110kV电网距离保护课程设计.doc

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1、 电力系统继电保护原理 课程设计设 计 题 目 110kV电网距离保护设计 指 导 教 师 院（系、部） 电气与控制工程学院 专 业 班 级 学 号 姓 名 日 期 2014年1月11日 课程设计成绩评定表学期2013/2014第一学期姓名专业电气工程及其自动化班级课程名称 电力系统继电保护原理设计题目110kV电网距离保护设计 成绩 评分项目优良中及格不及格设计表现1.设计态度非常认真认真较认真一般不认真2.设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反3.独立工作能力强较强能独立设计完成基本独立设计完成不能独立设计完成4.上交设计时间提早或按时按时迟交半天迟交一天迟交一天以上设计说明书5.设

2、计内容设计思路清晰，结构方案良好，设计参数选择正确，条理清楚，内容完整，结果正确设计思路清晰，结构方案合理，设计参数选择正确，条理清楚，内容较完整，极少量错误设计思路较清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有少量错误设计思路基本清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有些错误设计思路不清晰，结构方案不合理，关键设计参数选择有错误，调理清楚，内容不完整，有明显错误6.设计书写、字体、排版规范、整洁、有条理，排版很好较规范、整洁、有条理，个别排版有问题基本规范、整洁、有条理，个别排版有问题基本规范、整洁、有条理，排版有问题较多不规范、不

3、整洁、无条理，排版有问题很大7.封面、目录、参考文献完整较完整基本完整缺项较多不完整图纸8.绘图效果很出色较出色一般较差很差9.布局合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱10.绘图工程标准符合标准较符合标准基本符合标准个别不符合标准完全不符合标准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级；如优秀评定，设计内容要符合5，其余九项要有4项符合才能评定为优，否则评定为良好，以此类推。最终成绩： 评定教师签字：电力系统继电保护原理课 程 设 计 任 务 书一、设计题目1

4、10kV电网距离保护设计二、设计任务根据所提供的110kV系统接线图及原始参数（详见附1），完成以下设计任务：1. 分析线路上的各个保护运行方式；2. 距离保护（包括相间距离保护和接地距离保护）的配置和整定；3. 分析系统振荡闭锁情况。三、设计计划本课程设计时间为一周，具体安排如下：第1天：查阅相关材料，熟悉设计任务第2天：分析各保护的运行方式第3天：配置相间距离保护第4天：配置接地距离保护第5天：分析系统振荡闭锁情况第6天：整理设计说明书第7天：答辩四、设计要求1. 按照设计计划按时完成2. 设计成果包括：设计说明书（模板及格式要求详见附2和附3）一份3. 不参加答辩者，视为自愿放弃成绩 指

5、 导 教师： 教研室主任： 时间：2014年 1月9日一、原始数据 (学号15)系统接线图如图所示，发电机以发电机变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数如下：电动势：Ej = 115/kV，发电机：(学号15)X1.G1 = X2.G1 = X1.G2 = X2.G2 = 5 + (15 - 5)/15 W=17/3W，X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 8 + (10 - 8)/15 W=122/15W，X1.T1 X1.T4 = 5 + (10 - 5)/15 W=16/3W，X

6、0.T1 X0.T4 = 15 + (30 - 15)/15 W=16W，X1.T5 = X1.T6 = 15 + (20 - 15)/15 W=46/3W，X0.T5 = X0.T6 = 20 + (40 - 20)/15 W=64/3W，线路： LAB = 60km，LBC = 40km，线路阻抗：z1 = z2 = 0.4W/km，z0 = 1.2W/km，=60km0.4W/km=24W，=40km0.4W/km=16W,=60km1.2W/km=72W，=40km1.2W/km=48W,IAB.L.max = ICB.L.max = 300A，Kss = 1.2，Kre = 1.2，

7、距离保护：KIrel = 0.85，KIIrel = 0.75负荷功率因数角为30，线路阻抗角均为75，变压器均装有快速差动保护。 图 110kV电网系统接线图摘 要随着电力系统的飞速发展，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段：继电保护的萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。电力系统的运行中最常见也是最危险的故障是发生各种形式的各种短路。在电力系统中要求采取各种措施消除或减少发生事故的可能性，一旦发生故障，必须迅速而有选择性的切除故障，且切除故障的时间常常要求在很短的时间内（十分之几或百分之几秒）。实践证明只有在每个元件上装设保护装置

