電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計題目：線路距離保護(hù)的設(shè)計班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：設(shè)計時間：評語：成績1設(shè)計原始資料1.1具體題目如下圖所示網(wǎng)絡(luò)，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(jìn)行距離保護(hù)的設(shè)計。1.2要完畢的內(nèi)容本文要完畢的內(nèi)容是對線路的距離保護(hù)原理和計算原則的簡述，并對線路各參數(shù)進(jìn)行分析及對線路L1、L2、L3進(jìn)行距離保護(hù)的具體整定計算并注意有關(guān)細(xì)節(jié)。距離保護(hù)是運用短路時電壓、電流同時變化的特性，測量電壓與電流的比值，反映故障點到保護(hù)安裝處的距離而工作的保護(hù)。2分析要設(shè)計的課題內(nèi)容2.1設(shè)計規(guī)程根據(jù)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，一般情況下，對動作于跳閘的繼電保護(hù)在技術(shù)上有四條基本規(guī)定：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。這幾個之間，緊密聯(lián)系，既矛盾又統(tǒng)一，必須根據(jù)具體電力系統(tǒng)運營的重要矛盾和矛盾的重要方面，配置、配合、整定每個電力原件的繼電保護(hù)。充足發(fā)揮和運用繼電保護(hù)的科學(xué)性、工程技術(shù)性，使繼電保護(hù)為提高電力系統(tǒng)運營的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性發(fā)揮最大效能。(1)可靠性可靠性是指保護(hù)該動作時應(yīng)動作，不該動作時不動作。為保證可靠性，宜選用性能滿足規(guī)定、原理盡也許簡樸的保護(hù)方案。(2)選擇性選擇性是指一方面由故障設(shè)備或線路自身的保護(hù)切除故障，當(dāng)故障設(shè)備或線路自身的保護(hù)或斷路器拒動時，才允許由相鄰設(shè)備、線路的保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)切除故障。為保證選擇性，對相鄰設(shè)備和線路有配合規(guī)定的保護(hù)和同一保護(hù)內(nèi)有配合規(guī)定的兩元件（如起動與跳閘元件、閉鎖與動作元件），其靈敏系數(shù)及動作時間應(yīng)互相配合。(3)靈敏性靈敏性是指在設(shè)備或線路的被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護(hù)裝置具有的對的動作能力的裕度，靈敏性通常用靈敏系數(shù)或靈敏度來衡量，增大靈敏度，增長了保護(hù)動作的信賴性，但有時與安全性相矛盾。對各類保護(hù)的的靈敏系數(shù)的規(guī)定都作了具體規(guī)定，一般規(guī)定靈敏系數(shù)在1.2-2之間。(4)速動性速動性是指保護(hù)裝置應(yīng)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(shè)備和線路的損壞限度，縮小故障波及范圍。110kV及以上電壓等級的線路，由于其負(fù)荷電流大，距離長，用電流保護(hù)往往不能滿足技術(shù)規(guī)定，而需要采用距離保護(hù)。這是由于與電流保護(hù)相比，距離保護(hù)有以下優(yōu)點：①靈敏度較高。由于阻抗，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，電壓減少，阻抗減小得多。②保護(hù)范圍與選擇性基本上不受系統(tǒng)運營方式的影響。由于短路點至保護(hù)安裝處的阻抗取決于短路點至保護(hù)安裝處的電距離，基本上不受系統(tǒng)運營方式的影響，因此，距離保護(hù)的保護(hù)范圍與選擇性基本上不受系統(tǒng)運營方式的影響。③迅速動作的范圍長。距離保護(hù)第一段的保護(hù)范圍比電流速斷保護(hù)范圍長，距離保護(hù)第二段的保護(hù)范圍比限時電流速斷保護(hù)范圍長，因而距離保護(hù)迅速動作的范圍較長。距離保護(hù)比電流保護(hù)復(fù)雜，投資多。但由于上述優(yōu)點，在電流保護(hù)不能滿足技術(shù)規(guī)定的情況下應(yīng)當(dāng)采用距離保護(hù)。2.2本設(shè)計的保護(hù)配置2.2.1距離保護(hù)Ⅰ段和距離保護(hù)Ⅱ段構(gòu)成距離保護(hù)的主保護(hù)。(1)距離保護(hù)的Ⅰ段圖2.1距離保護(hù)網(wǎng)絡(luò)接線圖瞬時動作，是保護(hù)自身的固有動作時間。保護(hù)1的整定值應(yīng)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，保護(hù)2的Ⅰ段整定值為：(2-2)如此整定后，保護(hù)的Ⅰ段就只能保護(hù)線路全長的80%—85%，這是一個嚴(yán)重的缺陷。