電力系統(tǒng)距離繼電保護(hù)例子

1、第四章習(xí)題和思考題答案3- 18圖3-7所示系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)一變壓器組方式接入系統(tǒng)，最大開機(jī)方式為4臺(tái)機(jī)全開,最小開機(jī)方式為兩側(cè)各開 1臺(tái)機(jī)，變壓器T5和T6可能2臺(tái)也可能1臺(tái)運(yùn)行。其參數(shù)為：圖3-7系統(tǒng)示意圖E：y115/、3kV ；Xi.GI =X2.G1 = Xi.G2 =X2.G2 =150 ； X 1.G3 = X2.G3 = XG4 = X2.G4 = 100 ，X1.T1X1.T4 T°， X0.T1X0.T4 =30， X1.t5 = X1.T6 = 20' '，Xo.T5 = Xo.T6 = 40 1；La _b = 60km ， Lb _c

2、= 40km ；線路阻抗 Z = Z = 0.4 / km ， Z = 1.21 / km，線路阻抗角均為750，lA_B.Lmax =lc_B.Lmax=300A，負(fù)荷功率因數(shù)角為 30° ； Ks 1.2，Ke=1.2，心!=0.85，Kref =0.75，變壓器均裝有快速差動(dòng)保護(hù)。試解答：(1) 為了快速切除線路上的各種短路，線路A-B、B-C應(yīng)在何處配備三段式距離保護(hù)，各選用何種接線方式？各選用何種動(dòng)作特性？答：應(yīng)該在1，2, 3，4處配備三段式距離保護(hù)；選用接地距離保護(hù)接線方式和相間距離保護(hù)接線方式；它們的1,11段選擇具有方向特性的距離保護(hù)，Ill選用具有偏移特性的距離保

3、護(hù)。(2) 整定保護(hù)14的距離I段，并按照你選定的動(dòng)作特性，在一個(gè)阻抗復(fù)平面上畫出各保護(hù)的動(dòng)作 區(qū)域。答：線路AB的正序阻抗 ZAB二Z1La_ =0.4 60 =24"線路BC的正序阻抗 ZBC = Z1Lb0.4 40 =161】保護(hù) 1, 2 的距離 I 段 Zslet.1 =KrelZA0.8220.4保護(hù) 3, 4 的距離 I 段 zSet.3,4 = KZbc =0.85"6 = 13.60保護(hù)14距離I段在阻抗復(fù)平面上的動(dòng)作區(qū)域如圖3-8所示，圓周1、2、3、4分別對(duì)應(yīng)保護(hù)1、2、3、4距離I段的動(dòng)作特性:圖3-8保護(hù)14距離I段的動(dòng)作特性（3）分別求出保護(hù)1

4、、4接地距離II段的最大、最小分支系數(shù)；答：對(duì)保護(hù)1：（I）當(dāng)和相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段相配合時(shí)K1bmax =2.88， Kemin =匸59（II ）當(dāng)和相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)K1b max =288，K1bmin - 2.01對(duì)保護(hù)4：（I）當(dāng)和相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段相配合時(shí)K4bmax = 226， K4bmin - 1.41（II ）當(dāng)和相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)4b max= 1.99，K4bmin= 1.53詳細(xì)計(jì)算步驟見本章最后面的附錄。（4）分別求出保護(hù)1、4接地距離II、山段的定值及時(shí)限，并校驗(yàn)靈敏度。答：保護(hù)1距離II段的整定：（1）整定阻抗：按下面兩個(gè)條件選擇

5、zSef Kr；(ZAB K“ minZSeQ = 0.75(24 1.59 13.6) = 34.2182)當(dāng)和相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)zS；t.i 二 Kr；(ZAB Kib minZJ =0.75(24 2.01 20) =48.15所以取Zs：=34.2180Z34 218(2) 靈敏度校驗(yàn)：Ksen竺1.43 1.25，滿足靈敏度要求。乙b24(3) 動(dòng)作時(shí)限：和相鄰保護(hù)3的II段配合J =tg 4=0.50.5 =1s，它能同時(shí)滿足和相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)配合的要求。距離III段的整定:(1) 整定阻抗：按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定ZlminU L.miniL.m

6、ax0.9_1100.3-190.53 門zS；1KrelKssKreCOsCset - ：L)ZL.min取 Krel =1.2 ,心=1.2 , Ky =1.2 和：set = 75° ,=30°，于Zmset 1-190.53155.93 111.2*1.2*1.2* cos(75 -30 )(2) 靈敏度校驗(yàn):1 )本線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù):Ksen(1)zset.115593 =6.50 1.5Zab242)相鄰設(shè)備末端短路時(shí)靈敏系數(shù):Ksen(2)zs；1Z ABK1b maxZnext-1.2a、相鄰線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù)利用問題 中求靈敏系數(shù)的結(jié)論，只要令

