电网的距离保护设计本科毕业设计论文

电网的距离保护设计-本科毕业设计论文 本科毕业设计论文电网的距离保护设计学 院 专 业 电气工程及其自动化 年级班别 学 号 学生姓名 指导教师 年 月 日摘 要电力系统的快速发展对继电保护不断提出新的要求特别是在高压且复杂的电网中各种保护都具有其重要性距离保护作为一种性能较完善的保护装置它可以应用在任何结构复杂运行方式多变的电力系统中能有选择行的较快的切除相间故障根据继电保护装置在电力系统中的应用本设计详细介绍了220kv高压电网中距离保护的整定配置首先本文将概述本课题将要研究的电网并利用PSASP电力系统综合分析程序绘制电网图和计算出参数以及作整定计算的准备工作其次本文将简要叙述潮流分布计算的结果以及短路电流的举例计算为距离保护的整定计算作好准备本文将详细阐述距离保护的原理配置的基本原则以及计算原则并对本课题研究的电网中各线路进行整定计算分析最后本文将详细阐述距离保护的原理配置的基本原则以及计算原则并对本课题研究的电网中各线路进行整定计算分析关键词 潮流分布短路电流计算距离保护整定计算AbstractPower system for the rapid development of protection have made new demands particularly in the high-pressure and complex network protection with its own importance Distance protection as a better performance of the protection device it can be applied to any complex structure changing mode of operation of the electricity system will be able to choose the time with a faster phase to phase fault Under the protection device in the power systemthe application The detailed design of a 220 kv high voltage power network protection from the configuration setting First of all the paper will outline the topics to be studied will be the power grid PSASP and use power system analysis procedures mapping grid map and calculate parameters and the setting for the preparatory work Secondly the paper will elaborate on the principle of the protection of distance the distribution of basic principles and calculating principle as well as the study of the subject line of the Power Grid for setting analysis Finally the paper briefly describes the trend of distributed computing and the results of short-circuit current examples distance protection for the setting ready Key word short-circuit current calculation the trend of distributed computing calculationDistance protectionsetting目 录1 绪 论111 本课题研究背景及意义112 距离保护的研究现状113 论文的主要工作22电网距离保护整定计算的准备工作321 本课题研究的电网概述322 整定计算的工作步骤423 电网的原始数据4com 220kv的电网图4com 系统各元件的参数63电网潮流分布和短路电流计算831 系统潮流分布计算8com 变压器中性点接地的选择8com 潮流分布结果832短路电流计算8com 短路计算的假设条件8com 运行方式的确定原则9com 系统的运行方式9com 短路电流计算举例104 电网距离保护的整定计算1641 距离保护的概述16com 距离保护的概念16com 距离保护的应用1642 距离保护的原理17com 距离保护的作用原理17com 距离保护时限特性19com 距离保护的接线方式20com 距离保护定值配合的基本原则2543 距离保护的整定计算25com 距离保护的整定计算原则25com 