為了切除本線路末端15%—20%范圍以內(nèi)的故障，就需要設(shè)立距離保護(hù)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(yīng)使其不超過下一條線路距離Ⅰ段的保護(hù)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(dāng)保護(hù)2第Ⅰ段末端短路時，保護(hù)1的測量阻抗為：(2-3)引入可靠系數(shù)(一般取0.8)，則保護(hù)1的Ⅱ段的整定阻抗為：(2-4)2.2.2后備保護(hù)配置為了作為相鄰線路的保護(hù)裝置和斷路器拒絕動作的后備保護(hù)，同時也作為距離Ⅰ段與距離Ⅱ段的后備保護(hù)，還應(yīng)當(dāng)裝設(shè)距離保護(hù)第Ⅲ段。距離Ⅲ段：整定值與過電流保護(hù)相似，其啟動阻抗要按躲開正常運營時的負(fù)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(hù)范圍內(nèi)其他各保護(hù)的最大動作時限高出一個。3保護(hù)的配合及整定計算3.1線路L1距離保護(hù)的整定與校驗3.1.1(1)線路L1的I段的整定阻抗為(3-1)=0.85×60×0.4=20.4式中—距離I段的整定阻抗；—被保護(hù)線路L1的長度；—被保護(hù)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(hù)裝置固有的動作時間）。3.1.(1)與相鄰線路距離保護(hù)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(3-5)于是(2)靈敏度校驗距離保護(hù)Ⅱ段，應(yīng)能保護(hù)線路的全長，本線路末端短路時，應(yīng)有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，規(guī)定靈敏系數(shù)應(yīng)滿足滿足規(guī)定(3)動作時間，與相鄰線路距離I段保護(hù)配合，則，它能同時滿足與相鄰保護(hù)以及與相鄰變壓器保護(hù)配合的規(guī)定。3.1.(1)整定阻抗：按躲開被保護(hù)線路在正常運營條件下的最小負(fù)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(hù)Ⅲ段，即作為本線路I、Ⅱ段保護(hù)的近后備保護(hù)，又作為相鄰下級線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，靈敏度應(yīng)分別進(jìn)行校驗。作為近后備保護(hù)時，按本線路末端短路進(jìn)行校驗，計算式為滿足規(guī)定作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時，按相鄰線路末端短路進(jìn)行校驗，計算式為滿足規(guī)定3.2線路L2距離保護(hù)的整定與校驗3.2.1(1)線路L2的I段的整定阻抗為(3-8)=0.85×60×0.4=20.4式中—距離I段的整定阻抗；—被保護(hù)線路L2的長度；—被保護(hù)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(hù)裝置固有的動作時間）。3.2.2線路(1)與相鄰線路距離保護(hù)I段相配合，線路L2的Ⅱ段的整定阻抗為(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(hù)Ⅱ段，應(yīng)能保護(hù)線路的全長，本線路末端短路時，應(yīng)有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，規(guī)定靈敏系數(shù)應(yīng)滿足滿足規(guī)定(3)動作時間，與相鄰線路距離I段保護(hù)配合，則，它能同時滿足與相鄰保護(hù)以及與相鄰變壓器保護(hù)配合的規(guī)定。3.2.3線路(1)整定阻抗：按躲開被保護(hù)線路在正常運營條件下的最小負(fù)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(hù)Ⅲ段，即作為本線路I、Ⅱ段保護(hù)的近后備保護(hù)，又作為相鄰下級線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，靈敏度應(yīng)分別進(jìn)行校驗。作為近后備保護(hù)時，按本線路末端短路進(jìn)行校驗，計算式為滿足規(guī)定作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時，按相鄰線路末端短路進(jìn)行校驗，計算式為滿足規(guī)定3.3線路L3距離保護(hù)的整定與校驗3.3.1(1)線路L3的I段的整定阻抗為(3-12)=0.85×40×0.4=13.6式中—距離I段的整定阻抗；—被保護(hù)線路L3的長度；—被保護(hù)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(hù)裝置固有的動作時間）。3.3.2線路(1)與相鄰線路距離保護(hù)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(3-16)于是(2)靈敏度校驗距離保護(hù)II段，應(yīng)能保護(hù)線路的全長，本線路末端短路時，應(yīng)有足夠的靈敏度?？紤]到各種誤差因素，規(guī)定靈敏系數(shù)應(yīng)滿足滿足規(guī)定(3)動作時間，與相鄰線路距離I段保護(hù)配合，則，3.3.3線路(1)整定阻抗：按躲開被保護(hù)線路在正常運營條件下的最小負(fù)荷阻抗來整定計算的，所以有(3-17)(3-18)其中，，，于是(2)靈敏度校驗距離保護(hù)Ⅲ段，即作為本線路I、Ⅱ段保護(hù)的近后備保護(hù)，又作為相鄰下級線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，靈敏度應(yīng)分別進(jìn)行校驗。