三段式距離保護設計

1、繼電保護課程設計題 目: 三段式距離保護設計 院系名稱： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 電氣F1302 學生姓名： 學 號： 指導教師： 教師職稱： 評語及成績：指導教師： 日 期： 課程設計電力系統(tǒng)繼電保護 課程設計任務書專業(yè)班級電氣F1306組別第二組題目三段式距離保護設計課程性質工程設計課題來源自擬指導教師康建偉設計要求1. 保護配置的設計； 2. 進行整定計算（包括短路電流、電壓或阻抗計算，主保護的整定計算和后備保護的整定計算）； 3. 設備的選擇及原理圖；4. 保護評價。說明書要求1. 設計原始材料； 2.&

2、#160;計算方法簡介； 3.硬件設計及結果分析； 4. 總結；5 參考文獻。算例發(fā)電機以發(fā)變組接入系統(tǒng)，最大開機方式為4臺機全開，最小開機方式為兩側各開1臺，T5和T6可能運行1臺或2臺。參數為：UN=115KV、X1G1=X1G2=15，X1G3=X1G4=10，X1T1=X1T2=X1T3=X1T4=10，X1T5=X1T6=20，X0T5=X0T6=40，X0T1=X0T2=X0T3=X0T4=30，LA-B=60km，LB-C=40km，X1=X2=0.4/km,X0=1.2/km，線路阻抗角為75°，IA-BLmax=IC-BLma

3、x=300A，負荷功率因數角為30°，Kss=1.2，Kre=1.2，Krel=0.85，Krel=0.75。變壓器均裝有快速差動保護，請對4進行距離保護設計。審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日目錄1.設計題目及資料31.1具體題目31.2完成內容32分析課題設計內容32.1設計規(guī)程32.2保護配置42.2.1主保護配置42.2.2后備保護配置53路電流及殘壓計算53.1等效電路的建立53.2保護短路點的選取63.3短路電流的計算63.3.1最大運行方式短路電流計算63.3.2最小運行方式短路電流計算64保護的配合及整定計算74.1保護4距離保護的整定與校驗74.1.1保護4

4、距離保護第I段整定74.1.2保護4距離保護第II段整定74.1.3保護4距離保護第III段整定：85繼電保護設備選擇95.1互感器的選擇95.1.1電流互感器的選擇95.1.2電壓互感器的選擇115.2繼電器的選擇125.2.1按使用環(huán)境選型125.2.2按輸入信號不同確定繼電器種類125.2.3輸入參量的選定125.2.4根據負載情況選擇繼電器觸點的種類和容量126二次展開圖的繪制136.1保護測量回路136.1.1 絕對值比較原理的實現136.2保護跳閘回路156.2.1 起動回路156.2.2 測量回路166.2.3邏輯回路167對距離保護的評價168設計心得17參 考 文 獻171.

5、設計題目及資料1.1具體題目發(fā)電機以發(fā)變組接入系統(tǒng)，最大開機方式為4臺機全開，最小開機方式為兩側各開1臺，T5和T6可能運行1臺或2臺。參數為：UN=115KV、X1G1=X1G2=15，X1G3=X1G4=10，X1T1=X1T2=X1T3=X1T4=10，X1T5=X1T6=20，X0T5=X0T6=40，X0T1=X0T2=X0T3=X0T4=30，LA-B=60km，LB-C=40km，X1=X2=0.4/km,X0=1.2/km，線路阻抗角為75°，IA-BLmax=IC-BLmax=300A，負荷功率因數角為30°，Kss=1.2，Kre=1.2，Krel=0.

6、85，Krel=0.75。變壓器均裝有快速差動保護，請對4進行距離保護設計。1.2完成內容我們要完成的內容是實現對線路的距離保護。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。2分析課題設計內容2.1設計規(guī)程 在距離保護中應滿足一下四個要求，即可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。這幾個之間，緊密聯系，既矛盾又統(tǒng)一，必須根據具體電力系統(tǒng)運行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每個電力原件的繼電保護。充分發(fā)揮和利用繼電保護的科學性、工程技術性，使繼電保護為提高電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和經濟性發(fā)揮最大效能?？煽啃园ò踩院托刨?/p>

