電力系統繼電保護課程設計
題目： 線路距離保護的設計
班級： 電氣0xx班
姓名學號： *********
指導教師
設計時間： 2012-3-2
下圖1.1所示系統中，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台機全開，最小開機方式為兩側各開1台機，變壓器t5和t6可能2臺也可能1臺執行。引數為：
=115/kv,15ω、ω、～=10ω,～=30ω,ω、ω,,,線路阻抗0.4ω/km,線路阻抗角均為，,負荷功率因數角為，變壓器均裝有快速差動保護。
圖1.1 電力系統示意圖
根據題目要求，分析此電力系統網路的結構，繼電保護裝置的配置首先要滿足四性的要求，即可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。因此此次設計需要完成的內容包括：
(1)為了線路的正常執行，線路a-b、線路b-c發生故障時，在斷路器 1、2、3、4配置的保護裝置應該有選擇性的快速動作，切除故障。
(2)距離保護是通過測量短路阻抗的方法來間接地測量和判斷故障距離，熟悉距離保護的整定計算，並按照題目所給出的資料計算出正確的保護ⅰ段、保護ⅱ段、保護ⅲ段的整定值以及動作時間和靈敏度。
(3)在此基礎上，正確的選擇阻抗繼電器，能在系統故障的情況下快速準確的測定出故障方向和距離，並與預先設定的保護範圍相比較，區內故障時給出動作訊號，區外故障時不動作。
(4)完整的距離保護的構成還包括振盪閉鎖部分、電壓迴路斷線部分、配合邏輯部分、啟動部分和出口部分，因此完整的保護配置應以上內容也做考慮。
根據繼電保護在電力系統中所擔負的任務，一般情況下，對動作於跳閘的繼電保護在技術上有四條基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。這幾個之間，緊密聯絡，既矛盾又統一，必須根據具體電力系統執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執行的安全性、穩定性和經濟性發揮最大效能。
繼電保護的可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護效能的最根本要求。所謂安全性，是要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發生誤動作。所謂信賴性，是要求繼電保護在規定的保護範圍內發生了應該動作的故障時可靠動作，即不發生拒絕動作。
安全性和信賴性主要取決於保護裝置本身的製造質量、保護迴路的連線和執行維護的水平。一般而言，保護裝置的組成原件質量越高、迴路接線越簡單，保護的工作就越可靠。同時，正確的除錯、整定，良好的執行維護以及豐富的執行經驗，對於提高保護的可靠性具有重要作用。
繼電保護的選擇性是指保護裝置動作時，在可能最小的區間內將故障從電力系統中斷開，最大限度的保證系統中無故障部分仍能繼續安全執行。它包含兩種意思：其一是只應有裝在故障元件上的保護裝置動作切除故障；其二是要力爭相鄰原件的保護裝置對它起後備保護作用。
繼電保護的速動性是指盡可能快的切出故障，以減少裝置及使用者在大短路電流、低電壓下執行的時間，降低裝置的損壞程度，提高電力系統並列執行的穩定性。動作迅速而又能滿足選擇性要求的保護裝置，一般結構都比較複雜，**比較昂貴，對大量的中、低壓電力原件，不一定都採用高速動作的保護。對保護速動性要求的保護裝置，一般結構都比較複雜，**比較昂貴，對大量的中、低壓電力原件的具體情況，經技術經濟比較後確定。
繼電保護的靈敏性，是指對於其保護範圍內發生故障或不正常執行狀態的能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應該是在規定的保護範圍內部故障時，在系統任意的執行條件下，無論短路點的位置、短路的型別如何以及短路點是否有過渡電阻，當發生短路時都能敏銳感覺、正確反應。靈敏性通常用靈敏係數或靈敏度來衡量，增大靈敏度，增加了保護動作的信賴性，但有時與安全性相矛盾。
對各類保護的的靈敏係數的要求都作了具體規定，一般要求靈敏係數在1.2~2之間。
以上四個基本要求是評價和研究繼電保護效能的基礎，在它們之間，既有矛盾的一面，又要根據被保護原件在電力系統中的作用，使以上四個基本要求在所配置的保護中得到統一。繼電保護的科學研究、設計、製造和執行的大部分工作也是圍繞如何處理好這四者的辯證統一關係進行的。相同原理的保護裝置在電力系統不同位置安裝時如何配置相應的繼電保護，才能最大限度地發揮被保護電力系統的執行效能，充分體現著繼電保護工作的科學性和繼電保護工程實踐的技術性。
