电力系统继电保护课程设计 三段式距离保护

电力系统继电保护课程设计选题标号：三段式距离保护班 级：14电气姓 名：学 号：指导教师：谷宇航日 期：2017年11月8日天津理工大学电力系统继电保护课程设计目录1.1选题意义错误!未指定书签。1.2设计原始资料错误!未指定书签。1.3要完成的内容错误!未指定书签。二、分析要设计的课题内容错误!未指定书签。2.1设计规程62.2保护配置错误!未指定书签。2.2.1主保主配置错误!未指定书签。2.2.2后备保护配置错误!未指定书签。三、短路电流、残压计算错误!未指定书签。3.1等效电路的建立错误!未指定书签。3.2保护短路点的选取错误!未指定书签。3.3短路电流的计算错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。四、保护的配合错误!未指定书签。4.1线路皿距离保护的整定与校验错误!未指定书签。4.1.1线路L1距离保护第I段整定错误!未指定书签。4.1.2线路L1距离保护第II段整定错误!未指定书签。4.1.3线路11距离保护第111段整定错误!未指定书签。4.2线路13距距保护的整定与校验错误!未指定书签。421线路L3距离保护第I段整定错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。五、实验验证错误!未指定书签。六、继电保护设备选择错误!未指定书签。6.1互感器的选择错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。6.2继电器的诜择错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。结论错误!未指定书签。参考文献错误!未指定书签。一、选题背景1.1选题意义随着电力系统的发展，出现了容量大，电压高，距离长，负荷重，结构复杂 的网络，这时简单的电流，电压保护已不能满足电网对保护的要求。在高压长距离重负荷线路上，线路的最大负荷电流有时可能接近于线路末端 的短路电流，所以在这种线路上过电流保护是不能满足灵敏系数要求的。另外 对于电流速断保护，其保护范围受电网运行方式改变的影响，保护范围不稳定， 有时甚至没有保护区，过电流保护的动作时限按阶梯原则来整定，往往具有较长时限，因此，满足不了系统快速切除 故障的要求。对于多电源的复杂网络，方向过电流保护的动作时限往往不能按 选择性要求来整定，而且动作时限长，不能满足电力系统对保护快速性的要求。1.2设计原始资料%= 37/x/3kV, Zg=12Q、ZG2 = 20Q、% =15Q，L1= L2 = 125km、L3 = 70km， L = 42km，L = 25km，L = 20km，线路阻抗 0.40/km，K = 1.2 、K = K” = 1.15，I= 150A，I= 250A，I= 200A，K = 1.5，rel relB-C .maxC - D .maxD - E .maxssK = 0.85reABE试对线路L1、L3进行距离保护的设计。0U1.3要完成的内容(1) 保护的配置及选择；(2) 短路电流计算(系统运行方式的考虑、短路点的考虑、短路类型的考虑);(3) 保护配合及整定计算；(4) 对保护的评价。二、分析要设计的课题内容2.1设计规程在距离保护中应满足一下四个要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。 这几个之间，紧密联系，既矛盾乂统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛 盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力原件的继电保护。充分发挥 和利用继电保护的科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安 全性、稳定性和经济性发挥最大效能。可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能的最根本要求。所谓安全性， 是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。所谓信赖性， 是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不 发生拒绝动作。安全性和信赖性主要取决于保护装置本身的制造质量、保护回 路的连接和运行维护的水平。一般而言，保护装置的组成原件质量越高、回路 接线越简单，保护的工作就越可靠。同时，正确的调试、整定，良好的运行维 护以及丰富的运行经验，对于提高保护的可靠性具有重要作用。继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力 系统中断开，最大限度的保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它包含两种意思：其一是只应有装在故障元件上的保护装置动作切除故障；其二是要力 争相邻原件的保护装置对它起后备保护作用。继电保护的速动性是指尽可能快的切出故障，以减少设备及用户在大短路电 流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳 定性。动作迅速而乂能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价 格比较昂贵，对大量的中、低压电力原件，不一定都采用高速动作的保护。对 保护速动性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格比较昂贵，对大量的 中、低压电力原件的具体情况，经技术经济比较后确定。继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的能 力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在规定的保护范围内部故障时，在系统 任意的运行条件下，无论短路点的位置、短路的类型如何以及短路点是否有过 渡电阻，当发生短路时都能敏锐感觉、正确反应。灵敏性通常用灵敏系数或灵 敏度来衡量，增大灵敏度，增加了保护动作的信赖性，但有时与安全性相矛盾。 对各类保护的的灵敏系数的要求都作了具体规定，一般要求灵敏系数在1.22 之间。