武漢理工大學-線路距離保護的課程設計

1、目錄第1章 設計的任務要求41.1 具體題目4第2章 設計的課題內(nèi)容52.1 設計規(guī)程52.2 本設計的保護配置62.2.1 主保護配置62.2.2 后備保護配置6第3章 保護的配合及整定計算73.1 線路AB的9距離保護的整定與校驗73.1.1 線路AB的9距離保護第I段整定73.1.2 線路AB的9距離保護第段整定73.1.3 線路AB的9距離保護第段整定83.2 線路AB的7距離保護的整定與校驗83.2.1 線路AB的7距離保護第I段整定83.2.2 線路AB的7距離保護第段整定93.2.3 線路AB的7距離保護第段整定93.3 線路AB的5距離保護的整定與校驗103.3.1 線路AB的

2、5距離保護第I段整定103.3.2 線路AB的5距離保護第段整定103.3.3 線路L3距離保護第段整定113.4 線路3的距離保護的整定與校驗123.4.1 線路3的距離保護第I段整定123.4.2 線路3的距離保護第段整定123.4.3 線路3的距離保護第段整定123.5 線路2的距離保護的整定與校驗133.5.1 線路2的距離保護第I段整定133.5.2 線路2的距離保護第段整定133.5.3 線路2的距離保護第段整定133.6 線路1的距離保護的整定與校驗143.6.1 線路1的距離保護第I段整定143.6.2 線路1的距離保護第段整定143.6.3 線路1的距離保護第段整定14第4章

3、 繼電保護設備的選擇164.1 互感器的選擇164.1.1 電流互感器的選擇164.1.2 電壓互感器的選擇164.2 繼電器的選擇17第5章 二次展開原理圖的繪制185.1 保護測量電路185.1.1 絕對值比較原理的實現(xiàn)185.1.2 相位比較原理的實現(xiàn)185.2 保護跳閘回路19第6章 保護的評價20參考文獻21課程設計任務書學生姓名： 成濤 專業(yè)班級：電氣1107 指導教師：謝長君、全書海 工作單位：自動化學院 題 目: 線路距離保護的設計初始條件：如下圖所示網(wǎng)絡，系統(tǒng)參數(shù)為：,、，L3=40km，線路阻抗， 、， ， ，試對線路AB、BC、CD、DE的1.、2、3、5、7、9進行距離

4、保護的設計。要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1. 選擇并整定線路上各保護裝置；2. 繪制保護裝置的原理圖；3. 編寫設計說明書；時間安排：5月21日：領取任務書，分小組學習設計指導書及設計規(guī)程；5月22日：分小組學習電流電壓保護、距離保護工作原理和整定方法；5月23-27日：決定保護整體設計方案；5月28-29日：進行保護整定計算、設備選型及圖紙繪制；5月30日：對配置結果進行分析并調(diào)試修改配置及整定方法；5月30日：撰寫設計說明書；5月30日：答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日第1章 設計的任務要求1.1

5、具體題目如下圖所示網(wǎng)絡，系統(tǒng)參數(shù)為：,、，L3=40km ,，線路阻抗， 、， ， ，試對線路AB、BC、CD、DE的1.、2、3、5、7、9進行距離保護的設計。1.2 要完成的內(nèi)容本文要完成的內(nèi)容是對線路的距離保護原理和計算原則的簡述，并對線路各參數(shù)進行分析及對線路1、2、3、5、7、9進行距離保護的具體整定計算并注意有關細節(jié)。距離保護是利用短路時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，反應故障點到保護安裝處的距離而工作的保護。第2章 設計的課題內(nèi)容2.1 設計規(guī)程根據(jù)繼電保護在電力系統(tǒng)中所擔負的任務，一般情況下，對動作于跳閘的繼電保護在技術上有四條基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、

