1、 電力系統繼電保護原理 課程設計 設 計 題 目 110kv電網距離保護設計 指 導 教 師 院（系、部） 電氣與控制工程學院 專 業 班 級 學 號 姓 名 日 期 2015年1月24日 電力系統繼電保護原理課 程 設 計 任 務 書一、設計題目110kv電網距離保護設計二、設計任務根據所提供的110kv系統接線圖及原始參數，完成以下設計任務：1. 線路上各保護的運行方式；2. 相間距離保護的配置和整定；3. 接地距離保護的配置和整定；4. 系統中線路上發生各種短路時保護的動作情況。三、設計計劃本課程設計時間為一周，具體安排如下：第1天：查閱相關材料，熟悉設計任務第2天：線路上各保護的運行方

2、式分析第3天：配置相間距離保護第4天：配置接地距離保護第5天：線路上發生各種短路時保護的動作情況分析第6天：整理設計說明書第7天：答辯四、設計要求1. 按照設計計劃按時完成，設計成果包括：設計說明書一份2. 設計說明書凡有雷同者，均視為不合格，包括在答辯結束完成后被發現的情形3. 不參加答辯者，視為自愿放棄成績 指 導 教師： 教研室主任： 時 間：2015年 1月19日原始數據系統接線圖如下圖所示，發電機以發電機變壓器組方式接入系統，最大開機方式為4臺機全開，最小開機方式為兩側各開1臺機，變壓器t5和t6可能2臺也可能1臺運行。參數如下：ej = 115/kv，x1.g1 = x2.g1 =

3、 x1.g2 = x2.g2 = 15w，x1.g3 = x2.g3 = x1.g4 = x2.g4 = 10w，x1.t1 x1.t4 = 10w，x0.t1 x0.t4 = 30w，x1.t5 = x1.t6 = 20w，x0.t5 = x0.t6 = 40w，lab = 60km，lbc = 40km，線路阻抗z1 = z2 = 0.4w/km，z0 = 1.2w/km，iab.l.max = icb.l.max = 300a，kss = 1.2，kre = 1.2，kirel = 0.85，kiirel = 0.75，kiiirel = 0.83負荷功率因數角為30，線路阻抗角均為75

4、，變壓器均裝有快速差動保護。圖 110kv電網系統接線圖設計要求：1. 分析線路ab和bc上的保護1 4的最大和最小運行方式；2. 為了快速切除線路ab和bc上發生的各種短路（包括相間短路和接地短路），對保護1 4進行相間距離保護和接地距離保護整定；3. 畫出各個保護的動作特性，并對系統中線路上發生各種短路時保護的動作情況進行分析。摘 要電力作為當今社會的重要能源,對國民經濟的發展和人民生活水平的提高起著不容忽視的重要作用。電力系統是由電能的產生、輸送、分配和使用四個環節共同組成的一個系統。基于電力在現代社會中的重要性,則對電力的維護就顯得格外重要。而對電力維護起重要作用的繼電保護,則是電力系

5、統能否正常工作的關鍵。電力系統繼電保護技術作為一種主要的保護手段,有利于提高了系統運行的可靠性。因此,研究電力系統繼電保護技術的現狀與發展具有十分重要的現實意義。鑒于此,對電力系統繼電保護技術的現狀與發展進行了初步探討。電力系統繼電保護技術的現狀就目前而言,電力系統繼電保護技術的發展現狀主要呈現兩個方面的特征,一方面是我國電力系統繼電保護技術起步較晚,發展迅速;另一方面是指微型繼電,不斷發展,其具體內容如下。起步較晚發展迅速電力系統繼電保護主要研究電力系統故障和危及安全運行的異常工況,國內的研究開始于20世紀70年代后期,起步較晚,但發展迅速。繼電保護的任務就是在系統運行過程中發生故障（三相短

6、路、兩相短路、單相接地等）和出現不正常現象時（過負荷、過電壓、低電壓、低周波、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出跳閘命令將故障切除或發出各種相應信號，從而減少故障和不正常現象所造成的停電范圍和電氣設備的損壞程度，保證電力系統安全穩定的運行。關鍵詞：繼電保護；距離保護目 錄1 前言12 運行方式分析22.1 保護1最大運行方式和最小運行方式的分析22.2 保護2最大運行方式和最小運行方式的分析32.3 保護3最大運行方式和最小運行方式的分析32.4 保護4最大運行方式和最小運行方式的分析43 相間距離保護的配置和整定63.1 保護1的配置和整定63.2 保護