以上四个基本要求是评价和研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛 盾的一面，乂要根据被保护原件在电力系统中的作用，使以上四个基本要求在 所配置的保护中得到统一。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分 工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行的。相同原理的保护装置 在电力系统不同位置安装时如何配置相应的继电保护，才能最大限度地发挥被 保护电力系统的运行效能，充分体现着继电保护工作的科学性和继电保护工程 实践的技术性。2.2保护配置2.2.1主保护配置距离保护的主保护是距离保护I段和距离保护II段图2.1网络接线图(1) 距离保护I段距离保护的第I段是瞬时动作的，是保护本身的固有动作时间。以保护1为例， 其第I段保护本应保护线路AB全长，即保护范围为全长的100%,然而实际上却 是不可能的，因为当线路BC出口处短路时，保护2的第I段不应动作，为此， 其启动阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗ZAB，即Ziop11.5 满足要求(3) 动作时间，与相邻线路、距离I段保护配合，贝。tu2 =t I2+At(3-8)=0.5s它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。4.1.3线路L1距离保护第m段整定(1)与相邻距离保护第II的配合Zm顽=Ku、(九+孔匝/匕)(3-9)=1.15(50+1 X33) = 95Q式中Zill顽距离保护III的整定阻抗；ZL1被保护线路L1阻抗；Ki 距离保护的I段可靠系数；relZn 相邻新路距离保护第II段动作阻抗；BC匕皿侦一一线路、对线路Lbc的分支系数，单线路时，其值为1；ZnB线路、的段整定阻抗，其值为Zn = Kn (Z +K Zi )(3-10)BCrel BC b,min CD=33Q式中，ZiCD为线路LCD的I段动作阻抗。(2)灵敏度校验距离保护i段，即作为本线路i、n段保护的近后备保护，乂作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时KmSmin 二 Zmpi/ZL1(3-11)=95/50=1.91.5满足要求作为远后备保护时Kls,min二气1/(41+匕/，2)=1.41.2满足要求4.2线路L3距离保护的整定与校验4.2.1线路L3距离保护第I段整定(1)线路L3I段的动作阻抗为Zi =ki LZ(3-13)op3 rel 3 1=1.2X70X0.4=33Q式中ziop3距离I段的动作阻抗；L3被保护线路L3的长度；zi被保护线路的单位阻抗；Ki 距离保护的I段可靠系数；rel(2)动作时间ti3=0s (第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间)。4.2.2线路L3离保护第II段整定(1) 与相邻线路Lbc距离保护i段相配合，线路L3的II段动作阻抗为Zii = Kii LZ+Kii K Zi(3-14)op3rel 3 1 rel b,min BC=1.15X70X0.4+1.15X2.12X20=81Q式中Znop3距离II段的动作阻抗；L3Z1线路L3的阻抗；Knrei距离保护的II段可靠系数；Zibc线路lbc的第i段整定阻抗，其值Zi =Ki L Z=20Q(3-15)BC rel BC 1(2) 灵敏度校验距离保护II段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足Kiis, min = Znop3/(L3Z1)(3-16)=81/28=2.81.5 满足要求(3) 动作时间，与相邻线路、距离I段保护配合，贝Uti = 11 +At(3-17)=0.5s它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。4.2.3线路L3距离保护第瓦段整定(1) 与相邻距离保护第II的配合Z=Ky (ZL3+Kb,minZlBC)(3-9)=1.15(50+1 X33)=70Q式中Zin*距离保护III的整定阻抗；ZL3被保护线路L3阻抗；Kn 距离保护的n段可靠系数；relZi 相邻新路距离保护第II段动作阻抗； BCKbmin线路、对线路Lbc的分支系数，单线路时，其值为1；ZiB c线路、的段整定阻抗，其值为Zi = Ki (Z +K Zi )(3-10)BCrel BC b,min CD=33Q式中，Zicd为线路LCD的I段动作阻抗。(2) 灵敏度校验距离保护III段，即作为本线路I、I段保护的近后备保护，乂作为相邻下级 线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时Ki* 员=Zm p3/ZL3(3-11)=70/28=2.51.5满足要求作为远后备保护时Km= Ziii /(Z +K Z )(3-12)S,minop3 L3 b,max BC=70/(28+1X16.8)=1.51.2满足要求五、实验验证六、继电保护设备选择6.1互感器的选择互感器分为互感器分为电流互感器TA和电压互感器TV,它们既是电力 系统中一次系统与二次系统间的联络元件，同时也是一次系统与二次系统的高 电压、大电流，转变成二次系统的低电压、小电流，供测量、监视、控制及继 电保护作用。互感器的具体作用是：（1）将一次系统各回路电流变成5A以下的 小电流，以便于测量仪表及继电器的小型化、系列化、标准化。（2）将一次系 统与二次系统在电气方面隔离，同时互感器二次侧有一点可靠接地，从而保证 了二次设备及人员安全。（1）电流互感器的选择 电流互感器一次回路额定电压和电流选择电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足：式中UN1、IN1 一电流互感器一次额定电压和电流为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作 电流接近。 二次额定电流的选择电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般强电系统用5A，弱电系统 用1A。 电流互感器种类和型式的选择在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方法（如穿墙式、 支持式、装入式等）选择相适应的类别和型式。