電力系統(tǒng)繼電保護課程設計-線路距離保護的設計1-蘭州交通大學

1、自動化與電氣工程學院繼電保護課程設計 PAGE 15電力系統(tǒng)繼電保護課程設計題目： 線路距離保護的設計班級： 電氣*班姓名: 學號： 指導教師： 設計時間： 2012-3-4 評語：成績1設計原始資料1.1具體題目如圖1.1所示網絡，系統(tǒng)參數為:kV,，km，km，km，km，km，線路阻抗km,，A，A，A， 圖1.1 某線路接線圖試對線路L1、L2進行距離保護的設計，（計算并選擇1,9的保護）。1.2要完成的內容本文要完成的內容是對線路的距離保護原理和計算原則的簡述，并對線路各參數進行分析及對線路L1、L2進行距離保護的具體整定計算并注意有關細節(jié)。并對圖中1和9處的保護進行計算選擇。距離保

2、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分析要設計的課題內容（保護方式的確定）2.1設計規(guī)程根據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、可靠性。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。(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

3、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

4、.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。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

5、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，在電流保護不能滿足技術要求的情況下應當采用距離保護。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，如圖2.1所示(1)距離保護的段圖2.1 距離保護網絡接線圖瞬時動作，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(一般取0.80.85)，則 (2-1)同理，保護2的段整定值為： (2-2)如此整定后，保

6、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2.1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(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：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

7、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其他各保護的最大動作時限高出一個。3 保護的配合及整定計算3.1 線路L1距離保護的整定與校驗3.1.1 線路L1距離保護第I段整定(1)線路L1的I段的整定阻抗為 (3-1) =0.85600.4 =20.4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；(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L1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L1的段的整定阻抗為 (3-2) 線路對線路L1的最小分支系數，其求法如下，如圖3.1所示圖

8、3.1 等效電路圖 /=9.6 (3-3) =0.286 (3-4) =3.5 (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。考慮到各種誤差因素，要求靈敏系數應滿足 滿足要求(3)動作時間，與相鄰線路距離I段保護配合，則， 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L1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 (3-6) (3-7)其中，于是(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

9、。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DE的距離保護的整定與校驗由已知可得 (3-8)其中，線路單位長度阻抗；L是線路長度。將數據代入公式（3-1） 經分析可知，最大運行方式即阻抗最小時，如圖3.2所示則有三臺發(fā)電機運行，線路全部運行，由題意知連接在同一母線上，則其中“”表示取并聯的意思，以后不再解釋。同理，最小運行方式即阻抗值最大，如圖3.3所示分析可知在只有和運行，相應地有由此可得等效電路：ffffBCDE10.620128123圖3.2 最大運行方式等效電路ffffBCDE392012

10、8123圖3.3 最小運行方式等效電路在最大運行方式下流過保護元件的最大短路電流的公式為 (3-9)其中系統(tǒng)等效電源的相電動勢； 短路點至保護安裝處之間的阻抗； 保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗； 短路類型系數、三相短路取1，兩相短路取。 對于保護1，其等值電路圖如圖1所示：母線E最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護1的最大短路電流為相應的速斷定值為最小保護范圍計算式為即1處的電流速斷保護在最小運行方式下沒有保護區(qū)。4 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

11、)，以便實現測量儀表、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：根據安裝的地點及使用條件，選擇電流互感器的絕緣結構、安裝方式、一次繞組匝數等。對于6-20kV屋內配電裝置，可采用瓷絕緣結構和樹脂澆注絕緣結構的電流互感器。對于35kV及以上配電裝置，一般采用油浸式瓷箱式絕緣結構的獨立式流互感器。有條件時，應盡量采用套管式電流互感器。選用母線式互感器時，應該校核其窗口允許穿過的母線尺寸。(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

12、的電網額定電壓，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。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0.5-1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、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1-1.5級的，相應的電流互感器應為0.5-1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

13、按相應最高級別來確定電流互感器的準確級。所以根據電流互感器安裝處的電網電壓、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電壓應在(1.1-0.9)范圍內變動，即滿足下列條件0.91.1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裝設地點和使用條件進行選

