继电保护原理课程设计报告.doc

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/kV，XG1=15Ω、XG2=10Ω、XG3=10Ω,L1=L2=60 km、L3=40 km，LB-C=50 km , LC-D=30 km，LD-E=20 km，线路阻抗0.4Ω/km， ===0.85，IB-C.max=300 A、IC-D.max=200A、ID-CEmax=150A，KSS=1.5 ，Kre=0.85

图1 某线路接线图
试对线路L1、L2、L3进行距离保护的设计（选择计算3、5处保护）。
1.2要完成保护设计内容
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。
本设计要完成的内容是：
（1）对线路的距离保护原理和设计原则的简述，并对线路各参数进行分析及对线路L1、L2、L3进行距离保护的具体整定计算并注意有关细节，并对图中3和5处的保护进行计算选择，设计以上两处的保护。
（2）同时对以上两处的住保护、后备保护所需要的互感器以及继电器进行选择，简述原因。
（3）画出保护测量回路，跳闸回路原理图。

2设计的课题内容的保护规程及配置
2.1设计规程
距离保护在电力系统正常运行情况下，并不需要他们动作，而在电力系统发生故障或异常情况时，需要继电保护装置判断准确、行为迅速、反应灵敏、动作可靠，从而提高电力系统的安全性、稳定性，在我国，对于继电保护的要求称为“保护四性”，即可靠性、选择性、速动性、灵敏性。
距离保护有以下优点：
① 灵敏度较高。因为阻抗Z=U/I，阻抗继电器反映了正常情况与短路时电流、电压值的变化，短路时电流I增大，电压U降低，因此阻抗Z减小很多。
② 保护范围与选择性基本不受系统运行方式的影响。由于短路点至保护安装处的阻抗取决于短路点至保护安装处的电距离，基本上不受系统运行方式的影响，因此，距离保护的保护范围与选择性基本上不受系统运行方式的影响。
③ 迅速动作范围长。距离保护第一段的保护范围比电流速断保护范围长，距离保护第二段的保护范围比限时电流速断保护范围长，因而距离保护迅速动作的范围长。
距离保护比电流保护复杂，投资多，但由于上述优点，在电流保护下不能满足技术要求的情况下应当采用距离保护。
2.2本设计的保护配置
2.2.1主保护配置
选用三段式距离保护，距离Ⅰ段和距离Ⅱ段作为主保护。
（1）距离Ⅰ段
保护的Ⅰ段就只能保护线路全长的 80%～85%，这是一个最大的缺点，为了切除本线路末端15%～20%范围以内的故障，就需要设置距离保护Ⅱ段。
（2）距离Ⅱ段
整定值的选择和限时电流速断相似，即应使其不超出下一条线路距离Ⅰ段的保护范围，同时带有高出一个的时限，以保证选择性。
2.2.2后备保护配置
为了作为相邻线路的保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为距离Ⅰ段与Ⅱ段的后备保护，还应该装设距离保护Ⅲ段。距离Ⅲ段，整定值与过电流保护相似，其启动阻抗要按与相邻下级线路距离保护Ⅱ段或Ⅲ段配合整定，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级保护的最大动作时限高出一个。

3保护的配合及整定计算
有关各元件阻抗值的计算及其等效电路图如图2所示：
线路正序阻抗：=·=0.4×60=24Ω，=·=0.4×40=16Ω，
ZB-C=·=0.4×50=20Ω, =·=0.4×30=12Ω，
=·=0.4×20=8Ω。
等效电路图：

图2 等效电路图
3.1保护的整定计算
(1 ) 距离保护Ⅰ段的整定值计算：
= (3-1)
式中,为距离Ⅰ段的整定阻抗；
为被保护线路的长度；
为被保护线路单位长度阻抗0.4Ω/km；
为可靠系数，题中取0.85。
(2 ) 距离保护Ⅱ段：
① 整定值计算（与相邻线路距离保护Ⅰ段相配合）：
=+） (3-2) 式中，
为当前被保护线路的下一段线路Ⅰ段阻抗整定值；
为可靠系数，为确保在各种运行方式下保护Ⅱ段范围不会超过下一段保护Ⅰ段范围；
为分支系数，因为距离保护是欠压保护，应取各种情况下的最小值。
② 灵敏度校验：

