继电保护课程设计--距离保护

电力系统继电保护课程设计评语：成绩自动化与电气工程学院继电保护课程设计11设计原始资料1.1具体题目如下图所示网络，系统参数为:3115EkV,151GX、102GX、103GX，6021LLkm、403Lkm，50CBLkm、30DCLkm、30EDLkm，线路阻抗/4.0km,2.1ⅠrelK、15.1KⅢⅡrelrelK，300maxCBIA、200maxDCIA、150maxECIA，5.1ssK，85.0reKG1G2G3987645123ABCDEL1L2L3试对线路L1、L2、L3进行距离保护的设计。1.2要完成的内容本文要完成的内容是对线路的距离保护原理和计算原则的简述，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。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分析要设计的课题内容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：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。这几个之间，紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力原件的继电保护。充分发挥和利用继电保护的科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性发挥最大效能。(1)可靠性可靠性是指保护该动作时应动作，不该动作时不动作。为保证可靠性，宜选用性自动化与电气工程学院继电保护课程设计2能满足要求、原理尽可能简单的保护方案。(2)选择性选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障。为保证选择性，对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如起动与跳闸元件、闭锁与动作元件），其灵敏系数及动作时间应相互配合。(3)灵敏性灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生故障时，保护装置具有的正确动作能力的裕度，灵敏性通常用灵敏系数或灵敏度来衡量，增大灵敏度，增加了保护动作的信赖性，但有时与安全性相矛盾。对各类保护的的灵敏系数的要求都作了具体规定，一般要求灵敏系数在1.2-2之间。(4)速动性速动性是指保护装置应能尽快地切除故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围。110kV及以上电压等级的线路，由于其负荷电流大，距离长，用电流保护往往不能满足技术要求，而需要采用距离保护。这是因为与电流保护相比，距离保护有以下优点：①灵敏度较高。因为阻抗IUZ，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，阻抗Z减小得多。②保护范围与选择性基本上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迅速动作的范围长。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较长。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主保护配置距离保护Ⅰ段和距离保护Ⅱ段构成距离保护的主保护。(1)距离保护的Ⅰ段ABC123图2.1距离保护网络接线图自动化与电气工程学院继电保护课程设计3瞬时动作，Ⅰt是保护本身的固有动作时间。保护1的整定值应满足：ABsetZZ1考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，引入可靠系数relK(一般取0.8—0.85)，则ABrelsetZKZ1(2-1)同理，保护2的Ⅰ段整定值为：BCrelsetZKZ2(2-2)如此整定后，保护的Ⅰ段就只能保护线路全长的80%—85%，这是一个严重的缺点。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第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t的时限，以保证选择性,例如在图1中，当保护2第Ⅰ段末端短路时，保护1的测量阻抗为：2setABmZZZ(2-3)引入可靠系数relK(一般取0.8)，则保护1的Ⅱ段的整定阻抗为：BCABsetABrelsetZZZZKZ)85.0~8.0(8.0)(21(2-4)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段与距离Ⅱ段的后备保护，还应该装设距离保护第Ⅲ段。距离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。3保护的配合及整定计算3.1线路L1距离保护的整定与校验3.1.1线路L1距离保护第I段整定(1)线路L1的I段的整定阻抗为11relsetZLKZI(3-1)=0.85×60×0.4=20.4式中IZset—距离I段的整定阻抗；1L—被保护线路L1的长度；1Z—被保护线路单位长度的阻抗；自动化与电气工程学院继电保护课程设计4relK—可靠系数；(2)动作时间s0tI（第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。