6、可靠性。(1)可靠性可靠性是指保護該動作時應動作，不該動作時不動作。為保證可靠性，宜選用性能滿足要求、原理盡可能簡單的保護方案。(2)選擇性選擇性是指首先由故障設備或線路本身的保護切除故障，當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備、線路的保護或斷路器失靈保護切除故障。為保證選擇性，對相鄰設備和線路有配合要求的保護和同一保護內(nèi)有配合要求的兩元件（如起動與跳閘元件、閉鎖與動作元件），其靈敏系數(shù)及動作時間應相互配合。(3)靈敏性靈敏性是指在設備或線路的被保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護裝置具有的正確動作能力的裕度，靈敏性通常用靈敏系數(shù)或靈敏度來衡量。對各類保護的的靈敏系數(shù)的要求都作了具體

7、規(guī)定，一般要求靈敏系數(shù)在1.2-2之間。(4)速動性速動性是指保護裝置應能盡快地切除故障，其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍。一般的，對于35kv及以下的電壓等級的線路配置簡單的電流電壓保護（帶重合閘），110kV及以上電壓等級的線路，由于其負荷電流大，距離長，用電流保護往往不能滿足技術要求，而需要采用距離保護。這是因為與電流保護相比，距離保護有以下優(yōu)點：靈敏度較高。因為阻抗，阻抗繼電器反映了正常情況與短路時電流、電壓值的變化，短路時電流增大，電壓降低，阻抗減小得多。保護范圍與選擇性基本上不受系統(tǒng)運行方式的影響。由于短路點至保護安裝處的阻抗取決于短路點至保護

8、安裝處的電距離，基本上不受系統(tǒng)運行方式的影響，因此，距離保護的保護范圍與選擇性基本上不受系統(tǒng)運行方式的影響。迅速動作的范圍長。距離保護第一段的保護范圍比電流速斷保護范圍長，距離保護第二段的保護范圍比限時電流速斷保護范圍長，因而距離保護迅速動作的范圍較長。距離保護比電流保護復雜，投資多。但由于上述優(yōu)點，本次應當采用距離保護。2.2 本設計的保護配置2.2.1 主保護配置距離保護段和距離保護段構成距離保護的主保護。(1)距離保護的段圖2.1 距離保護網(wǎng)絡接線圖瞬時動作，是保護本身的固有動作時間。保護1的整定值應滿足：考慮到阻抗繼電器和電流、電壓互感器的誤差，引入可靠系數(shù)(一般取0.80.85)，則

9、 (2-1)同理，保護2的段整定值為： (2-2)如此整定后，保護的段就只能保護線路全長的80%85%，這是一個嚴重的缺點。為了切除本線路末端15%20%范圍以內(nèi)的故障，就需要設置距離保護第段。(2)距離段整定值的選擇和限時電流速斷相似，即應使其不超出下一條線路距離段的保護范圍，同時帶有高出一個的時限，以保證選擇性,例如在圖1中，當保護2第段末端短路時，保護1的測量阻抗為： (2-3)引入可靠系數(shù)(一般取0.8)，則保護1的段的整定阻抗為： (2-4)2.2.2 后備保護配置為了作為相鄰線路的保護裝置和斷路器拒絕動作的后備保護，同時也作為距離段與距離段的后備保護，還應該裝設距離保護第段。距離段

10、：整定值與過電流保護相似，其啟動阻抗要按躲開正常運行時的負荷阻抗來選擇，動作時限還按照階梯時限特性來選擇，并使其比距離段保護范圍內(nèi)其他各保護的最大動作時限高出一個。第3章 保護的配合及整定計算3.1 線路AB的9距離保護的整定與校驗3.1.1 線路AB的9距離保護第I段整定(1)線路AB的9的I段的整定阻抗為 (3-1) =0.8×100×0.45 =36式中 距離I段的整定阻抗； 被保護線路L1的長度； 被保護線路單位長度的阻抗； 可靠系數(shù)；(2)動作時間 （第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間）。3.1.2 線路AB的9距離保護第段整定(1)與相鄰線路距離保護I段