2.2.1 距離保護的選擇
110kv及以上電壓等級的線路，由於其負荷電流大，距離長，用電流保護往往不能滿足技術要求，而需要採用距離保護。這是因為與電流保護相比，距離保護有以下優點：
(1)靈敏度較高。因為阻抗，阻抗繼電器反映了正常情況與短路時電流、電壓值的變化，短路時電流增大，電壓降低，阻抗減小得多。
安裝處的阻抗取決於短路點至保護安裝處的電距離，基本上不受系統執行方式的影響(2)保護範圍與選擇性基本上不受系統執行方式的影響。由於短路點至保護，因此，距離保護的保護範圍與選擇性基本上不受系統執行方式的影響。
(3)迅速動作的範圍長。距離保護第一段的保護範圍比電流速斷保護範圍長，距離保護第二段的保護範圍比限時電流速斷保護範圍長，因而距離保護迅速動作的範圍較長。
距離保護比電流保護複雜，投資多。但由於上述優點，在電流保護不能滿足技術要求的情況下應當採用距離保護。以下將對距離保護進行分析。
距離保護的網路接線圖標意圖如圖2所示。距離保護ⅰ段和距離保護ⅱ段構成距離保護的主保護。
圖2.1 距離保護網路接線圖
(1)距離保護的ⅰ段
距離保護ⅰ段為無延時的速動段，它應該只反應本線路的故障，下級線路出口發生短路故障時，應可靠不動作。所以其測量元件的整定阻抗，應該按躲過本線路末端短路時的測量阻抗來整定。以a處保護斷路器1為例，測量元件的整定阻抗為
2-1)
即保護ⅰ段的整定值應滿足了。考慮到阻抗繼電器和電流、電壓互感器的誤差，引入可靠係數(一般取0.8—0.85)。
由於保護ⅰ段瞬時動作，它的動作時限為（是斷路器本身的固有動作時間）。
同理，保護2的ⅰ段整定值為：
2-2)
但如此整定後，保護的ⅰ段就只能保護線路全長的80%—85%，這是乙個嚴重的缺點。為了切除本線路末端15%—20%範圍以內的故障，就需要設定距離保護第ⅱ段。
(2)距離ⅱ段
整定值的選擇和限時電流速斷相似，即應使其不超出下一條線路距離ⅰ段的保護範圍，同時帶有高出乙個的時限，以保證選擇性,例如在圖2中，當保護2第ⅰ段末端短路時，保護1的測量阻抗為：
2-3)
引入可靠係數(一般取0.8)，則保護1的ⅱ段的整定阻抗為：
2-4)
為了作為相鄰線路的保護裝置和斷路器拒絕動作的後備保護，同時也作為距離ⅰ段與距離ⅱ段的後備保護，還應該裝設距離保護第ⅲ段。
距離ⅲ段：整定值與過電流保護相似，其啟動阻抗要按躲開正常執行時的負荷阻抗來選擇，動作時限還按照階梯時限特性來選擇，並使其比距離ⅲ段保護範圍內其他各保護的最大動作時限高出乙個。
(1)整定保護1～4的距離i段
由題目已知條件計算可得ab的正序阻抗
線路bc的正序阻抗
代入式（2-1）可得保護1，2的距離保護i段的整定值
保護3，4的距離保護i段的整定值
(2)整定保護1、4的距離保護ⅱ段
由於分支電路對測量阻抗的影響在距離保護ⅱ段整定時，必須首先求出各點的分支係數
保護1、4接地距離ii段的最大、最小分支係數的計算
對保護1：
1 與相鄰下級線路距離保護i段相配合時
， ②當與相鄰變壓器的快速保護相配合時
，對保護4：
1 與相鄰下級線路距離保護i段相配合時
， ②當與相鄰變壓器的快速保護相配合時
， 保護1距離ii段的整定計算
整定阻抗按下面兩個條件選擇
1 與相鄰下級線路距離保護i段相配合時
(3-5)
②當與相鄰變壓器的快速保護相配合時
(3-6)
比較二者，取整定值較小的乙個，所以取
（3）保護4距離ii段的整定計算
整定阻抗按下面兩個條件選擇
① 當與相鄰下級線路距離保護i段相配合時
② 當與相鄰變壓器的快速保護相配合時
比較二者，取整定值較小的乙個，所以取
（1）保護1～4距離保護ⅰ段的動作時間
由於保護ⅰ段瞬時動作，所以保護1～4距離保護ⅰ段的動作時間它的動作時限為，是斷路器固有的動作時間，約為0.5秒。
（2）保護1、4的距離保護ⅱ段的動作時間
①保護1的距離保護ⅱ段的動作時間
通過上面的整定阻抗的計算結果可知，保護1的距離保護ⅱ段的動作時間應該與相鄰保護3的ii段配合，即
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。
②保護4的距離保護ⅱ段的動作時間
通過上面的整定阻抗的計算結果可知，保護4的距離保護ⅱ段的動作時間應該與與相鄰保護2的i段配合，即
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。
繼電保護原理課程設計報告
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