电力系统继电保护课程设计.docx
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电力系统继电保护课程设计
课程设计报告
课程名称电力系统继电保护
设计题目110kV线路距离保护的设计
设计时间2016-2017学年第一学期
专业年级
电气134班
姓名王学成
学号2013011983
提交时间
2016年12月19日
成绩
指导教师何自立许景辉
水利与建筑工程学院
1
摘要.......................................................................................................................................
1
第1章、概述...........................................................................................................................
2
1.1
距离保护配置............................................................................................................
2
1.1.1
主保护配置...................................................................................................
2
1.1.2
后备保护配置.............................................................................................
3
1．2零序保护配置.........................................................................................................
4
1.2.1
零序电流I段（速断）保护........................................................................
4
1.2.2
零序电流II段保护.......................................................................................
5
第2章、系统分析...................................................................................................................
5
2.1
故障分析....................................................................................................................
5
2.1.1
故障引起原因...............................................................................................
5
2.1.2
故障状态及其危害........................................................................................
5
2.1.3
短路简介及类别...........................................................................................
6
2.2
输电线路保护主要形式............................................................................................
7
（1）电流保护......................................................................................................
7
（2）低电压保护..................................................................................................
7
（3）距离保护......................................................................................................
7
（4）差动保护......................................................................................................
7
2.3
对该系统的具体分析................................................................................................
8
2.3.1
对距离保护的分析........................................................................................
8
2.3.2
对零序保护的分析........................................................................................
8
2.4
整定计算....................................................................................................................
8
2.4.1
距离保护的整定计算....................................................................................
8
2.4.2
零序保护的整定计算..................................................................................
14
2.4.3
结论.............................................................................................................
20
2.5
原理图及动作分析..................................................................................................
20
2.5.1
原理图.........................................................................................................
20
2.5.2
动作分析.....................................................................................................
22
第3章、总结.........................................................................................................................
22
1
第4章、参考文献23
2
摘要
距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置，又称阻抗保护。
当系统正常运行时，保护装置安装处的电压为系统的额定电压，电流为负载电流，而发生短路故障时，其电压降低、电流增大。
因此，电压和电流的比值，在正常状态
下和故障状态下是有很大变化的。
由于线路阻抗和距离成正比，保护安装处的电压与电流之比反映了保护安装处到短路点的阻抗，也反映了保护安装处到短路点的距离。
所以可按照距离的远近来确定保护装置的动作时间，这样就能有选择地切除故障。
本设计为输电线路的距离保护，简述了输电线路距离保护的原理具体整定方法和有关注意细节，对输电网络距离保护做了详细的描述，同时介绍了距离保护的接线方式及阻抗继电器的分类，分析了系统振荡系统时各发电机电势间的相角差随时间周期性变化和短路过渡电阻影响。
最后通过MATLAB建模仿真分析本设计的合理性，及是否满足要求。
关键词：
距离保护；整定计算；
1
第1章、概述
1.1距离保护配置
1.1.1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。
（1）距离保护第Ⅰ段
线路AB正序阻抗
ZABZ1LAB=0.4×60=24
线路BC的正序阻抗
ZBC
Z1LBC=0.4×40=16
保护1、2的距离保护Ⅰ段
ZⅠset.1,2
KⅠrelZAB=0.85×24=20.4
保护3、4的距离保护Ⅰ段
ZⅠset.3,4
KⅠrelZBC=0.85×16=13.6
（2）距离保护Ⅱ段整定计算
1）按与相邻线路距离保护Ⅰ段配合整定
为保证在下级线路上发生故障时，上级线路保护处的保护Ⅱ段不至于越级跳闸所以其Ⅱ段的动作范围不应该超出下级线路Ⅰ段的动作范围。
考虑分支电路的
影响，可按下式进行整ZIIset.1KII
rel（ZABKb.minZIset.2）
式中，KII
rel为可靠系数，取0.8；为确保在各种运行方式下保护
1的Ⅱ段范
围不超过保护2的Ⅰ段范围，分支系数Kb取各种情况下的最小值Kb.min。
2）与相邻变压器的快速保护相配合整定
若被保护线路的末端母线接有变压器时，其距离Ⅱ段保护的动作范围不应超出
变压器快速保护（一般是差动保护）的范围，即距离Ⅱ段应躲开线路末端变电所
变压器低压侧出口处短路时的阻抗值，设变压器的阻抗为ZT，则起动阻抗整定
为ZIIset.1KIIrel（ZABKb.minZt）
当被保护线路末端母线上既有出线又有变压器时，距离Ⅱ段的整定阻抗应取
上述两种情况的较小者。
3）保护动作时间的整定
2
tII1tI2t
（1.5）
4）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。
由于是反映于数值的下降而动作，其灵敏系数定义为
具体对保护1的距离Ⅱ段来看，在本线路末端短路时其测量阻抗为ZAB，因此
灵敏系数为
一般要求，若不满足要求，则距离保护Ⅱ段应与相邻元件的保护Ⅱ段
相配合，进一步延伸保护范围，并延长动作时限。
5）当校验本线路末端故障时，灵敏度不满足要求时，则距离保护Ⅱ段应与相邻元件的保护Ⅱ段相配合，进一步延伸保护范围，并延长动作时限。
保护动作时间：
距离Ⅰ段与Ⅱ段联合工作构成本线路的主保护。
1.1.2后备保护配置
（1）距离保护第III段整定
本题按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定
当线路上负荷最大且母线电压最低时，负荷阻抗最小，如
ZL.min
UL.min
UL.max
3
..
