1、大 理 学 院课程设计报告题 目：110KV 线路距离保护的设计学 院：专 业： 班 级：姓 名：学 号：指导教师：设计时间：设计原始资料1.1 具体题目如图 1.1 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：， ， ，5/3EKV121228GGXX1.11.4=10， ， , 0.10.4=30 .34.401.51.6=15， ， ，线路阻抗0.5.640TX60kmABLkBCL， ，线路阻抗角均为 75，12kZ01.2Z，负荷功率因数角为 30； ，
2、 ，maxax3ABLCLII 1.2SK.re， ，变压器均装有快速差动保护。085relK075relG 1G 2G 4G 31 2 3 4T 1T 2T 5T 6T 3T 4AACB图 1.1 系统网路连接图试对 1、2、3、4 进行距离保护的设计。1.2 完成内容我们要完成的内容是实现对线路的距离保护和零序电流保护。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，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。零序电流保护是指利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器来实现接地保护。摘 要电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源
3、。电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态.故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。因此，通过短路计算得到并设定继电器动作的整定值是继电保护不可或缺的过程。继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全供电。因此，继电保护是电力系统重要的组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的不可缺少的技术措施.在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置，要想维持系统的正常运行是根本不可能的。这
4、就要求继电保护装置必须具备以下基本任务是:自动、迅速、有选择性地仅将故障元件从电力系统中切除，并最大限度地保证其他无故障的部分迅速恢复正常运行；能对电气元件的不正常运行状态作出反应，并根据运行维护规范和设备承受能力动作，发出告警信号，或减负荷，或延时跳闸；条件许可时，可采取预定措施，尽快地恢复供电和设备运行。关键词：继电保护 整定计算 距离保护 零序电流保护 二次回路绪 论1.1 概述继电保护装置是指安装在被保护元件上，反应被保护元件故障或不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种装置。在电力系统运行中，外界因素（如雷击、鸟害等） 、内部因素（绝缘老化，损坏等）及操作等，都可能引起各种故
5、障及不正常运行的状态出现，常见的故障有：单相接地；三相短路；两相短路；两相接地短路；断线等。电力系统非正常运行状态有：过负荷，过电压，非全相运行，振荡，次同步谐振，同步发电机短时失磁异步运行等。电力系统继电保护和安全自动装置是在电力系统发生故障和不正常运行情况时，用于快速切除故障，消除不正常状况的重要自动化技术和设备。电力系统发生故障或危及其安全运行的事件时，他们能及时发出告警信号，或直接发出跳闸命令以终止事件。1.1.1 继电保护的作用随着自动化技术的发展，电力系统的正常运行、故障期间以及故障前后的回复过程中，许多控制操作日趋高度自动化。这些控制操作的技术与装备大致可以分为两大类：其一是为保
6、证电力系统正常运行的经济化和电能质量的自动化技术与装备，主要进行电能生产过程的连续自动调节，动作速度相对迟缓，调节稳定性高，把整个电力系统或其中的一部分作为调节对象，这就是通常理解的“电力系统自动化（控制） ”。其二是当电网或电气设备发生故障，或出现影响安全运行的异常情况时，自动切除故障设备和消除异常情况的技术与设备，其特点是动作速度快，其性质是非调节性的，这就是通常理解的“电力系统继电保护与安全自动装置” 。电力系统继电保护（Power System Protection）一词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
7、电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置到断路器跳闸线圈的一整套具体设备，如果需要利用通信手段传送信息，还包括通信设备。1.1.2 继电保护的基本任务设计继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全供电因此，继电保护是电力系统重要的组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的不可缺少的技术措施.在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置，要想维持系统的正常运行是根本不可能的。这就要求继电保护装置必须具备以下基本任务是:一、自动、迅速、有选择性地仅将故障元件从电力系统中切除，并最大限度地保证其他无故障的部分迅速恢复正常运行二