分支系数的产生分析及计算29com 相间距离整定计算3044 距离保护的评价与分析44结 论45致 谢46参考文献471 绪 论11 本课题研究背景及意义 在电力系统中合理的电网结构是保证系统安全稳定运行的物质基础而性能良好的配置合理的継电保护和安全自动装置则是保证系统安全稳定运行最为重要的技术措施电力系统中的某个设备发生故障时由継电保护装置自动迅速有选择性地将故障设备从电力系统中切除以保证系统中无故障部分继续运行电力系统中某个设备出现不正常运行情况时由継电保护装置自动地发出信号提示值班员做出处理以消除异常运行状态因此合理配置与正确使用継电保护装置是保障电网安全运行地重要条件从电网安全运行地角度出发电网对継电保护装置提出了严格地四性要求即选择性速动性灵敏性可靠性除可靠性要依赖于継电保护装置外継电保护地选择性速动灵敏性则要依赖于整定值地准确可靠因此电网中継电保护定值的整定计算工作一直是継电保护人员地一项重要工作它直接关系到电网运行的安全做好这项工作是电网安全运行地必要条件在现代化的超高压大容量的电力系统中对継电保护装置提出了更高的要求电力系统継电保护装置的可靠运行涉及到継电保护装置的配置设计制造安装整定计算等诸多方面其中选择的保护方式和正确地进行整定计算对保证电力系统継电保护装置的可靠运行十分重要整定継电保护装置定值时特别要注意相邻上下级保护间的配合关系不但要考虑正常方式下的配合关系还要考虑运行方式变化时的配合关系特别是临时性的改变方式更应慎重避免造成保护误动作本次毕业设计中我努力掌握电力系统継电保护和自动装置的设计配置原则综合运用所学专业知识提高了独立分析和解决问题的能力12 距离保护的研究现状 电力系统在运行中可能会发生各种故障何部正常运行状态最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路在发生短路时可能产生严重的后果包括第一通过故障点的很大的短路电流何所燃气的电弧使故障元件损坏第二短路电流通过非故障元件由于发热何电动力的作用引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命第三电力系统中部分地区的电压大大降低破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量第四破坏电力系统并列运行的稳定性引起系统振荡甚至使整个系统瓦解 在电力系统中除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外故障一旦发生必须迅速而有选择行地切除故障元件这是保证电力系统安全运行地最有效方法之一切除故障地时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒实践证明只有在每个电气元件上装设保护装置才有可能满足这个要求这种保护装置直到目前为止大多是由单个继电器或继电器与其附属设备地组合构成的这样我们称这些保护装置为继电保护装置它的基本任务是自动迅速由选择行地将故障元件从电力系统中切除使故障元件免于继续遭到破坏保证其他无故障部分迅速恢复正常运行并且反应电气元件的不正常运行状态根据电力系统及元件的危害程度一定的延时以免不必要的动作何由于干扰而引起的误动作 在大型高压的电网中距离保护作为继电保护的一种主要保护装置我们常将距离保护应用与于这些电网中距离保护使反应故障点到保护安装地点之间的距离或阻抗并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置相对于电流何电压保护应用于高压电网中更能满足选择性灵敏性以及快速切除故障的要求13 论文的主要工作了解掌握电网的电力系统和继电保护情况1画出电力系统图2了解各输电线路之间的平行情况3厂站母线接线方式桥母线双母线一个半断路器母线等4建立发电机变压器输电线电抗器等电气设备的技术档案5重要负荷的特性及要求61 本课题研究的电网概述 本次整定计算的电网电压等级为220kv电网结构较复杂属于多电源网络包括多电源的环网以及由零序互感的双回线每一变电站母线上都有较大的系统运行方式变化复杂220kv的高压电网由于中间变电所对故障电流的分流作用大线路距离较长符合较重要等原因往往不可能由相邻元件的保护装置实行安全的远后备作用为了保证区内故障保护装置不拒动采用两套原理不同的高频保护装置作为全线速动的保护常规高频保护的配置中以CD为例采用高频闭锁距离高频闭锁零序电流方向保护作为一套原理的主保护另一套高频保护选择的是高频负序方向保护另外在220kv电网中一般装设断路器失灵保护当控制故障设备的断路器拒绝动作时它能用最短的延时跳开同一母线上的其它断路器对于中间变电站的主变压器装设差动保护装置220kv电网为中性点直接接地电网对于系统中发生的接地故障必须配置相应的保护装置一般装设多段式零序电流方向保护根据重合闸方式的不同零序电流方向保护可采用三段式或四段式根据非全相运行时线路零序电流大小的不同零序电流保护可能有两个一段或两个二段对重要线路零序电流保护的第二段在动作时限和灵敏系数上均应满足一定要求当电网结构比较复杂时运行方式变化又很大时零序保护的灵敏度可能变坏应考虑选择接地保护以改善接地保护性能但是为了保护经高阻抗接地故障时相邻线路有较多的后备保护作用同时也为选择性的配合在装设接地保护的线路仍设有多段式零序电流方向保护220kv电网中采用多段式的相间距离保护作为相间主保护的后备保护在本次设计的电网中双回线按单回线处理不宜采用横差保护和平衡保护220kv电网由于输送功率大稳定问题突出一般采用综合重合装置用综合重合闸的不同保护接入端子实现与保护装置的合理配合本220kv电网保护配置如下1主保护双重化高频闭锁距离保护和高频闭锁零序电流方向保护高频相差保护或高频负序方向保护2后备保护相间距离保护用来保护相间故障零序电流方向保护用来保护接地故障3采用综合重合闸装置22 