继电保护课设兰交大4

电力系统继电保护课程设计

指导教师评语

平时（30） 修改（40） 报告（30） 总成绩

专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气xxx 姓 名： xxxxxx 学 号： xxxxxxxxx 指导教师： xxxxxx

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2012 年 7月 7日

电力系统继电保护课程设计报告

1 设计原始资料

1.1 题目

如下图所示网络，系统参数为:

E??115/3kV，XG1?15，XG2?10?，XG3?10?，L1?44km，L3?40km，

III LB?C?50km，LC?D?30km，LD-E?20km，线路阻抗0.4?/km，Krel=0.85，Krel=0.8，

Krel=1.15，IB-C.max?300A，IC-D.max?200A，ID-E.max?150A，KSS?1.5，Kre?1.2。

A9G13G25G3L3421L18CDEB 试对线路L1、L3进行距离保护的设计。（对2、9处进行保护设计）

1.2 要完成的内容

本文要完成的内容是对线路的距离保护原理分析及整定计算，并根据分析和整定结果，合理的选择继电保护设备设备，并选择正确的安装方式，以确保安装设备安全、可靠地运行。

2 继电保护方案设计

2.1 设计原理

2.1.1 主保护配置

距离保护Ⅰ段和距离保护Ⅱ段构成距离保护的主保护。 距离保护的Ⅰ段

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A1B2C3

图2.1 距离保护网络接线图

瞬时动作，tⅠ是保护本身的固有动作时间。

I保护1的整定值应满足：Zset.1电压互感器的误差，?ZAB考虑到阻抗继电器和电流、

引入可靠系数K(一般取0.8—0.85)，则

Ι ZsIet?Z.1Krel A B (2.1)

Ιrel[1]同理，保护2的Ⅰ段整定值为

IΙZset.2?KrelZBC (2.2)

[1]如此整定后，保护的Ⅰ段就只能保护线路全长的80%—85%，这是一个严重的缺点。为了切除本线路末端15%—20%范围以内的故障，就需要设置距离保护第Ⅱ段。

距离Ⅱ段

整定值的选择和限时电流速断相似，即应使其不超出下一条线路距离Ⅰ段的保护范围，同时带有高出一个?t的时限，以保证选择性,当保护2第Ⅰ段末端短路时，保护1的测量阻抗为

Ι (2.3) Zm?ZAB?Zset.2[3]引入可靠系数K(一般取0.8)，则保护1的Ⅱ段的整定阻抗为

IIΙΙΙ Zset.1?Krel(ZAB?Zset.2) (2.4)

ΙΙrel[3] ?0.8?ZAB?(0.8~0.85)ZBC?

2.2.2 后备保护配置

为了作为相邻线路的保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为距离Ⅰ段与距离Ⅱ段的后备保护，还应该装设距离保护第Ⅲ段。

距离Ⅲ段：整定值与过电流保护相似，其启动阻抗要按躲开正常运行时的负荷阻抗来选择，动作时限还按照阶梯时限特性来选择，并使其比距离Ⅲ段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个?t。

3 保护的配合及整定计算

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3.1 保护2处距离保护的整定与校验

3.1.1 保护2处距离保护第I段整定

(1) 2处的I段的整定阻抗为

I Zset?KⅠrelLC-Dz1 (3.1)

[3]

=10.2?

(2) 动作时间

tI?0s（第Ⅰ段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。

3.1.2 保护2处距离保护II段整定

(1) 与相邻线路LD-E距离保护Ⅰ段相配合，线路的Ⅱ段的整定

IIIII (3.2) Zset?Krel(LC-Dz1?Krelz1LD-E） =0.8×﹙30×0.4＋0.85×20×0.4﹚

=15.04Ω (2) 灵敏度校验

距离保护Ⅱ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。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足

KsenIIZset? (3.3) ZLC-D[3] ?1.25 3满足要求

(3) 动作时间，与相邻线路LD-E距离Ⅰ段保护配合，则

tII?tI??t?0.5s (3.4)

它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。 3.1.3 保护2处距离保护II段整定

(1) 整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗ZLmin来整定计算的，所以有

III Zset?[3][3]ZLmin (3.5)

KrelKreKssU1min (3.6) ILmax ZLmi?n ?285.79?

