输电线路L4继电保护整定计算毕业设计论文

1、输电线路L4继电保护整定计算 电气信息工程学院 毕 业 设 计摘 要本次设计为110kV输电线路L4继电保护整定计算，并根据继电保护配置原理，对所选保护进行整定和灵敏度校验。本次设计首先对电网进行了短路电流计算，而后对该段线路选择以距离保护作为主保护，零序电流保护作为该线路的接地短路保护，并详细的阐述了距离保护和零序电流保护的原理、配置的基本原则及计算原则，最后进行整定计算与校验。经过对设计题目的分析、探究，此次设计先进行短路点的短路电流计算，从而算出零序短路电流;而后确立了相间短路的距离保护和反应接地故障的零序电流三段式保护，并对它们进行整定计算和灵敏性校验，且对所选择的保护装置进行综合评价

2、。关键词 继电保护 ，整定计算，短路电流计算，距离保护，零序电流保护ABSTRACTThis design is to work out wholly for 110kv transmitted lines L4 Relay protection setting calculation. according to the principle of protection configuration, and do the setting and sensitivity calibration to protection for the selected. The design is first

3、carried out on the grid short-circuit current calculation,and then I choose distance protection as main protection. Zero sequence current protection for this line earth-fault protection, and elaborate the principle of distance protection and Zero sequence current protection in detail, and the basic

4、principle of Configuration and principle of working out and Calculation principle,at last I did the setting calculation and checked it .After the analysis and research for this design, at firsr I do the short-circuit current calculation of short circuit point for this design,and get the value of zer

5、o-sequence short-circuit current;and then established the distance protection of phase short circuit and zero sequence current three-step protection of reacted the ground fault,and next I do the setting calculation and sensitivity calibration for the design, and do the comprehensive evaluation for p

6、rotector of selected .Key words Relay Protection，Setting Calculation，Short-circuit current Calculation，Distance protection，Zero sequence current protection目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 继电保护概述11.1.1 继电保护的重要性11.1.2 继电保护的任务11.1.3 对继电保护的基本要求11.1.4 继电保护装置的基本原理31.1.5 继电保护装置的分类41.1.6 保护运行方式分析41.1.7 继电保护的未来发展51

7、.2 设计的题目和要求61.2.1 题目的基本资料61.2.2 设计的目的71.2.3 设计的要求71.2.4 题目的分析72 短路电流计算基本知识92.1 短路电流计算概述92.2 短路计算的作用92.3 短路电流的危害及限制措施92.3.1 短路电流的危害92.3.2 短路电流的限制措施103 系统中各元件的主要参数的计算113.1 电网等值计算图113.2 基准值选择113.3 电网各元件参数计算及负荷电流计算113.3.1 输电线路等值电抗计算113.3.2 变压器等值电抗计算123.3.3 发电机等值电抗计算133.3.4 最大负荷电流计算134 输电线路L4短路电流计算144.1

8、运行方式的选择原则144.1.1 发电机、变压器运行方式选择的原则144.1.2 线路运行方式选择原则144.2 流过保护的最大、最小短路电流计算方式的选择144.3 本次设计的具体运行方式的选择154.4 输电线路L4短路电流计算154.4.1 电网等效电路图154.4.2 线路L4末端短路时最大零序电流计算155 整定计算基本知识215.1 基本任务215.2 计算步骤215.3 整定配合基本原则225.4 整定系数分析235.4.1 可靠系数235.4.2 返回系数235.4.3 分支系数235.4.4 灵敏系数235.4.5 自起动系数246 相间距离保护配置和整定计算256.1 距离

9、保护的基本工作原理256.2 距离保护的时限特性276.3 距离保护的主要组成元件286.3.1 起动元件286.3.2 阻抗测量元件（ZI、ZII、ZIII）286.3.3 时间元件286.3.4 出口执行元件286.4 距离保护的整定计算296.4.1 距离保护第I段296.4.2 距离保护第段306.4.3 距离保护第III段316.5 输电线路L4距离保护整定计算和校验326.5.1 距离保护段的整定计算326.5.2 距离保护段的整定计算和校验326.6 距离保护评价337 零序电流保护配置和整定计算347.1 零序电流保护基本工作原理347.2 零序电流保护的特点357.3 零序电