= 1.25 (3-3)
③ 动作延时：
= + (3-4)
(3) 距离保护Ⅲ段的整定值计算：
① 整定阻抗
a.按与相邻线路距离保护Ⅱ段相配合：
= (3-5)
式中，
为可靠系数，取=0.85；
为分支系数，因为距离保护是欠压保护，应取各种情况下的最小值；
为当前被保护线路的下一段线路Ⅱ段阻抗整定值。
b.按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定：
(3-6)
式中，为最小负荷阻抗；
为正常运行母线电压的最低值；
为被保护线路最大负荷电流；
为母线额定相电压。
考虑到电动机自启动的情况下，保护Ⅲ段必须立即返回的要求，若采用全阻抗特性，则整定值为：
(3-7)
式中，为可靠系数，取=0.85；
为返回系数，取=0.85；
为电动机自启动系数，取=1.5。
② 灵敏度校验
a．作为近后备时：
1.5 (3-8)
b． 作为远后备时：
1.2 (3-9)
式中，为相邻线路的阻抗；
为分支系数最大值，以保证在各种运行方式下保护动作的灵敏性。
3.1.1保护3的距离保护与整定计算
1．保护3处Ⅰ段保护的整定计算
(1) 根据式(3-1)，阻抗整定值：
= 0.85×20 = 17Ω

(2) 动作延时：
= 0s (第I段实际动作时间为保护装置固有的动作延时)
2．保护3处Ⅱ段保护的整定计算
(1) 整定阻抗：
根据式(3-2)，此时=1(为了确保各种运行方式下保护3的Ⅱ段范围不超过保护2的I段范围)
== 0.85×12 = 10.2Ω
= (+)= 0.85×(20+10.2)= 25.67Ω
(2) 灵敏度校验：
距离保护Ⅱ段，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。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足式(3-3)
= == 1.281.25
满足要求。
动作延时：
与相邻保护的Ⅰ段保护配合，则根据式
+
它能满足与相邻保护配合的要求。
．保护处Ⅲ段保护的整定计算
整定阻抗：
按式，则
Ω
因为继电器取为全阻抗圆特性，按式，则
=Ω
灵敏度校验：
距离保护Ⅲ段，既作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。
作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，根据式得：

满足要求。
作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验（其中），根据式得：

满足要求。
动作延时
因为距离保护Ⅲ段一般不经振荡闭锁，其动作延时不应该小于最大的振荡周期(1.52s)，故取：= 2s。
+=2.5s
保护的距离保护与整定计算
．保护处Ⅰ段保护的整定计算
(1) 根据式，保护处的阻抗整定值为：
=0.85×16=13.6Ω
=0.85×20=17Ω
(2) 动作延时：
=0s (第I段实际动作时间为保护装置固有的动作延时)
2．保护5处Ⅱ段保护的整定计算
如图3所示为整定距离Ⅱ段时求的等值电路。

图3 整定距离Ⅱ段时求的等值电路
的计算如下：
= = × = = 1.87
(1) 整定值计算（与相邻线路距离保护Ⅰ段相配合）：
根据式得：
=+) = 0.85(400.4+1.8717)= 40.62Ω
(2) 灵敏度校验：
根据式得：
= = 2.541.25
满足要求。
(3) 动作延时：

根据式得：
= + = 0.5s
3. 保护处Ⅲ段保护的整定计算
(1) 整定阻抗：
根据式得：
=）= 0.85(16+1.8725.67) = 54.40Ω
灵敏度校验：
距离保护Ⅲ段，既作为本线路Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。
作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，根据式得：

