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1、 電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計 題目： 線路距離保護的設(shè)計 班級：　　　 　　 姓名：　　　　　 　　　 學號：　　　　　　　 指導教師：　　　　　　　 設(shè)計時間：　　 評語： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　成績　　　　　 15 自動化與

2、電氣工程學院繼電保護課程設(shè)計 1 設(shè)計原始資料 1.1 具體題目 如下圖所示網(wǎng)絡，系統(tǒng)參數(shù)為: kV,、、，km、km，km、km、km，線路阻抗km,、，A、A、A，， 試對線路L1、L2、L3進行距離保護的設(shè)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L1、L2、L3進行距離保護的具體整定計算并注意有關(guān)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。 2 題目分析與方案設(shè)計 2.1 題目分析 距離保護是反應故障點至保護安裝地點之

3、間的距離（或阻抗）。并根據(jù)距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。該裝置的主要元件為距離（阻抗）繼電器，它可根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測知保護安裝處至短路點間的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測量阻抗。當短路點距保護安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短；當短路點距保護安裝處遠時，其測量阻抗增大，動作時間增長，這樣就保證了保護有選擇性地切除故障線路。 用電壓與電流的比值(即阻抗)構(gòu)成的繼電保護，又稱阻抗保護，阻抗元件的阻抗值是接入該元件的電壓與電流的比值：，也就是短路點至保護安裝處的阻抗值。因線路的阻抗值與距離成正比，所以叫距離保護或阻抗保護。距離保護分為接地距離保護和相間距離保護等。 距離保

4、護的動作行為反映保護安裝處到短路點距離的遠近。與電流保護和電壓保護相比，距離保護的性能受系統(tǒng)運行方式的影響較小。 當短路點距保護安裝處近時，其量測阻抗小，動作時間短;當短路點距保護安裝處遠時，其量測阻抗大,動作時間就增長，這樣保證了保護有選擇性地切除故障線路。為了滿足繼電保護速動性、選擇性和靈敏性的要求，目前廣泛采用具有三段動作范圍的時限特性。三段分別稱為距離保護的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，它們分別與電流速斷、限時電流速斷及過電流保護相對應。 距離保護的第Ⅰ段是瞬時動作的，它的保護范圍為本線路全長的80～85%；第Ⅱ段與限時電流速斷相似,它的保護范圍應不超出下一條線路距離第Ⅰ段的保護范圍，并帶有高出

5、一個的時限以保證動作的選擇性；第Ⅲ段與過電流保護相似，其起動阻抗按躲開正常運行時的負荷參量來選擇，動作時限比保護范圍內(nèi)其他各保護的最大動作時限高出一個。 2.2 方案設(shè)計 2.2.1 主保護設(shè)計 距離保護Ⅰ段和距離保護Ⅱ段構(gòu)成距離保護的主保護。 (1)距離保護的Ⅰ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0.8~0.85)，則 (2.1) 同理，保

6、護2的Ⅰ段整定值為： (2.2) 如此整定后，保護的Ⅰ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(shè)置距離保護第Ⅱ段。 (2)距離Ⅱ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Ⅰ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Ⅰ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Ⅱ段的整定阻抗為：

7、 (2.4) 則設(shè)計AB段的距離保護Ⅰ段、BC段的距離保護Ⅰ段和AB段距離保護Ⅱ段為線路L1、L2、L3的主保護。 2.2.2 后備保護設(shè)計 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I段與距離Ⅱ段的后備保護，第Ⅲ段為本線路的近后備保護和下一段線路的遠后備保護，則應該裝設(shè)距離保護第Ⅲ段。 距離Ⅲ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Ⅲ段保護范圍內(nèi)其他各保護的最大動作時限高出一個。 則設(shè)計AB段的距離Ⅲ段為線路L1、L2、L3的后備保護。 3 保護的配合及整定

8、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(shù)； (2)動作時間

9、（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Ⅱ段整定 (1)與相鄰線路距離保護I段相配合，線路L1的Ⅱ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 //==9.6 (3.3) =0.286 (3.4) ===3.5

10、 (3.5) 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， 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Ⅲ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

11、 (3.6) (3.7) 其中，，，于是 (2)靈敏度校驗 距離保護Ⅲ段，即作為本線路I、Ⅱ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L2距離保護的整定與校驗 3.2.1 線路L2距離保護第I段整定 (1)線路L2的I段的整定阻抗為

12、 (3.8) =0.85600.4 =20.4 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L2距離保護第Ⅱ段整定 (1)與相鄰線路距離保護I段相配合，線路L2的Ⅱ段的整定阻

13、抗為 (3.9) —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3.5。（求法同上） 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， 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L2距離保護第Ⅲ段整定 (1)整定阻抗：按躲開被保護線路在正常運行條件下

14、的最小負荷阻抗來整定計算的，所以有 (3.10) (3.11) 其中，，，于是 (2)靈敏度校驗 距離保護Ⅲ段，即作為本線路I、Ⅱ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L3距離保護

15、的整定與校驗 3.3.1 線路L3距離保護第I段整定 (1)線路L3的I段的整定阻抗為 (3.12) =0.85400.4 =13.6 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

16、作時間）。 3.3.2 線路L3距離保護第Ⅱ段整定 (1)與相鄰線路距離保護I段相配合，線路L3的Ⅱ段的整定阻抗為 (3.13) —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 //==12 (3.14) =0.43 (3.15) ===2.3

17、 (3.16) 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， 3.3.3 線路L3距離保護第Ⅲ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 (3.17)

