继电保护课设-距离保护3和9

1 题目及分析
1.1 题目
如图1-1所示网络，系统参数为：
115/3Eϕ=kV ，G1=15X Ω，G2=10X Ω
，
G3=10X Ω，12
=60L L =
km
，3=40km L
,B-C =50km
L ，
C-D =30km
L ，
D-E =20km
L ，线路阻抗0.4Ω/km ，
I II III rel rel rel ===0.85
K K K ，
B-C.max C-D.max D-E.max ss re =300A, =200A, =150A, =1.5, =0.85I I I K K 。

A 9
8
B
L1
L3
5
4
3
C
2
D
1
E
G1
G3
G1
图1-1 系统网络图
试对线路L1、L2、L3进行距离保护的设计。

1.2 保护对象及原理
我们要完成的内容是实现对线路的距离保护，而在本题中要完成与保护9和保护3相关的距离保护。

距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反应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的保护，为欠量保护。

2 故障特征量的计算
距离保护需要的特征量为线路的阻抗。

计算式为
（2-1）
以下为每条线路末端短路时短路点到测量件的正序阻抗，线路阻抗
0.4
，由式2-1得：
3 保护的配合及整定
3.1 保护3处的整定计算
3.1.1保护3的Ⅰ段整定计算
(1) 整定阻抗
(2) 动作延时(第Ⅰ段实际动作时间为保护装置固有的动作延时)。

3.1.2保护3的Ⅱ段整定计算
与相邻下级线路C-D的保护2的Ⅰ段配合，得：
(1) 整定阻抗
(2) 灵敏性校验。

按本线路末端短路求灵敏度系数为
满足要求。

(3) 动作延时。

与相邻保护2的Ⅰ段配合，则
由
得
它能同时满足与相邻保护配合得要求。

3.1.3保护3的Ⅲ段整定计算
(1) 整定阻抗。

按躲开最小负荷阻抗整定
故Ⅲ段整定值为
(2) 灵敏性校验。

距离保护的Ⅲ段，既作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备，又作为相邻下级保护的远后备，灵敏性应分别进行校验。

①作为近后备时，按本线路末端短路求灵敏度系数为
②作为远后备时，按相邻设备末端短路求灵敏度系数为
分支系数。

均满足要求。

(3) 动作延时。

距离Ⅲ段的动作延时不应小于最大的震荡周期（1.5~2s），因此取
3.2 保护9处的整定计算
3.2.1 保护9的Ⅰ段整定计算
(1) 整定阻抗
(2) 动作延时(第Ⅰ段实际动作时间为保护装置固有的动作延时)。

3.2.2保护9的Ⅱ段整定计算
与相邻下级线路B-C的保护3的Ⅰ段配合，得：
(1) 整定阻抗
(3-1)
由题，当3个电源全部运行时，分支系数K b取得最小值
由式3-1得整定阻抗为
(2) 灵敏性校验。

按本线路末端短路求灵敏度系数为
满足要求。

(3) 动作延时，与相邻保护3的Ⅰ段配合，则
它能同时满足与相邻保护配合得要求。

3.2.3保护9的Ⅲ段整定计算
(1) 整定阻抗。

按与相邻下级线路保护3的Ⅲ段配合，则
(3-2)
由式3-2得
(2) 灵敏性校验。

距离保护的Ⅲ段，既作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备，又
作为相邻下级保护的远后备，灵敏性应分别进行校验。

① 作为近后备时，按本线路末端短路求灵敏度系数为
② 作为远后备时，按相邻设备末端短路求灵敏度系数为
由题，当电源G 2退出运行时，分支系数K b 取得最大值
均满足要求。

(3) 动作延时。

与相邻保护3的Ⅲ段配合，则
3.3 距离保护振荡闭锁
当多电源并联运行时，电源之间就会出现振荡现象。

假设该系统各部分的阻抗角都相等，所以振荡中心的位置就位于阻抗中心
1
2
Z ∑处，即位于12
Z =
(6+24+16+10)=28 Ω处，距离保护9的阻抗为12 Ω。

因为I set.9Z =20.4 Ω，II set.951.5Z =Ω，III set.9Z =252.5 Ω，可以知道，振荡中心在保护5的Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段
的整定范围内，因此保护9的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ段都必须加振荡闭锁，来防止由于振荡而使保护误动。

4 主设备的选择
4.1 电流互感器的选择
保护3处的最大短路电流115/3
ma x I =
，保护9处的最大短路电流
11m x 3
6
a 5/I =
=11.06 kA ，保护3和保护9的电压最大值不会超过
2330/3
Eϕ=kV，保护3与保护9处均选取的电流互感器为LZZB9-110，电压互感器选用。

它们的具体参数如表1、表2所示。

型号额定电流
比（A）
4s热稳定
电流(kA)
额定动稳定
电流(kA)
级次组合
额定二次输出(V·A)
0.2 0.5 5P
LZZB9 -110 500/5 31.5 80
0.2/0.5/5P10
/5P20
30 30 30 1200/5 45 112.5
0.2/0.5
/10P10
10 15 20
表2电压互感器
型号
额定输出(V·A) 100
额定电压/kV 100
准确级0.5/3P
设备最高电压/kV 126
额定工频耐受电压/kV 200
4.2阻抗继电器的选择
根据系统的电压和短路电流、阻抗等计算结果选择相应的阻抗继电器，其结果如表3所示。

型号功能测量范围(Ω)输出
LZ-21 相AC直接连接100V，可
调整定值，滞后可调。

2-20
10-100
30-300
5V·A
25V·A
5 原理图的绘制
原理接线图是将电气装置的一次设备（断路器及隔离开关等）和二次设备（各种继电器等）画在同一个图上，使整个系统的接线方式和各种概念清晰明了，有利于了解整个系统的构成原理和基本工作过程。

三段式距离保护的原理图如图5-1所示。

二次电路展开图的基本出发点是按回路展开，可以清晰的表示各电器元件的内部连接，为读图提供了很大的方便。

三段式距离保护的交流回路展开图和直流回路展开图分别如图5-2、图5-3所示。

图5-1三段距离保护原理图
图5-2交流回路展开图
图5-3直流回路展开图6 结论
使用I段、II段和III段距离保护，其主要的优点就是简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。

与电流保护不同，距离保护的保护范围与灵敏度不受系统运行方式的影响，能够满足更高电压等级复杂网络快速、有选择性地切除故障元件的要求，普遍应用于110kV及以上电压等级网络的保护中。

由于电力系统多为并联运行，其功率角会出现大范围的周期性变化，会对距离保护构成影响，因此要根据震荡中心的位置对相关保护进行振荡闭锁。

同时，距离保护也存在一些缺点，比如接线较为复杂、Ⅰ段的保护范围只有60%左右。

参考文献
[1]张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005.
[2]许建安.继电保护整定计算[M].北京:中国水利水电出版社,2001.
[3]王永康.继电保护与自动装置[M].北京:中国铁道出版社,1986.。