7、Xbk =Xbc，XckKib = 1X56.0+ 2X12.0' XAB0 3 1 .1X12.1 ' X AC1X34.1X56.° . 1 . “0X34.0X34.0 人1 +_ 1X12.0 ' XAB0當(dāng) X34.1、X56.0 分別取最小值，而X12.1、X 34.0' X12.0 分別取最大值時(shí)，K1b就取最大值即當(dāng) X34.1min = 10】，X 56.0min = 20l 】，X12.1max = 25】，X34.0max = 30 1, X12.0ma = 30 1 時(shí)，K 1b max 1'20211+ 1_-3072

8、3 r 25 40101蘭1旦V 30 人 30 + 72 丄= 2.88乙ext ZBC - 16-Ksen(2)益咤 2.23 1.2ZABK1b maxZnext24 288 16b、相鄰變壓器末端短路時(shí)靈敏系數(shù)此時(shí)，K1b.max =2.88 , Znext 二 Z 20'. 1Ksen(2)z；.i空乩=1.91>1.2ZAB ' K1b maxZnext24 ' 288 20所以靈敏度校驗(yàn)滿足要求。(3)動(dòng)作時(shí)限：和相鄰設(shè)備保護(hù)配合t/1 =t3" *t -0.5 0.5 = 1s，它能同時(shí)滿足和相鄰線路保護(hù)和相鄰變壓器保護(hù)的配合要求。保護(hù)4

9、:距離II段的整定:(1)整定阻抗：按下面兩個(gè)條件選擇1)當(dāng)和相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段相配合時(shí)Z；t.4 二 Kr； (Zbc K4b minZ；et.2)= 0.75(16 1.41 20.4) = 33.5732)當(dāng)和相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)Z：t.4 二 K；i(ZbcK4b minZt) =0.75(16 1.53 20) = 34.9"所以取 zSet.4 =33.5730Z11(2)靈敏度校驗(yàn)：Ksen琴Zbc335生 2.1 1.2516(3)動(dòng)作時(shí)限：和相鄰保護(hù)2的I段配合t；1 =t2+Kt=0.5 s，它能同時(shí)滿足和相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)配合的要求。距

10、離III段的整定:(1)整定阻抗：按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定ZLmin 壯*3 0,190.53zseLZL.minKrel KssKre COS(爲(wèi) 一 ：L )取 Krel =1.2 ,©=1.2 , Ky =1.2 和：set = 75° ,30°，于zset.4190.531.2*1.2*1.2*cos(75 : -30) _ 155.93(2) 靈敏度校驗(yàn): 1 )本線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù):Z“iK - Zset.4 se nZBC空3 474 1.5162)相鄰設(shè)備末端短路時(shí)靈敏系數(shù):Ksen(2)Z川厶set.4 > 1 2ZBCK4b

11、 maxZnext4b maxa、相鄰線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù)X56.0+2J 1X 56.0X34.0 X BC0 3 1 + X 34.1 + X AC1-X12.0X12.1+I X12.0 八_X56.0_ J1X34.0 + Xbc0 丿_當(dāng)X12.1、X56.0分別取最小值，而X34.1、X12.0、X 34.0分別取最大值時(shí)，Kqb就取最大值K4bmax 1 '20 2, 130 48 3匕.20 4012.512.21 匚72 Y彳20 沆-11 1 -3030 48Ksen(2)III set.4ZBC4b maxZnext155.9316 2.21 24= 2.26

12、1.2b、相鄰變壓器末端短路時(shí)靈敏系數(shù)此時(shí)，K4b.max = 1.",乙ext = Zt = 20-'ZS；4155.93c”Kse n(2)沁.2.79 1.2ZBC + K4b maxZnext所以靈敏度校驗(yàn)滿足要求。(3) 動(dòng)作時(shí)限：和相鄰設(shè)備保護(hù)配合t4"+加=0.5+0.5=1s，它能同時(shí)滿足和相鄰線路保護(hù)和相鄰變壓器保護(hù)的配合要求。(5) 當(dāng)AB線路中點(diǎn)處發(fā)生 BC兩相短路接地時(shí)，哪些地方的哪些測(cè)量元件動(dòng)作，請(qǐng)逐一列出。保護(hù)、斷路器正常工作情況下，哪些保護(hù)的何段以什么時(shí)間跳開了哪些斷路器將短路切除？答：當(dāng)AB線路中點(diǎn)處發(fā)生 BC兩相短路接地時(shí)，接地距離