式中ZL.min最小负荷阻抗UL.min为正常运行母线电压的最低值，IL.max为被
保护线路最大负荷电流。
此系统选择具有方向圆特性阻抗继电器，由躲开负荷阻抗换算成整定阻抗
值，则
ZsetIII.1
ZL.min
KrelKssKrecos（setL）
式中Zset.1III为保护1距离III段的整定阻抗；
Krel为可靠系数。
取Krel1.2，Kss1.2，Kre1.2和set
75o，L30o
（2）灵敏度校验
距离保护的III段，既作为本线路I、II段保护的近后备，又作为想了下级设备保护的远后备，灵敏度应分别进行校验。
作为近后备时，按本线路末端短路校验，则
作为远后备时，按相邻设备末端短路校验，则
Ksen
（2）
Z
ZAB
K
Ⅲ
set.1
1b.maxZnext
（3）动作时限的整定
距离保护III段的动作延时，应比与之配合的相邻设备保护动作延时大于一
个时间级差△t。
1．2零序保护配置
1.2.1零序电流I段（速断）保护
躲开下级线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流
Ⅰ
K
3I0.1.max，引入可靠系数为rel=1.2
ⅠⅠ
Iset.1=Krel3I0.1.max（1.12）
4
1.2.2零序电流II段保护
1）零序电流II段的电流整定
零序电流II段保护的工作原理与相间短路限时电流速断保护一样，其启动
电流首先考虑与下级线路的零序电流速断保护范围的末端M点相配合，并带有
一个高出△t的时限，以保证动作的选择性。
可靠系数为1.15
Ⅱ
KrelⅡ
Ⅰ
Iset.4
K4.b.min
Iset.2
2）灵敏度校验
应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足
Kre
3I0.4min
>=1.5
Iset.1Ⅱ
若灵敏度不满足要求，除考虑与下级零序II段保护配合外，还应考虑到下
列方式解决：
用两个不同灵敏度的零序II段保护。
从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护。
第2章、系统分析
2.1故障分析
2.1.1故障引起原因
1、雷害2、大风3、洪水暴雨4、外力破坏
5、覆冰6、污闪7、鸟害8、本体缺陷
2.1.2故障状态及其危害
电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因会发生例如短路、断线等故障。
最常见同时也是最危险
的故障是发生各种类型的短路。
在发生短路时可能产生以下后果:
（1）通过短路点的很大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
5
或缩短使用寿命。
（3）电力系统中部分地区的电压大大降低。
使大量的电力用户的正常工作
遭到破坏或产生废品。
（4）破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至
使系统瓦解。
2.1.3短路简介及类别
电力系统的短路就是在回路中因为电阻降低而引起电流异常增大的一种现
象；电力系统在运行中，相与相之间或相与地〔或中性线）之间发生非正常连接（即
短路）时而流过非常大的电流。
短路分为很多种情况，有单相接地短路，两相短路，两相短路接地，三相短
路等。
相线俗称火线，三相就是三个火线，他们电压相等，频率相当，但是相序
（时间）不同。
单相接地短路两相短路两相接地短路三线对
称短路
图2-1常见短路故障
一、单相接地短路
单相接地短路是指三相交流供电系统中一根相线与大地成等电位状态了，也就是该相线的电位与大地的电位相等，都是“零”，非故障两相电压接近正常电
压，负荷电流接接近正常，故非故障相工作状态与正常负荷状态相差不大。
二、两相短路
两相短路任意两相导线，直接金属性连接或经过小阻抗连接在一起。
此时故
障点处两故障相的对地电压相等，故障相电压不为零。
而非故障相
三、两相短路接地
两相短路接地是指三相交流供电系统中两根相线与大地成等电位状态了，此
时故障点处两接地相的电压都为零。
6
四、三相对称短路
三相对称短路是指三相全部短路，三相对称性短路时，故障点处的各相电压
相等，且在三相系统对称时均都为零。
此种短路情况最为严重，对电力系统的损
害极大。
2.2输电线路保护主要形式
（1）电流保护
对于输电线路来说，在正常运行时，每条线路上都流过由它供电的负荷电流，越靠近电源端，负荷电流越大。
假定在线路上发生三相短路，从电源到短路点之间将流过很大的短路电流。
利用流过被保护元件中电流幅值的增大，可以构成过电流保护。
（2）低电压保护
在输电线路正常运行时，各变电所母线上的电压一般都在额定电压±5%～
