110kv线路保护设计电力系统继电保护课程设计计划书.doc

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1、 电力系统继电保护课程设计 课题三：110kv线路保护设计 班级：20 级电气工程及其自动化1班 指导教师： 老师 负责学生： 小组成员： 时间：2014年8月24日2014年9月23日17摘要3关键词3第一章计划书4一.课题论点4二、课题任务及要求4三、小组成员任务分配情况及计划5四.论证分析5第二章 输电线路距离保护51距离保护的概念5.2 距离保护的特性5.3距离保护的组成64装置构成65距离保护的基本原理及特点7第三章线路保护8一.整定计算8二. 变压器保护 （本课题主要针对线路距离保护，所以变压器保护只做简单介绍）10三 零序电流保护11第四章 系统振荡和过渡电阻对距离保护1的影响1

2、34.1系统振荡对距离保护1的影响134.2过渡电阻对距离保护1的影响144.3克服系统振荡和存在过渡电阻对距离保护1的影响的措施。15第五章三段式距离保护的二次接线图和原理框图16第六章总结17一课题设计总表17三个人总结17参考文献19摘要我们这次的继电保护课题设计是输电线路的距离保护设计。根据本次课题设计（选择课题3）的任务要求，首先我们对距离保护的相关概念、距离保护整定、灵敏度校验、系统振荡、过渡电阻等电力系统继电保护的基础理论知识进行梳理，然后根据理论知识做指导，结合给定材料的内容及其技术参数，对网络中保护1进行距离、段的整定计算、整定时间计算、及灵敏度校验。根据计算结果得出相关结论

3、，并制定出反应该输电线路的保护装置，即采用距离三段式作为110kv输电线路的保护，当距离保护不满足下一线路变压器的远后备保护时，需对下一线路的变压器加近后备保护。来提高供电线路保护的选择性、可靠性。本次设计也让我们知到在系统发生振荡、及有过渡电阻影响时对保护1各段保护的动作影响情况。通过绘制距离保护的、次接线图，让我更深层次的理解输电线路距离保护。关键词：整定 振荡 过渡电阻 距离保护 继电保护第一章计划书一.课题论点针对本次课题设计的任务要求，我们提出的论点是：在110kv电网中，采用距离三段式作为输电线路的保护配置。 二、课题任务及要求线路每公里阻抗为Z1=0.4/km，线路阻抗角为：L=

4、75。AB、BC线路最大负荷电流为410A,负荷功率因数为cosL =0.9。,。电源电势为E=115kV。 ZsAmax=15,ZsAmin=6,ZsBmax=15,ZsBmin=10。归算至115kV的各变压器阻抗为84.2,容量ST为15MV.A.其余参数如图所示。8E6560km40km2174335kmDCBA系统接线图（1）计算保护1距离保护段的整定值和灵敏度。 （2）计算保护1距离保护段的整定值和灵敏度。（3）计算保护1距离保护段的整定值和灵敏度。（4）分析系统在最小运行方式下振荡时，保护1各段距离保护的动作情况。（5）当距保护1出口20km处发生带过渡电阻Rarc=12的相间短

5、路时，保护1的三段式距离保护将作何反应（设B母线上电源开路）？（6）绘制三段式距离保护的二次接线图和原理框图。三、小组成员任务分配情况及计划 ：负责收集整理距离保护的相关知识。为后续工作提供理论依据。 ：负责保护1的三段式整定计算、灵敏度校验、绘制各段的等值电路，通过整定计算及介绍零序电流保护来支持我们的论点。 ：负责分析系统振荡及带过渡电阻时，保护1各段距离保护的动作情况。绘制具体图形，并从中的出结论。 ：负责绘制三段式距离保护的二次接线图和原理框图。四.论证分析论证分析过程见第二.三.四.五章.第二章 输电线路距离保护1距离保护的概念距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗）。

6、并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离（阻抗）继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增长，这样就保证了保护有选择性地切除故障线路。 用电压与电流的比值(即阻抗)构成的继电保护，又称阻抗保护，阻抗元件的阻抗值是接入该元件的电压与电流的比值：U/I=Z，也就是短路点至保护安装处的阻抗值。因线路的阻抗值与距离成正比，所以叫距离保护或阻抗保护。距离保护分为接地距离保护和相间距离保护等。 距离保护分的动作行为反

7、映保护安装处到短路点距离的远近。与电流保护和电压保护相比，距离保护的性能受系统运行方式的影响较小。 .2 距离保护的特性当短路点距保护安装处近时，其量测阻抗小，动作时间短;当短路点距保护安装处远时，其量测阻抗大,动作时间就增长，这样保证了保护有选择性地切除故障线路。距离保护的动作时间 (t)与保护安装处至短路点距离(l)的关系t=f(l),称为距离保护的时限特性。为了满足继电保护速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛采用具有三段动作范围的时限特性。三段分别称为距离保护的、段，它们分别与电流速断、限时电流速断及过电流保护相对应。 距离保护的第段是瞬时动作的，它的保护范围为本线路全长的8085%;

