110KV线路距离保护的设计

.大 理 学 院课程设计报告题 目：110KV线路距离保护的设计学 院：专 业： 班 级：姓 名：学 号：指导教师：设计时间：设计原始资料1.1具体题目如图1.1所示系统中，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。参数为：，X1.T1X1.T4=10，X0.T1X0.T4=30，X1.T5X1.T6=15, ，线路阻抗， ，线路阻抗角均为75，负荷功率因数角为30；，变压器均装有快速差动保护。图1.1 系统网路连接图试对1、2、3、4进行距离保护的设计。1.2完成内容我们要完成的内容是实现对线路的距离保护和零序电流保护。距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。零序电流保护是指利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器来实现接地保护。摘 要电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态.故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。因此，通过短路计算得到并设定继电器动作的整定值是继电保护不可或缺的过程。继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全供电。因此，继电保护是电力系统重要的组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的不可缺少的技术措施.在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置，要想维持系统的正常运行是根本不可能的。这就要求继电保护装置必须具备以下基本任务是:自动、迅速、有选择性地仅将故障元件从电力系统中切除，并最大限度地保证其他无故障的部分迅速恢复正常运行；能对电气元件的不正常运行状态作出反应，并根据运行维护规范和设备承受能力动作，发出告警信号，或减负荷，或延时跳闸；条件许可时，可采取预定措施，尽快地恢复供电和设备运行。关键词：继电保护 整定计算 距离保护 零序电流保护 二次回路 绪 论1.1概述继电保护装置是指安装在被保护元件上，反应被保护元件故障或不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种装置。在电力系统运行中，外界因素（如雷击、鸟害等）、内部因素（绝缘老化，损坏等）及操作等，都可能引起各种故障及不正常运行的状态出现，常见的故障有：单相接地；三相短路；两相短路；两相接地短路；断线等。电力系统非正常运行状态有：过负荷，过电压，非全相运行，振荡，次同步谐振，同步发电机短时失磁异步运行等。 电力系统继电保护和安全自动装置是在电力系统发生故障和不正常运行情况时，用于快速切除故障，消除不正常状况的重要自动化技术和设备。电力系统发生故障或危及其安全运行的事件时，他们能及时发出告警信号，或直接发出跳闸命令以终止事件。1.1.1继电保护的作用 随着自动化技术的发展，电力系统的正常运行、故障期间以及故障前后的回复过程中，许多控制操作日趋高度自动化。这些控制操作的技术与装备大致可以分为两大类：其一是为保证电力系统正常运行的经济化和电能质量的自动化技术与装备，主要进行电能生产过程的连续自动调节，动作速度相对迟缓，调节稳定性高，把整个电力系统或其中的一部分作为调节对象，这就是通常理解的“电力系统自动化（控制）”。其二是当电网或电气设备发生故障，或出现影响安全运行的异常情况时，自动切除故障设备和消除异常情况的技术与设备，其特点是动作速度快，其性质是非调节性的，这就是通常理解的“电力系统继电保护与安全自动装置”。电力系统继电保护（Power System Protection）一词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，经过继电保护装置到断路器跳闸线圈的一整套具体设备，如果需要利用通信手段传送信息，还包括通信设备。 1.1.2继电保护的基本任务设计继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全供电因此，继电保护是电力系统重要的组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的不可缺少的技术措施.在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置，要想维持系统的正常运行是根本不可能的。这就要求继电保护装置必须具备以下基本任务是:一、自动、迅速、有选择性地仅将故障元件从电力系统中切除，并最大限度地保证其他无故障的部分迅速恢复正常运行二、能对电气元件的不正常运行状态作出反应，并根据运行维护规范和设备承受能力动作，发出告警信号，或减负荷，或延时跳闸三、条件许可时，可采取预定措施，尽快地恢复供电和设备运行。