电力系统继电保护原理课程设计110kV电网距离保护设计

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1、 电力系统继电保护原理 课程设计设 计 题 目 110kV电网距离保护设计 指 导 教 师 院（系、部） 专 业 班 级 学 号 姓 名 日 期 原始数据系统接线图如下图所示，发电机以发电机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。参数如下：Ej = 115/kV，X1.G1 = X2.G1 = X1.G2 = X2.G2 = 15W，X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 10W，X1.T1 X1.T4 = 10W，X0.T1 X0.T4 = 30W，X1.T5 = X1.T6 = 20W，X

2、0.T5 = X0.T6 = 40W，LAB = 60km，LBC = 40km，线路阻抗z1 = z2 = 0.4W/km，z0 = 1.2W/km，IAB.L.max = ICB.L.max = 300A，Kss = 1.2，Kre = 1.2，KIrel = 0.85，KIIrel = 0.75，KIIIrel = 0.83负荷功率因数角为30，线路阻抗角均为75，变压器均装有快速差动保护。图 110kV电网系统接线图设计要求：1. 分析线路AB和BC上的保护1 4的最大和最小运行方式；2. 为了快速切除线路AB和BC上发生的各种短路（包括相间短路和接地短路），对保护1 4进行相间距离保

3、护和接地距离保护整定；3. 画出各个保护的动作特性，并对系统中线路上发生各种短路时保护的动作情况进行分析。摘 要电力系统是电能生产、变换、输送、分配和使用的各种电气设备按照一定的技术与经济要求有机组成有一个联合系统。一般将电能通过的设备称为电力系统的一次设备，如发电机、变压器、断路器、母线、输电线路、补偿电容器、电动机及其他用电设备等。对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备，称为电力系统的二次设备。当前电能一般还不能大容量的存储，生产、输送和消费是在同一时间完成的。因此，电能的生产量应每时每刻与电能的消费量保持平衡并满足质量要求。电力作为当今社会的重要能源,对国民经济的发展和人民

4、生活水平的提高起着不容忽视的重要作用。电力系统是由电能的产生、输送、分配和使用四个环节共同组成的一个系统。基于电力在现代社会中的重要性,则对电力的维护就显得格外重要。而对电力维护起重要作用的继电保护,则是电力系统能否正常工作的关键。电力系统继电保护技术作为一种主要的保护手段,有利于提高了系统运行的可靠性。因此,研究电力系统继电保护技术的现状与发展具有十分重要的现实意义。鉴于此,对电力系统继电保护技术的现状与发展进行了初步探讨。电力系统继电保护技术的现状就目前而言,电力系统继电保护技术的发展现状主要呈现两个方面的特征,一方面是我国电力系统继电保护技术起步较晚,发展迅速;另一方面是指微型继电,不断

5、发展,其具体内容如下。起步较晚发展迅速电力系统继电保护主要研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况,国内的研究开始于20世纪70年代后期,起步较晚,但发展迅速。关键词：继电保护；距离保护目录1 前言12 运行方式分析22.1 保护1最大运行方式和最小运行方式的分析22.2 保护2最大运行方式和最小运行方式的分析32.3 保护3最大运行方式和最小运行方式的分析52.4 保护4最大运行方式和最小运行方式的分析63相间距离保护的配置和整定83.1 保护1的配置和整定83.1.1保护1的第I段整定83.1.2保护1的第段整定83.1.3保护1的第段整定93.2 保护2的配置和整定103.2.1保护2的

6、第I段整定103.2.2保护2的第段整定103.3 保护3的配置和整定113.3.1保护3的第I段整定113.3.2保护3的第段整定113.4 保护4的配置和整定123.4.1保护4的第I段整定123.4.2保护4的第段整定123.4.3保护4的第段整定134接地距离保护的配置和整定144.1 保护1的配置和整定144.1.1保护1的第I段整定144.1.2保护1的第段整定144.1.3保护1的第段整定154.2 保护2的配置和整定164.2.1保护2的第I段整定164.2.2保护2的第段整定164.3 保护3的配置和整定164.3.1保护3的第I段整定164.3.2保护3的第段整定174.4

