电力系统继电保护课程设计三段式距离保护.docx

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电力系统继电保护课程设计三段式距离保护

电力系统继电保护课程设计

选题标号：

三段式距离保护

班级：

　14电气

姓名：

学号：

指导教师：

　谷宇航

日期：

2017年11月8日

天津理工大学

电力系统继电保护课程设计

评语：

平时考核（30）

实验（20）

答辩（40）

出勤（10）

天津理工大学

一、选题背景

选题意义

随着电力系统的发展，出现了容量大，电压高，距离长，负荷重，结构复杂的网络，这时简单的电流，电压保护已不能满足电网对保护的要求。

在高压长距离重负荷线路上，线路的最大负荷电流有时可能接近于线路末端的短路电流，所以在这种线路上过电流保护是不能满足灵敏系数要求的。

另外对于电流速断保护，其保护范围受电网运行方式改变的影响，保护范围不稳定，有时甚至没有保护区，过电流保护的动

作时限按阶梯原则来整定，往往具有较长时限，因此，满足不了系统快速切除故障的要求。

对于多电源的复杂网络，方向过电流保护的动作时限往往不能按选择性要求来整定，而且动作时限长，不能满足电力系统对保护快速性的要求。

设计原始资料

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，线路阻抗

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试对线路L1、L3进行距离保护的设计。

要完成的内容

（1）保护的配置及选择；

（2）短路电流计算（系统运行方式的考虑、短路点的考虑、短路类型的考虑）；

（3）保护配合及整定计算；

（4）对保护的评价。

二、分析要设计的课题内容

设计规程

在距离保护中应满足一下四个要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。

这几个之间，紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力原件的继电保护。

充分发挥和利用继电保护的科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性发挥最大效能。

可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能的最根本要求。

所谓安全性，是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。

所谓信赖性，是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。

安全性和信赖性主要取决于保护装置本身的制造质量、保护回路的连接和运行维护的水平。

一般而言，保护装置的组成原件质量越高、回路接线越简单，保护的工作就越可靠。

同时，正确的调试、整定，良好的运行维护以及丰富的运行经验，对于提高保护的可靠性具有重要作用。

继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度的保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。

它包含两种意思：

其一是只应有装在故障元件上的保护装置动作切除故障；其二是要力争相邻原件的保护装置对它起后备保护作用。

继电保护的速动性是指尽可能快的切出故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。

动作迅速而又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格比较昂贵，对大量的中、低压电力原件，不一定都采用高速动作的保护。

对保护速动性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格比较昂贵，对大量的中、低压电力原件的具体情况，经技术经济比较后确定。

继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的能力。

满足灵敏性要求的保护装置应该是在规定的保护范围内部故障时，在系统任意的运行条件下，无论短路点的位置、短路的类型如何以及短路点是否有过渡电阻，当发生短路时都能敏锐感觉、正确反应。

灵敏性通常用灵敏系数或灵敏度来衡量，增大灵敏度，增加了保护动作的信赖性，但有时与安全性相矛盾。

对各类保护的的灵敏系数的要求都作了具体规定，一般要求灵敏系数在~2之间。

以上四个基本要求是评价和研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾的一面，又要根据被保护原件在电力系统中的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到统一。

继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行的。

相同原理的保护装置在电力系统不同位置安装时如何配置相应的继电保护，才能最大限度地发挥被保护电力系统的运行效能，充分体现着继电保护工作的科学性和继电保护工程实践的技术性。

保护配置

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

图网络接线图

（1）距离保护Ⅰ段

距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的，是保护本身的固有动作时间。

以保护1为例，其第Ⅰ段保护本应保护线路AB全长，即保护范围为全长的100%，然而实际上却是不可能的，因为当线路BC出口处短路时，保护2的第Ⅰ段不应动作，为此，其启动阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗ZAB，即ZⅠop1