7、性，是對繼電保護性能的最根本要求。所謂安全性，是要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動作。所謂信賴性，是要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了應該動作的故障時可靠動作，即不發(fā)生拒絕動作。安全性和信賴性主要取決于保護裝置本身的制造質量、保護回路的連接和運行維護的水平。一般而言，保護裝置的組成原件質量越高、回路接線越簡單，保護的工作就越可靠。同時，正確的調試、整定，良好的運行維護以及豐富的運行經驗，對于提高保護的可靠性具有重要作用。繼電保護的選擇性是指保護裝置動作時，在可能最小的區(qū)間內將故障從電力系統(tǒng)中斷開，最大限度的保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。它包含兩種意思：其一是只應有裝

8、在故障元件上的保護裝置動作切除故障；其二是要力爭相鄰原件的保護裝置對它起后備保護作用。繼電保護的速動性是指盡可能快的切出故障，以減少設備及用戶在大短路電流、低電壓下運行的時間，降低設備的損壞程度，提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。動作迅速而又能滿足選擇性要求的保護裝置，一般結構都比較復雜，價格比較昂貴，對大量的中、低壓電力原件，不一定都采用高速動作的保護。對保護速動性要求的保護裝置，一般結構都比較復雜，價格比較昂貴，對大量的中、低壓電力原件的具體情況，經技術經濟比較后確定。繼電保護的靈敏性，是指對于其保護范圍內發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應該是在規(guī)定的保護范圍內部故障時

9、，在系統(tǒng)任意的運行條件下，無論短路點的位置、短路的類型如何以及短路點是否有過渡電阻，當發(fā)生短路時都能敏銳感覺、正確反應。靈敏性通常用靈敏系數或靈敏度來衡量，增大靈敏度，增加了保護動作的信賴性，但有時與安全性相矛盾。對各類保護的的靈敏系數的要求都作了具體規(guī)定，一般要求靈敏系數在1.22之間。以上四個基本要求是評價和研究繼電保護性能的基礎，在它們之間，既有矛盾的一面，又要根據被保護原件在電力系統(tǒng)中的作用，使以上四個基本要求在所配置的保護中得到統(tǒng)一。繼電保護的科學研究、設計、制造和運行的大部分工作也是圍繞如何處理好這四者的辯證統(tǒng)一關系進行的。相同原理的保護裝置在電力系統(tǒng)不同位置安裝時如何配置相應的繼

10、電保護，才能最大限度地發(fā)揮被保護電力系統(tǒng)的運行效能，充分體現著繼電保護工作的科學性和繼電保護工程實踐的技術性。2.2保護配置2.2.1主保護配置距離保護的主保護是距離保護段和距離保護段。（1）距離保護第段距離保護的第段是瞬時動作的，是保護本身的固有動作時間。以保護2為例，其第段保護本應保護線路A-B全長，即保護范圍為全長的100，然而實際上卻是不可能的，因為當線路B-C出口處短路時，保護2第段不應動作，為此，其啟動阻抗的整定值必須躲開這一點短路時所測量到的阻抗,整定阻抗<.考慮到阻抗繼電器和電流、電壓互感器的誤差，需引入可靠系數，（一般取0.80.85），則 同理對保護1的第段整定值應為

11、如此整定后，距離段就只能保護本線路全長的8085，這是一個嚴重缺點。為了切除本線路末端1520范圍以內的故障，就需設置距離保護第段。（2）距離保護第段距離段整定值的選擇是類似于限時電流速斷的，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t的時限，以保證選擇性。例如在圖1-1單側電源網咯中，當保護1第段末端短路時，保護2的測量阻抗為引入可靠系數，保護2的啟動阻抗為距離段與段聯合工作構成本線路的主保護。2.2.2后備保護配置距離保護第段，裝設距離保護第段是為了作為相鄰線路保護裝置和斷路器拒絕動作的后備保護，同時也作為、段的后備保護。對距離段整定值的考慮是與過電流保護相似的，其啟動阻抗

12、要按躲開正常運行時的最小負荷阻抗來選擇，而動作時限應使其比距離段保護范圍內其他各保護的最大動作時限高出一個t。3路電流及殘壓計算3.1等效電路的建立由于短路電流計算是電網繼電保護配置設計的基礎,因此分別考慮最大運行方式下各線路未端短路的情況,最小運行方式下各線路未端短路的情況。3.2保護短路點的選取本設計中主要考慮母線、線路末端的短路故障。3.3短路電流的計算電力系統(tǒng)運行方式的變化，直接影響保護的性能，因此，在對繼電保護進行整定計算之前，首先應該分析運行方式。在相同地點發(fā)生相同類型的短路時流過保護安裝處的電流最大，對繼電保護而言稱為最大運行方式，對應的系統(tǒng)等值阻抗最??；在相同地點發(fā)生相同類型的