整定计算的工作步骤进行整定计算的步骤大致如下1按继电保护功能分类拟定短路计算的运行方式选择短路类型选择分支系数的计算条件2进行短路故障计算录取结果3按同一功能的保护进行整定计算本课题主要按距离保护进行整定计算选取出整定值并做出定值图4对整定结果分析比较重复修改以选出最佳方案最后应归纳出存在的问题并提出运行要求5方案的评价及改进方向23 电网的原始数据com 220kv的电网图如下图所示为本次设计利用PSASP电力系统综合分析程序绘制出研究所要用的220kv电网图com 系统各元件的参数由上图所示系统由水电站WR和两个等值的110KV系统SN通过六条220KV线路构成一个整体整个系统的最大开机容量为150929MVA最小开机容量为100779MVA并且分两种开机运行情况来考虑第一种开机运行情况为在最大开机情况下WR水电厂所有机组变压器均投入SN等值系统按最大容量发电变压器均投入第二种开机运行情况为在最小开机情况下W厂停2x30MVA机组R厂停775MVA机组一台S系统发电容量为300MVAN系统发电容量为240MVA各发电机变压器容量和连接方式已在图中示出 系统中各主要元件的参数标幺值如下1发电机及等值系统参数名称总容量 MVA 每台机额定容量 MVA 额定电压Ue KV 额定功率因数正序电抗负序电抗最大最小W厂2952923529235292x30151108508303502505080362R厂31023254x775138084030435S系统476300-115-05061N系统428240-115-05061WR的发电机X2 145Xd对系统SN的汽轮发电机X2 122Xd2变压器的参数表2 变压器等值参数厂站系统变压器容量MVAW厂240120036012012R厂4x90120068S系统3x1201075625-02500460027-0001N系统2x1201075625-02500460027-00013X1 X2 041线路阻抗角4变压器中性接地的数目和位置为了使接地短路时变压器不会受到过电压的危害又能使零序电流的分布基本不变系统中各变电站的变压器接地情况如下表所示表3 变压器中性点接地情况表变电站名称WNRS变压器台数2243220KV侧中性点接地变压器台数11221 系统潮流分布计算com 变压器中性点接地的选择原则如下1发电厂及变电站低压侧有电源的变压器中性点均应接地运行以防出现步接地系统的工频过电压状态2自耦型和有绝缘要求的其它变压器其中性点必须接地运行3 T接于线路上的变压器以不接地运行为宜当T接变压器低压侧有电源时则应采取防止工频过电压的措施4为防止操作过电压在操作时应临时将变压器中性点接地错作完毕后再断开这种 潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态如各母线上的电压网络中的功率分布及功率损耗等在本次毕业设计中系统的潮流分布计算的目的是确定各线路的最大负荷电流然后确定各线路的输出功率所以在计算中我们是在系统最大开机情况下来进行潮流分布计算各线路得输出功率的最大开机情况下1线路BA按计算2线路BC3线路DC4线路DE5线路EC2短路电流计算com 短路计算的假设条件1忽略发电机变压器架空线路电缆线路等阻抗参数的电阻部分并假设旋转电机的负序电抗等于正序电抗2发电机及调相机的正序阻抗课采用t 0时的瞬态值3发电机电动势标么值可以假定等于1且两侧发电机电动势相位一致只有在计算线路非全相运行电流和全相震荡电流时才考虑相线路两侧发电机综合电动势间有一定的相角差4不考虑短路电流的衰减不计短路暂态电流中的非周期分量但具体整定时应考虑其影响5各级电压可采用计算电压值或平均电压值而不考虑变压器电压分接头实际位置的变动 6不计线路电容和负荷电流的影响 7不计故障点的相间电阻和接地电阻com 运行方式的确定原则 继电保护整定计算用的运行方式是在电力系统确定好运行方式的基础上在不影响继电保护的保护效果的前提下为提高继电保护对运行方式变化的适应能力而进一步选择的特别是有些问题主要是由继电保护方面考虑决定的例如确定变压器中性点是否接地运行当变压器绝缘性能没有特殊规定时则应以考虑改善零序电流保护性能来决定整定计算用的运行方式选择合理与否不仅影响继电保护的保护效果也会影响继电保护配置和选择的正确性确定运行方式变化的限度就是确定最大和最小运行方式它应以满足常见运行方式为基础在不影响保护效果的前提下适当加大变化范围其一般原则如下第一必须考虑检修与故障两种状态的重迭出现但不考虑多种重迭 