本科毕业设计（论
文)
继电保护整定计算的分析与研究
—距离保护整定计算
指导老师
学号
二O一二年六月
中国南京
摘要
继电保护是电力系统安全运行的防护线,继电保护的整定计算是继电保护装置正确动作的关键。随着电力系统的快速发展，电力系统的网络构成日趋复杂,继电保护的整定也越来越复杂,而且更费时费力，也更容易出错。规范继电保护整定计算,提高继电保护整定计算水平对于减少设备事故或杜绝事故的发生具有深刻的意义。如果能成功编制一款软件，该软件能够在各种各样的系统运行方式下,根据整定原则计算出继电保护装置的整定值，使装置正确动作,那么将很大程度上减少工作人员的工作量,使工作效率大大提高。
本文以三段式距离保护为例，介绍了如何利用软件开发工具Ｍatlab编制三段式距离保护软件。主要使用了Maｔlab的GUI(图形用户界面)功能将距离保护整定计算划分成五个模块。用户通过这些模块的提示，能准确快速地计算出整个网络的继电保护装置的整定值，并且用户还可以根据系统运行方式的变化修改整定计算算法,使整定值能够适用于多种不同的运行方式,实现了整定计算过程的自动化和智能化。
【关键词】继电保护距离保护整定计算 Matｌａb
Abstract
Relay ｐrotｅctioｎ is ｔｈe lｉｎe of defenｃｅｏf safetｙｏperaｔion of the ｐoｗer system.Seｔtｉnｇcalculation of relaｙprotection is ｔhe key to the ｒiｇhｔ action of relay ｐrotecｔion ｄｅｖｉces． With thｅ develｏpmｅｎt of power systｅm, pｏweｒsystem network iｓbecｏming mｏｒｅａnd more ｃomｐｌex, tｈe rel ａy protｅction ｉs becoｍiｎｇｍｏre anｄ more coｍplex, aｎd more ｔiｍｅ－ｃｏnsuminｇ and lａbｏrious, but alsｏｍore ｐrone ｔo e ｒror．Speｃificａtiｏn fｏｒ and raiｓｅ the ｌeｖel of setting calculatｉon ｏｆ relay proｔeｃtioｎhas pｒofound ｓｉgnifｉcａｎce on ｔｈe ｒeｄuctioｎ of equipment ａccidenｔ anｄ aｖｏiｄing the hａppeninｇｏf ａccideｎts．If we cａn suｃｃｅｓｓfully devｅlop a piece oｆsoftware，ｔhe softwaｒe ｃan cａlculａtｅthe ｓettiｎg values in ｖarious opｅratｉng mode of ｔhe system acｃoｒdi ｎg to ｔhe ｐｒinｃiplｅｓ of sｅtｔｉng calｃｕlaｔion of relay protection ｄeｖｉｃｅ setting vaｌｕe， so thａt the relay protｅc ｔion ｄeｖiｃeｓwiｌl aｃt coｒrectly．Ｉｔｗill ｇｒeaｔly r ｅduｃe thｅ workload of staｆf, greａｔly improvｅtｈe wｏrk ｅｆficieｎcｙ.
The pａｐer tａkeｓｔhｒee sections ｄiｓtance pｒoｔeｃtion f ｏr an exaｍple anｄｉntroｄｕcｅｓhow to prｏgrａme thｅ thr ｅe seｃtionｓ distaｎcｅ pｒotｅｃｔioｎｗith ｔhｅ sofｔｗarｅ dｅvｅlｏｐinｇ tool－－Ｍatlab. The setｔing ｃalcuｌａtion of ｄistaｎce pｒoｔｅctｉoｎ is ｄiviｄed ｉnto fivｅ modulｅs by thhe mａin function of Maｔｌａb－－ＧUI （ｇraphｉcal user interfaｃe ). Through tｈｅse modulｅs tips, users cａn accurately aｎd ｑｕicｋlｙcalculate tｈｅ rｅｌay proｔｅctｉｏn device sｅttｉng ｖalｕeｓ of t ｈe entiｒe network, anｄ tｈe users caｎ alsｏchａｎｇｅｔhｅ
settｉng caｌculａtｉon aｌgorｉthｍ aｃｃordiｎg tｏｔｈe operating mode of ｔhe syｓtem to ｍaｋes thｅｓettｉng valｕes cａn ｂe a ｐｐｌｉｅd ｔo a vaｒiｅty of difｆerｅnt oｐeratiｏn moｄes, to reali ｚｅ the ｓｅtting caｌculaｔｉon ｐroｃesｓ aｕｔｏｍａｔioｎ.