7、2的配置和整定83.3 保護3的配置和整定93.4 保護4的配置和整定104接地距離保護的配置和整定134.1 保護1的配置和整定134.2 保護2的配置和整定154.3 保護3的配置和整定164.4 保護4的配置和整定175 線路上短路時保護的動作情況分析195.1 線路ab上發生相間短路時各保護的動作情況195.2 線路ab上發生接地短路時各保護的動作情況195.3 線路bc上發生相間短路時各保護的動作情況205.4 線路bc上發生相間短路時各保護的動作情況206 結論21參考文獻221 前言隨著自動化技術的發展，電力系統的正常運行、故障期間以及故障后的恢復過程中，許多控制操作日趨高度自動

8、化。電力系統繼電保護一次泛指繼電保護技術和由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統，包括繼電保護的原理設計、配置、整定、調試等技術，也包括由獲取電量信息的電壓、電流互感器二次回路，經過繼電保護裝置的斷路器跳閘線圈的一般套具體設備，如果需要利用通信手段傳送信息，還包括通信設備。電網繼電保護的選擇原則是:首先滿足繼電保護的四項基本要求,即選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。然后，根據各類保護的工作原理、性能并結合電網的電壓等級、網絡結構及接線方式等特點進行選擇，使它們能有機的配合起來，構成完善的電網保護。如果電網保護得不合理，繼電保護不僅不能保證電力系統的安全穩定運行，反而成為系統不能安全穩定運行的因素。

9、所以，配置合理的保護方案是十分重要的。在選擇具體電網的繼電保護裝置時，在滿足保護四項基本要求的前提下，應力求采用簡單的保護裝置。只有在采用簡單的保護不能滿足要求時，才考慮采用較為復雜的保護。因為，復雜的保護不僅價格昂貴，運行維護和調試復雜，而且更主要的是復雜保護所需要元件多、接線復雜，這就增加了保護裝置本身故障的機率，從而降低了可靠性。在距離保護中應滿足以下四個要求，即可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。這幾個之間，緊密聯系，既矛盾又統一，必須根據具體電力系統運行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每個電力原件的繼電保護。充分發揮和利用繼電保護的科學性、工程技術性，使繼電保護為提高電力系統

10、運行的安全性、穩定性和經濟性發揮最大效能。這次課程設計以最常見的110kv電網線路保護設計為例進行分析設計，要求對整個電力系統及其自動化專業方面的課程有綜合的了解。特別是對繼電保護、電力系統、電路、發電廠的電氣部分有一定的研究。重點進行了相間距離保護和接地距離保護的分析，繼電保護中距離保護、最大和最小運行方式的具體計算。2 運行方式分析2.1 保護1最大運行方式和最小運行方式的分析圖2.1 保護1的最大運行方式（1）保護1的最大運行方式分析保護1的最大運行方式就是指流過保護1的電流最大即g1、g2兩個發電機共同運行，而變壓器t1、t2都同時運行的運行方式，則式中為保護安裝處到系統等效電源之間的

11、最小阻抗。式中為流過保護1的最大短路電流。（2） 保護1的最小運行方式分析。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，則式中為保護安裝處到系統等效電源之間的最大阻抗。式中為流過保護1的最小短路電流。2.2 保護2最大運行方式和最小運行方式的分析圖2.2 保護2的最大運行方式(1)保護2的最大運行方式分析保護2最大運行方式就是指流過保護2的電流最大即兩個發電機共同運行，則 式中為流過保護2的最大短路電流。（2）保護2的最小運行方式分析。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，

12、則式中為流過保護2的最小短路電流。2.3 保護3最大運行方式和最小運行方式的分析圖2.3 保護3的最大運行方式（1）保護3的最大運行方式分析保護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電機共同運行，則式中為流過保護3的最大短路電流。(2)保護3的最小運行方式分析。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，則式中為流過保護3的最小短路電流。2.4 保護4最大運行方式和最小運行方式的分析圖2.4 保護4的最大運行方式（1）保護4的最大運行方式分析。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電機共同運行，而變壓器t5、t6都同時運行