13、保護(hù)中：B相，C相的接地距離保護(hù)的測(cè)量元件動(dòng)作；相間距離保護(hù)中：BC相間距離保護(hù)的測(cè)量元件動(dòng)作；保護(hù)、斷路器正常工作情況下保護(hù)，保護(hù)1的B，C相的接地距離保護(hù)I段、BC相間距離保護(hù)I段、保護(hù)2的B，C相的接地距離保護(hù)I段、BC相間距離保護(hù)的I段，將在故障瞬間跳開保護(hù) 1，2 處的斷路器，從而將短路切除。(6) 短路條件同(5)，若保護(hù)1的接地距離I段拒動(dòng)、保護(hù)2處斷路器拒動(dòng)，哪些保護(hù)以何時(shí)間跳開 何斷路器將短路切除。答：保護(hù)1的相間距離I段將在故障瞬間跳開保護(hù)1處的斷路器，保護(hù) 4的距離III段延時(shí)1s跳開保護(hù)4處的斷路器。(7) 假定各保護(hù)回路正確動(dòng)作的概率為90%，在(5)的短路條件下，全

14、系統(tǒng)中斷路器不被錯(cuò)誤切除任意一個(gè)的概率是多少？體會(huì)保護(hù)動(dòng)作可靠性應(yīng)要求到多高。答：假定保護(hù)1在發(fā)電廠側(cè)還有1套遠(yuǎn)后備保護(hù)，則線路 AB中點(diǎn)短路后應(yīng)該有 4個(gè)斷路器的跳閘回 路被4套保護(hù)起動(dòng)，如果各保護(hù)回路正確動(dòng)作的概率只有90%,則全系統(tǒng)中不被錯(cuò)誤切除任意一個(gè)斷路器的概率 P 為：P=0.9 0.9 0.9 0.9 = 0.65613 23系統(tǒng)如圖3-12，母線C、D、E均為單側(cè)電源。全系統(tǒng)阻抗角均勻?yàn)?00 ,乙G1 = Z1G2=11 ,乙.ab=30C , Z6let = 240 ,乙也=320 ,t6 = 0.4 s,系統(tǒng)最短振蕩周期 T = 0.9 So試解答：(1) G1、G2兩機(jī)

15、電勢(shì)幅值相同，找出系統(tǒng)的振蕩中心在何處。1答：在系統(tǒng)各部分的阻抗角都相等的情況下，振蕩中心的位置就位于阻抗中心丄Z處：2 -1 1 Z亠丄(15 1530) =30，即在AB線路的中點(diǎn)。2 - 2(2) 分析發(fā)生振蕩期間母線 A、B、C、D電壓的變化規(guī)律及線路 BC電流的變化。答：母線A , B:I 二 Eg1 - Eg2 _ 工二 Eg1 (1-ej)ZTZEZIU A 二 Eg1 - I Z1 G1U B = EG2 I Z1 G2由于母線C, D都是單端電源，其電壓和母線B電壓的變化規(guī)律一樣，線路BC電流的變化跟隨B母線電壓的變化規(guī)律。(3) 線路BC、CD、DE的保護(hù)是否需要加裝振蕩閉

16、鎖，為什么？答：不需要，線路 BC、CD、DE都是單端電源，在保護(hù)處所得出來的測(cè)量阻抗不受振蕩的影響。(4) 保護(hù)6的II段采用方向阻抗特性，是否需要裝振蕩閉鎖。3-13所示:答：保護(hù)6的II段方向阻抗特性及測(cè)量阻抗的變化軌跡如圖Z T= 15 1530 =60 門系統(tǒng)振蕩時(shí)測(cè)量阻抗變化軌跡線00是G1G2的垂直平分線，Z6)Set=320，所以動(dòng)作特性圓30的半徑為16，這樣使測(cè)量阻抗進(jìn)入動(dòng)作圓的角度為2 arctan *124，使測(cè)量阻抗離v'161230開動(dòng)作圓的角度為=360 -2 arctan 236J162 -12故停留在動(dòng)作區(qū)內(nèi)的角度為工：-學(xué)-：1 112。若振蕩為勻速

17、振蕩，在最短振蕩周期的情況0 9下，停留在動(dòng)作區(qū)域內(nèi)的時(shí)間為'：t112 : 0.28s，小于II段的整定時(shí)間0.4s,所以在最短360*振蕩周期振蕩的情況下，距離II段不會(huì)誤動(dòng)，可以不加振蕩閉鎖。但是，如果振蕩周期加長，測(cè)量阻抗停留在動(dòng)作區(qū)域之內(nèi)的時(shí)間也將加長，II段將有可能誤動(dòng)，在整定時(shí)間為0.4s的情況下，允許最長的振蕩周期為：T二衛(wèi)土 360 : 1.29s，即振蕩周期不超112°過1.29s時(shí)II段不會(huì)誤動(dòng)，超過時(shí)可能誤動(dòng)。為了保證可靠性，最好還是經(jīng)過振蕩閉鎖?！纠?-1】 在圖4.21所示網(wǎng)絡(luò)中，各線路均裝有距離保護(hù)，試對(duì)其中保護(hù)1的相間短路保護(hù)I、n、III段進(jìn)

