距离保护整定计算

.z.本科毕业设计〔论文〕继电保护整定计算的分析与研究—距离保护整定计算指导老师**二Ｏ一二年六月中国-.z.摘要继电保护是电力系统平安运行的防护线，继电保护的整定计算是继电保护装置正确动作的关键。随着电力系统的快速开展，电力系统的网络构成日趋复杂，继电保护的整定也越来越复杂，而且更费时费力，也更容易出错。标准继电保护整定计算，提高继电保护整定计算水平对于减少设备事故或杜绝事故的发生具有深刻的意义。如果能成功编制一款软件，该软件能够在各种各样的系统运行方式下，根据整定原则计算出继电保护装置的整定值，使装置正确动作，则将很大程度上减少工作人员的工作量，使工作效率大大提高。本文以三段式距离保护为例，介绍了如何利用软件开发工具Matlab编制三段式距离保护软件。主要使用了Matlab的GUI(图形用户界面)功能将距离保护整定计算划分成五个模块。用户通过这些模块的提示，能准确快速地计算出整个网络的继电保护装置的整定值，并且用户还可以根据系统运行方式的变化修改整定计算算法，使整定值能够适用于多种不同的运行方式，实现了整定计算过程的自动化和智能化。【关键词】继电保护距离保护整定计算Matlab-.z.AbstractRelayprotectionisthelineofdefenceofsafetyoperationofthepowersystem.Settingcalculationofrelayprotectionisthekeytotherightactionofrelayprotectiondevices.Withthedevelopmentofpowersystem,powersystemnetworkisbecomingmoreandmorecomple*,therelayprotectionisbecomingmoreandmorecomple*,andmoretime-consumingandlaborious,butalsomorepronetoerror.Specificationforandraisethelevelofsettingcalculationofrelayprotectionhasprofoundsignificanceonthereductionofequipmentaccidentandavoidingthehappeningofaccidents.Ifwecansuccessfullydevelopapieceofsoftware,thesoftwarecancalculatethesettingvaluesinvariousoperatingmodeofthesystemaccordingtotheprinciplesofsettingcalculationofrelayprotectiondevicesettingvalue,sothattherelayprotectiondeviceswillactcorrectwillgreatlyreducetheworkloadofstaff,greatlyimprovetheworkefficiency.Thepapertakesthreesectionsdistanceprotectionforane*ampleandintroduceshowtoprogramethethreesectionsdistanceprotectionwiththesoftwaredevelopingtool--Matlab.ThesettingcalculationofdistanceprotectionisdividedintofivemodulesbythhemainfunctionofMatlab--GUI(graphicaluserinterface).Throughthesemodulestips,userscanaccuratelyandquicklycalculatetherelayprotectiondevicesettingvaluesoftheentirenetwork,andtheuserscanalsochangethesettingcalculationalgorithmaccordingtotheoperatingmodeofthesystemtomakesthesettingvaluescanbeappliedtoavarietyofdifferentoperationmodes,torealizethesettingcalculationprocessautomation.【Keywords】RelayprotectionDistanceprotectionSettingcalculationMatlab-.z.