继电保护课程设计 实现对线路1、3距离保护的设计保护的配置及整定计算、继电保护设备选择、原理图连线

)。 取以上两个计算值中的较小者为保护 1Ⅱ段的整定值，即 ZⅡ set .1 = 30 (
(2) 灵敏性校验：按本线路末端短路求灵敏系数为
Ksen =
不满足要求。
ZⅡ 30 set .1 = =1<1.25 Z A B 30
所以与相邻线路的 II 段保护配合，则计算如下：取 Kb.min =1，则
Z L.min =
式中， Z L.min 是最小负荷阻抗；
U L.min =190.53 ( ) I L.min
U L.min 是正常运行母线电压的最低值；
I L.max 是被保护线路最大负荷电流。
Ⅲ Z set .1 =
K rel Z L.min =155.93 ( ) K ss K re cos (set + L )
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Ⅲ f 式中， Zset .1 是保护 1 的 III 整定阻抗值；
K rel 是可靠系数；
K ss 是电动机自启动系数； K re 是返回系数。
(3) 灵敏性校验。 按本线路末端短路校验，计算式为
Ksen.(1) =
满足要求。
Ⅲ Z set 155.93 .1 = =5.2>1.5 30 Z A B
3 保护的配置及整定计算
3.1 主保护整定计算
3.1.1 保护 1 距离Ⅰ段的整定 有关各元件阻抗值的计算： 线路 1-2 的正序阻抗为
Z12 = Z A B = Z1 LA-B = 0.4×75=30 ( )
线路 3-4 的正序阻抗为
Z34 = Z BC = Z1 LB-C = 0.4×40=16 ( )
图 3 相位比较的电压形成
5.2 保护测量回路
三段式距离保护主要由测量回路、起动回路和逻辑回路三部分组成，如图 4 所示。
X 2.T1 = X 1.T4 =10 ，X 0.T2 = X 0.T4 =30 ， X 1.T5 = X1.T6 =20 、X 0.T5 = X 0.T6 =40 ，LA-B
=50(1+50%)km=75km, LB-C =40km,线路阻抗 Z1 = Z 2 =0.4 /km， Z0 =1.2 /km、 线路阻抗角均为 75 ，I A-B.Lmsx = I C-B.Lmsx =300A， 负荷功率因数角为 30 ；K ss =1.2，
UB U A


上式称为电压形式的绝对值比较方程。电路图如图 2 所示。
TA
UR . 1/2KIIm . . 1/2K Im
I
R . UA 绝 对 值 比 较 回 路 . UB
TV
T
.
5.1.2 相位比较原理的实现
. KUUm
图 2 绝对值比较的电压形成
相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式如式 - 90o arg
4.2 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 和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。 4.2.1 电流互感器 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。 4.2.2 电压互感器 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。
Ⅱ
ZⅠ set .3 是为保护 3 距离Ⅰ段的整定阻抗； ZⅡ set .1 是为保护 1 距离Ⅱ段的整定阻抗。
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② 与相邻的变压器快速保护相配合， Kb.min = 0.5, 则
Ⅱ ) ZⅡ set .1 = K rel （ Z A B + Zt ）=0.75× 30 + 0.5 × 20 = 30(
(1) 整定阻抗。按式（1.1）计算为
Ⅰ ) ZⅠ set = K rel Z A B =0.85×30=25.5 (
(2) 动作延时。
tⅠ=0 (s)
3.1.2 保护 1 距离Ⅱ段的整定 (1) 整定阻抗：按下列两个条件选择： ① 与相邻下级最短线路 3-4 的保护 3 的Ⅰ段配合，按式（1.2）计算式为
2.2 保护配置
2.2.1 主保护 距离保护的主保护有距离保护Ⅰ段和距离保护Ⅱ。 (1) 距离保护第Ⅰ段 距离保护Ⅰ段为无延时的速动段，它应该只反应本线路的故障，下级线路出 口发生短路故障时，应可靠不动作。由于距离保护为欠量动作，考虑到继电器误 差、互感器误差和参数测量等因素，引入可靠系数 KⅠ rel ，一般取 0.8-0.85，则测 量元件的整定阻抗
5 二次展开图的绘制
5.1 保护测量回路
对于动作于跳闸的继电保护功能来说， 最为重要的是判断出故障处于规定的 保护区内还是保护区外， 至于区内或区外的具体位置， 一般并不需要确切的知道。 可以用两种方法来实现距离保护。一种是首先精确地测量出 Z m ，然后再将它与 事先确定的动作进行比较。当 Z m 落在动作区之内时，判为区内故障，给出动作 信号； 当 Z m 落在动作区之外时， 继电器不动作。 另一种方法不需要精确的测出 Z m ， 只需间接地判断它是处在动作边界之外还是处在动作边界之内， 即可确定继电器 动作或不动作。 5.1.1 绝对值比较原理的实现
4 继电保护设备选择
4.1 继电器的选择
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4.1.1 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。 4.1.2 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。
Ⅰ ZⅠ set = K rel Z A-B
(1.1)
由于有选择性的速断保护不能保护本线路的全长， 因此可考虑增加一段带时 限动作的保护，所以引入距离保护Ⅱ段。 (2) 距离保护第Ⅱ段 对距离Ⅱ段的要求，首先是在任何情况下能保护本线路的全长，并且具有足 够的灵敏性；其次是在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限△t； 在下级线路短路时，保证下级保护优先切除故障，满足选择要求。 ① 与相邻线路距离保护Ⅰ段相配合,则保护 1Ⅱ段的整定阻抗为
Ⅱ Ⅰ ZⅡ set .1 = K rel （ Z A B + Kb.min Z set .3 ） Ⅱ Ⅰ Ⅰ )， 式中， 可取 KⅠ Kb.min =1， rel =0.85, K rel =0.75,而 Z set .3 = K rel Z34 =0.85×16=13.6 (
则 Zset .1 = 0.75 × （30 + 1 × 13.6）=32.7 ( )

