繼電保護(hù)原理課程設(shè)計(jì)--110kv電網(wǎng)距離保護(hù)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　繼電保護(hù)的原理是利用被保護(hù)線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量為信號(hào)量，當(dāng)突變量到達(dá)一定值時(shí)，啟動(dòng)邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號(hào)。對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本性能要求是有選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性。繼電保護(hù)的任務(wù)就是在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)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(shí)（過(guò)負(fù)荷、過(guò)電壓、低電壓、低周波

2、、瓦斯、超溫、控制與測(cè)量回路斷線等），能夠自動(dòng)、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(hào)，從而減少故障和不正常現(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(yùn)行。繼電保護(hù)的原理是利用被保護(hù)線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量為信號(hào)量，當(dāng)突變量到達(dá)一定值時(shí)，起動(dòng)邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號(hào)。 </p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)以最常見的110KV電網(wǎng)線路保護(hù)

3、設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，要求對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)方面的課程有綜合的了解。重點(diǎn)進(jìn)行了最大和最小運(yùn)行方式和繼電保護(hù)中距離保護(hù)的具體計(jì)算和距離保護(hù)和振蕩閉鎖的分析，。</p><p><b>　　2 運(yùn)行方式分析</b></p><p>　　2.1 保護(hù)1的最大和最小運(yùn)行方式</p><p>　　圖2.1.1 保護(hù)1的運(yùn)行方式</p>

4、;<p>　　（1）保護(hù)1的最大運(yùn)行方式分析。</p><p>　　保護(hù)1的最大運(yùn)行方式就是指流過(guò)保護(hù)1的電流最大即兩個(gè)發(fā)電機(jī)共同運(yùn)行，而變壓器T1、T2都同時(shí)運(yùn)行的運(yùn)行方式，則</p><p>　　式中為保護(hù)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(guò)保護(hù)1的最大短路電流。</p><p>　?。?）保

5、護(hù)1的最小運(yùn)行方式分析。</p><p>　　保護(hù)1的最小運(yùn)行方式就是指流過(guò)保護(hù)1的電流最小即是在G1和G2只有一個(gè)工作，變壓器T1、T2中有一個(gè)工作時(shí)的運(yùn)行方式，則</p><p>　　式中為保護(hù)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(guò)保護(hù)1的最小短路電流。</p><p>　　2.2 保護(hù)2的最大和最小運(yùn)行

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

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

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

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

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

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

12、度；為被保護(hù)線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗；為可靠系數(shù)。</p><p>　　（2）動(dòng)作時(shí)間 </p><p>　　第I段實(shí)際動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置固有的動(dòng)作時(shí)間。</p><p>　　3.1.2 保護(hù)1距離保護(hù)第Ⅱ段整定</p><p>　?。?）整定阻抗：按下面兩個(gè)條件選擇。</p><p>　?、佼?dāng)與

13、相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段相配合時(shí)，</p><p>　　式中為保護(hù)3距離I段的整定阻抗；為被保護(hù)線路的長(zhǎng)度。</p><p>　　式中為保護(hù)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?dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，</p><p&g

14、t;<b>　　選取最小的： </b></p><p>　?。?）靈敏度校驗(yàn) 不滿足要求</p><p>　　那么取保護(hù)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(dòng)作時(shí)限</b></p><p>　　3.1.3保護(hù)1距離保護(hù)第Ⅲ段整定</p><p>　?。?）整定阻抗：按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定，有</p><p>　　式中最小負(fù)荷阻抗為正常運(yùn)行母線電壓的最低值，為被保護(hù)線路最大負(fù)荷電流。</p><p>　　式中為保護(hù)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(yàn) </b></p><p>　?、俦揪€路末端短路時(shí)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(shí)靈敏系數(shù)：</p><p><b>　　滿足。<