目录摘要IAbstractII目录III第一章绪论1第一节电力系统继电保护概述1一、继电保护的概念1二、继电保护的根本任务与重要性1三、继电保护的4个根本要求1四、继电保护的原理和构成3第二节继电保护的开展简史3一、继电保护原理开展史3二、继电保护装置开展史4三、继电保护整定计算软件的开展与研究5第三节本文所做的工作6第二章电网的距离保护8第一节距离保护简介8一、距离保护的概念8二、距离保护的构成8第二节距离保护装置的主要元件——阻抗继电器9一、偏移圆特性阻抗继电器9二、方向圆特性阻抗继电器10三、全阻抗圆继电器11第三节距离保护定值配合的根本原则12第四节定值计算的分支系数的选择与计算13一、带有助增分支的网络13二、带有外汲分支的网络14三、助增、外汲分支同时存在的网络15第五节距离保护整定计算15一、距离保护I段整定计算16二、距离保护II段整定计算16三、距离保护III段整定计算17第六节对距离保护的评价19第三章整定计算软件的设计与开发20第一节引言20第二节软件开发工具20一、Matlab语言简介21二、图形用户界面GUI简介23第三节软件设计框架图23一、软件构造示意图23二、软件功能模块概述24三、软件的功能特性26第四章算例结果分析27第一节算例27一、手算算例27二、软件整定结果30第二节分析及结论31第五章结论32第一节工作总结32第二节缺乏与展望33致34参考文献35-.z.第一章绪论第一节电力系统继电保护概述一、继电保护的概念当系统一旦发生故障时，保证系统能有选择性的、快速的切除故障的装置，称为继电保护装置；原来实现此功能的装置是由继电器组合来实现的，故称为继电保护装置，而目前继电器已被电子元件及计算机替代，但仍沿用此名称。在电力部门常用继电保护一词泛指机电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统[1]。二、继电保护的根本任务与重要性当系统发生短路时可能产生的后果有：经过故障处的很大的短路电流和由于短路电流击穿空气所产生的电弧，会使故障元件烧坏；当短路电流通过非故障元件时，由于电流的热效应和电动力的作用，同样也会使得元件过早的损坏以至缩短了元件的寿命；当短路时，电力系统中局部地区的母线电压将大大降低，不仅能破坏居民家中小型电器的平安性和稳定性，也会降低工厂生产出来的精细设备的质量；更严重的是会破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至瓦解整个系统[1][3]。因此，继电保护的根本任务在于：(1)有针对性地将故障元件快速、自动切除，使电力系统快速恢复正常工作状态，并且使无故障的元件破坏程度减至最少，并最大程度地保证无故障元件的正常运行。(2)如果电力系统中的电气元件有什么不正常工作状态，继电保护能根据运行维护的要求和设备本身的承受能力，发出报警信号、减掉一局部的负荷或延时跳闸。(3)能根据用户的需求和电网的实际运行情况，尽快自动恢复停电局部的供电[6][10]。因此可以这么说，继电保护是电力系统的重要组成局部，是保证电网平安稳定运行的重要技术手段，能快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最大限度地维持系统稳定、保持供电连续性、防止或减轻设备损坏、保障人生平安[9]。三、继电保护的4个根本要求(1)可靠性：可靠性含两重意思，分别是平安性和信赖性。平安性是指继电保护在保护范围外不动作，不发生误动作；信赖性是指当发生故障在规定的保护范围内时，继电保护应该立即动作。继电保护性能的最根本要求就是可靠性[4][6]。(2)选择性：继电保护的选择性是指元件处于不正常工作状态时，继电保护装置应该在保证最大范围内的供电得到满足的前提下，将故障元件从电力系统中切除断开。它包含了两种意思：第一种是应该只能由装在故障元件上的保护装置先动作切除故障；第二种是无论故障元件上的保护装置是否动作或者拒动，相邻元件都应该对它起到后备作用[6]。(3)速动性：继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，保证电力系统在异常工作时产生的短路电流或者低电压对居民生活和工厂生产出来的产品质量不造成影响，同时也是为了使电力系统维持稳定[7][21]。例如：在国家现在大力开展的超高压及高压电网中，继电保护能否快速地动作是决定电力系统的暂态稳定的关键性因素，如果故障切除得不及时，电力系统将失稳，就不得不解列。(4)灵敏性：继电保护的灵敏性是指对故障或不正常运行状态的反响能力。在其保护范围内，对各种各样性质的故障都能敏锐感觉、正确反响。参照GB14285-2006"继电保护和平安自动装置技术规程"一书中，保护的灵敏系数的要求如下：[9]。继电保护的四个要求是评价和研究继电保护的根底，它们之间既相辅相成，又存在矛盾。如何能科学地研究设计继电保护，使继电保护的四个根本要求都能得到满足，是设计继电保护软件或者装置的核心，也是根本准则。四、继电保护的原理和构成电力系统的每个元件都有其特征值，当系统有短路或不正常工作状态发生时，这些元件的特征值〔电流，电压等〕超出电力系统所规定的值，就会对电力设备和系统稳定性造成威胁。当系统发生故障时，最容易发现的现象是电流大幅度提高。因此，继电保护的第一个原理就是表达电流剧增这一特征，即熔断器保护和过电流保护。而发生故障时的另一显著现象就是电压大幅度减少，表达这一特征有低电压保护。而同时表达出电压降低和电流增大的一种保护为距离保护，距离保护根据测量阻抗值的大小来测算出故障点离距离保护装置的距离，是否在动作范围内，再决定保护是否动作[5][8]。近些年来，电力系统快速开展，随之而来的是各种辐射型电网、环型电网也相继大面积地出现并接入融合到电网中，使电网拓扑构造日益复杂；同时随着供电需求不断提高，机组容量也不断增加；而为了使资源进一步得到优化配置，高电压电网的开展也形成趋势，则对继电保护装置的要求当然也会相应提高，因而也促进了继电保护的开展，与此同时，保护的新原理、新装置不断问世[5]。