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1、辽 宁 工 业 大 学电力系统继电保护课程设计（论文）题目：输电线路距离保护设计（7）院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气081 学 号： 080303022 学生姓名： 曹海涛 指导教师： （签字）起止时间： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化学 号0803030022学生姓名曹海涛专业班级电气081课程设计（论文）题目输电线路距离保护设计（7）课程设计（论文）任务8E6562km38km2174330kmDCBA系统接线图系统接线图如图：课程设计的内容及技术参数参见下表设计技术参数工作量线路每公里阻抗为Z1=0.38/km,线路阻抗角为L=6

2、4,AB、BC线路最大负荷电流为400A,负荷功率因数为cosL=0.9,。电源电势为E=115kV, ZsAmax=13,ZsAmin=8,ZsBmax=30,ZsBmin=15。归算至115kV的各变压器阻抗为84.7,容量ST为15MV.A。其余参数如图所示。1计算保护1距离保护第段的整定值和灵敏度。2. 计算保护1距离保护第段的整定值和灵敏度。3. 计算保护1距离保护第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

3、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。续表进度计划第一天：收集资料，确定设计方案。 第二天：距离I段整定计算及灵敏度校验。第三天：距离II段整定计算及灵敏度校验。 第四天：距离III段整定计算及灵敏度校验。第五天：系统振荡和短路过渡电阻影响分析。第六天：绘制保护原理图。第七、八天：MATLAB建模仿真分析。 第九天：撰写说明书。第十天：课设总结，迎接答辩。指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置，

4、又称阻抗保护。当系统正常运行时，保护装置安装处的电压为系统的额定电压，电流为负载电流，而发生短路故障时，其电压降低、电流增大。因此，电压和电流的比值，在正常状态下和故障状态下是有很大变化的。由于线路阻抗和距离成正比，保护安装处的电压与电流之比反映了保护安装处到短路点的阻抗，也反映了保护安装处到短路点的距离。所以可按照距离的远近来确定保护装置的动作时间，这样就能有选择地切除故障。本次课程设计主要输电线路的距离保护，根据已知系统的接线图，来确定保护1距离保护三段的整定值并校验各段的灵敏度，同时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。最后分析动作过程并采用MATLAB建立系统模

5、型进行仿真分析输出系统正常状态和故障状态下的电流和电压波形，判断系统是否会出现继电器的误动作并分析其动作与否的原因，用实验数据来验证计算的准确性。关键词：距离保护；故障点；整定计算；仿真目 录第1章 绪论11.1 输电线路距离保护概述11.2 本文研究内容1第2章 输电线路距离保护整定计算32.1 距离段整定计算32.1.1 距离段动作阻抗的整定32.1.2 灵敏度校验32.1.3 动作时间的整定32.2 距离段整定计算32.2.1 距离段动作阻抗的整定32.2.2 距离段灵敏度校验42.2.3 动作时间的整定42.3 距离段整定计算42.4 系统振荡和短路过渡电阻影响分析5第3章 距离保护原

6、理图的绘制与动作过程分析83.1 距离保护原理图的绘制83.2 距离保护原理图过程分析8第4章 MATLAB建模仿真分析104.1 距离保护MATLAB建模104.2 距离保护仿真波形及分析11第5章 课程设计总结14第6章 参考文献15第1章 绪论1.1 输电线路距离保护概述输电线路距离保护是指利用阻抗元件来反应短路故障的保护装置，阻抗元件的阻抗值是接入该元件的电压与电流的比值，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。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；而距离保护测量的是短

7、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。电力系统的稳定运行主要有符合要求的电网结构、系统运行方式和电力系统继电保护来保证。在高压及以上等级电网中，继电装置的可靠性和速动性有双重化的主保护来保证，其选择性和灵敏性主要由相间接地故障的后被保护延时段来保证。距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置，又称阻抗保护。当系统正常运行时，保护装置安装处的电压为系统的额定电压，电流为负载电流，而发生短路故障时，其电压降低、电流增大。因此，电压和电流的比值，在正常状态下和故障状态下是有很大变化的。由于线路阻抗和距离成正比，保护安装处的电压与电流之比反映了保护安装处到短路

8、点的阻抗，也反映了保护安装处到短路点的距离。所以可按照距离的远近来确定保护装置的动作时间，这样就能有选择地切除故障。当前微计算机硬件的更新和网络化发展在计算机控制领域。单片机与DSP芯片二者技术上的融合，主要体现在运算能力的提高及嵌入式网络通信芯片的出现和应用等方面。这些发展使硬件设计更加方便。高性价比使冗余设计成为可能，为实现灵活化、高可靠性和模块化的通用软硬件平台创造了条件。硬件技术的不断更新和微机保护设计网络化，将为距离保护的设计和发展带来一种全新的理念和创新，它会大大简化硬件设计、增强硬件的可靠性，使装置真正具有了局部或整体升级的可能。1.2 本文研究内容本次课程设计的主要针对方向是输