第二不考虑极少见的特殊方式因为出现特殊方式的机率较小不能因此恶化了绝大部分时间的保护效果必要时可采取临时的特殊措施加以解决33 系统的运行方式在本设计的电网中最大最小运行方式的选择目的在于计算通过保护装置的最大最小运行短路电流在线路末端发生短路时流过保护的最大最小短路电流与系统的运行方式和算路类型电流分配系数这些因数有关系统中对于单侧电源的辐射线路AB 最大运行方式是在电源在第一种开机运行以及系统中所有线路和选定的接地中性点均投入的条件下决定的而最小运行方式则是在第二种开机情况和双回线路BC单回线运行条件下考虑对双侧电源和多侧电源的环形网络中的线路中电源在第一种开机运行情况和环网开环且开环点在该线路相邻的下一级线路上运行决定最大运行方式的电源在第二种开机情况和线路闭环运行停运该线路背后可能的机组和线路运行时决定最小运行情况对于双回线路BC除考虑上述情况外还要考虑双回线保护的接线方式当双回线路分别装设保护时单回线运行为保护的最大运行方式双回线路同时运行为保护的最小运行方式当双回线路接一套电流保护时情况刚好相反保护的运行方式确定后还要很具选择保护方式的需要选择短路点然后再进行短路电流的计算com 短路电流计算举例 根据上述运行方式的确定原则我们可以计算各线路各工况下的短路电流由于工作量非常大且各条线路的计算方法相同因此我们选取了其中以条线路进行短路电流计算并列出计算过程并将线路短路电流计算结果则列于表4中 举例最小运行方式下线路BC230Km的短路电流计算 1当C母线发生三相短路故障时流过B侧的保护电流1对于正序网络1三相短路KA2两相短路KA3单相短路KA4两相短路接地KA2对于负序网络1两相短路KA2单相短路KA3两相短路接地KA3对于零序网络1单相短路KA2两相短路接地KA2B母线发生三相短路故障时流过C侧保护的电流1对于正序网络1三相短路KA2两相短路KA3单相短路KA4两相短路接地KA2对于负序网络1两相短路KA2单相短路KA3两相短路接地KA3对于零序网络1单相接地KA2两相短路接地KA3短路电流计算结果列表线路BC230Km的短路电流计算结果如下短路类型C母线故障流过B侧保护的电流B母线故障流过C侧保护的电流各序分量电流各序分量电流045507280208020203320366017301680065019502750304006902070345009009402820549016601000300com 距离保护的概念1距离保护的概念 距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离或阻抗并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置该装置主要的元件为距离阻抗继电器它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值此阻抗称为继电器的测量阻抗当短路点距保护安装处近时其测量阻抗小动作时间短当短路点距保护安装处远时其测量阻抗增大动作时间增大这样就保证了保护有选择地切除故障线路2距离保护的构成特点 距离保护时属于反映一侧电气量的保护一套完整的距离保护装置通常由三段组成其中第一段保护线路全长的 80-85 第二段保护全长动作时间一般为05s第三段作为后备保护其动作时间一般在2s以上 距离保护主要反映测量阻抗值与电流保护相比受电力系统运行方式变化影响小躲负荷能力强在本线路发生短路时距离保护的第一段的保护范围不受电力系统运行方式变化的影响当故障点位于相邻线路上时由于可能有助增电流或外汲电流对距离保护的第二三段保护的实际动作区随系统运行方式变化而有所变化 距离保护装置的启动元件也是震荡闭锁装置的启动元件一般多采用 元件作为距离保护的启动元件启动元件的作用是在故障时开放距离保护各段对一二段采用短时开放原则对第三段长期开放直至整组复归距离保护的测量元件一般为一二三段阻抗继电器距离保护装置需设震荡闭锁元件和断线闭锁元件 距离保护采用的阻抗继电器的接线方式一般为对相间保护用0度接线方式对接地距离保护采用带零序电流补偿的接线方式com 距离保护的应用 距离保护可以应用在任何结构复杂运行方式多变的电力系统中能有选择性的较快的切除相间故障当线路发生单相接地短路时距离保护在有些情况下也能动作当发生两相短路接地故障它可与零序电流保护同时动作切除故障因此在电网结构复杂运行方式多变采用一般的电流电压保护不能满足运行要求时则应考虑采用距离保护装置42 距离保护的原理com 距离保护的作用原理电流保护的主要优点是简单经济及工作可靠但是由于这种保护整定值的选择保护范围以及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响所以在35kV及以上电压的复杂网络中它们很难满足选择性灵敏性以及快速切除故障的要求为此就必须采用性能更加完善的保护装置距离保护就是适应这种要求的一种保护原理如图41所示假设各保护测量元件的输入不只是电流或电压而是该处的母线电压和流过该线路上的电流定义保护安装处的母线电压称为保护的测量电压和流经该线路的电流称为保护的测量电流之比为保护的测量阻抗即 