8、第段与限时电流速断相似,它的保护范围应不超出下一条线路距离第段的保护范围，并带有高出一个t的时限以保证动作的选择性;第段与过电流保护相似，其起动阻抗按躲开正常运行时的负荷参量来选择，动作时限比保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个t。 .3距离保护的组成 (1)测量部分，用于对短路点的距离测量和判别短路故障的方向。 (2)启动部分，用来判别系统是否处于故障状态。当短路故障发生时，瞬时启动保护装置。有的距离保护装置的启动部分兼起后备保护的作用。 (3)振荡闭锁部分，用来防止系统振荡时距离保护误动作。 (4)二次电压回路断线失压闭锁部分，当电压互感器（TV）二次回路断线失压时，它可防止由于阻抗

9、继电器动作而引起的保护误动作。但当TV断线时保护可以选择投/退“TV断线相过流保护”。 (5)逻辑部分，用来实现保护装置应有的性能和建立各段保护的时限。 (6)出口部分，包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。 4装置构成一般情况下,距离保护装置由以下4种元件组成。起动元件：在发生故障的瞬间起动整套保护，并可作为距离保护的第段。起动元件常取用过电流继电器或低阻抗继电器。方向元件：保证保护动作的方向性，防止反方向故障时保护误动作。方向元件可取用单独的功率方向继电器，也可取用功率方向继电器与距离元件结合构成方向阻抗继电器。距离元件：距离保护装置的核心部分。它的作用是量测短

10、路点至保护安装处的距离。一般采用阻抗继电器。时限元件：配合短路点的远近得到所需的时限特性，以保证保护动作的选择性。一般采用时间继电器。5距离保护的基本原理及特点系统在正常运行时，不可能总工作于最大运行方式下，因此当运行方式变小时，电流保护的保护范围将缩短，灵敏度降低；而距离保护，顾名思义它测量的是短路点至保护安装处的距离，受系统运行方式影响较小，保护范围稳定。常用于线路保护。距离保护的具体实现方法是通过测量短路点至保护安装处的阻抗实现的。距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置，其动作和选择性取决于本地测量参数(阻抗、电抗、方向)与设定的被保护区段参数的比较结果，而阻抗、电抗又与输电线的长

11、度成正比，故名距离保护。距离保护主要用于输电线的保护，一般是三段或四段式。期一、二段带方向性，作为本线段的主保护，第一段保护线路的80-90。第二段保护余下的10-10并相邻母线的后备保护。第三段带方向或不带方向，有的还设有不带方向的第四段，作本线及相邻线段的后备保护。距离保护包括故障启动、故障距离测量、相应的时间逻辑回路与电压回路断线闭锁，有的还配有振荡闭锁等基本环节以及对整套保护的连续监视等装置。有的接地距离保护还配备单独的选相元件。所以距离保护，也叫阻抗保护。距离保护根据这个阻抗的大小确定保护安装处至故障点的距离，并根据这个距离的远近而确定保护动作时间级别的一种保护装置。保护装置感受故障

12、点的距离愈近，保护动作的时间级别就愈快，反之保护动作的时间级别越长。这样，就可以保护在任何形态的电网中有选择性的切除故障线路。1、所谓距离保护也叫阻抗保护。距离保护是反映保护安装处至故障点的阻抗并根据这个阻抗的大小确定保护安装处至故障点的距离，并根据这个距离的远近而确定保护动作时间级别的一种保护装置。保护装置感受故障点的距离愈近，保护动作的时间级别就愈快，反之保护动作的时间级别越长。这样，就可以保护在任何形态的电网中有选择性的切除故障线路。2、什么是“距离”测量保护安装处至故障点的距离，实施上就是测量保护安装处至故障点之间的阻抗，即保护安装出的电压与电流之比。因此距离保护也多被称为阻抗保护即z

13、=u(来自母线tV的电压)I(来自线路TA的电流)当然现代化距离保护的电压和电流比较量不是仅来自本母线TV和本线路TA那么简单u和J经过多种组合可形成不同形状的距离保护动作区域(特性圆)。但由以上公式我们可以得到两点结论：(1)距离保护所用的电压互感器必须与一次设备在同一母线上一次设备倒母线时，距离保护的电压源也应倒至其所在母线上。(2)当距离保护失去交流电压时，变电运行人员应立即将有关的距离保护装置退出，以防距离保护装置误动。3、三段式距离保护的配合距离保护段保护线路全长的8085 ，Qs动作于跳闸。距离保护段可以保护本线路全长及一线路的50-40 ，约05s时间动作。距离保护段保护本条线路

