1、電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計報告繼電保護原理課程設(shè)計報告評語：考 勤（10）守 紀（10）設(shè)計過程（40）設(shè)計報告（30）小組答辯（10）總成績（100）專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 蘭州交通大學自動化與電氣工程學院2014 年7月 11日121 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進行距離保護的設(shè)計。1.2 要完成的內(nèi)容在本次課程設(shè)計中，我所設(shè)計的是對線路中的第2,5處裝置進行三段式的距離保護。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

2、，反應故障點到保護安裝處的距離而工作的保護。2 分析要設(shè)計的課題內(nèi)容2.1 設(shè)計規(guī)程根據(jù)繼電保護在電力系統(tǒng)中所擔負的任務，一般情況下，對動作于跳閘的繼電保護在技術(shù)上有四條基本要求：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)運行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每個電力原件的繼電保護。充分發(fā)揮和利用繼電保護的科學性、工程技術(shù)性，使繼電保護為提高電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性發(fā)揮最大效能。(1)可靠性可靠性是指保護該動作時應動作，不該動作時不動作。為保證可靠性，宜選用性能滿足要求、原理盡可能簡單的保護方案。(2)選擇性選擇性是指首先由故

3、障設(shè)備或線路本身的保護切除故障，當故障設(shè)備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設(shè)備、線路的保護或斷路器失靈保護切除故障。為保證選擇性，對相鄰設(shè)備和線路有配合要求的保護和同一保護內(nèi)有配合要求的兩元件（如起動與跳閘元件、閉鎖與動作元件），其靈敏系數(shù)及動作時間應相互配合。(3)靈敏性靈敏性是指在設(shè)備或線路的被保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護裝置具有的正確動作能力的裕度，靈敏性通常用靈敏系數(shù)或靈敏度來衡量，增大靈敏度，增加了保護動作的信賴性，但有時與安全性相矛盾。對各類保護的的靈敏系數(shù)的要求都作了具體規(guī)定，一般要求靈敏系數(shù)在1.2-2之間。(4)速動性速動性是指保護裝置應能盡快地切除故障，其目的是提

4、高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍。110kV及以上電壓等級的線路，由于其負荷電流大，距離長，用電流保護往往不能滿足技術(shù)要求，而需要采用距離保護。這是因為與電流保護相比，距離保護有以下優(yōu)點： 敏度較高。因為阻抗，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，電壓降低，阻抗減小得多。保護范圍與選擇性基本上不受系統(tǒng)運行方式的影響。由于短路點至保護安裝處的阻抗取決于短路點至保護安裝處的電距離，基本上不受系統(tǒng)運行方式的影響，因此，距離保護的保護范圍與選擇性基本上不受系統(tǒng)運行方式的影響。迅速動作的范圍長。距離保護第一段的保護范圍比電流速斷保護范圍長，距離保

5、護第二段的保護范圍比限時電流速斷保護范圍長，因而距離保護迅速動作的范圍較長。距離保護比電流保護復雜，投資多。但由于上述優(yōu)點，在電流保護不能滿足技術(shù)要求的情況下應當采用距離保護。2.2 本設(shè)計的保護配置2.2.1 主保護配置距離保護段和距離保護段構(gòu)成距離保護的主保護。(1)距離保護的段圖2.1 距離保護網(wǎng)絡(luò)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0.80.85)，則 同理，保護2的段整定值為： 如此整定后，保護的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

6、，就需要設(shè)置距離保護第段。(2)距離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2.1中，當保護2第段末端短路時，保護1的第二段保護的測量阻抗為：引入可靠系數(shù)(一般取0.8)以及分支系數(shù)，則保護1的段的整定阻抗為：2.2.2 后備保護配置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，同時也作為距離段與距離段的后備保護，還應該裝設(shè)距離保護第段。距離段：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，并使其比距離段保護范圍內(nèi)其他各保護的最大動作時限高出一個。

7、3距離保護整定計算3.1等效電路建立及短路點選取3.1.1保護2等效電路建立及短路點選取保護2等效電路建立及短路點選取如圖3.1所示。圖3.1 保護1等效電路3.1.2保護5等效電路建立及短路點選取保護5等效電路建立及短路點選取如圖3.2所示。圖3.2 保護5等效電路4 保護的配合及整定計算4.1 保護2處的距離保護的整定與校驗4.1.1 保護2處的距離保護第I段整定(1)保護裝置2處的I段整定阻抗為 式中 保護2處的距離I段的整定阻抗； 被保護線路CD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）。4.1.2 保護2處的距離保護

