继电保护原理课程设计报告

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1、1设计原始资料1.1具体题目如图1所示网络，系统参数为:E=115/V3kV，Xg1=15q、XG2=10q、XG3=10q,L1=L2=60 km、L3=40 km，LB=50 km , L =30 km，、口=20 km，线路阻抗 0.4Q/km， K 1 =K11 =K川=0.85，I口CC-DD-Erel rel relBr=300 A、I=200A、I=150A，Ky=1.5，K =0.85C.maxC-D.maxD-CEmaxSSreABE图1某线路接线图试对线路L1、L2、L3进行距离保护的设计（选择计算3、5处保护）。1.2要完成保护设计内容距离保护是利用短路时电压、电流同时变

2、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。本设计要完成的内容是：（1）对线路的距离保护原理和设计原则的简述，并对线路各参数进行分析及 对线路L1、L2、L3进行距离保护的具体整定计算并注意有关细节，并对图中3 和5处的保护进行计算选择，设计以上两处的保护。（2）同时对以上两处的住保护、后备保护所需要的互感器以及继电器进行选 择，简述原因。（3）画出保护测量回路，跳闸回路原理图。2设计的课题内容的保护规程及配置2.1设计规程距离保护在电力系统正常运行情况下，并不需要他们动作，而在电力系统发 生故障或异常情况时，需要继电保护装置判断准确、行为迅速、反应灵敏、动作

3、可靠，从而提高电力系统的安全性、稳定性，在我国，对于继电保护的要求称为 “保护四性”，即可靠性、选择性、速动性、灵敏性。距离保护有以下优点： 灵敏度较高。因为阻抗Z=U/I，阻抗继电器反映了正常情况与短路时电 流、电压值的变化，短路时电流I增大，电压U降低，因此阻抗Z减小很多。 保护范围与选择性基本不受系统运行方式的影响。由于短路点至保护安 装处的阻抗取决于短路点至保护安装处的电距离，基本上不受系统运行方式的影 响，因此，距离保护的保护范围与选择性基本上不受系统运行方式的影响。 迅速动作范围长。距离保护第一段的保护范围比电流速断保护范围长， 距离保护第二段的保护范围比限时电流速断保护范围长，因

4、而距离保护迅速动作 的范围长。距离保护比电流保护复杂，投资多，但由于上述优点，在电流保护下不能满 足技术要求的情况下应当采用距离保护。2.2本设计的保护配置2.2.1主保护配置选用三段式距离保护，距离I段和距离II段作为主保护。(1) 距离I段保护的I段就只能保护线路全长的80%85%，这是一个最大的缺点，为了 切除本线路末端15%20%范围以内的故障，就需要设置距离保护II段。(2) 距离II段整定值的选择和限时电流速断相似，即应使其不超出下一条线路距离I段的 保护范围，同时带有高出一个从的时限，以保证选择性。2.2.2后备保护配置为了作为相邻线路的保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也

5、作为距 离I段与II段的后备保护，还应该装设距离保护III段。距离III段，整定值与过电 流保护相似，其启动阻抗要按与相邻下级线路距离保护II段或III段配合整定，动 作时限还按照阶梯时限特性来选择，并使其比距离I段保护范围内其他各级保护 的最大动作时限高出一个At。3保护的配合及整定计算有关各元件阻抗值的计算及其等效电路图如图2所示：线路正序阻抗：Z1=zL1=0.4x60=24Q，Z =z1 L3=0.4x40=16Q，Zb-C=z此=0450=2阶 %d =z% =.4x3=12Q,Zde =zi Lde =0.4x20=8等效电路图：AB10Q图2等效电路图3.1保护的整定计算(1 )

6、距离保护I段的整定值计算:(3-1)z 1 =k 1 y set rel 1 1式中，zset为距离i段的整定阻抗；L1为被保护线路的长度；zi为被保护线路单位长度阻抗0.4Q/km；KLi为可靠系数，题中Kr，取0.85。(2 )距离保护II段： 整定值计算(与相邻线路距离保护I段相配合):(3-2)Z 11 =KH (4 +匕. Z 1)set rel b b.min set.next式中，Zb为当前被保护线路的阻抗值；zset.next为当前被保护线路的下一段线路i段阻抗整定值；K*为可靠系数，为确保在各种运行方式下保护II段范围不会超过下一段 保护i段范围；Kbmln为分支系数，因为距

