110kv線路保護設計電力系統(tǒng)繼電保護課程設計計劃書

1、 電力系統(tǒng)繼電保護課程設計 課題三：110kv線路保護設計 班級：20 級電氣工程及其自動化1班 指導教師： 老師 負責學生： 小組成員： 時間：2014年8月24日2014年9月23日18摘要3關鍵詞3第一章計劃書4一.課題論點4二、課題任務及要求4三、小組成員任務分配情況及計劃5四.論證分析5第二章 輸電線路距離保護51距離保護的概念5.2 距離保護的特性5.3距離保護的組成64裝置構(gòu)成65距離保護的基本原理及特點7第三章線路保護8一.整定計算8二. 變壓器保護 （本課題主要針對線路距離保護，所以變壓器保護只做簡單介紹）10三 零序電流保護11第四章 系統(tǒng)振蕩和過渡電阻對距離保護1的影響1

2、34.1系統(tǒng)振蕩對距離保護1的影響134.2過渡電阻對距離保護1的影響144.3克服系統(tǒng)振蕩和存在過渡電阻對距離保護1的影響的措施。15第五章三段式距離保護的二次接線圖和原理框圖16第六章總結(jié)17一課題設計總表17三個人總結(jié)17參考文獻19摘要我們這次的繼電保護課題設計是輸電線路的距離保護設計。根據(jù)本次課題設計（選擇課題3）的任務要求，首先我們對距離保護的相關概念、距離保護整定、靈敏度校驗、系統(tǒng)振蕩、過渡電阻等電力系統(tǒng)繼電保護的基礎理論知識進行梳理，然后根據(jù)理論知識做指導，結(jié)合給定材料的內(nèi)容及其技術參數(shù)，對網(wǎng)絡中保護1進行距離、段的整定計算、整定時間計算、及靈敏度校驗。根據(jù)計算結(jié)果得出相關結(jié)論

3、，并制定出反應該輸電線路的保護裝置，即采用距離三段式作為110kv輸電線路的保護，當距離保護不滿足下一線路變壓器的遠后備保護時，需對下一線路的變壓器加近后備保護。來提高供電線路保護的選擇性、可靠性。本次設計也讓我們知到在系統(tǒng)發(fā)生振蕩、及有過渡電阻影響時對保護1各段保護的動作影響情況。通過繪制距離保護的、次接線圖，讓我更深層次的理解輸電線路距離保護。關鍵詞：整定 振蕩 過渡電阻 距離保護 繼電保護第一章計劃書一.課題論點針對本次課題設計的任務要求，我們提出的論點是：在110kv電網(wǎng)中，采用距離三段式作為輸電線路的保護配置。 二、課題任務及要求線路每公里阻抗為z1=0.4/km，線路阻抗角為：l=

4、75。ab、bc線路最大負荷電流為410a,負荷功率因數(shù)為cosl =0.9。,。電源電勢為e=115kv。 zsamax=15,zsamin=6,zsbmax=15,zsbmin=10。歸算至115kv的各變壓器阻抗為84.2,容量st為15mv.a.其余參數(shù)如圖所示。8e6560km40km2174335kmdcba系統(tǒng)接線圖（1）計算保護1距離保護段的整定值和靈敏度。 （2）計算保護1距離保護段的整定值和靈敏度。（3）計算保護1距離保護段的整定值和靈敏度。（4）分析系統(tǒng)在最小運行方式下振蕩時，保護1各段距離保護的動作情況。（5）當距保護1出口20km處發(fā)生帶過渡電阻rarc=12的相間短

