继电保护原理课程设计报告

继电保护原理课程设计报告
1设计原始资料
1.1具体题目
如图1所示网络，系统参数为：
115/E ϕ=，各发电机阻抗为G115()X =Ω、G210()X =Ω、G310()X =Ω，
1L 60(km)=、3L 40(km)=、B-C L 50(km)=、C-D L 30(km)=、D-E L 20(km)=，线路的
阻抗为0.4/km Ω，I II rel rel rel 0.85K K K III
===，B-C.max 300(A)I =、C-D.max 200(A)I =、
D-E.max 150(A)I =，ss 1.5K =，re 0.85K =。

A B
试对保护3、9进行距离保护的设计。

1.2要完成的内容
对线路的距离保护原理和计算原则进行简述，并对图1中的3和9处的保护进行距离保护的整定计算。

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。

2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：可靠性、选择性、速动性、灵敏性。

应根据具体电力系统，使继电保护为提高电力系统安全、稳定和经济运行，发挥最大效能。

2.2本设计的保护配置
2.2.1主保护配置
距离保护的主保护是距离I段保护和距离II段保护。

(1) 距离I段保护
距离I段保护是瞬时动作的，它只反映本线路的故障，下级线路出口发生故障应不可靠不动作，其启动阻抗的整定值必须躲开末端短路的测量阻抗来整定。

如此整定后，距离I段无法保证保护本段线路全长，这是一个严重缺点。

为了
切除本线路末端I 段无法保护到的区域，就需设置距离II 段保护。

(2) 距离II 段保护
距离II 段整定值的确定应使其不超出下级线路距离I 段保护的保护范围，同时高出一个的时限t ∆，以保证选择性。

距离I 段与II 段联合工作构成本段线路的主保护。

2.2.2后备保护配置
距离保护的后备保护是距离III 段保护。

距离III 段保护是作为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为本线路I 、II 段的后备保护，以保证线路保护的完整性，防止出现线路全长没有保护到的现象。

3保护的配合及整定计算
网络的等值电路图如图2所示：
G3
L3
图2 网络的等值电路图
由已知可得各段线路的阻抗分别为：
()L110.46024Z zL ==⨯=Ω ()
L330.44016Z zL ==⨯=Ω ()BC 0.45020BC Z zL ==⨯=Ω ()CD CD 0.43012Z zL ==⨯=Ω
()
DE DE 0.4208Z zL ==⨯=Ω
3.1主保护的整定计算
距离保护的主保护是距离Ⅰ段保护和距离Ⅱ段保护。

3.1.1动作阻抗的整定
(1) 距离I 段保护的整定 对于保护3
I I set.3rel BC 0.852017()Z K Z ==⨯=Ω
对于保护9
I I set.9rel L10.852420.4()Z K Z ==⨯=Ω
(2) 距离II 段保护的整定
对于保护3，因为保护2的I 段整定阻抗为I I
set.2rel BC 0.851210.2()Z K Z ==⨯=Ω，
且分析可知b K 1=，所以
II set.3rel BC b.min set.2=(+K )=0.85(20+10.2)=25.67()Z K Z Z ⨯ΩⅡⅠ
对于保护9的整定阻抗，按下列两个条件选择： 1) 与相邻下级线路B-C 的保护3的I 段配合
ΙΙΙΙΙ
set.9rel L1 b.min set.3()Z K Z K Z =+
其中 b.min K 为保护3的末端发生短路时对保护9的最小分支系数，其求法如下： 如图2所示，设节点A 、B 之间的电压为AB U ，可得
AB 1G1G2
1G1G2
AB
3G3L3L U I X X Z X X U I X Z ⎫
=
⎪+⎪⎪+⎬⎪=⎪
+⎪⎭ 又因
213I I I =+
可得分支系数G1G2
1
G1G22
b 1G3L3
1 2.15L X X Z X X I K I X Z ++==+=+。

由题可知等值网络中各阻抗参数均为定值，所以 b.min b.max b 2.15K K K ===。

则
ΙΙΙΙΙ
set.9rel L1 b.min set.3()0.85(24 2.1517)51.47()Z K Z K Z =+=⨯+⨯=Ω
2) 与相邻下级线路L3的保护4的I 段配合
因为保护4的I 段距离保护整定I I
set.4rel L30.851613.6()Z K Z ==⨯=Ω，且b K 1=，
所以
ΙΙΙΙΙset.9rel L1 b.min set.4()0.85(2413.6)31.96()Z K Z K Z =+=⨯+=Ω
取二者中的较小者，所以ΙΙ
set.931.96()Z =Ω。

3.1.2动作时间
(1) 距离I 段保护的动作时间
因为距离I 段保护是瞬时动作的，故保护3和保护9动作时间I 30s t =、I 90s t =。

(2) 距离II 段保护的动作时间
对于保护3的II 段保护，应与下级线路的I 段保护相配合，即
II 320.5s I t t t =+∆=
同理，对于保护9的II 段保护，应与下级线路的I 段保护相配合，即
II 930.5s I t t t =+∆=或II 940.5s I t t t =+∆= 取其中较长者，故II 90.5s t =。