8、、能对电气元件的不正常运行状态作出反应，并根据运行维护规范和设备承受能力动作，发出告警信号，或减负荷，或延时跳闸三、条件许可时，可采取预定措施，尽快地恢复供电和设备运行。1.1.3 继电保护的基本要求对作用于跳闸的继电保护装置，在技术上有四个基本要求，即“四性”：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。一、选择性保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩 小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。二、速动性速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障。以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下的工作时间，缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能
9、迅速动作。基本规律是电压等级越高，切除越要快，一般 220KV 电压等级为 0.2s, 1035KV 电压等级为1.5s。三、灵敏性灵敏性是指电气设一备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部发生故障时不论短路点的位置、短路的类型如何，都能敏锐感觉，正确反应。四、可靠性可靠性是指继电保护装置在其保护区发生故障时，不拒动;而在其非保护区发生故障时不误动。继电保护装置的误动或拒动都会给电力系统造成严重的危害。因此，有很高的可靠性是非常重要的，在使用继电保护装置时，必须满足可靠性的要求。目 录第一章 论证分析 .1
10、距离保护分段具体的整定原则： 11.2 零序电流保护各段具体的整定原则 .2第二章 系统分析 .32.1 运行方式的选择原则 .32.2 系统中各元件参数的换算 .42.3 画出系统等效电路图和原理图 .4第三章 计算 .43.1 距离保护计算 .43.2 零序电流保护计算 .87.表格 17第四章（自己负责的） 输电线路故障分析与保护配置 .174.1 相间短路功率方向判别元件的接线方式 .174.2 阻抗继电器及其动作特性 .204.3 本章个人小结-21第五章 个人体会 .22第六章 参考文献 .22第一章 论证分析距离保护分段具体的整定原则：距离保护第一段的整定 1测量元件的整定阻抗
11、ZIset=KIrel*LA-B*Z1距离保护第 II 段的整定 2a. 分支电路对测量阻抗的影响：助增分支的情况下：k b= = 1+ （ 1 ）21 31外汲分支的情况下：k b= = 1+ （ 1.5（满足要求）.2155.304524动作延时：t 2III=t+0=0.5（s）保护 3 的 III 段：Zmin= = =190.5256.0.911030.3Zset.3III=.cos()校验：K sen= = =11.421.5（满足要求）.3155.304513.6动作延时：t 3III=t+0=0.5（s）保护 1 的 III 段 5 保护 3 的 III 段一样a.本线路末端短
12、路时的灵敏系数：K sen（1） =校验：相邻原件末端短路时的灵敏系数：Ksen(2)= = =4.131.5（满足要求） .1B+K155.304524+13.6Ksen(3)= =3.981.5（满足要求）.1+动作延时：t1III=t3III+t=0.5+0.5=1（s）t1III=tT+t=0+0.5=0.5（s） t1III =maxt1III，t 1III=1（s）保护 4 的 II 段： a.与相邻夏季最短线路的保护 2 的 I 段相配合： Zset.4II=KselII(ZB-C+Kb*Zset.2I )=0.75(16+20.4)=27.3() b.与相邻变压器的快速保护相配
13、合： Zset.4II=KrelII(ZB-C+Kb*ZT)=0.75(16+15)=23.25()去其中较小者：Z sel.4II=23.25()校验：安本线路末端短路求灵敏系数Ksen= = =1.451.2 满足要求.4.23.2516动作延时：t 4II=t2II+t=0.5+0.5=1（s）III 段：Tset.4III=155.3045()校验：a.本线路末端短路Ksen(1)= = =9.7065311.5 满足要求.4.115.304516B.相邻原件末端短路Ksen(2)= = =4.131.5 满足要求.4.+115.304516+24Ksen(3)= =5.0098231
14、.5 满足要求.4.+=115.304516+15动作延时：t 4III=maxt4III,t4III=1（s）III 段：3.2 零序电流保护计算1.画出所有原件权运行时的三序等值网络，并标注参数。解：先求出线路的参数，即 LA-B=60KM，X 1.AB=X2.AB=60*0.4=24 ,X0.AB=60*1.2=72,L B-C=40KM,X1.BC=X2.BC=40*0.4=16,X 0.BC=40*1.2=48,所有原全运行是三序电压等值网络图如下：正序等值图：负序等值图：零序等值图：2.所有原件全运行时，计算 B 母线发生单相接地短路和两相接地短路时的零序电流分布。解： 单相接地短
15、路时，故障端口正序阻抗为：Z1=(X1.AB+ )/( X1.BC+ )1.1+112 1.3+132=( )/( )=15.4424+18+102 16+10+102故障端口负序阻抗为：Z 2=Z1=15.44故障端口零序阻抗为：Z 0=( +X0.AB)/ / +X0.BC)012 052 (032=( /( +48)302+72)/ 402 302=12.93则复合序网等值图如下所示：故障端口零序电流为： I f0= = =1.516KA01+2+0 115/ 315.44+15.44+12.93在零序网中按照零序导纳进行非配零序电流从而得到此时流过保护1、4 出的零序电流非别为：I0.