9、电线路的距离保护。研究内容分为计算和分析两个部分计算部分的主要内容是计算保护1距离保护段、段和段的整定值和灵敏度，在计算灵敏度的同时要注意每个保护的动作时间要精确，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。最后用MATLAB进行仿真，来验证计算的正确性。第2章 输电线路距离保护整定计算2.1 距离段整定计算2.1.1 距离段动作阻抗的整定为了配合放方便，先求出1、3、4QF断路器处保护第段的整定值，即2.1.2 灵敏度校验根据题意可知，由于采用距离保护，其段的灵敏

10、系数即为整定系数0.8。2.1.3 动作时间的整定断路器1、3、4QF处距离保护第段的动作时间为：2.2 距离段整定计算2.2.1 距离段动作阻抗的整定1QF处保护的相邻原件为BC线和并联运行的变压器T。当1QF出距离保护第段与BC线第段配合时，有而故 和变压器配合时，因为，应装纵差动保护，故变压器第段保护范围应至低压母线E上， ，故选 为整定值。2.2.2 距离段灵敏度校验第段保护的灵敏度： 经过校验可知，满足灵敏度要求。2.2.3 动作时间的整定距离保护第段的动作时间为：2.3 距离段整定计算由于网络为多电源网络，因此阻抗原件的应为方向原件。第一，躲过最小负荷阻抗，即，即 ，而故按与相邻距

11、离保护第段动作时间配合，第段距保护的动作时间为：第二，与相邻线距离保护第段配合，即， 应取 为1QF第段的整定值。按与相邻距离保护第段配合，第段距离保护的动作时间为：式中，相邻线路重合后不经震荡闭锁的距离保护第段的动作时间。第段的动作时间为：进行距离保护第段的灵敏度校验：作为近后备时，作为远后备时， 可以得出结论，做为近后备保护时，可满足灵敏度要求，作为BC线远后备保护时，却不满足灵敏度要求，作为变压器的远后备保护时，更不满足灵敏度要求，故应考虑取为整定值，这时灵敏度得到提高，为1.51，满足要求。2.4 系统振荡和短路过渡电阻影响分析求系统在最小系统运行方式下震荡时最小测量阻抗。时保护安装处

12、的测量阻抗为：，而 由此可见，在最小运行方式下系统震荡时的轨迹线穿过阻抗保护的和第段测量原件的动作特性圆，如图3.1所示，距离保护第、段的阻抗原件将误动。图3.1震荡对保护影响令对应时间为，为第段测量原件误动作时间，对应时间为，为第段测量原件误动作时间。对阻抗保护第段而言，当,虽第段测量元件动作，但保护将不误动；当时，测量元件和保护均误动。对第段而言，测量元件误动，当时，第段保护将会误动作，跳闸，故障被切除，故第段保护的阻抗元件应反悔不会误动；通常，因时，第段保护动作时间可躲过震荡的影响，也不可能误动。从以上的分析计算可知，系统震荡可能是距离保护第段发生误动作。因此，在距离保护装置中必须增加震

13、荡闭锁原件。利断路器1QF处保护安装处发生带过渡电阻时，当离断路器1QF保护安装处20km处发生带过度电阻的相间短路时，1QF处保护的测量阻抗为：方向第、段的动作阻抗分别为： 故有： 根据上述分析所知，故障点应在断路器1QF处相间距离保护的第段保护范围内，而此时由于短路点过度电阻的影响，如图3.2所示，却落在距离保护第段的第段的动作特性圆内，故这时距离保护第段将据动，而距离保护第段动作，降低了动作的速动性。因此，距离保护中必须有防止过度电阻影响的措施。如在距离第段保护中增加瞬时测量元件或采用承受过度电阻能力强的阻抗测量元件。图3.2过渡电阻对保护的影响第3章 距离保护原理图的绘制与动作过程分析

14、3.1 距离保护原理图的绘制线路距离保护可构成三段式距离保护，其中距离保护第、段作为线路的主保护，距离保护第段为本线住保护的近后备保护和相邻元件的远后备保护。由此可以得到如图3.1所示的距离保护的原理框图。图中距离保护第、段的测量元件，叫阻抗元件或阻抗继电器，KT为延时特性元件，用于三段式保护的选择性，KS为信号元件，用于对相应的故障发出相应的信号。这些元件综合构成输电线路三段式距离保护装置。跳闸图3.1 三段式距离保护原理图3.2 距离保护原理图过程分析根据图3.1所示，图中阻抗测量值与整定值进行比较，当时，测量元件有输出，反之，无输出。2KT和3KT分别是距离保护第、段的延时元件，它作为时

15、序逻辑判断元件。延时元件2KT用于判别故障是否在距离保护第段保护范围外的被保护线路内，故障点在该保护范围内时，延时元件2KT输出跳闸信号；否则2KT不输出跳闸信号；延时元件3KT则用于判别是否本线路发生了故障而主保护据动和判别是否相邻元件发生了故障而相邻元件保护或断路器据动，若出现上述举动情况，则延时元件3KT会有输出，使本线断路器跳闸。元件1是电流或阻抗测量元件，作为整套距离保护的启动元件，判断是否发生故障，发生故障时有输出；元件2和3分别是振荡元件和电压互感器二次断线闭锁元件，分别在系统振荡和电压互感器二次断线时有输出，经非门闭锁保护，可防止保护误动作。1KS、2KS、3KS为距离保护第、