1.1.3继电保护的基本要求对作用于跳闸的继电保护装置，在技术上有四个基本要求，即“四性”：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。一、选择性 保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩 小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。 二、速动性速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障。以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下的工作时间，缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作。基本规律是电压等级越高，切除越要快，一般220KV电压等级为0.2s, 1035KV电压等级为1.5s。三、灵敏性灵敏性是指电气设一备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部发生故障时不论短路点的位置、短路的类型如何，都能敏锐感觉，正确反应。四、可靠性可靠性是指继电保护装置在其保护区发生故障时，不拒动;而在其非保护区发生故障时不误动。继电保护装置的误动或拒动都会给电力系统造成严重的危害。因此，有很高的可靠性是非常重要的，在使用继电保护装置时，必须满足可靠性的要求。目 录第一章 论证分析1距离保护分段具体的整定原则：11.2零序电流保护各段具体的整定原则2第二章 系统分析32.1运行方式的选择原则32.2系统中各元件参数的换算42.3画出系统等效电路图和原理图4第三章 计算43.1距离保护计算43.2零序电流保护计算87.表格17第四章（自己负责的） 输电线路故障分析与保护配置174.1相间短路功率方向判别元件的接线方式174.2阻抗继电器及其动作特性20 4.3本章个人小结-21第五章 个人体会22第六章 参考文献22第一章 论证分析距离保护分段具体的整定原则： 距离保护第一段的整定测量元件的整定阻抗ZIset=KIrel*LA-B*Z1 距离保护第II段的整定a. 分支电路对测量阻抗的影响：助增分支的情况下：kb=I2I1 = 1+I3I1 （ 1 ）外汲分支的情况下：kb=I2I1 = 1+I3I1 （ 1 ）b. II段的整定阻抗：与相邻线路距离保护I段相配合: ZIIset1=kIIrel*(ZA-B +kb.min*ZIset.z)与相邻变压器的快速保护相配合：ZIIset1=kIIrel*(ZA-B+kb.min+Zt)(综上：取其中的较小者作为整定阻抗)c. 灵敏度校验: Ksen= ZsetIIZAB1.25 动作延时的整定： tII1=t(x)2+t距离保护第III段的整定a. III段的整定阻抗：按与相邻下级线路距离保护II或III段配合整定： ZIIIset1=KIIIrel（ZAB+Kb.min*ZIIset2）按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定： ZIIIset1=KIIIrel（ZAB+Kb.min*Zmin）按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定： ZL.min=UL.minIL.max=(0.90.95)UNIL.max ZIIIset.1=KrelKssKre*ZL.min（采用全阻抗特性） ZIIIset.1=KrelZL.minKssKrecos(set-L)（采用方向圆特性） （综上：取其中的较小者作为距离III段的整定阻抗）b. 灵敏度校验作为近后备是，按本线路末端短路校验： Ksen(1)= ZsetIIIZAB1.5作为远后备是，按相邻设备末端短路校验： Ksen(2)= ZsetIIIZAB+Kb.max*Znextc. 动作延时的整定距离保护III段的动作延时，应比与之配合的相邻设备保护动作延时大一个时间级差t，但考虑到距离II段一般不经震荡闭锁，其动作延时不应小于最大的振荡周期（1.52s）。 1.2零序电流保护各段具体的整定原则 零序电流I段（速断）保护 IIset=KIrel*3*I0.max 零序电流II段保护a. IIIset.2=KrelIIIK0.b*IIset.1b. 校验灵敏度：Ksen=3I0.minIsetII 1.3方向圆特性的绝对值比较动作方程 Zm-Zset Zset 当测量阻抗Zm这样的动作区域以内时，就判断为区内故障，阻抗继电器 给出动作信号；反之，为区外故障，阻抗继电器不动作。第二章 系统分析 2.1运行方式的选择原则 最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开一台机，变压器 T5和T6可能2台也可能1台运行。 