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已知Krel?1.15，KR?1.2，Kss?1.5，带入公式(3.5)可得

IIIZset?285.79?138.06?

1.15?1.2?1.5(2) 灵敏度校验

距离保护Ⅲ段，即作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。

作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，计算式为[3]

IIIKsen?ZsetZ L1?11.51

满足要求

作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算式为[3]

?ZIIIKsetsenZ LC-D?ZD-E?138.0630?0.4?20?0.4

?6.93

满足要求

(3) 动作时间

tIII2?tIII1??t ?1s

3.2 保护9处距离保护的整定与校验

3.1.1 保护9处距离保护第I段整定

(1) 线路L1的Ⅰ段的整定阻抗为[3]

ZIⅠset?KrelL1z1 =0.85×44×0.4

=14.96?

(2) 动作时间tI?0s（第Ⅰ段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。3.1.2 保护9处距离保护第Ⅱ段整定

(1) 与相邻线路L[3]B-C距离保护Ⅰ段相配合，线路L1的Ⅱ段的整定阻抗为

ZIIIIset?Krel(L1z1?KrelKb.minz1LB-C） - 4 -

(3.7) (3.8) (3.9)

(3.10) (3.11)

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Z1?15.6?，Z3?16?

I1?Z316I4?I4?0.5I4

Z1?Z315.6?16Kb.min??I4 (3.12) I1I4 0.5I4?2

II于是Zset?44.096?

(2) 灵敏度校验

距离保护Ⅱ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。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足(3.7)

IIZset ?ZL1Ksen ?44.096

44?0.4 ?2.51

[3]满足要求

(3) 动作时间，与相邻线路LB-C距离Ⅰ段保护配合，则

tII?tI??t (3.13)

s ?0.5

它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。 3.1.3 线路L1距离保护第III段整定

(1) 整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗ZLmin来整定计算的，所以有

IIIZset?[3]ZLmin (3.14)

KrelKreKssU1min (3.15) ILmaxZLmin? ?0.9?110 3?0.3?190.53?

其中Krel?1.15，Kre?1.2，Kss?1.5，于是由(3.14)可得

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IIIZset?190.53

1.15?1.2?1.5?92.04?

(2) 灵敏度校验

距离保护Ⅲ段，即作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。

作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，计算式为 KsenIIIZset (3.16) ?ZL1[3] ?92.04

52.?80.4 ?4.36

[3]满足要求

作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算式为

KsenIIIZset (3.17) ?ZL1?Kb.maxZB-C ?92.04

21.1?22.?3220 ?1.36

满足要求

II(3) 动作时间 t9III?t1I?3?t?2s

4 继电保护设备的选择

4.1 互感器的选择

互感器是按比例变换电压或电电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或10A，均指额定值)，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。 4.1.1 电流互感器的选择

对于35kV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式流互感器。电流互感器一次回路额定电压不应低于安装地点的电网额定电压。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。所以根据电流互感器安装处的电网电压、最大工作电流和安装地点要求，选型号为LCWB6-110W2屋外型电流互感

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器。

4.1.2 电压互感器的选择

为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在(1.1-0.9)Ug范围内变动。电压互感器二次侧额定线间电压为100V，要和所接用的仪表或继电器相适应。电压互感器的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择。另外,被测值的仪表和一般电压继电器的等级选用3级电压互感器为宜。