ZⅠop1=~ZAB（2-1）

同理对保护2的第Ⅰ段整定值应为

ZⅠop2=（~）ZBC（2-2）

如此整定后，距离Ⅰ段就只能保护本线路全长的80%~85%，这是一个严重缺点。

为了切除本线路末端15%~20%范围以内的故障，就需设置距离保护第Ⅱ段。

（2）距离保护第Ⅱ段

距离Ⅱ段整定值的选择是类似于限时电流速断保护，即Ⅱ段整定值，以使保护范围不超出下一条线路（如有多条线路取最短者）距离保护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。

则保护1的Ⅱ段一次侧整定值为

ZⅡop1=KⅡrel（ZAB+ZBCKⅠrel）（2-3）

后备保护配置

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。

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选择，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。

三、短路电流、残压计算

等效电路的建立

由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式下各线路未端短路的情况,最小运行方式下各线路未端短路的情况。

保护短路点的选取

本设计中主要考虑母线、线路末端的短路故障。

短路电流的计算

电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能，因此，在对继电保护进行整定计算之前，首先应该分析运行方式。

在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大，对继电保护而言称为最大运行方式，对应的系统等值阻抗最小；在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小，对继电保护而言称为最小运行方式，对应的系统等值阻抗最大。

需要着重说明的是，继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。

保护4的最大运行方式分析。

保护4的最大运行方式就是指流过保护4的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6两个都同时运行的运行方式，则

式中

为流过保护3的最大短路电流。

保护4的最小运行方式分析。

保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小即是在G3和G4只有一个工作，变压器T3、T4两个中有一个工作时的运行方式，则

式中

为流过保护4的最小短路电流。

四、保护的配合

线路L1距离保护的整定与校验

线路L1距离保护第Ⅰ段整定

（1）线路L1Ⅰ段的动作阻抗为

ZⅠop1=kⅠrelL1Z1（3-1）

=×125×

=60Ω

式中ZⅠOP1——距离Ⅰ段的动作阻抗；

L1——被保护线路L1的长度；

Z1——被保护线路的单位阻抗；

KⅠrel——距离保护的Ⅰ段可靠系数；

（2）动作时间。

tⅠ2=0s（第Ⅰ段保护实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。

线路L1距离保护第Ⅱ段整定

（1）与相邻线路LBC距离保护Ⅰ段相配合，线路L1的Ⅱ段动作阻抗为

ZⅡop1=KⅡrelL1Z1+KⅡrelKb,minZⅠBC（3-2）

=×125×+××20

=144Ω

式中ZⅡop2——距离Ⅱ段的动作阻抗；

L1Z1——线路L2的阻抗；

KⅡrel——距离保护的Ⅱ段可靠系数；

ZⅠBC——线路LBC的第Ⅰ段整定阻抗，其值

ZⅠBC=KⅠrelLBCZ1（3-3）

=20Ω

Kb,,min——线路LBC对线路L1的分支系数：

其求法如下：

Z1=50ΩZ2=50ΩZ3=28Ω

Z=Z1

继电器的选择

使用环境条件主要指温度（最大与最小）、湿度（一般指40摄氏度下的最大相对湿度），低气（压使用高度1000米以下可不考虑）、振动和冲击。

此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。

由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高级的条件选用。

对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。

选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。

那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬态抑制电路的产品。

按输入信号不同确定继电器种类

按输入信号是电、湿度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器，这是没有问题的。

这里特别说明电压、电流继电器的选用。

若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。

输入参量的选定

与用户密切相关的输入晕是线圈工作电压或电流，而吸合电压或电流则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。

对用户来讲，它只是一个工作下极限参数值。

控制安全系数是工作电压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。

整机设计时，不能以空载电压怍为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别是电源内阻大时更是如此。

当用二极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管必须处于开关状态，对6VDC以下工作电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和压降。

当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的冲击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的倍，工作值的误差一般为±10%。

国内外长期实践证明，约70％的故障发生在触点上，这足见正确选择和使用继电器触点非常重要。

触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。

动合触点组和转换触点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用动合触点。

根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）确定参数十分重要。

认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的，一般说，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75％最好。

电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠性下降，故100mA称作试验电流，是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。