2.2系统中各元件参数的换算 距离保护关系换算 ZAB=Z1*LA-B ZBC=Z1*LB-C ZIset1.2=KIrel* ZAB ZIset3.4=KIrel* ZBC 零序电流保护关系换算 X1*AB= X2*AB=LA-B*Z1=LA-B*Z2 X0*AB=LA-B*Z0 X1*BC= X2*BC=LB-C*Z1=LB-C*Z2 X0*BC= LB-C*Z0 第三章 计算3.1距离保护计算 为了快速切除线路上的各种短路，线路A-B、B-C应在何处配备三段式距 离保护，各选用何种接线方式？各选用何种动作特性？ 答：应在1、2、3、4出配备三段式距离保护；选用接地距离保护接线方 式和相间距离保护接线方式；它们的I、II段选择具有方向特性的距 离保护，III段具有偏移特性的距离保护。 整定保护14的距离I段，并按照你选定的动作特性，在一阻抗复平面 上画出个保护的动作区域。 答：线路AB正序阻抗：ZAB=Z1*LA-B=0.4*60=24 线路BC正序阻抗：ZBC=Z1*LB-C=0.4*40=16 保护1、2的距离保护I段：ZIset1.2=KIrel*ZAB=0.85*24=20.4 保护3、4的距离保护I段：ZIset3.4=KIrel*ZBC=0.85*16=13.6 保护14距离I段在复阻抗平面上的动作区域如下所示，圆周1、2、3、4分别对应保护1、2、3、4距离I段的动作特性 整定值计算 保护1的II段：与相邻下级最短线路的保护3的I段相配合 ZIIset.1=KIIrel(ZA-B+Kb.min*ZIset.3) =0.75*(24+1*13.6)=28.2a. 与相邻变压器的快速保护相配合 ZIIset.1=KIIrel(ZA-B+Kb.min*ZT) =0.75*（24+1*15）=29.25取其中桥笑着为II段整定值，即ZIIset.1=28.2校验：按本线路末端短路求灵敏系数为： Ksen=Zset.1IIZA-B=28.224=1.1751.5（满足要求） 动作延时：t2III=t+0=0.5（s） 保护3的III段： Zmin=UL.minIL.max=0.9*1103*0.3=190.5256 Zset.3III=Krel*ZL.minKss*Kre*cos(set-L) 校验：Ksen=Zset.3IIIZB-C=155.304513.6=11.421.5（满足要求） 动作延时：t3III=t+0=0.5（s） 保护1的III段5保护3的III段一样 a.本线路末端短路时的灵敏系数：Ksen（1）= 校验：相邻原件末端短路时的灵敏系数： Ksen(2)= Zset.1IIIZA-B+Kb*Znext=155.304524+13.6=4.131.5（满足要求） Ksen(3)= Zset.1IIIZA-B+Kb*Znext=3.981.5（满足要求） 动作延时： t1III=t3III+t=0.5+0.5=1（s） t1III=tT+t=0+0.5=0.5（s） t1III =maxt1III，t1III=1（s） 保护4的II段： a.与相邻夏季最短线路的保护2的I段相配合： Zset.4II=KselII(ZB-C+Kb*Zset.2I )=0.75(16+20.4)=27.3() b.与相邻变压器的快速保护相配合： Zset.4II=KrelII(ZB-C+Kb*ZT)=0.75(16+15)=23.25() 去其中较小者：Zsel.4II=23.25() 校验：安本线路末端短路求灵敏系数 Ksen=Zset.4IIZB.C=23.2516=1.451.2 满足要求 动作延时：t4II=t2II+t=0.5+0.5=1（s） III 段： Tset.4III=155.3045() 校验：a.本线路末端短路 Ksen(1)=Zset.4IIIZB.C=115.304516=9.7065311.5 满足要求 B.相邻原件末端短路 Ksen(2)=Zset.4IIIZB.C+Znext =115.304516+24=4.131.5 满足要求 Ksen(3)=Zset.4IIIZB.C+Znext=115.304516+15=5.0098231.5 满足要求 动作延时：t4III=maxt4III,t4III=1（s） III段：3.2零序电流保护计算1.画出所有原件权运行时的三序等值网络，并标注参数。 解：先求出线路的参数，即LA-B=60KM，X 1.AB=X2.AB=60*0.4=24 ,X0.AB=60*1.2=72,L B-C=40KM,X1.BC=X2.BC=40*0.4=16,X0.BC=40*1.2=48,所有原全运行是三序电压等值网络图如下：正序等值图：负序等值图：零序等值图：2.所有原件全运行时，计算B母线发生单相接地短路和两相接地短路时的零序电流分布。