110kV电网距离保护课程设计.doc

电力系统继电保护原理课程设计
设计题目110kV电网距离保护设计
指导教师
院（系、部）电气与控制工程学院
专业班级
学号
姓名
日期2014年1月11日
课程设计成绩评定表
电力系统继电保护原理
课程设计任务书
一、设计题目
110kV电网距离保护设计
二、设计任务
根据所提供的110kV系统接线图及原始参数（详见附1），完成以下设计任务：
1. 分析线路上的各个保护运行方式；
2. 距离保护（包括相间距离保护和接地距离保护）的配置和整定；
3. 分析系统振荡闭锁情况。

三、设计计划
本课程设计时间为一周，具体安排如下：
第1天：查阅相关材料，熟悉设计任务
第2天：分析各保护的运行方式
第3天：配置相间距离保护
第4天：配置接地距离保护
第5天：分析系统振荡闭锁情况
第6天：整理设计说明书
第7天：答辩
四、设计要求
1. 按照设计计划按时完成
2. 设计成果包括：设计说明书（模板及格式要求详见附2和附3）一份
3. 不参加答辩者，视为自愿放弃成绩
指导教师：
教研室主任：
时间：2014年1月9日
一、原始数据 (学号15)
系统接线图如图所示，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。

参数如下： 电动势： E ϕ = 115/3kV ， 发电机：(学号
15)
X 1.G1 = X 2.G1 = X 1.G2 = X 2.G2 = [5 + (15 - 5)/15] Ω=17/3Ω， X 1.G3 = X 2.G3 = X 1.G4 = X 2.G4 = [8 + (10 - 8)/15] Ω=122/15Ω， X 1.T1 ~ X 1.T4 = [5 + (10 - 5)/15] Ω=16/3Ω， X 0.T1 ~ X 0.T4 = [15 + (30 - 15)/15] Ω=16Ω， X 1.T5 = X 1.T6 = [15 + (20 - 15)/15] Ω=46/3Ω， X 0.T5 = X 0.T6 = [20 + (40 - 20)/15] Ω=64/3Ω， 线路：
L AB = 60km ，L BC = 40km ， 线路阻抗：
z 1 = z 2 = 0.4Ω/km ，z 0 = 1.2Ω/km ，
21.1-Z =21.2-Z =B A X -.1=B A X -.2=60km ×0.4Ω/km=24Ω， 43.1-Z =43.2-Z =B C X -.1=B C X -.2=40km ×0.4Ω/km=16Ω, 21.0-Z =B A X -.0=60km ×1.2Ω/km=72Ω， 43.0-Z =B C X -.0=40km ×1.2Ω/km=48Ω,
I AB.L.max = I CB.L.max = 300A ，K ss = 1.2，K re = 1.2， 距离保护：
K I rel = 0.85，K II rel = 0.75
负荷功率因数角为30︒，线路阻抗角均为75︒，变压器均装有快速差动保护。

图110kV电网系统接线图
摘要
随着电力系统的飞速发展，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段：继电保护的萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。

电力系统的运行中最常见也是最危险的故障是发生各种形式的各种短路。

在电力系统中要求采取各种措施消除或减少发生事故的可能性，一旦发生故障，必须迅速而有选择性的切除故障，且切除故障的时间常常要求在很短的时间内（十分之几或百分之几秒）。

实践证明只有在每个元件上装设保护装置才有可能完成这个要求，而这种装置在目前使用的大多数是由单个继电器或继电器及其附属设备的组合构成的，因此称为继电保护装置，它能够反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发生告警信号。

继电保护的任务就是在系统运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等），能够自动、迅速、有选择性且可靠的发出跳闸命令将故障切除或发出各种相应信号，从而减少故障和不正常现象所造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统安全稳定的运行。

关键词：继电保护；距离保护
目录
1 前言 (1)
2运行方式分析 (2)
2.1 保护1的最大和最小运行方式 (2)
2.2 保护2的最大和最小运行方式 (3)
2.3 保护3的最大和最小运行方式 (4)
2.4保护4的最大和最小运行方式 (5)
3距离保护的配置和整定 (6)
3.1保护1的配置和整定 (7)
3.2保护2的配置和整定 (10)
3.3保护3的配置和整定 (12)
3.4保护4的配置和整定 (14)
4振荡闭锁分析 (17)
4.1保护1的振荡闭锁分析 (18)
4.2 保护2的振荡闭锁分析 (18)
4.3保护3的振荡闭锁分析 (18)
4.4保护4的振荡闭锁分析 (18)
5 结论 (20)
6心得体会 (21)
7参考文献 (22)
1 前言
随着自动化技术的发展，电力系统的正常运行、故障期间以及故障后的恢复过程中，许多控制操作日趋高度自动化。

