继电保护的课设.docx

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继电保护的课设

课程设计

题目35KV输电线路距离保护设计

专业：

电气工程及其自动化

班级：

10电气一班

学号：

1067130132

学生姓名：

宋宏图

指导教师：

张继红

摘要

随着电力系统的发展，大型机组和超高压输变电的投入运行，对继电保护不断提出新的要求。

继电保护是电力系统的重要组成部分，被称为电力系统的安全屏障，做好机电保护工作是保证电力系统安全运行必不可少的重要手段。

本次设计针对35KV输电线路进行距离保护设计，进行了负荷电流及短路电流的计算，对距离保护整定值进行计算，并对所用设备进行了选型。

[关键词]：

距离保护整定计算装置选择

内蒙古科技大学课程设计任务书

课程名称

电力系统继电保护原理

设计题目

35kV输电线路距离保护设计

指导教师

时间

1周

一、教学要求

电力系统继电保护课程设计是培养学生应用理论知识的一种综合训练。

本课程设计教学要求是：

（1）理论与实践紧密联系；

（2）学习电力系统保护的配置原则以及整定计算方法。

（3）训练学生工程CAD制图方法。

（4）学习保护配置原则、整定原则、灵敏系数要求以及灵敏系数校验方法。

通过课程设计，使学生系统地掌握电力系统保护配置、整定计算方法与目的。

二、设计资料及参数

（一）设计原始资料

1、电压等级及相数：

35kV三相

2、输电距离：

50km

3、线路单位阻抗0.4欧/km

三、设计要求及成果

1、深入分析现有距离保护的思路方法，对书本理论知识进行灵活运用，切忌机械地搬套与拼凑，提出自己的新观点或可行性方案、绘制具体原理图。

2、独立思考，在课程设计过程中对距离保护的工作原理、动作值的整定、动作时限的整定均做详细的分析说明，同时对输电线路的特殊情况加以阐述。

3、认真细致，在课程设计中应养成认真细致的工作作风，克服马虎潦草不负责的弊病，为今后的工作岗位上担当建设任务打好基础。

4、按照任务书规定的内容和进度完成。

四、进度安排

1、讲解设计目的、要求、方法、任务分工。

（2小时）

2、查阅资料，熟悉用户任务要求，（0.5天）

3、设计保护方案，提出可行性报告（1天）

4、查阅图书、资料、产品手册和工具书进行设备校验，绘制继电保护二次展开图（1天）。

5、撰写设计说明书（2天）

五、评分标准

课程设计成绩采用非百分制记法。

主要注重量化过程考核，创新能力考核，评分内容和标准如下：

（1）设计态度20%

遵守劳动纪律和安全文明实训，准时上下课，不大声喧哗，不随意走动，不做与课程设计无关的事。

认真查找资料，主动提出问题，分析问题，解决问题。

服从管理，按时完成设计任务。

（2）实践能力占20%

继电保护装置满足规程要求，可靠性高，设备选择得当，计算、保护、整定等满足要求。

保护屏安装规范，布置美观。

设计过程有创新，故障判断准确，短路电流计算正确。

（3）方案设计40%

课程设计报告包含两部分，设计说明书和图纸。

设计说明书要求内容完整，文字流畅，字迹端正，图纸规范，尤其要突出设计创新，采用新方法，新工艺，新设备。

设计论证充分，可靠性高。

设备选择正确合理，设计心得体会真实可信。

（4）课题说明书20%

对课题考核重点理解深刻，能正确、全面地回答问题。

若发现有抄袭或请别人代做者，取消参加考核的资格，成绩以零分记录。

最后总评以优、良、中、及格、不及格记。

六、建议参考资料

1．《电力系统继电保护》，张保会，中国电力出版社，2005，第二版

2．《电力系统继电保护原理》，贺家李，宋从矩，中国电力出版社，1994，第二版

3．《微机型继电保护基础》，杨奇逊，中国电力出版社1988

4．《电力系统继电保护原理》，王维俭，清华大学出版社，1992

5．知网数据库论文

一绪论

由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。

它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。

为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。

功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。

由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。

因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。

据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。

电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。

电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。

电流、电压保护的主要优点是简单、经济、可靠，在35kV及以下电压等级的电网中得到了广泛的应用。

但是由于它们的定值选择、保护范围以及灵敏度等受系统运行方式变化的影响较大，难以应用于更高电压等级的复杂网络中。

为满足更高电压等级复杂网络快速、有选择性地切除故障元件的要求，必须采用性能更加完善的继电保护装置，距离保护就是其中的一种。