11、相配合，線路L1的段的整定阻抗為 (3-2) 線路對線路L1的最小分支系數(shù)，其求法如下:圖3.1 等效電路圖 /=12.86 (3-3) =0.22 (3-4) =4.55 (3-5)于是 (2)靈敏度校驗距離保護段，應能保護線路的全長，本線路末端短路時，應有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，要求靈敏系數(shù)應滿足 滿足要求(3)動作時間，與相鄰線路距離I段保護配合，則， (3-6)它能同時滿足與相鄰保護以及與相鄰變壓器保護配合的要求。3.1.3 線路AB的9距離保護第段整定(1)整定阻抗：按躲開被保護線路在正常運行條件下的最小負荷阻抗來整定計算的，所以有 (3-7) (3-8)其中，于是(2)靈

12、敏度校驗距離保護段，即作為本線路I、段保護的近后備保護，又作為相鄰下級線路的遠后備保護，靈敏度應分別進行校驗。作為近后備保護時，按本線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求 作為遠后備保護時，按相鄰線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求3.2 線路AB的7距離保護的整定與校驗3.2.1 線路AB的7距離保護第I段整定(1)線路AB的7的I段的整定阻抗為 =36 (3-9) 式中 距離I段的整定阻抗； 被保護線路L2的長度； 被保護線路單位長度的阻抗； 可靠系數(shù)；(2)動作時間 （第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間）。3.2.2 線路AB的7距離保護第段整定(1)與相鄰線路距離保護I段

13、相配合，線路L2的段的整定阻抗為 (3-10)線路對線路L1的最小分支系數(shù)，其大小與線路對線路L1的分支系數(shù)大小相同，為4.55。（求法同上）于是 (2)靈敏度校驗距離保護段，應能保護線路的全長，本線路末端短路時，應有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，要求靈敏系數(shù)應滿足 滿足要求(3)動作時間，與相鄰線路距離I段保護配合，則， (3-11) 它能同時滿足與相鄰保護以及與相鄰變壓器保護配合的要求。3.2.3 線路AB的7距離保護第段整定(1)整定阻抗：按躲開被保護線路在正常運行條件下的最小負荷阻抗來整定計算的，所以有 (3-12) (3-13)其中，于是 (3-14)(2)靈敏度校驗距離保護段，

14、即作為本線路I、段保護的近后備保護，又作為相鄰下級線路的遠后備保護，靈敏度應分別進行校驗。作為近后備保護時，按本線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求 作為遠后備保護時，按相鄰線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求3.3 線路AB的5距離保護的整定與校驗3.3.1 線路AB的5距離保護第I段整定(1)線路AB的5的I段的整定阻抗為 =14.4 (3-15) 式中 距離I段的整定阻抗； 被保護線路L3的長度； 被保護線路單位長度的阻抗； 可靠系數(shù)；(2)動作時間 （第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間）。3.3.2 線路AB的5距離保護第段整定(1)與相鄰線路距離保護I段相配合，線路L

15、3的段的整定阻抗為 (3-16) 線路對線路L3的最小分支系數(shù)，其求法如下:圖3.2 等效電路圖 /=22.5 (3-17) =0.73 (3-18) =1.34 (3-19)于是 (2)靈敏度校驗距離保護II段，應能保護線路的全長，本線路末端短路時，應有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，要求靈敏系數(shù)應滿足 滿足要求(3)動作時間，與相鄰線路距離I段保護配合，則， (3-20)3.3.3 線路L3距離保護第段整定(1)整定阻抗：按躲開被保護線路在正常運行條件下的最小負荷阻抗來整定計算的，所以有 (3-21) (3-22)其中，于是 (3-23)(2)靈敏度校驗距離保護段，即作為本線路I、段保護

