继电保护课程设计

继电保护原理课程设计报告

1设计原始资料

1.1具体题目

如图1所示系统中，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：

E??115/3 kV，X1.G2?X2.G2?12 ?、X1.G4?X2.G4?10 ?、X2.T2?X1.T4?12 ?，

X0.T2?X0.T4?28 ? ，X1.T5?X1.T6?20?、X0.T5?X0.T6?40?，LA-B=60 km，

LB-C=40km，线路阻抗Z1=Z2=0.4Ω/km，Z0=1.2Ω/km，线路阻抗角均为75°，IA-B.Lmax=IC-B.Lmax=300A，负荷功率因数角为30°；Kss=1.2，KIrel?0.85，KⅡrel?0.75，变压器均装有快速差动保护。

1234T2T4G4G2T5T6

图1 系统网络示意图

1.2要完成的内容

结合已知条件和系统网络示意图，对1、3处进行距离保护的设计，并进行整定计算。

2设计的课题内容

2.1设计规程

距离保护和其他继电保护装置一样，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性四个基本要求。其中，选择性要求尽量缩小停电范围；速动性要求尽可能快的切出故障；灵敏性要求区分故障和不正常状态；可靠性要求不拒动也不误动。

1

继电保护原理课程设计报告

因此，保护的配置和计算就是为了让继电保护装置能够满足这四个条件。

2.2本设计的保护配置

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，两者联合工作构成本线路的主保护。

（1）距离保护Ⅰ段

该段按躲开本线路末端短路故障条件进行整定。距离保护的Ⅰ段是瞬时动作的，是保护本身的固有动作时间。距离Ⅰ段就只能保护本线路全长的80％～85％，故需设置距离保护Ⅱ段。

其中Ⅰ段的整定阻抗计算公式如下：

ⅠZⅠset.1=KrelLABZ1 (2.1)

Ⅰ式中 Zset——距离Ⅰ段的整定阻抗；

LAB——被保护线路的长度；

Z1——线路的单位阻抗；

Ⅰ Krel——可靠系数。

（2）距离保护Ⅱ段

距离Ⅱ段的整定范围不能超出相邻线路距离Ⅰ段的保护范围，同时在动作时限上高出一个△t的时限，以保证选择性。

其中Ⅱ段的整定阻抗计算公式如下：

Zset.1?Krel(ZAB?Kb.minZset.3) (2.2)

Ⅱ式中 Zse——距离保护Ⅱ段的整定阻抗； tⅡⅡⅠ Kb.m——最小分支系数。 in本设计1处的主保护配置为Ⅰ段和Ⅱ段，3处的主保护配置为Ⅰ段。 2.2.2后备保护配置

距离保护的后备保护是距离保护Ⅲ段。装设距离保护Ⅲ段是为了作为相邻线

2

继电保护原理课程设计报告

路保护装置和断路器拒绝动作的远后备保护，同时也作为Ⅰ、Ⅱ段的近后备保护。

对距离Ⅲ段整定值的考虑是与过电流保护相似的，其启动阻抗要按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来整定，而动作时限应使其比距离Ⅲ段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个?t。

其中Ⅲ的整定阻抗计算公式如下：

ZU&L.miL.mi?nI&?n0.9U&N L.maxI&L.max式中 ZL.m——in最小负荷阻抗； U&L.min——正常运行母线电压的最低值； I&L.m——in被保护线路的最大负荷电流； U&N——母线额定相电压。 ZⅢset.1=ZL.minKⅢK relssKrecos(φset-φL)式中 ZⅢset——.1距离保护Ⅲ的整定阻抗； Kss——电动机自启动系数； Kre——阻抗测量元件的返回系数； ?se——t整定阻抗的阻抗角； ?L——负荷阻抗的阻抗角。

本设计1处和3处的后备保护都是Ⅲ段。

3保护的配合及整定计算

3.1保护1距离保护的整定计算

3.1.1保护1距离保护Ⅰ段的整定计算 （1）整定阻抗

将数据代入式2.1得

ZIIset.1?Krel?ZAB?0.85?24?20.4(?)（2）动作时间

tI1?0(s)

3

(2.3) (2.4)

继电保护原理课程设计报告

3.1.2保护1距离保护Ⅱ段的整定计算 （1）整定阻抗

①与相邻下级线路距离保护I段相配合时，K1b.min?1 将数据代入式2.1得

IIZset.3=KrelZBC?0.85?16?13.6(?)

将数据代入式2.2得

ⅡⅠ ZⅡset.1=Krel(ZAB+K1b.minZset.3)?0.75?(24?1?13.6)?28.2(?) ②当与相邻变压器的快速差动保护相配合时，K1b.min?1 将数据代入式2.2得

ⅡZⅡset.1=Krel(ZAB+K1b.miin1Zt)?0.75?(24?1?10)?25.5(?) 2取二者较小值作为保护1的距离保护Ⅱ段的动作阻抗，即ZⅡ。 set.1?25.5(?)（2）灵敏度校验

ZⅡ25.5Ksen=set.1??1.06?1.25

ZAB24不满足灵敏度要求，故需与相邻线路距离保护Ⅱ段相配合。 （3）动作时间

保护1的距离保护Ⅱ段的动作时限与相邻下一段线路保护3的距离保护I段的

Ⅱt1?tⅠ3?Δt?0?0.5?0.5(s)

动作时限配合。

3.1.3保护1距离保护第III段整定

（1）整定阻抗。按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定

将数据代入式2.3得

&U0.9?110ZL.min=L.min=?190.53(?)

