35Kv输电线路的继电保护设计.docx
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35Kv输电线路的继电保护设计
毕业设计（论文）
题目动力工程系
学生姓名
学号
专业
班级
指导教师
评阅教师
完成日期2010年9月10日
第一章:
任务的提出与方案的提出
1.1前言…………………………………………………………………3
1.2绪论…………………………………………………………………3
1.3摘要…………………………………………………………………4
1.4基本原理……………………………………………………………4
第二章：
详细设计：
2.1短路和负荷电流的计算……………………………………………5
2.2线路电流保护的设计………………………………………………5
2.3线路距离保护的设计………………………………………………6
2.4输电线路的纵联保护………………………………………………8
2.5电力变压器的继电保护..................................10
第三章：
总体设计
3.1比较各种保护的优缺点……………………………………………13
3.2继电保护装置的选择………………………………………………14
3.3结论………………………………………………………………..15
第四章：
结束
4.1设计感言…………………………………………………………..17
4.2参考文献…………………………………………………………..18
1.1前言：
《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。
电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。
而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。
在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。
电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。
本次设计的任务主要包括了五大部分，电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。
其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。
1.2、绪论
（一）电力系统继电保护的作用
电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路。
在发生短路时可能产生以下的后果.
1.通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；
2.短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；
3.电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；
4.破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振动，甚至使整个系统瓦解；
电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。
例如，因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高（一般又称过负荷），就是一种最常见的不正常运行状态。
由于过负荷，使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能发展成故障。
此外，系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。
故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。
事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。
系统事故的发生，除了由于自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般者是由于设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。
因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可能大大减少事故发生的机率，把事故消灭在发生之前。
在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一
[摘要]
为给35KV单电源双环形回路电网进行继电保护设计，首先选择过电流保护，对电网进行最大负荷路电流进行计算，然后再对其进行短路电流的计算整定电流保护的整定值。
在过电流保护不满足的情况下，相间故障选择距离保护，同时在变压器中间的线路采取纵联保护，通过电力线路载波通道传递线路信息，保证线路的安全。
最后再确定继电保护所需要的装置名称，并且对其进行总结
[关键词]：
继电保护符合电流短路电流整定计算装置选择
1.4继电保护的基本原理
电流速断保护：
对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护。
限时电流速断保护：
用来切除本县线路上速断保护范围以外的故障，同时也能作为速断保护的后备。
过电流保护其启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的保护，当电流的幅值超过最大负荷电流值是启动。
距离保护：
利用短路时电压.电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。
输电线路的纵联保护：
将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧的电气量同时比较.联合工作。
1.35KV双回路接线图
2.35KV双回路线路的继电保护的原理图
第二章
计算参数：
Vn=35kv，x=0.4（Ω／km）,L=10（km）,Vav=32.5kv
cosΨ=0.8
2.1最大负荷电流的计算：
1，2段和3，4段线路的阻抗值为：
X=1/2*x*L=0.5*0.4*10=4（Ω）
1，2段和3，4段负荷电流为：
I12=I34Vav*Vav/（X*VncosΨ）
=32.5*32.5/（4*35*0.8）=9.43（kv）
2.2短路电流的计算：
线路I=2*I12=2*9.43=18.86（kv）
所以当K点或者L点发生短路的时候，流国12或者34的电流为
Id=18.86（kv）
2.3继电保护距离保护的整定计算和校验
断路器1距离保护的整定计算和校验
1距离保护І段的整定计算
