繼電保護課程設計報告距離保護

1、繼電保護原理課程設計報告評語：考 勤（10）守 紀（10）設計過程（40）設計報告（30）小組答辯（10）總成績（100）專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 蘭州交通大學自動化與電氣工程學院201 年 月 日12 / 13文檔可自由編輯打印1 設計原始資料1.1 具體題目如下圖所示網(wǎng)絡，系統(tǒng)參數(shù)為：=115/kV，XG1=15、XG2=10、XG3=10,L1=L2=60km、L3=40km，LB-C=50km，LC-D=30km，LD-E=20km，線路阻抗0.4/km，=0.85，IB-C.max=300A、IC-D.max=200A、ID-E.max=150A，KSS=1

2、.5、Kre=1.2。圖1 線路網(wǎng)絡圖試對線路L1、L2、L3進行距離保護的設計（說明：可讓不同的學生做1、2、3、4、5、6、8、9處一至二處保護設計）。1.2 要完成的內(nèi)容對保護3和保護5進行距離保護設計。其中包括距離保護段、段和段的整定計算，及設備選型。2 設計分析2.1 設計步驟其中包括四個步，第一步：保護3和保護5的段的整定計算及靈敏度校驗；第二步：保護3和保護5的段的整定計算及靈敏度的校驗；第三部：保護3和保護5的段的整定計算及靈敏度的校驗；第四步：繼電保護設備的選擇和原理的分析。2.2 本設計的保護配置距離保護在作用上分為主保護和后備保護，主保護用于對線路進行保護主要作用的裝置當

3、線路故障時，主保護首先動作。當主保護由于故障拒動時就需要后備保護對線路起保護作用，后備保護用于對線路起后備保障作用。線路主保護有距離保護的段和段保護，線路的后備是距離保護段保護。后備保護又分為近后備保護和遠后備保護。2.2.1 主保護配置距離保護的主保護是距離保護段和距離保護段。(1) 距離保護段保護距離保護的第段是瞬時動作的，它只反映本線路的故障，下級線路出口發(fā)生故障時，應可靠不動作。以保護3為例，其啟動阻抗的整定值必須躲開本線路末端短路的測量阻抗來整定。同時，在考慮到阻抗繼電器和電流、電壓互感器的誤差后，需要引入可靠系數(shù)（一般取0.80.85）以滿足要求。如此整定后，距離段就只能保護本線路

4、全長的8085，無法保證保護線路全長，這是一個缺點。為了切除本線路末端1520范圍以內(nèi)的故障，就需設置距離保護第段。(2) 距離保護的段保護距離段整定值的選擇應使其不超出相鄰下級保護段的保護范圍，同時帶有高出一個t的時限，以保證選擇性。考慮到可能引起誤差，需引入可靠系數(shù)。距離段與段配合工作構成本線路的主保護。2.2.2 后備保護配置距離保護的后備保護是距離保護的段保護，其可作為近后備保護也可作為遠后備保護。距離保護的段保護當作為相鄰線路保護裝置和斷路器拒絕動作時的后備保護時，即為遠后備保護；當作為本線路、段的后備保護時，即為近后備保護。其作用是保證線路保護的完整性，防止出現(xiàn)線路全長沒有保護到的

5、現(xiàn)象。3 等效電路的建立及阻抗的計算3.1 等效電路的建立3.1.1 保護3等效電路建立保護3等效電路建立及短路點選取如圖2所示。圖2 保護3等效電路3.1.2 保護5等效電路建立及阻抗計算(1) 保護5與保護3配合時等效電路建立如圖3所示。圖3 保護5與保護3配合時等效電路(2) 保護5與保護8配合時等效電路建立如圖4所示。圖4 保護5與保護8配合時等效電路3.2基本阻抗的計算阻抗計算公式為：Z=L×z1 (1)其中： L為線路長度（km）；z1為線路單位長度上的阻抗(/km)。將線路L1的參數(shù)帶入(1)，算得線路L1的阻抗值為：ZL1=60×0.4=24 ()將線路L3

6、的參數(shù)帶入(1)，算得線路L3的阻抗值為：ZL3=40×0.4=16 ()將線路B-C的參數(shù)帶入(1)，算得線路B-C的阻抗值為：ZB-C=50×0.4=20 ()將線路C-D的參數(shù)帶入(1)，算得線路C-D的阻抗值為：ZC-D=30×0.4=12 ()將線路D-E的參數(shù)帶入(1)，算得線路D-E的阻抗值為：ZD-E=20×0.4=8 ()4 保護的配合及整定計算4.1 主保護的整定計算4.1.1 段的整定計算(1) 段保護的阻抗整定公式為： (2)式中 距離段保護的整定阻抗()；距離段保護的可靠系數(shù)；被保護線路的正序阻抗()。將保護3的參數(shù)得帶入(2)