7、 保护4的配置和整定184.4.1保护4的第段整定184.4.2保护4的第段整定184.4.3保护4的第段整定195 线路上短路时保护的动作情况分析205.1 线路AB上发生相间短路时各保护的动作情况205.2 线路AB上发生接地短路时各保护的动作情况205.3 线路BC上发生相间短路时各保护的动作情况21 5.4 线路BC上发生相间短路时各保护的动作情况216 结论221 前言电流电压保护的主要优点是简单、经济、可靠，在35KV及以下电压等级的电网中得到了广泛的应用，但是他们的保护范围与灵敏度受系统运行方式的变化的影响较大，难以满足更高电压等级复杂网络的要求。为满足更高电压等级复杂网络快速、

8、有选择性地切除故障元件的要求，必须采用性能更加完善的继电保护装置，距离保护就是其中一种。距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反应故障点到安装处的距离，如果短路点，距离小于整定值则动作的保护。按照继电保护选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在线路MN内部故障短路时，保护装醉不应动作。与电流速断保护一样，为了保证在下级线路的出口处短路时保护不误动作，速动段距离保护的保护区应小于线路全长MN。距离保护的保护区，用整定距离来表示。当系统发生短路故障时，首先判断故障的方向，若故障位于保护区的正方向，则设法测出故障点到保护安装处的距离，并将与相比较，若，说明故

9、障发生在保护范围之外，保护不应动作，对应的断路器不会跳开。若断路器位于保护区的反方向，直接判为区外故障而不动作。可见，通过判断故障方向，测量故障距离，判断出故障是否位于保护区内，从而决定是否需要跳闸，实现线路保护。距离保护可以通过测量短路阻抗的方法来测量和判断故障距离。这次课程设计以最常见的110KV电网线路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。重点进行了距离保护和振荡闭锁的分析，继电保护中距离保护、最大和最小运行方式的具体计算。2 运行方式分析2.1 保护1最大运行方式和最小运行方式的

10、分析图2.1-1 保护1的最大运行方式（1）保护1的最大运行方式分析保护1的最大运行方式就是指流过保护1的电流最大即G1、G2两个发电机共同运行，而变压器T1、T2都同时运行的运行方式，则式中为保护安装处到系统等效电源之间的最小阻抗。式中为流过保护1的最大短路电流图2.1-2 保护1的最小运行方式（2）保护1的最小运行方式分析。保护1的最小运行方式就是指流过保护1的电流最小即是在G1和G2只有一个工作，变压器T1、T2中有一个工作时的运行方式，则式中为保护安装处到系统等效电源之间的最大阻抗。式中为流过保护1的最小短路电流。2.2 保护2最大运行方式和最小运行方式的分析图2.2-1 保护2的最大

11、运行方式（1） 保护2的最大运行方式分析。保护2最大运行方式就是指流过保护2的电流最大即两个发电机共同运行，则 式中为流过保护2的最大短路电流。图2.2-2 保护2的最小运行方式（2）保护2的最小运行方式分析。保护2的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小即是在G3和G4只有一个工作时运行方式，则式中为流过保护2的最小短路电流。2.3 保护3最大运行方式和最小运行方式的分析图2.3-1 保护3的最大运行方式（1）保护3的最大运行方式分析保护3的最大运行方式就是指流过保护3的电流最大即两个发电机共同运行，则式中为流过保护3的最大短路电流。图2.3-2 保护3的最小运行方式（2） 保护3的最小运行

12、方式分析。保护3的最小运行方式就是指流过保护3的电流最小即是在G1和G2只有一个工作时的运行方式，则式中为流过保护3的最小短路电流。2.4 保护4最大运行方式和最小运行方式的分析图2.4-1 保护4的最大运行方式（1）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。（2）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。图2.4-2 保护4的最小运行

13、方式3相间距离保护的配置和整定3.1 保护1的配置和整定图3.1 保护1距离保护的定性分析图3.1.1保护1的第I段整定(1) 保护1的I段的整定阻抗为式中为保护1距离的I段的整定阻抗；为被保护线路的长度；为被保护线路单位长度的正序阻抗；为可靠系数。(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。3.1.2保护1的第段整定(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段相配合时，式中为保护3距离I段的整定阻抗；为被保护线路的长度。式中为保护1距离II段的整定阻抗；为线路保护的可靠系数。于是得 当与相邻变压器的快速保护相配合时，由于与变压器配合整定阻抗过小，无法

