继电综合设计吕家欣

1、自动化学院学生堂下期中综合设计考试答卷考试科目： 电力系统及继电保护原理 设计题目：线路距离保护设计姓 名：吕家欣学 号：2014212833成 绩：学年学期：2016 -2017 学年 春季 o秋季 学期重庆邮电大学自动化学院制自动化学院学生堂下期中电气系统及继电保护原理综合设计成绩评定标准（此页必须打印）A. 设计的电力系统准备做保护配置是否符合实际情况。B. 是否进行了短路电流分析。C. 是否进行了保护的原理分析。D. 是否进行了保护配置的说明。E. 是否有整定计算的分析过程，整定计算是否正确。F. 是否有灵敏度分析，分析是否正确。G. 是否有对电气系统及继电保护原理课程期中综合设计的心

2、得体会以及对相关问题的展望。H. 整个设计报告格式是否规范，目录要自动链接，公式编号及引用要自动链接。I. 参考文献至少8篇(可以参考CNKI、IEEE/IEL和ElsevierSD数据库)。J. 参考文献格式是否规范(中华人民共和国国家标准_GBT_7714-200格式)。K. 参考文献是否在正文中引用。L. 参考文献是否实际引用。M. 是否有错别字和低级错误。N. 设计报告完全一样，所有学生成绩全部为F 档（0分）。O. 在指导教师出题及设计要求的大框架下，根据自己的具体设计情况（扩展、就某一方面的独特研究、就某一方面的创新），自己拟定设计题目、设计内容及要求的学生有加分奖励。电力系统分析

3、课程期中综合设计报告成绩扣分标准表格设计报告题目 不规范等级减分项目极少不规范较少不规范部分不规范较多不规范很多不规范严重不规范设计的电力系统准备做保护配置是否符合实际情况1 2 4 6 8 10 是否进行了短路电流分析1 2 4 6 8 10 是否进行了保护的原理分析1 2 4 6 8 10 是否进行了保护配置的说明1 2 4 6 8 10 是否有整定计算的分析过程，整定计算是否正确1 2 4 6 8 10 是否有灵敏度分析，分析是否正确1 2 4 6 8 10 心得体会以及对相关问题的展望1 2 4 6 8 10 目录不规范1 2 3 4 5 6 公式不规范1 2 3 4 5 6 参考文献

4、不规范1 2 3 4 5 6 错别字以及语句不通顺1 2 3 4 5 6 字体、排版不规范1 2 3 4 5 6 总分数：摘要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，

5、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 录一、设计内容及要求11.1具体题目11.2设计内容11.3设计要求1二、设计报告正文42.1保护配置42.2短路电流及残压计算52.3保护的配合及整定计算72.4继电保护设备选择12三、心得体会及展望

6、173.1 心得体会173.2 展望17参考文献18一、设计内容及要求1.1具体题目查找电力系统继电保护第二版Pg116页课后习题3.18，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：，, ，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 电力系统网路连接图试对1、2、3、4进行距离保护的设计。1.2设计内容本次设计要完成的内容是实现对线路的距离保护。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

7、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。1.3设计要求 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。（一）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。例如：图1.2 选择性的故障例图当d1短路时，保护1、2动跳1DL、2DL，有选择性当d2短路时，保护5、6动跳5DL、6DL，有选择性当d3短路时，保护7、8动跳7DL、8DL，有选择性若保护7拒动或7DL拒动，保护5动跳5DL（有选择性） 若保护7和7DL正确动作于跳闸，保护5动跳5DL，则越级跳闸（非选择

8、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DL、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。（二）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。 t=tbh+tDL 式中： t故障切除时间； tbh-保护动作时间； tDL-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

9、。（三）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Klm。 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。（四）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：装置本身的质量，包括元