13、的運行方式，則式中為流過保護3的最大短路電流。（2）保護4的最小運行方式分析。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，則式中為流過保護4的最小短路電流。3 相間距離保護的配置和整定3.1 保護1的配置和整定圖3.1 保護1距離保護的定性分析圖3.1.1保護1的第i段整定(1) 保護1的i段的整定阻抗為式中為保護1距離的i段的整定阻抗；為被保護線路的長度；為被保護線路單位長度的正序阻抗；為可靠系數。(2) 動作時間： 第i段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。3.1.2保護1的第段整定(1) 整定阻抗：按下面兩個條件

14、選擇。當與相鄰下級線路距離保護i段相配合時，式中為保護3距離i段的整定阻抗；為被保護線路的長度。式中為保護1距離ii段的整定阻抗；為線路保護的可靠系數。于是得 當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，由于與變壓器配合整定阻抗過小，無法滿足變壓器的遠后備保護，故舍去。（2）靈敏度校驗： 滿足要求（3）動作時限： 3.1.3保護1的第段整定（1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中為最小負荷阻抗，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。式中為保護1距離iii段的整定阻抗；為可靠系數。當與相鄰下級變壓器的配合整定時，（2）靈敏度校驗：本線路末端短路時靈敏系

15、數： 滿足靈敏度要求。相鄰變壓器末端短路時靈敏系數： 不滿足要求。由于保護1的iii段無法做t5、t6的遠后備保護，故舍去。（3）動作時限： 3.2 保護2的配置和整定圖3.2保護2距離保護的定性分析圖3.2.1保護2的第i段整定（1） 保護2的i段的整定阻抗為式中為保護2距離的i段的整定阻抗。（2） 動作時限： 第i段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。3.2.2保護2的第段整定（1）保護2的iii段的整定阻抗為按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中為最小負荷阻抗，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。（3） 靈敏度校驗：本線路末端短路時靈敏系數： 滿足要求。（3）動作

16、時限： 3.3 保護3的配置和整定圖3.1保護3距離保護的定性分析圖3.3.1保護3的第i段整定（1） 保護3的i段的整定阻抗為 式中為保護3距離i段的整定阻抗；為被保護線路的長度。（2） 動作時間： 第i段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。3.3.2保護3的第段整定（1）保護2的iii段的整定阻抗為按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中為最小負荷阻抗，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。（2）靈敏度校驗: 本線路末端短路時靈敏系數： 滿足要求。（3）動作時限： 3.4 保護4的配置和整定圖3.4保護4距離保護的定性分析圖3.4.1保護4的第i段整定（1）保護4的i段

17、的整定阻抗為 式中為保護4距離i段的整定阻抗。（3） 動作時間： 第i段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。3.4.2保護4的第段整定（1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。當與相鄰下級線路距離保護i段配合時，式中為保護2距離i段的整定阻抗；式中為保護4距離ii段的整定阻抗；為線路保護的可靠系數。 于是得 當與相鄰變壓器的快速保護相配合時， 選取最小的 （2）靈敏度校驗： 滿足靈敏度要求。（4） 動作時限： 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。3.4.3保護4的第段整定（1） 整定阻抗：按下面兩個條件選擇。按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中為最

18、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。 式中為保護4距離iii段的整定阻抗；為可靠系數。按與相鄰下級變壓器的配合整定時，（2）靈敏度校驗：本線路末端短路時靈敏系數： 滿足靈敏度要求。相鄰變壓器末端短路時靈敏系數： 不滿足要求。由于保護4的iii段無法做t5、t6的遠后備保護，故舍去。（2） 動作時限： 4接地距離保護的配置和整定4.1 保護1的配置和整定圖4.1 保護1接地阻抗ii段的等值電路圖4.1.1保護1的第i段整定（1） 保護1的i段的整定阻抗為式中為保護1距離的i段的整定阻抗；為被保護線路的長度；為被保護線路單位長度的正序阻抗；為可靠系數。（2） 動作時間