16、的近后備保護，又作為相鄰下級線路的遠后備保護，靈敏度應分別進行校驗。作為近后備保護時，按本線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求 作為遠后備保護時，按相鄰線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求3.4 線路3的距離保護的整定與校驗3.4.1 線路3的距離保護第I段整定(1)線路3的I段的整定阻抗為 =19.8(2)動作時間 （第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間）。3.4.2 線路3的距離保護第段整定(1)原理同9的段距離保護，所以3的整定阻抗為 (3-24)于是 (2)靈敏度校驗距離保護II段，應能保護線路的全長，本線路末端短路時，應有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，要求靈敏系數(shù)應

17、滿足 滿足要求(3)動作時間， (3-25)3.4.3 線路3的距離保護第段整定(1)整定阻抗：按躲開被保護線路在正常運行條件下的最小負荷阻抗來整定計算的，所以有 (3-26) (3-27)其中，于是 (3-28)(2)靈敏度校驗距離保護段，即作為本線路I、段保護的近后備保護，又作為相鄰下級線路的遠后備保護，靈敏度應分別進行校驗。作為近后備保護時，按本線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求 作為遠后備保護時，按相鄰線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求3.5 線路2的距離保護的整定與校驗3.5.1 線路2的距離保護第I段整定(1)線路2的I段的整定阻抗為 =13.68(2)動作時間 （第I

18、段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間）。3.5.2 線路2的距離保護第段整定(1)原理同3的段距離保護，所以2的整定阻抗為 (3-29)于是 (2)靈敏度校驗距離保護II段，應能保護線路的全長，本線路末端短路時，應有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，要求靈敏系數(shù)應滿足 滿足要求(3)動作時間， (3-30)3.5.3 線路2的距離保護第段整定(1)整定阻抗：按躲開被保護線路在正常運行條件下的最小負荷阻抗來整定計算的，所以有 (3-31) (3-32)其中，于是 (3-33)(2)靈敏度校驗距離保護段，即作為本線路I、段保護的近后備保護，又作為相鄰下級線路的遠后備保護，靈敏度應分別進行校驗。作

19、為近后備保護時，按本線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求 作為遠后備保護時，按相鄰線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求3.6 線路1的距離保護的整定與校驗3.6.1 線路1的距離保護第I段整定(1)線路1的I段的整定阻抗為 =16.2(2)動作時間 （第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間）。3.6.2 線路1的距離保護第段整定因為DE是末端線路，所以段保護在線路1的保護中不需要3.6.3 線路1的距離保護第段整定(1)整定阻抗：按躲開被保護線路在正常運行條件下的最小負荷阻抗來整定計算的，所以有 (3-34) (3-35)其中，于是 (3-36)(2)靈敏度校驗距離保護段，即作為本

20、線路I、段保護的近后備保護，又作為相鄰下級線路的遠后備保護，靈敏度應分別進行校驗。作為近后備保護時，按本線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求第4章 繼電保護設備的選擇4.1 互感器的選擇互感器是按比例變換電壓或電電流的設備。其功能主要是將高電壓或大電流按比例變換成標準低電壓(100V)或標準小電流(5A或10A，均指額定值)，以便實現(xiàn)測量儀表、保護設備及自動控制設備的標準化、小型，其一次側接在一次系統(tǒng)，二次側接測量儀表與繼電保護裝置等。同時互感器還可用來隔開高電壓系統(tǒng)，以保證人身和設備的安全。4.1.1 電流互感器的選擇(1)形式的選擇：根據(jù)安裝的地點及使用條件，選擇電流互感器的絕緣結構、

21、安裝方式、一次繞組匝數(shù)等。(2)額定電壓：電流互感器一次回路額定電壓不應低于安裝地點的電網(wǎng)額定電壓，即：kV (3)額定電流：電流互感器一次回路額定電流不應小于所在回路的最大持續(xù)工作電流，即：=300A(4)準確等級：為保證測量儀表的準確度，互感器的準確級不得低于所供測量儀表的準確級。所以根據(jù)電流互感器安裝處的電網(wǎng)電壓、最大工作電流和安裝地點要求，選型號為LCWB6-110W2屋外型電流互感器。4.1.2 電壓互感器的選擇(1)電壓互感器一次回路額定電壓選擇為了確保電壓互感器安全和在規(guī)定的準確級下運行，電壓互感器一次繞組所接電力網(wǎng)電壓應在(1.1-0.9)范圍內(nèi)變動，即滿足下列條件0.91.1