16、1=If0* =0.225KA0.114942530.7733952I0.4= If0* =0.311KA0.158730160.7733952画出零序电流分布图如下所示： 两相接地短路时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时相同，即Z1=Z2=15.44 Z0=12.93Z2Z0= =7.03715.4412.9315.44+12.93故障端口郑旭电流为：I f1= =2.954KA01+2/0故障端口零序电流为 If0= If1* =1.608KA15.4415.44+12.93同样的，流过保护 1、4 的零序电流分别为I0.1=0.242KA,I0.4=0.334KA从而得到如下两图：两相接
17、地短路复合序网等值图3.分别求出保护 1、4 零序 II 段的最大、最小分支系数： 先求出保护 1 的分支系数 K1.b当 BC 段发生接地故障，变压器 5、6 有助增作用，如下图所示：对于 X1， 当只有一台发电机变压器组运行时最大，有X1.max=X0.T1+X0.AB=102 ，当两台发电机变压器组运行时 X1最小，有 X1.min= +X0.AB=87012对于 X2，当 T5、T 6只有一台运行时 X2最大，X 2.max=40，当 T5、T 6两台权运行时 X2最小，X 2.min=20。因此保护 1 的最大分支系数：K1.bmax=1+ =1+ =6.11.2.10220最小分支
18、系数为：K 1.bmin=1+ =1+ =3.1751.2.8740 同样的分析求出保护 4 的分支系数 K4.b当 AB 段发生接地故障时，T 5、T 6变压器有助增作用，如下图所示：K4.b= =1+ =1+12对于 X1，当只有一台发电机变压器组运行时最大，有X1.max=X0.T3+X0.BC=78;当两台发电机变压器组运行时 X1最小，有 X1.min= +X0.BC=63032对于 X2，当 T5、T 6只有一台运行时 X2最大，X 2.max=40，当 T5、T 6，两台权运行时 X2最小，X 2.min=20。新词保护 4 的最大分支系数：K4.b.max=1+ =1+ =4.
19、91.2.7820最小分支系数为:K4.b.min=1+ =1+ =2.5751.2.6340Zset1= Zset2=（ ）/( )1.1+1.12 +1.+1.1.3+1.32=8.438= / =12.16(0.12+0.)/0.52+0.0.32单相接地短路时，有If0= = =2.287KA从而求得流过保护 3 的电流：I 0.3=0.4328 KA两相接地短路时，有 z2/ z0= =4.988.43812.168.438+12.16正序电流 If1= = =4.948Ka从而求得流过保护 3 的电流：I 0.3=0.3836KA当所有元件全部运行时，设在母线 A 处分别发生单相接
20、地短路和两相接地短路，此时的复合序网也与母线 B 处发生故障时类似：Zset1= Zset2=（ ）/( )1.3+1.32 +1.+1.1.1+1.12=10.9375= / =12.798(0.32+0.)/0.52+0.0.12单相接地短路时，有If0= = =1.915KA从而求得流过保护 2 的电流：I 0.2=0.281KA两相接地短路时有：z2/ z0= =5.89710.937512.79810.9375+12.798正序电流：If1= =3.944KA零序电流：I f0=：I f1* =1.817KA从而求得流过保护 2 的电流：I 0.2=0.2667KA5.保护 1 整定
21、计算零序 1 段：更具前面的分析结果，母线故障流过保护 1 的最大零序电流为： 1I0.1.max=0.242KA,故 1 段定值为:IIset.1= KIrel*3I0.1.max=0.85*3*0.242=0.6171KA为求保护 1 的零序 II 段定值，则应先求出保护 3 零序 I 段定值，跟具前面分析可知：I 0.3.max=0.4328KA保护 3 的零序 I 段定值为：IIset.3= KIrel*3I0.3.max=0.85*3*0.4328=1.104KA零序 II 段：I IIset.1= *IIset.3= *1.104=0.261KA 21.0.753.175校验灵敏度
