继电保护论文.20103097

继电保护课程设计

（三峡电力职业学院新能源工程学院20103097班 2010309737号）

摘要：本课题主要以110KV线路为例，来阐述了，相间距离保护的整定计算，以及应用于保护线路的阻抗继电器的一些接线方式，当然最精彩的就是对110KV输电线路相间距离保护的方案的设计，来对相间距离保护有一个更加全面深入认识和学习；通过这次的学习我们要弄清楚，距离保护主要是反映阻抗值，保护性能受电力系统运行方式变化的影响较小，躲过负荷电流的能力很强，其一段保护的范围不超过本段线路，只要流过装置的故障电流在精确的工作电流范围之内，性能就基本不受运行方式的影响！

关键词：距离保护，整定计算，继电器，主保护，后备保护

引言：线路的电压电流保护构成简单，可靠性好，满足对继电保护的性能要求，但是电流电压保护的但是电流电压的灵敏度受系统运行方式影响较大，导致保护范围变小；对于长距离重负荷线路的线路，即使定时限电流保护也不一定能够满足要求，并且保护的整定计算也比较麻烦，这些因素使其在35KV及以上线路的复杂的电网中难以使用，为此研究出性能更好的保护原理和方案，这就是距离保护，它在实践中可以不受系统运行方式，系统接线方式等的影响，并且整定计算较为简单，实际生活中容易实现！

本课程目的：在学完本课程之后，通过课程设计，使自己进一步巩固和加深对所学专业理论知识的理解，培养自己设计、计算、绘图、文献查阅、报告撰写等基本技能；培养自己独立分析和解决工程实际问题的能力；培养自己的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的学习作风。

下面以一个高压电源网络为例来让我们全方位的学习距离保护的知识：

例 线路每公里阻抗为Z1=0.45/km,线路阻抗角为φL=65°,AB、BC线路最大负荷电流为400A,负荷功率因数为cosφL

I0.85,Krel0.8Krel0.85。电源电势为E=115kV,ZsAmax=10=0.9,KrelΩ,ZsAmin=8Ω,ZsBmax=30Ω,ZsBmin=15Ω。归算至115kV的各变压器阻抗为

84.7Ω,容量ST为15MV.A。其余参数如图1-1所示。计算保护1距离保护第Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段的整定值和灵敏度并设计保护方案。

欧==欧

二，1.保护A相间距离I段整定计算

距离I段按躲开下一条线路出口处短路的原则整定

IZset.1KresZAB其中：Krel0..85

II计算相间距离保护第Ⅰ段动作阻抗.

Zset.1KrelLABZl0.850.453011.4811

确定动作时限 t=0S

2．保护A相间距离II段整定计算

（1） 与相邻线路的距离保护一段相配合。距离II段与相邻线路距离保

护I段相配合，或躲开线路末端变电所变压器低压出口侧出口处短路时的阻抗值整定。为了保证下级线路上发生故障上级线路保护I段不至于勿动，保护1的II段的动作范围不应该超出保护2的Ⅰ段的动作范围，保护1的II段的整定阻抗可按下式进行计算

Zset.BKrel.BLABZl0.850.453814.5411

断开，此时Kb=1

Kb最小值得情况是电源阻抗趋向于正无穷，即电源B

II1Zset.Krel(Z1LABKbZset,B)0.85(0.453014.54)23.83

（1）与变电所B降压变压器的速动保护配合

Zset.AKrel(Z1LABKbTmin)11

由于ZT=10×10.5×110/15×103=84.7

ZT,min=

84.7242.35

II所以ZsetKrel(Z1LABKbTmin)=0.7（0.45×30+42.35）=39.09

II比较两者，取最小的为整定阻抗，即Zset23.83()

灵敏度校验：Ksen整定时间为：t23.830.45×301.771.5，满足要求

t1t0.5

3．保护A相间距离III段整定计算

整定原则：按躲过最小负荷阻抗整定 整定阻抗为：

Zset.1III0.9UnKrelKreKssIl.maxcos(senL)0.9×1103×1.25×1.15×2×0.4cos(60-26)63.96()其中Lcos10.9，