10、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：运行维护水平、调试是否正确、正确安装；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。二、设计报告正文2.1保护配置2.1.1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）距离保护第段距离保护的第段是瞬时动作的，是保护本身的固有动作时间。以保护2为例，其第段保护本应保护线路A-B全长，即保护范围为本线路全长的100，然而实际上却是不可能的，因为当线路B-C出口处短路时，保护2第段不应动作，为此，其启动阻抗的整定值必须躲开这一点短

11、路时所测量到的阻抗ZAB,整定阻抗<.考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，需引入可靠系数，（一般取0.80.85），则（2.1） 同理对保护1的第段整定值应为（2.2）如此整定后，距离段就只能保护本线路全长的8085，这是一个严重缺点。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）距离保护第段距离段整定值的选择是类似于限时电流速断的，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t的时限，以保证选择性。例如在图1-1单侧电源网咯中，当保护1第段末端短路时，保护2的测量阻抗为（2.3）引入可靠系数，保护2的启动阻抗为（2.4）距离段与段联合工作构成

12、本线路的主保护。2.1.2后备保护配置距离保护第段，装设距离保护第段是为了作为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为、段的后备保护。对距离段整定值的考虑是与过电流保护相似的，其启动阻抗要按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来选择，而动作时限应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t。2.2短路电流及残压计算等效电路的建立由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式下各线路未端短路的情况,最小运行方式下各线路未端短路的情况。2.2.2保护短路点的选取本设计中主要考虑母线、线路末端的短路故障。2.2.3短路电流的计算电力系统运行方式的变化，直接影

13、响保护的性能，因此，在对继电保护进行整定计算之前，首先应该分析运行方式。在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大，对继电保护而言称为最大运行方式，对应的系统等值阻抗最小；在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小，对继电保护而言称为最小运行方式，对应的系统等值阻抗最大。需要着重说明的是，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。最大运行方式短路电流计算： （1）保护1的最大运行方式分析。保护1的最大运行方式就是指流过保护1的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T1、T2两个

14、都同时运行的运行方式，则（2.5）式中为保护安装处到系统等效电源之间的最小阻抗。（2.6）式中为流过保护1的最大短路电流。（2）保护2的最大运行方式分析。保护2最大运行方式就是指流过保护2的电流最大即两个发电机共同运行，则 （2.7）（2.8）式中为流过保护2的最大短路电流。（3）保护3的最大运行方式分析。保护3的最大运行方式就是指流过保护3的电流最大即两个发电机共同运行，则（2.9）（2.10）式中为流过保护3的最大短路电流。（4）保护4的最大运行方式分析。保护4的最大运行方式就是指流过保护4的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6两个都同时运行的运行方式，则（2.11）（2.12

15、）式中为流过保护3的最大短路电流。最小运行方式短路电流计算：（1）保护1的最小运行方式分析。保护1的最小运行方式就是指流过保护1的电流最小即是在G1和G2只有一个工作，变压器T1、T2两个中有一个工作时的运行方式，则（2.13）式中为保护安装处到系统等效电源之间的最大阻抗。（2.14）式中为流过保护1的最小短路电流。（2）保护2的最小运行方式分析。保护2的最小运行方式就是指流过保护2的电流最小即是在G3和G4只有一个工作时运行方式，则（2.15）（2.16）式中为流过保护2的最小短路电流。（3）保护3的最小运行方式分析。保护3的最小运行方式就是指流过保护3的电流最小即是在G1和G2只有一个工作

16、时的运行方式，则（2.17）（2.18）式中为流过保护2的最小短路电流。（4）保护4的最小运行方式分析。保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小即是在G3和G4只有一个工作，变压器T3、T4两个中有一个工作时的运行方式，则（2.19）（2.20）式中为流过保护4的最小短路电流。2.3保护的配合及整定计算保护1距离保护的整定与校验保护1距离保护第I段整定：（1）保护1的I段的整定阻抗为（2.21）式中为保护1距离的I段的整定阻抗；为被保护线路的长度；为被保护线路单位长度的正序阻抗；为可靠系数。（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。保护1距离保护第II段整定：（1）整定