22、：母线 B 接地短路故障流过保护 1 的最小零序电流： 3I0.1.min=0.225KA灵敏度系数：K sen.1= = =2.58630.1.130.2250.2616.保护 4 整定计算零序 1 段：根据前面的分析结果，导线 B 故障流过保护 4 的最大零序电流 1为：I 0.4.max=0.334KA故 I 段定值：I Iset.4= KIrel*3I0.4.max=0.85*3*0.334=0.285KA为求保护 4 的零序 2 段定值，则应求出保护 2 的零序 I 段定值，根据前面分析流过保护 2 的最大零序电流：I 0.2.max=0.281KA则保护 2 的零序 I 段定值为：
23、IIset.2= KIrel*3I0.2.max=0.85*3*0.281=0.717KA零序 II 段：I IIset.4= *IIset.2= *0.717=0.209KA 24.0.752.575校验灵敏度：母线 B 接地短路故障流过保护 4 的最小零序电流为： 3I0.4.min=0.311KA灵敏度系数：K sen.4= = =4.4641.530.4.430.3110.209K4.b= =1+ =1+12对于 X1，当只有一台发电机变压器组运行时最大，有X1.max=X0.T3+X0.BC=78;当两台发电机变压器组运行时 X1最小，有 X1.min= +X0.BC=63032对于
24、 X2，当 T5、T 6只有一台运行时 X2最大，X 2.max=40，当 T5、T 6，两台权运行时 X2最小，X 2.min=20。新词保护 4 的最大分支系数：K4.b.max=1+ =1+ =4.91.2.7820最小分支系数为:K4.b.min=1+ =1+ =2.5751.2.6340Zset1= Zset2=（ ）/( )1.1+1.12 +1.+1.1.3+1.32=8.438= / =12.16(0.12+0.)/0.52+0.0.32单相接地短路时，有If0= = =2.287KA从而求得流过保护 3 的电流：I 0.3=0.4328 KA两相接地短路时，有 z2/ z0=
25、 =4.988.43812.168.438+12.16正序电流 If1= = =4.948Ka从而求得流过保护 3 的电流：I 0.3=0.3836KA当所有元件全部运行时，设在母线 A 处分别发生单相接地短路和两相接地短路，此时的复合序网也与母线 B 处发生故障时类似：Zset1= Zset2=（ ）/( )1.3+1.32 +1.+1.1.1+1.12=10.9375= / =12.798(0.32+0.)/0.52+0.0.12单相接地短路时，有If0= = =1.915KA从而求得流过保护 2 的电流：I 0.2=0.281KA两相接地短路时有：z2/ z0= =5.89710.937
26、512.79810.9375+12.798正序电流：If1= =3.944KA零序电流：I f0=：I f1* =1.817KA从而求得流过保护 2 的电流：I 0.2=0.2667KA5.保护 1 整定计算零序 1 段：更具前面的分析结果，母线故障流过保护 1 的最大零序电流为： 1I0.1.max=0.242KA,故 1 段定值为:IIset.1= KIrel*3I0.1.max=0.85*3*0.242=0.6171KA为求保护 1 的零序 II 段定值，则应先求出保护 3 零序 I 段定值，跟具前面分析可知：I 0.3.max=0.4328KA保护 3 的零序 I 段定值为：IIset
27、.3= KIrel*3I0.3.max=0.85*3*0.4328=1.104KA零序 II 段：I IIset.1= *IIset.3= *1.104=0.261KA 21.0.753.175校验灵敏度：母线 B 接地短路故障流过保护 1 的最小零序电流： 3I0.1.min=0.225KA灵敏度系数：K sen.1= = =2.58630.1.130.2250.2616.保护 4 整定计算零序 1 段：根据前面的分析结果，导线 B 故障流过保护 4 的最大零序电流 1为：I 0.4.max=0.334KA故 I 段定值：I Iset.4= KIrel*3I0.4.max=0.85*3*0.