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。

距离保护可以应用在任何结构复杂、运行方式多变的电力系统中，能有选择性的、较快的切除相间故障。

当线路发生单相接地故障时，距离保护在有些情况下也能动作；当发生两相短路接地故障时，它可与零序电流保护同时动作，切除故障。

因此，在电网结构复杂，运行方式多变，采用一般的电流、电压保护不能满足运行要求时，则应考虑采用距离保护装置。

1、由于距离保护主要反映阻抗值，一般说其灵敏度较高，受电力系统运行方式变化的影响较小，运行中躲开负荷电流的能力强。

在本线路故障时，装置第Ⅰ段的性能基本上不受电力系统运行方式变化的影响（只要流过装置的故障电流不小于阻抗元件允许的精确工作电流）。

当故障点在相邻线路上时，由于可能有助增作用，对于第Ⅱ、Ⅲ段，保护的实际动作区可能随运行方式的变化而有所变化，但一般情况下，均能满足系统运行的要求。

2、由于保护性能受电力系统运行方式的影响较小，因而装置运行灵活、动作可靠、性能稳定。

特别是在保护定值整定计算和各级保护段相互配合上较为简单灵活，是保护电力系统相间故障的主要阶段式保护装置。

电力系统运行要求安全可靠。

但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异．运行情况复杂．覆盖的地域辽阔。

因此，受自然条件、设备及人为因素的影响（如雷击、倒塔、内部过电压或运行人员误操作等），电力系统会发生各种故障和不正常运行状态。

最常见、危害最大的故障是各种形式的短路。

①故障造成的很大的短路电流产生的电弧使设备损坏。

②从电源到短路点间流过的短路电流引起的发热和电动力将造成在该路径铀F故障元件的损坏。

③靠近故障点的部分地区电压大幅度下降，使用户的正常工作道到破坏或影响产品质量。

④破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。

 所谓不正常运行状态是指系统的正常工作受到干扰，使运行参数偏离正常值，如一些设备过负荷、系统频率或某些地区电压异常、系统振荡等。

故障和不正常运行情况常常是难以避免的，但事故却可以防止。

电力系统继电保护装置就是装设在每一个电气设备亡，用来反映它们发生的故障和不正常运行情况，从而动作于断路器跳闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。

它的基本任务是：

自动、有选择性、快速地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件损坏程度尽可能降低，并保证该系统相故障部分迅速恢复正常运行。

 反映电气元件的；正常运行状态，并依据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出信号、减负荷或延时跳闸应该指出，要确保电力系统的安全运行．除了继电保护装置外，还应该设置电力系统安全自动装置。

后者是着眼于事故后和系统不正常运行情况的紧急处理，以防止电力系统大面积停电和保证对重要负荷连续供电及恢复电力系统的正常运行例如自动重合闸、备用电源自动投入、自动切负荷、快关汽门、电气制动、远方切机、在技选定的开关上实现系统解列、过负荷控制等。

电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。

电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。

但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。

因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。

故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。

为此，还应设置以各级计算机为中心，用分层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制。

这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。

1.2继电保护的基本要求

动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

（一）选择性

继电保护选择性是指在对系统影响可能最小的处所，实现断路器的控制操作，以终止故障或系统事故的发展。

例如：

对于电力元件的继电保护，当电力元件故障时，要求最靠近的故障点的断路器动作断开系统供电电源；而对于振荡解列装置，则要求当电力系统失去同步运行稳定性时，在解列后两侧系统可以各自安全的同步运行的地点动作于断路器，将系统一分为二，以终止振荡，等等。

电力元件继电保护的选择性，除了决定于继电保护装置本身的性能外，还要求满足：

①由电源算起，愈靠近故障点的故障，启动值愈小，动作时间愈短，并在上下级之间有适当的裕度。

②要具有后备保护的作用，如果最靠近故障点的断路器拒动，能由相邻的电源恻继电保护动作将故障断开。

（二）速动性

是指快速地切除故障，以提高电力系统并列运行稳定，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及小故障元件的损坏程度。