【Ｋey ｗoｒds】Relay proteｃtｉon Dｉstａncｅ proｔection Setｔing calｃulation Ｍaｔｌab
目录
摘要?错误!未定义书签。
Ａbｓｔracｔ.................................... 错误!未定义书签。目录.......................................... 错误!未定义书签。第一章绪论.................................... 错误!未定义书签。
第一节电力系统继电保护概述?错误!未定义书签。
一、继电保护的概念....................... 错误!未定义书签。
二、继电保护的基本任务与重要性........... 错误!未定义书签。
三、继电保护的4个基本要求?错误!未定义书签。
四、继电保护的原理和构成?错误!未定义书签。
第二节继电保护的发展简史.................. 错误!未定义书签。
一、继电保护原理发展史................... 错误!未定义书签。
二、继电保护装置发展史................... 错误!未定义书签。
三、继电保护整定计算软件的发展与研究?错误!未定义书签。
第三节本文所做的工作?错误!未定义书签。
第二章电网的距离保护?错误!未定义书签。
第一节距离保护简介?错误!未定义书签。
一、距离保护的概念?错误!未定义书签。
二、距离保护的构成....................... 错误!未定义书签。
第二节距离保护装置的主要元件——阻抗继电器?错误!未定义书签。
一、偏移圆特性阻抗继电器................. 错误!未定义书签。
二、方向圆特性阻抗继电器?错误!未定义书签。
三、全阻抗圆继电器?错误!未定义书签。
第三节距离保护定值配合的基本原则?错误!未定义书签。
第四节定值计算的分支系数的选择与计算....... 错误!未定义书签。
一、带有助增分支的网络?错误!未定义书签。
二、带有外汲分支的网络................... 错误!未定义书签。
三、助增、外汲分支同时存在的网络......... 错误!未定义书签。
第五节距离保护整定计算..................... 错误!未定义书签。
一、距离保护I段整定计算................. 错误!未定义书签。
二、距离保护IＩ段整定计算............... 错误!未定义书签。
三、距离保护IIＩ段整定计算.............. 错误!未定义书签。
第六节对距离保护的评价?错误!未定义书签。
第三章整定计算软件的设计与开发................. 错误!未定义书签。
第一节引言?错误!未定义书签。
第二节软件开发工具?错误!未定义书签。
一、Matlab语言简介...................... 错误!未定义书签。
二、图形用户界面GUI简介?错误!未定义书签。
第三节软件设计框架图...................... 错误!未定义书签。
一、软件结构示意图?错误!未定义书签。
二、软件功能模块概述?错误!未定义书签。
三、软件的功能特性....................... 错误!未定义书签。第四章算例结果分析............................. 错误!未定义书签。
第一节算例................................. 错误!未定义书签。
一、手算算例............................. 错误!未定义书签。
二、软件整定结果......................... 错误!未定义书签。
第二节分析及结论........................... 错误!未定义书签。第五章结论.................................... 错误!未定义书签。
第一节工作总结?错误!未定义书签。
第二节不足与展望.......................... 错误!未定义书签。致谢......................................... 错误!未定义书签。参考文献........................................ 错误!未定义书签。
第一章绪论
第一节电力系统继电保护概述
一、继电保护的概念