13、短路時流過保護安裝處的電流最小，對繼電保護而言稱為最小運行方式，對應的系統(tǒng)等值阻抗最大。需要著重說明的是，繼電保護的最大運行方式是指電網在某種連接情況下通過保護的電流值最大，繼電保護的最小運行方式是指電網在某種連接情況下通過保護的電流值最小。3.3.1最大運行方式短路電流計算保護4的最大運行方式分析。保護4的最大運行方式就是指流過保護4的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，而變壓器T5、T6兩個都同時運行的運行方式，則式中為流過保護3的最大短路電流。3.3.2最小運行方式短路電流計算保護4的最小運行方式分析。保護4的最小運行方式就是指流過保護4的電流最小即是在G3和G4只有一個工作，變壓器T3、T4

14、兩個中有一個工作時的運行方式，則式中為流過保護4的最小短路電流。4保護的配合及整定計算4.1保護4距離保護的整定與校驗4.1.1保護4距離保護第I段整定（1）保護4的I段的整定阻抗為 式中為保護4距離I段的整定阻抗。（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。4.1.2保護4距離保護第II段整定（1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。當與相鄰下級線路距離保護I段配合時，有式中為保護4距離II段的整定阻抗。 當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有所以取。（2）靈敏度校驗滿足靈敏度要求。（3）動作時限與相鄰保護2的I段配合，它能同時滿足與相鄰線路保護以及相鄰變壓器保護配合的要求。4.1.

15、3保護4距離保護第III段整定：（1）整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中為保護4距離III段的整定阻抗。取，和，,于是 （2）靈敏度校驗 本線路末端短路時靈敏系數為滿足靈敏度要求。 相鄰線路末端短路時靈敏系數。經分析可得當、分別取最小值，而、分別取最大值時，就取最大值，即當，有靈敏度校驗滿足要求。相鄰變壓器末端短路時靈敏系數。此時，有靈敏度校驗滿足要求。（3）動作時限與相鄰設備保護配合有它能同時滿足與相鄰線路保護和相鄰變壓器保護的配合要求。5繼電保護設備選擇5.1互感器的選擇互感器分為電流互感器TA和電壓互感器TV，它們既是電力系統(tǒng)中一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)間的聯絡元件，同時也是一

16、次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的隔離元件。它們將一次系統(tǒng)的高電壓、大電流，轉變成二次系統(tǒng)的低電壓、小電流，供測量、監(jiān)視、控制及繼電保護使用。互感器的具體作用是：（1）將一次系統(tǒng)各級電壓均變成100以下的低電壓，將一次系統(tǒng)各回路電流變成5A以下的小電流，以便于測量儀表及繼電器的小型化、系列化、標準化。（2）講一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)在電氣方面隔離，同時互感器二次側有一點可靠接地，從而保證了二次設備及人員安全。5.1.1電流互感器的選擇（1）電流互感器的選擇 電流互感器一次回路額定電壓和電流選擇。電流互感器一次回路額定電壓和電流選擇應滿足： 式中、電流互感器一次額定電壓和電流。為了確保所供儀表的準確度，互感器的一次側

17、額定電流應盡可能與最大工作電流接近。 二次額定電流的選擇電流互感器的二次額定電流有5A和1A兩種，一般強電系統(tǒng)用5A， 弱電系統(tǒng)用1A。 電流互感器種類和型式的選擇在選擇互感器時，應根據安裝地點(如屋內、屋外)和安裝方式(如穿墻式、支持式、裝入式等)選擇相適應的類別和型式。選用母線型電流互感器時，應注意校核窗口尺寸。 電流互感器準確級的選擇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。例如:裝于重要回路(如發(fā)電機、調相機、變壓器、廠用饋線、出線等)中的電能表和計費的電能表一般采用0.51級表，相應的互感器的準確級不應低于0.5級；對測量精度要求較高的大容量發(fā)電機、變壓器、