继电保护装置由测量局部、定值调整局部、逻辑局部和执行局部构成〔如图1-1〕。测量局部的作用是将在故障点测得的信号与给定的整定值相比拟，决定保护是否动作；定值调整局部是根据整定的具体条件将定值调整成符合继电保护要求的值；逻辑局部是控制保护装置合理有序地工作，然后作出保护是否动作的判断；最后由执行局部发出报警或跳闸信号[1]。图1-1继电保护装置的组成方框图第二节继电保护的开展简史一、继电保护原理开展史(1)19世纪90年代出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式的电磁型过电流继电器[4]；(2)901年出现了感应型过电流继电器；(3)1908年提出比拟被保护元件两端电流的差动保护原理；(4)1910年方向保护得到运用；(5)1920年前后距离保护出现；(6)1927年前后出现了利用高压输电线路上高频载波电流传送和比拟输电线路两端功率方向或电流相位的高频保护装置；(7)1950年前后出现了利用微波传送电量的微波保护；(8)1970年前后诞生了行波保护装置[20][21][25][29]。二、继电保护装置开展史(1)机电式继电器：上世纪50年代以前，以电磁型、感应型、电动型继电器为主，都具有机械转动局部。优点：运用广，积累了丰富的运行经历，技术比拟成熟。缺点:体积大，功耗大，动作速度慢，机械转动局部和触点易磨损或粘连，调试维护复杂。(2)晶体管式机电保护装置〔第一代电子式静态保护装置〕：50年代开场开展，70年代得到广泛应用。优点：解决了机电式继电器存在的缺点缺点：易受外界电磁干扰，在初期经常出现"误动〞的情况，可靠性稍差。(3)集中电路继电保护装置〔第二代电子式静态保护装置〕：80年代后期出现，将数十个甚至更多的晶体管集中在一个半导体芯片上。优点：体积更小，工作更可靠。(4)微机保护：90年代后，已大量投入使用，成为机电保护装置的主要趋势。可以说微机保护代表着电力系统机电保护的未来，目前已成为电力系统保护、控制、运行调度及事故处理的统一计算机系统的组成局部。优点：具有强大强健的整定计算、分析和逻辑判断能力，有存储记忆功能，因而可以实现各种功能完好的保护原理；微机保护拥有自检查功能，可靠性高；可用同一个硬件实现不同的保护功能，制造相对简单；功能强大[22][25][28][30]。三、继电保护整定计算软件的开展与研究早期对继电保护装置只能逐一地计算出整定值，并且当运行方式变化时，又不得不重新按照整定规则再计算一遍，这样重复繁琐的工作令工作人员感到枯燥乏味，并且效率及其低，准确率也低。从70年代开场，人们就将数字计算机引入到继电保护中来做这些重复的工作。尽管这样大大减少了工作人员的计算工程量，但继电保护的整定仍然需要人工方式。并且大多数情况下，要工作人员选取查找故障程序，而且要在庞大的数据中调整计算的内容，查找整定的结果，也是一件相当耗时费事的事。同时，这种计算方法对实际复杂多变的电网运行方式作了简化，根本无法正确反响出实际电网的情况，也无法有选择性地切除故障，不能满足生产的需要[26][27]。目前普遍存在于继电保护软件中的问题如：计算效率慢，整定结果不准确都没有从根本上得到解决。而且，国内的大多数软件只是实现了对整定计算过程用计算机实现，即只是将以前需要用人工方式计算出的整定步骤换作由计算机来进展数据运算，简而言之，就是在很大程度上减少了计算工作量。但软件的系统功能、自动化程度根本不满足现在智能电网开展的要求；同时，由于当时计算机技术的水平，软件中的程序分类和构成、数据存储模块、人机界面等模块都还存在很多的缺乏。并且这些软件大多是针对超高压及高压等级的电网开发的，或者只是针对地区电网开发的，或者只是针对*个电厂开发的整定计算软件，因此根据上述对象开发的软件，通用性和灵活性较差，无法移植[23]。综合软件的实际应用情况，主要的缺陷如下:(1)软件中的电网的运行方式预先被设置好，无法改变，无法根据实际的情况改变软件中的运行方式，因此各段的整定值只是由计算机通过循环出来的结果，结果跟实际手算的结果有很大的不同，不可信。(2)软件无法自动地提供电力系统的拓扑构造类型，判断出特别的接线方式，选择运行方式，确定保护之间的配合关系等，缺乏自动化、智能化的能力。这些整定计算过程中的因素仍需要用户指定；并且不能提供多样性的整定原则和丰富的定值调整手段；图形界面不够简洁明了等。(3)电网的原始参数和故障分析数据创立与输入要形成固定格式的数据文件，对数据输入的形式有诸多刻板的要求，使用人员需经过一段时间的培训学习才能上手；整定值的校验只能通过灵敏系数才能判断正确与否，最棘手的是，工作人员无法校验出远后备、保护定值配合是否满足实际情况。(4)继电保护管理流程控制功能还不具体完善。针对以上几个问题，开发研制出一套能反映实际电网拓扑构造，对故障局部快速作出分析，拥有良好图形用户界面的继电保护整定软件是十分必要的。这个软件能将电网的实际情况及故障时的情况通过图形化直接展示在继电保护工作人员面前，同时工作人员通过软件的功能模块对故障进展仿真，来校验保护的整定值，并能通过工作流程平台对保护定值单形成一套系统有序的管理[9][17]。