17、;/b></p><p><b>　?。?）動(dòng)作時(shí)限</b></p><p>　　3.2保護(hù)2的配置和整定</p><p>　　圖 保護(hù)2距離保護(hù)的定性分析圖</p><p>　　3.2.1保護(hù)2距離保護(hù)第I段整定</p><p>　　（1）保護(hù)2的I段的整定阻抗為</p>

18、<p>　　式中為保護(hù)2距離的I段的整定阻抗。</p><p><b>　?。?）動(dòng)作時(shí)限</b></p><p>　　第I段實(shí)際動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置固有的動(dòng)作時(shí)間。</p><p>　　3.2.2保護(hù)2距離保護(hù)第Ⅲ段整定</p><p>　　1.整定阻抗：按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定，有</p&g

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

20、敏系數(shù)：</p><p><b>　　滿足</b></p><p>　　3.3保護(hù)3的配置和整定</p><p>　　圖 保護(hù)3距離保護(hù)的定性分析圖</p><p>　　3.3.1保護(hù)3距離保護(hù)第I段整定</p><p>　　（1）保護(hù)3的I段的整定阻抗為 </p><p&g

21、t;　　式中為保護(hù)3距離I段的整定阻抗；為被保護(hù)線路的長(zhǎng)度。</p><p><b>　?。?）動(dòng)作時(shí)間 </b></p><p>　　第I段實(shí)際動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置固有的動(dòng)作時(shí)間。</p><p>　　3.3.2保護(hù)3距離保護(hù)第Ⅲ段整定</p><p>　　1．整定阻抗：按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定，有</p

22、><p>　　式中最小負(fù)荷阻抗為正常運(yùn)行母線電壓的最低值，為被保護(hù)線路最大負(fù)荷電流。</p><p><b>　　2.靈敏度校驗(yàn) </b></p><p>　　（1）本線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù)：</p><p><b>　　滿足要求</b></p><p>　　（2）相鄰變壓器末端

23、短路時(shí)靈敏系數(shù)：</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　?。?）動(dòng)作時(shí)限：</b></p><p>　　3.4保護(hù)4的配置和整定</p><p>　　圖 保護(hù)4距離保護(hù)的定性分析圖</p><p>　　3.4.1 保護(hù)4距離保護(hù)第Ⅰ段整定

24、</p><p>　?。?）保護(hù)4的I段的整定阻抗為 </p><p>　　式中為保護(hù)4距離I段的整定阻抗。</p><p>　?。?）動(dòng)作時(shí)間： </p><p>　　第I段實(shí)際動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置固有的動(dòng)作時(shí)間。</p><p>　　3.4.2 保護(hù)4距離保護(hù)第Ⅱ段整定</p><p&

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

26、 </p><p><b>　　靈敏度校驗(yàn)</b></p><p><b>　　滿足靈敏度要求。</b></p><p>　?。?）動(dòng)作時(shí)限： </p><p>　　與相鄰保護(hù)2的I段配合，它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)配合的要求。</p><p>

27、;　　3.4.3 保護(hù)4距離保護(hù)第Ⅲ段整定</p><p>　　（1）整定阻抗：按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定，有</p><p>　　式中為保護(hù)4距離III段的整定阻抗。</p><p><b>　?。?）靈敏度校驗(yàn)</b></p><p>　?、俦揪€路末端短路時(shí)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(shí)靈敏系數(shù)。</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　（3）動(dòng)作時(shí)限： </p><p>　　與相鄰設(shè)備保護(hù)配合有它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)和相鄰變壓器保護(hù)的配合要求。</p>

29、<p><b>　　4振蕩閉鎖分析</b></p><p>　　并聯(lián)運(yùn)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(shí)，系統(tǒng)兩側(cè)等效電動(dòng)勢(shì)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(diǎn)的電壓、線路電流、功率大小和方向以及距離保護(hù)的測(cè)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(yán)重的失步振蕩時(shí)，功角在0~360之間變化，

