继电保护课程设计

1、输电线路距离保护设计（3）专业班级： 电气工程及其自动化1班 学 号： 2011116111 学生姓名： 钟英鹤 指导教师： 孙秀桂 课程设计任务 学 号2011116111学生姓名钟英鹤专业班级电气工程及其自动化1班课程设计（论文）题目输电线路距离保护设计课程设计8E6560km40km2174330kmDCBA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=75°,AB、BC线路最大负荷电流为410A,负荷功率因数为cosL=0.9,。电源电势为E=115kV, ZsAmax=15,ZsAmin=6,

2、ZsBmax=15,ZsBmin=10。归算至115kV的各变压器阻抗为84.2,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建立系统模型进行仿真分析。摘 要距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置，又称阻

3、抗保护。当系统正常运行时，保护装置安装处的电压为系统的额定电压，电流为负载电流，而发生短路故障时，其电压降低、电流增大。因此，电压和电流的比值，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，这样就能有选择地切除故障。本设计为输电线路的距离保护，简述了输电线路距离保护的原理具体整定方法和有关注意细节，对输电网络距离保护做了详细的描述，同时介绍了距离保护的接线方式及阻抗继电器的分类，分析了系统振荡系统时各发电机电势间的相角差随时间周期性变化和

4、短路过渡电阻影响。最后通过MATLAB建模仿真分析本设计的合理性，及是否满足要求。关键词：距离保护；故障点；整定计算；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2第2章 输电线路距离保护整定计算32.1 距离段整定计算32.2 距离段整定计算32.3 距离段整定计算42.4 系统振荡和短路过渡电阻影响分析52.4.1 系统震荡特性52.4.2 短路过渡电阻影响分析8第3章 距离保护原理图的绘制与动作过程分析113.1 保护1各段距离保护的动作过程113.2 三段式距离保护的原理框图11第4章 课程设计总结17第5章 参考文献18141、 绪论1.1 输电线路距离

5、保护概述电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制,系统和元件的自动安全保护,网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量发展过程20世纪50年代以前，电力系统容量在几百万千瓦左右,单机容量不超过10万千瓦,电力系统自动化多限于单项自动装置，且以安全保护和过程自动调节为主。例如,电网和发电机的各种继电保护,汽轮机的危急保安器,锅炉的安全阀,汽轮机转速和发电机电压的自动调节,并网的自动同期装置等。5060年代, 电力系统规

6、模发展到上千万千瓦,单机容量超过20万千瓦,并形成区域联网，在系统稳定、经济调度和综合自动化方面提出了新的要求。厂内自动化方面开始采用机、炉、电单元式集中控制。系统开始装设模拟式调频装置和以离线计算为基础的经济功率分配装置，并广泛采用远动通信技术。各种新型自动装置如晶体管保护装置、可控硅励磁调节器、电气液压式调速器等得到推广使用。7080年代，以计算机为主体配有功能齐全的整套软硬件的电网实时监控系统 (SCADA)开始出现。20万千瓦以上大型火力发电机组开始采用实时安全监控和闭环自动起停全过程控制。水力发电站的水库调度、大坝监测和电厂综合自动化的计算机监控开始得到推广。各种自动调节装置和继电保

7、护装置中广泛采用微型计算机。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。因此，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、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化的发展。随着计算机硬件的迅速发展，微机保护硬件也在不断发展。电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护。

8、继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信号量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性，速动性，灵敏性，可靠性。这次课程设计以最常见的输电线路距离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。重点进行了电路的化简、距离保护的具体计算。1.2 本文研究内容本次课程设计的主要针对方向是输电线路的距离保护。研究内容分为计算和分析两个部分计算部分的主要内容是计算保护1距离保护段、段和段的整定值和灵敏度，在计算灵敏

9、度的同时要注意每个保护的动作时间要精确，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。最后用MATLAB进行仿真，来验证计算的正确性。1、 输电线路距离保护整定计算1.3 距离段整定计算距离段动作阻抗的整定距离I段按躲开下一条线路出口处短路的原则整定 其中：计算相间距离保护第段动作阻抗确定动作时限：t=0S整定阻抗角与线路阻抗角相等，保护区为被保护线路全长的80%。1.4 距离段整定计算距离II段与相邻线路距离保护I段相配合，或躲开线路末端变电所变压器低压出口侧出口处

10、短路时的阻抗值整定。（1）与相邻线路第段配合。动作阻抗为： ：最小分支系数 助增分支：汲出系数为：1总的分支系数为： 整定阻抗为：灵敏度校验： 要求：1.31.5 满足要求（2）躲开线路末端变电所变压器低压出口侧出口处短路时的阻抗值。动作阻抗为： ：最小分支系数整定阻抗为：灵敏度校验： 要求：1.31.5 满足要求相间距离II段整定值取上述两项中较小值。整定阻抗为：整定时间为：t=0.5S 1.5 距离段整定计算（1）按躲过最小负荷阻抗整定动作阻抗为： 整定阻抗为： （2）灵敏度校验近后备时： 满足要求远后备时：作为线路BC远后备时： 满足要求。作为变压器远后备时： 满足要求。动作时间： 1.