综上所述，根据电压等级选型号为为YDR-110的电压互感器。

4.2 继电器的选择

本设计选用SEL-311B带自动重合闸的继电器,继电器可以预防由非故障状态的不稳定的过渡电流而使保护非选择性的动作。继电器具有短路绕组，它构成继电器的一些主要技术性能。变流器和执行原件放在一个外壳内，为了便于对执行原件单独的校验调整和实验变流器特性时的须要，执行原件的线圈与变流器的二次绕组，平衡绕组与工作绕组是通过连接板相互连接的，因而可以调整试验时接通或断开相应的电路

5 接线方式选择

5.1 保护测量电路

对于动作于跳闸的继电保护功能来说，最为重要的是判断出故障处于规定的保护区内还是保护区外，至于区内或区外的具体位置，一般并不需要确切的知道。可以用两种方法来实现距离保护。一种是首先精确地测量出Zm，然后再将它与事先确定的动作进行比较。当Zm落在动作区之内时，判为区内故障，给出动作信号；当Zm落在动作区之外时，继电器不动作。另一种方法不需要精确的测出Zm，只需间接地判断它是处在动作边界之外还是处在动作边界之内，即可确定继电器动作或不动作。 5.1.1 绝对值比较原理的实现

如前所述，绝对值比较的一般动作表达式如式ZB?ZA所示。绝对值比较式的阻抗元件，既可以用阻抗比较的方式实现，也可以用电压比较的方式实现。

该式两端同乘以测量电流Im，并令ImZA?UA，ImZB?UB,则绝对值比较的动作条件又可以表示为

UB?UA (5.1) 式(5.1)称为电压形式的绝对值比较方程。电路图如附录图1所示。

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5.2 保护跳闸回路

三段式距离保护主要由测量回路、起动回路和逻辑回路三部分组成，电路如附录图3所示。

5.1.2 相位比较原理的实现

相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式如式-90o?arg比较的动作条件可以表示为

-90o?argUC?90o (5.2) UDZC?90o所示，相位ZD式(5.2)称为电压形式相位比较方程。电路图如附录图2所示。 5.2.1 起动回路

起动回路主要由起动元件组成，起动元件可由电流继电器、阻抗继电器、负序电流继电器或负序零序电流增量继电器构成。正常运行时，整套保护处于未起动状态，即使测量元件动作也不会产生误跳闸。起动部分用来在短路时起动整套保护，即解除闭锁，允许1、2ZJK和3ZJK通过与门Y1和Y2去跳闸。起动部分启动后，起动时间电路T1，在0.1s时间内（开放时间内）允许距离Ⅰ段跳闸。超过0.1s时T1动作，一方面通过禁止门JZ闭锁距离Ⅰ段，另一方面起动切换继电器，对于各段或各相有公用阻抗继电器的距离保护装置，进行段别或相别切换。 5.2.2 测量回路

测量回路的Ⅰ段和Ⅱ段，由公用阻抗继电器1、2ZJK组成，而第Ⅲ段由测量阻抗继电器3ZJK组成。测量回路是测量短路点到保护安装处的距离，用以判断故障处于哪一段保护范围。 5.2.3 逻辑回路

逻辑回路主要由门电路和时间电路组成。与门电路包括与门Y1、Y2、或门H和禁止门JZ，用以分析判断是否应该跳闸。电路如附录图4。

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参考文献

[1] 杨启逊主编.微机型继电保护基础[M].北京:中国电力出版社,2009. [2] 贺家李主编.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2010. [3] 张保会主编.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005.

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附录 原理接线图

CTR0.5K1Im??UA绝对值比较回路?0.5K1ImPTKuUm

图1 绝对值比较的电压形成

CT?UB?R?K1ImUC绝对值比较回路?KuUmPT?KuUm?UD

?

图2 相位比较

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0.1s/0I2T1、、、、QHJ&JZ1XJH、、1、2ZKJ、、、、Y1&T22XJ?13ZKJY2&T33XJ、、、、

图3 保护跳闸回路

KCO>=10000QFKSIKTII0KSIIKSIIIKTIII0>=100>=10>=100000KZaIKZcIKZaIIKZcIIKZaIIIKZcIIIKZbIIITAc

图4 原理接线图

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