当系统一旦发生故障时,保证系统能有选择性的、快速的切除故障的装置，称为继电保护装置;原来实现此功能的装置是由继电器组合来实现的,故称为继电保护装置，而目前继电器已被电子元件及计算机替代，但仍沿用此名称。在电力部门常用继电保护一词泛指机电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统[１]。
二、继电保护的基本任务与重要性
当系统发生短路时可能产生的后果有:经过故障处的很大的短路电流和由于短路电流击穿空气所产生的电弧,会使故障元件烧坏;当短路电流通过非故障元件时,由于电流的热效应和电动力的作用，同样也会使得元件过早的损坏以至缩短了元件的寿命;当短路时,电力系统中部分地区的母线电压将大大降低，不仅能破坏居民家中小型电器的安全性和稳定性，也会降低工厂生产出来的精密设备的质量；更严重的是会破坏电力系统并列运行的稳定性,引起系统震荡,甚至瓦解整个系统[1] [3]。因此，继电保护的基本任务在于:
(1)有针对性地将故障元件快速、自动切除，使电力系统快速恢复正常工作状态，并且使无故障的元件破坏程度减至最少,并最大程度地保证无故障元件的正常运行。
(2)如果电力系统中的电气元件有什么不正常工作状态,继电保护能根据运行维护的要求和设备本身的承受能力，发出报警信号、减掉一部分的负荷或延时跳闸。
(3）能根据用户的需求和电网的实际运行情况,尽快自动恢复停电部分的供电[6］［１0]。
因此可以这么说,继电保护是电力系统的重要组成部分，是保证电网安全稳定运行的重要技术手段，能快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最大限
度地维持系统稳定、保持供电连续性、防止或减轻设备损坏、保障人生安全[9]。
三、继电保护的4个基本要求
(1)可靠性：
可靠性含两重意思，分别是安全性和信赖性。安全性是指继电保护在保护范围外不动作，不发生误动作；信赖性是指当发生故障在规定的保护范围内时，继电保护应该立即动作。继电保护性能的最根本要求就是可靠性[4] [6］。
（2)选择性:
继电保护的选择性是指元件处于不正常工作状态时，继电保护装置应该在保证最大范围内的供电得到满足的前提下，将故障元件从电力系统中切除断开。它包含了两种意思:第一种是应该只能由装在故障元件上的保护装置先动作切除故障；第二种是无论故障元件上的保护装置是否动作或者拒动,相邻元件都应该对它起到后备作用［6］。
(3)速动性：
继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障,保证电力系统在异常工作时产生的短路电流或者低电压对居民生活和工厂生产出来的产品质量不造成影响，同时也是为了使电力系统维持稳定［７] ［21］。例如:在国家现在大力发展的超高压及高压电网中,继电保护能否快速地动作是决定电力系统的暂态稳定的关键性因素,如果故障切除得不及时,电力系统将失稳,就不得不解列。
(4)灵敏性：
继电保护的灵敏性是指对故障或不正常运行状态的反应能力。在其保护范围内，对各种各样性质的故障都能敏锐感觉、正确反应。参照ＧB１4285-２0０6《继电保护和安全自动装置技术规程》一书中,保护的灵敏系数的要求如下：主保护:1.5-2.0；近后备:1.３－1．５；远后备：1.２[９]。
继电保护的四个要求是评价和研究继电保护的基础,它们之间既相辅相成,又存在矛盾。如何能科学地研究设计继电保护,使继电保护的四个基本要求都能得到满足，是设计继电保护软件或者装置的核心,也是基本准则。
四、继电保护的原理和构成
电力系统的每个元件都有其特征值,当系统有短路或不正常工作状态发生时,这些元件的特征值(电流，电压等)超出电力系统所规定的值，就会对电力设备和系统稳定性造成威胁。
当系统发生故障时，最容易发现的现象是电流大幅度提高。因此，继电保护的第一个原理就是体现电流剧增这一特征，即熔断器保护和过电流保护。而发生故障时的另一显著现象就是电压大幅度减少,体现这一特征有低电压保护。而同时体现出电压降低和电流增大的一种保护为距离保护,距离保护根据测量阻抗值的大小来测算出故障点离距离保护装置的距离,是否在动作范围内，再决定保护是否动作[5］ [8]。
近些年来，电力系统快速发展,随之而来的是各种辐射型电网、环型电网也相继大面积地出现并接入融合到电网中,使电网拓扑结构日益复杂；同时随着供电需求不断提高,机组容量也不断增加；而为了使资源进一步得到优化配置，高电压电网的发展也形成趋势,那么对继电保护装置的要求当然也会相应提高，因而也促进了继电保护的发展，与此同时,保护的新原理、新装置不断问世［５]。
