继电保护距离保护整定计算

电力系统继电保护课程设计

指导教师评语

平时（30） 修改（40） 报告（30） 总成绩

专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气093 姓 名： 张阿兰 学 号： 200811133 指导教师： 任丽苗

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2012 年 7月 7日

电力系统继电保护课程设计报告

1 设计原始资料

1.1 具体题目

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。其参数为：E115/3kV,X1.G3X2.G3X1.G4X2.G411Ω；X1.T1~X1.T410Ω，

X0.T1~X0.T430Ω,X1.T5X1.T620Ω,X0.T5X0.T640Ω，LAB60km，LBC40km；线路阻抗Z1Z20.4Ω/km，Z01.2Ω/km，线路阻抗角均为75，IABLmaxICBLmax300A，负荷功率因数角为30Kss1.2，Kre1.2，KⅠrel0.85，KⅡrel0.75，变压器均装有快速差动保护,试对1、3进行距离保护的设计。

A12B34CG2T2T4G4T5T6

图1.1 电力系统示意图

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保护1和保护3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。

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2 题目分析与方案设计

2.1 题目分析

目前广泛采用具有三段动作范围的时限特性。三段分别称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的，它的保护范围为本线路全长的80～85%；不能保护全线路，所以采取Ⅰ段和Ⅱ段作为主保护，Ⅲ段作为后备保护。

2.2 方案设计

2.2.1 主保护配置

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。

在距离保护Ⅱ段整定时，应考虑分支电路对测量阻抗的影响，同时带有高出一个t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段与距离Ⅱ段的后备保护，还应该装设距离保护第Ⅲ段。

3 保护的配合及整定计算

3.1 主保护的整定计算

3.1.1 距离保护的整定动作值

(1) 整定保护1～4的距离Ⅰ段

由题目已知条件计算可得AB的正序阻抗

ZABZ1LAB0.460133%31.92Ω

线路BC的正序阻抗

ZBCZ1LBC0.44016 可得保护1，2的距离保护Ⅰ段的整定值

ΙΙ ZsetK2 1.2relZAB0.8531.9227.13保护3，4的距离保护Ⅰ段的整定

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IIZset3,4KrelZBC0.851613.6

(2) 整定保护1、3的距离保护Ⅱ段

① 保护1、3接地距离Ⅱ段的分支系数的计算

由于整个线路左端只装有发电机G2，右端只装有发电机G4，所以没有最大，最小分支系数，线路计算中分支系数按Kb.min=1 计算，在距离Ⅱ段的整定计算中K1b.min=2.92，

在距离Ⅲ段的整定计算K3b.max=1.63计算。

② 保护1距离Ⅱ段的整定计算

a) 当与相邻下级线路距离保护Ⅰ段相配合时,得

IIIIⅠZK（ZKZ）0.75(31.92113.6)34.14 set.1relAB1bset.3

b)当与相邻变压器的快速保护相配合时，得

IIIIZset.1Krel（ZABK1b.minZt）0.75(31.922.9220)67.74

比较二者，取整定值较小的一个，所以取

IIZset.134.14Ω

③ 保护3距离Ⅱ段的整定计算

a) 当与相邻下级线路距离保护Ⅰ段相配合时, 得

IIIII Zset,)32.349 3Krel(ZBCK3bZset.2)0.75(16127.132b) 当与相邻变压器的快速保护相配合时，得

IIIIZK(ZBCK3b.minZt)0.75(161.3920)32.85 set.4rel

比较二者，取整定值较小的一个，所以取

IIZset. 332.3493.1.2 动作时间

(1) 保护1～3距离保护Ⅰ段的动作时间

由于保护Ⅰ段瞬时动作，所以保护1～4距离保护Ⅰ段的动作时间它的动作时限为

tⅠ，是断路器固有的动作时间，约为0.5秒。

(2) 保护1、3的距离保护Ⅱ段的动作时间 ① 保护1的距离保护Ⅱ段的动作时间

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IIt1t3Δt0.50.51s

II② 保护3的距离保护Ⅱ段的动作时间

IIt3t1IΔt0.5s

3.1.3 灵敏度校验

(1) 保护1～4距离保护Ⅰ段的灵敏度校验

由阻抗整定计算可得，保护的Ⅰ段就只能保护线路全长的80%-85%，所以保护1～4距离保护Ⅰ段的灵敏度为0.8-0.85。

(2) 保护1、3的距离保护Ⅱ段的灵敏度校验 ① 保护1的距离保护Ⅱ段的灵敏度校验

KsenΙ34.14Zset.11.071.25

31.92ZAB不满足灵敏度要求。

由于灵敏度不满足要求，则距离保护1的Ⅱ段应改为与相邻元件保护3的Ⅱ段配合，则

IIIIIIZset1Krel(ZABK1b.mimZset3)0.75(31.92132.349)48.2Ω

II48.2Zset.11.511.25

31.92ZABKsen则满足灵敏度的要求

② 保护3的距离保护Ⅱ段的灵敏度校验

Ksen满足灵敏度的要求

II32.349Zset.32.021.25

16ZBC3.2 后备保护的整定计算

3.2.1 阻抗的整定计算

(1) 保护1距离Ⅲ段的整定计算

保护1距离Ⅲ段的整定计算按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，即

ZL.minUL.min0.9110190.53 IL.max30.3 - 4 -

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IIIZset.1ZL.minKrelKssKrecos(setL)