10、流保护整定计算的运行方式分析357.3.1 接地短路电流、电压的特点357.3.2 接地短路计算的运行方式选择367.3.3 流过保护最大零序电流的运行方式选择367.3.4 最大分支系数的运行方式和短路点位置的选择367.4 110kV线路零序电流保护整定原则377.5 零序电流保护的整定计算377.6 输电线路L4零序电流保护的整定计算397.7 零序电流保护评价39总结40参考文献41致 谢421 绪论1.1 继电保护概述 继电保护的重要性系统的不正常运行状态是指系统中电气元件没有发生故障，但由于某种干扰，电气参数偏离正常值，如设备的过负荷、系统发生震荡、功率缺额引起的频率降低、发电机甩

11、负荷引起的过电压等，都属于不正常运行状态不及时处理，就有可能发展成故障。系统的故障和不正常运行状态都可能引起电力系统的事故。事故就是指整个或部分电力系统遭到破坏，造成人员伤亡，对用户停电或降低到不能容许的地步。系统中电气元件发生故障和不正常运行虽然无法避免，但系统发生故障却可以预防。因为系统事故的发生，除去由于自然条件（如遭受雷击等）外，一般都由设备制作质量不高、设计安装错误、运行或维护不当等原因造成。如果能一方面加强电气设备的维护和检修，另一方面在电力系统中的每个元件上装设一种有效的装置，当电气元件发生故障或不正常运行状态时，该装置能快速切断故障元件的供电或向工作人员发出信号进行处理，则可以

12、大大减少事故发生的几率。在电力系统中起这种作用的装置即称为继电保护。它在系统中的作用是：自动、快速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，使非故障元件能继续正常运行。对电气元件的不正常运行状态能根据运行维护的条件发出信号、减负荷或跳闸。 继电保护的任务不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。 对继电保护的基本要求对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。即保护四性。选择性： 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。例：当d1短路时，保护1、2动跳1

13、QF、2QF，有选择性当d2短路时，保护5、6动跳5QF、6QF，有选择性当d3短路时，保护7、8动跳7QF、8QF，有选择性若保护7拒动或7QF拒动，保护5动跳5QF（有选择性）若保护7和7QF正确动作于跳闸，保护5动跳5QF，则越级跳闸（非选择性）小结：选择性就是故障点在区内就动作，区外不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善（对保护装置QF、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。速动性： 快速切除故障。提高系统稳定性；减少用户在低电压下的动作时间；减少故障元件的损坏程度 ，避免故障进一步扩大。；

14、故障切除时间； -保护动作时间； -断路器动作时间；一般的快速保护动作时间为0.060.12s，最快的可达0.010.04s。一般的断路器的动作时间为0.060.15s，最快的可达0.020.06s。灵敏性：指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为。对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。在继电保护和安全自动装置技

15、术规程中，对各类保护的灵敏系数Klm的要求都作了具体规定,在具体装置的灵敏度校验时可按照规程规定的灵敏性系数来校验。可靠性：指发生了属于它改动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不改动作时，他能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。影响可靠性有内在的和外在的因素，内在的因素主要是装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等。外在的因素主要是体现在运行维护水平、调试和安装是否正确上。上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。 继电保护装置的基本原理

16、我们知道在电力系统发生短路故障时,许多参量比正常时候都了变化，当然有的变化可能明显，有的不够明显，而变化明显的参量就适合用来作为保护的判据，构成保护。比如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用短路时母线电压降低的特点可构成低电压保护；利用短路时线路始端测量阻抗降低可构成距离保护；利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护。除此之外，根据线路内部短路时，两侧电流相位差变化可以构成差动原理的保护。当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保护，如反应变压器油在故障时分解产生的气体而构成的气体保护。原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可形成

17、某种判据，从而构成某种原理的保护，且差别越明显，保护性能越好。继电保护装置的组成： 被测物理量测量逻辑执行跳闸或信号 整定值测量元件：其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流，电压，阻抗，功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出逻辑信号，从而判断保护是否该起动。逻辑元件：其作用是根据测量部分输出量的大小，性质，输出的逻辑状态，出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。执行元件：其作用是根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行时不动作等。 继电保护