41图41 距离保护的作用原理图在正常工作情况下母线的工作电压线路的负荷电流此时保护测量元件的测量阻抗为负荷阻抗即 42显然正常运行时母线上的工作电压在额定值附近一般说线路的负荷电流相对于短路电流要小很多故线路在负荷状态下的测量阻抗值较大且其角度为负荷功率因数角例如当线路的负荷功率因数为09时负荷功率因数角当AB线上K1点发生金属性三相短路时在保护1处所测量的阻抗等于该处母线残余电压与流经该保护的短路电流的比值即为短路阻抗ZK1有 43式中点短路时保护安装处A母线的残余电压流过故障线路AB的短路电流ZK1故障点至保护安装处的线路阻抗其阻抗值小而阻抗角称为短路阻抗角等于线路阻抗角 通过适当选择距离保护的接线方式使得短路时测量阻抗的大小与短路点到保护安装处的距离成正比即 44式中从故障点至保护安装处母线A的距离线路每千米的正序阻抗从以上分析可知电网短路时测量阻抗有以下特征第一由保护安装处的测量阻抗能区分线路在正常状态还是故障状态两种状态下测量阻抗在幅值和角度上均有明显的差别第二由保护安装处的测量阻抗Zm能区分故障点的远近故障点离保护安装处的距离越远测量阻抗Zm越大反之3测量阻抗越小第三金属性短路时的测量阻抗只与故障点至保护安装处的距离有关而与系统运行方式无关为了区分故障点在保护范围内还是在保护范围外可根据选择性和灵敏度要求事先给定距离保护的保护范围与这个保护范围对应的保护安装处至保护范围末端的线路阻抗称为距离保护的整定阻抗用Zset表示如图41所示可见距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离或阻抗并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置该装置的核心元件为阻抗元件传统上称阻抗继电器它可根据施加的电压和电流测得保护安装处至短路点间的阻抗值即为测量阻抗当短路点距保护安装处近时其测量阻抗小动作时间短当短路点距保护安装处远时其测量阻抗增大动作时间增长这样就保证了保护有选择性地切除故障线路com 距离保护时限特性图42 距离保护的时限特性a网络接线图b段的时限特性距离保护的动作时间与保护安装地点至短路点之间距离的关系称为距离保护的时限特性为了满足速动性选择性和灵敏性的要求目前广泛采用具有三段动作范围的阶梯型时限特性如图42b是保护本身的固有动作时间以保护1为例其第段本应保护线路AB的全长即保护范围为线路全长的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1的第段不应动作为此其起动阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗即考虑到阻抗元件和电流电压互感器的误差引入可靠系数一般取为08085则 45 同理对保护2的第段整定值应为 46 如此整定后距离段就只能保护本线路全长的80851520的时限以保证选择性例如在图42a2第段末端短路时保护1的测量阻抗为引入可靠系数一般取08则保护1的距离段整定值为 47 距离段与段的联合工作构成本线路的主保护为了作为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的远后备保护同时也作为本线路距离段的近后备保护还应该装设距离第段保护 对距离段整定值的考虑是与过电流保护相似的其起动阻抗要按躲开运行正常运行时的最小负荷阻抗来选择而动作时限则应根据阶梯原则使其比距离段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个com 距离保护的接线方式根据距离保护的工作原理加入保护的电压和电流应满足一下要求1测量阻抗正比于短路点到保护安装地点之间的距离2测量阻抗应与故障类型无关也就是保护范围不随故障类型而变化距离保护在相间短路和接地短路时广泛采用的接线方式如表41所示表41 距离保护采用不同接线方式时接入的电压和电流关系 阻抗元接线方式相间距离保护的接线接地距离保护接线图43 三相短路时测量阻抗的分析如图43所示三相短路时三相是对称的三个阻抗元件的工作情况完全相同因此可以以为例分析设短路点至保护安装地点之间的距离为l 线路每千米的正序阻抗为则保护安装地点的电压应为 48因此在三相短路时的测量阻抗为 49 在三相短路时三个阻抗元件的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点之间的阻抗三个阻抗元件均能动作2两相短路图44 AB两相短路时测量阻抗的分析图44所相间短路为例则故障环路的电压为 410因此的测量阻抗为 411 和三相短路时的测量阻抗相同因此M1能正确动作在两相短路的情况下对阻抗元件M2和M3而言由于所加电压为非故障相间的电压数值较为高而电流又只有一个故障相的电流数值较为小因此其测量阻抗必然大于4两相短路时只有能准确地测量短路阻抗而动作同理分析和两相短路可知相应地只有和能准确地测量到短路点的阻抗而动作这就是为什么要用三个阻抗元件并分别接于不同相间的原因3中性点直接接地电网中的两相接地短路如图4-5两相故障为例它与两相短路不同之处是地中有电流流回因此图4-5 