±10%范围内变化，且靠近电源端母线上的电压略高。
短路后，各变电所母线电压有不同程度的降低，离短路点越近，电压降得越低，短路点的相间或对地电压降低到零。
利用短路时电压幅值的降低，可以构成低电压保护。
（3）距离保护
同样，在正常运行时，线路始端的电压与电流之比反映的是该线路与供电负
荷的等值阻抗及负荷阻抗角（功率因数角），其数值一般较大，阻抗角较小。
短路
后，线路始端的电压与电流之比反映的是该测量点到短路点之间线路段的阻抗，
其值较小，如不考虑分布电容时一般正比于该线路段的距离（长度），阻抗角为线
路阻抗角，较大。
利用测量阻抗幅值的降低和阻抗角的变大，可以构成距离（低阻抗）保护。
（4）差动保护
利用每个电力元件在内部与外部短路时两侧电流相量的差别可以构成电流
差动保护，利用两侧电流相位的差别可以构成电流相位差动保护，利用两侧功率方向的差别可以构成方向比较式纵联保护，利用两侧测量阻抗的大小和方向等还可以构成其他原理的纵联保护。
利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧正常运行与故障时电气量差异的保护，称为纵联保护。
它们只在被保护元件内部故障时动作，可以快速切除被保护元件内部任意点的故障，被认为具有绝对的选择性，常被用作220KV及以上输电网络和较大容量发电机、变压器、电动机等电力元件的主保护。
7
2.3对该系统的具体分析
2.3.1对距离保护的分析
当系统出现相间短路时，我们采取距离保护，距离保护的主保护是距离保
护Ⅰ段和距离保护Ⅱ段。
距离保护第Ⅲ段，装设距离保护第Ⅲ段是为了作为相邻
线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为Ⅰ、Ⅱ段的后备保护。
为了快速切除线路上的各种短路，线路A-B、B-C应在1、2、3、4处配备三段
式距离保护；选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式；它们的Ⅰ、
Ⅱ段选择具有方向特性的距离保护，Ⅲ段具有偏移特性的距离保护。
2.3.2对零序保护的分析
零序保护中会出现单相接地故障和两相接地故障。
画出所有元件全运行时的
三序等值网络，并求出所有元件全运行时，A、B、C母线，分别发生单相接地
短路和两相接地短路时的负荷序网等值图。
以便求出各个母线发生故障时其零序
电流的分布，从而求出流过各个保护的最大和最小零序电流。
当AB和BC段线
路分别发生故障时，分析系统最大和最小运行方式，并分别求出各个保护的最大
和最小分支系数。
保护1、4对应，保护2、3对应，对于保护2、3只有零序保
护Ⅰ段，对于保护1、4有零序保护Ⅰ段和Ⅱ段。
2.4整定计算
2.4.1距离保护的整定计算
线路AB正序阻抗
ZABZ1LAB=0.4×60=24
线路BC的正序阻抗
ZBCZ1LBC=0.4×40=16
8
保护1、2的距离保护Ⅰ段
ZⅠset.1,2
KⅠrelZAB=0.85×24=20.4
保护3、4的距离保护Ⅰ段
ZⅠset.3,4
KⅠrelZBC=0.85×16=13.6
时间：
t=0s
（一）保护1距离保护Ⅱ段的整定
与相邻下级最短线路的保护3Ⅰ段相配合时，有
ZⅡset.1KⅡrel（ZABK1b.minZⅠset.3）
=0.8×（24+1×13.6）=30.08
2.当与相邻变压器的快速保护相配合时，有
ZⅡset.1KⅡrel（ZABK1b.minZt）
=0.75×（24+1×15）=31.2
取较小者为Ⅱ段整定值，即ZⅡset.1=30.08
效验：
按本线路末端短路求灵敏系数为：
满足要求
动作延时为：
0.5s
（二）保护2距离保护Ⅲ段的整定
1.按躲开最小负荷阻抗整定
ZL.min
UL.min=0.9
110=190.53
3
0.3
UL.max
效验：
按本线路末端短路求灵敏系数为
9
Ksen
（1）
Zset.1Ⅲ
155.93
满足要求
ZAB
=6.50＞1.5
24
动作延时为：
错误！
未找到引用源。
（三）保护3距离保护Ⅲ段的整定
效验：
按本线路末端短路求灵敏系数为
满足要求
动作延时为：
（四）保护1距离保护Ⅲ段的整定
按躲开最小负荷阻抗整定
UL.min
0.9
110
ZL.min
=
=190.53
UL.max
3
0.3
继电器取相间接线方式的方向阻抗继电器，
,,,
效验
按本线路末端短路求灵敏系数为
Ksen
（1）
Ⅲ
155.93=6.50＞1.5
满足要求
Zset.1
ZAB
24
相邻元件末端短路时的灵敏系数为
10
满足要求
满足要求
动作延时为：
（五）保护4距离保护Ⅱ段的整定
1.与相邻下级最短线路的保护2Ⅰ段相配合时，有
ZⅡset.4KⅡ
升级会员 