解：单相接地短路时，故障端口正序阻抗为： Z1=(X1.AB+X1.G1+X1*T12)/( X1.BC+X1.G3+X1*T32) =(24+18+102)/( 16+10+102)=15.44 故障端口负序阻抗为：Z2=Z1=15.44 故障端口零序阻抗为：Z0=(X0*T12+X0.AB)/ X0*T52/(X0*T32+X0.BC) =(302+72)/ 402/( 302+48) =12.93 则复合序网等值图如下所示： 故障端口零序电流为： If0=Uf0Z1+Z2+Z0=115/315.44+15.44+12.93=1.516KA 在零序网中按照零序导纳进行非配零序电流从而得到此时流过保护 1、4出的零序电流非别为： I0.1=If0*0.114942530.7733952=0.225KA I0.4= If0*0.158730160.7733952=0.311KA 画出零序电流分布图如下所示： 两相接地短路时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时相同，即 Z1=Z2=15.44 Z0=12.93 Z2Z0=15.44*12.9315.44+12.93=7.037 故障端口郑旭电流为：If1=Uf0Z1+Z2/Z0=2.954KA 故障端口零序电流为If0= If1*15.4415.44+12.93=1.608KA 同样的，流过保护1、4的零序电流分别为I0.1=0.242KA,I0.4=0.334KA 从而得到如下两图： 两相接地短路复合序网等值图3.分别求出保护1、4零序II段的最大、最小分支系数： 先求出保护1的分支系数K1.b 当BC段发生接地故障，变压器5、6有助增作用，如下图所示： 对于X1，当只有一台发电机变压器组运行时最大，有X1.max=X0.T1+X0.AB=102 ，当两台发电机变压器组运行时X1最小，有X1.min=X0*T12+X0.AB=87 对于X2，当T5、T6只有一台运行时X2最大，X2.max=40，当T5、T6两台权运行时X2最小，X2.min=20。因此保护1的最大分支系数： K1.bmax=1+X1.maxX2.min=1+10220=6.1 最小分支系数为：K1.bmin=1+X1.minX2.max=1+8740=3.175 同样的分析求出保护4的分支系数K4.b 当AB段发生接地故障时，T5、T6变压器有助增作用，如下图所示： K4.b=IABMICBM=1+ICBMICBM=1+X1X2 对于X1，当只有一台发电机变压器组运行时最大，有X1.max=X0.T3+X0.BC=78;当两台发电机变压器组运行时X1最小，有X1.min=X0*T32+X0.BC=63 对于X2，当T5、T6只有一台运行时X2最大，X2.max=40，当T5、T6，两台权运行时X2最小，X2.min=20。新词保护4的最大分支系数： K4.b.max=1+X1.maxX2.min=1+7820=4.9 最小分支系数为: K4.b.min=1+X1.minX2.max=1+6340=2.575Zset1= Zset2=（X1.G1+X1.T12+X1.AB+X1.BC）/(X1.G3+X1.T32)=8.438= (X0.T12+X0.AB)/X0.T52+X0.BC/X0.T32=12.16单相接地短路时，有If0=2.287KA从而求得流过保护3的电流：I0.3=0.4328 KA两相接地短路时，有z2/ z0=8.438*12.168.438+12.16=4.98正序电流If1=4.948Ka从而求得流过保护3的电流：I0.3=0.3836KA当所有元件全部运行时，设在母线A处分别发生单相接地短路和两相接地短路，此时的复合序网也与母线B处发生故障时类似：Zset1= Zset2=（X1.G3+X1.T32+X1.AB+X1.BC）/(X1.G1+X1.T12)=10.9375= (X0.T32+X0.BC)/X0.T52+X0.AB/X0.T12=12.798单相接地短路时，有If0=1.915KA从而求得流过保护2的电流：I0.2=0.281KA两相接地短路时有：z2/ z0=10.9375*12.79810.9375+12.798=5.897正序电流：If1=3.944KA零序电流：If0=：If1*=1.817KA从而求得流过保护2的电流：I0.2=0.2667KA5.保护1整定计算 零序1段：更具前面的分析结果，母线故障流过保护1的最大零序电流为：I0.1.max=0.242KA,故1段定值为: IIset.1= KIrel*3I0.1.max=0.85*3*0.242=0.6171KA 为求保护1的零序II段定值，则应先求出保护3零序I段定值，跟具前面分析可知：I0.3.max=0.4328KA 保护3的零序I段定值为： IIset.3= KIrel*3I0.3.max=0.85*3*0.4328=1.104KA 零序II段：IIIset.1=KrelIIK1.b.min*IIset.3=0.753.175*1.104=0.261KA 校验灵敏度：母线B接地短路故障流过保护1的最小零序电流：I0.1.min=0.225KA 灵敏度系数：Ksen.1=3I0.1.minIset.1II=3*0.2250.261=2.5866.