14、满足变压器的远后备保护，故舍去。（2）灵敏度校验： 满足要求（3）动作时限： 3.1.3保护1的第段整定（1）整定阻抗：按下面两个条件选择。按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有式中为最小负荷阻抗，为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。式中为保护1距离III段的整定阻抗；为可靠系数。当与相邻下级变压器的配合整定时，（2）灵敏度校验：本线路末端短路时灵敏系数： 满足灵敏度要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数： 不满足要求。由于保护1的III段无法做T5、T6的远后备保护，故舍去。（3）动作时限： 3.2 保护2的配置和整定图3.2保护2距离保护的定性分析图3.2.1保护2的第I段整

15、定（1） 保护2的I段的整定阻抗为式中为保护2距离的I段的整定阻抗。（2）动作时限： 第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。3.2.2保护2的第段整定（1）保护2的III段的整定阻抗为按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有式中为最小负荷阻抗，为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。（2） 灵敏度校验：本线路末端短路时灵敏系数： 满足要求。（3）动作时限： 3.3 保护3的配置和整定图3.1保护3距离保护的定性分析图3.3.1保护3的第I段整定（1） 保护3的I段的整定阻抗为 式中为保护3距离I段的整定阻抗；为被保护线路的长度。（2）动作时间： 第I段实际动作时间为保护装置固

16、有的动作时间。3.3.2保护3的第段整定（1）保护2的III段的整定阻抗为按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有式中为最小负荷阻抗，为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。（2）灵敏度校验: 本线路末端短路时灵敏系数： 满足要求。（3）动作时限： 3.4 保护4的配置和整定图3.4保护4距离保护的定性分析图3.4.1保护4的第I段整定（1）保护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。3.4.2保护4的第段整定（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，式中为保护2距离I段的整定

17、阻抗；式中为保护4距离II段的整定阻抗；为线路保护的可靠系数。 于是得 当与相邻变压器的快速保护相配合时， 选取最小的 （2）灵敏度校验： 满足灵敏度要求。（4）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。3.4.3保护4的第段整定（1） 整定阻抗：按下面两个条件选择。按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有式中为最小负荷阻抗，为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。 式中为保护4距离III段的整定阻抗；为可靠系数。按与相邻下级变压器的配合整定时，（2）灵敏度校验：本线路末端短路时灵敏系数： 满足灵敏度要求。相邻变压器末端短路时灵敏系

18、数： 不满足要求。由于保护4的III段无法做T5、T6的远后备保护，故舍去。（3）动作时限： 4接地距离保护的配置和整定4.1 保护1的配置和整定图4.1 保护1接地阻抗II段的等值电路图4.1.1保护1的第I段整定（1） 保护1的I段的整定阻抗为式中为保护1距离的I段的整定阻抗；为被保护线路的长度；为被保护线路单位长度的正序阻抗；为可靠系数。（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1的第段整定（1）整定阻抗：当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，式中为保护3距离I段的整定阻抗；为被保护线路的长度。式中为保护1距离II段的整定阻抗；为线路保护的可靠系数。于是

19、得 （2） 灵敏度校验： 满足要求。（3）动作时限： 4.1.3保护1的第段整定（1）按下面两个条件选择，整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有 式中为最小负荷阻抗，为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。式中为保护1距离III段的整定阻抗；为可靠系数。 按与相邻下级线路距离保护III段配合整定时，选最小的 （2）灵敏度校验： 本线路末端短路时灵敏系数： 满足灵敏度要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数： 满足要求。（3）动作时限： 4.2 保护2的配置和整定4.2.1保护2的第I段整定（1）保护2的I段的整定阻抗为式中为保护2距离的I段的整定阻抗。（2）动作时限： 第I段

20、实际动作时间为保护装置固有的动作时间。4.2.2保护2的第段整定（1）保护2的III段的整定阻抗为按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有式中为最小负荷阻抗，为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。 （2）灵敏度校验： 本线路末端短路时灵敏系数： 满足要求。（3）动作时限： 4.3 保护3的配置和整定4.3.1保护3的第I段整定（1）保护3的I段的整定阻抗为 式中为保护3距离I段的整定阻抗；为被保护线路的长度。（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。4.3.2保护3的第段整定（1）保护2的III段的整定阻抗为按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有式中为最小负荷