14、，以致下一条线路或更长，其相应的保护动作时间也更长。第三章线路保护一.整定计算1.计算保护1距离保护第段的整定值和灵敏度距离I段按躲开下一条线路出口短路的原则整定 Zset=Krel* Zab 其中：Krel=0.8 计算相间距离保护第段动作阻抗Zset1= Krel* Zab=0.8*35*0.4=11.2确定动作时限 t=0S整定阻抗角与线路阻抗角相等，保护区为被保护线路全长的80%2.计算保护1距离保护第段的整定值和灵敏度。距离II段与相邻线路距离保护I段相配合，或躲开线路末端变电所变压器低压出口侧出口处短路时的阻抗值整定。 （1）与相邻线路第1 配合动作阻抗为： Zset=Krel*(

15、 Zab+Kb.min*Z1set.3 ) 最小分支系数 Kb.min=K助*K汲助增分支：K助=(Zs1min+Zab+Zs2max)/Zs2max汲出系数为：1 总的分支系数为： Kb.min=35/15=2.33 整定阻抗为：Zset=0.8*(14+2.23*0.4*40*0.8)=35.1（2）躲开线路末端变电所变压器低压出口侧出口处短路时的阻抗值作阻抗为： Zset=Krel*(Zab+Kb.min*Zt) kb.min ：最小分支系数整定阻抗为：Zset=0.8*(14+2.33*84.2/2)=89.67相间距离段整定值取上述两项中较小值整定阻抗为：Zset=35.1整定时间为

16、：t=0+0.5S=0.5s 灵敏度校验：Ksen=35.1/14=2.511.25 满足要求3计算保护1距离保护第的整定值和灵敏度。 按躲过最小负荷阻抗整定动作阻抗为： Zl.min=Umin/Imax=0.9*115/1.732/0.41=145.75整定阻抗为：Zset=0.83*145.75/1.5/1.15/cos(75-25.8)=107.23 灵敏度校验(1) 本线路末端整定1)近后备 Ksen= Zset/Zab=7.661.5满足要求 .作为bc线路的远后备2)远后备Ksen=Zset/(Zab+Kb.max*Zbc)= 1.41.2满足要求(2)作为变压器的远后备Ksen=

17、Zset/(Zab+Kb.max*Zt)= 0.61.2不满足要求 动作时间：项目整定值时限灵敏度是否满足要求一段11.20 s0 . 8是 二段35.10 . 5s2.51是三段107.232.5s7.66、1.4,0.6线路是，变压器否. 二. 变压器保护 （本课题主要针对线路距离保护，所以变压器保护只做简单介绍）通过整定计算我们知道由于保护1不满足做变压器远后备的要求，因此我们需要给变压器加装保护1.变压器的主保护 ：变压器的主保护主要由瓦斯保护和差动保护构成瓦斯保护：瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。其原理是：变压器内部故障时，在故障点产生有电弧的短路电流，造成油箱内

18、局部过热并使变压器油分解，产生气体（瓦斯），进而造成喷油，冲击气体继电器，瓦斯保护动作。 差动保护：纵联差动保护是反应被保护变压器各端流入和流出电流的相量差。将线路一侧的电气量信息传递到另一侧。安装于两侧的保护对两侧的电气量同时进行比较联合工作，实现对双绕组变压器纵差动保护的原理。2.变压器的后备保护：变压器后备保护，一般有接地短路后备零序电流保护、过电流保护、此外还有油温、油面监控保护，中性点间隙保护等。自耦变压器还有公共线圈过流保护。 后备保护是在主保护不动作时再动作，一般有延时来判断主保护动作与否，它包括近后备和远后备。主保护反应变压器内部故障，后备保护反应变压器外部故障。保护范围主要是

19、变压器外部线路。三 零序电流保护资料显示，我国电力输电线路故障中，单线接地短路占有很大的比率达到90%。我国110KV级电力网络采用的是中性点直接接地，在电力系统中，当中性点直接接地（又称大电流接地）发生接地短路时，将出现很的的零序电流和电压，在110KV及以上电压等级的电网中，利用零序电压电流来构成接地短路的保护。利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置，叫零序电流保护。中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序电流，利用零序电流分量构成保护，在电力系统架空线路上，零序电流一般用零序电流滤过器获得。当架空线路发生接地故障时，零序电流滤过器将输出，电力系统中获取零序电压的方法一般有以下几