I&3?0.3L.max 将数据代入式2.4得

ZⅢset.1 ZL.min190.53???155.93（?）ooKrelKssKrelcos（φset-φL）1.2?1.2?1.2?cos(75?30)（2）灵敏度校验

①本线路末端短路时的灵敏系数为

4

继电保护原理课程设计报告

ⅢZset.3155.93Ksen(1)=??6.5?1.5ZAB24

满足要求。

②相邻元件末端线路时的灵敏系数为 a相邻线路末端短路

ⅢZset.1155.93Ksen(2)=??3.25?1.2ZAB+Kb.maxZnext24?1?24

满足要求。

b相邻变压器低压侧出口短路

ⅢZset.1155.93Ksen(2)=??3.54?1.2ZAB+Kb.maxZnext24?1?20

满足要求。 （3）动作时限

Ⅲt1Ⅲ?t3??t=0.5+0.5=1(s)

3.2保护3处的距离保护计算

3.2.1保护3距离保护第I段整定 （1）整定阻抗 将数据带入式2.1得

（2）动作时间

3.2.2保护3距离保护Ⅲ段的整定 （1）整定阻抗

将数据代入式2.3得

ZL.min

将数据代入式2.4得

ⅢZset.1=Ⅰ ZⅠset.3=KrelZBC?0.85?16?13.6(?)

tI?0(s)

3?U0.9?110?L.min??190.53(?) ?I3?0.3L.maxZL.min190.53==155.93（Ω） ooKrelKssKrelcos（φset-φL）1.2?1.2?1.2?cos(75-30)5

继电保护原理课程设计报告

（2）灵敏度校验

本线路末端短路时的灵敏系数为

ⅢZset.3155.93Ksen===9.7>1.5

ZBC16满足要求。 （3）动作时限

Ⅲt3=tⅠ3+Δt=0.5(s)

4继电保护主要设备的选择

4.1互感器的选择

4.1.1电压互感器的选择

在本题中，线路额定电压为110kV，故互感器一次额定电压选择为110kV；

由于电压互感器的二次额定电压为100V，故选则变比为nTV?110kV100V的电压互感器，精度为3P级。 4.1.2电流互感器的选择

在本题中，线路的最大电流为300A，故互感器一次额定电流选择为300A；由

于电流互感器的二次额定电流为5A或1A，故选择变比为nTA?300A5A的电流互感器，精度为5P级。

4.2继电器的选择

为便与配合，一般要求Ⅰ、Ⅱ段的测量元件都要有明确的方向性，即采用具有方向圆特性的继电器。第Ⅲ段为后备段，包括对本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备，相邻下一级线路的远后备和和反向母线保护的后备，所以第Ⅲ段通常采用具有偏移圆特性的继电器。

5原理图绘制

5.1 启动部分

电力系统正常运行时，启动部分不动作，距离保护的测量、逻辑部分不投入工作；当发生故障时，应灵敏、快速动作，使整套保护迅速投入工作。

6

继电保护原理课程设计报告

5.2 测量部分

测量部分是距离保护的核心，对它的要求是在系统故障情况下，快速准确地测出故障的方向和距离，并与预先设定的保护范围相比较，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。

5.3 逻辑部分

该部分用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式距离保护中隔断之间的配合。

三段式距离保护主要由启动、测量、配合逻辑和出口等几部分组成，其原理图如图2所示。

KA启动回路0&&0出口回路ZKJⅠ0Y1KCO0&&0△t0000ZKJⅡ00=1>10Y2&&Y3逻辑回路△t00KTKSZKJⅢ 测量回路0

图2 保护原理图

6结论

从对继电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）由于同时利用了线路一侧短路时电压、电流同时变化的特征，通过测量故障阻抗来确定故障所处的范围，保护区稳定，灵敏度高。

（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瞬时切除，在一端需

7

继电保护原理课程设计报告

经过0.5s的延时跳闸。在220kV及以上电压的网络中，有时不能满足电力系统稳定运行的要求，因而还应配备能够全线速动的纵联保护。

（3）助增电流和汲出电流对保护的灵敏度有较大的影响，故需要计算网络的分支系数。

参考文献

[1] 张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社.2009:62-97. [2] 国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京:中国电力出版

社.2009:631-636.

[3] 都洪基,陈伦琼,康明才.电力系统继电保护原理[M].江苏:东南大学出版社.2007:67-108. [4] 尹项根，曾克娥.电力系统继电保护原理与应用[M].武汉: 华中科技大学出社,2001:85-97.

8

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/195.html