取Krel1.2，Kss1.2，Kre1.2和set75o，L30o，于是

IIIZset1190.53155.93

1.21.21.2cos(7530)(2) 保护3距离Ⅲ段的整定计算

距离Ⅲ段的整定阻抗按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，即

3.2.2 动作时间

(1) 保护1距离保护Ⅲ段的动作时间

保护1距离Ⅲ段的动作时间应与相邻设备保护配合，即

IIIt1IIIt3Δt0.5s0.51s

ⅢZset.3190.53155.93

1.21.21.2cos(7530) (2) 保护3距离保护Ⅲ段的动作时间

保护3距离保护Ⅲ段的动作时间与相邻设备保护配合，即

IIIt3t1IIIΔt0.50.51s

3.2.3 灵敏度校验

(1) 保护1的距离保护Ⅲ段的灵敏度校验 ①作为近后备， 本线路末端短路时灵敏系数：

IIIZset1155.934.891.5 ZAB31.92Ksen(1)② 作为远后备，相邻变压器末端短路时灵敏系数：

Ksen(2)

ZABIIIZset1155.932.681.2

KbZnext31.921.6316综上计算，不管何种原因导致的短路，灵敏度校验都满足要求。 (2) 保护3的距离保护Ⅲ段的灵敏度校验 ①作为近后备，本线路末端短路时灵敏系数：

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Ksen(1)IIIZset.155.9339.741.5 ZBC16②作为远后备，相邻设备末端短路时灵敏系数：

Ksen(2)ZBCIIIZset.155.9332.291.2

Kb.minZnext161.6331.92综上计算，不同短路情况下灵敏度校验都满足要求。 整定计算汇总如表1所示。

表1.整定计算汇总

整定计算 动作时间 灵敏度校验

Ι主保护 Ⅰ段 保护1 ZsIe1=27.132 t1=0s 0.8-0.85不满足要求 t.2ΙΙ13.6 t3 保护3 Zset=0s 0.8-0.85不满足要求 3.4=IIII Ⅱ段 保护1 Zset.11s Ksen1.51满足要求 34.14 t1II 保护3 Zset.332.349II2 Ksen2.0满足要求 t30.5 s

IIIt1s Ksen(1)4.89满足要求 1III后备保护 Ⅲ段 保护1 ZsetΩ1155.93 Ksen(2)2.68满足要求

IIIIII 保护3 Zset.3155.93 t31s Ksen(1)9.74满足要求

Ksen(2)2.29满足要求

4 继电保护设备的选择

根据电流互感器安装处的电网电压、最大工作电流和安装地点要求，本设计选型号为LCWB6-110W2屋外型电流互感器。根据电压等级，本设计中选型号为为YDR-110的电压互感器。本设计中时间继电器选其型号为H3CR-G8EL的AC220V、嵌入式、限时动作的继电器。

5 二次原理图的绘制

从以上整定计算得Ⅰ段保护不能保护全长，所以将Ⅰ段和Ⅱ段作为主保护，Ⅲ段

作为后备保护，二次展开原理接线图如图5.1所示。

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QFKSIKCOKSΠKSШKTΠ≥1≥1≥1KTШKZaIKZcIKZaΠKZcΠKZcШKZbШTAaTAc

图5.1 原理接线图

6 保护的评价

从对继电保护所提出的基本要求来评价距离保护，可以得出如下几个主要的结论： (1)距离Ⅰ段是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长的80%-85%，因此，两端合起来就使得在30%-40%线路长度内的故障不能从两端瞬时切除，在一端需经过0.5s的延时才能切除。在220kV及以上电压的网络中，这有时候不能满足电力系统稳定运行的要求，因而，不能作为主保护来应用。

(2)由于阻抗继电器同时反应于电压的降低和电流的增大而动作，因此，距离保护较电流、电压保护具有较高的灵敏度。此外，距离Ⅰ段的保护范围不受系统运行方式变化的影响，其它两段受到的影响也比较小，因此，保护范围比较稳定。

(3)由于保护范围中采用了复杂的阻抗继电器和大量的辅助继电器，再加上各种必要的闭锁装置，因此接线复杂，可靠性比电流保护低，这也是它的主要缺点。

7 参考文献

[1] 张保会,尹项根主编.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005:92-153. [2] 谭秀炳,铁路电力与牵引供电继电保护[M].城都:西南交通大学出版社,1993:100-134. [3] 于永源,杨绮雯.电力系统分析（第三版）[M].北京:中国水利水电出版社,2007:13-3

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