武汉理工大学-线路距离保护的课程设计

1、目录第1章 设计的任务要求41.1 具体题目4第2章 设计的课题内容52.1 设计规程52.2 本设计的保护配置62.2.1 主保护配置62.2.2 后备保护配置6第3章 保护的配合及整定计算73.1 线路AB的9距离保护的整定与校验73.1.1 线路AB的9距离保护第I段整定73.1.2 线路AB的9距离保护第段整定73.1.3 线路AB的9距离保护第段整定83.2 线路AB的7距离保护的整定与校验83.2.1 线路AB的7距离保护第I段整定83.2.2 线路AB的7距离保护第段整定93.2.3 线路AB的7距离保护第段整定93.3 线路AB的5距离保护的整定与校验103.3.1 线路AB的

2、5距离保护第I段整定103.3.2 线路AB的5距离保护第段整定103.3.3 线路L3距离保护第段整定113.4 线路3的距离保护的整定与校验123.4.1 线路3的距离保护第I段整定123.4.2 线路3的距离保护第段整定123.4.3 线路3的距离保护第段整定123.5 线路2的距离保护的整定与校验133.5.1 线路2的距离保护第I段整定133.5.2 线路2的距离保护第段整定133.5.3 线路2的距离保护第段整定133.6 线路1的距离保护的整定与校验143.6.1 线路1的距离保护第I段整定143.6.2 线路1的距离保护第段整定143.6.3 线路1的距离保护第段整定14第4章

3、 继电保护设备的选择164.1 互感器的选择164.1.1 电流互感器的选择164.1.2 电压互感器的选择164.2 继电器的选择17第5章 二次展开原理图的绘制185.1 保护测量电路185.1.1 绝对值比较原理的实现185.1.2 相位比较原理的实现185.2 保护跳闸回路19第6章 保护的评价20参考文献21课程设计任务书学生姓名： 成涛 专业班级：电气1107 指导教师：谢长君、全书海 工作单位：自动化学院 题 目: 线路距离保护的设计初始条件：如下图所示网络，系统参数为：,、，L3=40km，线路阻抗， 、， ， ，试对线路AB、BC、CD、DE的1.、2、3、5、7、9进行距离

4、保护的设计。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1. 选择并整定线路上各保护装置；2. 绘制保护装置的原理图；3. 编写设计说明书；时间安排：5月21日：领取任务书，分小组学习设计指导书及设计规程；5月22日：分小组学习电流电压保护、距离保护工作原理和整定方法；5月23-27日：决定保护整体设计方案；5月28-29日：进行保护整定计算、设备选型及图纸绘制；5月30日：对配置结果进行分析并调试修改配置及整定方法；5月30日：撰写设计说明书；5月30日：答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日第1章 设计的任务要求1.1

5、具体题目如下图所示网络，系统参数为：,、，L3=40km ,，线路阻抗， 、， ， ，试对线路AB、BC、CD、DE的1.、2、3、5、7、9进行距离保护的设计。1.2 要完成的内容本文要完成的内容是对线路的距离保护原理和计算原则的简述，并对线路各参数进行分析及对线路1、2、3、5、7、9进行距离保护的具体整定计算并注意有关细节。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。第2章 设计的课题内容2.1 设计规程根据继电保护在电力系统中所担负的任务，一般情况下，对动作于跳闸的继电保护在技术上有四条基本要求：选择性、速动性、灵敏性、

6、可靠性。(1)可靠性可靠性是指保护该动作时应动作，不该动作时不动作。为保证可靠性，宜选用性能满足要求、原理尽可能简单的保护方案。(2)选择性选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障。为保证选择性，对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如起动与跳闸元件、闭锁与动作元件），其灵敏系数及动作时间应相互配合。(3)灵敏性灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生故障时，保护装置具有的正确动作能力的裕度，灵敏性通常用灵敏系数或灵敏度来衡量。对各类保护的的灵敏系数的要求都作了具体

7、规定，一般要求灵敏系数在1.2-2之间。(4)速动性速动性是指保护装置应能尽快地切除故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围。一般的，对于35kv及以下的电压等级的线路配置简单的电流电压保护（带重合闸），110kV及以上电压等级的线路，由于其负荷电流大，距离长，用电流保护往往不能满足技术要求，而需要采用距离保护。这是因为与电流保护相比，距离保护有以下优点：灵敏度较高。因为阻抗，阻抗继电器反映了正常情况与短路时电流、电压值的变化，短路时电流增大，电压降低，阻抗减小得多。保护范围与选择性基本上不受系统运行方式的影响。由于短路点至保护安装处的阻抗取决于短路点至保护