选用母线型电流互感器时，应 注意校核窗口尺寸。 电流互感器准确级的选择为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确 级。 二次容量或二次负载的校验为了保证互感器的准确值，互感器二次侧所接实际负载Z21或所消耗的实际容量荷S应不大于该准确级所规定的额定负载Z或额定容量S （Z及S均可2N2N2 N2 N2从产品样本查到），即S NS=I2 Z 或 Z NZ -R +R +R +R （4-1） N2 2 N2 21 N2 21 wi tou m r式中RRr电流互感器二次回路中所接仪表内阻的总和与所接继电器内阻的总和，由产品样本中查得Rw电流互感器二次联接导线的电阻Rtou电流互感器耳二次连线的接触电阻，一般取为0.1耳=也因为 :,所以 an 式中A,、电流互感器二次回路连接导线截面积（mm2）及计算长度（mm）。的铜 线。当截面选定之后，即可计算出联接导线的电阻R，有时也可先初选电流互感 器，在已知其二次侧连接的仪表及继电器型号的情况下，确定连接导线的截面积，但须指出，只用一只电流互感器时电阻的计算长度应取连接长度2倍，如用三电流互感器接成完全星形接线时，由于中性电流接近于零，则只取连接长度为 电阻的计算长度，若用两只电流互感器接成不完全星形接线时，其二次公用线中 的电流为两相电流之向量和，其值与相电流相等，但相位差为60，故应取连线长 度的 倍为电阻的计算长度。所以本题中电流互感器的型号为LCWB6-1108。（1）电压互感器一次回路额定电压选择为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在（1.1-0.9）范围内变动，即满足下列条件1.1UNiNS0.9UNi式中UNi电压互感器一次测额定电压。选择时满足UNi=UN s即可。（2）电压互感器二次侧额定电压的选择电压互感器二次侧额定线间电压为100V，要和所接用的仪表或继电器相 适应。（3）电压互感器种类和型式的选择电压互感器的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如：在6-35kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式110-220kV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；220kV及其以上配电装置，当容量和准确级满足要 求时，也可采用电容式电压互感器。（4）准确级选择和电流互感器一样，供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互 感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3 级电压互感器为宜。（5）按准确级和额定二次容量选择首先根据仪表和继电器接线要求择电压互感器接线方式，并尽可能将负荷 均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选 择互感器的准确级额定容量。有关电压互感器准确级的选择原则，可参照电流 互感器准确级选择。一般供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互 感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一电压继电器的选用3 级电压互感器为宜。电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级）sn2，应不小于电压 互感器的二次负荷S2，即sn2NS2。S=厂八孚：匚一 E1 2式中S0、P0、Q0各仪表的视在功率、有功功率和无功功率cosC各仪表的功率因数。如果各仪表和继咆器的功率因数相近，或为了简化计算起见.也可以将各仪 表和继电器的视在功率直接相加.得出S2大于的近似值，它若不超过sn2，则实际 值更能满足式子的要求。由于电压互感器三相负荷常不相等，为了满足准确级要求，通常以最大相负 荷进行比较。计算电压互感器各相的负荷时，必须注意互感器和负荷的接线方 式。所以本题中的电压互感器的型号为JDZJ-3.。6.2继电器的选择使用环境条件主要指温度（最大与最小）、湿度（一般指40摄氏度下的最 大相对湿度），低气（压使用高度1000米以下可不考虑）、振动和冲击。此外， 尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同， 继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用， 有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高级的条件选用。对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。 选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。那些用固态器件或电路提 供激励及对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬态抑制电路的产品。6.2.2按输入信号不同确定继电器种类按输入信号是电、湿度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继 电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给 继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。6.2.3输入参量的选定与用户密切相关的输入晕是线圈工作电压或电流，而吸合电压或电流则是继 电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。对用户来讲，它 只是一个工作下极限参数值。控制安全系数是工作电压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或 处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。整机设计时，不能以空载电 压怍为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别 是电源内阻大时更是如此。