AB两相接地短路时测量阻抗的分析表示输电线每千米的自感阻抗表示每千米的互感阻抗则保护安装地点的故障相电压为 412 413因此阻抗元件的测量阻抗为 414 由此可见当发生两相接地短路时的测量阻抗与三相短路时相同保护能够正确动作2接地距离保护的接线方式在中性点直接接地的电网中当零序电流保护不能满足要求时一般考虑采用接地距离保护它的主要任务是正确反应这个电网中的接地短路因此对接地距离保护的接线方式需要作进一步的讨论在单相接地时只有故障相的电压降低电流增大而任何相间电压都是很高的因此从原则上看应该将故障相的电压和电流加入阻抗元件中例如对A相阻抗元件采用 415至于这种接线能否满足要求现分析如下将故障点的电压和电流分解为对称分量则 416 按照各序的等效网络在保护安装地点母线上各对称分量的电压与短路点的对称分量电压之间应具有如下的关系 417 因此保护安装地点母线上的A相电压即应为 418假如采用和的接线方式时则阻抗元件的测量阻抗为 419 此测量阻抗之值与之比有关而这个比值因受中性点接地数目与分布的影响并不等于常数故阻抗元件就不能准确地测量从短路点到保护安装地点之间的阻抗因此不能采用为了使阻抗元件的测量阻抗在单相接地时不受的影响根据以上分析的结果就应该给阻抗元件加入如下的电压和电流 420式中一般可近似认为零序阻抗角和正序阻抗角相等因而K是一个实数这样测量阻抗为 421它能正确地测量从短路点到保护安装地点之间的阻抗并与相间短路的阻抗元件所测量的阻抗为同一数值因此这种接线得到了广泛的应用 为了反应任一相的单相接地短路接地距离保护也必须采用三个阻抗元件其接线方式分别为这种接线方式同样能够反应于两相接地短路和三相接地短路此时接于故障相的阻抗元件的测量阻抗亦为com 距离保护定值配合的基本原则距离保护定值配合的基本原则如下 1距离保护装置具有阶梯式特性时其相邻上下级保护段之间应该逐级配合即两配合段之间应在动作时间及保护范围上互相配合 距离保护也应与上下相邻的其他保护装置在动作时间及保护范围上相互配合例如当相邻为发电厂变压器组时应与其他电流保护相配合当相邻为变压器或线路时若装设电流电压保护则应与电流电压保护之动作时间及保护范围相配合2在某些情况特殊情况下为了提高保护某段的灵敏度或为了加速某段保护切除故障的时间采用所谓非选择性动作再由重合闸加以纠正的措施例如当某一较长线路的中间接有分支变压器时线路距离保护装置第段可允许按伸入至分支变压器内部整定即可仍按所保护线路总阻抗的8085计算但应躲开分支变压器低压母线故障当变压器内部发生故障时线路距离保护第段可能与变压器差动保护同时动作因变压器差动保护设有出口跳闸自保护回路而由线路自动重合闸加以纠正使供电线路恢复正常供电3采用重合闸后加速方式达到保护配合的目的采用重合闸后加速方式除了加速故障切除以减小对电力设备的破坏程度外还可借以保证保护动作的选择性这可在下述情况下实现当线路发生永久性故障时故障线路由距离保护断开线路重合闸动作进行重合此时线路上下相邻各距离保护的段可能均由其振荡闭锁装置所闭锁而未经振荡闭锁装置闭锁的第段在有些情况下往往在时限上不能互相配合因有时距离保护段与相邻保护的第段配合故重合闸后将会造成越级动作其解决办法是采用重合闸后加速距离保护段一般只要重合闸后加速距离保护段在1525即可满足在重合闸后仍能互相配合的要求43 距离保护的整定计算com 距离保护的整定计算原则方法结合本电网的特点距离保护的整定原则如下1距离保护段整定计算距离保护段定值按躲过本线路末端故障整定距离保护第段是无延时的速动段一般按躲开下一条线路出口处短路的原则来整定也即是按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定以本电网中线路ABB处保护为例测量元件的整定阻抗为 422 式中各量定义 保护1距离段的整定阻抗 被保护线路的阻抗 可靠系数一般取08-085如此整定后距离段只能保护本线路全长的80852距离保护段整定计算1按与相邻线路距离保护段配合整定为保证在下级线路上发生故障时上级线路保护处的保护段不至于越级跳闸所以其段的动作范围不应该超出下级线路段的动作范围考虑分支电路的影响可按下式进行整定 423 式中为可靠系数取085为确保在各种运行方式下保护1的段范围不超过保护2的段范围分支系数Kbra取各种情况下的最小值Kbramin2与相邻变压器的快速保护相配合整定若被保护线路的末端母线接有变压器时其距离段保护的动作范围不应超出变压器快速保护一般是差动保护的范围即距离段应躲开线路末端变电所变压器低压侧出口处短路时的阻抗值设变压器的阻抗为ZT则起动阻抗整定为 424 当被保护线路末端母线上既有出线又有变压器时距离段的整定阻抗应取上述两种情况的较小者3保护动作时间的整定 4254灵敏度校验距离保护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由于是反映于数值的下降而动作其灵敏系数定义为 