8、才有可能完成这个要求，而这种装置在目前使用的大多数是由单个继电器或继电器及其附属设备的组合构成的，因此称为继电保护装置，它能够反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发生告警信号。继电保护的任务就是在系统运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等），能够自动、迅速、有选择性且可靠的发出跳闸命令将故障切除或发出各种相应信号，从而减少故障和不正常现象所造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统安全稳定的运行。关键词：继电保护；距离保护目 录1 前言.12运行方式分析.2

9、2.1 保护1的最大和最小运行方式.22.2 保护2的最大和最小运行方式.32.3 保护3的最大和最小运行方式.42.4保护4的最大和最小运行方式.53距离保护的配置和整定.63.1保护1的配置和整定.73.2保护2的配置和整定.103.3保护3的配置和整定.123.4保护4的配置和整定.14 4振荡闭锁分析.174.1保护1的振荡闭锁分析.184.2保护2的振荡闭锁分析.184.3保护3的振荡闭锁分析.184.4保护4的振荡闭锁分析.185 结论.206心得体会.217参考文献.221 前言随着自动化技术的发展，电力系统的正常运行、故障期间以及故障后的恢复过程中，许多控制操作日趋高度自动化。

10、电力系统继电保护一次泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术，也包括由获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置的断路器跳闸线圈的一般套具体设备，如果需要利用通信手段传送信息，还包括通信设备。电力系统继电保护的基本任务是自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。此时一般不要求迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短的运行波动造成不必要的动作和干扰引

11、起的误动。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。这次课程设计以最常见的110KV电网线路保护设计为例进行分析设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了距离保护和振荡闭锁的分析，继电保护中距离保护、最大和最小运行方式的具体计算。2 运行方式分

12、析2.1 保护1最大运行方式和最小运行方式的分析图2.1-1 保护1的最大运行方式（1）保护1的最大运行方式分析保护1的最大运行方式就是指流过保护1的电流最大即G1、G2两个发电机共同运行，而变压器T1、T2都同时运行的运行方式，则=5.50() 式中为保护安装处到系统等效电源之间的最小阻抗。=2.25(kA)式中为流过保护1的最大短路电流（2）保护1的最小运行方式分析。保护1的最小运行方式就是指流过保护1的电流最小即是在G1和G2只有一个工作，变压器T1、T2中有一个工作时的运行方式，则=11()式中为保护安装处到系统等效电源之间的最大阻抗。=1.64(kA)式中为流过保护1的最小短路电流。

13、2.2 保护2最大运行方式和最小运行方式的分析图2.2-1 保护2的最大运行方式（1） 保护2的最大运行方式分析。保护2最大运行方式就是指流过保护2的电流最大即两个发电机共同运行，则 =6.73() =1.42(kA)式中为流过保护2的最大短路电流。（2）保护2的最小运行方式分析。保护2的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小即是在G3和G4只有一个工作时运行方式，则=13.46() =1.08(kA)式中为流过保护2的最小短路电流。2.3 保护3最大运行方式和最小运行方式的分析图2.3-1 保护3的最大运行方式（1）保护3的最大运行方式分析保护3的最大运行方式就是指流过保护3的电流最大即两个

14、发电机共同运行，则=5.50()=1.46(kA)式中为流过保护3的最大短路电流。（2） 保护3的最小运行方式分析。保护3的最小运行方式就是指流过保护3的电流最小即是在G1和G2只有一个工作时的运行方式，则=11()=1.13(kA)式中为流过保护3的最小短路电流。2.4 保护4最大运行方式和最小运行方式的分析图2.4-1 保护4的最大运行方式（1）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都同时运行的运行方式，则=6.73()=2.92(kA)式中为流过保护3的最大短路电流。（2）保护4的最小运行方式分析。保护4的最小运行

15、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中有一个工作时的运行方式，则=13.46()=1.95(kA)式中为流过保护4的最小短路电流。3 距离保护的配置和整定距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该值反映故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作保护。距离保护一般有启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几个部分构成。3.1 保护1的配置和整定图3.1 保护1距离保护的定性分析图3.1.1 保护1距离保护第I段整定（1）保护1的I段的整定阻抗为式中为保护1距离的I段的整定阻抗；为被保护线路的长度

16、；为被保护线路单位长度的正序阻抗；为可靠系数。（2）动作时间 第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。3.1.2 保护1距离保护第段整定（1）整定阻抗：按下面两个条件选择。当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，式中为保护3距离I段的整定阻抗；为被保护线路的长度。式中为保护1距离II段的整定阻抗；为可靠系数。于是得 当与相邻变压器的快速保护相配合时，选取最小的 （2）灵敏度校验 不满足要求那么取保护3的II段即则 代入满足要求。（3）动作时限3.1.3 保护1距离保护第段整定（1）整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有 式中最小负荷阻抗为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负