继电保护装置由测量部分、定值调整部分、逻辑部分和执行部分构成（如图1－1)。测量部分的作用是将在故障点测得的信号与给定的整定值相比较,决定保护是否动作;定值调整部分是根据整定的具体条件将定值调整成符合继电保护要求的值;逻辑部分是控制保护装置合理有序地工作，然后作出保护是否动作的判断;最后由执行部分发出报警或跳闸信号[1]。
图1-1继电保护装置的组成方框图
第二节继电保护的发展简史
一、继电保护原理发展史
(1)19世纪９0年代出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式的电磁型过电流继电器[4］；
(2)901年出现了感应型过电流继电器；
（３)１908年提出比较被保护元件两端电流的差动保护原理;
(4)１9１０年方向保护得到运用;
(5）１920年前后距离保护出现；
(6)19２７年前后出现了利用高压输电线路上高频载波电流传送和比较输电线路两端功率方向或电流相位的高频保护装置；
(７)195０年前后出现了利用微波传送电量的微波保护;
(8）1970年前后诞生了行波保护装置[20］ [21] ［25] [2９]。
二、继电保护装置发展史
(1)机电式继电器：上世纪50年代以前，以电磁型、感应型、电动型继电器为主,都具有机械转动部分。
优点:运用广,积累了丰富的运行经验,技术比较成熟。
缺点:体积大，功耗大,动作速度慢，机械转动部分和触点易磨损或粘连,调试维护复杂。
(2）晶体管式机电保护装置(第一代电子式静态保护装置）:50年代开始发展,70年代得到广泛应用。
优点:解决了机电式继电器存在的缺点
缺点:易受外界电磁干扰,在初期经常出现“误动”的情况，可靠性稍差。
(3)集中电路继电保护装置（第二代电子式静态保护装置）：80年代后期出现，将数十个甚至更多的晶体管集中在一个半导体芯片上。
优点:体积更小，工作更可靠。
(4）微机保护:9０年代后，已大量投入使用,成为机电保护装置的主要趋势。可以说微机保护代表着电力系统机电保护的未来,目前已成为电力系统保护、控制、运行调度及事故处理的统一计算机系统的组成部分。
优点:具有强大健壮的整定计算、分析和逻辑判断能力,有存储记忆功能,因
而可以实现各种功能完好的保护原理;微机保护拥有自检查功能，可靠性高；可用同一个硬件实现不同的保护功能,制造相对简单;功能强大 [22] [2５] [２8] ［３0]。
三、继电保护整定计算软件的发展与研究
早期对继电保护装置只能逐一地计算出整定值，并且当运行方式变化时,又不得不重新按照整定规则再计算一遍，这样重复繁琐的工作令工作人员感到枯燥乏味,并且效率及其低，准确率也低。从70年代开始,人们就将数字计算机引入到继电保护中来做这些重复的工作。尽管这样大大减少了工作人员的计算工程量，但继电保护的整定仍然需要人工方式。并且大多数情况下，要工作人员选取查找故障程序,而且要在庞大的数据中调整计算的内容，查找整定的结果，也是一件相当耗时费事的事。同时,这种计算方法对实际复杂多变的电网运行方式作了简化,根本无法正确反应出实际电网的情况,也无法有选择性地切除故障,不能满足生产的需要 [26］［27]。
目前普遍存在于继电保护软件中的问题如:计算效率慢，整定结果不准确都没有从根本上得到解决。而且，国内的大多数软件只是实现了对整定计算过程用计算机实现,即只是将以前需要用人工方式计算出的整定步骤换作由计算机来进行数据运算，简而言之,就是在很大程度上减少了计算工作量。但软件的系统功能、自动化程度根本不满足现在智能电网发展的要求;同时，由于当时计算机技术的水平，软件中的程序分类和构成、数据存储模块、人机界面等模块都还存在很多的不足。并且这些软件大多是针对超高压及高压等级的电网开发的,或者只是针对地区电网开发的,或者只是针对某个电厂开发的整定计算软件,因此根据上述对象开发的软件，通用性和灵活性较差,无法移植 [2３]。
综合软件的实际应用情况，主要的缺陷如下:
（1)软件中的电网的运行方式预先被设置好,无法改变，无法根据实际的情况改变软件中的运行方式，因此各段的整定值只是由计算机通过循环出来的结果,结果跟实际手算的结果有很大的不同，不可信。
(2）软件无法自动地提供电力系统的拓扑结构类型,判断出特别的接线方式，选择运行方式,确定保护之间的配合关系等,缺乏自动化、智能化的能力。这些整定计算过程中的因素仍需要用户指定；并且不能提供多样性的整定原则和丰富的