7、离保护是欠压保护，应取各种情况下的最小值。 灵敏度校验：rj H.K = J1.25(3-3)n Zb 动作延时：til = ti +At(3-4) 距离保护III段的整定值计算：整定阻抗a.按与相邻线路距离保护II段相配合：Z1 =K1 (Z + K、 . Z1)(3-5)set rel b b.min set.nexr式中，Zb为当前被保护线路的阻抗值；K*为可靠系数，取Krei=0.85；K：min为分支系数，因为距离保护是欠压保护，应取各种情况下的最小 值；zsetnext为当前被保护线路的下一段线路i段阻抗整定值。b.按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定：Zl . = UL.min =

8、 (.9.95)%(3-6)IL.mzxL.max式中，ZL.min为最小负荷阻抗；UL.min为正常运行母线电压的最低值；IL.mzx为被保护线路最大负荷电流；UN为母线额定相电压。考虑到电动机自启动的情况下，保护III段必须立即返回的要求，若采用全阻 抗特性，则整定值为：Z1 =reZ .(3-7)set KssKre L.min式中，Krel为可靠系数，取Krel=0.85；Kre为返回系数，取Kre=0.85；Kss为电动机自启动系数，取Kss=1.5。灵敏度校验a. 作为近后备时：K ,、=徂 21.5(3-8)sen(1) 7 Zbb. 作为远后备时：K ,、=醴t1.2(3-9)

9、sen Zb+Kb.maxZnext式中，Znext为相邻线路的阻抗；Kb.max为分支系数最大值，以保证在各种运行方式下保护动作的灵敏性。3.1.睬护3的距离保护与整定计算1. 保护3处I段保护的整定计算根据式(3-1),阻抗整定值：Zset3 = o-85x2 = 17Q(2)动作延时：t； = 0s (第I段实际动作时间为保护装置固有的动作延时)2. 保护3处II段保护的整定计算(1) 整定阻抗：根据式(3-2),此时Kb.min=1(为了确保各种运行方式下保护3的II段范围不超 过保护2的I段范围)Z 1 =K 1 Z = 0.85x12 = 10.2Q set.2 rel CDZ =

10、 K1 (、L z +匕. Z 1 ) = 0.85x(20+10.2)= 25.67Qset.3 rel BC 1 b.min set.2(2) 灵敏度校验：距离保护II段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏 度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足式(3-3)K = 1 = 2567 = 1.281.25sen zbc20满足要求。(3) 动作延时：与相邻保护2的I段保护配合，则根据式(3 4)t11 = t1 +At = 0.5s它能满足与相邻保护配合的要求。23. 保护3处III段保护的整定计算(1) 整定阻抗：按式(36)，则Z . = UL.min = 0.9U

11、n = 0竺110 = 190.53Q.mmIBC.maxIBC.max3x03因为继电器取为全阻抗圆特性，按式(3 7)，则Z 川 =-0_2 . = 0.85 x 190.53 = 127.02Qset.3KssKre Lmin 1.5x0.85(2) 灵敏度校验：距离保护I段，既作为本线路I、 I段保护的近后备保护，又作为相邻下级 线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，根据式(3 8)得：K 匕、=咨槌=127.02 = 6.351 1.5sen(1) Z*20BC满足要求。作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验(其中Kbmax = 1

12、)，根据 式(3-9)得：K ,、=S = 127.02 = 3.97 1.2sen(2)Zb-cK b.maxZC-D201x12满足要求。(3)动作延时因为距离保护III段一般不经振荡闭锁，其动作延时不应该小于最大的振荡周 期(1.52s),故取：t1 = 2s。t111 = t111 +At=2.5s3.1.2保护5的距离保护与整定计算21. 保护5处I段保护的整定计算 (1)根据式(3-1)，保护5处的阻抗整定值为:2二目=0.85乂16=13.60Zset3=O.85x20=17Q(2)动作延时：t； =0s (第I段实际动作时间为保护装置固有的动作延时)2. 保护5处II段保护的整

13、定计算如图3所示为整定距离II段时求Kb.min的等值电路。G1G2ZL3G3图3整定距离II段时求Kbmi的等值电路K = I3 二(XcJ/XfZ ”X G3Z L3 x (10.15)Z ,p G b6241016= 87七XG1/XG2Z L12ZB-C 整定值计算(与相邻线路距离保护I段相配合):30Kb.min的计算如下：根据式(3 - 2)得：Z =KH (L3z +K . Z 1 ) = 0.85x(40x0.4+1.87x17)= 40.62Q set.5 rel 1 b.min set.3(2) 灵敏度校验：根据式(3-3)得：=2.54 1.25K =矣=4062 = 2

