继电保护课程设计报告--距离保护.pdf

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1、 继电保护课程设计报告-距离保护 继电保护原理课程设计报告 评语：考 勤（10）守 纪（10）设计过程（40）设计报告（30）小组答辩（10）总成绩（100）专 业：班 级：姓 名：学 号：指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院 201 年 月 日继电保护原理课程设计报告 1 1 设计原始资料 1.1 具体题目 如下图所示网络，系统参数为：E=115/3kV，XG1=15、XG2=10、XG3=10,L1=L2=60km、L3=40km，LB-C=50km，LC-D=30km，LD-E=20km，线路阻抗 0.4/km，relrelIrelKKK=0.85，IB-C.max=300A、IC

2、-D.max=200A、ID-E.max=150A，KSS=1.5、Kre=1.2。G1G2G39845123ABCDEL1L3图 1 线路网络图 试对线路 L1、L2、L3 进行距离保护的设计（说明：可让不同的学生做 1、2、3、4、5、6、8、9 处一至二处保护设计）。1.2 要完成的内容 对保护 3 和保护 5 进行距离保护设计。其中包括距离保护段、段和段的整定计算，及设备选型。2 设计分析 2.1 设计步骤 其中包括四个步，第一步：保护 3 和保护 5 的段的整定计算及 灵敏度校验；第二步：保护 3 和保护 5 的段的整定计算及灵敏度的校验；第三部：保护 3 和保护 5 的段的整定计算

3、及灵敏度的校验；第四步：继电保护设备的选择和原理的分析。继电保护原理课程设计报告 2 2.2 本设计的保护配置 距离保护在作用上分为主保护和后备保护，主保护用于对线路进行保护主要作用的装置当线路故障时，主保护首先动作。当主保护由于故障拒动时就需要后备保护对线路起保护作用，后备保护用于对线路起后备保障作用。线路主保护有距离保护的段和段保护，线路的后备是距离保护段保护。后备保护又分为近后备保护和远后备保护。2.2.1 主保护配置 距离保护的主保护是距离保护段和距离保护段。(1)距离保护段保护 距离保护的第段是瞬时动作的，它只反映本线路的故障，下级线路出口发生故障时，应可靠不动作。以保护 3 为例，

4、其启动阻抗的整定值必须躲开本线路末端短路的测量阻抗来整定。同时，在考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差后，需要引入可靠系数IrelK（一般取 0.80.85）以满足要求。如此整定后，距离段就只能保护本线路全长的 8085，无法保证保护线路全长，这是一个缺点。为了切除本线路末端 1520范围以内的故障，就需设置距离保护第段。(2)距离保护的段保护 距离段整定值的选择应使其不超出相邻下级保护段的保护范围，同时带有高出一个t 的时限，以保证选择性。考虑到可能引起误差，需引入可靠系数IIrelK。距离段与段配合工作构成本线路的主保护。2.2.2 后备保护配置 距离保护的后备保护是距离保护的段保护，

5、其可作为近后备保护也可作为远后备保护。距离保护的段保护当作为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作时的后备保护时，即为远后备保护；当作为本线路、段的后备保护时，即为近后备保护。其作用是保证线路保护的完整性，防止出现线路全长没有保护到的现象。3 等效电路的建立及阻抗的计算 3.1 等效电路的建立 3.1.1 保护 3 等效电路建立 保护 3 等效电路建立及短路点选取如图 2 所示。继电保护原理课程设计报告 3 BCDE321G 图 2 保护 3 等效电路 3.1.2 保护 5 等效电路建立及阻抗计算(1)保护 5 与保护 3 配合时等效电路建立如图 3 所示。BCDE3215489G3G 图 3 保护

