电网的距离保护设计毕业设计论文

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 48 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 system,the 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 , protection,setting目 录1 绪 论11.1 本课题研究背景及意义11.2 距离保护的研究现状11.3 论文的主要工作22电网距离保护整定计算的准备工作32.1 本课题研究的电网概述32.2 整定计算的工作步骤42.3 电网的原始数据42.3.1 220kv的电网图42.3.2 系统各元件的参数63电网潮流分布和短路电流计算83.1 系统潮流分布计算83.1.1 变压器中性点接地的选择83.1.2 潮流分布结果83.2短路电流计算83.2.1 短路计算的假设条件83.2.2 运行方式的确定原则93.2.3 系统的运行方式93.2.4 短路电流计算举例104 电网距离保护的整定计算164.1 距离保护的概述164.1.1 距离保护的概念164.1.2 距离保护的应用164.2 距离保护的原理174.2.1 距离保护的作用原理174.2.2 距离保护时限特性194.2.3 距离保护的接线方式204.2.4 距离保护定值配合的基本原则254.3 距离保护的整定计算254.3.1 距离保护的整定计算原则254.2.2 分支系数的产生分析及计算294.3.3 相间距离整定计算304.4 距离保护的评价与分析44结 论45致 谢46参考文献471 绪 论1.1 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。1.2 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。1.3 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（6）了解掌握继电保护情况和图纸资料（7）绘制阻抗图（8）研究确定电力系统的运行方式（9）学习有关的规章制度（10）制定整定方案中特殊的整定原则和数据 2 电网距离保护整定计算的准备工作2.1 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。2.2 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。2.3 电网的原始数据2.3.1 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2.3.2 系统各元件的参数由上图所示，系统由水电站W、R和两个等值的110KV系统S、N，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1509.29MVA，最小开机容量为1007.79MVA，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，W、R水电厂所有机组、变压器均投入，S、N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77.5MVA机组一台，S系统发电容量为300MVA，N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表1 发电机及等值系统的参数名称总容量(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295.29235.29235.292x3015110.850.830.350.250.5080.362R厂310232.54x77.513.80.840.30.435S系统476300-115-0.50.61N系统428240-115-0.50.61 负序电抗按下列情况计算:对水电厂（W、R）的发电机，X2=1.45Xd，对系统（S、N）的汽轮发电机，X2=1.22Xd。2、变压器的参数表2 变压器等值参数厂站/系统变压器容量（MVA）W厂24012%0.036012%0.12R厂4x9012%0.068S系统3x12010.75%6.25%-0.25%0.0460.027-0.001N系统2x12010.75%6.25%-0.25%0.0460.027-0.0013、输电线路的参数如附图所示：计算时线路单位长度的电抗为：X1=X2=0.41，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11223 电网潮流分布和短路电流计算3.1 系统潮流分布计算3.1.1 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，这种情况不按接地运行考虑。3.1.2 潮流分布结果 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1.3Sb计算；（2）线路BC：ZBC=200+j108.3；（3）线路DC：ZDC=120+j25；（4）线路DE：ZDE=135+j59；（5）线路EC：。3.2短路电流计算3.2.1 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。3.2.2 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。3.2.3 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。3.2.4 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BC（230Km）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：（KA）2）两相短路：（KA）3）单相短路： （KA）4）两相短路接地：（KA）（2）对于负序网络：1）两相短路：（KA）2）单相短路：（KA）3）两相短路接地：（KA）（3）对于零序网络：1）单相短路：（KA）2）两相短路接地：（KA）2、B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：（KA）2）两相短路：（KA）3）单相短路：（KA）4）两相短路接地：（KA）（2）对于负序网络：1）两相短路：（KA）2）单相短路：（KA）3）两相短路接地：（KA）（3）对于零序网络：1）单相接地：（KA）2）两相短路接地：（KA）3、短路电流计算结果列表线路BC（230Km）的短路电流计算结果如下：表4 线路BC（230km）的短路电流计算结果短路类型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0.4550.7280.2080.2020.3320.3660.1730.1680.0650.1950.2750.3040.0690.2070.3450.090.0940.2820.5490.1660.1000.300 计算短路电流时，由于工作量非常大，由本设计的各组成员一起计算得到各线路的短路电流计算结果，且对距离保护整定计算中的分支系数的计算作准备。4 电网距离保护的整定计算4.1 距离保护的概述4.1.1 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0.5s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。4.1.2 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。4.2 距离保护的原理4.2.1 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4.1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 （4.1）图4.1 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 （4.2）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0.9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 （4.3）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 （4.4）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4.1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。