8、安装处的电距离，基本上不受系统运行方式的影响，因此，距离保护的保护范围与选择性基本上不受系统运行方式的影响。迅速动作的范围长。距离保护第一段的保护范围比电流速断保护范围长，距离保护第二段的保护范围比限时电流速断保护范围长，因而距离保护迅速动作的范围较长。距离保护比电流保护复杂，投资多。但由于上述优点，本次应当采用距离保护。2.2 本设计的保护配置2.2.1 主保护配置距离保护段和距离保护段构成距离保护的主保护。(1)距离保护的段图2.1 距离保护网络接线图瞬时动作，是保护本身的固有动作时间。保护1的整定值应满足：考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，引入可靠系数(一般取0.80.85)，则

9、 (2-1)同理，保护2的段整定值为： (2-2)如此整定后，保护的段就只能保护线路全长的80%85%，这是一个严重的缺点。为了切除本线路末端15%20%范围以内的故障，就需要设置距离保护第段。(2)距离段整定值的选择和限时电流速断相似，即应使其不超出下一条线路距离段的保护范围，同时带有高出一个的时限，以保证选择性,例如在图1中，当保护2第段末端短路时，保护1的测量阻抗为： (2-3)引入可靠系数(一般取0.8)，则保护1的段的整定阻抗为： (2-4)2.2.2 后备保护配置为了作为相邻线路的保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为距离段与距离段的后备保护，还应该装设距离保护第段。距离段

10、：整定值与过电流保护相似，其启动阻抗要按躲开正常运行时的负荷阻抗来选择，动作时限还按照阶梯时限特性来选择，并使其比距离段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个。第3章 保护的配合及整定计算3.1 线路AB的9距离保护的整定与校验3.1.1 线路AB的9距离保护第I段整定(1)线路AB的9的I段的整定阻抗为 (3-1) =0.8×100×0.45 =36式中 距离I段的整定阻抗； 被保护线路L1的长度； 被保护线路单位长度的阻抗； 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 线路AB的9距离保护第段整定(1)与相邻线路距离保护I段

11、相配合，线路L1的段的整定阻抗为 (3-2) 线路对线路L1的最小分支系数，其求法如下:图3.1 等效电路图 /=12.86 (3-3) =0.22 (3-4) =4.55 (3-5)于是 (2)灵敏度校验距离保护段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足 满足要求(3)动作时间，与相邻线路距离I段保护配合，则， (3-6)它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。3.1.3 线路AB的9距离保护第段整定(1)整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗来整定计算的，所以有 (3-7) (3-8)其中，于是(2)灵

12、敏度校验距离保护段，即作为本线路I、段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，计算式为 满足要求 作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算式为 满足要求3.2 线路AB的7距离保护的整定与校验3.2.1 线路AB的7距离保护第I段整定(1)线路AB的7的I段的整定阻抗为 =36 (3-9) 式中 距离I段的整定阻抗； 被保护线路L2的长度； 被保护线路单位长度的阻抗； 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）。3.2.2 线路AB的7距离保护第段整定(1)与相邻线路距离保护I段

13、相配合，线路L2的段的整定阻抗为 (3-10)线路对线路L1的最小分支系数，其大小与线路对线路L1的分支系数大小相同，为4.55。（求法同上）于是 (2)灵敏度校验距离保护段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足 满足要求(3)动作时间，与相邻线路距离I段保护配合，则， (3-11) 它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。3.2.3 线路AB的7距离保护第段整定(1)整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗来整定计算的，所以有 (3-12) (3-13)其中，于是 (3-14)(2)灵敏度校验距离保护段，

14、即作为本线路I、段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，计算式为 满足要求 作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算式为 满足要求3.3 线路AB的5距离保护的整定与校验3.3.1 线路AB的5距离保护第I段整定(1)线路AB的5的I段的整定阻抗为 =14.4 (3-15) 式中 距离I段的整定阻抗； 被保护线路L3的长度； 被保护线路单位长度的阻抗； 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）。3.3.2 线路AB的5距离保护第段整定(1)与相邻线路距离保护I段相配合，线路L

15、3的段的整定阻抗为 (3-16) 线路对线路L3的最小分支系数，其求法如下:图3.2 等效电路图 /=22.5 (3-17) =0.73 (3-18) =1.34 (3-19)于是 (2)灵敏度校验距离保护II段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足 满足要求(3)动作时间，与相邻线路距离I段保护配合，则， (3-20)3.3.3 线路L3距离保护第段整定(1)整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗来整定计算的，所以有 (3-21) (3-22)其中，于是 (3-23)(2)灵敏度校验距离保护段，即作为本线路I、段保护

16、的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，计算式为 满足要求 作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算式为 满足要求3.4 线路3的距离保护的整定与校验3.4.1 线路3的距离保护第I段整定(1)线路3的I段的整定阻抗为 =19.8(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 线路3的距离保护第段整定(1)原理同9的段距离保护，所以3的整定阻抗为 (3-24)于是 (2)灵敏度校验距离保护II段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应