距离保护整定计算例题 题目：系统参数如图，保护1配置相间距离保护，试对其距离I 段、II 段、III 段进行整定，并校验距离II 段、III 段的灵敏度。取z1=0.4/km ，线路阻 抗角为75 ，Kss=1.5，返回系数Kre=1.2，III 段的可靠系数Krel=1.2。要 求II 段灵敏度 1.3~1.5，III 段近后备 1.5，远后备 1.2。 解： 1、计算各元件参数，并作等值电路 Z MN =z 1l MN =0.430=12.00 Z NP =z 1l NP =0.460=24.00 Z T = 100% K U T T S U 2=1005 .105 .311152 =44.08 2、整定距离I 段 Z I set1=K I rel Z MN =0.8512=10.20 t I 1=0s Z I set3=K I rel Z NP =0.85 24=20.40 t I 3=0s 3、整定距离II 段并校验灵敏度 1)整定阻抗计算 (1)与相邻线路I 段配合
Z II set1=K II rel (Z MN +Kbmin Z I set3 )=0.8(12+2.0720.40)=43.38 (2)与变压器速断保护配合 Z II set1=K II rel (Z MN +Kbmin Z T )=0.7(12+2.0744.08)=72.27 取Z II set1=Min( (1),(2))=43.38 2)灵敏度校验 K II sen =MN set II Z Z 1 =43.38/12=3.62 ( 1.5)，满足规程要求 3）时限 t II 1=0.5s 4、整定距离III 段并校验灵敏度 1)最小负荷阻抗 Z Lmin Z Lmin =Lman L I U min =Lman N I U 9.0=35.03 /1109.0?=163.31 Cos L =0.866， L= 30 2）负荷阻抗角方向的动作阻抗Z act （30） Z act （30 ）= re ss rel L K K K Z min =2 .15.12.131.163??=75.61 3）整定阻抗Z III set1， set =75 (1)采用全阻抗继电器 Z III set1= Z act （30 ） =75.61， set =75 （2）采用方向阻抗继电器 Z III set1 = )cos() 30(L set act Z ??-?=) 3075(61.75?-?COS =106.94
例3-1 在图3—48所示网络中，各线路均装有距离保护，试对其中保护1的相间短路保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段进行整定计算。已知线路AB 的最大负荷电流350max L =?I A,功率因数9.0cos =?，各线路每公里阻抗Ω=4.01Z /km ，阻抗角 70k =?，电动机的自起动系数1ss =K ,正常时母线最低工作电压min MA ?U 取等于110(9.0N N =U U kV )。 图3—48 网络接线图 解： 1.有关各元件阻抗值的计算 AB 线路的正序阻抗 Ω=?==12304.0L 1AB AB Z Z BC 线路的正序阻抗 Ω=?==24604.0L 1BC BC Z Z 变压器的等值阻抗 Ω=?=?= 1.445 .311151005.10100%2 T 2 T k T S U U Z 2．距离Ⅰ段的整定 (1)动作阻抗： Ω=?==2.101285.0rel 1.AB op Z K Z Ⅰ Ⅰ (2)动作时间：01=Ⅰ t s 3．距离Ⅱ段 (1)动作阻抗：按下列两个条件选择。 1)与相邻线路BC 的保护3(或保护5)的Ⅰ段配合 )(min b rel rel 1.op BC AB Z K K Z K Z ?+=Ⅰ ⅡⅡ 式中，取8.0,85.0rel rel ==Ⅱ ⅠK K ， min b ?K 为保护3的Ⅰ段末端发生短路时对保护