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85；Zdz'=KK'Z12=0.85×4=3.4Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t1=0s。
2距离保护П段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按下列三个条件选择。
①与相邻线路34的保护的І段配合
Zdz''=KK''（Z12+K'Kfh·minZ34）
式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护2的І段末端发生短路时对保护2而言的最小分支系数。
当保护2的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=I12/I34=1于是
Zdz''=KK''（ZL3+K'Kfh·minZL4）=0.8×（3.4+0.85×1×4）=5.44Ω；
（2）动作时间，与相邻保护2的І段配合，则
t1"=t2'+Δt=0.5s
它能同时满足与相邻线路34保护配合的要求。
（3）灵敏性校验：
Klm=Zdz''/Z12=5.44/3.4=1.6>1.5,满足要求。
3.距离保护Ш段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按躲开最小负荷阻抗整定；
Kzq=1,Kh=1.15,KK"'=1.2，If·max=8.43KA
Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×35/1.732×8.43=2.16Ω
于是Zdz'''=Zf·min/KK"'KhKzq=2.16/1.2×1.15×1=1.57Ω
（2）动作时间：
断路器1的动作时间为：
t'''1=t'''dz+Δt=1.5+0.5=2s
断路器2的动作时间为：
t'''2=t'''dz+Δt=2.0+0.5=2.5s
取其中较长者，于是
断路器1的动作时间为：
t'''1=t''1+Δt=2.0+0.5=2.5s
（3）灵敏性校验：
①本线路末端短路时的灵敏系数为：
Klm=Zdz'''/Z12=1.57/0=∞>1.5，满足要求
断路器2距离保护的整定计算和校验
1距离保护І段的整定计算
（1）动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。
取KK'=0.85
Zdz'=KK'Z12=0.85×8.43=7.17Ω；
（2）动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s
2.距离保护П段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按下列三个条件选择。
①与相邻线路L2的保护的І段配合
Zdz''=KK''（Z12+K'Kfh·minZ34）
式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护2的І段末端发生短路时对保护2而言的最小分支系数。
当保护1的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1
于是
Zdz''=KK''（Z12+K'Kfh·minZ34）=0.8×（0+0.85×1×8.43）=5.7Ω；
②按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定
Zdz''=KK''（Z12+Kfh·minZTC）
式中，取KK''=0.8，Kfh·min为保护2的І段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。
当保护1的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1
于是
Zdz''=KK''（Z12+Kfh·minZ34）=0.7×（8.43+1×8.43）=5.7Ω；
取以上二个计算值中最小者为П段整定值，即取Zdz''=5.7Ω；
（2）动作时间，与相邻保护1的І段配合，则
t1"=t4'+Δt=0.5s
它能同时满足与相邻线路12和变压器保护配合的要求。
（3）灵敏性校验：
Klm=Zdz''/ZL3=5.7/2=2.35>1.5,满足要求。
3.距离保护Ш段的整定计算和校验
（1）动作阻抗：
按躲开最小负荷阻抗整定；
Kzq=1,Kh=1.15,KK"'=1.2，If·max=8.43KA
Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×35/1.732×8.43=2.16Ω
于是：
Zdz'''=Zf·min/KK"'KhKzq=2.16/1.2×1.15×1=1.57Ω
（2）动作时间：
断路器2的动作时间为：
t'''5=t'''dz+Δt=2+0.5=2.5s
（3）灵敏性校验：
①本线路末端短路时的灵敏系数为：
Klm=Zdz'''/Z12=1.57/0=∞>1.5，满足要求
②相邻元件末端短路时的灵敏系数为：
І相邻线路34末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=0/4=0
Klm=Zdz'''/（Z12+Kfh·maxZ34）=1.57/（0+0×4）=∞>1.2，满足要求
П相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：
Kfh·max=0/4=0
Klm=Zdz'''/（Z12+Kfh·maxZ34）==1.57/（0+0×4）=∞>1.2，满足要求
其中3和4断路器的整定保护的计算与1和2的整定保护的计算相同。
2.4输电线路的纵联保护
1.一般纵联保护有导引线纵联保护，电力载波纵联保护，微波纵联保护，以及光纤纵联保护。
其纵联保护的结构框图如下图所示：
图1输电线路纵联保护结构框图
由于输电线路是双回路传输，传输线路为100km，属于长距离输电，因此对输电线路采取的纵联保护必须具备安全性高，易操作，易检修等的性能。
而此时若采取引线纵联保护以及光纤纵联保护就显得不够经济，虽然微波通道是理想的通道，但是保护专用微波通道及设备是不经济的，因此对于35KV长距离输电线路应该采用电力载波纵联保护。
其载波通道示意图如下图所示：
图2载波通信示意图
2.5电力变压器的继电保护
1、继电保护装置的定义、用途
（1）、当电力系统发生故障或异常现象时，利用一些电气自动装置将故障部分从系统中迅速切除或在发生异常时及时发出信号，以达到缩小故障范围，减少故障损失，保证系统安全运行的目的。
通常将执行上述任务的电气自动装置称作继电保护装置。
（2）、当电网发生足以损坏设备或危及电网安全运行的故障时，使被保护设备快速脱离电网：
对电网的非正常运行及某些设备的非正常状态，能及时发出警报信号以便迅速处理，使之恢复正常，实现电力系统自动化和远动化，以及工业生产的自动控制。
2.继电保护的组成及工作原理