14、擇，例如：在6-35kV屋內配電裝置中，一般采用油浸式或澆注式；110-220kV配電裝置當容量和準確級滿足要求時宜采用電容式電壓互感器，也可采用油浸式；500kV均為電容式。(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

15、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。則根據電壓等級選型號為為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，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；經濟合理。(1)按使用環(huán)境條件選擇繼電器型號環(huán)境適應性是繼電器可靠性指標之一,使用環(huán)境和工作條件的差異，對繼電器性能有很大的影響。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)

16、、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。(2)根據輸入量選定繼電器的輸入參數在電磁繼電器的輸入參數中，與用戶密切相關的是線圈的工作電壓(或電流)，而吸合電壓(或電流) 則是繼電器制造廠約束繼電器靈敏度并對其進行判斷、考核的參數，它只是一個工作下限參考值。不少用戶因不了解繼電器動作原理的特殊性，往往把吸合電壓(或電流)錯認為是繼電器應可靠工作的電壓(或電流)，而把工作電壓值取在吸合

17、電壓值上，這是十分危險也是不允許的。因為吸合值只是保證繼電器可靠動作的最小 輸入量，而繼電器動作后，還需要一個保險量，以提高維持可靠閉合所需的接觸壓力、抗環(huán)境作用所需的電磁吸力。否則，一旦環(huán)境溫度升高或在機械振動和沖擊條 件下，或輸入回路電流波動和電源電壓降低時，僅靠吸合值是不可能保證可靠工作的。所以選擇繼電器時，首先看繼電器技術條件規(guī)定的額定工作電壓是否與整機線 路所能提供的電壓相符，絕不能與繼電器吸合值相比。(3)根據負載情況選擇繼電器觸點的種類與參數與被控電路直接連接的觸點是繼電器的接觸系統(tǒng)。國外和國內長期實踐證明，約百分之七十以上的故障發(fā)生在觸點上。這除了與繼電器本身結構與制造因素密切

18、相關之外，未能正確選用和使用也是重要因素之一。且大多數問題是由于用戶的實際負載要求與繼電器觸點額定負載不同而引起的。根據控制要求確定觸點組合形式，如需要的是常開還是常閉觸點或轉換觸點；根據被控回路多少確定觸點的對數和組數；根據負載性質與容量大小確定觸點有關參數，如額定電壓、電流與容量，有時還需要考慮對觸點接觸電阻、抖動時間、分布電容等的要求。關于觸點切換的額定值，電磁繼電器一般規(guī)定它的性質及大小。它的含義是指在規(guī)定的動作次數內，在定的電壓和頻率下，觸點所能切換的電流的大小。這一負載值是由繼電器結構要素決定的。為了便于考核比較，一般只規(guī)定阻性負載。在實際使用中需要切換其它性質的負載。(4)按工作

19、狀態(tài)選擇繼電器繼電器的工作狀態(tài)主要是指輸入信號對線圈的作用狀態(tài)。繼電器線圈的設計是對應于不同的輸入信號狀態(tài)的，有長期連續(xù)作用的信號，有短期重復工作(脈沖)信號。連續(xù)工作是指線圈能連續(xù)地承受工作信號的長期作用。對脈沖信號還要考慮脈沖頻率、通斷比等。因此，要根據信號特點選用適合于不同工作狀態(tài)的繼電器，一般不允許隨便使用，特別要注意不能將短期工作狀態(tài)的繼電器使用在連續(xù)工作狀態(tài)，高溫工作條件下尤其要注意。在實際切換功率負載或大功率負載時，尤其要考慮不宜切換速率過高。一般應少于10-20次/min。最大循環(huán)速率為：0.1次/(最大吸合時間最大釋放時間)s。(5)按安裝工作位置、安裝方式及尺寸、重量的選擇

20、繼電器工作位置與其結構有關，大多數繼電器可在任意位置下工作，但也有部分繼電器工作位置有具體的規(guī)定。例如普通水銀繼電器，就規(guī)定要直立安裝，其偏斜極限不得超過30，否則，由于水銀的連接中斷將不起繼電器作用。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等。5 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

21、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，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 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 （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相位比較

22、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，如圖5.3所示。圖5.3 保護跳閘回路5.2.1 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阻抗