18、装置的分类 保护运行方式分析在选择保护方式及对其整定计算时，都必须考虑系统运方式变化带来的影响， 所选用的保护方式，应在各种系统运行方式下，都能满足选择性和灵敏性的要求。对过量保护通常都是根据系统最大运行方式来确定保护整定值，以保证选择性。灵敏性的校验应根据最小运行方式来进行，因为在最小运行方式下灵敏性满足要求，则其他运行方式下，也一定满足要求。最大运行方式根据电力系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行以及选择的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。对继电保护而言，是指短路时流过保护的短路电流最大的运行方式。最小运行方式根据系统最小负荷，投入与之相适应的发电设备且系统中

19、性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护而言，是指短路时流过保护的短路电流最小的运行方式。正常运行方式根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应数量的发电机、变压器和线路的运行方式称为正常运行方式。这种运行方式在一年之内的运行时间最长。对于某些特殊运行方式，运行时间很短，对保护的选择性或灵敏性有困难时，且保护拒动或误动不会引起大面积停电的情况下，可不予考虑。 继电保护的未来发展继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。计算机化-随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：

20、从8位单CPU结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。 网络化-计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。保护、控制

21、、测量、数据通信一体化-在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。 智能化-近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难

22、以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。1.2 设计的题目和要求 题目的基本资料某电力系统接线图如下图1.1所示：图1.1 110KV电网接线图 ,， 设计的目的 设计的要求 题目的分析本次设计是为给110KV单侧电源环形电网输电线路110kV及以上电压等级的电力系统，均属于大接地电流系统。根据运行统计，这种系统中，单相接地故障占总故障的80%到90%，甚至更高，因此本次设计应注重系统出现接地故障时的保护。110kV线路通常采用三段式相间距离保护方式作为主保护,距离保护通过测量被保

23、护线路始端电压和线路电流的比值来动作的一种保护。阶段式零序电流保护作为其后备保护，零序电流保护与相间电流保护完全相同，只是零序电流保护只是反应电流的一个分量，零序电流保护段为零序电流速断保护，第段为限时零序电流速断保护，第段为零序过电流保护。并对所选择的保护方式进行整定计算，保证灵敏度满足要求。另外，由于线路L4为电压等级的最后一回线路，所以无需整定零序保护的第段和第段。2 短路电流计算基本知识2.1 短路电流计算概述2.2 短路计算的作用2.3 短路电流的危害及限制措施 短路电流的危害 短路电流的限制措施3 系统中各元件的主要参数的计算3.1 电网等值计算图电网等值计算图3.2 基准值选择基

24、准功率：，基准电压：。基准电流：；基准电抗：；电压标幺值：线路标号：线路AC=L3，线路AB=L1，线路BC=L2，线路CD=L4 变压器标号:图中3.1从左至右依次为T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T83.3 电网各元件参数计算及负荷电流计算3.3.1 输电线路等值电抗计算线路L1等值电抗计算正序以及负序电抗： 零序电抗： 线路L2等值电抗计算正序以及负序电抗： 零序电抗： 线路L3等值电抗计算正序以及负序电抗：零序电抗： 线路L4等值电抗计算正序以及负序电抗： 零序电抗： 保护线路L4的最大运行方式：、全投入运行，线路全部运行则通过保护L4的最大负荷电流为 3.3.2 变压器等值

25、电抗计算变压器T1、T2等值电抗计算变压器T3等值电抗计算变压器T4、T5、T6、T7等值电抗计算 变压器T8等值电抗计算3.3.3 发电机等值电抗计算发电机G1、G2电抗标幺值计算发电机G3电抗标幺值计算3.3.4 最大负荷电流计算B、C母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算(拆算到)D母线最大负荷电流计算最大负荷电流计算(拆算到)4 输电线路L4短路电流计算4.1 运行方式的选择原则4.1.1 发电机、变压器运行方式选择的原则一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故障；当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。对水电厂，还应根据水库运行方式选择。一个