18、系統(tǒng)干線和500kV級宜用0.2級。供運行監(jiān)視、估算電能的電能表和控制盤上儀表一般皆用11.5級的，相應的電流互感器應為0.51級。供只需估計電參數儀表的互感器可用3級的。當所供儀表要求不同準確級時，應按相應最高級別來確定電流互感器的準確級。 二次容量或二次負載的校驗為了保證互感器的準確級，互感器二次側所接實際負載Z2l或所消耗的實際容量荷S2應不大于該準確級所規(guī)定的額定負載ZN2或額定容量SN2（ZN2及SN2均可從產品樣本查到），即 或 式中電流互感器二次回路中所接儀表內阻的總和與所接繼電器內阻的總和，可由產品樣本中查得；電流互感器二次聯接導線的電阻；電流互感器二次連線的接觸電阻，一般取為

19、0.1。 因為A=，所以A，式中A，一電流互感器二次回路連接導線截面積（mm2）及計算長度（mm）。按規(guī)程要求聯接導線應采用不得小于1.5mm2的銅線，實際工作中常取2.5mm2的銅線。當截面選定之后，即可計算出聯接導線的電阻Rwi。有時也可先初選電流互感器，在已知其二次側連接的儀表及繼電器型號的情況下，確定連接導線的截面積。但須指出，只用一只電流互感器時電阻的計算長度應取連接長度2倍，如用三只電流互感器接成完全星形接線時，由于中線電流近于零，則只取連接長度為電阻的計算長度。若用兩只電流互感器接成不完全星形結線時，其二次公用線中的電流為兩相電流之向量和，其值與相電流相等，但相位差為60，故應取

20、連接長度的倍為電阻的計算長度。所以本題中電流互感器的型號為LCWB6-110B。5.1.2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電壓應在（1.1-0.9）范圍內變動，即滿足下列條件 > >式中電壓互感器一次側額定電壓。選擇時，滿足即可。（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裝設地點和使用條件進行選擇，例如：在6-35kV屋內配電裝置中，一般采用油浸式或澆注式；110-

21、220kV配電裝置通常采用串級式電磁式電壓互感器；220kV及其以上配電裝置，當容量和準確級滿足要求時，也可采用電容式電壓互感器。（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首先根據儀表和繼電器接線要求選擇電壓互感器接線方式，并盡可能將負荷均勻分布在各相上，然后計算各相負荷大小，按照所接儀表的準確級和容量選擇互感器的準確級額定容量。有關電壓互感器準確級的選擇原則，可參照電流互感器準確級選擇。一般供功率測量、電能測量以及功率方向保護用的電壓

22、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。電壓互感器的額定二次容量（對應于所要求的準確級），應不小于電壓互感器的二次負荷，即。 式中各儀表的視在功率、有功功率和無功功率。各儀表的功率因數。如果各儀表和繼電器的功率因數相近，或為了簡化計算起見，也可以將各儀表和繼電器的視在功率直接相加，得出大于的近似值，它若不超過，則實際值更能滿足式子的要求。由于電壓互感器三相負荷常不相等，為了滿足準確級要求，通常以最大相負荷進行比較。計算電壓互感器各相的負荷時，必須注意互感器和負荷的接線方式。所以本題中的電壓互感器的型號為JDZJ-3。5.2繼電器的選擇5.2.

23、1按使用環(huán)境選型使用環(huán)境條件主要指溫度（最大與最小）、濕度（一般指40攝氏度下的最大相對濕度）、低氣壓（使用高度1000米以下可不考慮）、振動和沖擊。此外，尚有封裝方式、安裝方法、外形尺寸及絕緣性等要求。由于材料和結構不同，繼電器承受的環(huán)境力學條件各異，超過產品標準規(guī)定的環(huán)境力學條件下使用，有可能損壞繼電器，可按整機的環(huán)境力學條件或高一級的條件選用。對電磁干擾或射頻干擾比較敏感的裝置周圍，最好不要選用交流電激勵的繼電器。選用直流繼電器要選用帶線圈瞬態(tài)抑制電路的產品。那些用固態(tài)器件或電路提供激勵及對尖峰信號比較敏感地地方，也要選擇有瞬態(tài)抑制電路的產品。5.2.2按輸入信號不同確定繼電器種類按輸入