灵敏度校验

近后备时： 满足要求

III远后备时：III Zset.169.96K4.731.3 senZAB13.5III满足要求 Zset.1III1.461.2动作时间： KsenZKZBCABb.max

t20.52.5s

三．线路距离保护方案的选择(以保护A为例) . 2.距离保护的设计

距离保护配置包括三段式相间距离和三段式接地距离。

跳闸启动元件启动元件启动元件启动元件距离保护原理组成元件框图

启动元件I&IIII出口元件跳闸信号IIIIII振荡闭锁断线距离保护的逻辑关系图

(1)距离启动元件。距离保护的启动元件在电力

系统正常负荷状态下不启动，但在电力系统故障时则要可靠动作，且有较高的灵敏度。

本设计采用最常见的负序电流差突变量启动元件。

(2)距离方向元件。对于出口短路或三相短路，距离保护采用记忆电压判别方向。

(3)距离保护的动作特性。阻抗动作特性采用四边形动作特性。

(4)距离出口方式。根据系统的需求情况，可以选择“相间故障永跳”和“三段及以上故障永跳”，此时若发生相间故障、III段范围内故障，距离保护出口永跳，避免扩大故障影响范围。

(5)振荡闭锁。继电保护考虑发生振荡的可能性，主要任务是避免振荡时的误动作。距离保护第II段延时大于0.2s，为此采取只要其测量元件在0.2s内启动，就不再受开放时间的限制，允许它继续启动时间元件。

本设计的振荡闭锁元件仅在突变量启动元件启动后150ms内开放。以后由不对称故障和对称故障检测元件开放I、II段保护。

不对称故障开放元件利用零序和负序电流特征区分是发生了故障还是振荡。其开放判据为：或。

为了防止振荡系统切除时零序和负序电流不平衡输出引起保护的误动，保护延时50ms动作。

方案一：器材:时间继电器（KT），阻抗继电器（KZ），信号继电器(KS)，负序电流虑过起,变压器断线闭锁元件（KCB,KZ），震荡闭锁元件

实施方案：保护A的相间距离保护Ⅰ段采用方向阻抗继电器来保护，其接线方式为反应相间故障的 接线方式；保护II段采用方向阻抗继电器，其接线

00 接线方式，并接入时间继电器，防止当发生方式采用反应接地故障的

0接地故障时，当电流Ⅰ段拒绝动作时，保护II能够在允许的时间内准确切除故0

障，使影响的范围最小；保护III段采用偏移阻抗继电器，防止方向阻抗继电器的故障发生在电压死区。本方案中，用负序电流虑过器作为启动元件，变压器断线闭锁和震荡闭锁元件都是为了防止系统在非系统的正常故障下误动！

评价：本方案在设计的过程中综合考虑了本段线路各元件的一些优势互补，充分发挥了它们的优势，但是在设计的过程中侧重点是在相间故障，但是实际生活中的一些故障大多情况下是接地故障，和实际有些不符;没有从经济的角度来思考，所用到的元件 不是最简，带偏移阻抗继电器的动作圆与不带偏移特性圆的距离保护，由于对电弧电阻的反应能力不同，在有较大弧光短路时，不宜相互配合！

方案二：器材:时间继电器（KT），阻抗继电器（KZ），信号继电器(KS)，负序电流虑过起,变压器断线闭锁元件（KCB,），震荡闭锁元件

实施方案：保护A的相间距离保护Ⅰ段采用方向阻抗继电器来保护，其接线方式为反应接地故障的 接线方式；保护II段采用方向阻抗继电器，其接线

00 接线方式，并接入时间继电器，防止当发生方式采用反映相间故障的

相间故障时，当电流Ⅰ段拒绝动作时保护II能够在允许的时间内准确切除故障，00使影响的范围最小；保护三段采用偏移阻抗继电器，防止方向阻抗继电器的故障发生在电压死区。本方案中，用负序电流虑过器作为启动元件，变压器断线闭锁和震荡闭锁元件都是为了防止系统在非系统的正常故障下误动！

评价：本方案在设计的过程中综合考虑了本段线路各元件的一些优势互补，并且在设计的过程中侧重点是放在接地故障，在设计的时候考虑了现实生活中的一些实际情况，并成功的运用于线路的设计，避免了后期维护检修的劳动量！但是也是没有从经济的角度来考虑问题！