17、荷电流。 式中为保护1距离III段的整定阻抗；为可靠系数。（2）灵敏度校验 本线路末端短路时灵敏系数：满足灵敏度要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数：满足要求。（3）动作时限 3.2 保护2距离保护的整定与校验图3.2-1 保护2距离保护的定性分析图3.2.1 保护2距离保护第I段整定（1）保护2的I段的整定阻抗为 式中为保护2距离的I段的整定阻抗。（2）动作时限第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。3.2.2保护2距离保护第段整定（1）保护2的III段的整定阻抗为整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有式中最小负荷阻抗为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。（2）灵

18、敏度校验 本线路末端短路时灵敏系数：满足要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数：满足要求。（3）动作时限3.3 保护3距离保护的整定与校验图3.3-1 保护3距离保护的定性分析图3.3.1 保护3距离保护第I段整定（1）保护3的I段的整定阻抗为 式中为保护3距离I段的整定阻抗；为被保护线路的长度。（2）动作时间 第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。3.3.2保护3距离保护第段整定（1）保护2的III段的整定阻抗为整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有式中最小负荷阻抗为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。（2）灵敏度校验 本线路末端短路时灵敏系数： 满足要求。相邻变

19、压器末端短路时灵敏系数：满足要求。（3）动作时限3.4 保护4距离保护的整定与校验图3.4-1 保护4距离保护的定性分析图3.4.1 保护4距离保护第段整定（1）保护4的I段的整定阻抗为 式中为保护4距离I段的整定阻抗。（2）动作时间 第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。 3.4.2 保护4距离保护第段整定（1）整定阻抗：按下面两个条件选择。当与相邻下级线路距离保护I段配合时，式中为保护2距离I段的整定阻抗；于是得 当与相邻变压器的快速保护相配合时，（2） 选取最小的 （3）灵敏度校验满足灵敏度要求。（4）动作时限与相邻保护2的I段配合，它能同时满足与相邻线路保护以及相邻变压器保护配合

20、的要求。3.4.3 保护4距离保护第段整定（1）整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有式中为保护4距离III段的整定阻抗。（2）灵敏度校验 本线路末端短路时灵敏系数为满足灵敏度要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数。满足要求。（3）动作时限与相邻设备保护配合有它能同时满足与相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。4 振荡闭锁分析并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期胜变化的现象，称为电力系统振荡。电力系统振荡时，系统两侧等效电动势间的夹角占可能在0度到360度范围内作周期胜变化，从而使系统中各点的电压、线路电流、功率大小和方向以及距离保护的测量阻抗也都呈现周期性变化。这样，在

21、电力系统出现严重的失步振荡时，功角在0360之间变化，以上述这些量为测量对象的各种保护的测量元件，就有可能因系统振荡而误动作。电力系统的失步振荡属于严重的不正常运行状态，而不是故障状态，大多数情况下能够通过自动装置的调节自行恢复同步，或者在预定的地点由专门的振荡解列装置动作解开已经失步的系统。如果在振荡过程中继电保护装置无计划地动作，切除了重要的联络线，或断开了电源和负荷，不仅不利于振荡的白动恢复，而且还有可能使事故扩大，造成更为严重后果。所以在系统振荡时，要采取必要的措施，防止保护因测量元件动作而误动。这种用来防止系统振荡时保护误动的措施，就称为振荡闭锁。振荡中心近似位于=27.125处两侧

22、电源电压幅值相等，则系统振荡时测量阻抗的变化轨迹为一条直线图4-1 测量阻抗的变化轨迹4.1保护1的振荡闭锁分析（1）保护1的段保护=20.4，振荡中心处于其范围内，故其测量阻抗会受振荡影响，可能会引起误动，由于段保护为速断保护，需要加振荡闭锁，防止其误动。振荡闭锁措施可以采用电流的负序、零序分量或突变量来实现振荡闭锁。在系统没有故障时，距离保护一直处于闭锁状态，因为系统振荡时，系统处于三相对称状态，不会有零序分量或负序分量，不会误动作。（2）保护1的段保护范围也包含振荡中心，也会受影响，须加振荡闭锁。可以采用测量阻抗变化率不同构成振荡闭锁，在系统振荡时，阻抗由线路阻抗缓慢变化到振荡中心到保护

