110kV )。AGE； =115/ ,3kVX s1.max =25"Xs1.min = 20' 11.x 230km /l. maxE； =115/ ,3kVX s2.max 301 1Xs2.min =25Uk%=10.54-1的网络连接图解1.有关各元件阻抗值的计算C5z60km3x0kmSb =31.5MVA811

19、5S10t10 24.21 例e115/，3kv（哪里的公式？）线路12的正序阻抗 Z12 = Z1L12 = 0.4 X0 = 12 Q线路 34 及 56 的正序阻抗 Z34 = Z56 = Z1 L34 = 0.4 X60= 24 Q 变压器的等值阻抗Zt =匕卫 匕旦二105 115 44.11100 Sb 100 31.52距离I段的整定（1）整定阻抗：按式（4.57）计算2；厂心忆12 =0.85 勺2=10.20（2）动作时间：tI=0秒（第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。3.距离II段（1）整定阻抗：按下列两个条件选择。1）和相邻下级最短线路34 （或56）的保护3

20、 （或保护5）的I段配合，按式（4.59）计算Zset = K rel Z AB ' K refK b min Z set 3式中可取 Krel = 0.85, Krel= 0.8,而 Z；et3 二 KreiZ34 =0.85 24 =204Kbmin的计算如下：当保护3Kbmin为保护3的I段末端发生短路时对保护1而言的最小分支系数，如图4.22所示,的I段末端k1点短路时，分支系数计算式为Kb12 _Xs1. X12 Xs2 (1 0.15)Z34 _(Xs1 Z12 .)1.152图4.22 整定距离II段时求Kbmin的等值电路1的最大可以看出，为了得出最小的分支系数Kbmi

21、n ,上式中Xs1应取可能最小值，即应取电源运行方式下的等值阻抗X s1 min ,而Xs2应取最大可能值，即取电源2的最小运行方式下的最大等值阻抗Xs2max，相邻双回路线路应投入，因而，20+12 八 1.15 d “Kbmin=(1)1.19302是 zSet1 = 0.85 >12+ 0.8 >1.19 >20.4 = 29.6 Q2）按躲开相邻变压器低压侧出口k2点短路整定（变压器装有差动保护），按式（4.60）计算Zset 1. = K rel Z AB ' K refK b.min Zt此处分支系数Kbmin为在相邻变压器出口k2点短路时对保护1的最小分

22、支系数，由图 4.27可见X s1 min *Zr220+12Kbmin 尹2.07X s2 max30于是 Z；et1 = 0.85 >2+ 0.7 >.07 >4.1 = 74.1 Q,此处取 K=0.7。取以上两个计算值中较小者为n段定值，即取Z r； 1 = 29.6 Q（2）灵敏性校验：按本线路末端短路求灵敏系数IIKsen=1.25，满足要求。- 12（3）动作时间，和相邻保护3的I段配合，则t" =t34=0.5s它能同时满足和相邻保护以及和相邻变压器保护配合的要求。4.距离III段（1）整定阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定。因为继电器取为相间接线方式的方向阻抗继电器,ZLmin所以按式（4.66）计算Z川set 1'Krei KssKreCOS( ： set -)