总结：在上面的几种方案中，每个方案都有自己的优势和缺点，综合考虑线路的长度，和负荷范围，以及贯穿在继电保护的始终的四要素的前提下，我认为选择第一种方案最合适，通过对比可以知道，第二个方案在实施的设计方向和现实联系的极为紧密，并且很高的灵敏性，整个方案的设计始终把生活实际和电网整体设计考虑在一起，但是对于复杂的电网，对系统的反应时间和对电网的保护度都要非常高，系统具有破坏的故障时！我们要用最短的时间，最快的速度，和最小的代价来解决问题，综合很多因素我认为用第一种方案比较合适！

四．相间距离保护阻抗继电器的接线方式的选择 原则：

ZmLk1)对测量的阻抗Z 应正比于保护点到保护安装处的距离，即 mZ2）测量阻抗 应与故障类型无关，及保护范围不随故障类型的变化的变化m而变化

00接线 1.反应相间短路故障的阻抗继电器的

以下是输电线路发生各种短路形式时三个阻抗（每相一个）元件的测量阻抗与短路发生时系统的短路阻抗之间的 (2)(1,1)(1,1)(2)(1,!)(3)(1)(2) KAB KBC KCA KAB KBC KCA K K Zm1 ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK Zm2 ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK Zm3 ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK Zm表中 表示系统的测量阻抗， Zk表示系统发生故障时的保护安装处到故障

点的阻抗值;

从表中可以看出，保护范围内的AB ,BC,CA三种两相短路必须分别用三个不同的阻抗继电器来反应，而三个元件均可反应三相短路时的故障；从图中可以看出当

0发生单相接地时测量阻抗均大于 ,也就是说上述的 接线的测量阻抗不ZlLK0能准确反应单相接地故障时的故障距离；通过对比可以看出这种接线方式还有一个弊端那就是它有一个死区电压。

2．反映相间接地短路阻抗元件的接线方式 在中性点直接接地电网的系统中，当零序电流保护不能满足灵敏性和速动性的要求时，应采用接地距离保护，其任务是正确反映电网的单相接地，对其接线方式

0要做进一步讨论，当发生单相接地时，，输入电压输入电流仍采用 0接线方式，由于前面介绍的阻抗元件不能正确反映单相接地故障，所以必须要专门的继电保护元件，该元件一般按相配置，每相阻抗元件的输入电压为相电压，输入电流为同相位电流加零序补偿电流如A相

UrUA Z0Z1 IIAIA03KIZ1

式中

ZZ1K0 称为零序补偿系数，近似为一个实数。

3Z1此时，测量阻抗 UUA (1)ZAmrZLlK

IrIA3I0能够准确的测量从短路点到保护安装处的阻抗，并与相间短路的阻抗继电器所测得阻抗相同，因此这种带零序电流补偿的接线得到了广泛的应用。但是它不能准确的反映两相相间短路

03． 的接线方式 300它主要主要应用于长线路重负荷的输电线路，它是在 0接线方式的基础上得到的，是为了避免后者的死区电压，在一定程度上提高了系统的稳定性，降低了继

0电保护误动的可能性，但是它和 0接线方式一样，有一个共同的特点那就是不能准确反映单相接地故障，因此也有一定的局限性。

总结评价：

距离保护至今仍然广泛应用于电力系统，在多电源系统甚至复杂电网中距离保护能够较好的满足选择性的要求；总的来说它相对于其他原理的保护具有以下特点：

1）保护压稳定，灵敏度高，运行方式影响较小！

2）Ⅰ段时瞬时性动作，但是不能保护线路全长，只有80%~85%，首末两端合起来，共30%~40%的范围故障保护动作的延时（0.35~0.5s） 3）接线复杂可靠性高

4）也可用于变压器保护中做后备保护！

参考文献

许建安,陕春玲主编.电力系统继电保护.郑州：黄河水利出版社，2008

曾克娥,尹项根.电力系统继电保护原理与应用.武汉：华中科技大学出版社，2001 吕继绍主编，继电保护整定计算与实验.武汉：华中工学院出版社，1993 王维俭主编,电力系统基本原理.北京：清华大学出版社，1991 刘万顺，电力系统故障分析.北京：水利电力出版社，1986 马长贵，继电保护基础.北京：水利电力出版社，1987