6、 5 与保护 3 配合时等效电路 (2)保护 5 与保护 8 配合时等效电路建立如图 4 所示。B8945G3G 图 4 保护 5 与保护 8 配合时等效电路 3.2 基本阻抗的计算 阻抗计算公式为：Z=Lz1 (1)其中：L为线路长度（km）；z1为线路单位长度上的阻抗(/km)。将线路 L1的参数带入(1)，算得线路 L1的阻抗值为：ZL1=600.4=24()将线路 L3的参数带入(1)，算得线路 L3的阻抗值为：ZL3=400.4=16()继电保护原理课程设计报告 4 将线路 B-C 的参数带入(1)，算得线路 B-C 的阻抗值为：ZB-C=500.4=20()将线路 C-D 的参数带

7、入(1)，算得线路 C-D 的阻抗值为：ZC-D=300.4=12()将线路 D-E 的参数带入(1)，算得线路 D-E 的阻抗值为：ZD-E=200.4=8()4 保护的配合及整定计算 4.1 主保护的整定计算 4.1.1 段的整定计算(1)段保护的阻抗整定公式为：IIsetrelLZKZ (2)式中 IsetZ距离段保护的整定阻抗()；IrelK距离段保护的可靠系数；LZ被保护线路的正序阻抗()。将保护 3 的参数得带入(2)得：I.3setZ=0.8520=17.0()将保护 5 的参数得带入(2)得：I.5setZ=0.8516=13.6()将保护 1 的参数得带入(2)得：I.1se

8、tZ=0.858=6.8()将保护 2 的参数得带入(2)得：I.2setZ=0.8512=10.2()将保护 8 的参数得带入(2)得：I.8setZ=0.8524=20.4()(2)段保护的时间整定 保护 3 的段保护动作时间为：I3t=0(s)。保护 5 的段保护动作时间为：I5t=0(s)。保护 2 的段保护动作时间为：I2t=0(s)。继电保护原理课程设计报告 5 保护 8 的段保护动作时间为：I8t=0(s)。4.1.2 段的整定计算(1)段保护的阻抗整定公式为：IIset.1Z=IIrelK（ZL+.minKbIset.2Z）(3)式中 IIsetZ距离段保护的整定阻抗()；II

9、relK距离段保护的可靠系数；ZL保护安装段的线路正序阻抗()；.minKb最小分支系数；Iset.2Z相邻下级保护的段保护阻抗整定值。1)将保护 3 与保护 2 的参数得带入(3)得：IIset.3Z=0.85(20+10.2)=25.67()2)保护 5 的段保护分为两种情况。保护 5 与保护 3 配合时的段保护等效图如图 3 所示。Kb=35II=12123121(/)+(/)GGLGLGGLXXZXZXXZ=624 16 10624=1.867 将保护 5 与保护 3 的相应参数带入(3)得：IIset.5Z=0.85(16+1.86717.0)=40.59()保护 5 与保护 8 配

10、合时的段保护等效如图 4 所示。将保护 5 与保护 8 的相应参数带入(3)得：IIset.5Z=0.85(16+20.4)=30.94()取以上两个计算值中较小者为保护 5 的段整定值，即取IIset.5Z=30.94()。3)保护 2 与保护 1 的参数带入(3)得：IIset.2Z=0.85(12+6.8)=15.98()(2)段保护的时间整定 保护 3 的段保护的动作时间为：II3t=I2t+t=0.5(s)。保护 5 的段保护的动作时间为：I5t=I3t+t=0.5(s)或I5t=I8t+t=0.5(s)取其中较长者，即I5t=0.5(s)。(3)段保护的灵敏度校验 继电保护原理课程

11、设计报告 6 段保护的灵敏度校验依据为：Ksen=IIsetZLZ1.25 (4)式中 Ksen灵敏系数；IIsetZ距离段的整定阻抗；ZL被保护线路阻抗。将保护 3 的相应参数带入(4)得：Ksen.3=25.6720=1.281.25 将保护 3 的相应参数带入(4)得：Ksen.5=30.9416=1.9341.25 所以保护 3 和保护 5 的段保护整定值均满足要求。4.2 后备保护的整定计算 4.2.1 整定动作值(1)按与相邻下级线路距离保护段配合时，段的整定阻抗为：IIIset.1Z=IIIrelK（ZL+.minbKIIset.2Z）.(5)式中 IIIrelK保护段的可靠系数

