继电保护课程设计

新疆大学

认识实习（实训）报告

实习（实训）名称： 继电保护课程设计 学 院： 电气工程学院 专 业、 班 级： 风能 12-1 指 导 教 师： ***老师 报 告 人： *** 学 号： ************* 时 间： 2015年12月28日

课程设计任务

课程设计（论文）题目 系统接线图如图： 系统接线图 B A 1 30km 2 3 38km 输电线路距离保护设计 E 5 6 8 tOP80.5sC 4 D 62km tOP71s7 课程设计（论文）任务 课程设计的内容及技术参数参见下表 设计技术参数 线路每公里阻抗为Z1=0.4/km,线路阻抗角为φL=75°,AB、BC线路最大负荷电流为410A,负荷功率因数为 工作量 1．计算保护1距离保护第Ⅰ段的整定值和灵敏度。 2. 计算保护1距离保护第Ⅱ段的整定值和灵敏度。 3. 计算保护1距离保护第Ⅲ段的整IcosφL=0.9,Krel0.8, 定值和灵敏度。 4．分析系统在最小运行方式下振荡电源电势为Krel0.8Krel0.35。时，保护1各段距离保护的动作情况。 E=115kV, ZsAmax=11Ω, 5．当距保护1出口20km处发生带过ZsAmin=8Ω,ZsBmax=30渡电阻Rarc=12Ω的相间短路时，保Ω,ZsBmin=15Ω。归算至115kV的护1的三段式距离保护将作何反应各变压器阻抗为84.2Ω,容量ST（设B母线上电源开路）？ 为15MV.A。其余参数如图所示。 6．绘制三段式距离保护的原理框图。并分析动作过程。 7. 采用MATLAB建立系统模型进行仿真分析。

输电线路距离保护设计

前言

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）。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。

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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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Ⅰ段是瞬时动作的，它的保护范围为本线路全长的80～85%;第Ⅱ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Ⅰ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Ⅲ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。

目录部分

1. 保护1距离保护第Ⅰ段的整定值

2. 保护1距离保护第Ⅱ段的整定值和灵敏度

3. 保护1距离保护第Ⅲ段的整定值和灵敏度

4. 振荡对保护一动作的影响

5. 带过渡电阻时保护一动作情况

6. 三段式距离保护的原理框图及其动作过程。

1. 保护1距离保护第Ⅰ段的整定值

距离I段按躲开下一条线路出口处短路的原则整定

I 其中：Krel0.8 IIZop.1KresZAB计算相间距离保护第Ⅰ段动作阻抗

II Zop.1KresZAB0.80.4309.6断路器1、3、4QF处距离保护第Ⅰ段的动作时间和灵敏度分别为：

ⅠⅠtⅠop1top3top40

ⅠⅠKⅠKKsen1sen3sen480%

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. 保护1距离保护第Ⅱ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Ⅰ段配合。

IIIII动作阻抗为： Zop.1KrelZABKrelKb.minZop.2 Kb.min：最小分支系数 Krel0.8

ZZABZsBmin111215助增分支： KbsAmax2.53ZsBmin15汲出系数为：1 总的分支系数为： Kbm.inKb助Kb汲2.5312.53IIIII整定阻抗为： Zop　0.82.5315.240.36.1KrelZABKrelKb.minZop.20.812IIZop.1IIKsen灵敏度校验： 要求：≥1.3～1.5 ZABIIZ40.36op.1II 满足要求 Ksen3.36ZAB12（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。

IIII动作阻抗为： ZopKKb.min：最小分支系数 .1relZABKrelKb.minZBIIII整定阻抗为： Zop　0.82.5342.194.81.1KrelZABKrelKb.minZB0.812IIZop灵敏度校验： 要求：≥1.3～1.5 .1IIKsenZABIIZop94.81 满足要求 .1IIKsen7.90ZAB12相间距离II段整定值取上述两项中较小值。

IIIII整定阻抗为： Zop　0.82.5315.240.36.1KrelZABKrelKb.minZop.20.812整定时间为：t=0.5S

3. 保护1距离保护第Ⅲ段的整定值和灵敏度

3.1按躲过最小负荷阻抗整定

0.9Ue.xZfh.minIII动作阻抗为： ZZset.1Ⅲfh.min3Ifh.maxKrelKreKss0.9Ue.x0.9115

Zfh.min170　.73Ifh.max0.353整定阻抗为： Zfh.min170.73IIIZset.1Ⅲ78.88KrelKreKss1.21.51.23.2灵敏度校验

IIIZop78.88.1近后备时：K 6.571.3满足要求

ZAB12IIIZop.1III远后备时： KsenZABKb.maxZBCIIIsenIIIZ78.88op.1作为线路BC远后备时： 满足IIIKsen2.91.2ZABKb.maxZBC12115.2要求。

