繼電保護原理課程設(shè)計--110kv電網(wǎng)距離保護設(shè)計

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　繼電保護的原理是利用被保護線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量為信號量，當突變量到達一定值時，啟動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。對電力系統(tǒng)繼電保護的基本性能要求是有選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。繼電保護的任務(wù)就是在系統(tǒng)運行過程中發(fā)生故障（三相短路、兩相短路、單相接地等）和出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時（過負荷、過電壓、低電壓、低周波

2、、瓦斯、超溫、控制與測量回路斷線等），能夠自動、迅速、有選擇性且可靠的發(fā)出跳閘命令將故障切除或發(fā)出各種相應(yīng)信號，從而減少故障和不正?，F(xiàn)象所造成的停電范圍和電氣設(shè)備的損壞程度，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。繼電保護的原理是利用被保護線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量為信號量，當突變量到達一定值時，起動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。 </p><p>　　這次課程設(shè)計以最常見的110KV電網(wǎng)線路保護

3、設(shè)計為例進行分析設(shè)計，要求對整個電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)方面的課程有綜合的了解。重點進行了最大和最小運行方式和繼電保護中距離保護的具體計算和距離保護和振蕩閉鎖的分析，。</p><p><b>　　2 運行方式分析</b></p><p>　　2.1 保護1的最大和最小運行方式</p><p>　　圖2.1.1 保護1的運行方式</p>

4、;<p>　?。?）保護1的最大運行方式分析。</p><p>　　保護1的最大運行方式就是指流過保護1的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，而變壓器T1、T2都同時運行的運行方式，則</p><p>　　式中為保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的最小阻抗。</p><p>　　式中為流過保護1的最大短路電流。</p><p>　?。?）保

5、護1的最小運行方式分析。</p><p>　　保護1的最小運行方式就是指流過保護1的電流最小即是在G1和G2只有一個工作，變壓器T1、T2中有一個工作時的運行方式，則</p><p>　　式中為保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的最大阻抗。</p><p>　　式中為流過保護1的最小短路電流。</p><p>　　2.2 保護2的最大和最小運行

6、方式</p><p>　　圖2.2.1 保護2的運行方式</p><p>　　保護2的最大運行方式分析。</p><p>　　保護2最大運行方式就是指流過保護2的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，則 </p><p>　　式中為流過保護2的最大短路電流。</p><p>　?。?）保護2的最小運行方式分析。</p&g

7、t;<p>　　保護2的最小運行方式就是指流過保護2的電流最小即是在G3和G4只有一個工作時運行方式，則 </p><p>　　式中為流過保護2的最小短路電流。</p><p>　　2.3 保護3的最大和最小運行方式</p><p>　　圖2.3 保護3的運行方式</p><p>　?。?）保護3的最大運行方式

8、分析</p><p>　　保護3的最大運行方式就是指流過保護3的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，則</p><p>　　式中為流過保護3的最大短路電流。</p><p>　　保護3的最小運行方式分析。</p><p>　　保護3的最小運行方式就是指流過保護3的電流最小即是在G1和G2只有一個工作時的運行方式，則 </p&g

9、t;<p>　　式中為流過保護3的最小短路電流。</p><p>　　2.4保護4的最大和最小運行方式</p><p>　　圖2. 4 保護4的運行方式</p><p>　?。?）保護4的最大運行方式分析。</p><p>　　保護4的最大運行方式就是指流過保護4的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，而變壓器T5、T6都同時運行的運行

10、方式，則</p><p>　　式中為流過保護3的最大短路電流。</p><p>　?。?）保護4的最小運行方式分析。</p><p>　　保護4的最小運行方式就是指流過保護4的電流最小即是在G3和G4只有一個工作，變壓器T3、T4中有一個工作時的運行方式，則</p><p>　　式中為流過保護4的最小短路電流。</p><