17、阻抗：按下面两个条件选择。当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，有，则（2.22）式中为保护3距离I段的整定阻抗；为被保护线路的长度。（2.23）式中为保护1距离II段的整定阻抗；为可靠系数。 当与相邻变压器的快速保护相配合时，有， ,有（2.24）（2）灵敏度校验 满足灵敏度要求。（3）动作时限与相邻线路保护3的I段保护配合，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。保护1距离保护第III段整定：（1）整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有 （2.25）式中最小负荷阻抗为正常运行母线电压的最低值，为被保护线路最大负荷电流。 （2.26）式中为保护1距离III段的整定阻抗

18、；为可靠系数。取 ，和，于是（2.27）（2）灵敏度校验 本线路末端短路时灵敏系数：满足灵敏度要求。相邻线路末端短路时灵敏系数。只要令即（2.28）当X34.1、X56.0分别取最小值，而X12.1、X34.0、X12.0分别取最大值时，K1b就取最大值。即当，时，有相邻变压器末端短路时灵敏系数,，有灵敏度校验满足要求。（3）动作时限 与相邻设备保护配合，它能同时满足与相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。2.3.2保护2距离保护的整定与校验保护2距离保护第I段整定：（1）保护2的I段的整定阻抗为 （2.29）式中为保护2距离的I段的整定阻抗。（2）动作时限第I段实际动作时间为保护装置固有的

19、动作时间。2.3.3保护3距离保护的整定与校验保护3距离保护第I段整定：（1）保护3的I段的整定阻抗为 （2.30）式中为保护3距离I段的整定阻抗；为被保护线路的长度。（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。保护4距离保护的整定与校验保护4距离保护第I段整定：（1）保护4的I段的整定阻抗为 （2.31）式中为保护4距离I段的整定阻抗。（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。保护4距离保护第II段整定：（1）整定阻抗：按下面两个条件选择。当与相邻下级线路距离保护I段配合时，有（2.32）式中为保护4距离II段的整定阻抗。 当与相邻变压器的快速保护相配合时，

20、有（2.33）所以取。（2）灵敏度校验满足灵敏度要求。（3）动作时限与相邻保护2的I段配合，它能同时满足与相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。保护4距离保护第III段整定：（1）整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有（2.34）（2.35）式中为保护4距离III段的整定阻抗。取，和，,于是 （2.36）（2）灵敏度校验 本线路末端短路时灵敏系数为满足灵敏度要求。 相邻线路末端短路时灵敏系数。经分析可得当、分别取最小值，而、分别取最大值时，就取最大值，即当，有（2.37）灵敏度校验满足要求。相邻变压器末端短路时灵敏系数。此时，有灵敏度校验满足要求。（3）动作时限与相邻设备保护配合

21、有它能同时满足与相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。2.4继电保护设备选择互感器的选择互感器分为电流互感器TA和电压互感器TV，它们既是电力系统中一次系统与二次系统间的联络元件，同时也是一次系统与二次系统的隔离元件。它们将一次系统的高电压、大电流，转变成二次系统的低电压、小电流，供测量、监视、控制及继电保护使用。互感器的具体作用是：（1）将一次系统各级电压均变成100以下的低电压，将一次系统各回路电流变成5A以下的小电流，以便于测量仪表及继电器的小型化、系列化、标准化。（2）讲一次系统与二次系统在电气方面隔离，同时互感器二次侧有一点可靠接地，从而保证了二次设备及人员安全。电流互感器的选择：

22、 电流互感器一次回路额定电压和电流选择。电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足：（2.38） （2.39） 式中、电流互感器一次额定电压和电流。为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。 二次额定电流的选择电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般强电系统用5A， 弱电系统用1A。 电流互感器种类和型式的选择在选择互感器时，应根据安装地点(如屋内、屋外)和安装方式(如穿墙式、支持式、装入式等)选择相适应的类别和型式。选用母线型电流互感器时，应注意校核窗口尺寸。 电流互感器准确级的选择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。例

