110kV输电线路距离保护课案

继电保护原理课程设计

题目名称：110KV输电线路距离保护设计

系别：物理与电气工程系

专业：电气工程及其自动化

学号：

姓名：

指导老师：

日期：

继电保护原理课程设计任务书

原始资料：

如下图所示网络，系统参数为：

kV E 3/115=?， Ω=151G X ， Ω=102G X ， Ω=103G X ， km L 441=， km L 403=，

III t 1=0.5s ，max .b K =km L C B 50=-，km L D C 30=-，km L E D 20=-，线路阻抗 km /4.0Ω， 85.0=I

rel K ， 8.0=II rel K ， 15.1=rel K ， A I B A 300max =-， A I D C 200max =-， A I E D 150max =-， 5.1=ss K ，错

误！未指定书签。 2.1=re K ,，32.2max .=b K ，s 5.01=III t 。对线路L1、L3进行距离保护的设计。（对2、9处进行保护设计）

设计要求：

本文要完成的内容是对线路的距离保护原理分析及整定计算，并根据分析和整定结果，合理的选择继电保护设备设备，并选择正确的安装方式，以确保安装设备安全、可靠地运行。

主要参考资料：

[1] 杨启逊主编.微机型继电保护基础[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2] 贺家李主编.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2010. [3] 张保会主编.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005.

[4] 傅知兰. 电力系统电气设备选择与实用计算[M]. 北京：中国电力出版社，2004. [5] 姚春球. 发电厂电气部分[M]. 中国电力出版社，2007. [6] 孙丽华.电力工程基础.北京.机械工业出版社.

目录

1 设计原始资料 (1)

1.1 题目 (1)

1.2 设计要求 (1)

2 继电保护方案设计 (1)

2.1 主保护配置 (1)

2.2 后备保护配置 (2)

3 保护的配合及整定计算 (3)

3.1 保护2处距离保护的整定与校验 (3)

3.2 保护9处距离保护的整定与校验 (4)

4 二次展开图的绘制 (6)

4.1 保护测量电路 (6)

4.1.1 绝对值比较原理的实现 (6)

4.1.2 相位比较原理的实现 (7)

4.2 保护跳闸回路 (8)

5 总结 (9)

参考文献 (10)

1 设计原始资料

1.1 题目

如图1-1所示网络，系统参数为：

kV E 3/115=?， Ω=151G X ， Ω=102G X ， Ω=103G X ， km L 441=， km L 403=，

III t 1=0.5s ，max .b K =km L C B 50=-，km L D C 30=-，km L E D 20=-，线路阻抗 km /4.0Ω， 85.0=I

rel K ， 8.0=II rel K ， 15.1=rel K ， A I B A 300max =-， A I D C 200max =-， A I E D 150max =-， 5.1=ss K ，错

误！未指定书签。 2.1=re K ,，32.2max .=b K ，s 5.01=III t 。对线路L1、L3进行距离保护的设计。（对2、9处进行保护设计）

图1-1 110kV 网络接线图

1.2 设计要求

本文要完成的内容是对线路的距离保护原理分析及整定计算，并根据分析和整定结果，合理的选择继电保护设备设备，并选择正确的安装方式，以确保安装设备安全、可靠地运行。

2 继电保护方案设计

2.1 主保护配置

距离保护Ⅰ段和距离保护Ⅱ段构成距离保护的主保护,如图2-1为距离保护网络接线图。 距离保护的Ⅰ段

A

B

C

1

2

3

图2-1 距离保护网络接线图

瞬时动作，1t 是保护本身的固有动作时间。

保护1的整定值应满足： AB I

set Z Z <1.考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，引入可靠系数 I

rel K (一般取0.8～0.85)，则

AB I

rel I set Z K Z =1.

同理，保护2的Ⅰ段整定值为

BC I rel I set Z K Z =2.

如此整定后，距离Ⅰ段就只能保护线路全长的80%～90%，这是一个严重的缺点。为了切除本线路末端10%～20%范围以内的故障，就需要设置距离保护第Ⅱ段。

距离Ⅱ段

整定值的选择和限时电流速断相似，即应使其不超出下一条线路距离Ⅰ段的保护范围，同时带有高出一个t ?的时限，以保证选择性,当保护2第Ⅰ段末端短路时，保护1的测量阻抗为[3]

I set AB Z Z Z 1.1+=

引入可靠系数 II

rel K (一般取0.8)，则保护1的Ⅱ段的整定阻抗为

])85.0~8.0([8

.0)(2.1.BC AB I

set AB II rel II set Z Z Z Z K Z +=+= 2.2 后备保护配置

为了作为相邻线路的保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为距离I 段与距离II 段的后备保护，还应该装设距离保护第III 段。