5、路時，保護1的三段式距離保護將作何反應（設b母線上電源開路）？（6）繪制三段式距離保護的二次接線圖和原理框圖。三、小組成員任務分配情況及計劃 ：負責收集整理距離保護的相關知識。為后續(xù)工作提供理論依據(jù)。 ：負責保護1的三段式整定計算、靈敏度校驗、繪制各段的等值電路，通過整定計算及介紹零序電流保護來支持我們的論點。 ：負責分析系統(tǒng)振蕩及帶過渡電阻時，保護1各段距離保護的動作情況。繪制具體圖形，并從中的出結(jié)論。 ：負責繪制三段式距離保護的二次接線圖和原理框圖。四.論證分析論證分析過程見第二.三.四.五章.第二章 輸電線路距離保護1距離保護的概念距離保護是反應故障點至保護安裝地點之間的距離（或阻抗）。

6、并根據(jù)距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。該裝置的主要元件為距離（阻抗）繼電器，它可根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測知保護安裝處至短路點間的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測量阻抗。當短路點距保護安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短；當短路點距保護安裝處遠時，其測量阻抗增大，動作時間增長，這樣就保證了保護有選擇性地切除故障線路。 用電壓與電流的比值(即阻抗)構(gòu)成的繼電保護，又稱阻抗保護，阻抗元件的阻抗值是接入該元件的電壓與電流的比值：u/i=z，也就是短路點至保護安裝處的阻抗值。因線路的阻抗值與距離成正比，所以叫距離保護或阻抗保護。距離保護分為接地距離保護和相間距離保護等。 距離保護分的動作行為反

7、映保護安裝處到短路點距離的遠近。與電流保護和電壓保護相比，距離保護的性能受系統(tǒng)運行方式的影響較小。 .2 距離保護的特性當短路點距保護安裝處近時，其量測阻抗小，動作時間短;當短路點距保護安裝處遠時，其量測阻抗大,動作時間就增長，這樣保證了保護有選擇性地切除故障線路。距離保護的動作時間 (t)與保護安裝處至短路點距離(l)的關系t=f(l),稱為距離保護的時限特性。為了滿足繼電保護速動性、選擇性和靈敏性的要求，目前廣泛采用具有三段動作范圍的時限特性。三段分別稱為距離保護的、段，它們分別與電流速斷、限時電流速斷及過電流保護相對應。 距離保護的第段是瞬時動作的，它的保護范圍為本線路全長的8085%;

8、第段與限時電流速斷相似,它的保護范圍應不超出下一條線路距離第段的保護范圍，并帶有高出一個t的時限以保證動作的選擇性;第段與過電流保護相似，其起動阻抗按躲開正常運行時的負荷參量來選擇，動作時限比保護范圍內(nèi)其他各保護的最大動作時限高出一個t。 .3距離保護的組成 (1)測量部分，用于對短路點的距離測量和判別短路故障的方向。 (2)啟動部分，用來判別系統(tǒng)是否處于故障狀態(tài)。當短路故障發(fā)生時，瞬時啟動保護裝置。有的距離保護裝置的啟動部分兼起后備保護的作用。 (3)振蕩閉鎖部分，用來防止系統(tǒng)振蕩時距離保護誤動作。 (4)二次電壓回路斷線失壓閉鎖部分，當電壓互感器（tv）二次回路斷線失壓時，它可防止由于阻抗

9、繼電器動作而引起的保護誤動作。但當tv斷線時保護可以選擇投/退“tv斷線相過流保護”。 (5)邏輯部分，用來實現(xiàn)保護裝置應有的性能和建立各段保護的時限。 (6)出口部分，包括跳閘出口和信號出口，在保護動作時接通跳閘回路并發(fā)出相應的信號。 4裝置構(gòu)成一般情況下,距離保護裝置由以下4種元件組成。起動元件：在發(fā)生故障的瞬間起動整套保護，并可作為距離保護的第段。起動元件常取用過電流繼電器或低阻抗繼電器。方向元件：保證保護動作的方向性，防止反方向故障時保護誤動作。方向元件可取用單獨的功率方向繼電器，也可取用功率方向繼電器與距離元件結(jié)合構(gòu)成方向阻抗繼電器。距離元件：距離保護裝置的核心部分。它的作用是量測短