20、种：将三个单相电压互感器的副方绕组接成开口三角形绕组来获取，将三相五柱式电压互感器的二次绕组接成开口三角形绕组来获取，将电源中性点的电压互感器或消弧线圈接地，再在副方绕组中获取零序电压，利用加法器来获得零序电压。此外，利用对称分量滤过器也可以得到保护中常用到的各种序分量，包括零序电流、零序电压分量零序电流保护一般是三段式，段1）躲开下级线路出口最大零序电流整定Iset1=Krel*3I0.max 2)躲开断路器合闸时出现的最大零序电流整定 Iset1=Krel*3I0.unb 3)躲开非全相运行又发生系统振荡 与下一线路段配合 躲过最大负荷电流整定作为一种主要的接地短路保护。零序过流保护不反应

21、三相和两相短路，在正常运行那个和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。相对而言零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小的多，且方向零序保护没有电压死区，也不受系统振荡 短时过负荷影响。但是零序电流保护受系统运行方式和接地点变化的影响而不动作，而接地距离保护需要测两个量又不会受到影响，所以零序电流保护的保护效果不能满足电力系统要求时，则应装设接地距离保护。接地距离保护因其保护范围比较固定，对本线路和相邻线路的保护效果都会有所改。第四章 系统振荡和过渡电阻对距离保护1的影响4.1系统振荡对距离保护1的影响4.1.1 系统振荡时电流，电压的变化规律如图4-1-1所示设系统两侧电动势

22、Ea和Eb的幅值相等，相角差为p,由图可知电源之间的阻抗Zx=Za+Zab+Zb.i=(Ea-Eb)/Zx= Ea*(1-E-jp)/Zx Ua=Ea- i*Za Ub= Eb- i*Zb. 4.1.2系统振荡时，测量阻抗的变化规律安装在a点处的测量元件的测量阻抗为ZcZc= Ua/i=(Zx-Za)/ (1-E-jp)=(0.5*Zx-Za)-j0.5Zxctg（p/2）.如图4-1-2所示1、 相间距离保护1段：由于Zset1Zc并且t1Zc 并且 t2tc所以相间距离保护3段不动作4.1.3系统振荡时对测量元件特性的影响 如图4-1-3所示 假设a点有距离保护，其测量元件采用方向圆特性的

23、阻抗元件，距离1段保护全长的80%，a点测量阻抗进入动作范围之内，其时间段大约在0.1-1.2s.4.1.4 结论由4.1.2，.4.1.1和4.1.3结合设计要求可知系统振荡,距离保护1，2，3段保护动作如下项目整定值时间系统振荡时，是否会误动距离保护1段11.20s不会误动距离保护2段35.10.5s会误动距离保护3段107.23 2.5s不会误动4.2过渡电阻对距离保护1的影响 4.2.1 过渡电阻的特性4.2.2 单侧电源线路上过渡电阻对距离保护1的影响如图4-2-2（A）和（B）所示可知 测量阻抗Zc=Zd+Racd.由于测量阻抗的变大，阻抗角变小，导致保护范围变小。当测量阻抗值大于

24、距离保护1段时，如果测量阻抗值小于距离保护2段时，此时保护2段动作，保护1段不动作。从而失去了选择性。（本此设计不考虑双侧电源的影响）4.2.3由4.2.1和4.2.2结合设计要求可知存在过渡电阻Racd,距离保护过渡电阻1，2，3段保护动作如下1、 相间距离保护I段：由于Zset1Zc所以相间距离保护2段动作3、 相间距离保护3段：由于Zset3Zc所以相间距离保护3段动作项目整定值存在过渡电阻Racd时，是否会动作距离保护1段11.2不动作距离保护1段35.1动作距离保护1段107.23 动作4.3克服系统振荡和存在过渡电阻对距离保护1的影响的措施。 4.3.1克服系统振荡对距离保护1的影

25、响的措施。 4.3.1.1 利用电流的负序，零序分量，突变量实现振荡闭锁。 4.3.1.2 利用测量阻抗变化率不同构成振荡闭锁。4.3.1.3 利用动作的延时实现振荡闭锁。4.3.1存在过渡电阻对距离保护1的影响的措施。4.3.1.1采用能容许较大的过渡电阻而不拒动的测量元件动作特性。 第五章三段式距离保护的二次接线图和原理框图第六章总结一课题设计总表整定值整定时间灵敏度校验是否满足保护1距离段11.20 s0 . 8是 保护1距离段35.10 . 5s2.51是保护1距离段107.232.5s7.66、1.4、0.6线路是，变压器否.保护1距离段保护1距离段保护1距离段 三个人总结 参考文献电力系统继电保护/张保会，尹项根主编。-2版.-北京：中国电力出版社，2010电力工程电气设计手册（电气二次部分）卓乐友主编. 水利电力出版社，1991工业与民用配电设计手册 徐永根主编.中国电力出版社，1994