11、6 系统振荡和短路过渡电阻影响分析1.6.1 系统震荡特性系统振荡时，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。但通常系统振荡若干周期后，多数情况下能自行恢复同步，若此时保护误动，势必造成不良后果，因而使不允许的。（1）对系统振荡电压，电流的变化规律几点假设：.全相振荡时，系统三相对称，故可只取一相分析；.两侧电源电势和电势相等，相角差为；.系统中各元件阻抗角均相等，以表示；不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路。电流：振荡电流的有效值随变化（包络线）电压：系统中总有一点的电压为最低，

12、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，I最大，相当于在线路z点发生三相短路。振荡周期：电压的一个最大值到下一个最大值所经历的时间，一般发生在0.252.5s的范围内。（2）系统振荡时测量阻抗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。系统振荡时时距离保护的影响：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。（3）当 且系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置

13、在全系统纵向阻抗的中点（即处）。则1.6.2 短路过渡电阻影响分析过渡电阻的性质： 电弧电阻 电弧电阻，杆塔电阻，大地电阻 其中为附加阻抗， ，为超前的角度。讨论：.,单侧电源网络 纯电阻性， 增大。. . 双侧电源网络受电侧>0, 电阻电感性，电抗部分增大。送电侧<0, 电阻电容性，电抗部分减小。依设计要求，当距保护1出口20km处发生带过渡电阻Rarc=12的相间短路时，观察保护1的三段式距离保护将作出的反应（设B母线上电源开路）。则可将系统视作单侧电源网络1、 相间距离保护I段：由于所以相间距离保护I段不动作。2、 相间距离保护II段：由于 所以相间距离保护II段动作。3、

14、相间距离保护II段：由于 所以相间距离保护III段动作。1、 距离保护原理图的绘制与动作过程分析1.7 保护1各段距离保护的动作过程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如下：1、 相间距离保护I段：由于所以相间距离保护I段不动作。2、 相间距离保护II段：由于 t=0.5S<1.5S所以相间距离保护II段动作。3、 相间距离保护II段：由于 t=2.5S>1.5S所以相间距离保护III段不动作。1.8 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 三段式距离保护的原理框图第四章 课程设计总结本文要求设计输电线路的距离保护。这对电力系统的稳

15、定性至关重要。系统在正常运行时，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，受系统运行方式影响较小，保护范围稳定因此常用于线路保护。这次设计的主要目标是针对系统的接线图和提出的相应问题，计算出保护1距离保护段、段和段的整定值和灵敏度，在计算灵敏度的同时要注意的问题就是每个保护的动作时间要计算准确，这对后续的计算至关重要。灵敏度的计算同时也是很重要的一环，这能影响到计算所得的灵敏度是否满足系统的要求。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，

16、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。在计算中由于对概念和动作过程了解的不够详细，计算灵敏度的时候也出现了错误，导致后续的分析出了很大的问题。时候及时的修正路数据，才避免了后面的计算错误。计算出来的数据一定要留出一定的裕量，方便实际中的断路器和其他元件电气参数的合理选取。第五章 参考文献1 贺家李等 编著 电力系统继电保护原理 北京：中国电力出版社，1994.8 2 杨新民等 编著 电力系统微机保护培训教材北京:中国电力出版社,2000.6 3 何仰赞等 编著 电力系统分析 武汉：华中理科技学出版社，2002.34 许正亚等 编著 输电线路新型距离保护北京:中国水利

17、水电出版社,2002.85 陈桂明等 编著 应用MATLAB建模与仿真 科学出版社，2001.36 崔家佩等 编著 电力系统继电保护与安全自动装置的整定计算北京:中国电力出版社,1993.1 7 许建安 编著 电力系统微机继电保护 中国水利水电出版社，2003.68 张保会等 编著 电力系统继电保护 中国电力出版社，2005.59 黄家裕等 编著 电力系统数字仿真 水利电力出版社，1995.510 张之哲等 编著 微型计算机距离保护的自适应对策 中国电力出版社，1998.111 王梅义等 编著 高压电网继电保护运行技术 北京:电力工业出版社,1981.312 吕继绍 主编 电力系统继电保护设计原理 北京:水利电力出版社,1986.3试验总结 本