26、发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量最大的一台停用。4.1.2 线路运行方式选择原则一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，另一条线路有故障的方式。双回路一般不考虑同时停用。4.2 流过保护的最大、最小短路电流计算方式的选择相间保护对单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大短路电流出现在最大运行方式；而最小短路电流，则出现在最小运行方式。对于双电源的网络，一般（当取Z1=Z2时）与对侧电源的运行方式无关，可按单侧电源的方法选择。对于环状网络中的线路，流过保护的电大短路电流应选取开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一线线路上。而对于电小短路电

27、流，则应选闭环运行方式，同时再合理停用该保护背后的机组、变压器及线路。零序电流保护对于单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大零序短路电流与最小零序电流，其选择方法可参照相间短路中所述，只需注意变压器接地点的变化。对于双电源的网络及环状网，同样参照相间短路中所述，其重点也是考虑变压器接地点的变化。选取流过保护的最大负荷电流的原则如下：1)备用电源自动投入引起的增加负荷；2)并联运行线路的减少，负荷的转移；3)环状网络的开环运行，负荷的转移；4)对于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增加负荷。4.3 本次设计的具体运行方式的选择电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。因此，在对

28、继电保护进行整定计算之前，首先应该分析运行方式。这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。因此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。现结合本次设计具体说明如下，系统的最大运行方式是所有设备全部投入运行；系统的最小运行方式为发电机G1和G2投入，发电机G3停运。对输电线路L4继电保护保护而言，其最大运行方式应该是在电网所有发电机组全部运行，T4、T5、T6、T7全部不运行下，下路全部运行；输电线路L4继电保护保护的最小运行方式应

29、该是：在电网发电机G1或G2投入运行，G3不运行，其余设备全部运行方式下，线路L1+L2与L3并联运行，再与L4串联运行。4.4 输电线路L4短路电流计算4.4.1 电网等效电路图电网等效电路图如图4.1所示： 图4.1电网等效电路图 线路L4末端短路时最大零序电流计算线路L1断线时，有正序图4.2如下： 图4.2 线路L1 断线时的正序图 计算线路的电抗：计算发电机组的总电抗： 计算可得其正序阻抗：其零序图4.3如下所示：计算可得其零序阻抗：因为，应采用两相接地的短路电流:流过保护7的最大零序电流：单相接地的短路电流：图4.3 线路L1断线时的零序图线路L2断线时，有正序图4.4如下所示：

30、图4.4 线路L2断线时正序图有以上计算得正序阻抗：零序图4.5如下所示：计算得零序阻抗： 因为应采用两相接地的短路电流：流过保护7的最大零序电流：单相接地的短路电流：图4.5 线路L2短线时的零序图图4.6 线路L3短线时的正序图 计算得正序阻抗：计算得正序阻抗： 零序图4.7如下所示：计算得零序阻抗： 因为，应采用两相接地的短路电流:流过保护7的最大零序电流：单相接地的短路电流：图4.7 线路L3短线时的零序图闭环运行时，有正序图4.8如下所示：图4.8 闭环运行时正序图计算得正序阻抗：零序图4.9如下所示：通过星角变换可得其星角变换零序图4.10：可以计算得出其零序阻抗： 因为，采用两相

31、接地短路电流：流过保护7的最大零序电流为：单相接地短路电流为图4.9 闭环运行时零序图图4.10 星角变换零序图5 整定计算基本知识5.1 基本任务5.2 计算步骤5.3 整定配合基本原则5.4 整定系数分析机电保护的整定值一般通过计算公式计算得出，为使整定值符合系统正常运行及故障状态下的规律，达到正确整定的目的，在计算公式中需要引入各种整定系数。5.4.1 可靠系数整定计算中有附加误差因素时，应选用较大的系数，例如用曲线法进行整定配合将增大误差。5.4.2 返回系数 按正常运行条件量值整定的保护，如按最大负荷电流整定的过电流保护和最低运行电压整定的低电压保护，在受到故障量的作用起动时，当故障