17、满足 满足要求(3)动作时间， (3-25)3.4.3 线路3的距离保护第段整定(1)整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗来整定计算的，所以有 (3-26) (3-27)其中，于是 (3-28)(2)灵敏度校验距离保护段，即作为本线路I、段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，计算式为 满足要求 作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算式为 满足要求3.5 线路2的距离保护的整定与校验3.5.1 线路2的距离保护第I段整定(1)线路2的I段的整定阻抗为 =13.68(2)动作时间 （第I

18、段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。3.5.2 线路2的距离保护第段整定(1)原理同3的段距离保护，所以2的整定阻抗为 (3-29)于是 (2)灵敏度校验距离保护II段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足 满足要求(3)动作时间， (3-30)3.5.3 线路2的距离保护第段整定(1)整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗来整定计算的，所以有 (3-31) (3-32)其中，于是 (3-33)(2)灵敏度校验距离保护段，即作为本线路I、段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作

19、为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，计算式为 满足要求 作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算式为 满足要求3.6 线路1的距离保护的整定与校验3.6.1 线路1的距离保护第I段整定(1)线路1的I段的整定阻抗为 =16.2(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）。3.6.2 线路1的距离保护第段整定因为DE是末端线路，所以段保护在线路1的保护中不需要3.6.3 线路1的距离保护第段整定(1)整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗来整定计算的，所以有 (3-34) (3-35)其中，于是 (3-36)(2)灵敏度校验距离保护段，即作为本

20、线路I、段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，计算式为 满足要求第4章 继电保护设备的选择4.1 互感器的选择互感器是按比例变换电压或电电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或10A，均指额定值)，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。4.1.1 电流互感器的选择(1)形式的选择：根据安装的地点及使用条件，选择电流互感器的绝缘结构、

21、安装方式、一次绕组匝数等。(2)额定电压：电流互感器一次回路额定电压不应低于安装地点的电网额定电压，即：kV (3)额定电流：电流互感器一次回路额定电流不应小于所在回路的最大持续工作电流，即：=300A(4)准确等级：为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。所以根据电流互感器安装处的电网电压、最大工作电流和安装地点要求，选型号为LCWB6-110W2屋外型电流互感器。4.1.2 电压互感器的选择(1)电压互感器一次回路额定电压选择为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在(1.1-0.9)范围内变动，即满足下列条件0.91.1

22、式中电压互感器一次侧额定电压。选择时，满足=kV即可。(2)电压互感器二次侧额定电压的选择电压互感器二次侧额定线间电压为100V，要和所接用的仪表或继电器相适应。(3)电压互感器种类和型式的选择电压互感器的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择，(4)准确级选择和电流互感器一样，供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。(5)按准确级和额定二次容量选择一般供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。根据电压

23、等级选型号为为YDR-110的电压互感器。4.2 继电器的选择正确选用继电器的原则应该是：继电器的主要技术性能，如触点负荷，动作时间参数，机械和电气寿命等，应满足整机系统的要求；继电器的结构型式(包括安装方式)与外形尺寸应能适合使用条件的需要；经济合理。(1)按使用环境条件选择继电器型号(2)根据输入量选定继电器的输入参数(3)根据负载情况选择继电器触点的种类与参数 (4)按工作状态选择继电器(5)按安装工作位置、安装方式及尺寸、重量的选择继电器除需满足在各种稳态的线路和环境条件下工作的要求外，还必须考虑到各种动态特性，即吸合时间、释放时间，由于电流的波动因素造成的抖动，以及触点碰撞造成的回跳

24、等。第5章 二次展开原理图的绘制5.1 保护测量电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，至于区内或区外的具体位置，一般并不需要确切的知道。可以用两种方法来实现距离保护。一种是首先精确地测量出，然后再将它与事先确定的动作进行比较。当落在动作区之内时，判为区内故障，给出动作信号；当落在动作区之外时，继电器不动作。另一种方法不需要精确的测出，只需间接地判断它是处在动作边界之外还是处在动作边界之内，即可确定继电器动作或不动作。5.1.1 绝对值比较原理的实现 如前所述，绝对值比较的一般动作表达式如式所示。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。该式两端同乘以测量电流，并令，,则绝对值比较的动作条件又可以表示为 （5-1） 式(51)称为电压形式的绝对值比较方程。电路图如图5.1所示。 图5.1 绝对值比较的电压形成5.1.2 相位比较原理的实现相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式如式所示，相角表达式的分子、分母同乘以，并令，则相位比较的动作条件又可以表示为 （5-2）式（5-2）称为电压形式相位比较方程。电路图如图5.2所示。图5.2 相位比较的电压形成5.2 保护跳闸回路三段式距离保护主要由测量回路、起动回路和逻辑回路三部分组成，如