第三节本文所做的工作本文通过研究继电保护软件开展和存在的缺陷，再结合继电保护软件的开发现状，针对110kV高压电网的实际情况和特点，借助于软件开发工具Matlab所提供的GUI可视化编程环境和Matlab本身所具有的强大的编程及数据管理功能，开发一套适用于多种运行方式的电网的距离保护整定计算软件，并力求该软件具有通用性、准确性和校验性；同时该软件也为用户提供一个友好界面、实用性强的整定计算软件平台。本文所作的主要工作如下：(1)在查阅大量书籍与资料的根底上，了解了继电保护对电力系统的重要性，继电保护的根本任务及要求及继电保护的开展历程。(2)通过阅读大量书籍与资料，对高压电网线路距离保护的特点、性能以及三段式距离保护整定计算的原则作了总结。(3)对软件开发工具Matlab所提供的GUI图形用户界面进展研究，并能熟练运用[11]。(4)对距离保护整定计算软件体系构造及各模块的功能进展了研究与设计，完成了整定计算软件的功能。(5)在一定程度上，解决了距离保护软件的通用性问题。本软件〔只针对辐射性电网作研究〕提供了四种电力系统运行方式的选择有：不存在分支系数的网络；带有外汲分支网络；带有助增分支的网络；外汲、助增分支同时存在的网络。用户也可以根据实际的运行方式对嵌套在软件中的程序的算法法则及计算公式作修改，来满足电网的不同情况，因此在也可以说有一定程度的通用性[10][12]。第二章电网的距离保护第一节距离保护简介一、距离保护的概念距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压比电流的比值，该比值反响故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作的保护。由于距离保护同时利用了元件的两个参数：电流和电压，因此比起过电流保护和低电压，距离保护区更加稳定，不易受到运行方式变化的影响。距离保护在超高压及高压系统的线路保护中，占有极其重要的地位[1][3]。二、距离保护的构成距离保护包括启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几局部。(1)启动局部启动局部用来判断电力系统是否发生故障。电力系统正常运行时，启动不动作，距离保护装置的测量，逻辑等局部不投入工作；而当作远后备保护的范围内末端发生故障时，启动局部就灵敏、快速动作，使整套保护迅速投入工作。(2)测量局部测量局部是用来判断系统发生故障时，故障点离距离保护装置处的距离和方向。如果在装置的保护范围内，就发生动作信号；如果在保护范围外，距离保护装置就不动作。测量局部是整定距离保护的核心。(3)振荡闭锁局部当电力系统发生的振荡，系统的电压和电流会周期性变化像发生了短路现象一样，导致装置误动作，而实际上振荡不是短路，距离保护应不动作。为了防止保护误动作，振荡闭锁局部必须判断出系统是否振荡，如果是，应该立即闭锁保护。(4)电压回路断线局部当电压回路断线时，保护测量的电压值一般情况下会降低甚至为零，这样就会使得阻抗值偏低，导致距离测量元件发生误动作，应该将保护闭锁。(5)配合逻辑局部配合逻辑局部的作用是协调整合距离保护中各个局部之间的工作关系以及三段式距离保护中各段之间的时间配合。(6)出口局部出口局部由跳闸出口和信号出口组成。当距离保护动作时，跳闸回路动作接通相应的电路并发出相应的信号[5][8]。第二节距离保护装置的主要元件——阻抗继电器阻抗继电器是距离保护装置的主要元件，它是反映从故障点至保护安装处之间阻抗值大小的测量元件，通常称为阻抗继电器。阻抗继电器的主要特点是：当线路发生故障时，测得的阻抗值可以直接表示在阻抗(或导纳)复数平面上，将动作时的阻抗值都表示在复数平面上，就形成了特性曲线，我们将这些特性曲线表示成通入到继电器的电压与电流的*种函数关系，这个函数就称作继电器的特性动作方程。同时由于继电器的构造不同，形成的曲线形状也不同，一般常用的是圆、直线、椭圆、平行四边形等形状的曲线；而圆特性曲线也可以构成带有方向性的特性曲线[1][6]。下面就选取阻抗继电器中的圆特性阻抗继电器作介绍。一、偏移圆特性阻抗继电器偏移圆特性阻抗继电器的动作区域如图2-1所示，它有两个整定阻抗：正方向整定阻抗Zset1和反方向整定阻抗Zset2，两整定阻抗对应矢量末端的连线就是特性圆的直径。特性圆包含坐标原点，圆心位于，半径为。圆内为动作区，圆外为非动作区。当测量阻抗正好落在圆周上时，阻抗继电器临界动作。对于该特性的动作方程，可以有两种不同的表达形式：一种是比拟两个量大小的绝对值比拟原理表达式；另一种是比拟两个量相位的相位比拟原理表达式。分别称为绝对值〔或幅值〕比拟动作方程和相位比拟动作方程。图2-1偏移圆特性(1)绝对值比拟原理当测量阻抗落在圆内或圆周上时，末端到圆心的距离一定小于或等于圆的半径；而当测量阻抗落在圆外时，末端到圆心的距离一定大于圆的半径。所以动作条件可以表示为〔2-1〕(2)相位比拟动作方程测量元件的动作条件可以表示为〔2-2〕偏移圆特性的阻抗元件通常用于在距离保护的后备段〔如第III段〕中[1][13]。二、方向圆特性阻抗继电器在上述的的偏移圆特性中，如果令=0，=，则动作特性就变化成方向圆特性，动作区域如图2-2所示。特性圆经过坐标原点处，圆心位于处，半径为。