28、334=0.285KA为求保护 4 的零序 2 段定值，则应求出保护 2 的零序 I 段定值，根据前面分析流过保护 2 的最大零序电流：I 0.2.max=0.281KA则保护 2 的零序 I 段定值为：IIset.2= KIrel*3I0.2.max=0.85*3*0.281=0.717KA零序 II 段：I IIset.4= *IIset.2= *0.717=0.209KA 24.0.752.575校验灵敏度：母线 B 接地短路故障流过保护 4 的最小零序电流为： 3I0.4.min=0.311KA灵敏度系数：K sen.4= = =4.4641.530.4.430.3110.2097.表
29、格第四章 输电线路故障分析与保护配置4.1 相间短路功率方向判别元件的接线方式1、按相接线时存在动作的电压死区保护出口故障时例如：故障类型 为 时，A 相功率方向继电器 工作电压为零，出现动作死区零序 I 段 零序 II 段 灵敏度系数保护 1 0.6171 0.261 2.586保护 4 0.285 0.209 4.464)3()2()()1( ,kkCABA改进：使用非故障相间电压参与比相，即采用 接线方式（另以电压记忆消除90三相出口短路电压死区）2、 接线方式：90纯有功时，以上电压电流间相位差为 90最大灵敏角为 lm（电流滞后电压为正角度）为 GJ 内角90d3、功率方向继电器的动
30、作特性（1）三相正向短路故障三相对称，以 A 相为例分析：；lm(90)jd代入动作方程，有 cos()jdUI9090得 动作条件： （注意 ）d（2）两相正向短路故障（以 BC 相故障为例分析 ） ； GJa 不动作；0JaI与 同相位，GJb，GJc 动作行为需具体分析BCIBCdEIZ),(),(CBCAAIUGJIa）近处故障：作出近处故障时电压电流相位图，分析可得：；(90)JBdC代入动作方程分析可得：09b）远处故障：作出远处故障时电压电流相位图，分析可得： (90)3JBdC代入动作方程分析可得：30126综合以上分析，内角为 时，可保证正向相间故障时 GJ 正确动作306厂
31、家定型产品中，有 两种内角。由于短路阻抗角 ，因45, 45d此 取90dmax4.2 阻抗继电器及其动作特性1、方向阻抗继电器（1）.动作特性方向阻抗继电器的动作特性是以整定阻抗 为直径的过原点(继电器安装zdZ点)的圆1)幅值比较方式阻抗比幅方程 12JZdZd电压比幅方程 12JZdJZdJUII2)相位比较方式阻抗比相方程 90arg90ZdJ 电压比相方程 1比相电压 D 为工作电压，比相电压 C 为极化电压（即比相参考电压）（3）方向阻抗继电器的动作特性正方向故障时，继电器的起动阻抗随测量阻抗角变化；当 时，继电器的起动阻抗最大，为整定阻抗Jd Zd对应的阻抗角为最大灵敏角 lm反
32、方向故障时，测量阻抗位于阻抗平面的第三相限，继电器不动作：其方向性明确 4.3.本章个人小结在电力系统的运行过程中继电保护故障对电网的安全运行造成不利影响。通过本章的故障分析对零序电流保护的评价：零序电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根椐运行需要增减段数。为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理。接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大。当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流保护。特别是零序电流保护中最小定值的保护段，它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。因此，零
33、序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数。零序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成，其整定配合遵循反映同种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则，主要考虑与相邻下一级的接地保护相配合；当装设接地短路故障的保护时，则一般在同原理的保护之间进行配合整定。第五章 个人体会通过本次试验我学到了很多东西，其中这次试验让我重新温习了继电保护的整定计算和故障分析的算法，将以前没有学太懂的知识重新学习了一遍，达到了温故而知新。其次在小组中各成员的相互配合也是极其重要的，在各自分配的任务当中，大家齐心协力克服了困难，互帮互助完成了所有任务，使得这次试验成功完成。最后还要感谢孙老师的详细指导和耐心解说，使得我们对本课程有了更深层次的了解，老师谢谢您！第六章 参考文献【1】 张保会，尹项根.电力系统继电保护（第二版） 【M】.北京：中国电力出版社，2009 年 12 月。【2】谢毓城.电力变压器手册【M】.北京：机械工业出版社，2003年 1 月。【3】李光琦.电力系统暂态分析【M】.北京：中国电力出版社，2007 年。