11、p>　　3距離保護的配置和整定</p><p>　　3.1保護1的配置和整定</p><p>　　圖 保護1距離保護的定性分析圖</p><p>　　3.1.1 保護1距離保護第Ⅰ段整定</p><p>　?。?）保護1的I段的整定阻抗為</p><p>　　式中為保護1距離的I段的整定阻抗；為被保護線路的長

12、度；為被保護線路單位長度的正序阻抗；為可靠系數(shù)。</p><p>　?。?）動作時間 </p><p>　　第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。</p><p>　　3.1.2 保護1距離保護第Ⅱ段整定</p><p>　?。?）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。</p><p>　?、佼斉c

13、相鄰下級線路距離保護I段相配合時，</p><p>　　式中為保護3距離I段的整定阻抗；為被保護線路的長度。</p><p>　　式中為保護1距離II段的整定阻抗；為可靠系數(shù)。</p><p><b>　　于是得 </b></p><p>　?、诋斉c相鄰變壓器的快速保護相配合時，</p><p&g

14、t;<b>　　選取最小的： </b></p><p>　　（2）靈敏度校驗 不滿足要求</p><p>　　那么取保護3的II段即： </p><p><b>　　則 代入得</b></p><p><b>　　滿足要求</b></p><p&g

15、t;<b>　?。?）動作時限</b></p><p>　　3.1.3保護1距離保護第Ⅲ段整定</p><p>　　（1）整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有</p><p>　　式中最小負荷阻抗為正常運行母線電壓的最低值，為被保護線路最大負荷電流。</p><p>　　式中為保護1距離III段的整定阻抗；為

16、可靠系數(shù)。</p><p><b>　?。?）靈敏度校驗 </b></p><p>　?、俦揪€路末端短路時靈敏系數(shù)：</p><p><b>　　滿足靈敏度要求。</b></p><p>　?、谙噜徸儔浩髂┒硕搪窌r靈敏系數(shù)：</p><p><b>　　滿足。<

17、;/b></p><p><b>　?。?）動作時限</b></p><p>　　3.2保護2的配置和整定</p><p>　　圖 保護2距離保護的定性分析圖</p><p>　　3.2.1保護2距離保護第I段整定</p><p>　　（1）保護2的I段的整定阻抗為</p>

18、<p>　　式中為保護2距離的I段的整定阻抗。</p><p><b>　?。?）動作時限</b></p><p>　　第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。</p><p>　　3.2.2保護2距離保護第Ⅲ段整定</p><p>　　1.整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有</p&g

19、t;<p>　　式中最小負荷阻抗為正常運行母線電壓的最低值，為被保護線路最大負荷電流。</p><p><b>　　靈敏度校驗 </b></p><p>　　（1）本線路末端短路時靈敏系數(shù)：</p><p><b>　　滿足要求</b></p><p>　?。?）相鄰變壓器末端短路時靈

20、敏系數(shù)：</p><p><b>　　滿足</b></p><p>　　3.3保護3的配置和整定</p><p>　　圖 保護3距離保護的定性分析圖</p><p>　　3.3.1保護3距離保護第I段整定</p><p>　?。?）保護3的I段的整定阻抗為 </p><p&g

21、t;　　式中為保護3距離I段的整定阻抗；為被保護線路的長度。</p><p><b>　　（2）動作時間 </b></p><p>　　第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。</p><p>　　3.3.2保護3距離保護第Ⅲ段整定</p><p>　　1．整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有</p

22、><p>　　式中最小負荷阻抗為正常運行母線電壓的最低值，為被保護線路最大負荷電流。</p><p><b>　　2.靈敏度校驗 </b></p><p>　?。?）本線路末端短路時靈敏系數(shù)：</p><p><b>　　滿足要求</b></p><p>　?。?）相鄰變壓器末端

23、短路時靈敏系數(shù)：</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　?。?）動作時限：</b></p><p>　　3.4保護4的配置和整定</p><p>　　圖 保護4距離保護的定性分析圖</p><p>　　3.4.1 保護4距離保護第Ⅰ段整定