因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。

继电保护快速动作可以减轻故障元件的损坏程度，提高线路故障后自动重合闸的成功率，并特别有利于故障后的电力系统同步运行的稳定性。

快速切除线路与母线的短路故障，是提高电力系统暂态稳定的重要手段。

（三）灵敏性

继电保护灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠地动作的能力。

故障时通入装置的故障量和给定的装置动作值之比，称为继电保护的灵敏系数。

它是考核继电保护灵敏性的具体指标。

在一般的继电保护设计与运行规程中，对它都有具体的规定要求。

继电保护愈灵敏，愈能可靠地反应要求动作的故障或异常状态；但同时，也愈易于在非要求动作的其他的情况下产生误动作，因而与选择性有矛盾，需要协调处理。

（四）可靠性

是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动）。

而在不属于该保护动作的其它任何情况下，则不应该动作（即不误动）。

可靠性取决于保护装置本身的设计、制造、安装、运行维护等因素。

一般来说，保护装置的组成元件质量越好、接线越简单、回路中继电器的触点和接插件数越少，保护装置就越可靠。

同时，保护装置的恰当的配置与选用、正确地安装与调试、良好的运行维护。

对于提高保护的可靠性也具有重要的作用。

保护的误动和拒动都会给电力系统造成严重的危害，在保护方案的构成中，防止保护误动与防止其拒动的措施常常是互相矛盾的。

由于电力系统的结构和负荷性质不同，误动和拒动的危害程度有所不同，因而提高保护装置的可靠性的着重点在很多情况下也应有所不同。

例如，系统有充足的旋转备用容量、各元件之间联系十分紧密的情况下，由于某一元件的保护装置误动而给系统造成的影响较小；但保护装置的拒动给系统在成的危害却可能很大。

此时，应着重强调提高不误动的可靠性。

又如对于大容量发电机保护，应考虑同时提高不拒动的可靠性和不误动的可靠性。

二．详细设计

计算参数：

Vn=35kv，x=0.4（Ω／km）,L=50（km）,Vav=32.5kv

cosΨ=0.8

2.1最大负荷电流的计算

1，2段和3，4段线路的阻抗值为：

X=x*L=0.4*50=20（Ω）

1，2段和3，4段负荷电流为：

I12=I34Vav*Vav/（X*VncosΨ）

=32.5*32.5/（20*35*0.8）=1.886（KA）

2.2短路电流的计算

线路I=2*I12=2*1.886=3.772（KA）

所以当K点或者L点发生短路的时候，流过12或者34的电流为

Id=3.772（KA）

2.3继电保护距离保护的整定计算和校验

断路器1距离保护的整定计算和校验

1距离保护І段的整定计算

（1）动作阻抗

对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。

取KK'=0.85

Zdz'=KK'Z12=0.85×20=17Ω；

（2）动作时限

距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s

2.距离保护П段的整定计算和校验

（1）动作阻抗：

按下列三个条件选择。

①与相邻线路L2的保护的І段配合

Zdz''=KK''（Z12+K'Kfh·minZ34）

式中，取K'=0.85,KK''=0.8，Kfh·min为保护2的І段末端发生短路时对保护2而言的最小分支系数。

当保护1的І段末端发生短路时，分支系数为：

Kfh·min=IL3/IL4=1

于是

Zdz''=KK''（Z12+K'Kfh·minZ34）=0.8×（20+0.85×1×20）=29.6Ω；

②按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定

Zdz''=KK''（Z12+Kfh·minZTC）

式中，取KK''=0.8，Kfh·min为保护2的І段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。