32、消失后保护不能返回到正常位置将发生误动作。因此，整定计算公式中引入返回系数。对于按故障量值和按自起动量值整定的保护，则可不考虑返回系数。5.4.3 分支系数多电源的电力系统中相邻上、下两级保护间的整定配合，还受到中间分支电源的影响，将使上一级保护范围缩短或伸长，整定公式中需引入分支系数。5.4.4 灵敏系数 在继电保护的保护范围内发生故阵，保护装置反应的灵教程度称为灵度。灵敏度用灵敏系数表示。灵敏系数是指在被保护对象的某一指定点发生故障时，故障量与整定值之比（反应增量保护），或整定值与故障量值之比（反应欠量保护）。灵敏系数一般分为主保护灵敏系数和后备保护灵敏系数两种。前者是对被保护对象的全部范

33、围而言，后者则是对被保护对象的相邻保护对象的全部而言。灵敏系数在保证安全性的前提下，一般希望越大越好，但在保证可靠动作的基础上规定了下限值作为衡量的标准。不同类型保护的灵敏系数要求不同，继电保护规程有作出相应的规定。校验灵敏度应注意的问题： 计算灵敏系数，一般规定以金属性短路作为计算条件。仅当特殊需要时，才考虑经过渡电阻短路进行；选取不利的短路类型； 保护动作时间较长时，应计及短路电流的衰减；对于两侧有电源的线路保护，应考虑保护相继动作对灵敏系数的影响； 经 Yd11接线变压器后不对称短路，各相中短路电流分布将发生变化接于不同相别、不同相数的保护，其灵敏系数也不相同；在保护动作的全过程中，灵敏

34、系数均需满足规定的要求。5.4.5 自起动系数按负荷电流整定的保护，必须考虑负荷电动机自起动状态的影响。当电力系统发生故障并被切除后，电动机将产生自起动过程，出现较大的自起动电流。选择自起动系数应注意问题：动力负荷比重大时，应选用较大的系数；电气距离较远的动力负荷，应选用较小的系数； 切除故障时间较长或负荷断电时间较长时，应选用较大的系数。6 相间距离保护配置和整定计算6.1 距离保护的基本工作原理电压、电流保护的主要优点是简单 、经济及工作可靠。但是由于这种保护整定值的选择、保护范围以及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响，所以，在35kV及以上电压的复杂网络中，它们都很难

35、满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求。为此，就必须采用性能更加完善的保护装置，距离保护就是适应这种要求的一种。距离保护是通过测量被保护线路始端电压和线路电流的比值而动作的一种保护，这个比值被称为测量阻抗，用来完成这一测量任务的元件称为阻抗继电器KI。在线路正常运行时的测量阻抗称为负荷阻抗，其值较大；当系统发生短路时，测量阻抗等于保护安装处到短路点之间的线路阻抗，其值较小，而且故障点越靠近保护安装处，其值越小。当测量阻抗小于预先规定的整定阻抗时，保护动作。因为在短路时的测量阻抗反应了短路点保护安装点之间距离的长短，所以称这种原理的保护为距离保护，有时也称之为阻抗保护。110kV输电线路距离保

36、护接线图如下图6.1（a）所示：(a)动作分析如下：图中采用了电流启动元件和单独的功率方向元件。当保护区内发生短路时，电流继电器KA和功率继电器KW瞬时动作，通过继电器KA和KW的触点串联把直流电源的正极加到阻抗继电器KR1、KR2的触点上，同时加在时间继电器KT2的线圈上。如果故障发生在距离保护I段范围内，阻抗继电器KR1启动，使出口中间继电器KM动作，通过信号继电器KS1的线圈发出跳闸脉冲，将QF切断。这时保护装置的动作不带延时，动作时间为继电器的固有时间t。如果短路发生在距离较远的第段范围内，阻抗继电器KR1不会启动，而阻抗继电器KR2启动，使建立第段延时t的时间继电器KT2动作，并通过

37、信号继电器KS2发出跳闸脉冲。当短路发生在距离更远的第段时，阻抗继电器KR1、KR2都不启动，而建立第段延时t 的时间继电器KT2经过整定的时间后动作，通过信号继电器KS3发出跳闸脉冲。其展开图如下图6.1(b)所示：(b)图6.1 三段式距离保护接线图(a)原理图 (b)展开图展开图是在原理图的基础上作出的，其特点是：把保护装置接线中交流电流回路、直流电流回路和信号回路分别绘出，继电器和其它电器都不作完整的元件表示出来，而是将他们的线圈和接点及其所能通过的电流的性质分别表示在相应的各回路中，如图6.1（b）所示。在画展开图时，对于属同一继电器的各个部件，如线圈、接点都标以同一标号，而且按他们