作為近后備保護(hù)時，按本線路末端短路進(jìn)行校驗，計算式為滿足規(guī)定作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時，按相鄰線路末端短路進(jìn)行校驗，計算式為滿足規(guī)定4繼電保護(hù)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。其功能重要是將高電壓或大電流按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓(100V)或標(biāo)準(zhǔn)小電流(5A或10A，均指額定值)，以便實現(xiàn)測量儀表、保護(hù)設(shè)備及自動控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)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(hù)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)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(yīng)盡量采用套管式電流互感器。選用母線式互感器時，應(yīng)當(dāng)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(yīng)低于安裝地點的電網(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(yīng)小于所在回路的最大連續(xù)工作電流，即：=300A(4)準(zhǔn)確等級：為保證測量儀表的準(zhǔn)確度，互感器的準(zhǔn)確級不得低于所供測量儀表的準(zhǔn)確級。例如:裝于重要回路(如發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、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(yīng)的互感器的準(zhǔn)確級不應(yīng)低于0.5級；對測量精度規(guī)定較高的大容量發(fā)電機(jī)、變壓器、系統(tǒng)干線和500kV級宜用0.2級。供運營監(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(yīng)的電流互感器應(yīng)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(dāng)所供儀表規(guī)定不同準(zhǔn)確級時，應(yīng)按相應(yīng)最高級別來擬定電流互感器的準(zhǔn)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規(guī)定，選型號為LCWB6-110W2屋外型電流互感器。4.(1)電壓互感器一次回路額定電壓選擇為了保證電壓互感器安全和在規(guī)定的準(zhǔn)確級下運營，電壓互感器一次繞組所接電力網(wǎng)電壓應(yīng)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(yīng)。(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(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點和使用條件進(jìn)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(dāng)容量和準(zhǔn)確級滿足規(guī)定期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(zhǔn)確級選擇和電流互感器同樣，供功率測量、電能測量以及功率方向保護(hù)用的電壓互感器應(yīng)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(zhǔn)確級和額定二次容量選擇一方面根據(jù)儀表和繼電器接線規(guī)定選擇電壓互感器接線方式，并盡也許將負(fù)荷均勻分布在各相上，然后計算各相負(fù)荷大小，按照所接儀表的準(zhǔn)確級和容量選擇互感器的準(zhǔn)確級額定容量。有關(guān)電壓互感器準(zhǔn)確級的選擇原則，可參照電流互感器準(zhǔn)確級選擇。一般供功率測量、電能測量以及功率方向保護(hù)用的電壓互感器應(yīng)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繼電器的選擇對的選用繼電器的原則應(yīng)當(dāng)是：①繼電器的重要技術(shù)性能，如觸點負(fù)荷，動作時間參數(shù)，機(jī)械和電氣壽命等，應(yīng)滿足整機(jī)系統(tǒng)的規(guī)定；②繼電器的結(jié)構(gòu)型式(涉及安裝方式)與外形尺寸應(yīng)能適合使用條件的需要；③經(jīng)濟(jì)合理。