电力系统继电保护一次泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术，也包括由获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置的断路器跳闸线圈的一般套具体设备，如果需要利用通信手段传送信息，还包括通信设备。

电力系统继电保护的基本任务是自动、迅速、有选择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损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。

此时一般不要求迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。

在距离保护中应满足一下四个要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。

这几个之间，紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力原件的继电保护。

充分发挥和利用继电保护的科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性发挥最大效能。

这次课程设计以最常见的110KV电网线路保护设计为例进行分析设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。

特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。

重点进行了距离保护和振荡闭锁的分析，继电保护中距离保护、最大和最小运行方式的具体计算。

2 运行方式分析
2.1 保护1最大运行方式和最小运行方式的分析
图2.1-1 保护1的最大运行方式
（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G1、G2两个发电机共同运行，而变压器T1、T2都同时运行的运行方式，则
().min 1.1 1.11
2
s G T Z X X =⨯+=5.50(Ω)
式中.min
s Z 为保护安装处到系统等效电源之间的最小阻抗。

.1.max .min k s AB
E I Z Z ϕ=
+=2.25(kA)
式中.1.max
k I 为流过保护1的最大短路电流（2）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中有一个工作时的运行方式，则 .max 1.1 1.1s G T Z X X =+=11(Ω)
式中.max
s Z 为保护安装处到系统等效电源之间的最大阻抗。

.1.min
.max 3
2k s AB
E I Z Z ϕ=+=1.64(kA)
式中
.1.min
k I 为流过保护1的最小短路电流。

2.2 保护2最大运行方式和最小运行方式的分析
图2.2-1 保护2的最大运行方式
（1） 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
().min 1.3 1.31
2
s G T Z X X =⨯+=6.73(Ω)
.2.max .min k s AB BC
E I Z Z Z ϕ
=
++=1.42(kA)
式中.2.max
k I 为流过保护2的最大短路电流。

（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
.max 1.3 1.3s G T Z X X =+=13.46(Ω)
.2.min
.max 3
2k s AB BC
E I Z Z Z ϕ=⨯++=1.08(kA) 式中.2.min
k I 为流过保护2的最小短路电流。

图2.3-1 保护3的最大运行方式
（1）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
().min
1.1 1.11
2
s G T Z X X =⨯+=5.50(Ω)
.3.max .min k s AB BC
E I Z Z Z ϕ
=
++=1.46(kA)
式中.3.max
k I 为流过保护3的最大短路电流。

（2） 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只有一个工作时的运行方式，则
.max 1.1 1.1s G T Z X X =+=11(Ω)
.3.min
.max 3
2k s AB BC
E I Z Z Z ϕ=⨯
++=1.13(kA)
式中.3.min
k I 为流过保护3的最小短路电流。

图2.4-1 保护4的最大运行方式
（1）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都同时运行的运行方式，则
().min 1.3 1.31
2
s G T Z X X =⨯+=6.73(Ω)
.4.max .min k s BC
E I Z Z ϕ=
+=2.92(kA)
式中.4.max
k I 为流过保护3的最大短路电流。

（2）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中有一个工作时的运行方式，则
.max 1.3 1.3s G T Z X X =+=13.46(Ω)
.4.min
.max 3
2k s BC
E I Z Z ϕ=⨯
+=1.95(kA)
式中.4.min
k I 为流过保护4的最小短路电流。

3距离保护的配置和整定
距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该值反映故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值则动作保护。

距离保护一般有启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几个部分构成。

3.1 保护1的配置和整定
图3.1 保护1距离保护的定性分析图
3.1.1 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
.110.850.46020.4()I I
set rel A B Z K z L -==⨯⨯=Ω
式中set.1I
Z 为保护1距离的I 段的整定阻抗；A B L -为被保护线路A B L -的长度；1z 为被保护线路单位长度的正序阻抗；e I
r l K 为可靠系数。

（2）动作时间
1t 0(s)I
=
第I 段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。

3.1.2 保护1距离保护第Ⅱ段整定
（1）整定阻抗：按下面两个条件选择。

①当与相邻下级线路距离保护I 段相配合时，
.310.850.44013.6()
I I set rel B C Z K z L -==⨯⨯=Ω 式中set.3I
Z 为保护3距离I 段的整定阻抗；B C L -为被保护线路B C L -的长度。

.1.min .3()
set rel A B b set Z K Z K Z ∏∏I
-=+
式中set.1II Z 为保护1距离II 段的整定阻抗；II K rel 为可靠系数。