具体对保护1的距离段来看在本线路末端短路时其测量阻抗为因此灵敏系数为 426 一般要求若不满足要求则距离保护段应与相邻元件的保护段相配合进一步延伸保护范围并延长动作时限当线路长度为50Km时不小于15当线路长度为50200Km时不小于14当线路长度为200Km以上时不小于135当校验本线路末端故障时灵敏度不满足要求时则距离保护段应与相邻元件的保护段相配合进一步延伸保护范围并延长动作时限 427保护动作时间3距离保护第段整定计算1按与相邻线路距离保护段配合整定 4282按躲过最小负荷整定按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定当线路上流过最大负荷电流且母线上电压最低时用表示在线路始端所测量到的负荷阻抗最小其值为 429式中正常运行时母线电压的最小值一般取09倍的母线额定电压 被保护线路最大负荷电流参照过电流保护的整定原则考虑到外部故障切除后在电动机自启动的情况下保护第段必须立即返回的要求当采用全阻抗特性时其整定值为 430式中段可靠系数一般取12125 电动机自启动系数一般取1525 阻抗测量元件欠量动作的返回系数一般取10151保护动作时间的整定距离保护段的动作时间应比与之配合的相邻元件保护动作时间大一个时间级差但考虑到距离段一般不经振荡闭锁所以动作时间不应该小于最大的振荡周期152s 4312灵敏度校验距离保护第段既作为本线路段保护的近后备又作为相邻元件的远后备灵敏度应分别进行校验作为近后备时按本线路末端短路校验即 432作为远后备时按相邻元件末端短路校验即 433式中相邻元件线路变压器等的阻抗分支系数最大值以保证在各种运行方式下保护动作的灵敏性3当灵敏度不满足要求时可与相邻距离保护段配合及躲过最小负荷阻抗整定 434 4距离保护段动作时间的说明1距离保护段躲过系统振荡周期系统常见的振荡周期为1115s2s15s2环状电网中距离保护动作时间的配合环状电网中距离段的动作时间仍按阶梯式特性逐级配合但若所有段均与相邻段配合则势必要出现相互循环配合的结果必须选取某一线路的段与相邻线路段配合此即环网中距离保护段动作时间的起始配合点应尽可能使整个环网距离保护段的保护灵敏系数较高动作时间较短3振荡闭锁装置起动元件一般为负序及零序电流增量起动元件整组复归时间为6com 分支系数的产生分析及计算当保护安装处到故障点之间有分支系数时阻抗继电器的测量阻抗不等于有关线路的阻抗之和当有电源分支时Kfz 1当为负荷分支时Kfz 1前者将使得测量阻抗大于实际距离后者使得测量阻抗小于实际距离在复杂系统中随着系统的投切和系统运行方式的变化短路电流的分配关系也有变化因此分支系数也发生变化在计算距离保护的动作整定值时为了保证区外故障时可靠不动其整定值必须小于区外故障时可能测量的最小阻抗因此必须计及最小分支系数在保护进行灵敏性校验时应保证其整定值大于保护区内各种故障时可能测得的最大阻抗因此必须考虑采用最大分支系数 通常情况分支系数定义为在相邻线路短路时流过故障线路的短路电流与流过被整定线路的短路电流的比值对欠量保护Kfz应与所配合的保护定值相乘对过量保护Kfz应与所配合的保护定值相除 分支系数的情况较为复杂一般有辐射线与辐射线相配合辐射线与双回线配合双回线与辐射线配合辐射线与环网配合环网内保护相配合具有互感的平行双回线保护的配合等com 相间距离整定计算1线路ABB侧保护因A侧没有电源不必计算A侧保护1距离段按躲过本线路末端故障整定 2距离段1按与本线路距离段配合整定2灵敏度校验 满足要求3保护动作时间 3距离段1按与本线路距离保护段配合整定2按躲过最小负荷整定只考虑一次阻抗 比较12条件取 3保护动作时间近后备远后备最大分支系数 故满足要求2线路BC 250Km 1B侧保护1距离段按躲过本线路末端故障整定 2距离段按与相邻线路CD距离段配合整定按躲过相邻变压器其它线路配合整定以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即灵敏度校验 满足要求保护动作时间 3距离段按与相邻线路距离保护段配合整定按躲过最小负荷整定 只考虑一次阻抗 比较条件取 保护动作时间近后备远后备最大分支系数满足要求2C侧保护1距离段按躲过本线路末端故障整定 2距离段按与相邻线路BW1距离段配合整定按躲过相邻变压器其它线路配合整定以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即灵敏度校验 满足要求保护动作时间 3 距离段按与相邻线路距离保护段配合整定按躲过最小负荷整定只考虑一次阻抗 比较条件取 保护动作时间近后备远后备最大分支系数满足要求3线路BC230Km1B侧保护1距离段按躲过本线路末端故障整定 2距离段按与相邻线路ED距离段配合整定按躲过相邻变压器其它线路配合整定以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即灵敏度校验 不满足要求按以上两种原则整定段时灵敏度系数不满足要求时可与相邻线路段配合整定即灵敏度校验 满足要求保护动作时间 