距离III 段：整定值与过电流保护相似，其启动阻抗要按躲开正常运行时的负荷阻抗来选择，动作时限还按照阶梯时限特性来选择，并使其比距离III 段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个t ?。

3 保护的配合及整定计算

3.1 保护2处距离保护的整定与校验

1、保护2处距离保护第I 段整定 （1）2处的I 段的整定阻抗为

Ω=??==-2.104.03085.01z L K Z D C I rel I set

（2） 动作时间

s 0t =I （第I 段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。

2、保护2处距离保护II 段整定

（1） 与相邻线路D-E L 距离保护I 段相配合,线路的II 段的整定

Ω=??+??=+=--04.154.02085.04.0308.011）（）（E D I

rel D C II rel II set L z K z L K Z

（2） 灵敏度校验

距离保护II 段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。考虑到各种误差因素，要求灵敏系数应满足 25.1≥sen K

253.1==-D

C L II

set sen

Z Z K 满足要求

（3） 动作时间，与相邻线路D-E L 距离I 段保护配合，则

s t t t I II 5.0=?+=

它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。 3、保护2处距离保护III 段整定

（1）整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗min .L Z 来整定计算的，所以有

ss

re rel L III set K K K Z Z min

.=

Ω??==

79.2852

.03110

9.0max min 1min .L L I U Z 已知 15.1=rel K ， 2.1=re K ， 5.1=ss K ，带入公式(3.5)可得 Ω=??=06.1385.12.115.179.285III

set Z

（2）灵敏度校验

距离保护III 段，即作为本线路I 、II 段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。

作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，计算式为

51.111

==L III set sen

Z Z K 满足要求

作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算式为

93.64.0204.03006

.138=?+?=+=--E D L III set sen Z Z Z K D C

满足要求 （3）动作时间

s t t t III III 112=?+=

3.2 保护9处距离保护的整定与校验

1、保护9处距离保护第I 段整定 （1）线路L1的I 段的整定阻抗为

Ω=??==96.144.04485.011z L K Z I

rel I set

（2）动作时间s 0t =I （第I 段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。 2、保护9处距离保护第II 段整定

(1) 与相邻线路C B L -距离保护I 段相配合考虑到分支系数br K 的影响，线路L1的II 段的整定阻抗为

）

（C B br II

rel II set L z K z L K Z -+=111 Ω=?=6.17444.01Z ， Ω=?==16404.0313L z Z

BC BC BC AB I I I Z Z Z I 5.016

6.1716

313=+=+=

25.0===

BC

BC AB BC br I I

I I K 于是Ω=??+?=08.46)504.026.17(8.0II

set Z

（2）灵敏度校验

距离保护II 段，应能保护线路的全长，本线路末端短路时，应有足够的灵敏度。

50

.24.04408.441=?==L II set sen Z Z K

满足要求

(3) 动作时间，与相邻线路C B L -距离II 段保护配合，则

s t t t I II 5.0=?+= 它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。 3、线路L1距离保护第III 段整定

（1）整定阻抗：按躲开被保护线路在正常运行条件下的最小负荷阻抗min L Z 来整定计算的，所以有

ss

re rel L III set K K K Z Z min

.=

Ω=??==

53.1903

.03110

9.0max min 1min L L I U Z

其中15.1=rel K ， 2.1=re K ， 5.1=ss K 于是可得

Ω=??=

04.925

.12.115.153

.190III

set Z

（2）灵敏度校验

距离保护III 段，即作为本线路I 、II 段保护的近后备保护，又作为相邻下级线路的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。

作为近后备保护时，按本线路末端短路进行校验，计算式为

36.44.08.5204

.921=?==L III set sen Z Z K

满足要求

作为远后备保护时，按相邻线路末端短路进行校验，计算式为

36.12032.212.2104

.92max .1=?+=+=-C B b L III set sen Z K Z Z K

满足要求

（3）动作时间

s t t t I I I I I I

2319=?+=

4、三段式电流接线原理图如图3-1所示。

图3-1 三段式电流接线原理图

4 二次展开图的绘制

4.1 保护测量电路

对于动作于跳闸的继电保护功能来说，最为重要的是判断出故障处于规定的保护区内还是保护区外，至于区内或区外的具体位置，一般并不需要确切的知道。可以用两种方法来实现距离保护。一种是首先精确地测量出m Z ，然后再将它与事先确定的动作进行比较。当m Z 落在动作区之内时，判为区内故障，给出动作信号；当m Z 落在动作区之外时，继电器不动作。另一种方法不需要精确的测出m Z ，只需间接地判断它是处在动作边界之外还是处在动作边界之内，即可确定继电器动作或不动作。 4.1.1 绝对值比较原理的实现

如前所述，绝对值比较的一般动作表达式如式A B Z Z ≤所示。绝对值比较式的阻抗元件，既可以用阻抗比较的方式实现，也可以用电压比较的方式实现。

该式两端同乘以测量电流m I ，并令A A m U Z I =，B B m U Z I =,则绝对值比较的动作条件又可以表示为

A B U U ≤

称为电压形式的绝对值比较方程。电路图如图4-1所示。

CT

PT

R

m

I K ?