(1)按使用環(huán)境條件選擇繼電器型號環(huán)境適應(yīng)性是繼電器可靠性指標(biāo)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)境條件重要指溫度(最大與最小)、濕度(一般指40攝氏度下的最大相對濕度)、低氣壓(使用高度1000(2)根據(jù)輸入量選定繼電器的輸入?yún)?shù)在電磁繼電器的輸入?yún)?shù)中，與用戶密切相關(guān)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(jìn)行判斷、考核的參數(shù)，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(rèn)為是繼電器應(yīng)可靠工作的電壓(或電流)，而把工作電壓值取在吸合電壓值上，這是十分危險也是不允許的。由于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(jī)械振動和沖擊條件下，或輸入回路電流波動和電源電壓減少時，僅靠吸合值是不也許保證可靠工作的。所以選擇繼電器時，一方面看繼電器技術(shù)條件規(guī)定的額定工作電壓是否與整機(jī)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(jù)負(fù)載情況選擇繼電器觸點的種類與參數(shù)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(nèi)長期實踐證明，約百分之七十以上的故障發(fā)生在觸點上。這除了與繼電器自身結(jié)構(gòu)與制造因素密切相關(guān)之外，未能對的選用和使用也是重要因素之一。且大多數(shù)問題是由于用戶的實際負(fù)載規(guī)定與繼電器觸點額定負(fù)載不同而引起的。①根據(jù)控制規(guī)定擬定觸點組合形式，如需要的是常開還是常閉觸點或轉(zhuǎn)換觸點；②根據(jù)被控回路多少擬定觸點的對數(shù)和組數(shù)；③根據(jù)負(fù)載性質(zhì)與容量大小擬定觸點有關(guān)參數(shù)，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、分布電容等的規(guī)定。關(guān)于觸點切換的額定值，電磁繼電器一般規(guī)定它的性質(zhì)及大小。它的含義是指在規(guī)定的動作次數(shù)內(nèi)，在定的電壓和頻率下，觸點所能切換的電流的大小。這一負(fù)載值是由繼電器結(jié)構(gòu)要素決定的。為了便于考核比較，一般只規(guī)定阻性負(fù)載。在實際使用中需要切換其它性質(zhì)的負(fù)載。(4)按工作狀態(tài)選擇繼電器繼電器的工作狀態(tài)重要是指輸入信號對線圈的作用狀態(tài)。繼電器線圈的設(shè)計是相應(yīng)于不同的輸入信號狀態(tài)的，有長期連續(xù)作用的信號，有短期反復(fù)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(jù)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)，高溫工作條件下特別要注意。在實際切換功率負(fù)載或大功率負(fù)載時，特別要考慮不宜切換速率過高。一般應(yīng)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、重量的選擇繼電器工作位置與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，大多數(shù)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℃繼電器除需滿足在各種穩(wěn)態(tài)的線路和環(huán)境條件下工作的規(guī)定外，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導(dǎo)致的抖動，以及觸點碰撞導(dǎo)致的回跳等。5二次展開原理圖的繪制5.1保護(hù)測量電路對于動作于跳閘的繼電保護(hù)功能來說，最為重要的是判斷出故障處在規(guī)定的保護(hù)區(qū)內(nèi)還是保護(hù)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?？梢杂脙煞N方法來實現(xiàn)距離保護(hù)。一種是一方面精確地測量出，然后再將它與事先擬定的動作進(jìn)行比較。當(dāng)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(dāng)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)，即可擬定繼電器動作或不動作。5.1.1如前所述，絕對值比較的一般動作表達(dá)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達(dá)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(dá)式如式所示，相角表達(dá)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達(dá)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(hù)跳閘回路三段式距離保護(hù)重要由測量回路、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(hù)跳閘回路5.2.1起動回路起動回路重要由起動元件組成，起動元件可由電流繼電器、阻抗繼電器、負(fù)序電流繼電器或負(fù)序零序電流增量繼電器構(gòu)成。實踐證明，負(fù)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