保护4整定计算 零序1段：根据前面的分析结果，导线B故障流过保护4的最大零序电流为：I0.4.max=0.334KA 故I段定值：IIset.4= KIrel*3I0.4.max=0.85*3*0.334=0.285KA 为求保护4的零序2段定值，则应求出保护2的零序I段定值，根据前面分析流过保护2的最大零序电流：I0.2.max=0.281KA 则保护2的零序I段定值为： IIset.2= KIrel*3I0.2.max=0.85*3*0.281=0.717KA 零序II段：IIIset.4=KrelIIK4.b.min*IIset.2=0.752.575*0.717=0.209KA 校验灵敏度：母线B接地短路故障流过保护4的最小零序电流为：I0.4.min=0.311KA 灵敏度系数：Ksen.4=3I0.4.minIset.4II=3*0.3110.209=4.4641.5 K4.b=IABMICBM=1+ICBMICBM=1+X1X2 对于X1，当只有一台发电机变压器组运行时最大，有X1.max=X0.T3+X0.BC=78;当两台发电机变压器组运行时X1最小，有X1.min=X0*T32+X0.BC=63 对于X2，当T5、T6只有一台运行时X2最大，X2.max=40，当T5、T6，两台权运行时X2最小，X2.min=20。新词保护4的最大分支系数： K4.b.max=1+X1.maxX2.min=1+7820=4.9 最小分支系数为: K4.b.min=1+X1.minX2.max=1+6340=2.575Zset1= Zset2=（X1.G1+X1.T12+X1.AB+X1.BC）/(X1.G3+X1.T32)=8.438= (X0.T12+X0.AB)/X0.T52+X0.BC/X0.T32=12.16单相接地短路时，有If0=2.287KA从而求得流过保护3的电流：I0.3=0.4328 KA两相接地短路时，有z2/ z0=8.438*12.168.438+12.16=4.98正序电流If1=4.948Ka从而求得流过保护3的电流：I0.3=0.3836KA当所有元件全部运行时，设在母线A处分别发生单相接地短路和两相接地短路，此时的复合序网也与母线B处发生故障时类似：Zset1= Zset2=（X1.G3+X1.T32+X1.AB+X1.BC）/(X1.G1+X1.T12)=10.9375= (X0.T32+X0.BC)/X0.T52+X0.AB/X0.T12=12.798单相接地短路时，有If0=1.915KA从而求得流过保护2的电流：I0.2=0.281KA两相接地短路时有：z2/ z0=10.9375*12.79810.9375+12.798=5.897正序电流：If1=3.944KA零序电流：If0=：If1*=1.817KA从而求得流过保护2的电流：I0.2=0.2667KA5.保护1整定计算 零序1段：更具前面的分析结果，母线故障流过保护1的最大零序电流为：I0.1.max=0.242KA,故1段定值为: IIset.1= KIrel*3I0.1.max=0.85*3*0.242=0.6171KA 为求保护1的零序II段定值，则应先求出保护3零序I段定值，跟具前面分析可知：I0.3.max=0.4328KA 保护3的零序I段定值为： IIset.3= KIrel*3I0.3.max=0.85*3*0.4328=1.104KA 零序II段：IIIset.1=KrelIIK1.b.min*IIset.3=0.753.175*1.104=0.261KA 校验灵敏度：母线B接地短路故障流过保护1的最小零序电流：I0.1.min=0.225KA 灵敏度系数：Ksen.1=3I0.1.minIset.1II=3*0.2250.261=2.5866.保护4整定计算 零序1段：根据前面的分析结果，导线B故障流过保护4的最大零序电流为：I0.4.max=0.334KA 故I段定值：IIset.4= KIrel*3I0.4.max=0.85*3*0.334=0.285KA 为求保护4的零序2段定值，则应求出保护2的零序I段定值，根据前面分析流过保护2的最大零序电流：I0.2.max=0.281KA 则保护2的零序I段定值为： IIset.2= KIrel*3I0.2.max=0.85*3*0.281=0.717KA 零序II段：IIIset.4=KrelIIK4.b.min*IIset.2=0.752.575*0.717=0.209KA 校验灵敏度：母线B接地短路故障流过保护4的最小零序电流为：I0.4.min=0.311KA 灵敏度系数：Ksen.4=3I0.4.minIset.4II=3*0.3110.209=4.4641.57.表格零序I段零序II段灵敏度系数保护10.61710.2612.586保护40.2850.2094.464第四章 输电线路故障分析与保护配置4.1相间短路功率方向判别元件的接线方式1、按相接线时存在动作的电压死区保护出口故障时例如：故障类型 为 时，A相功率方向继电器 工作电压为零，出现动作死区改进：使用非故障相间电压参与比相，即采用接线方式（另以电压记忆消除三相出口短路电压死区）2、接线方式： 纯有功时，以上电压电流间相位差为最大灵敏角为 （电流滞后电压为正角度） 为GJ内角3、功率方向继电器的动作特性（1）三相正向短路故障 三相对称， 以A相为例分析： ；代入动作方程，有得 动作条件：