15.0m

I K ?

15.0m

u U K ?

A

U ?

B

U ?

绝对值比较回路

图4-1 绝对值比较的电压形成

4.1.2 相位比较原理的实现

相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式如式 0090arg 90≤≤-D

C

Z Z 所示，相位比较的动作条件可以表示为

0090arg

90≤≤-D

C

U U 称为电压形式相位比较方程。电路图如图4-2所示。

CT

PT

R

m

I K ?

1m

u U K ?

C

U ?

D

U ?

绝对值比较回路

m

u U K ?

图4-2 相位比较

4.2 保护跳闸回路

三段式距离保护主要由测量回路、起动回路和逻辑回路三部分组成，电路如图4-3所示。 （1）起动回路

起动回路主要由起动元件组成，起动元件可由电流继电器、阻抗继电器、负序电流继电器或负序零序电流增量继电器构成。正常运行时，整套保护处于未起动状态，即使测量元件动作也不会产生误跳闸。起动部分用来在短路时起动整套保护，即解除闭锁，允许1、2ZJK 和3ZJK 通过与门1Y 和2Y 去跳闸。起动部分启动后，起动时间电路1T ，在0.1s 时间内（开放时间内）允许距离I 段跳闸。超过0.1s 时1T 动作，一方面通过禁止门JZ 闭锁距离I 段，另一方面起动切换继电器，对于各段或各相有公用阻抗继电器的距离保护装置，进行段别或相别切换。

（2）测量回路

测量回路的I 段和II 段，由公用阻抗继电器1、2ZJK 组成，而第III 段由测量阻抗继电器3ZJK 组成。测量回路是测量短路点到保护安装处的距离，用以判断故障处于哪一段保护范围。

（3）逻辑回路

逻辑回路主要由门电路和时间电路组成。与门电路包括与门1Y 、2Y 、或门H 和禁止门JZ ，用以分析判断是否应该跳闸。

I 2

0.1s/0

T 1

QHJ

1XJ

2XJ

3XJ

&T 2

T 3

1、2ZKJ

3ZKJ

&

&

Y 1Y 2H 1

、、、、

、、、、

、、、、

、、

JZ

图4-3 保护跳闸回路

5 总结

通过继电保护课程设计，本人从中学到了很多宝贵的经验和知识。对距离保护设计的过程有了一个很大程度了解，对设计的思路、基本方法、步骤有了深刻的认识。为以后的工作打下了一个坚实的基础。通过这次设计，本人深刻的认识到了，理论知识和实践相结合是学习中相当重要的一个环节，只有这样才能提高自己的实际操作能力，并且从中培养自己的独立思考。

参考文献

[1] 杨启逊主编.微机型继电保护基础[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2] 贺家李主编.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2010.

[3] 张保会主编.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005.

[4] 傅知兰. 电力系统电气设备选择与实用计算[M]. 北京：中国电力出版社，2004.

[5] 姚春球. 发电厂电气部分[M]. 中国电力出版社，2007.

[6] 孙丽华.电力工程基础.北京.机械工业出版社.

继电保护原理课程设计成绩评价表

指导教师： 年 月 日

课程名称 继电保护原理课程设计 题目名称 110KV 输电线路距离保护设计 学生姓名 苏媛媛 学号

B2011052238

指导教 师姓名

黄丽霞

职称 教师 序号

评价项目

指 标

满分

评分

1 工作量、工作态度和出勤率

按期圆满的完成了规定的任务，难易程度

和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，

出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。

20

2 课程设计质量 课程设计选题合理，计算过程简练准确，

分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰

写规范，图表完备正确。

40 3 创新

工作中有创新意识，对前人工作有一些改

进或有一定应用价值。 5 4 答辩

能正确回答指导教师所提出的问题。

35

总分

评语：该生报告内容较详实，结构比较合理；报告字数符合相关要求，工整规范，整齐；设计方案合理、可行，论文逻辑性较强，有一定的说服力；能对整个设计进行总结，得出一定的实验结果。报告书写规范完整，自述清晰，问题回答准确，设计认真。