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

31、元件動(dòng)作而誤動(dòng)。這種用來(lái)防止系統(tǒng)振蕩時(shí)保護(hù)誤動(dòng)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(shí)測(cè)量阻抗的變化軌跡為一條直線</p><p>　　4.1保護(hù)1的振蕩閉鎖分析</p><p>　?。?）保護(hù)1的Ⅰ段保護(hù) =20.4Ω，振蕩中心處于其范圍內(nèi)，故其測(cè)量阻抗會(huì)受振蕩影響，可能會(huì)引起誤動(dòng)，由于Ⅰ

32、段保護(hù)為速斷保護(hù)，需要加振蕩閉鎖，防止其誤動(dòng)</p><p>　　振蕩閉鎖措施可以采用電流的負(fù)序、零序分量或突變量來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖。</p><p>　　在系統(tǒng)沒(méi)有故障時(shí)，距離保護(hù)一直處于閉鎖狀態(tài)，因?yàn)橄到y(tǒng)振蕩時(shí)，系統(tǒng)處于三相對(duì)稱狀態(tài)，不會(huì)有零序分量或負(fù)序分量，不會(huì)誤動(dòng)作。</p><p>　?。?）保護(hù)1的Ⅱ段保護(hù)范圍也包含振蕩中心，也會(huì)受影響，須加振蕩閉鎖。<

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

34、以它不會(huì)誤動(dòng)作。</p><p>　　4.2保護(hù)2的振蕩閉鎖分析</p><p>　　保護(hù)2只裝有Ⅰ段距離保護(hù)，它保護(hù)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(hù)1的Ⅰ段相同的振蕩閉鎖，以防止其誤動(dòng)作。</p><p>　　4.3保護(hù)3的振蕩閉鎖分析</p><p>　　保護(hù)3只配置了Ⅰ段距離保護(hù)，但其保護(hù)范圍為BC線路的一部分，不

35、包含振蕩中心，無(wú)須設(shè)置振蕩閉鎖，但由于不同的系統(tǒng)運(yùn)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(qiáng)其通用性</p><p>　　4.4保護(hù)4的振蕩閉鎖分析</p><p>　　（1）保護(hù)4的1段保護(hù)的保護(hù)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>　　（2）保護(hù)4的Ⅱ段保護(hù)包含BC全部和AB

36、的一部分，可能會(huì)包含振蕩中心，需要同保護(hù)1的 段設(shè)置同樣的閉鎖保護(hù)裝置</p><p>　?。?）保護(hù)4的Ⅲ段保護(hù)雖然包含振蕩中心，但是其動(dòng)作時(shí)限為1s比較長(zhǎng)，而測(cè)量阻抗落入其動(dòng)作范圍的時(shí)間短，不會(huì)引起誤動(dòng)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(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是綜合運(yùn)用

37、距離保護(hù)原理的一套用于中高壓電路的保護(hù)系統(tǒng)。距離保護(hù)是根據(jù)保護(hù)安裝處的測(cè)量阻抗的大小，判斷輸電線路是否發(fā)生故障，以及故障點(diǎn)是否在保護(hù)區(qū)內(nèi)，從而決定保護(hù)是否動(dòng)作及動(dòng)作延時(shí)的大小。距離保護(hù)克服了電流電壓保護(hù)受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響大的缺點(diǎn)，具有較好的保護(hù)性能。</p><p>　　本次課設(shè)的主要內(nèi)容是針對(duì)系統(tǒng)計(jì)算出各保護(hù)距離的三段整定值和靈敏度，通過(guò)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(hù)原理》課程中

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

39、驗(yàn)到了把課本知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中的那種充實(shí)感，使我感覺(jué)到自己所學(xué)過(guò)的東西在現(xiàn)實(shí)生活中的重要，各家端正了我對(duì)于學(xué)習(xí)的態(tài)度，獲益良多。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張保會(huì) 尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).第二版.北京：中國(guó)電力出版社，2009.12</p><p>　　[2] 陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析.