4.2.2 距离保护时限特性图4.2 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4.2（b）所示，并分别称为距离保护的、段，可以分别与电流速断、限时电流速断以及过电流保护相对应。距离保护的第段是瞬时动作的，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0.80.85），则 （4.5） 同理对保护2的第段整定值应为 （4.6） 如此整定后，距离段就只能保护本线路全长的8085，这是一个严重缺点。为了切除本线路末端1520范围以内的故障，就需设置距离保护第段。距离段整定值的选择与限时电流速断的相似，即应使其不超过下一条线路距离段的保护范围，同时带有高出一个的时限，以保证选择性。例如在图4.2（a）单侧电源网络中，当保护2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0.8），则保护1的距离段整定值为 （4.7） 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。4.2.3 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4.1所示表4.1 距离保护采用不同接线方式时，接入的电压和电流关系 阻抗元件接线方式相间距离保护的接线接地距离保护接线1、相间距离保护的0接线方式 以下对各种相间短路时保护的测量阻抗进行分析：（1）三相短路图4.3 三相短路时测量阻抗的分析如图4.3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 （4.8）因此，在三相短路时，的测量阻抗为 （4.9） 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4.4 AB两相短路时测量阻抗的分析 如图4.4所示，设以相间短路为例，则故障环路的电压为 （4.10）因此，的测量阻抗为 （4.11） 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（4.11）式的数值，也就是说它们不能正确地测量保护安装地点到短路点的阻抗，因此，不能起动。由此可见，在两相短路时，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所示，仍以两相故障为例，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 此时，我们可以把A相和B相看成两个“导线地”的送电线路并有互感耦合在一起，设用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 （4.12） （4.13）因此，阻抗元件的测量阻抗为 （4.14） 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； （4.15）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 （4.16） 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 （4.17） 因此，保护安装地点母线上的A相电压即应为 （4.18）假如采用和的接线方式时，则阻抗元件的测量阻抗为 （4.19） 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 （4.20）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 （4.21）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。4.2.4 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80%85%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1.52.5，即可满足在重合闸后仍能互相配合的要求。4.3 距离保护的整定计算4.3.1 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AB、B处保护为例，测量元件的整定阻抗为 （4.22） 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0.8-0.85。如此整定后，距离段只能保护本线路全长的8085。2、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 （4.23） 式中，为可靠系数，取0.85；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Kbramin。（2）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 （4.24） 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 （4.25）（4）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 （4.26） 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1.5当线路长度为50200Km时，不小于1.4当线路长度为200Km以上时，不小于1.3（5）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。 （4.27）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=+ （4.28）（2）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 （4.29）式中正常运行时母线电压的最小值，一般取0.9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： （4.30）式中段可靠系数，一般取1.21.25 电动机自启动系数，一般取1.52.5 阻抗测量元件（欠量动作）的返回系数，一般取1.01.51）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（1.52s）。 （4.31）2）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 （4.32）作为远后备时，按相邻元件末端短路校验，即 （4.33）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=+ （4.34） 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1.11.5s，距离保护的动作时间应大于或等于2s，当相邻线路段经振荡闭锁控制时，为在重合闸后距离保护能与相邻距离保护配合，将段经重合闸后延时加速至1.5s。（2）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68s。4.2.2 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，Kfz1；当为负荷分支时Kfz1。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。4.3.3 相间距离整定计算1、线路AB:B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1）、2）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)（1）B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（2）C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