图2-2方向圆特性(1)绝对值比拟原理将=0，=代入式(2-1)，可以得到方向圆特性的绝对值比拟动作方程为〔2-3〕(2)相位比拟方程将=0，=代入式(2-2)，可以得到方向圆特性的相位比拟方程为〔2-4〕方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段〔I段和II段〕中[1][13]。三、全阻抗圆继电器在上述的的偏移圆特性中，如果令=，=，则动作特性就变化成全阻抗圆特性，动作区域如图2-3所示。特性圆的圆心位于坐标原点处，半径为。图2-3全阻抗圆特性(1)绝对值比拟原理将=，=代入式(2-1)，可以得到全阻抗圆特性的绝对值比拟动作方程为〔2-5〕(2)相位比拟方程将=，=代入式(2-2)，可以得到全阻抗圆特性的相位比拟动作方程为〔2-6〕全阻抗圆特性在各个方向上的动作阻抗都一样，它在正向或反向故障的情况下具有一样的保护区，即阻抗元件本身不具有方向性。全阻抗圆特性的阻抗元件可以应用于单侧电源的系统中；当应用于多侧电源系统中时，应与方向元件相配合[1][13][14]。第三节距离保护定值配合的根本原则距离保护定值配合的根本原则如下：(1)距离保护装置具有阶梯式特性时，其相邻上、下级保护段之间应该逐级配合，即两配合段之间应在动作时间及保护范围上互相配合。距离保护也应与上、下相邻的其他保护装置在动作时间及保护范围上相配合。例如：当相邻为发电机变压器组时，应与其过电流保护相配合；当相邻为变压器或线路时，假设装设电流、电压保护，则应与电流、电压保护之动作时间及保护范围相配合[3]。(2)在*些特殊情况下，为了提高保护*段的灵敏度，或为了加速*段保护切除故障的时间，采用所谓"非选择性动作，再由重合闸加以纠正〞的措施。例如：当*一较长线路的中间接有分支变压器时，线路距离保护装置第I段可允许按伸入至分支变压器内部整定，即可仍按所保护线路总阻抗的80%~85%计算，但应躲开分支变压器低压母线故障；当变压器内部发生故障时，线路距离保护第I段可能与变压器差动保护同时动作(因变压器差动保护设有出口跳闸自保护回路)而由线路自动重合闸加以纠正，使供电线路恢复正常供电[1]。(3)采用重合闸后加速方式到达保护配合的目的。采用重合闸后加速方式，除了加速故障切除，以减小时电力设备的破坏程度外，还可借以保证保护动作的选择性[2]。第四节定值计算的分支系数的选择与计算对于分支系数的计算，应结合系统实际运行中可能出现的运行方式，选取既符合平安运行要求而又合理的情况下的数值，现介绍几种常见的情况如下：一、带有助增分支的网络带有助增电源的网络。如图2-4图2-4有助增电源的网络当相邻保护之间有分支电路时，保护安装处测量阻抗将随分支电流的变化而变化，因此应考虑分支系数对测量阻抗的影响，如图线路B-C上k点短路时，断路器2处的距离保护测量阻抗为[5]：〔2-7〕〔2-8〕式中、——母线A、B测量电压；ZA-B——线路A-B的正序阻抗；Zk——短路点到保护安装处线路的正序阻抗；Kb——分支系数。对如下图网络，显然Kb＞1，此时测量阻抗Zm2大于短路点到保护安装处之间的线路阻抗ZA-B+Zk，这种使测量阻抗变大的分支称为助增分支，I3称为助增电流。二、带有外汲分支的网络带有外汲分支线的网络。如图2-5图2-5有外汲分支线的网络当线路B-C上k点短路时，这里〔2-9〕显然，Kb＜1，使得保护2处的测量阻抗Zm2小于短路点到保护安装处之间的线路阻抗ZA-B+Zk，这种使测量阻抗变小的分支称为外汲分支，I3称为外汲电流[1][5]。三、助增、外汲分支同时存在的网络助增、外汲分支线同时存在的网络。如图2-6图2-6助增、外汲分支线同时存在的网络图当如下图，k1点短路时，这时〔2-10〕k2点短路时，这时〔2-11〕综上：系统的运行方式不同，分支系数也不同。分支系数的计算与距离保护整定值的正确与否密切相关，它不仅直接关系到距离保护范围的大小，是距离继电器能否动作的关键，也关系到距离保护三段之间的配合及灵敏系数。根据运行方式正确地选取及计算分支系数，是进展距离保护整定计算的一项重要工作内容[1]。分支系数的选取及计算也有其原则：在计算整定值时，要使分支系数取得最小值；在校验检测灵敏系数时，要使分支系数取得最大值。在计算时，允许不考虑分支负荷电流的影响。只有当分支负荷电流较大，对于按负荷电流大小整定的*些保护段(如距离保护的第=3\*ROMANIII段)或者有必要准确计算时，才考虑分支负荷电流的影响[3][5]。第五节距离保护整定计算一、距离保护=1\*ROMANI段整定计算距离保护I段为无延时的速动段，只反响本线路的故障。整定阻抗应躲过本线路末端短路时的测量阻抗，考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，须引入可靠系数Krel，对断路器2处的距离保护I段定值〔2-12〕式中LA-B——被保护线路的长度；z1——被保护线路单位长度的正序阻抗，Ω/km；KIrel[1][21]。二、距离保护=2\*ROMANII段整定计算距离保护I段只能保护线路全长的80%～85%，需设置II段保护。整定阻抗应与相邻线路或变压器保护I段配合。(1)整定阻抗的计算=1\*GB3①与相邻线路距离保护I段保护相配合。