ZC 90o 所 ZD

示，相角表达式的分子、分母同乘以 I m ，并令 I m Z C U C ， I m Z D U D ，则相位 比较的动作条件又可以表示为

- 90 arg
o
UC UD
90o
上式称为电压形式相位比较方程。电路图如图 3 所示。
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指导教师评语
平时 （30）
修改 （40）
报告 （30）
总成绩
专 班 姓 学
业： 电气工程及其自动化 级： 名： 号：
指导教师：
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2012 年 7 月 7 日
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1 设计原始资料
1.1 具体题目
如图 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：E =115/ 3 kV，X 1.G 2 = X 2.G 2 =15 、X 1.G 4 = X 2.G 4 =10 、
Ⅰ ) ZⅠ set .4 = K rel Z B C =0.85×16=13.6( Ⅱ Ⅰ )，则 ZⅡ set .3 = K rel （ Z B C + Kb.min Z set .4 ）= 0.75×（16+1×13.6）=22.2( Ⅱ Ⅱ ) ZⅡ set .1 = K rel （ Z A B + Kb.min Z set .3 ）=0.75×（30+1×22.2）=39.15(
Ⅱ Ⅰ ZⅡ set .1 = K rel （ Z A-B + Kb.min Z set .3 ）
(1.1)
式中， KⅡ rel 为可靠系数，一般取 0.8。 ② 与相邻变压器的快速保护相配合。设变压器的阻抗为 Zt ，则距离Ⅱ段的 整定值为
Ⅱ ZⅡ set .1 = K rel （ Z A-B + Kb.min Zt ）
所以灵敏系数为
ZⅡ 39.15 =1.305 1.25 Ksen = set .1 = 30 Z A B
满足要求。 (3) 动作延时，与相邻保护 3 的Ⅱ段配合，则
Ⅱ = tⅡ t1 3 +0.5=0.5+0.5=1(s)
3.1.3 保护 1 距离Ⅲ段的整定 (1) 整定阻抗。按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。当线路上的负荷 最大且母线电压最低时，负荷阻抗最小，其值为
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如前所述，绝对值比较的一般动作表达式如式 ZB Z A 所示。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 I m ，并令 I m Z A = U A ， I m Z B = U B 。则绝对值比较 的动作条件又可以表示为
(1.3)
式中， KⅡ rel 为可靠系数，考虑变压器阻抗误差较大，一般取 0.7-0.75。 2.2.2 后备保护
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为了作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备保护， 同时作为本线 路主保护拒动时的近后备保护，还应该装设距离保护第Ⅲ段。 距离保护Ⅲ段：整定值与过电流保护相似，其启动阻抗要按躲开正常运行时 的负荷阻抗来选择，动作时限还按照阶梯时限特性来选择，并使其比距离Ⅲ段保 护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个△t。
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，即可靠性、选 择性、速动性和灵敏性。所谓安全性，即不发生误动作。所谓信赖性，即不发生
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拒绝动作。选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区域内将故障从电力系统 中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。速动性是指尽可 能快的切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低 设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。灵敏性指的是对于其保护范 围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。
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因此与相邻保护设备配合时，它能同时满足线路及其变压器保护的要求。
3.2 保护 3 的整定计算
3.2.1 保护 3 距离Ⅰ段的整定 (1) 整定阻抗
Ⅰ ) ZⅠ set .2 = K rel Z A B =0.85×30=25.5(
(2) 动作时限
tⅠ 2 =0(s)
由于保护 1 的三段整定能够完整的保护 LA-B ，且 3 处保护而言由于存在变压 器快速差动保护，故不需要做保护 2 的 II、III 段的距离保护。
假设在 LA-B 线路末端短路，则 Z B -C = Z B -K ，所以分支系数 Kb.min =1，因此
Ksen.(2) =
满足要求。 (3) 动作时限
Ⅲ Zset .1
Z A B + Kb.min Z A B
=
155.93 =2.6>1.2 30+30
Ⅲ +0.5=0.5+0.5=1(s) t1Ⅲ = t3
Ⅱ KⅠ rel =0.85， K rel =0.75，变压器均装有快速差动。
图 1 设计参考图
1.2 要完成的内容
本课程设计要完成的内容是实现对线路 1、3 距离保护的设计，具体指的是 分析课题的内容、保护的配置及整定计算、继电保护设备选择、原理图连线及保 护评价五部分。
2 分析要设计的课题内容
2.1 设计规程