10、路點至保護安裝處的距離。一般采用阻抗繼電器。時限元件：配合短路點的遠近得到所需的時限特性，以保證保護動作的選擇性。一般采用時間繼電器。5距離保護的基本原理及特點系統(tǒng)在正常運行時，不可能總工作于最大運行方式下，因此當運行方式變小時，電流保護的保護范圍將縮短，靈敏度降低；而距離保護，顧名思義它測量的是短路點至保護安裝處的距離，受系統(tǒng)運行方式影響較小，保護范圍穩(wěn)定。常用于線路保護。距離保護的具體實現(xiàn)方法是通過測量短路點至保護安裝處的阻抗實現(xiàn)的。距離保護是以距離測量元件為基礎構(gòu)成的保護裝置，其動作和選擇性取決于本地測量參數(shù)(阻抗、電抗、方向)與設定的被保護區(qū)段參數(shù)的比較結(jié)果，而阻抗、電抗又與輸電線的長

11、度成正比，故名距離保護。距離保護主要用于輸電線的保護，一般是三段或四段式。期一、二段帶方向性，作為本線段的主保護，第一段保護線路的80-90。第二段保護余下的10-10并相鄰母線的后備保護。第三段帶方向或不帶方向，有的還設有不帶方向的第四段，作本線及相鄰線段的后備保護。距離保護包括故障啟動、故障距離測量、相應的時間邏輯回路與電壓回路斷線閉鎖，有的還配有振蕩閉鎖等基本環(huán)節(jié)以及對整套保護的連續(xù)監(jiān)視等裝置。有的接地距離保護還配備單獨的選相元件。所以距離保護，也叫阻抗保護。距離保護根據(jù)這個阻抗的大小確定保護安裝處至故障點的距離，并根據(jù)這個距離的遠近而確定保護動作時間級別的一種保護裝置。保護裝置感受故障

12、點的距離愈近，保護動作的時間級別就愈快，反之保護動作的時間級別越長。這樣，就可以保護在任何形態(tài)的電網(wǎng)中有選擇性的切除故障線路。1、所謂距離保護也叫阻抗保護。距離保護是反映保護安裝處至故障點的阻抗并根據(jù)這個阻抗的大小確定保護安裝處至故障點的距離，并根據(jù)這個距離的遠近而確定保護動作時間級別的一種保護裝置。保護裝置感受故障點的距離愈近，保護動作的時間級別就愈快，反之保護動作的時間級別越長。這樣，就可以保護在任何形態(tài)的電網(wǎng)中有選擇性的切除故障線路。2、什么是“距離”測量保護安裝處至故障點的距離，實施上就是測量保護安裝處至故障點之間的阻抗，即保護安裝出的電壓與電流之比。因此距離保護也多被稱為阻抗保護即z

13、=u(來自母線tv的電壓)i(來自線路ta的電流)當然現(xiàn)代化距離保護的電壓和電流比較量不是僅來自本母線tv和本線路ta那么簡單u和j經(jīng)過多種組合可形成不同形狀的距離保護動作區(qū)域(特性圓)。但由以上公式我們可以得到兩點結(jié)論：(1)距離保護所用的電壓互感器必須與一次設備在同一母線上一次設備倒母線時，距離保護的電壓源也應倒至其所在母線上。(2)當距離保護失去交流電壓時，變電運行人員應立即將有關的距離保護裝置退出，以防距離保護裝置誤動。3、三段式距離保護的配合距離保護段保護線路全長的8085 ，qs動作于跳閘。距離保護段可以保護本線路全長及一線路的50-40 ，約05s時間動作。距離保護段保護本條線路

14、，以致下一條線路或更長，其相應的保護動作時間也更長。第三章線路保護一.整定計算1.計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度距離i段按躲開下一條線路出口短路的原則整定 zset=krel* zab 其中：krel=0.8 計算相間距離保護第段動作阻抗zset1= krel* zab=0.8*35*0.4=11.2確定動作時限 t=0s整定阻抗角與線路阻抗角相等，保護區(qū)為被保護線路全長的80%2.計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。距離ii段與相鄰線路距離保護i段相配合，或躲開線路末端變電所變壓器低壓出口側(cè)出口處短路時的阻抗值整定。 （1）與相鄰線路第1 配合動作阻抗為： zset=krel*(