IIIZ78.88op.1III作为变压器远后备时： 满足Ksen1.461.2ZABKb.maxZB12142.1要求。

tt OP1OP73△t11.52.5S动作时间：

4. 振荡对保护一动作的影响

系统振荡时，系统中各发电机电势间的相角差随时间作周期性变化，从而使系统中各点电压，线路电流以及距离保护的测量阻抗也将发生周期性变化，可能导致距离保护的误动作。但通常系统振荡若干周期后，多数情况下能自行恢复同步，若此时保护误动，势必造成不良后果，因而使不允许的。 （1）对系统振荡电压，电流的变化规律几点假设：

①.全相振荡时，系统三相对称，故可只取一相分析；

②.两侧电源电势EM和EN电势相等，相角差为(0360)； ③.系统中各元件阻抗角均相等，以d表示；

④．不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路。

..

电流：I.EMENEM(1e)2EMsin

ZMZLZNZZ2...j.

振荡电流的有效值随变化（包络线）

电压：UMEMIZM

UNENIZN

......

系统中总有一点的电压为最低，其值为由0向EMEN相量所做的垂线的

..长度，该点则称为振荡中心，以z表示。

当EMEN 且系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵

Z处）。 2...向阻抗的中点（即

当180时，UZ0，I最大，相当于在线路z点发生三相短路。 振荡周期：电压的一个最大值到下一个最大值所经历的时间，一般发生在0.25~2.5s的范围内。

（2）系统振荡时测量阻抗时测量阻抗的变化规律。 M侧：ZJ.mUMI..EMIZMI21jctg...

EMI..ZMZM j1eZ因为1ej2所以ZJ.mZZ(1jctg)ZM(ZM)jctg

22222Z

0,ctg2,ZJ(ZZZM)j. 22ZZM 2180,ctg20,ZJ360,ctg2,ZJ(ZZZM)j. 22可见，当变化，ZJ幅值变化，阻抗角亦变化。

系统振荡时时距离保护的影响：

当测量阻抗进入特性圆内，阻抗继电器就要误动。全阻抗继电器误动的相角

41，方向阻抗继电器误动的相角32。

t141360.T t232360.T

因为T＝0.25～2.5之间，所以tbh1.5S就可躲振荡的影响。

（3）当EMEN 且系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵

Z处）。 2..向阻抗的中点（即

则ZJZ18.1 25. 带过渡电阻时保护一动作情况

过渡电阻的性质：

d(3),d(2) ————电弧电阻

d(1,1),d(1) ————电弧电阻，杆塔电阻，大地电阻

ZJUJIJ..IdRgIdZdId.'..'ZdIdId.'.RgZdZf

.'.Idj其中Zf为附加阻抗，Zf'Rge ，α为Id超前Id的角度。

Id.\"讨论：①.Id0,单侧电源网络

IdId,ZfRg 纯电阻性，ZJ 增大。 ②. Id0. 双侧电源网络

受电侧α>0, Zf电阻电感性，Zf电抗部分增大。 送电侧α<0, Zf电阻电容性，Zf电抗部分减小。

依设计要求，当距保护1出口20km处发生带过渡电阻Rarc=12Ω的相间短路时，观察保护1的三段式距离保护将作出的反应（设B母线上电源开路）。

则可将系统视作单侧电源网络

.\".'.ZJZdZf8.81220.8 1、相间距离保护I段：

I由于ZJ20.8Zop.1

所以相间距离保护I段不动作。 2、相间距离保护II段：

II由于ZJ20.8Zop.1

所以相间距离保护II段动作。 3、相间距离保护II段：

III由于ZJ20.8Zop.1

所以相间距离保护III段动作。

6. 三段式距离保护的原理框图及其动作过程。

6.1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如下：

1、相间距离保护I段：

I由于ZJ18.1Zop.1，所以相间距离保护I段不动作。

2、相间距离保护II段：

II由于ZJ18.1Zop .1 ，t=0.5S<1.5S，所以相间距离保护II段动作。

3、相间距离保护II段：

III由于ZJ18.1Zop.1 ，t=2.5S>1.5S，所以相间距离保护III段不动

作。

6.2三段式距离保护的原理框图如图3.1。

三段式距离保护的原理框图

课程设计总结篇

这次设计的主要目标是针对系统的接线图和提出的相应问题，计算出保护1距离保护Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段的整定值和灵敏度，在计算灵敏度的同时要注意的问题就是每个保护的动作时间要计算准确，这对后续的计算至关重要。灵敏度的计算同时也是很重要的一环，这能影响到计算所得的灵敏度是否满足系统的要求。上述工作完成后接下来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。在计算中由于对概念和动作过程了解的不够详细，计算灵敏度的时候也出现了错误，导致后续的分析出了很大的问题。时候及时的修正路数据，才避免了后。面的计算错误。计算出来的数据一定要留出一定的裕量，方便实际中的断路器和其他元件电气参数的合理选取

参考文献

[1] 张保会等 编著 《电力系统继电保护》 中国电力出版社，2005.5