8、第段整定(1)與相鄰線路距離保護I段相配合，保護2處的段的整定阻抗為 是保護1的I段末端發(fā)生短路時對保護2而言的最小分支系數(shù)，由于其沒有分支支路，故其分支系數(shù)為1 于是 (2)靈敏度校驗距離保護段，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。考慮到各種誤差因素，要求靈敏系數(shù)應滿足 滿足要求(3)動作時間與相鄰保護1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。4.1.3 保護2處的距離保護第段整定(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，所以有其中，于是(2)靈敏度校驗距離保護段，即作為本線路I、段保護的近后備保護，又

9、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)動作延時為4.2 保護5處的距離保護的整定與校驗4.2.1 保護5處距離保護的第I段整定(1)保護5處的I段的整定阻抗為式中 距離I段的整定阻抗； 被保護線路的長度； 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）。4.2.2 保護5處距離保護的第段整定(1)與相鄰線路距離保護I段相配合，線路的段的整定阻抗為線路對線路的最小分支系數(shù)，其求法為圖4.2.2 等

10、效電路圖 /=6.3=0.53=1.89 于是 (2)靈敏度校驗距離保護段，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。4.2.3 保護5處距離保護的第段整定(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，所以有其中，于是(2)靈敏度校驗距離保護段，即作為本線路I、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

11、后備保護時，按相鄰線路末端短路進行校驗，計算式為 滿足要求其中，的求法為圖4.2.3 等效電路圖其中， 滿足要求(3)動作延時為5 繼電保護設(shè)備的選擇5.1 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、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。5.1.1 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

12、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。5.1.2 電壓互感器的選擇(1)電壓互感器一次回路額定電壓選

13、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

14、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。5.2 繼電器的選擇正確選用繼電器的原則應該是：繼電器的主要技術(shù)性能，如觸點負荷，動作時間參數(shù)，機械和電氣壽命等，應滿足整機系統(tǒng)的要求；繼電器的結(jié)構(gòu)型式(包括安裝方式)與外形尺寸應能適合使用條件的需要；經(jīng)濟合理。繼電器除需滿足在各種穩(wěn)態(tài)的線路和環(huán)境條件下工作的要求外，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造成的抖動，以及觸點碰撞造成的回跳等。6保護跳閘回路三段式距離保護電路主要由測量回

15、路、起動回路和邏輯回路三大部分組成，三部分組成的跳閘回路在線路故障時進行配合，對線路出現(xiàn)的故障進行相應的保護，三段式距離保護電路如圖6.1所示。圖6.1 保護跳閘電路6.1啟動回路原理的實現(xiàn)啟動回路主要由啟動元件組成，啟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。正常運行時，整套保護處于未啟動狀態(tài)，啟動部分的啟動元件DLJ不啟動，三段式距離保護不投入工作。線路短路時，啟動元件DLJ解除整套保護的閉鎖，使其投入工作。啟動部分用來在短路時啟動整套保護，在0.1s時間內(nèi)允許距離段跳閘。超過0.1s時動作，啟動切換繼電器，對于各段有公用阻抗繼電器的距離保護裝置，進行段

16、別或相別切換。啟動部分的作用是判別線路是否發(fā)生短路，保護是否應該投入工作。6.2測量回路原理的實現(xiàn)測量回路的段和段，由公用阻抗繼電器1ZKJ、2ZKJ組成，而第段由測量阻抗繼電器3ZKJ組成。測量回路是測量短路點到保護安裝處的距離，用以判斷故障處于那一段保護范圍。6.3邏輯回路原理的實現(xiàn)邏輯回路主要由門電路和時間電路組成。它主要是根據(jù)阻抗繼電器測量及啟動元件輸出結(jié)果，來判斷和決定是否應該跳閘，什么時間跳閘。7 總結(jié)本設(shè)計主要完成的內(nèi)容是根據(jù)距離保護的原理和方法對保護2 、5進行相應的保護，通過分析和計算，在保護2處設(shè)置段主保護和,段后備保護，在保護5處設(shè)置、段主保護和段后備保護，實現(xiàn)了對2、5

17、處保護的基本要求。在保護1處，段主保護是瞬時動作的，但是它只能保護線路全長的80%85%，若主保護未啟動，經(jīng)過0.5s的延時段后備保護啟動，通過后備保護將故障切除，從而實現(xiàn)對全線路的保護。在保護5處，段主保護是瞬時動作的，但是它只能保護線路全長的80%85%，若段主保護未啟動，經(jīng)過0.5s的延時段主保護啟動，通過后備保護將故障切除，若段后備保護仍不啟動，可通過段后備保護啟動，從而實現(xiàn)對全線路的保護。從對繼電保護所提出的基本要求來評價距離保護，可以得出如下幾個主要的結(jié)論：(1)根據(jù)距離保護工作原理，它可以在多電源的復雜網(wǎng)絡(luò)中保證動作的選擇性。(2)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(luò)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。(3)由于阻抗繼電器同時反應于電壓的降低和電流的增