38、在工作时的动作顺序自左至右及自上至下的依次排列。所以展开图能清楚地表示出保护装置的动作过程，易于查找接线错误，对复杂回路的设计、研究、安装和调试都比较方便。6.2 距离保护的时限特性距离保护的动作时间与保护安装点至短路点之间距离的关系，称为距离保护的时限特性。为了满足速动性、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阶梯型时限特性，如图6.2所示，并分别称为距离保护的、段。为了保证选择性，距离I段只能保护线路全长的80%85%，图6.2中保护1的段动作阻抗应按=（0.80.85）整定，是保护的固有动作时限。为了切除本线路末端15%20%范围内的故障，需装设距离段。保护1距离段的保护范

39、围应伸入下一级线路（伸入部分不应超过保护2距离段的保护范围），为了保证选择性，保护1距离段动作时限II应与保护2距离段动作时限配合，即按II=+整定。(a) 网络接线图 （b 时限特性图6.2 距离保护的时限特性6.3 距离保护的主要组成元件三段式距离保护装置一般由以下元件组成，其逻辑关系如图6.3所示。 起动元件起动元件的主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护，并和阻抗测量元件（ZI、Z、Z）组成与门，起动出口回路动作于跳闸，以提高保护装置动作的可靠性。起动元件可由过电流继电器、低阻抗继电器或反应于负序和零序电流的继电器构成。 阻抗测量元件（Z、Z、Z）阻抗测量元件的作用是测量短路点到保护安

40、装点之间的阻抗（亦即距离），它是距离保护中的核心元件，一般由阻抗继电器来担任。通常ZI和Z采用带有方向性的方向阻抗继电器，Z采用偏移特性的阻抗继电器。 时间元件时间元件用以建立保护动作所必需的延时，根据测量元件的动作结果以相应的不同时间去发出跳闸脉冲，以保证保护动作的选择性。时间元件一般由时间继电器担任。 出口执行元件由图6.3所示逻辑框图可知保护装置的动作情况如下：正常运行时，起动元件不动作，保护装置处于被闭锁状态；当正方向发生短路故障时，起动元件动作，如果故障位于距离I段范围内，则Z动作，并与起动元件一起经与门瞬时作用于出口跳闸回路；如果故障位于距离段范围内，则ZI不动而Z动作，随即起动段

41、的时间元件t，待t延时到达后，通过与门起动出口回路动作于跳闸；如果故障位于距离段范围内，则ZIII动作后起动t,在t的延时之内，若故障未被其他的保护动作切除，则在t延时到达后，仍然通过与门和出口回路动作于跳闸，起到后备保护的作用。图6.3 距离保护装置逻辑框图6.4 距离保护的整定计算6.4.1 距离保护第I段小于线路全长的15%20%。动作阻抗：对线路：段动作阻抗应躲过下一线路始端（或本线路末端）短路故障时的测量阻抗。如图6.4所示AB线路A侧的距离保护1，其I段的动作阻抗（一次值）整定为： 式(6.1)式中，可靠系数，在计及各种误差的影响后，一般取=0.80.85.线路AB的正序阻抗 图6

42、.4 选择整定阻抗的网络接线 动作时限：0秒 （指不在人为的增设延时，第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）6.4.2 距离保护第段由于段保护一般不能保护线路全长，无法切除本线路段保护范围以外的短路故障，为此增设距离保护第段，它的动作范围应包括被保护线路全长。为了获得选择性，段保护必须带时限，以便和相邻线路段保护相配合，通常所带的时限只比瞬时速断保护大一个或两个时限级差。它的保护范围不超越相邻线路段或段距离保护的保护范围。起动阻抗: 距离II段的动作阻抗应按以下两个原则来确定：1)与相邻线路的距离I段相配合，并考虑分支系数对测量阻抗的影响。对于图6.4中的保护1，其距离段的起动阻抗应整定