当保护1的І段末端发生短路时，分支系数为：

Kfh·min=IL3/IL4=1

于是

Zdz''=KK''（Z12+Kfh·minZ34）=0.7×（20+1×20）=28Ω；

取以上二个计算值中最小者为П段整定值，即取Zdz''=28Ω；

（2）动作时间，与相邻保护1的І段配合，则

t1"=t4'+Δt=0.5s

它能同时满足与相邻线路12和变压器保护配合的要求。

（3）灵敏性校验：

Klm=Zdz''/ZL3=28/20=1.4>1.25,满足要求。

3.距离保护Ш段的整定计算和校验

（1）动作阻抗：

按躲开最小负荷阻抗整定；

Kzq=1.5,Kh=1.15,KK"'=0.8，If·max=1.886KA

Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×35/（1.732×1.886）=9.64Ω

于是：

Zdz'''=Zf·min/KK"'KhKzq=9.64×0.8/（1.5×1.15）=4.47Ω

（2）动作时间：

断路器2的动作时间为：

t'''5=t'''dz+Δt=2+0.5=2.5s

（3）灵敏性校验：

本线路末端短路时的灵敏系数为：

Klm=Zdz'''/Z12=4.47/0=∞>1.5，满足要求

其中3和4断路器的整定保护的计算与1和2的整定保护的计算相同。

三阻抗继电器

阻抗继电器在阻抗复平面动作区域的形状称为动作特性。

例如动作区域为圆形时，称为圆特性；动作区域为四边形时，称为四边形特性。

1．全阻抗继电器

（1）幅值比较

全阻抗继电器的动作特性如图所示，它是以整定阻抗

为半径，以坐标原点为圆心的一个圆，动作区在圆内。

它没有方向性。

全阻抗继电器的动作与边界条件为：

（2）相位比较

相位比较的动作特性如下图所示，继电器的动作与边界条件为

与

的夹角小于等于

，即

分子分母同乘以测量电流得

上式中，

量超前于

量时

角为正，反之为负。

2．方向阻抗继电器

（1）幅值比较

方向阻抗继电器的动作特性为一个圆，如图下所示，圆的直径为整定阻抗

，圆周通过坐标原点，动作区在圆内。

当正方向短路时，若故障在保护范围内部，继电器动作。

当反方向短路时，测量阻抗在第Ⅲ象限，继电器不动。

因此，这种继电器的动作具有方向性。

幅值比较的动作与边界条件为

分子分母同乘以测量电流得 

（2）相位比较

相位比较的方向阻抗继电器动作特性如图上图所示，其动作与边界条件为

分式上下同乘以电流

四继电保护特点及设备选型

4.1特点

主要优点：

能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。

其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。

主要缺点：

不能实现全线瞬动。

对双侧电源线路，将有全线的30﹪～40﹪的第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。

阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。

4.1设备选型

根据以上优缺点的比较可以确定其设备的选择，选择设备如下：

ZB01

断路器触点及控制回路模拟箱

ZB03

数字式电秒表及开关组件

ZB04

空气开关组件

ZB06

光字牌

ZB11

DL－24C/6电流继电器

DZB－12Β出口中间继电器

DXM－2A信号继电器

ZB12

DL-24C/2电流继电器

DS－22时间继电器

DXM－2A信号继电器

ZB13

DL－24C/0.6电流继电器

DS－23时间继电器

DXM－2A信号继电器

ZB44

可调电阻器16Ω　

可调电阻器31.2Ω

ZB35

存储式智能真有效值交流电流表

DZB01－1

变流器

复归按钮

交流电源

单相自耦调压器

可调电阻R1　2.6Ω

DZB01－2

可调电阻Rf　220Ω

DZB01

直流操作电源

总结

本次设计是针对与35KV输电线路在短路故障类型的情况下进行的距离保护分析计算和整定的。

由于本次设计涉及到短路电流的计算，这对本次设计增加了难度。

在进行设计时首先要将各元件参数标准化，而后对每一个保护线路未端短路时进行三相短路电流的计算。

在整定时对每一个保护分别进行电流保护的整定和距离保护的整定，并且对其进行灵敏度较验。

通过这次设计，在获得知识之余，还加强了个人的独立提出问题、思考问题、解决问题能力，从中得到了不少的收获和心得。

在思想方面上更加成熟，个人能力有进一步发展，本次课程设计使本人对自己所学专业知识有了新了、更深层次的认识。

在这次设计中，我深深体会到理论知识的重要性，只有牢固掌握所学的知识，才能更好的应用到实践中去。

这次设计提高了我们思考问题、解决问题的能力，它使我们的思维更加缜密，这将对我们今后的学习、工作大有裨益。

此次课程设计能顺利的完成与同学和老师的帮助是分不开的，在对某些知识模棱两可的情况下，多亏有同学的热心帮助才可以度过难关；更与老师的悉心教导分不开，在有解不开的难题时，多亏老师们的耐心指导才使设计能顺利进行。

在此衷心再次感谢老师的悉心教导和各位同学的帮助！

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参考文献

[1]《电力工程设计手册》（下）

[2]《电力系统继电保护及安全自动整定计算》

[3]吕继绍《电力系统继电保护设计原理》水利电力出版社

[4]孙国凯霍利民柴玉华《电力系统继电保护原理》中国水利水电出版社

[5]许建安《继电保护整定计算》中国水利水电出版社

[6]何仰赞《电力系统分析》（第三版）武汉：

华中科技大学出版社2002

[7]崔家佩，孟庆炎，陈永芳，熊炳耀.《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》.北京：

水利电力出版社，2002年.P194-226，P548-589.

[8]许建安，连晶晶.《继电保护技术》.北京：

中国水利水电出版社，2004.7.P8-20，P183-211.

[9]尹项根，曾克娥.《电力系统继电保护原理与应用》（上册）.武汉：

华中科技大学出版社，2001年5月.P70-87,P278-294.

[10]贺家李，宋从矩《电力系统继电保护原理》.北京：

水利电力出版社，1985年.P9-56,P170-188.