21、阻抗，为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。（2）灵敏度校验： 本线路末端短路时灵敏系数： 满足要求。（3）动作时限： 4.4 保护4的配置和整定图4.4 保护4接地阻抗II段的等值电路图4.4.1保护4的第段整定（1） 保护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。4.4.2保护4的第段整定（1）整定阻抗：当与相邻下级线路距离保护I段配合时， 式中为保护2距离I段的整定阻抗。 于是得 （2）灵敏度校验： 满足灵敏度要求。（3）动作时限： 4.4.3保护4的第段整定（1）按下面两个条件选择，整定阻抗：按躲

22、过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有式中为最小负荷阻抗，为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。式中为保护4距离III段的整定阻抗；为可靠系数。按与相邻下级线路距离保护III段配合整定时，选最小的 （2）灵敏度校验：本线路末端短路时灵敏系数： 满足灵敏度要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数：满足要求。（3）动作时限： 5 线路上短路时保护的动作情况分析图5.1 线路短路点分析图注释：点a:线路AB上保护2的I段 点b:线路AB上保护1的I段 点c:线路BC上保护4的I段 点d:线路BC上保护3的I段5.1 线路AB上发生相间短路时各保护的动作情况当线路发生相间短路时，继电器的动作情况

23、根据测量阻抗落在线路中各段可以分为如下三种情况：（1）测量阻抗落在内，相间继电器1或者相间继电器2的距离III段动作。（2） 测量阻抗落在内，相间继电器1或相间继电器2动作。（3） 测量阻抗落在内，相间继电器2或相间继电器1的距离II或III段动作。5.2 线路AB上发生接地短路时各保护的动作情况当线路发生相间短路时，继电器的动作情况根据测量阻抗落在线路中各段可以分为如下三种情况：（1) 测量阻抗落在内，接地继电器1或者接地继电器2的距离III段动作。（2) 测量阻抗落在内，接地继电器1或接地继电器2动作。（3) 测量阻抗落在内，接地继电器2或接地继电器1距离II或III段动作。5.3 线路B

24、C上发生相间短路时各保护的动作情况当线路发生相间短路时，继电器的动作情况根据测量阻抗落在线路中各段可以分为如下三种情况：（1） 测量阻抗落在内，相间继电器3或者相间继电器4的距离III段动作。（2） 测量阻抗落在内，相间继电器3或接地继电器4动作。（3） 测量阻抗落在内，相间继电器4或接地继电器3距离II或III段动作。5.4 线路BC上发生相间短路时各保护的动作情况当线路发生接地短路时，继电器的动作情况根据测量阻抗落在线路中各段可以分为如下三种情况：（1） 测量阻抗落在时接地继电器3或者接地继电器4的距离III段动作。（2） 测量阻抗落在时接地继电器3或接地继电器4动作。（3） 测量阻抗落在

25、时接地继电器4或接地继电器3距离II或III段动作。6 结论本次课程设计的任务是设计输电线路的距离保护，线路的电流电压保护构成简单，可靠性好，用于中、低压电网一般能满足对保护性能的要求。但是由于其灵敏度受系统运行方式的影响，有时保护范围很小，再者，该保护的整定计算比较麻烦，这使得其在35KV及以上的复杂网络中很难适用，为此本文研究了性能更好的保护原理和方案：距离保护。文中分别对保护1,2,3,4进行了最大最小运行方式计算，也分别对各保护进行了相间距离保护的I、II、III段的整定计算并且在保护1的各段整定值和灵敏度计算完成后，还对各段保护的动作时间进行了精确计算，这是很重要的一个环节，因为各段保护的动作选择性主要由这两个数据来进行判断。整定值进行了计算与灵敏度校验，并针对系统可能出现的短路过渡电阻的影响进行了分析，然后对各保护的接地距离保护的I、II、III配置整定值计算。最后对线路上短路时保护的动作情况进行了分析。本设计可以满足110KV的电网距离保护要求。参 考 文 献1 张保会 尹项根.电力系统继电保护.第二版.北京：中国电力出版社，2009.122 陈珩.电力系统稳态分析.第三版.北京：中国电力出版社，20073 李光琦.电力系统暂态分析.第三版.北京：中国电力出版社，2007