24、</p><p>　?。?）保護4的I段的整定阻抗為 </p><p>　　式中為保護4距離I段的整定阻抗。</p><p>　　（2）動作時間： </p><p>　　第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。</p><p>　　3.4.2 保護4距離保護第Ⅱ段整定</p><p&

25、gt;　　（1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。</p><p>　　①當與相鄰下級線路距離保護I段配合時，</p><p>　　式中為保護2距離I段的整定阻抗；</p><p>　　于是得 </p><p>　?、诋斉c相鄰變壓器的快速保護相配合時，</p><p>　　選取最小的

26、 </p><p><b>　　靈敏度校驗</b></p><p><b>　　滿足靈敏度要求。</b></p><p>　?。?）動作時限： </p><p>　　與相鄰保護2的I段配合，它能同時滿足與相鄰線路保護以及相鄰變壓器保護配合的要求。</p><p>

27、;　　3.4.3 保護4距離保護第Ⅲ段整定</p><p>　?。?）整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有</p><p>　　式中為保護4距離III段的整定阻抗。</p><p><b>　　（2）靈敏度校驗</b></p><p>　?、俦揪€路末端短路時靈敏系數(shù)為</p><p>

28、<b>　　滿足靈敏度要求。</b></p><p>　?、谙噜徸儔浩髂┒硕搪窌r靈敏系數(shù)。</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　（3）動作時限： </p><p>　　與相鄰設(shè)備保護配合有它能同時滿足與相鄰線路保護和相鄰變壓器保護的配合要求。</p>

29、<p><b>　　4振蕩閉鎖分析</b></p><p>　　并聯(lián)運行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠之間出現(xiàn)功率角大范圍周期勝變化的現(xiàn)象，稱為電力系統(tǒng)振蕩。電力系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)兩側(cè)等效電動勢間的夾角占可能在0度到360度范圍內(nèi)作周期勝變化，從而使系統(tǒng)中各點的電壓、線路電流、功率大小和方向以及距離保護的測量阻抗也都呈現(xiàn)周期性變化。這樣，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的失步振蕩時，功角在0~360之間變化，

30、以上述這些量為測量對象的各種保護的測量元件，就有可能因系統(tǒng)振蕩而誤動作。電力系統(tǒng)的失步振蕩屬于嚴重的不正常運行狀態(tài)，而不是故障狀態(tài)，大多數(shù)情況下能夠通過自動裝置的調(diào)節(jié)自行恢復同步，或者在預定的地點由專門的振蕩解列裝置動作解開已經(jīng)失步的系統(tǒng)。如果在振蕩過程中繼電保護裝置無計劃地動作，切除了重要的聯(lián)絡(luò)線，或斷開了電源和負荷，不僅不利于振蕩的白動恢復，而且還有可能使事故擴大，造成更為嚴重后果。所以在系統(tǒng)振蕩時，要采取必要的措施，防止保護因測量

31、元件動作而誤動。這種用來防止系統(tǒng)振蕩時保護誤動的措施，就稱為振蕩閉鎖。</p><p>　　振蕩中心近似位于 =27.125Ω處兩側(cè)電源電壓幅值相等，則系統(tǒng)振蕩時測量阻抗的變化軌跡為一條直線</p><p>　　4.1保護1的振蕩閉鎖分析</p><p>　?。?）保護1的Ⅰ段保護 =20.4Ω，振蕩中心處于其范圍內(nèi)，故其測量阻抗會受振蕩影響，可能會引起誤動，由于Ⅰ

32、段保護為速斷保護，需要加振蕩閉鎖，防止其誤動</p><p>　　振蕩閉鎖措施可以采用電流的負序、零序分量或突變量來實現(xiàn)振蕩閉鎖。</p><p>　　在系統(tǒng)沒有故障時，距離保護一直處于閉鎖狀態(tài)，因為系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)處于三相對稱狀態(tài)，不會有零序分量或負序分量，不會誤動作。</p><p>　?。?）保護1的Ⅱ段保護范圍也包含振蕩中心，也會受影響，須加振蕩閉鎖。<