12、；ZL阻抗测量元件返回系数；.minbK最小分支系数；IIset.2Z相邻下级保护的段保护阻抗整定值。1)将保护 3 和保护 1 的对应参数带入(5)得：IIIset.3Z=0.85(20+15.98)=30.58()2)将保护 5 和保护 3 的对应参数带入(5)得：IIIset.5Z=0.85(16+1.86725.67)=54.34()(2)按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。当线路上的负荷最大且母线电压最小时，负荷阻抗最小，其值为：ZL.min=.min.max.max(0.90.95)LNLLUUII (6)式中 .minLU正常运行母线电压的最低值；.maxLI被保护线路最大负荷电

13、流；继电保护原理课程设计报告 7 .NU母线额定线电压。考虑到电动机自启动的情况下，保护段必须立即返回的要求，则整定值为：IIIset.1Z=.minrelLssreKZK K (7)式中 relK可靠系数；ssK电动机自启动系数；reK阻抗测量元件的返回系数。将保护 3 的参数带入(6)、(7)得：ZL.min.3=30.9 110/3 10300=190.53()IIIset.3Z=0.85190.531.5 1.2=89.97()取其中较小者作为距离保护段的整定阻抗。保护 3 的段的整定阻抗IIIset.3Z=30.58()。保护 5 的段的整定阻抗IIIset.5Z=54.34()。4

14、.2.2 动作时间(1)保护 3 的段保，护动作时间：III3t=II2t+t=1(s)(2)保护 4 的段后备保护动作时间：III5t=II3t+t=2(s)或III5t=II8t+t=1(s)取其中较大者作为距离保护段的整定时间，所以III3t=1(s)，III5t=2(s)。4.2.3 灵敏度校验(1)保护 3 的段保护灵敏度校验。1)作为近后备时，按本线路末端短路校验，计算式为：Ksen(1)=IIIsetLZZ1.5 (8)将保护 3 的参数带入(8)得：Ksen(1)=30.5820=1.531.5 满足要求。2)作为远后备时，按相邻设备末端短路校验，计算式为：继电保护原理课程设计

15、报告 8 Ksen(2)=III.maxsetLbnextZZKZ1.2 (9)将保护 3 的参数带入(9)得：Ksen(2)=30.5820 12=0.961.2 满足要求。2)保护 5 作为远后备保护又分为两种情况。作保护 3 的远后备保护，将相应参数带入(9)得：Ksen(2)=54.3416 1.86720=1.021.2 满足要求。4.3 距离保护的振荡闭锁 当多电源并联运行时，电源之间就会出现振荡现象。因为该系统各部分的阻抗 角 都 相 等，所 以 振 荡 中 心 的 位 置 就 位 于 阻 抗 中 心12Z处，即 位 于Z=12(6+24+16+10)=28()处，距离保护 5

16、的阻抗为 18()。因为I.5setZ=13.6()，IIset.5Z=30.94()，IIIset.5Z=54.34()，可以知道，振荡中心不在保护 5 的段的整定定范围内，因此保护 5 的段不需要加振荡闭锁；但是振荡中心在保护 5 的的段和段的整定范围内，因此保护 5 的段和段都必须加振荡闭锁，来防止由于振荡而使保护误动。继电保护原理课程设计报告 9 5 继电保护主要设备的选择 5.1 互感器的选择(1)电流互感器 保护 3 处的最大短路电流 Umax=115/313.93=4.77(kA)，保护 5 处的最大短路电流 Umax=115/310=6.64(kA)，保护 3 和保护 5 的电