15、 zab+kb.min*z1set.3 ) 最小分支系數(shù) kb.min=k助*k汲助增分支：k助=(zs1min+zab+zs2max)/zs2max汲出系數(shù)為：1 總的分支系數(shù)為： kb.min=35/15=2.33 整定阻抗為：zset=0.8*(14+2.23*0.4*40*0.8)=35.1（2）躲開線路末端變電所變壓器低壓出口側(cè)出口處短路時的阻抗值作阻抗為： zset=krel*(zab+kb.min*zt) kb.min ：最小分支系數(shù)整定阻抗為：zset=0.8*(14+2.33*84.2/2)=89.67相間距離段整定值取上述兩項中較小值整定阻抗為：zset=35.1整定時間為

16、：t=0+0.5s=0.5s 靈敏度校驗：ksen=35.1/14=2.511.25 滿足要求3計算保護1距離保護第的整定值和靈敏度。 按躲過最小負荷阻抗整定動作阻抗為： zl.min=umin/imax=0.9*115/1.732/0.41=145.75整定阻抗為：zset=0.83*145.75/1.5/1.15/cos(75-25.8)=107.23 靈敏度校驗(1) 本線路末端整定1)近后備 ksen= zset/zab=7.661.5滿足要求 .作為bc線路的遠后備2)遠后備ksen=zset/(zab+kb.max*zbc)= 1.41.2滿足要求(2)作為變壓器的遠后備ksen=

17、zset/(zab+kb.max*zt)= 0.61.2不滿足要求 動作時間：項目整定值時限靈敏度是否滿足要求一段11.20 s0 . 8是 二段35.10 . 5s2.51是三段107.232.5s7.66、1.4,0.6線路是，變壓器否. 二. 變壓器保護 （本課題主要針對線路距離保護，所以變壓器保護只做簡單介紹）通過整定計算我們知道由于保護1不滿足做變壓器遠后備的要求，因此我們需要給變壓器加裝保護1.變壓器的主保護 ：變壓器的主保護主要由瓦斯保護和差動保護構(gòu)成瓦斯保護：瓦斯保護是變壓器油箱內(nèi)繞組短路故障及異常的主要保護。其原理是：變壓器內(nèi)部故障時，在故障點產(chǎn)生有電弧的短路電流，造成油箱內(nèi)

18、局部過熱并使變壓器油分解，產(chǎn)生氣體（瓦斯），進而造成噴油，沖擊氣體繼電器，瓦斯保護動作。 差動保護：縱聯(lián)差動保護是反應被保護變壓器各端流入和流出電流的相量差。將線路一側(cè)的電氣量信息傳遞到另一側(cè)。安裝于兩側(cè)的保護對兩側(cè)的電氣量同時進行比較聯(lián)合工作，實現(xiàn)對雙繞組變壓器縱差動保護的原理。2.變壓器的后備保護：變壓器后備保護，一般有接地短路后備零序電流保護、過電流保護、此外還有油溫、油面監(jiān)控保護，中性點間隙保護等。自耦變壓器還有公共線圈過流保護。 后備保護是在主保護不動作時再動作，一般有延時來判斷主保護動作與否，它包括近后備和遠后備。主保護反應變壓器內(nèi)部故障，后備保護反應變壓器外部故障。保護范圍主要是