1而言的 图3-49 整定距离Ⅱ段时求min .jz K 的等值电路 最小分支系数，如图3-49所示，当保护3的Ⅰ段末端1d 点短路时， 分支系数计算式为 215.112)15.01(B A B B A 12b ???? ? ??++=+?++== X Z X Z Z X X Z X I I K AB BC BC AB 为了得出最小的分支系数min b ?K ,上式中A X 应取可能最小值，即A X 最小，而B X 应取最大可能值，而相邻双回线路应投入，因而 19.1215 .11301220min .b =??? ? ??++=K 于是 Ω=??+=''02.29)2485.019.112(8.01.dz Z 2)按躲开相邻变压器低压侧出口2d 点短路整定（在此认为变压器装有可保护变压器全部的差动保护，此原则为与该快速差动保护相配合）， )(T min .b rel 1.op Z K Z K Z AB ?+=Ⅱ Ⅱ 此处分支系数min b ?K 为在相邻变压器出口2k 点短路时对保护1的最小分支系数，由图3-53可见 Ω =?+==++=++== ?3.72)1.4407.212(7.007.2130122011.op max .B min .A 13min b ⅡZ X Z X I I K AB
如下图所示网络中采用三段式相间距离保护为相间短路保护。已知线路每公里阻抗Z 1=km /Ω，线路阻抗角?=651?，线路AB 及线路BC 的最大负荷 电流I m ax .L =400A ，功率因数cos ?=。K I rel =K ∏rel =，K I ∏ rel =，K ss =2，K res =，电源 电动势E=115kV ，系统阻抗为X max .sA =10Ω，X min .sA =8Ω，X max .sB =30Ω，X min .sB =15Ω；变压器采用能保护整个变压器的无时限纵差保护；t ?=。归算至115kV 的变压器阻抗为Ω，其余参数如图所示。当各距离保护测量元件均采用方向阻抗继电器时，求距离保护1的I ∏∏I 、、段的一次动作阻抗及整定时限，并校 验I ∏∏、段灵敏度。（要求∏sen ≥；作为本线路的近后备保护时，I ∏sen ≥；作为相邻下一线路远后备时，I ∏sen ≥） 解：（1）距离保护1第I 段的整定。 1） 整定阻抗。 11.Z L K Z B A rel set -I I ==Ω=??6.94.0308.0 2)动作时间：s t 01=I 。 （2）距离保护1第∏段的整定。 1）整定阻抗：保护1 的相邻元件为BC 线和并联运行的两台变压器，所以 ∏段整定阻抗按下列两个条件选择。
a ）与保护3的第I 段配合。 I -∏∏+=3.min .11.(set b B A rel set Z K Z L K Z ） 其中， Ω=??==-I I 16.124.0388.013.Z L K Z C B rel set ； min .b K 为保护3 的I 段末端发生短路时对保护1而言的最小分支系数（见图 4-15）。 当保护3的I 段末端K 1点短路时，分支系数为sB AB sB sA b X X X X I I K ++==12 （4-3） 分析式（4-3）可看出，为了得出最小分支系数，式中SA X 应取最小值min .SA X ；而SB X 应取最大值max .SB X 。因而 max .min .min .1sB AB sA b X Z X K ++ ==1+30 30 4.08?+= 则 Ω=?+??=∏ 817.25)16.12667.14.030(8.01.set Z b ）与母线B 上所连接的降压变压器的无时限纵差保护相配合，变压器保护范围直至低压母线E 上。由于两台变压器并列运行，所以将两台变压器作为一个整体考虑，分支系数的计算方法和结果同a ）。 ?? ? ??+=-∏∏2min .1t b B A rel set Z K Z L K Z =Ω=? +??078.66)27.84667.14.030(8.0 为了保证选择性，选a ）和b ）的较小值。所以保护1第 ∏段动作阻抗为
段式电流保护的整定及 计算 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-
2三段式电流保护的整定计算1、瞬时电流速断保护整定计算原则：躲开本条线路末端最大短路电流整定计算公式： 式中： Iact——继电器动作电流 Kc——保护的接线系数 IkBmax——最大运行方式下，保护区末端B母线处三相相间短路时，流经保护的短路电流。 K1rel——可靠系数，一般取～。 I1op1——保护动作电流的一次侧数值。 nTA——保护安装处电流互感器的变比。 灵敏系数校验： 式中： X1——线路的单位阻抗，一般Ω/KM；