为了保证在下级线路上发生故障时，上级线路保护处的保护=2\*ROMANII段不至于越级跳闸，其=2\*ROMANII段的动作范围不应该超出下级线路的I段的动作范围，保护2处的测量阻抗为〔2-13〕按照选择性要求，此时保护不应动作，考虑到运行方式的变化影响，分支系数应取最小值，引入可靠系数，距离II段的整定阻抗为〔2-14〕式中——可靠系数，与相邻线路配合时取0.80～0.85。=2\*GB3②假设与相邻变压器配合。当被保护线路的末端母线接有变压器时，距离=2\*ROMANII段应与变压器的快速保护(一般是变压器差动保护)相配合，其动作范围不应超出变压器快速保护的范围。则整定计算公式为〔2-15〕式中可靠系数取0.70～0.75，为相邻变压器阻抗。距离II段的整定阻抗应分别按照上述两种情况进展计算，取其中的较小者作为整定阻抗。(2)灵敏度的校验距离保护II段应能保护线路的全长，并有足够的灵敏度，要求灵敏系数应满足〔2-16〕如果灵敏度不满足要求，则距离保护II段应与相邻元件的保护II段相配合，以提高保护动作灵敏度。(3)动作时限的整定距离II段的动作时限，应比与之配合的相邻元件保护动作时间高出一个时间级差Δt，动作时限整定为〔2-17〕式中——与本保护配合的相邻元件保护I段或II段最大动作时间[1][20]。三、距离保护=3\*ROMANIII段整定计算(1)整定阻抗计算距离保护III段的整定阻抗，按以后几个原则计算：=1\*GB3①与相邻下级线路距离保护II或III段配合整定〔2-18〕式中——与本保护配合的相邻元件保护II段或III段整定阻抗。=2\*GB3②与相邻下级线路或变压器的电流、电压保护配合整定〔2-19〕式中——相邻元件电流、电压保护的最小保护范围对应的阻抗值。=3\*GB3③躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定当线路上负荷最大且母线电压最低时，负荷阻抗最小，其值为〔2-20〕式中——母线额定电压；——正常运行母线电压的最低值；——被保护线路最大负荷电流。与过电流保护一样，由于距离III段的动作范围大，需要考虑电动机自启动时保护的返回问题，采用全阻抗继电器时，整定阻抗为〔2-21〕式中Krel——可靠系数，一般取1.2～1.25；Kss——电动机自启动系数，取1.5～2.5；Kre——阻抗测量元件的返回系数，取1.15～1.25。假设采用全阻抗继电器保护的灵敏度不能满足要求，可以采用方向阻抗继电器，考虑到方向阻抗继电器的动作阻抗随阻抗角变化，整定阻抗计算如下：〔2-22〕式中——整定阻抗的阻抗角；——负荷阻抗的阻抗角。按上述三个原则计算，取其中较小者为距离保护III段的整定阻抗。(2)灵敏度的校验距离III段既作为本线路保护I、II段的近后备，又作为相邻下级设备的远后备保护，并满足灵敏度的要求。=1\*GB3①作为本线路近后备保护时，按本线路末端短路校验，计算公式如下：〔2-23〕=2\*GB3②作为相邻元件或设备的近后备保护时，按相邻元件末端短路校验，计算公式如下：〔2-24〕式中Kb.ma*——分支系数最大值；Zne*t——相邻设备〔线路、变压器等〕的阻抗。(3)动作时间的整定距离III段的动作时限，应比与之配合的相邻元件保护动作时间〔相邻II段或III段〕高出一个时间级差Δt，动作时限整定为〔2-25〕式中——与本保护配合的相邻元件保护II段或III段最大动作时间[1][17][19]。第六节对距离保护的评价对距离保护可以作出如下的评价：(1)当系统发生短路时，由于电压降低、电流增大的变化特征被同时利用到了距离保护中，使得距离保护继电器的测量阻抗值更加可信，也使得保护范围更加稳定，灵敏系数高。同时电网多变的运行方式对距离保护的影响不大，而且距离保护与电流保护相比，更适用于多侧电源的高压及超高压电力系统中。(2)基于距离保护只测取了线路一侧短路时的电流和电压，根据可靠系数距离保护I段的整定范围为线路全长的80%~85%，这样就导致在双侧电源线路中，剩余的30%~40%的区域内故障时，只有一侧的保护能无延时地动作，另一侧保护需经0.5秒的延时后跳闸；而延时跳闸对220kV及以上电压等级的线路来说，如不能快速切除故障，将使电力系统稳定性遭到破坏。(3)距离保护的阻抗测量原理，不仅可以应用于输电线路的保护，还可以应用于发电机、变压器保护中，一般作为大型贵重设备的后备保护。(4)相对于电流、电压保护来说，距离保护的构成、接线和算法都比拟复杂，装置自身的可靠性稍差一些。第三章整定计算软件的设计与开发第一节引言随着智能电网在全国的新兴，继电保护也已经进入微机保护时代，保护的各种动作原理主要用软件及程序来实现。针对第一章中提到的继电保护软件中存在的问题，充分利用计算机软件开发技术，开发了一套方便、实用的继电保护整定计算软件是十分必要的，它将在一定程度上实现继电保护的计算的自动化和智能化[8][10]。本章节以距离保护为例研究了如何利用软件开发工具Matlab建立微机保护软件，从而实现保护的实时性。详细阐述了建立距离保护模块的过程，并将保护算法集中在程序中，不仅可以对保护算法进展验证，还可以通过修改距离保护程序构成基于其他保护原理的保护模块，因而所创立的软件具有通用性，可用于验证各种保护原理，具有一定的推广价值[11]。