供电系统发生故障时，会引起电流的增加和电压的降低，以及电流电压间相位角的变化，因此故障时参数与正常运行的差别就可以构成不同原理和类型的继电保护。
例如，利用短路时电流增大的特征，可构成过电流保护：
利用电压降低的特征可构成低电压保护：
利用电压和电流比值的变化，可构成阻抗保护：
利用电压和电流之间的相位关系的变化，可构成方向保护：
利用比较被保护设备各端电流大小和相位的差别可构成差动保护等。
此外也可根据电气设备的特点实现反映非电量的保护。
电力变压器的原理图
3.变压器继电保护的工作过程与分类
（1）、变压器的过电流保护保护装置的启动电流应按照躲开变压器可能出现的最大负荷电流来整定。
保护动作后，应跳开变压器两侧的断路器。
①按躲开变压器可能的最大负荷电流整定；
②按躲过负荷自启动的最大工作电流整定；
③按躲过变压器低压母线自动投入负荷整定：
④按于相邻保护配合整定。
（2）、复合电压启动的变压器过电流保护
复合电压启动的变压器过电流保护是由一个负序电压继电器（由过电压继电器接于负序电压过滤器上构成）和一个接于线电压上的低电压继电器组成电压闭锁回路，只当电压和电流元件同时动作后，才能经过延时动作于跳闸。
电力变压器的瓦斯保护当在变压器油箱内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部。
当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。
利用油箱内部故障时的这一特点，构成反应于上述气体而动作的瓦斯保护装置。
瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内发生的各种故障。
缺点是不能反应油箱以外的套管以及引出线等部位上发身的故障
电力变压器的继电保护的原理图
第三章
3.1比较各保护的优缺点
1电流保护的优缺点：
电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路和相邻下一线路的后备保护。
实际上，供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护。
比如，处于电网未端附近的保护装置，当定时限过电流保护的时限不大于0.5时，而且没有防止导线烧损及保护配合上的要求的情况下，就可以装设电流速断保护和限时电流速断保护，而将过电流保护作为主保护。
三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。
缺点是它的灵敏度受保护方式和短路类型的影响，此外在单侧电源网络中才有选择性。
故一般适用于35KV以下的电网保护中。
2距离保护的优缺点：
主要优点：
能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。
其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。
主要缺点：
不能实现全线瞬动。
对双侧电源线路，将有全线的30﹪～40﹪的第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。
阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些
3纵联保护的优缺点：
线路纵联保护是当线路发生故障时，使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置，是线路的主保护。
它以线路两侧判别量的特定关系作为判据，即两侧均将判别量借助通道传送到对侧，然后，两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。
因此，判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。
（1）方向高频保护是比较线路两端各自看到的故障方向，以判断是线路内部故障还是外部故障。
如果以被保护线路内部故障时看到的故障方向为正方向，则当被保护线路外部故障时，总有一侧看到的是反方向。
其特点是：
a）要求正向判别启动元件对于线路末端故障有足够的灵敏度；
b）必须采用双频制收发信机。
（2）相差高频保护是比较被保护线路两侧工频电流相位的高频保护。
当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁，两侧电流相位相反时保护动作跳闸。
其特点是：
a）能反应全相状态下的各种对称和不对称故障，装置比较简单；
b）不反应系统振荡。
在非全相运行状态下和单相重合闸过程中保护能继续运行；
c）不受电压回路断线的影响；
d）当通道或收发信机停用时，整个保护要退出运行，因此需要配备单独的后备保护。
（3）高频闭锁距离保护是以线路上装有方向性的距离保护装置作为基本保护，增加相应的发信与收信设备，通过通道构成纵联距离保护。
其特点是：
a）能足够灵敏和快速地反应各种对称与不对称故障；
b）仍保持后备保护的功能；
c）电压二次回路断线时保护将会误动，需采取断线闭锁措施，使保护退出运行。
4.变压器继电保护的优缺点
优点：
结构简单，动作迅速，灵敏度高，能反应变压器SBK-750VA带铁壳油箱内各种相间短路和匝间短路的匝数很少时，故障回路的电流虽很大，可能造成严重过热，但引出线外部相电流的变化可能很小，各种反应电流量的保护都难以动作，瓦斯保护对于切除这类故障有其特殊的优越性。
缺点：
不能反应变压器油箱外部的故障，如套管及引出线故障。
因此，变压器不能用它作为唯一的主保护。
3.2根据以上优缺点的比较可以确定其设备的选择，选择设备如下：
ZB01
断路器触点及控制回路模拟箱
ZB03
数字式电秒表及开关组件
ZB04
空气开关组件
ZB06
光字牌
ZB11
DL－24C/6电流继电器
DZB－12Β出口中间继电器
DXM－2A信号继电器
ZB12
DL-24C/2电流继电器
DS－22时间继电器
DXM－2A信号继电器
ZB13
DL－24C/0.6电流继电器
DS－23时间继电器
DXM－2A信号继电器
ZB44
可调电阻器16Ω
可调电阻器31.2Ω
ZB35
存储式智能真有效值交流电流表
DZB01－1
变流器
复归按钮
交流电源
单相自耦调压器
可调电阻R1 2.6Ω
DZB01－2
可调电阻Rf 220Ω
DZB01
直流操作电源
3.3结论：
根据以上设计可知，对于35KV线路的继电保护的设计，主要以电流的三段保护为主，纵联保护为辅来对线路进行继电保护。
对于变压器则如下：
（1）两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流
解决问题的方法:
整定计算时,引入同型系数
（2）.产生不平衡电流原因：
a.变压器两侧的额定电压不同
b.两侧电流互感器的型号不同
c.饱和特性和励磁电流也不同
（3）计算变比与标准变比不同产生的
不平衡电流原因:
a.电流互感器选用的是标准化变比,
b.电流互感器的计算变比与实际变比不同.