33、;/p><p>　　可以采用測量阻抗變化率不同構(gòu)成振蕩閉鎖，在系統(tǒng)振蕩時，阻抗由線路阻抗緩慢變化到振蕩中心到保護安裝處的線路阻抗，變化率低，而短路時，阻抗發(fā)生突變，阻抗變化率高，可以采用一個高整定值阻抗元件和一個低阻抗元件，當阻抗從高變到低的時間很短就開放保護，反之閉鎖保護。</p><p>　?。?）保護1的Ⅲ段保護范圍仍然包含振蕩中心，但其有1s的延時，而測量阻抗落入其動作區(qū)的時間很短，所

34、以它不會誤動作。</p><p>　　4.2保護2的振蕩閉鎖分析</p><p>　　保護2只裝有Ⅰ段距離保護，它保護范圍為線路AB的一部分，包含了振蕩中心，需要設(shè)置與保護1的Ⅰ段相同的振蕩閉鎖，以防止其誤動作。</p><p>　　4.3保護3的振蕩閉鎖分析</p><p>　　保護3只配置了Ⅰ段距離保護，但其保護范圍為BC線路的一部分，不

35、包含振蕩中心，無須設(shè)置振蕩閉鎖，但由于不同的系統(tǒng)運行方式，振蕩中心有可能轉(zhuǎn)移到BC段，故最好加上振蕩閉鎖環(huán)節(jié)，可以增強其通用性</p><p>　　4.4保護4的振蕩閉鎖分析</p><p>　?。?）保護4的1段保護的保護范圍為BC，不包含振蕩中心，不用設(shè)置振蕩閉鎖環(huán)節(jié)，但為保持通用性，可以自帶振蕩閉鎖</p><p>　?。?）保護4的Ⅱ段保護包含BC全部和AB

36、的一部分，可能會包含振蕩中心，需要同保護1的 段設(shè)置同樣的閉鎖保護裝置</p><p>　　（3）保護4的Ⅲ段保護雖然包含振蕩中心，但是其動作時限為1s比較長，而測量阻抗落入其動作范圍的時間短，不會引起誤動作，故不需要設(shè)置振蕩閉鎖。</p><p><b>　　5結(jié)論</b></p><p>　　110KV輸電線路繼電保護系統(tǒng)設(shè)計主要是綜合運用

37、距離保護原理的一套用于中高壓電路的保護系統(tǒng)。距離保護是根據(jù)保護安裝處的測量阻抗的大小，判斷輸電線路是否發(fā)生故障，以及故障點是否在保護區(qū)內(nèi)，從而決定保護是否動作及動作延時的大小。距離保護克服了電流電壓保護受系統(tǒng)運行方式影響大的缺點，具有較好的保護性能。</p><p>　　本次課設(shè)的主要內(nèi)容是針對系統(tǒng)計算出各保護距離的三段整定值和靈敏度，通過本次課設(shè)，我們鞏固和加深在《電力系統(tǒng)分析》和《電力系統(tǒng)繼電保護原理》課程中

38、所學的理論知識，基本掌握變電所繼電保護設(shè)計的一般方法，對于，發(fā)電器-變壓器組接入方式系統(tǒng)的線路距離保護的算法和短路電流的計算有了更加深刻的影響，對于距離保護的整定計算與保護配置也有了更加明確的認識。同時，也加深了我們對課本上所學的公式的靈活運用能力。同時也學會了一個新軟件mathtype的使用方法，掌握了在word文檔里編輯各種數(shù)學公式的的能力，提高了我的綜合能力。在遇到問題解決問題的時候也不在手忙腳亂，提高了心里承受能力和動手能力，體

39、驗到了把課本知識運用到實際中的那種充實感，使我感覺到自己所學過的東西在現(xiàn)實生活中的重要，各家端正了我對于學習的態(tài)度，獲益良多。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 張保會 尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護.第二版.北京：中國電力出版社，2009.12</p><p>　　[2] 陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析.