7、得：=0.85×20=17.0 ()將保護5的參數(shù)得帶入(2)得：=0.85×16=13.6 ()將保護1的參數(shù)得帶入(2)得：=0.85×8=6.8 ()將保護2的參數(shù)得帶入(2)得：=0.85×12=10.2 ()將保護8的參數(shù)得帶入(2)得：=0.85×24=20.4 ()(2) 段保護的時間整定保護3的段保護動作時間為：=0 (s)。保護5的段保護動作時間為：=0 (s)。保護2的段保護動作時間為：=0 (s)。保護8的段保護動作時間為：=0 (s)。4.1.2 段的整定計算(1) 段保護的阻抗整定公式為： =（ZL+） (3)式中 距

8、離段保護的整定阻抗()；距離段保護的可靠系數(shù)；ZL保護安裝段的線路正序阻抗()；最小分支系數(shù)；相鄰下級保護的段保護阻抗整定值。1) 將保護3與保護2的參數(shù)得帶入(3)得：=0.85×(20+10.2)=25.67 ()2) 保護5的段保護分為兩種情況。 保護5與保護3配合時的段保護等效圖如圖3所示。Kb=1.867將保護5與保護3的相應參數(shù)帶入(3)得：=0.85×(16+1.867×17.0)=40.59 () 保護5與保護8配合時的段保護等效如圖4所示。將保護5與保護8的相應參數(shù)帶入(3)得：=0.85×(16+20.4)=30.94 ()取以上兩個

9、計算值中較小者為保護5的段整定值，即取=30.94 ()。3) 保護2與保護1的參數(shù)帶入(3)得：=0.85×(12+6.8)=15.98 ()(2) 段保護的時間整定保護3的段保護的動作時間為：=+=0.5 (s)。保護5的段保護的動作時間為：=+=0.5 (s)或=+=0.5 (s)取其中較長者，即=0.5 (s)。(3) 段保護的靈敏度校驗段保護的靈敏度校驗依據(jù)為：Ksen=1.25 (4)式中 Ksen靈敏系數(shù)；距離段的整定阻抗；ZL被保護線路阻抗。將保護3的相應參數(shù)帶入(4)得：Ksen.3=1.281.25將保護3的相應參數(shù)帶入(4)得：Ksen.5=1.9341.25所

10、以保護3和保護5的段保護整定值均滿足要求。4.2后備保護的整定計算4.2.1整定動作值(1) 按與相鄰下級線路距離保護段配合時，段的整定阻抗為：=（ZL+） . (5)式中 保護段的可靠系數(shù)；ZL阻抗測量元件返回系數(shù)；最小分支系數(shù)；相鄰下級保護的段保護阻抗整定值。1) 將保護3和保護1的對應參數(shù)帶入(5)得：=0.85×(20+15.98)=30.58 ()2) 將保護5和保護3的對應參數(shù)帶入(5)得：=0.85×(16+1.867×25.67)=54.34 ()(2) 按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定。當線路上的負荷最大且母線電壓最小時，負荷阻抗最小，其值為：

11、ZL.min= (6)式中 正常運行母線電壓的最低值； 被保護線路最大負荷電流； 母線額定線電壓。考慮到電動機自啟動的情況下，保護段必須立即返回的要求，則整定值為：= (7)式中 可靠系數(shù)； 電動機自啟動系數(shù)； 阻抗測量元件的返回系數(shù)。將保護3的參數(shù)帶入(6)、(7)得：ZL.min.3=190.53 ()=89.97 ()取其中較小者作為距離保護段的整定阻抗。保護3的段的整定阻抗=30.58 ()。保護5的段的整定阻抗=54.34 ()。4.2.2動作時間(1) 保護3的段保，護動作時間：=+=1 (s)(2) 保護4的段后備保護動作時間：=+=2 (s)或=+=1 (s)取其中較大者作為距

12、離保護段的整定時間，所以=1 (s)，=2 (s)。4.2.3靈敏度校驗(1) 保護3的段保護靈敏度校驗。1) 作為近后備時，按本線路末端短路校驗，計算式為：Ksen(1)=1.5 (8)將保護3的參數(shù)帶入(8)得：Ksen(1)=1.53>1.5滿足要求。2) 作為遠后備時，按相鄰設備末端短路校驗，計算式為：Ksen(2)=1.2 (9)將保護3的參數(shù)帶入(9)得：Ksen(2)=0.96<1.2所以不滿足要求，保護2需要加近后備保護。(2) 保護5的段保護靈敏度校驗。1) 作為近后備時，按本線路末端短路校驗。將保護5的參數(shù)帶入(8)得：Ksen(1)=3.40>1.2滿足