23、如:装于重要回路(如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和计费的电能表一般采用0.51级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级；对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆用11.5级的，相应的电流互感器应为0.51级。供只需估计电参数仪表的互感器可用3级的。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。 二次容量或二次负载的校验为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接实际负载Z2l或所消耗的实际容量荷S2应不大于该准确级所规定的额定负载ZN2或额定容量SN2（ZN2及S

24、N2均可从产品样本查到），即： 或（2.40） 式中电流互感器二次回路中所接仪表内阻的总和与所接继电器内阻的总和，可由产品样本中查得；电流互感器二次联接导线的电阻；电流互感器二次连线的接触电阻，一般取为0.1。（2.41） 因为A=，所以A，式中A，一电流互感器二次回路连接导线截面积（mm2）及计算长度（mm）。按规程要求联接导线应采用不得小于1.5mm2的铜线，实际工作中常取2.5mm2的铜线。当截面选定之后，即可计算出联接导线的电阻Rwi。有时也可先初选电流互感器，在已知其二次侧连接的仪表及继电器型号的情况下，确定连接导线的截面积。但须指出，只用一只电流互感器时电阻的计算长度应取连接长度2

25、倍，如用三只电流互感器接成完全星形接线时，由于中线电流近于零，则只取连接长度为电阻的计算长度。若用两只电流互感器接成不完全星形结线时，其二次公用线中的电流为两相电流之向量和，其值与相电流相等，但相位差为60，故应取连接长度的倍为电阻的计算长度。所以本题中电流互感器的型号为LCWB6-110B。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 > >（2.42）式中电压互感器一次侧额定电压。选择时，满足即可。（2）电压互感器二次侧额定电压的选择电压互感器

26、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，例如：在6-35kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式；110-220kV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；220kV及其以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。（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首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器接线方式

27、，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级额定容量。有关电压互感器准确级的选择原则，可参照电流互感器准确级选择。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。电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），应不小于电压互感器的二次负荷，即。 （2.43） 式中各仪表的视在功率、有功功率和无功功率。各仪表的功率因数。如果各仪表和继电器的功率因数相近，或为了简化计算起见，也可以将各仪表和继电器的视在功率直接相加，得出大于的近似值，它若不超过，则实

28、际值更能满足式子的要求。由于电压互感器三相负荷常不相等，为了满足准确级要求，通常以最大相负荷进行比较。计算电压互感器各相的负荷时，必须注意互感器和负荷的接线方式。所以本题中的电压互感器的型号为JDZJ-3。2.4.2继电器的选择按使用环境选型：使用环境条件主要指温度（最大与最小）、湿度（一般指40摄氏度下的最大相对湿度）、低气压（使用高度1000米以下可不考虑）、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。对电磁干扰或射频干扰

29、比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬态抑制电路的产品。按输入信号不同确定继电器种类：按输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。输入参量的选定：与用户密切相关的输入量是线圈工作电压（或电流），而吸合电压（或电流）则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。对用户来讲，它只是一个工作下极限参数值

30、。控制安全系数是工作电压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。整机设计时，不能以空载电压作为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别是电源内阻大时更是如此。当用三极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管必须处于开关状态，对6VDC以下工作电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和压降。当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的冲击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的1.5倍，工作值的误差一般为±10%。根据负载情况选择继电器触点的种类

31、和容量：国内外长期实践证明，约70%的故障发生在触点上，这足见正确选择和使用继电器触点非常重要。触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。动合触点组和转换触点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用动合触点。根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）确定参数十分重要。认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的，一般说，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最好。电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠

32、性下降，故100mA称作试验电流，是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。由于一般继电器不具备低电平切换能力，用于切换50mV、50A以下负荷的继电器订货，用户需注明，必要时应请继电器生产厂协助选型。继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下，负载为阻性的动作次数，当超出额定电压时，可参照触点负载曲线选用。当负载性质改变时，其触点负载能力将发生变动。 三、心得体会及展望3.1 心得体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关继电保护方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，