解决办法
a.采用自耦变流器,或利用差动
b.继电器的平衡线圈予以补偿.
（3）变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流调整分接头实际上就是改变变压器的变比,其结果破坏了电流互感器二次电流的平衡关系,产生了新的不平衡电流.
解决办法
a.调压系数取值
b.提高保护动作电流,即在整定
计算时,引入调压系数.
取调压范围的一半.
（4）变压器接线组别的影响
相位补偿方法:
1）通过电流互感器二次接线进行相位补偿.
解决办法:
通过选择电流互感器变比解决.
2）微机保护软件算法
3）提高变压器单相接地短路灵敏度措施
a.星形侧:
b.三角形侧:
内部短路零序电流相加,外部短路零序电流相减.
（5）变压器励磁涌流的影响及措施
定义:
励磁涌流,就是变压器空载合闸时的暂态励磁电流.励磁涌流波形的特点
1）含有很大成分的非周期分量,使曲线偏向时间轴的一侧;
2）含有大量的高次谐波,其中二次谐波所占比重最大;
3）涌流的波形削去负波之后将出现间断,图中α称为间断角.
措施:
1）接入速饱和变流器
2）采用差动电流速断保护
3）采用以二次谐波制动原理构成的纵联差动保护
4）采用鉴别波形间断角原理构成的差动保护
设计感言
本次设计是针对与35KV输电线路在短路故障类型的情况下进行的分析计算和整定的。
通过具体的短路电流的计算发现电流的三段式保护能满足要求，由于本次设计涉及到短路电流的计算，这对本次设计增加了难度。
在进行设计时首先要将各元件参数标准化，而后对每一个保护线路未端短路时进行三相短路电流的计算。
在整定时对每一个保护分别进行电流保护的整定和距离保护的整定，并且对其进行灵敏度较验。
通过这次设计，在获得知识之余，还加强了个人的独立提出问题、思考问题、解决问题能力，从中得到了不少的收获和心得。
在思想方面上更加成熟，个人能力有进一步发展，本次课程设计使本人对自己所学专业知识有了新了、更深层次的认识。
在这次设计中，我深深体会到理论知识的重要性，只有牢固掌握所学的知识，才能更好的应用到实践中去。
这次设计提高了我们思考问题、解决问题的能力，它使我们的思维更加缜密，这将对我们今后的学习、工作大有裨益。
此次课程设计能顺利的完成与同学和老师的帮助是分不开的，在对某些知识模棱两可的情况下，多亏有同学的热心帮助才可以度过难关；更与老师的悉心教导分不开，在有解不开的难题时，多亏老师们的耐心指导才使设计能顺利进行。
在此衷心再次感谢老师的悉心教导和各位同学的帮助！
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参考文献
[1]《电力工程设计手册》（下）
[2]《电力系统继电保护及安全自动整定计算》
[3]吕继绍《电力系统继电保护设计原理》水利电力出版社
[4]孙国凯霍利民柴玉华《电力系统继电保护原理》中国水利水电出版社
[5]许建安《继电保护整定计算》中国水利水电出版社
[6]何仰赞《电力系统分析》（第三版）武汉：
华中科技大学出版社2002
[7]崔家佩，孟庆炎，陈永芳，熊炳耀.《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》.北京：
水利电力出版社，2002年.P194-226，P548-589.
[8]许建安，连晶晶.《继电保护技术》.北京：
中国水利水电出版社，2004.7.P8-20，P183-211.
[9]李火元《电力系统继电保护与自动装置（第二版））.北京：
中国电力出版社，2006.P65-220.
[10]尹项根，曾克娥.《电力系统继电保护原理与应用》（上册）.武汉：
华中科技大学出版社，2001年5月.P70-87,P278-294.
[11]贺家李，宋从矩《电力系统继电保护原理》.北京：
水利电力出版社，1985年.P9-56,P170-188.
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