19、變壓器外部線路。三 零序電流保護資料顯示，我國電力輸電線路故障中，單線接地短路占有很大的比率達到90%。我國110kv級電力網(wǎng)絡采用的是中性點直接接地，在電力系統(tǒng)中，當中性點直接接地（又稱大電流接地）發(fā)生接地短路時，將出現(xiàn)很的的零序電流和電壓，在110kv及以上電壓等級的電網(wǎng)中，利用零序電壓電流來構(gòu)成接地短路的保護。利用接地時產(chǎn)生的零序電流使保護動作的裝置，叫零序電流保護。中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路，將產(chǎn)生很大的零序電流，利用零序電流分量構(gòu)成保護，在電力系統(tǒng)架空線路上，零序電流一般用零序電流濾過器獲得。當架空線路發(fā)生接地故障時，零序電流濾過器將輸出，電力系統(tǒng)中獲取零序電壓的方法一般有以下幾

20、種：將三個單相電壓互感器的副方繞組接成開口三角形繞組來獲取，將三相五柱式電壓互感器的二次繞組接成開口三角形繞組來獲取，將電源中性點的電壓互感器或消弧線圈接地，再在副方繞組中獲取零序電壓，利用加法器來獲得零序電壓。此外，利用對稱分量濾過器也可以得到保護中常用到的各種序分量，包括零序電流、零序電壓分量零序電流保護一般是三段式，段1）躲開下級線路出口最大零序電流整定iset1=krel*3i0.max 2)躲開斷路器合閘時出現(xiàn)的最大零序電流整定 iset1=krel*3i0.unb 3)躲開非全相運行又發(fā)生系統(tǒng)振蕩 與下一線路段配合 躲過最大負荷電流整定作為一種主要的接地短路保護。零序過流保護不反應

21、三相和兩相短路，在正常運行那個和系統(tǒng)發(fā)生振蕩時也沒有零序分量產(chǎn)生，所以它有較好的靈敏度。相對而言零序電流保護受系統(tǒng)運行方式變化的影響要小的多，且方向零序保護沒有電壓死區(qū)，也不受系統(tǒng)振蕩 短時過負荷影響。但是零序電流保護受系統(tǒng)運行方式和接地點變化的影響而不動作，而接地距離保護需要測兩個量又不會受到影響，所以零序電流保護的保護效果不能滿足電力系統(tǒng)要求時，則應裝設接地距離保護。接地距離保護因其保護范圍比較固定，對本線路和相鄰線路的保護效果都會有所改。第四章 系統(tǒng)振蕩和過渡電阻對距離保護1的影響4.1系統(tǒng)振蕩對距離保護1的影響4.1.1 系統(tǒng)振蕩時電流，電壓的變化規(guī)律如圖4-1-1所示設系統(tǒng)兩側(cè)電動勢

22、ea和eb的幅值相等，相角差為p,由圖可知電源之間的阻抗zx=za+zab+zb.i=(ea-eb)/zx= ea*(1-e-jp)/zx ua=ea- i*za ub= eb- i*zb. 4.1.2系統(tǒng)振蕩時，測量阻抗的變化規(guī)律安裝在a點處的測量元件的測量阻抗為zczc= ua/i=(zx-za)/ (1-e-jp)=(0.5*zx-za)-j0.5zxctg（p/2）.如圖4-1-2所示1、 相間距離保護1段：由于zset1zc并且t1zc 并且 t2tc所以相間距離保護3段不動作4.1.3系統(tǒng)振蕩時對測量元件特性的影響 如圖4-1-3所示 假設a點有距離保護，其測量元件采用方向圓特性的阻抗元件，距離1段保護全長的80%，a點測量阻抗進入動作范圍之內(nèi)，其時間段大約在0.1-1.2s.4.1.4 結(jié)論由4.1.2，.4.1.1和4.1.3結(jié)合設計要求可知系統(tǒng)振蕩,距離保護1，2，3段保護動作如下項目整定值時間系統(tǒng)振蕩時，是否會誤動距離保護1段11.20s不會誤動距離保護2段35.10.5s會誤動距離保護3段107.23 2.5s不會誤動4.2過渡電阻對距離保護1的影響 4.2.1 過渡電阻的特性4.2.2 單側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護1的影響如圖4-2-2（a）和（b）