17、压最大值不会超过 2E，所以保护 3 处选取的电流互感器为 LZZB9-10，保护 5 处选取的电流互感器为LZMB1-10 保护 3 和保护 5 的电压互感器选用 URED-20。他们的具体参数如表 1、表 2 所示。表 1 电流互感器的选择 型号 额定一次电流(A)额定短时热电流(kA/s)额定动稳定电流(kA)准确级组合 额定二次输出 0.2 0.5 5P LZMB1-10 25005000 100 250 0.2/0.5/5P10/5P20 30 30 30 LZZB9-10 8000 63 100 0.2/0.5/10P10 10 15 20 表 2 电压互感器的选择 继电保护原理课

18、程设计报告 10 型号 电压比 额定绝缘水平(kV)准确级及额定输出(VA)极限输出(VA)URED-20 3:1.0,3:1.0,3:20 24/65/125 0.5/3P(6P)-40/50 400 5.2 继电器的选择 根据计算结果选择相应的继电器，其结果分别如表 3、表 4、表 5 所示。表 3 阻抗继电器的选择 型号 功能 测量范围()输出 DIA53S 相 AC 直接连接100AC,可调设定值,滞后可调。2-20 5-50 10-100 8A/250VAC 5A/24VDC 表 4 信号继电器的选择 继电保护原理课程设计报告 11 型号 功能 工作线圈额定电流(A)工作线圈额定电压

19、(V)保持线圈额定值(V)DX-32A 灯光信号，机械保持，电气复归。0.01-2.4 12-220 48-220 表 5 延时继电器的选择 型号 时间范围 输出 供电电源 DBB01C 0.1s-10h 5A/250VAC 5A/24VDC 24VDC 24-240VAC 6 原理图的绘制 6.1 保护测量回路 对于动作于跳闸的继电保护功能来说，最为重要的是判断出故障处于规定的保护区内还是保护区外，因此测量回路主要作用是判断出故障位置，至于区内或区外的具体位置，一般并不需要确切的知道。6.1.1 绝对值比较法原理 绝对值比较的电压形成回路如图 5 所示。继电保护原理课程设计报告 12 TVU

20、AUBTURR绝对比较回路TA.12mIK I.12mUK U.12mIK I 图 5 绝对值比较的电压形成 阻抗继电器的动作条件为|BZ|AZ|，该式两端同乘以测量电流.mI，并令.mIAZ=.AU，.mIBZ=.BU，则绝对值比较的动作条件为|.BU|.AU|。绝对值比较式的阻抗元件，既可以用阻抗比较的方式实现，也可以用电压比较的方式实现。6.1.2 相位比较原理的实现 相位比较原理电路图如图 6 所示。TVTURR相位比较回路TA.mIK I.mUK U.mUK U.DU.CU 图 6 相位比较电压形成电路 在图 6 中，电压变换器 T 有两个输出绕组，输出的电压都为.mUK U；电抗互

21、继电保护原理课程设计报告 13 感器 UR 也有两个输出绕组，其中一个的输出电压为.mIK I，另一个绕组接相角调节电阻。按照图示连接，可以得到.CU=.mIK I-.mUK U,.DU=.mUK U。所以相位比较阻抗继电器的动作条件为-90o.mmIUmUK IK UarcK U90o。6.2 保护跳闸回路 保护跳闸电路图如图 7 所示。1TVTAIKZIIKZKZKCOIIKTIIIKT母线线路IIIKSIIKSIKS 图 7 保护跳闸电路 首先电路电流互感器和电压互感器将测量数据传入阻抗继电器，阻抗继电器将测量值与整定值进行逻辑比较，如果测量阻抗在距离保护段范围内，保护直接跳闸，如果测量阻抗在段或段范围内，保护经过段延时或段延时后，保护跳闸，切出故障，对线路起到保护作用。7 结论 设计主要完成的内容是对保护 3、5 进行相应的设计，通过分析和计算，在保护 3 和保护 5 处设置段、段主保护和段后备保护。在保护 3 处，是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长的 80%85%，剩下的 10%15%故障时经过段延时段主保护启动。若主保护未启动，经过段延时段后备保护启动，通过后备保护将故障切除，从而实现对全线路的保护。