13、要求。2) 保護5作為遠后備保護又分為兩種情況。 作保護3的遠后備保護，將相應參數(shù)帶入(9)得：Ksen(2)=1.02<1.2所以不滿足要求，保護5不能作為保護3的遠后備保護。如果保護9也不滿足要求，保護3就需要加近后備保護。 作保護8的遠后備保護，將相應參數(shù)帶入(9)得：Ksen(2)=1.36>1.2滿足要求。4.3 距離保護的振蕩閉鎖當多電源并聯(lián)運行時，電源之間就會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。因為該系統(tǒng)各部分的阻抗角都相等，所以振蕩中心的位置就位于阻抗中心處，即位于Z=(6+24+16+10)=28 ()處，距離保護5的阻抗為18 ()。因為=13.6 ()，=30.94 ()，=54.

14、34 ()，可以知道，振蕩中心不在保護5的段的整定定范圍內(nèi)，因此保護5的段不需要加振蕩閉鎖；但是振蕩中心在保護5的的段和段的整定范圍內(nèi)，因此保護5的段和段都必須加振蕩閉鎖，來防止由于振蕩而使保護誤動。5繼電保護主要設備的選擇5.1互感器的選擇(1) 電流互感器保護3處的最大短路電流Umax=4.77 (kA)，保護5處的最大短路電流Umax=6.64 (kA)，保護3和保護5的電壓最大值不會超過2，所以保護3處選取的電流互感器為LZZB9-10，保護5處選取的電流互感器為LZMB1-10保護3和保護5的電壓互感器選用URED-20。他們的具體參數(shù)如表1、表2所示。表1電流互感器的選擇型號額定一

15、次電流(A)額定短時熱電流(kA/s)額定動穩(wěn)定電流(kA)準確級組合額定二次輸出0.20.55PLZMB1-10250050001002500.2/0.5/5P10/5P20303030LZZB9-108000631000.2/0.5/10P10101520表2電壓互感器的選擇型號電壓比額定絕緣水平(kV)準確級及額定輸出(VA)極限輸出(VA)URED-2024/65/1250.5/3P(6P)-40/504005.2繼電器的選擇根據(jù)計算結果選擇相應的繼電器，其結果分別如表3、表4、表5所示。表3 阻抗繼電器的選擇型號功能測量范圍()輸出DIA53S相AC直接連接100AC,可調設定值,滯

16、后可調。2-205-5010-1008A/250VAC5A/24VDC表4 信號繼電器的選擇型號功能工作線圈額定電流(A)工作線圈額定電壓(V)保持線圈額定值(V)DX-32A燈光信號，機械保持，電氣復歸。0.01-2.412-22048-220表5延時繼電器的選擇型號時間范圍輸出供電電源DBB01C0.1s-10h5A/250VAC5A/24VDC24VDC24-240VAC6原理圖的繪制6.1保護測量回路對于動作于跳閘的繼電保護功能來說，最為重要的是判斷出故障處于規(guī)定的保護區(qū)內(nèi)還是保護區(qū)外，因此測量回路主要作用是判斷出故障位置，至于區(qū)內(nèi)或區(qū)外的具體位置，一般并不需要確切的知道。6.1.1絕

17、對值比較法原理絕對值比較的電壓形成回路如圖5所示。圖5 絕對值比較的電壓形成阻抗繼電器的動作條件為|，該式兩端同乘以測量電流，并令=，=，則絕對值比較的動作條件為|。絕對值比較式的阻抗元件，既可以用阻抗比較的方式實現(xiàn)，也可以用電壓比較的方式實現(xiàn)。6.1.2相位比較原理的實現(xiàn)相位比較原理電路圖如圖6所示。圖6 相位比較電壓形成電路在圖6中，電壓變換器T有兩個輸出繞組，輸出的電壓都為；電抗互感器UR也有兩個輸出繞組，其中一個的輸出電壓為，另一個繞組接相角調節(jié)電阻。按照圖示連接，可以得到=-,=。所以相位比較阻抗繼電器的動作條件為-90o90o。6.2保護跳閘回路保護跳閘電路圖如圖7所示。圖7 保護跳閘電路首先電路電流互感器