3距离段按与相邻线路距离保护段配合整定按躲过最小负荷整定 只考虑一次阻抗 比较条件取 保护动作时间近后备远后备最大分支系数满足要求2C侧保护1距离段按躲过本线路末端故障整定 2距离段按与相邻线路AB距离段配合整定按躲过相邻变压器其它线路配合整定以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即灵敏度校验 满足要求保护动作时间 3距离段按与相邻线路距离保护段配合整定按躲过最小负荷整定只考虑一次阻抗 比较条件取 保护动作时间近后备远后备最大分支系数满足要求4线路CE1C侧保护1距离段按躲过本线路末端故障整定 2距离段按与相邻线路CD距离段配合整定按躲过相邻变压器其它线路配合整定以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即灵敏度校验 满足要求保护动作时间 3距离段按与相邻线路距离保护段配合整定按与相邻线路距离保护段配合因线路CE潮流为0以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即保护动作时间近后备 不满足要求即保护1在采用全阻抗元件时距离保护的段近后备不满足为解决此问题可采用方向阻抗元件由得此时 满足要求远后备最大分支系数满足要求2E侧保护1距离段按躲过本线路末端故障整定 2距离段按与相邻线路BC 250Km 距离段配合整定按躲过相邻变压器其它线路配合整定以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即灵敏度校验 满足要求保护动作时间 3距离段按与相邻线路距离保护段配合整定按与相邻线路距离保护段配合因线路CE潮流为0以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即保护动作时间近后备 不满足要求即保护1在采用全阻抗元件时距离保护的段近后备不满足为解决此问题可采用方向阻抗元件由得此时 满足要求远后备最大分支系数满足要求5线路ED1E侧保护1距离段按躲过本线路末端故障整定 2距离段按与相邻线路ED距离段配合整定按躲过相邻变压器其它线路配合整定以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即灵敏度校验 不满足要求按以上两种原则整定段时灵敏度系数不满足要求时可与相邻线路段配合整定即灵敏度校验 满足要求保护动作时间 3距离段按与相邻线路距离保护段配合整定按躲过最小负荷整定 只考虑一次阻抗 比较12条件取 保护动作时间近后备远后备最大分支系数满足要求2D侧保护1距离段按躲过本线路末端故障整定 2距离段按与相邻线路ED距离段配合整定按躲过相邻变压器其它线路配合整定以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即灵敏度校验 满足要求 保护动作时间 3 距离段按与相邻线路距离保护段配合整定按躲过最小负荷整定只考虑一次阻抗 比较条件取 保护动作时间近后备远后备最大分支系数满足要求6线路CD1C侧保护1距离段按躲过本线路末端故障整定 2距离段按与相邻线路ED距离段配合整定按躲过相邻变压器其它线路配合整定以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即灵敏度校验 满足要求保护动作时间 3距离段按与相邻线路距离保护段配合整定按躲过最小负荷整定只考虑一次阻抗 比较条件取 保护动作时间近后备远后备最大分支系数满足要求2D侧保护1距离段按躲过本线路末端故障整定 2距离段按与相邻线路BC 250Km 距离段配合整定按躲过相邻变压器其它线路配合整定以上两个原则所得的计算值取较小值作为距离段整定值即灵敏度校验 不满足要求按以上两种原则整定段时灵敏度系数不满足要求时可与相邻线路段配合整定即灵敏度校验 满足要求保护动作时间 3距离段按与相邻线路距离保护段配合整定按躲过最小负荷整定只考虑一次阻抗 比较12条件取 保护动作时间近后备远后备最大分支系数满足要求44 距离保护的评价与分析根据继电保护所提出的要求和实际运行经验可以对距离保护作出如下的评价 1由于同时利用了短路时电压降低和电流增大的特征因此距离保护较电流电压保护具有更高的灵敏度此外距离段的保护范围不受系统运行方式变化的影响其他两段受到的影响也比较小因此保护范围比较稳定 2由于只利用了线路一侧短路时电压电流的变化特征距离保护段的整定范围为线路全长的8085此次设计的目的重在对原理的掌握和运用理论知识学习的基础上理论联系实际进一步学习和理解继电保护在现实生活中的重要作用在不断巩固所学知识的基础上不断学习新的内容并不断锻炼自己独立思考独立解决问题的能力电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求 参考文献1 崔家佩孟庆炎 陈永芳 熊炳耀 电力系统继电保护与安全自动装置整定计算M 中国电力出版社1993892753142 贺家李宋从矩 电力系统继电保护原理M 中国电力出版社200474120 3 何仰赞温增银 电力系统分析