19、： 第i段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。4.1.2保護1的第段整定（1）整定阻抗：當與相鄰下級線路距離保護i段相配合時，式中為保護3距離i段的整定阻抗；為被保護線路的長度。式中為保護1距離ii段的整定阻抗；為線路保護的可靠系數。于是得 （3） 靈敏度校驗： 滿足要求。（3）動作時限： 4.1.3保護1的第段整定（1）按下面兩個條件選擇，整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有 式中為最小負荷阻抗，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。式中為保護1距離iii段的整定阻抗；為可靠系數。 按與相鄰下級線路距離保護iii段配合整定時，選最小的 （2）靈敏度校驗： 本線路

20、末端短路時靈敏系數： 滿足靈敏度要求。相鄰變壓器末端短路時靈敏系數： 滿足要求。（3）動作時限： 4.2 保護2的配置和整定4.2.1保護2的第i段整定（1）保護2的i段的整定阻抗為式中為保護2距離的i段的整定阻抗。（3） 動作時限： 第i段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。4.2.2保護2的第段整定（1）保護2的iii段的整定阻抗為按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中為最小負荷阻抗，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。 （2）靈敏度校驗： 本線路末端短路時靈敏系數： 滿足要求。（4） 動作時限： 4.3 保護3的配置和整定4.3.1保護3的第i段整定（1）保護3的

21、i段的整定阻抗為 式中為保護3距離i段的整定阻抗；為被保護線路的長度。（2）動作時間： 第i段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。4.3.2保護3的第段整定（1）保護2的iii段的整定阻抗為按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中為最小負荷阻抗，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。（2）靈敏度校驗： 本線路末端短路時靈敏系數： 滿足要求。（4） 動作時限： 4.4 保護4的配置和整定圖4.4 保護4接地阻抗ii段的等值電路圖4.4.1保護4的第段整定（1） 保護4的i段的整定阻抗為 式中為保護4距離i段的整定阻抗。（2） 動作時間： 第i段實際動作時間為保護裝置固有的動作

22、時間。 4.4.2保護4的第段整定（1）整定阻抗：當與相鄰下級線路距離保護i段配合時， 式中為保護2距離i段的整定阻抗。 于是得 （2）靈敏度校驗： 滿足靈敏度要求。（3）動作時限： 4.4.3保護4的第段整定（1）按下面兩個條件選擇，整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有式中為最小負荷阻抗，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。式中為保護4距離iii段的整定阻抗；為可靠系數。按與相鄰下級線路距離保護iii段配合整定時，選最小的 （2）靈敏度校驗：本線路末端短路時靈敏系數： 滿足靈敏度要求。相鄰變壓器末端短路時靈敏系數：滿足要求。（3） 動作時限： 5 線路上短路時保

23、護的動作情況分析圖5.1 線路短路點分析圖注釋：點a:線路ab上保護2的i段 點b:線路ab上保護1的i段 點c:線路bc上保護4的i段 點d:線路bc上保護3的i段5.1 線路ab上發生相間短路時各保護的動作情況當線路發生相間短路時，繼電器的動作情況根據測量阻抗落在線路中各段可以分為如下三種情況：（1）測量阻抗落在內，相間繼電器1或者相間繼電器2的距離iii段動作。（2） 測量阻抗落在內，相間繼電器1或相間繼電器2動作。（3） 測量阻抗落在內，相間繼電器2或相間繼電器1的距離ii或iii段動作。5.2 線路ab上發生接地短路時各保護的動作情況當線路發生相間短路時，繼電器的動作情況根據測量阻抗

24、落在線路中各段可以分為如下三種情況：（1) 測量阻抗落在內，接地繼電器1或者接地繼電器2的距離iii段動作。（2) 測量阻抗落在內，接地繼電器1或接地繼電器2動作。（3) 測量阻抗落在內，接地繼電器2或接地繼電器1距離ii或iii段動作。5.3 線路bc上發生相間短路時各保護的動作情況當線路發生相間短路時，繼電器的動作情況根據測量阻抗落在線路中各段可以分為如下三種情況：（1） 測量阻抗落在內，相間繼電器3或者相間繼電器4的距離iii段動作。（2） 測量阻抗落在內，相間繼電器3或接地繼電器4動作。（3） 測量阻抗落在內，相間繼電器4或接地繼電器3距離ii或iii段動作。5.4 線路bc上發生相間短路時各保護的動作情況當線路發生接地短路時，繼電器的動作情況根據測量阻抗落在線路中各段可以分為如下三種情況：（1） 測量阻抗落在時接地繼電器3或