3.1.3灵敏度校验
距离II 段保护，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。

所以，对于保护3
II
set.3sen
BC 25.67 1.28 1.2520Z K Z ===>
满足灵敏度要求。

对于保护9
II set.9sen
L131.96 1.33 1.2524Z K Z ===>
满足灵敏度要求。

3.2后备保护的整定计算
距离保护的后备保护是距离III 段保护。

3.2.1动作阻抗的整定
对于保护3的整定阻抗，按躲开最小负荷阻抗整定。

设N 110kV U =，正常时最低工作电压L.min U 取等于N 0.9U ，则
()
L.min
L.min
B-C.max
190.53
U
Z
I
===Ω
考虑电动机自启动的情况，若采用全阻抗特性，则整定值为
III
III rel
set.3L.min
ss re
0.85190.53
91.77()
1.51/0.85
K
Z Z
K K
⨯
===Ω
⨯
对于保护9的整定阻抗，按与相邻下级线路距离保护II段配合整定为
III III II
set.9rel L1 b.min set.3
()0.85(24 2.1525.67)67.31() Z K Z K Z
=+=⨯+⨯=Ω
3.2.2动作时间
距离III段保护的动作延时，应比与之配合的相邻设备保护动作延时大一个时间级差t∆，但考虑到距离III段一般不经振荡闭锁，其动作延时不应小于最大的振荡周期(1.5~2s)。

取0.5s
t∆=，假设保护1的III
1
0.5s
t=。

对于保护3 III III
31
2 1.5s
t t t
=+∆=
对于保护9 III III
41
32s
t t t
=+∆=
因为III
3
t和III
4
t满足大于最大震荡周期，所以其取值合适。

3.2.3灵敏度校验
距离保护的III段，既作为本线路I、II段保护的近后备，又作为相邻下级线路的远后备，灵敏度应分别进行校验。

(1) 保护3作为近后备保护时，按本段线路末端短路进行校验，计算为
III
set.3
sen(1)
BC
91.77
4.59 1.5
20
Z
K
Z
===>
满足近后备灵敏度要求。

保护3作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算为
set.3
sen(2)
BC b.max CD
91.77
= 2.87 1.2
+2012
Z
K
Z K Z
==>
+
Ⅲ
满足远后备灵敏度要求。

(2) 保护9作为近后备保护时，按本段线路末端短路进行校验，计算为
III
set.9
sen(1)
L1
67.31
2.80 1.5
24
Z
K
Z
===>
满足近后备灵敏度要求。

保护9作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算为
set.9sen(2)L1 b.max BC 67.31
= 1.00 1.2
+24 2.1520Z K Z K Z ==<+⨯Ⅲ
不满足远后备灵敏度要求。

所以保护9的III 段保护应改为与保护3的III 段保护相配合。

则
III III III
set.9rel L1 b.min set.3()0.85(24 2.1591.77)188.11()Z K Z K Z =+=⨯+⨯=Ω
此时，保护9作为远后备保护的灵敏度
set.9sen(2)L1 b.max BC 188.11
= 2.81 1.2
+24 2.1520Z K Z K Z ==>+⨯Ⅲ
满足远后备灵敏度要求。

4原理图的绘制
4.1保护测量电路
阻抗继电器一般根据绝对值比较动作方程或相位比较动作方程来实现，下面以绝对值比较的原理为例进行说明。

绝对值比较的一般动作表达式为
B A Z Z ≤
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m I ，并令A m A I Z U =，B m B I Z U =,则绝对值比较的动作条件又可以表示为
B A U U ≤
上式称为电压形式的绝对值比较方程。

绝对值比较的电压形成电路如图3所示。

I 1
2m K I I 1
2
m K I
图3 绝对值比较的电压形成电路
4.2保护跳闸电路
三段式距离保护跳闸电路主要由测量回路、起动回路和逻辑回路三部分组成，三段式距离保护跳闸电路如图4所示。

图4 保护跳闸电路
起动回路主要由起动元件组成，起动元件可由电流继电器、阻抗继电器、负序电流继电器等构成。

正常运行时，整套保护处于未起动状态，即使测量元件动作也不会产生误跳闸。

起动部分用来在短路时起动整套保护，即解除闭锁。

测量回路的I 段由阻抗继电器1ZKJ 组成，II 段由阻抗继电器2ZKJ 组成，而III 段由测量阻抗继电器3ZKJ 组成。

测量回路测量短路点到保护安装处的距离，用以判断故障处于哪一段保护范围。

逻辑回路主要由门电路和时间电路组成，最终完成保护跳闸。

5结论
通过对距离保护的分析，可以得出结论：
(1) 距离I段保护是瞬时动作的，但是它只能保护本段线路全长的80%-85%。

因此，两端合起来就使得在30%-40%线路长度内的故障不能瞬时切除，需经过0.5s 的延时才能切除。

(2) 由于阻抗继电器同时反应于电压的降低和电流的增大而动作，因此，距离保护较电流、电压保护具有较高的灵敏度。

(3) 由于保护范围中采用了复杂的阻抗继电器和大量的辅助继电器，再加上各种必要的闭锁装置，因此接线复杂，可靠性比电流保护低，这也是它的主要缺点。

参考文献
[1]张保会.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005.
[2]尹项根.电力系统继电保护原理与应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2004.
[3]都洪基.电力系统继电保护原理[M].南京:东南大学出版社,2007.。