当用二极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管 必须处于开关状态，对6VDC以下工作电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和 压降。当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的冲 击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的1.5倍， 工作值的误差一般为10%。国内外长期实践证明，约70%的故障发生在触点上，这足见正确选择和使用 继电器触点非常重要。触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。动合触点组和转换 触点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大， 其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整 机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用动合触点。根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）确定 参数十分重要。认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的，一般 说，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最 好。电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠性下降，故100mA称作试验电流， 是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。由于一般继电 器不具备低电平切换能力，用于切换50mV、50UA以下负荷的继电器订货，用 户需注明.必要时应请继电器生产厂协助选型。继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下，负载为阻性的动作 次数，当超出额定电压时，可参照触点负载曲线选用。当负载性质改变时，其 触点负载能力将发生变动。结论通过此次课程设计是我更加扎实的掌握了有关继电保护的基础知识，在设 计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次乂一次的思考，一遍乂一遍的检查 终于找出了原因所在，也暴露了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足，实践 出真知，通过亲自动手制作，是我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在做继电保护配置时我们应该使配置的结果满足继电保护的基本要求，就 是要保证可靠性、选择性、速动性和灵敏性。可是这四个指标在很多情况下是 互相矛盾的，因此我们要根据实际情况让它们达到一定的平衡即可。通过设计过程可以看出，在运行方式变化很大的110kV多点原系统中，最 大运行方式下三相短路的短路电流与最小运行方式下得两相的短路电流相差很 大。按躲过最大运行方式下末端最大短路电流整定的电流速断保护的动作值很 大，最小运行方式下灵敏度不能满足要求。限时电流速断保护的定值必须与下 一级线路电流速断保护的定值相配合，所以其定值也很大，灵敏度也均不能满 足要求。过电流整定按照躲过最大负荷电流整定，其动作之受运行方式的限制 不大，作为近后备和远后备灵敏度都能满足要求，一般采用受运行方式变化影 响很小的距离保护。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断的发现错误，不断的 改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能 改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很 多问题，最后在老师的指导下，终于迎刃而解。在今后社会的发展和学习实践 过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想要退缩，一定要不厌其烦的发现 问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事。从对距离保护所提出的基本要求来评价距离保护，可以得出如下几个主要的结 论：（1）根据距离保护工作原理，它可以在多电源的复杂网络中保证动作的选择性。（2）距离I段是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长的80%-85%，因此，两 端合起来就使得在30%-40%线路长度内的故障不能从两端切除，在一端需经过 0.5s的延时才能切除。在220kV及以上电压的网络中，这有时候不能满足电力 系统稳定运行的要求，因而，不能作为主保护来应用。（3）由于阻抗继电器同时反应于电压的降低和电流的增大而动作，因此，距离 保护较电流、电压保护具有较高的灵敏度。此外，距离I段的保护范围不受系 统运行方式变化的影响，其它两段受到的影响也比较小，因此，保护范围比较 稳定。（4）由于保护范围中采用了复杂的阻抗继电器和大量的辅助继电器，再 加上各种必要的闭锁装置，因此接线复杂，可靠性比电流保护低，这也是它的 主要缺点。参考文献1 徐妍.智能电网环境下电力系统保护新技术的研究与探讨D.东南大学,2015.2 田佳.分布式发电对配电网继电保护的影响及对策研究D.山东大 学,2010.3 冯海波.电力系统继电保护可靠性研究D.天津科技大学,2016.4 莫仕勋，姜爱华,杨丽修.三段式电流保护仿真实验平台的分析与设计J.实验 室研究与探索,2010,29(07):54-57.5 孙伟，陈昌鹏，周冶.配电网馈线系统保护综述J.东北电力技 术,2007(11):10-12.6 高丽洁.新型微机三段式电流保护装置的设计J.长江工程职业技术学院学 报,2006(03):42-44.7 王彦军.电力线路三段式保护模拟实验装置设计D.西安科技大学,2013.8 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