23、安装处的线路阻抗，变化率低，而短路时，阻抗发生突变，阻抗变化率高，可以采用一个高整定值阻抗元件和一个低阻抗元件，当阻抗从高变到低的时间很短就开放保护，反之闭锁保护。（3） 保护1的段保护范围仍然包含振荡中心，但其有1s的延时，而测量阻抗落入其动作区的时间很短，所以它不会误动作。4.2 保护2的振荡闭锁分析保护2只装有段距离保护，它保护范围为线路A-B的一部分，包含了振荡中心，需要设置与保护1的段相同的振荡闭锁，以防止其误动作。4.3 保护3的振荡闭锁分析保护3只配置了段距离保护，但其保护范围为BC线路的一部分，不包含振荡中心，无须设置振荡闭锁，但由于不同的系统运行方式，振荡中心有可能转移到BC

24、段，故最好加上振荡闭锁环节，可以增强其通用性4.4 保护4的振荡闭锁分析（1）保护4的1段保护的保护范围为B-C，不包含振荡中心，不用设置振荡闭锁环节，但为保持通用性，可以自带振荡闭锁（2）保护4的段保护包含B-C全部和A-B的一部分，可能会包含振荡中心，距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该值反映故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作保护。距离保护一般有启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几个部分构成。 （3）保护4的段保护虽然包含振荡中心，但是其动作时限为1s比较长，而测量阻抗落入其动作范围的时间短，不会引起误动作，

25、故不需要设置振荡闭锁。5 结论本次课程设计的任务是设计输电线路的距离保护，线路的电流电压保护构成简单，可靠性好，用于中、低压电网一般能满足对保护性能的要求。但是由于其灵敏度受系统运行方式的影响，有时保护范围很小，再者，该保护的整定计算比较麻烦，这使得其在35KV及以上的复杂网络中很难适用，为此本文研究了性能更好的保护原理和方案：距离保护。文中对保护1的各段保护整定值进行了计算与灵敏度校验，并针对系统可能出现的振荡和短路过渡电阻的影响进行了分析，然后对保护1的各段动作过程进行了理论推断。在保护1的各段整定值和灵敏度计算完成后，还对各段保护的动作时间进行了精确计算，这是很重要的一个环节，因为各段保

26、护的动作选择性主要由这两个数据来进行判断。然后对设计提出的系统震荡和短路过渡电阻对系统的影响进行相应的计算分析，并确定距离保护的范围，并分析系统在最小运行方式下振荡时，保护1的各段距离保护的动作情况。6 心得体会通过一周的继电保护课程设计，虽然时间不长，但期间有许多事情让我难忘，我从中学到了很多宝贵的经验和知识。对距离保护设计的过程有了一个很大程度了解，为以后的工作打下了一个坚实的基础。在实际操作中我们应该学会如何和同学一起合作，以提高工作效率。合作之间其实并不是单纯的操作，相互呼应，还可以提高我们的实际解决问题的能力。通过这次设计，我深刻的认识到了，理论知识和实践相结合是教学环节中相当重要的

27、一个环节，只有这样才能提高自己的实际操作能力，并且从中培养自己的独立思考、勇于克服困难、团队协作的精神。从而，为自己以后学习和工作打下基研。只有自己亲手做了，才会明白其实很多事是很简单的，只要你敢做，就没有你做不到的事。谁都有第一次，谁都会认为第一次是最难的。通过这次课程设计，我对距离保护设计整定计算过程有了一个大致的了解，对设计的思路、基本方法、步骤有了深刻的认识。尽管在这次设计中遇到了很多困难，但老师指导给了我们很大的帮助，自己对距离保护设计有了大概的了解，也是学习继电保护原理理论知识的一次实际应用，把我们的理论和实际联系了起来，在这次的设计过程中，我们组先根据派发的任务收集，调查有关的资料书籍，然后进入起草方案阶段，其间与同组同学进行方案的讨论，修改。有不懂的地方向老师请教，大家都有很大的收获时间过得真快，为期一周半的继电保护课程设计就已经结束。在这段时间里，我学到了很多以前学不到的东西，也认识到了自己很多的不足感觉收益非浅。在此衷心再次感谢葛老师的悉心教导和各位同学的帮助！参 考 文 献1 张保会 尹项根.电力系统继电保护.第二版.北京：中国电力出版社，2009.122 陈珩.电力系统稳态分析.第三版.北京：中国电力出版社，20073 李光琦.电力系统暂态分析.第三版.北京：中国电力出版社，2007