3.1.2线路L1距离保护第Ⅱ段整定(1)与相邻线路CBL距离保护I段相配合，线路L1的Ⅱ段的整定阻抗为）CBrelIILZKKLKZ1b.min11relsetZ((3-2)b.minK—线路CBL对线路L1的最小分支系数，其求法如下:Z1Z2Z3Z4I1I2I3I4图3.1等效电路图241Z242Z163Z2ZZ//3Z=16241624=9.6(3-3)IZZZI11=I246.96.90.286I(3-4)b.minK=1II=II286.0=3.5(3-5)于是ⅡsetZ80504.05.385.04.06085.0(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25.133.34.06080Z1setsenLZK满足要求(3)动作时间，与相邻线路CBL距离I段保护配合，则，s5.0tttIII它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。3.1.3线路L1距离保护第Ⅲ段整定(1)整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗minLZ来整定计算的，所以有ssrelLsetKKZRminKZⅢⅢ(3-6)自动化与电气工程学院继电保护课程设计553.1903.031109.0maxmin1LminLIUZ(3-7)其中15.1ⅢrelK，2.1RK，5.1ssK，于是04.925.12.115.153.190ⅢsetZ(2)灵敏度校验距离保护Ⅲ段，即作为本线路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，计算式为5.184.34.06004.92Z1setsenLIIIZK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，计算式为2.109.22012404.92Zmaxb1setsenCBLIIIZKZK。满足要求3.2线路L2距离保护的整定与校验3.2.1线路L2距离保护第I段整定(1)线路L2的I段的整定阻抗为12relsetZLKZI(3-8)=0.85×60×0.4=20.4式中IZset—距离I段的整定阻抗；2L—被保护线路L2的长度；1Z—被保护线路单位长度的阻抗；relK—可靠系数；(2)动作时间s0tI（第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。3.2.2线路L2距离保护第Ⅱ段整定(1)与相邻线路CBL距离保护I段相配合，线路L2的Ⅱ段的整定阻抗为）CBrelIILZKKLKZ1b.min12relsetZ((3-9)b.minK—线路CBL对线路L1的最小分支系数，其大小与线路CBL对线路L1的分支系数大小相同，为3.5。（求法同上）自动化与电气工程学院继电保护课程设计6于是ⅡsetZ80504.05.385.04.06085.0(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25.133.34.06080Z2setsenLZK满足要求(3)动作时间，与相邻线路CBL距离I段保护配合，则，s5.0tttIII它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。3.2.3线路L2距离保护第Ⅲ段整定(1)整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗minLZ来整定计算的，所以有ssrelLsetKKZRminKZⅢⅢ(3-10)53.1903.031109.0maxmin2LminLIUZ(3-11)其中15.1ⅢrelK，2.1RK，5.1ssK，于是04.925.12.115.153.190ⅢsetZ(2)灵敏度校验距离保护Ⅲ段，即作为本线路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，计算式为5.184.34.06004.92Z2setsenLIIIZK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，计算式为2.109.22012404.92Zmaxb1setsenCBLIIIZKZK。满足要求3.3线路L3距离保护的整定与校验3.3.1线路L3距离保护第I段整定(1)线路L3的I段的整定阻抗为13relsetZLKZI(3-12)=0.85×40×0.4自动化与电气工程学院继电保护课程设计7=13.6式中IZset—距离I段的整定阻抗；3L—被保护线路L3的长度；1Z—被保护线路单位长度的阻抗；relK—可靠系数；(2)动作时间s0tI（第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。3.3.2线路L3距离保护第Ⅱ段整定(1)与相邻线路CBL距离保护I段相配合，线路L3的Ⅱ段的整定阻抗为）CBrelIILZKKLKZ1b.min13relsetZ((3-13)b.minK—线路CBL对线路L3的最小分支系数，其求法如下:Z1Z2Z3Z4I1I2I3I4图3.2等效电路图241Z242Z163Z1ZZ//2Z=24242424=12(3-14)IZZZI33=I1216120.43I(3-15)b.minK=3II=II43.0=2.3(3-16)于是ⅡsetZ6.53504.03.285.04.06085.0(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25.135.34.0406.53Z1setsenLZK满足要求(3)动作时间，与相邻线路CBL距离I段保护配合，则，s5.0tttIII3.3.3线路L3距离保护第Ⅲ段整定(1)整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗minLZ来整定自动化与电气工程学院继电保护课程设计8计算的，所以有ssrelLsetKKZRminKZⅢⅢ(3-17)53.1903.031109.0maxmin1LminLIUZ(3-18)其中15.1ⅢrelK，2.1RK，5.1ssK，于是04.925.12.115.1