由于一般继电器不具备低电平切换能力，用于切换50mV、50μA以下负荷的继电器订货，用户需注明．必要时应请继电器生产厂协助选型。

继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下，负载为阻性的动作次数，当超出额定电压时，可参照触点负载曲线选用。

当负载性质改变时，其触点负载能力将发生变动。

结论

通过此次课程设计是我更加扎实的掌握了有关继电保护的基础知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足，实践出真知，通过亲自动手制作，是我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

在做继电保护配置时我们应该使配置的结果满足继电保护的基本要求，就是要保证可靠性、选择性、速动性和灵敏性。

可是这四个指标在很多情况下是互相矛盾的，因此我们要根据实际情况让它们达到一定的平衡即可。

通过设计过程可以看出，在运行方式变化很大的110kV多点原系统中，最大运行方式下三相短路的短路电流与最小运行方式下得两相的短路电流相差很大。

按躲过最大运行方式下末端最大短路电流整定的电流速断保护的动作值很大，最小运行方式下灵敏度不能满足要求。

限时电流速断保护的定值必须与下一级线路电流速断保护的定值相配合，所以其定值也很大，灵敏度也均不能满足要求。

过电流整定按照躲过最大负荷电流整定，其动作之受运行方式的限制不大，作为近后备和远后备灵敏度都能满足要求，一般采用受运行方式变化影响很小的距离保护。

过而能改，善莫大焉。

在课程设计过程中，我们不断的发现错误，不断的改正，不断领悟，不断获取。

最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于迎刃而解。

在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事。

从对距离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）根据距离保护工作原理，它可以在多电源的复杂网络中保证动作的选择性。

（2）距离

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切除，在一端需经过的延时才能切除。

在220kV及以上电压的网络中，这有时候不能满足电力系统稳定运行的要求，因而，不能作为主保护来应用。

（3）由于阻抗继电器同时反应于电压的降低和电流的增大而动作，因此，距离保护较电流、电压保护具有较高的灵敏度。

此外，距离

段的保护范围不受系统运行方式变化的影响，其它两段受到的影响也比较小，因此，保护范围比较稳定。

（4）由于保护范围中采用了复杂的阻抗继电器和大量的辅助继电器，再加上各种必要的闭锁装置，因此接线复杂，可靠性比电流保护低，这也是它的主要缺点。

参考文献

[1]徐妍.智能电网环境下电力系统保护新技术的研究与探讨[D].东南大学,2015.

[2]田佳.分布式发电对配电网继电保护的影响及对策研究[D].山东大学,2010.

[3]冯海波.电力系统继电保护可靠性研究[D].天津科技大学,2016.

[4]莫仕勋,姜爱华,杨丽修.三段式电流保护仿真实验平台的分析与设计[J].实验室研究与探索,2010,29（07）:

54-57.

[5]孙伟,陈昌鹏,周冶.配电网馈线系统保护综述[J].东北电力技术,2007（11）:

10-12.

[6]高丽洁.新型微机三段式电流保护装置的设计[J].长江工程职业技术学院学报,2006（03）:

42-44.

[7]王彦军.电力线路三段式保护模拟实验装置设计[D].西安科技大学,2013.

[8]仝循虹.浅谈三段式电流保护[J].科学之友,2011（21）:

13-14.

[9]李俊年.电力系统保护.中国电力出版社,2006.

[10]王维俭.电力系统继电保护原理与应用.清华大学出版社,2003.

[11]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理.中国电力出版社,2002.

[12]张保会，尹项根．电力系统继电保护[M]．北京：

中国电力出版社，2005．

[13]铁道部电气化工程局电气化勘测设计院．电气化铁道设计手册：

牵引供电系统[M]．北京：

中国.

[14]HaoranXue.TheOptimizationMethodsBasedonBigDataTechnologiesofPowerSystemProtection[A].InformationEngineeringResearchInstitute,of20143rdInternationalConferenceonMicroNanoDevices,StructureandComputingSystems（MNDSCS2014）[C].InformationEngineeringResearchInstitute,USA:

2014:

7.