24、信號是電、溫度、時間、光信號確定選用電磁、溫度、時間、光電繼電器，這是沒有問題的。這里特別說明電壓、電流繼電器的選用。若整機供給繼電器線圈是恒定的電流應選用電流繼電器，是恒定電壓值則選用電壓繼電器。5.2.3輸入參量的選定與用戶密切相關的輸入量是線圈工作電壓（或電流），而吸合電壓（或電流）則是繼電器制造廠控制繼電器靈敏度并對其進行判斷、考核的參數。對用戶來講，它只是一個工作下極限參數值?？刂瓢踩禂凳枪ぷ麟妷海娏鳎?吸合電壓（電流），如果在吸合值下使用繼電器，是不可靠的、不安全的，環(huán)境溫度升高或處于振動、沖擊條件下，將使繼電器工作不可靠。整機設計時，不能以空載電壓作為繼電器工作電壓依據，而應

25、將線圈接入作為負載來計算實際電壓，特別是電源內阻大時更是如此。當用三極管作為開關元件控制線圈通斷時，三極管必須處于開關狀態(tài)，對6VDC以下工作電壓的繼電器來講，還應扣除三極管飽和壓降。當然，并非工作值加得愈高愈好，超過額定工作值太高會增加銜鐵的沖擊磨損，增加觸點回跳次數，縮短電氣壽命，一般，工作值為吸合值的1.5倍，工作值的誤差一般為±10%。5.2.4根據負載情況選擇繼電器觸點的種類和容量國內外長期實踐證明，約70%的故障發(fā)生在觸點上，這足見正確選擇和使用繼電器觸點非常重要。觸點組合形式和觸點組數應根據被控回路實際情況確定。動合觸點組和轉換觸點組中的動合觸點對，由于接通時觸點回跳次

26、數少和觸點燒蝕后補償量大，其負載能力和接觸可靠性較動斷觸點組和轉換觸點組中的動斷觸點對要高，整機線路可通過對觸點位置適當調整，盡量多用動合觸點。根據負載容量大小和負載性質（阻性、感性、容性、燈載及馬達負載）確定參數十分重要。認為觸點切換負荷小一定比切換負荷大可靠是不正確的，一般說，繼電器切換負荷在額定電壓下，電流大于100mA、小于額定電流的75%最好。電流小于100mA會使觸點積碳增加，可靠性下降，故100mA稱作試驗電流，是國內外專業(yè)標準對繼電器生產廠工藝條件和水平的考核內容。由于一般繼電器不具備低電平切換能力，用于切換50mV、50A以下負荷的繼電器訂貨，用戶需注明，必要時應請繼電器生產

27、廠協助選型。繼電器的觸點額定負載與壽命是指在額定電壓、電流下，負載為阻性的動作次數，當超出額定電壓時，可參照觸點負載曲線選用。當負載性質改變時，其觸點負載能力將發(fā)生變動。 6二次展開圖的繪制6.1保護測量回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)內還是保護區(qū)外，至于區(qū)內或區(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)之內時，判為區(qū)內故障，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

28、，即可確定繼電器動作或不動作。6.1.1 絕對值比較原理的實現 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，也可以用電壓比較的方式實現。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 式稱為電壓形式的絕對值比較方程。電路圖如圖6.1所示。圖6.1 絕對值比較的電壓形成6.1.2 相位比較原理的實現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式稱為電壓形式相位比較方程。電路圖如圖6.2所示。圖6.2 相位比較的電壓形成6.2保護跳閘回路三段式距離保

29、護主要由測量回路、起動回路和邏輯回路三部分組成，如圖6.3所示。 圖6.3保護跳閘回路6.2.1 起動回路 起動回路主要由起動元件組成，起動元件可由電流繼電器、阻抗繼電器、負序電流繼電器或負序零序電流增量繼電器構成。實踐證明，負序零序電流增量繼電器動作可靠、靈敏度高，同時還可兼起斷線閉鎖保護作用。正常運行時，整套保護處于未起動狀態(tài)，即使測量元件動作也不會產生誤跳閘。起動部分用來在短路時起動整套保護，即解除閉鎖，允許1、和通過與門和去跳閘。起動部分啟動后，起動時間電路，在0.1s時間內（開放時間內）允許距離段跳閘。超過0.1s時動作，一方面通過禁止門閉鎖距離段，另一方面起動切換繼電器，對于各段或各相有公用