18、行整定計(jì)算。已知線路AB的最大負(fù)荷電流I Lmax=350A，功率因數(shù)COS = 0.9，各線路每公里阻抗 乙=0.4 Q /km阻抗角=700,電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)系數(shù) Kss=1.5，正常時(shí)母線最低工作電壓 U L min 取等于 0.9Un (U N =110kV )。AGE； =115/ ,3kVX s1.max =25"Xs1.min = 20' 11.x 230km /l. maxE； =115/ ,3kVX s2.max 301 1Xs2.min =25Uk%=10.54-1的網(wǎng)絡(luò)連接圖解1.有關(guān)各元件阻抗值的計(jì)算C5z60km3x0kmSb =31.5MVA811

19、5S10t10 24.21 例e115/，3kv（哪里的公式？）線路12的正序阻抗 Z12 = Z1L12 = 0.4 X0 = 12 Q線路 34 及 56 的正序阻抗 Z34 = Z56 = Z1 L34 = 0.4 X60= 24 Q 變壓器的等值阻抗Zt =匕衛(wèi) 匕旦二105 115 44.11100 Sb 100 31.52距離I段的整定（1）整定阻抗：按式（4.57）計(jì)算2；廠心憶12 =0.85 勺2=10.20（2）動(dòng)作時(shí)間：tI=0秒（第I段實(shí)際動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置固有的動(dòng)作時(shí)間）。3.距離II段（1）整定阻抗：按下列兩個(gè)條件選擇。1）和相鄰下級(jí)最短線路34 （或56）的保護(hù)3

20、 （或保護(hù)5）的I段配合，按式（4.59）計(jì)算Zset = K rel Z AB ' K refK b min Z set 3式中可取 Krel = 0.85, Krel= 0.8,而 Z；et3 二 KreiZ34 =0.85 24 =204Kbmin的計(jì)算如下：當(dāng)保護(hù)3Kbmin為保護(hù)3的I段末端發(fā)生短路時(shí)對(duì)保護(hù)1而言的最小分支系數(shù)，如圖4.22所示,的I段末端k1點(diǎn)短路時(shí)，分支系數(shù)計(jì)算式為Kb12 _Xs1. X12 Xs2 (1 0.15)Z34 _(Xs1 Z12 .)1.152圖4.22 整定距離II段時(shí)求Kbmin的等值電路1的最大可以看出，為了得出最小的分支系數(shù)Kbmi

21、n ,上式中Xs1應(yīng)取可能最小值，即應(yīng)取電源運(yùn)行方式下的等值阻抗X s1 min ,而Xs2應(yīng)取最大可能值，即取電源2的最小運(yùn)行方式下的最大等值阻抗Xs2max，相鄰雙回路線路應(yīng)投入，因而，20+12 八 1.15 d “Kbmin=(1)1.19302是 zSet1 = 0.85 >12+ 0.8 >1.19 >20.4 = 29.6 Q2）按躲開相鄰變壓器低壓側(cè)出口k2點(diǎn)短路整定（變壓器裝有差動(dòng)保護(hù)），按式（4.60）計(jì)算Zset 1. = K rel Z AB ' K refK b.min Zt此處分支系數(shù)Kbmin為在相鄰變壓器出口k2點(diǎn)短路時(shí)對(duì)保護(hù)1的最小分

22、支系數(shù)，由圖 4.27可見X s1 min *Zr220+12Kbmin 尹2.07X s2 max30于是 Z；et1 = 0.85 >2+ 0.7 >.07 >4.1 = 74.1 Q,此處取 K=0.7。取以上兩個(gè)計(jì)算值中較小者為n段定值，即取Z r； 1 = 29.6 Q（2）靈敏性校驗(yàn)：按本線路末端短路求靈敏系數(shù)IIKsen=1.25，滿足要求。- 12（3）動(dòng)作時(shí)間，和相鄰保護(hù)3的I段配合，則t" =t34=0.5s它能同時(shí)滿足和相鄰保護(hù)以及和相鄰變壓器保護(hù)配合的要求。4.距離III段（1）整定阻抗：按躲開最小負(fù)荷阻抗整定。因?yàn)槔^電器取為相間接線方式的方向阻抗繼電器,ZLmin所以按式（4.66）計(jì)算Z川set 1'Krei KssKreCOS( ： set -)