22、式中電壓互感器一次側額定電壓。選擇時，滿足=kV即可。(2)電壓互感器二次側額定電壓的選擇電壓互感器二次側額定線間電壓為100V，要和所接用的儀表或繼電器相適應。(3)電壓互感器種類和型式的選擇電壓互感器的種類和型式應根據(jù)裝設地點和使用條件進行選擇，(4)準確級選擇和電流互感器一樣，供功率測量、電能測量以及功率方向保護用的電壓互感器應選擇0.5級或1級的，只供估計被測值的儀表和一般電壓繼電器的選用3級電壓互感器為宜。(5)按準確級和額定二次容量選擇一般供功率測量、電能測量以及功率方向保護用的電壓互感器應選擇0.5級或1級的，只供估計被測值的儀表和一般電壓繼電器的選用3級電壓互感器為宜。根據(jù)電壓

23、等級選型號為為YDR-110的電壓互感器。4.2 繼電器的選擇正確選用繼電器的原則應該是：繼電器的主要技術性能，如觸點負荷，動作時間參數(shù)，機械和電氣壽命等，應滿足整機系統(tǒng)的要求；繼電器的結構型式(包括安裝方式)與外形尺寸應能適合使用條件的需要；經(jīng)濟合理。(1)按使用環(huán)境條件選擇繼電器型號(2)根據(jù)輸入量選定繼電器的輸入?yún)?shù)(3)根據(jù)負載情況選擇繼電器觸點的種類與參數(shù) (4)按工作狀態(tài)選擇繼電器(5)按安裝工作位置、安裝方式及尺寸、重量的選擇繼電器除需滿足在各種穩(wěn)態(tài)的線路和環(huán)境條件下工作的要求外，還必須考慮到各種動態(tài)特性，即吸合時間、釋放時間，由于電流的波動因素造成的抖動，以及觸點碰撞造成的回跳

24、等。第5章 二次展開原理圖的繪制5.1 保護測量電路對于動作于跳閘的繼電保護功能來說，最為重要的是判斷出故障處于規(guī)定的保護區(qū)內(nèi)還是保護區(qū)外，至于區(qū)內(nèi)或區(qū)外的具體位置，一般并不需要確切的知道?？梢杂脙煞N方法來實現(xiàn)距離保護。一種是首先精確地測量出，然后再將它與事先確定的動作進行比較。當落在動作區(qū)之內(nèi)時，判為區(qū)內(nèi)故障，給出動作信號；當落在動作區(qū)之外時，繼電器不動作。另一種方法不需要精確的測出，只需間接地判斷它是處在動作邊界之外還是處在動作邊界之內(nèi)，即可確定繼電器動作或不動作。5.1.1 絕對值比較原理的實現(xiàn) 如前所述，絕對值比較的一般動作表達式如式所示。絕對值比較式的阻抗元件，既可以用阻抗比較的方式實現(xiàn)，也可以用電壓比較的方式實現(xiàn)。該式兩端同乘以測量電流，并令，,則絕對值比較的動作條件又可以表示為 （5-1） 式(51)稱為電壓形式的絕對值比較方程。電路圖如圖5.1所示。 圖5.1 絕對值比較的電壓形成5.1.2 相位比較原理的實現(xiàn)相位比較原理的阻抗元件動作條件的一般表達式如式所示，相角表達式的分子、分母同乘以，并令，則相位比較的動作條件又可以表示為 （5-2）式（5-2）稱為電壓形式相位比較方程。電路圖如圖5.2所示。圖5.2 相位比較的電壓形成5.2 保護跳閘回路三段式距離保護主要由測量回路、起動回路和邏輯回路三部分組成，如