基于Matlab所建立的三段式距离保护软件，能够正确反映保护范围内的各种相间故障，实现了本线路保护和下级线路的后备保护；能够准确快速地计算出整个网络的继电保护装置的整定值，并且定值能够适用于多种不同的运行方式，实现整定计算过程的自动化和智能化[12]。因此Matlab软件提供了方便的仿真验证平台，利用Matlab建模结合保护算法程序能够直观地验证保护原理，有利于新的继电保护算法的研究和开发。第二节软件开发工具一、Matlab语言简介Matlab语言是当今国际上科学界最具影响力、也是最有活力的软件。它起源于矩阵运算，并已经开展成一种高度集成的计算机语言。它提供了强大的科学运算、灵活的程序设计流程、高质量的图形可视化与界面设计、便捷的与其他程序和语言接口的功能。概括来说，Matlab语言的特点如下有：1.自带帮助手册。针对初学者来说，Matlab提供多门学科的帮助手册，用户可根据自己需要选择学科类别，通过自学就能掌握Matlab；2.内部函数丰富。Matlab是在C语言根本上开展起来的，它很大程度上涵盖了C语言的函数资源，因此接触过C语言的人可以轻松自如地使用Matlab的函数库，使编程更加简单，省时。编程环境。由于Matlab是在C语言环境下开发的，它的流程控制语句〔如for循环，while循环，break语句和if语句〕与C语句差不多。同时Matlab具有面向对象的编程环境，初学者能很快上手Matlab语言。4.Matlab语言简洁紧凑。用户在使用数据、矩阵时，不需要预先对数据的类型或矩阵进展自定义；而且Matlab自身就提供一些数学函数，用户可以直接调用。5.支持多种操作系统。Matlab程序几乎可以不经修改就可以在很多计算机的操作系统上运行，这给用户带来了很大的方便。6.Matlab的图形功能强大。Matlab拥有强大的图形处理能力，它本身具有很多绘图的函数库，能够轻易地画出各种学科的二维、三维图，将抽象的数据可视化。7.与其他软件和语言有良好的对接性。Matlab与Fortran、basic和C之间都可以实现很方便的连接，用户只需将已有的E*E文件转换成ME*文件即可。8.开放的源程序。Matlab自身携带的核心文件和工具箱，含有大量可读可改的源文件，用户可以根据自己的需要对其进展修改，构成新的文件参加自己的工具箱，这受到广阔用户的强烈喜爱。9.Matlab的缺点是，由于Matlab是解释性语言，它不用预先进展编译处理，也不能生成可执行的文件，因些和其它高级语言相比，它的执行速度较慢。本文所创立的软件是基于MicrosoftWindows*P操作系统，主要利用Matlab强大的编程功能和图形用户界面GUI功能设计开发的，该软件是距离保护定值计算现代化的智能工具。二、图形用户界面GUI简介GUI〔GUI:GraphicalUserInterfaces〕是由窗口、按键、菜单、文字说明等对象构成的、运行于Matlab平台下的图形用户界面。用户利用一些的方法，选定、激活特定的图形对象，以实现预期的计算和绘图功能。GUI就是将抽象的程序执行流程通过它自身提供的人机界面具体地表现出来的。也就是说，这不仅将程序的功能具体化，可视化，也提供良好的人机对话窗口，给科研分析设计带来更大的灵活性[13][14]。第三节软件设计框架图一、软件构造示意图根据距离保护整定计算过程，从功能构造上把系统分为五大模块，分别是系统原始参数输入模块、数据存储模块、整定结果输出模块、阻抗计算主程序模块和图形用户界面模块[8][9]，如图3-1。图3-1软件构造示意图二、软件功能模块概述下面分别就各个模块的功能进展具体介绍。=1\*GB3①系统原始参数输入模块系统原始参数输入模块是把电力系统继电保护整定计算所需要的数据参数输入到软件内的模块，它是整个软件的初始参数，是整个软件适用用各个系统的根本。=2\*GB3②图形用户界面模块图形用户界面模块是用户与软件交流的模块。用户可以通过此模块更好的、灵活的操作和运用此软件。如图3-2图3-2图形用户界面模块图=3\*GB3③整定值计算模块整定值计算模块是本文的主要的工作。它可以进展相间三段式距离保护的整定计算。整定值计算主要是从可靠性出发，除了保证可靠性外还需要有足够的灵敏度，这就需要进展定值校核。一般在最大运行方式下进展定值计算．而在最小运行方式下校验保护的灵敏度。=4\*GB3④阻抗计算主程序模块阻抗计算主程序模块是本软件的核心模块，是进展相间距离保护的整定计算的算法。通过从输入数据模块输入的数据进展整定计算再从输出界面输出。如图3-3：图3-3阻抗计算主程序流程图=5\*GB3⑤整定结果输出模块整定结果输出模块是通过输入的数据进展整定计算从而将得出的结果再输出给图形用户界面的模块。如图3-4：图3-4整定结果输出示意图三、软件的功能特性该软件具有友好的人机界面和方便的操作特性，能够广泛地应用于输电网的继电保护整定计算中的距离保护局部。此软件具体的功能特性如下：1．软件用于计算110kv及以上电压等级的电网中的相间距离保护，在可视化的图形用户界面中选择系统运行方式，然后输入系统原始参数，并自动整定输出整定结果。2．在整定计算时按最大运行方式整定，而在最小运行方式下进展校核校验。3．距离保护整定计算结果符合"3--110kV电网继电保护装置整定规程"等标准要求[9]。4．图形化界面使操作更直观、方便，能代替人工整定计算，在很大程度上提高了工作效率，而且软件扩展性强。