电力线路继电保护设计 开题报告

一 我国继电保护的发展历程和前景

1.1 我国继电保护的发展历程

电网继电保护是保证电力系统安全运行和电能质量的重要自动装置之一，继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，它与电力系统对运行可靠性要求的不断提密切相关。我国电力系统继电保护技术经历了四个发展阶段，继电保护装置经历了机电式 整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。

50年代，我国工程技术人员创造性地吸收掌握了国外先进的继电保护设备的性能和运行技术，阿城继电器厂引进了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。因而，60年代是我国机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究， 1984年原东北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路在主设备保护方面。此后，这项技术不断发展，可以说我国的电力系统继电保护从上世纪90年代开始进入到微机保护的时代，我国继电保护技术进入了微机保护的时代。

1.2 继电保护未来的发展前景

1.2.1 计算机化

随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。继电保护装置的计算机化是不可逆转的发展趋势。电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护基本功能外还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间、快速的数据处理功能、强大的通信功能与其他保护控制装置和调度联网以供享全系统数据、信息和网络资源的能力、高级语言编程等这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。在计算机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机作成继电保护装置由于当时小型机体积大成本高可靠性差，这个设想是不现实的现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能速度存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机作成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。

1.2.2 网络化

计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，它深刻影

响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段 因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围 这是首要任务 ，还要保证全系统的安全稳定运行 这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行 显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化，这在当前的技术条件下是完全可能的。

1.2.3 智能化

随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法不断被应用于计算机继电保护中，近年来人工智能技术如专家系统、人工神经网络、遗传算法、模糊逻辑、小波理论等在电力系统各个领域都得到了应用，从而使继电保护的研究向更高的层次发展，出现了引人注目的新趋势。例如电力系统继电保护领域内出现了用人工神经网络来实现故障类型的判别，故障距离的测定、方向保护、主设备保护等。在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误动或拒动，如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。

1.2.4 保护、控制、测量、数据通信一体化

在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端，它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量控制数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。

二目前常用的几种线路保护

1、 三段式电流保护

1.1 三段式电流保护的原理

当保护线路上发生短路故障时，其主要特征为电流增加和电压降低。根据这一特征，当确定故障线路上的电流大于某一“规定值”或保护安装处母线电压小于某一个规定值时，保护将跳开故障线路上的断路器而将故障线路切除，“规定值”就是电流、电压保护的整定值，它是能使电流保护动作的最小电流和使电压保护动作的最大电压。根据电流整定值选取的原则不同电流保护可分为：无限时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。

电流速断、限时电流速断、过电流保护都是反映电流升高而动作的保护装置。它们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择启动电流。速断是按照躲开某一点的最大短路电流来整定，限时电流速断是按照躲开下一级相邻元件电流速断保护的动作电流整定，而过电流保护则是按照躲开最大负荷电流来整定。但由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此，为保证迅速而有选择地切除故障，常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成三段式电流保护。具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时电流速断加过电流保护，也可以三者同时采用。 1.2 电流速断保护的整定计算

动作电流的整定（根据躲过最大运行方式下本线路末端发生三相短路的最大

I短路电流来整定）即Iset.1?Ik.B.max

IIIIset.1?KrelIk.B.max，其中Krel?1.2~1.3（3-1）

继电器二次动作电流：Iop?IIKnsetTAcon（3-2）

保护范围校验

Lmax全长?50%，Lmin全长?15%

其中，Lmax??1?E?1?3E????I?Zs.max?，Lmin??2II?Zs.min?? Z0?IsetZ?0?set?（3-3）

1.3 限时电流速断保护整定计算

Ⅱ段与下一级线路的Ⅰ段保护有重叠，为了保证选择性，Ⅱ段保护延时?t。 保护Ⅱ段动作电流整定（保护Ⅱ段的保护范围不能超过下一条线路电流速断的保护范围）即Iset.1???set.2I。

?Iset.1??KrelIset.2，其中Krel取1.1~1.2 （3-4）

?? 带分支电路存在分支系数Kb

Kb?故障线路流过的短路电流?1

前一级保护所在线路上流过的短路电流?则，Iset.1?KI（3-5） Krelb?set.2???动作时限：t1?t2??t（3-6）

灵敏系数校验（最小运行方式下，本线路末端两相短路流过的短路电流

来校验）：Ksen?IIk.B.min?set.1?1.3~1.5（3-7）

??当灵敏系数不满足时，t1?t2??t（3-8）

1.4 定时限过电流保护

保护Ⅲ段动作电流整定（按躲过最大负荷电流来整定）

9）

继电器二次动作电流：

IIIIop?IIIIsetIIIKss1IIIKrel?Ire?IL.maxKreKre（3-

IKKssKconKcon?IL.maxnTAKrenTAIIIsetIIIrel

10）

（3-

动作时间的整定（按阶梯原则）：

向电源侧逐级至少增加一个?t，这样才能保证选择性。

灵敏度校验（最小运行方式下，本线路末端发生两相短路的短路电流来校验）：

Ik.minIIIIIIKsen?III ，其中Ksen?1.3~1.5Iset （3-11）

2、输电线路距离保护

距离保护就是指反应保护安装处至故障点的距离，并根据这一距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。

距离保护的原理就是利用保护安装处的测量阻抗在正常和短路时的幅值、阻抗角的不同来判断是否发生了故障，它同时利用了故障电压和电流的变化，反应故障点到保护安装处的距离而工作，又称低阻抗保护。

3、输电线路差动保护

电流差动保护是继电保护中的一种保护。正相序是A超前B,B超前C各是120度。反相序（即是逆相序）是A超前C,C超前B各是120度。有功方向变反只是电压和电流的之间的角加上180度，就是反相功率，而不是逆相序。

差动保护是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的。 差动保护把被保护的电气设备看成是一个节点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，上位机报警保护出口动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。

三 各种线路保护的优缺点

1、三段式电流保护：优点是简单、经济、工作可靠，在35kV及以下电网中得到了广泛应用。缺点是保护范围、灵敏系数等都直接受系统运行方式的影响，在35kV以上电压等级的复杂网络中，很难满足选择性、灵敏性、速动性的要求。

2、距离保护：Ⅰ、Ⅱ段能在任何形状的多电源网络中保证选择性，比电流电压保护的灵敏度高。其中，Ⅰ段的保护范围不受运行方式的影响，Ⅱ、Ⅲ段虽然受影响、但仍优于电流电压保护，多用于110kV及以上电网中。缺点是不能实现全线速动，装置本身元件多可靠性较低、接线复杂维护较难。

3、差动保护：

优点：1）以基尔霍夫电流定律为判断故障的依据，原理简单可靠，动作速度快。2）具有天然的选相能力。3）不受系统振荡、非全相运行的影响，可以反映各种类型的故障，是理想的线路主保护。

缺点：1）要求保护装置通过光纤通道所传送的信息具有同步性。2）对于超高压长距离输电线路，需要考虑电容电流的影响。3）线路经大电阻接地或重负荷、长距离输电线路远端故障时，保护灵敏度会降低。

四 总结

在几种保护中，差动保护具有最高的可靠性，但是结构复杂、造价高，适用于重要电力线路或短电力线路的保护，所以我们在此并不采用。而距离保护适用于110kv以上电路且接线复杂，所以我们选择三段式电流保护来对电力线路进行保护。而关于三段式电流保护的可行性，已经在介绍三段式电流保护时验证过了。

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