16、段保护的信号元件，当相应段的保护动作时，相应段的信号元件动作输出保护动作的报警信号。在上述远离框图中，有三点值得说明：第一，整套保护也可用距离保护中第段的测量元件兼做启动元件；第二，保护中第、段的测量元件、整定值可由一个阻抗元件用接点进行切换实现；第三，若测量元件、和无方向性，则需加方向判别元件。通过对三段式距离保护的动作过程的分析。我们可以得到三段式距离保护和三段式电流保护的差别为：第一，测量元件是阻抗元件，而不是电流元件；第二，增加了两个闭锁元件；第三，整套保护中每相均有启动元件，可以增加保护的可靠性。第4章 MATLAB建模仿真分析4.1 距离保护MATLAB建模目前电子计算机已广泛应用

17、于电力系统的分析计算。MATLAB是一种交互式、面向对象的程序设计语言，广泛应用于工业界与学术界，主要用于矩阵运算，同时在数值分析、自动控制模拟、数字信号处理、动态分析、绘图等方面也具有强大的功能，其程序设计语言结构完整，且具有优良的移植性，它的基本数据元素是不需要定义的数组。它可以高效率地解决工业计算问题，特别是关于矩阵和矢量的计算。MATLAB设计中，原始数据的填写格式是很关键的一个环节，它与程序使用的方便性和灵活性有着直接的关系。原始数据输入格式的设计，主要应从使用的角度出发，原则是简单明了，便于修改。作为强大的计算平台，MATLAB集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一身，它几乎

18、可以满足所有的计算要求。另外，MATLAB还针对许功能强大的模块集或工具箱，如电力系统仿真工具箱等。一般说来，用户可以直接使用工具箱足学习、应用和评估不同的模型而不需要自己编写代码。当今社会高性能、低成本以及生产和更新换代周期短已经成为现代企业对产品设计的最基本要求，模块化、模型化以及动态仿真是产品设计者对设计工具的最基本要求，而MATLAB中的Simulink就是可以完全满足要求的几个工具软件之一。本次课程设计在断路器处安装保护及启动原件，保护模块经封装成子系统，其输入信号为电压电流测量值和由启动元件发出的投切信号，输入信号送至断路器的控制端，以控制断路器的开合状态。信号1表示合闸，断路器的

19、初始状态为合闸。气动元件是通过负序电流来判别系统是否发生故障，只有当故障发生时才能将整套保护模块迅速投入工作。使用元件库中的故障模块进行故障点的设置，可以方便的设置故障类型以及故障点起始时刻。为了简化系统，线路只有电感，总长为120km。Three-PhauseV-1measurement模块充当了由SimPowerSystem系统到Simulink系统的接口，相当于实际的电流和电压互感器。Three-Phause Fault模块可以模拟三相的各种故障，当设定某种故障时，运行仿真可以得到短路电流和短路电压，这是其他元件需要的数据，先经过一个三相滤波器消除衰减的直流分量。整个系统通过设定不同的整

20、定值来得到不同的保护范围，因此可以将三个整定值不同的距离保护模块以及延时模块组成三段式距离保护，实现本线路的主保护和下级线路的后备保护。最后再设计一个启动原件来控制三段式距离保护的投切。输电线路距离保护的MATLAB仿真电路图如图4.1所示。图4.1 输电线路距离保护的仿真电路图4.2 距离保护仿真波形及分析正常状态下的波形图如图4.2所示，此时的波形是电压时三相对称，相角互差120度的波形。图4.2 正常状态下时系统的电压波形图系统发生设计中的线路故障时的各相电压波形如图4.3和图4.4所示。由于故障仿真属于暂态，故此时仿真起止时间为0-0.5s，故障的其实时刻为0.01s,。改变故障类型仿

21、真得到如下结论：接地距离保护对于范围内的相间短路不会动作，并且各段中的相间距离保护对于保护范围内的单相接地故障也不会动作。图4.3 故障线路的相间电压波形 图4.4 故障线路的相间电流波形线路两相接地故障时的电压波形图如图4.5所示。线路两相接地故障时的电压波形图反映了系统发生两相接地故障的过程中，故障线路的电压变化，根据系统的发生故障后电流电压的变化，发现距离保护能够反映保护范围内的各种相间故障和接地故障，实现了本线路保护和后一级级线路的后备保护。仿真结果表明，所建立的保护模型具有实时性和正确性，符合上文的计算结论。图4.5 线路两相接地故障时的电压波形图第5章 课程设计总结本次课程设计的主要针对方向是输电线路的距离保护。这对电力系统的稳定性至关重要。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，保护范围稳定因此常用于线路保护。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距离保护段、段和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