第四章算例结果分析第一节算例一、手算算例如图4-1中，各线路均装有距离保护，试对保护1的相间短路距离保护I、II、III段进展整定计算，即求各段动作阻抗，，，动作时间，，和校验其灵敏性，即求，，。线路A-B的最大负荷电流为I=350A，功率因数D＝0.9，所有线路单位阻抗/km，阻抗角＝，自起动系数＝1.5，正常时母线最低电压〔=110kV〕。其它参数如图4-1。图4-1算例的网络接线图解：〔1〕有关元件阻抗的计算A-B线路的正序阻抗B-C每回线路的正序阻抗变压器的等值阻抗〔2〕距离=1\*ROMANI段的整定=1\*GB3①整定阻抗=2\*GB3②动作时间。〔第I段实为保护装置的固有动作时间〕〔3〕距离=2\*ROMANII段的整定1〕整定阻抗。按以下两个条件选择：①与相邻线路保护3〔或保护5〕的=1\*ROMANI段配合式中＝0.85×24＝20.4〔〕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4-2，当保护的3的I段末端K1点短路时，分支系数可按下式求出图4-2距离II段分支系数的等值电路可以看出，为了使为最小，应选用可能的最小值，即，而应选用可能最大值，即，而相邻线路的并列平行二分支应投入，因而因而，=2\*ROMANII段的定值为②按躲开相邻变压器低压侧出口K2点短路整定，即与相邻变压器瞬动保护〔其差动保护〕配合。这里为相邻变压器出口K2点短路时对保护1的分支系数，由图4-2可见，当K2点短路时此处取=0.7是因为变压器的电抗计算值一般误差比拟大。取以上两个计算结果中较小者为整定值，即取。2〕灵敏性校验：按本线路末端短路求灵敏系数为满足要求。3〕动作时间，与相邻线路保护的I段动作时限相配合〔4〕距离=3\*ROMANIII段的整定1〕整定阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定设相间距离III段采用方向阻抗继电器，整定计算公式为取＝1.2，＝1.15，，当时，，可得2〕灵敏性校验〔求灵敏系数〕：①当本线路末端短路时，灵敏系数为满足要求。②当相邻元件末端短路时的灵敏系数：相邻线路末端短路时确定式中为相邻线路BC末端短路时对保护1而言的最大分支系数。该系数如图4-3所示，可按下式计算图4-3距离III段灵敏度的等值电路此时，取可能最大值，即取，应取可能最小值，即取，而相邻平行线路处于一回线停运状态〔这时分支系数为最大〕。于是，满足要求。相邻变压器低压侧出口K2，故灵敏系数为作为变压器的远后备保护不满足要求，变压器需增加近后备保护。3〕动作时间或取其中较长者为整定时限二、软件整定结果选择用户界面中的系统运行方式四，输入系统原始参数，得到距离保护软件整定计算结果的输出如以下图所示：图4-2距离保护软件整定计算结果第二节分析及结论将算例的手算结果与软件整定的结果进展相比照，发现在误差允许的范围内，软件整定输出的整定阻抗值、灵敏系数、动作时限的结果都是正确的，并且从灵敏系数的结果也可以看出：嵌套在软件中的三段式距离保护程序的算法原则是符合电网整定计算规则的。根据实际的电力系统运行经历我们知道，电力系统的运行方式不仅复杂，而且变化性很强，而此软件在满足选择性、灵敏性、速动性的要求下，准确地计算出距离保护装置的整定值，实现了整定计算过程要求的自动化和智能化。第五章结论第一节工作总结距离保护是针对电力系统的相间故障而设的保护装置，在输电网中相间距离保护是必须配置的后备保护。距离保护可以应用在任何构造复杂、运行方式多变的电力系统中和超高压及高压电网中。距离保护整定计算是继电保护的一项非常重要的工作，提高整定计算的效率和准确度，对电力工业的开展有着深远的影响。本论文采用Matlab作为开发语言编制了距离保护整定计算软件。该软件主要用于高压输电网线路的距离整定计算。总结本文的工作，取得以下几个方面的研究成果：(1)分析了高压电网线路距离保护的特点、性能以及三段式距离保护整定计算的原则。其中对距离保护=2\*ROMANII段中较为复杂的最大分支系数、最小分支系数及灵敏系数的求取情况也作了探讨。(2)针对距离保护的根本原理，实现了三段式距离保护整定计算的计算机整定。(3)完成了整定计算软件的功能。该软件具有以下功能：=1\*GB3①软件用于计算110kv及以上电压等级的电网中的相间距离保护，在可视化的图形用户界面中选择系统运行方式，然后输入系统原始参数，并自动整定输出整定结果。=2\*GB3②在整定计算时按最大运行方式整定，而在最小运行方式下进展校核校验。=3\*GB3③距离保护整定计算结果符合"3--110kV电网继电保护装置整定规程"等标准要求。=4\*GB3④图形化界面使操作更直观、方便，能代替人工整定计算，在很大程度上提高了工作效率，而且软件扩展性强。第二节缺乏与展望本文的研究工作还存在一些缺乏，将在以后的工作中作进一步改良，现总结如下：本论文编制的软件所针对的电网主要是指辐射型电网，没有考虑环型电网情况；该软件最后的整定结果只是针对单一的保护装置而言，如何能快速地整定计算出系统电网的各个保护装置的整定值，还要进一步扩大软件的数据存储功能；由于时间紧迫加之本人自身能力有限，软件的绘制电力系统网络电气接线图的模块没能创立出来，如果能完成这一模块，就可以进一步完善图形用户界面，增加软件的功能，也使软件进一步可视化，人性化。致本篇论文是在导师周玲教授