3
.min
1
1b I K I ==
于是得
.10.75(2413.6)28.2()
set Z ∏
=+=Ω ②当与相邻变压器的快速保护相配合时，
.1.min .min ()set rel A B b t Z K Z K Z ∏∏
-=+
.min .min
.max 8.752411 1.98
17.516
s A B b s B C X Z K X Z --++=+=+=++ ().10.7524 1.988.7531set Z ∏=⨯+⨯=
选取最小的 .128.2()
set Z ∏=Ω （2）灵敏度校验
.1 1.175 1.25set sen
A B
Z K Z ∏-==< 不满足要求
那么取保护3的II 段即
.3 1.3set sen
B c
Z K Z ∏-==
则 .320.8()set Z ∏
=Ω代入
.1.min .3()0.75(24 1.9820.8)48.89()set rel A B b set Z K Z K Z ∏∏∏-=+=⨯+⨯=Ω
.148.89 2.037 1.2524
set sen
A B Z K Z ∏
-===> 满足要求。

（3）动作时限
1300.50.5(s)II I t t t =+∆=+=
3.1.3 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
.min min .max 0.9190.53()3L L L U Z I ⋅=
==Ω 式中
.min
L Z 最小负荷阻抗.
.min L U 为正常运行母线电压的最低值，.
.max L I 为被保护线路
最大负荷电流。

.1
.min 0.85190.53112.5()1.2 1.2
rel set L ss re K Z
Z K K ===Ω⨯ⅢⅢ
式中set.1III
Z 为保护1距离III 段的整定阻抗；rel K 为可靠系数。

（2）灵敏度校验
①本线路末端短路时灵敏系数：
.1
112.5 4.69 1.524
set sen
A B Z K Z -===>Ⅲ 满足灵敏度要求。

②相邻变压器末端短路时灵敏系数：
.max .max
.min 17.52411 2.688.7516
s A B b s B C X Z K X Z --++=+=+=++
.1
(2).max 112.5 1.33 1.224 2.6822.5
set sen A B
b next Z K Z K Z -=
==>++⨯Ⅲ
满足要求。

（3）动作时限
130.50.51(s)III III t t t =+∆=+=
3.2 保护2距离保护的整定与校验
图3.2-1 保护2距离保护的定性分析图
3.2.1 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
.210.850.46020.4()I I set rel A B Z K z L -==⨯⨯=Ω
式中set.2I
Z 为保护2距离的I 段的整定阻抗。

（2）动作时限
20(s)I
t =
第I 段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。

3.2.2保护2距离保护第Ⅲ段整定
（1）保护2的III 段的整定阻抗为
整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有
.
.min .min .
.max
190.52()30.3
L L AB U Z I =
=
=Ω⨯
式中
.min
L Z 最小负荷阻抗.
.min L U 为正常运行母线电压的最低值，.
Cmax B I 为被保护线路
最大负荷电流。

.2
.min 0.85190.52112.5()1.2 1.2
rel set L ss re K Z Z K K ==⨯=Ω⨯Ⅲ
Ⅲ （2）灵敏度校验
①本线路末端短路时灵敏系数：
.2112.5 4.69 1.524
set sen
A B Z K Z -===>Ⅲ
满足要求。

②相邻变压器末端短路时灵敏系数：
.max .max .min 8.7516
11 1.617.524
s A B b s B C X Z K X Z --++=+
=+=++
.3
(2).max 112.5 2.16 1.216 1.622.5
set sen B C
b next Z K Z K Z -=
==>++⨯Ⅲ
满足要求。

（3）动作时限
20.50.50.51(s)III t t =+∆=+=
3.3 保护3距离保护的整定与校验
图3.3-1 保护3距离保护的定性分析图
3.3.1 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
.310.850.44013.6()I I set rel B C Z K z L -==⨯⨯=Ω
式中set.3I
Z 为保护3距离I 段的整定阻抗；B C L -为被保护线路B C L -的长度。

（2）动作时间
3
0(s)I t =
第I 段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。

3.3.2保护3距离保护第Ⅲ段整定
（1）保护2的III 段的整定阻抗为
整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有
.
.min .min .
BC.max
190.52()30.3
L L U Z I =
=
=Ω⨯
式中
.min
L Z 最小负荷阻抗.
.min L U 为正常运行母线电压的最低值，.
Cmax B I 为被保护线路
最大负荷电流。

.3
.min 0.85190.52112.5()1.2 1.2
rel set L ss re K Z Z K K ==⨯=Ω⨯Ⅲ
Ⅲ （2）灵敏度校验
①本线路末端短路时灵敏系数：
.3112.57.03 1.516
set sen
B C Z K Z -===>Ⅲ
满足要求。

②相邻变压器末端短路时灵敏系数：
.max .max
.min 17.516
11 2.028.7524
s B c b s A B X Z K X Z --++=+=+=++
.3
(2).max 112.5 1.83 1.216 2.0222.5
set sen B C
b next Z K Z K Z -=
==>++⨯Ⅲ
满足要求。

（3）动作时限
10.50.50.51(s)III t t =+∆=+=。