满足要求。
作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验（其中），根据式得：

不满足要求，需要重新选定保护5的Ⅲ段整定值，根据式可得： 64.08Ω
又由式得：
31.76Ω
又因为
=127.0231.76Ω
满足灵敏性条件，所以保护3的Ⅲ段和保护5的Ⅲ段相配合：
= = 0.85(16+1.87127.02)= 215.50Ω
再根据式得：
= = 4.041.2
满足要求。
动作延时：
+ = 2.5s+0.5s3s

4继电保护设备的选择
4.1电流互感器的选择
假设互感器安装地点在屋内，安装处线路Imax=350A，电网的额定电压UNS=110kv。 
电流互感器的选择应满足： 
                          UNUNS 
                                           IN=KI N1Imax（A） 
式中， K为温度修正系数；
I N1为电流互感器一次侧额定电流。                 
由此可选型号为LCWB-110屋外型电流互感器，变比为400/5，准确级0.5，额定阻抗ZN2=0.4Ω，热稳定倍数Kt=75，动稳定倍数Kes=135。 
热稳定校验： 
                 （KtI N1）2Qk  
 动稳定校验：
 I N1Kes M
4.2电压互感器的选择
根据电压等级选型号为JDR-110的电压互感器，变比为110000/100。
4.2继电器的选择
继电器型号的选择如下：
DZB-12B出口中间继电器，DS-22时间继电器，DXM-2A信号继电器。
5原理图的绘制
5.1保护测量回路
测量部分是距离保护的核心，对它的要求是在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和距离，并与预先设定的保护范围相比较，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。在传统的模拟是距离保护中，实现故障距离测量和比较的电路元件，称为阻抗继电器。具体由阻抗继电器实现的保护测量电路有两种：绝对值比较原理的实现以及相位比较原理的实现(如下图4及图5所示)。这两种测量电路都是模拟式的实现方式，在模拟式距离保护中，绝对值比较原理是以电压比较的形式实现的。与绝对值比较原理的实现方法类似，模拟式保护的相位比较原理也是以电压比较的形式实现的。所不同的是，绝对值比较原理的实现是在绝对值比较电路中比较两个参量的大小，而相位比较原理的实现是在相位比较电路中比较两个参量的相位。

图4 绝对值比较原理实现的保护测量电路

图5 相位比较原理实现的保护测量电路
5.1保护跳闸回路
三段式距离保护的跳闸回路如图6所示：

图6 保护跳闸回路
6结论
本题是对三段距离保护进行整定设计，与电流保护类似，距离保护装置也采用阶梯延时配合的三段式配置方式。本题配置时将距离I、II段作为主保护，而将距离III段保护作为后备保护。距离保护的整定计算，就是根据被保护电力系统的实际情况，计算出距离I段、II段和III段测量元件的整定阻抗以及II段和III段的动作延时。距离保护I段为无延时的速动段，它应该只反映本线路的故障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠不动作。所以其测量元件的整定阻抗应该按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定；距离II段的整定阻抗应该与相邻线路距离保护的I段相配合。为了保证在下级线路上发生故障时，上级线路保护处的保护II段不至于越级跳闸，其II段的动作范围不应该超出下级保护I段的动作范围；距离三段阻抗整定时，可以按与相邻下级线路距离保护II或III段配合，也可以按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定，还可以按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定。由于题设所给条件所限，本题的保护3是按躲过运行时的最小负荷阻抗来整定的，而且采用全阻抗特性；而保护5是按与相邻下级线路距离保护的II段配合整定。当距离保护用于双侧电源的电力系统时，为便于配合，一般要求I、II段的测量元件都要具有明确的方向性，即采用具有方向性的测量元件。第III段为后备段，包括对本线段I、II段保护的近后备、相邻下一级线路保护的远后备和反向母线保护的后备，所以第III段通常采用带有偏移特性的测量元件，用较大的延时保证其选择性。

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，2009:62-97
[2] 鞠平.电力工程[M].北京机械工业出版社，2009.1：354-358

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