14、.541.25sen ZL3 16满足要求。(3) 动作延时：根据式(3 - 4)得：t；i = t； + At = 0.5s3. 保护5处III段保护的整定计算(1) 整定阻抗：根据式(3-5 )得：Z1 =K1 (Zg+Kh . Z )= 0.85x(16+1.87x25.67) = 54.40Q set.5 rel L3 b.min set.37(2) 灵敏度校验：距离保护I段，既作为本线路I、段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，根据式(3-8)得：K 匕、=Zset.5 = 54,40 = 3.4 1.5

15、 send) zl3 16满足要求。作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验(其中Kb.max = 1.87)，根据式(3-9)得：K 小 =醴t5 = 一5440一 = 1.04 64.08Q又由式（3-5 ）得：Zx31.76Qset.3又因为Zset3=127.0231.76Q满足灵敏性条件，所以保护3的I段和保护5的I段相配合：Z1 = K1 （Z +K. Z1 ） = 0.85x（16+1.87x127.02）= 215.50Q set.5 rel L3 b.min set.3再根据式（3-9）得：K = =215.50= 4.041.2SenZL3 +Kb.max ZB-C16

16、+1.87x20满足要求。（3）动作延时：ft： + At = 2.5s+0.5s=3s4继电保护设备的选择4.1电流互感器的选择假设互感器安装地点在屋内，安装处线路Imax=350A，电网的额定电压UNS=110kv。电流互感器的选择应满足：UN*IN=KIN1Imax（A）式中，K为温度修正系数；IN1为电流互感器一次侧额定电流。由此可选型号为LCWB-110屋外型电流互感器，变比为400/5，准确级0.5, 额定阻抗ZN2=0.4Q，热稳定倍数Kt=75，动稳定倍数Kes=135。热稳定校验：（KtIN1）2Qk动稳定校验：显 IN1Kes E4.2电压互感器的选择根据电压等级选型号为J

17、DR-110的电压互感器，变比为110000/100。4.2继电器的选择继电器型号的选择如下：DZB-12B出口中间继电器，DS-22时间继电器，DXM-2A信号继电器。5原理图的绘制5.1保护测量回路测量部分是距离保护的核心，对它的要求是在系统故障的情况下，快速、准 确地测定出故障方向和距离，并与预先设定的保护范围相比较，区内故障时给出 动作信号，区外故障时不动作。在传统的模拟是距离保护中，实现故障距离测量 和比较的电路元件，称为阻抗继电器。具体由阻抗继电器实现的保护测量电路有两种：绝对值比较原理的实现以及相位比较原理的实现（如下图4及图5所示）。 这两种测量电路都是模拟式的实现方式，在模拟

18、式距离保护中，绝对值比较原理 是以电压比较的形式实现的。与绝对值比较原理的实现方法类似，模拟式保护的 相位比较原理也是以电压比较的形式实现的。所不同的是，绝对值比较原理的实 现是在绝对值比较电路中比较两个参量的大小，而相位比较原理的实现是在相位 比较电路中比较两个参量的相位。绝对值比较回路5.1保护跳闸回路三段式距离保护的跳闸回路如图6所示:T图6保护跳闸回路6结论本题是对三段距离保护进行整定设计，与电流保护类似，距离保护装置也采 用阶梯延时配合的三段式配置方式。本题配置时将距离I、II段作为主保护，而 将距离III段保护作为后备保护。距离保护的整定计算，就是根据被保护电力系 统的实际情况，计

19、算出距离I段、II段和III段测量元件的整定阻抗以及II段和 III段的动作延时。距离保护I段为无延时的速动段，它应该只反映本线路的故 障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠不动作。所以其测量元件的整定阻抗 应该按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定；距离II段的整定阻抗应该与相 邻线路距离保护的I段相配合。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II段不至于越级跳闸，其II段的动作范围不应该超出下级保护I段的 动作范围；距离三段阻抗整定时，可以按与相邻下级线路距离保护II或III段配 合，也可以按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定，还可以按躲过正常 运行时的最小负荷阻抗整

20、定。由于题设所给条件所限，本题的保护3是按躲过运 行时的最小负荷阻抗来整定的，而且采用全阻抗特性；而保护5是按与相邻下级 线路距离保护的II段配合整定。当距离保护用于双侧电源的电力系统时，为便于 配合，一般要求I、II段的测量元件都要具有明确的方向性，即采用具有方向性 的测量元件。第III段为后备段，包括对本线段I、II段保护的近后备、相邻下一 级线路保护的远后备和反向母线保护的后备，所以第III段通常采用带有偏移特 性的测量元件，用较大的延时保证其选择性。参考文献1 张保会，尹项根.电力系统继电保护M.北京：中国电力出版社，2009:62-972 鞠平.电力工程M.北京机械工业出版社，2009.1： 354-358