43、为 式(6.2)式中相邻线路BC的B侧保护的I段动作阻抗； 可靠系数，一般取=0.8分支系数，为保证保护在任何情况下的选择性，应选用实际可能的较小值；2)躲开线路末端变电所变压器低压侧出口处(图6.4中K点)短路时的测量阻抗。设变压器的阻抗为,则保护1的动作阻抗应整定为： 式(6.3)式中可靠系数，考虑到变压器阻抗的误差较大，所以一般取=0.7。按上述两原则计算后，应取数值较小的一个。灵敏度与动作时限： 确定了距离段的起动阻抗后，按本线路末端金属性短路故障来校验灵敏度。因为距离保护是反应数值下降而动作的，所以其灵敏度系数为： = 式(6.4)对于保护1来说，在本线路末端短路时，其测量阻抗即为，

44、因此其灵敏系数为= 1.25 式(6.5) 保护的动作时限应比下一线路距离I段的动作时限大一个时间级差，一般取为: =0.5s。当灵敏系数不满足要求时，应进一步延伸保护范围，使之与下一线路的距离保护段相配合。如图6.4中保护1，其启动阻抗为 式(6.6) 其中，为相邻线路段的起动阻抗，当有多条出线时，应取较小值。 当然，此时距离段的动作时限也应与下一条线路的段的动作时间配合，即比下一线路段的动作时限大一个时间级差，取为 =+ 式(6.7) 6.4.3 距离保护第段距离段保护虽能保护线路全长，但不能作为下一线路保护的后备。而距离保护段不仅能保护本线路全长，还能保护相邻线路的全长，可以起到后备保护

45、的作用。它的灵敏度较高，保护范围大。它也是靠适当选取动作阻抗和动作时限来获得选择性的起动阻抗：当距离段采用阻抗继电器时，其动作阻抗一般按躲开最小负荷阻抗来整定，它比I、段的整定阻抗打的多，保护范围也较长，所以当本线路外部发生短路故障时，段阻抗继电器一般处于动作状态。为保证选择性，外部故障切除后，在电动机自起动的条件下，继电器必须返回。如果段阻抗继电器采用全阻抗继电器，其起动阻抗为 式(6.8) 式(6.9)式中可靠系数，取1.21.3； 阻抗继电器的返回系数，取1.11.15； 故障切除后电动机的自启动系数； UN保护安装处的额定电压； 流经被保护线路的最大负荷电流。灵敏度：当距离段作近后备时

46、，其灵敏度按本线路末端金属性短路故障来校验，对于图6.4中的保护1，其灵敏系数为： 1.5当距离III段作远后备时，其灵敏度按相邻线路末端金属性短路故障来校验，对于保护1，其灵敏系数为 1.2动作时限：保护的动作时限按时间阶梯原则整定，比下一线路段动作时限长一个时间级差。6.5 输电线路L4距离保护整定计算和校验 距离保护段的整定计算动作阻抗对输电线路L4，按躲过本线路末端短路来整定。取；动作时限距离保护段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即。灵敏性校验 满足灵敏性 距离保护段的整定计算和校验起动阻抗： 按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定式中，为保护7的段末端变压器

47、低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。当保护7的段末端发生短路时，分支系数为： 于是 ；动作时间，与相邻保护7的段配合，则它能同时满足与相邻线路L4和变压器保护配合的要求。灵敏性校验：,满足要求。 距离保护段的整定计算和校验动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定；, , ， 于是动作时间：变压器保护的动作时间为：线路B末端的动作时间为：灵敏性校验：1)本线路末端短路时的灵敏系数为： ，满足要求。2)相邻元件末端短路时的灵敏系数为：最大分支系数：,满足要求。6.6 距离保护评价优点能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求，阻抗继电器是同时反应电压的降低与电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。其中段距离保护基本不受运行方式的影响，而、段仍受系统运行方式变化的影响，但比电流保护小些，保护区域和灵敏度比较稳定。缺点不能实现全线瞬动，对双侧电源线路，将有全线的30%40%以上段时限跳闸，这对稳定性有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的，阻抗继电器本身较复杂，还增设了震荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此，距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对较低。 7