18、 (3.18) 其中，，，于是 (2)靈敏度校驗 距離保護Ⅲ段，即作為本線路I、Ⅱ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。 4 繼電保護設(shè)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(shè)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

19、、保護設(shè)備及自動控制設(shè)備的標準化、小型，其一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)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(shè)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(jié)構(gòu)、安裝方式、一次繞組匝數(shù)等。 對于6-20kV屋內(nèi)配電裝置，可采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)和樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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的電

20、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。例如:裝于重要回路(如發(fā)電機、調(diào)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(shù)儀表的互感器可用3級的。當所供儀表要求不同準確級時

21、，應按相應最高級別來確定電流互感器的準確級。 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 式中—電壓互感器一次側(cè)額定電壓。選擇時，滿足=kV即可。 (2)電壓互感器二次側(cè)額定電壓的選擇 電壓互感器二次側(cè)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

22、感器的種類和型式應根據(jù)裝設(shè)地點和使用條件進行選擇，例如：在6-35kV屋內(nèi)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(jù)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。

23、有關(guān)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(jù)電壓等級選型號為為YDR-110的電壓互感器。 4.2 時間繼電器的選擇 時間繼電器是一種利用電磁原理或機械原理實現(xiàn)延時控制的自動開關(guān)裝置。它的種類很多，有空氣阻尼型、電動型和電子型和其他型等。 早期在交流電路中常采用空氣阻尼型時間繼電器，它是利用空氣通過小孔節(jié)流的原理來獲得延時動作的。它由電磁系統(tǒng)、延時機構(gòu)和觸點三部分組成。凡是繼電器感測元件得到動作信號后，其執(zhí)行元件（觸頭）要延

24、遲一定時間才動作的繼電器稱為時間繼電器。 目前最常用的為大規(guī)模集成電路型成的時間繼電器，它是利用阻容原理來實現(xiàn)延時動作。在交流電路中往往采用變壓器來降壓，集成電路做為核心器件，其輸出采用小型電磁繼電器，使得產(chǎn)品的性能及可靠性比早期的空氣阻尼型時間繼電器要好的多，產(chǎn)品的定時精度及可控性也提高很多。 隨著單片機的普及，目前各廠家相繼采用單片機為時間繼電器的核心器件，而且產(chǎn)品的可控性及定時精度完全可以由軟件來調(diào)整，所以未來的時間繼電器將會完全由單片機來取代。 時間繼電器選型原則： (1)確定繼電器是用在直流回路還是交流回路里，并確定額定電壓等級，常用為220V、110VDC/AC； (

25、2)確定安裝方式，如：導軌式，凸出式，嵌入式等（是柜內(nèi)安裝還是面板開孔安裝，抽屜柜一般選用導軌式） (3)確定所需延時種類，為通電延時或斷電延時，以及延時時間范圍等。 根據(jù)題目要求時間繼電器選AC220V、嵌入式、限時動作的繼電器，則其型號為 H3CR-G8EL。 5 二次原理圖的繪制 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。可以用兩種方法來實現(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

26、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5.1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

27、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(gòu)成。實踐

28、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(chǎn)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(nèi)（開放時間內(nèi)）允許距離Ⅰ段跳閘。超過0.1s時動作，一方面通過禁止門閉鎖距離Ⅰ段，另一方面起動切換繼電器，對于各段或各相有公用阻抗繼電器的距離保護裝置，進行段別或相別切換。 5.2.2 測量回路 測量回路的Ⅰ段和Ⅱ段，由公用阻抗繼電器1、組成，而第Ⅲ段由測量阻抗繼電器組成。測量回路是測量短路點到保護安裝處的距離，用以判斷故障

29、處于那一段保護范圍。 5.2.3 邏輯回路 邏輯回路主要由門電路和時間電路組成。與門電路包括與門、、或門和禁止門,用以分析判斷是否應該跳閘。 6 保護的評價 根據(jù)繼電保護基本要求對距離保護的評價為：它可以在多電源的復雜網(wǎng)絡中保證動作的選擇性；距離I段是瞬時動作的，但是它只能保護線路全長的80%-85%，因此，兩端合起來就使得在30%-40%線路長度內(nèi)的故障不能從兩端瞬時切除，在一端需經(jīng)過0.5s的延時才能切除。在220kV及以上電壓的網(wǎng)絡中，這有時候不能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的要求，因而，不能作為主保護來應用；由于阻抗繼電器同時反應于電壓的降低和電流的增大而動作，因此，距離保護

30、較電流、電壓保護具有較高的靈敏度。此外，距離I段的保護范圍不受系統(tǒng)運行方式變化的影響，其它兩段受到的影響也比較小，因此，保護范圍比較穩(wěn)定；由于保護范圍中采用了復雜的阻抗繼電器和大量的輔助繼電器，再加上各種必要的閉鎖裝置，因此接線復雜，可靠性比電流保護低，這也是它的主要缺點。 參 考 文 獻 [1] 譚秀炳編.鐵路電力與牽引供電系統(tǒng)繼電保護[M].成都:西南交通大學出版社,2006. [2] 張保會主編.電力系統(tǒng)繼電保護[M].北京:中國電力出版社,2005. [3] 尹項根主著.電力系統(tǒng)繼電保護原理與應用[M].武漢:華中科技大學出版社,2004. [4] 賈瑞光.淺析線路距離保護的應用原理[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2009,(8):99. [5] 都洪基主編.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].南京:東南大學出版社,2007.