Xsmax —— 系统 最大 短路 阻 抗。 要求 最小 保护 范围 不得 低于 15%～20%线路全长，才允许使用。 2、限时电流速断保护 整定计算原则：不超出相邻下一元件的瞬时速断保护范围。所以保护1的限时电流速断保护的动作电流大于保护2的瞬时速断保护动作电流，且为保证在下一元件首端短路时保护动作的选择性，保护1的动作时限应该比保护2大。故： 式中： KⅡrel——限时速断保护可靠系数，一般取～； △t——时限级差，一般取；灵敏度校验： 规程要求：3、定时限过电流保护定时限过电流保护一般是作为后备保护使用。要求作为本线路主保护的后备以及相邻线路或元件的远后备。动作电流按躲过最大负荷电流整定。 式中： KⅢrel——可靠系数，一般取～； Krel——电流继电器返回系数，一般取～；
Kss——电动机自起动系 数，一般取～；动作时间 按阶梯原则递推。 灵敏度分别按近后备和远 后备进行计算。 式中： Ikmin——保护区末端短路时，流经保护的最小短 路电流。即：最小运行方式下，两相相间短路电 流。 要求：作近后备使用时，Ksen≥～ 作远后备使用时，Ksen≥注意：作近后备使用时，灵敏系数校验点取本条线路最末端；作远后备使用时，灵敏系数校验点取相邻元件或线路的最末端； 4、三段式电流保护整定计算实例 如图所示单侧电源放射状网络，AB和BC均设有三段式电流保护。已知：1）线路AB长20km，线路BC长30km，线路电抗每公里欧姆；2)变电所B、C中变压器连接组别为Y，d11，且在变压器上装设差动保护；3）线路AB的最大传输功率为，功率因数，自起动系数取；4）T1变压器归算至被保护线路电压等级的阻抗为28欧；5）系统最大电抗欧，系统最小电抗欧。试对AB线路的保护进行整定计算并校验其灵敏度。 解：（1）短路电流计算注意：短路电流计算值要注意归算至保护安装处电压等级，否则会出现错误；双侧甚至多侧电源网络中，应取流经保护的短路电流值；在有限系统中，短路电流数值会随时间衰减，整定计算及灵敏度校验时，精确计算应取相应时间处的短路电流数值。 B母线短路三相、两相最大和最小短路电流为： =1590（A）
第1章输电线路保护配置与整定计算 重点：掌握110KV及以下电压等级输电线路保护配置方法与整定计算原则。 难点：保护的整定计算 能力培养要求：基本能对110KV及以下电压等级线路的保护进行整定计算。 学时：4学时 主保护：反映整个保护元件上的故障并能以最短的延时有选择地切除故障的保护称为主保护。 后备保护：主保护拒动时，用来切除故障的保护，称为后备保护。 辅助保护：为补充主保护或后备保护的不足而增设的简单保护。 一、线路上的故障类型及特征： 相间短路（三相相间短路、二相相间短路） 接地短路（单相接地短路、二相接地短路、三相接地短路） 其中，三相相间短路故障产生的危害最严重；单相接地短路最常见。相间短路的最基本特征是：故障相流动短路电流，故障相之间的电压为零，保护安装处母线电压降低；接地短路的特征： 1、中性点不直接接地系统 特点是： ①全系统都出现零序电压，且零序电压全系统均相等。 ②非故障线路的零序电流由本线路对地电容形成，零序电流超前零序电压90°。 ③故障线路的零序电流由全系统非故障元件、线路对地电容形成，零序电流滞后零序电压90°。显然，当母线上出线愈多时，故障线路流过的零序电流愈大。 ④故障相电压（金属性故障）为零，非故障相电压升高为正常运行时的相间电压。 ⑤故障线路与非故障线路的电容电流方向和大小不相同。
因此中性点不直接接地系统中，线路单相故障可以反应零序电压的出现构成零序电压保护；可以反应零序电流的大小构成零序电流保护；可以反应零序功率的方向构成零序功率方向保护。 2、中性点直接接地系统 接地时零序分量的特点： ①故障点的零序电压最高，离故障点越远处的零序电压越低，中性点接地变压器处零序电压为零。 ②零序电流的分布，主要决定于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关。 ③在电力系统运行方式变化时，如果输电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。但电力系统正序阻抗和负序阻抗要随着系统运行方式而变化，将间接影响零序分量的大小。 ④对于发生故障的线路，两端零序功率方向与正序功率方向相反，零序功率方向实际上都是由线路流向母线的。 二、保护的配置 小电流接地系统（35KV及以下）输电线路一般采用三段式电流保护反应相间短路故障；由于小电流接地系统没有接地点，故单相接地短路仅视为异常运行状态，一般利用母线上的绝缘监察装置发信号，由运行人员“分区”停电寻找接地设备。对于变电站来讲，母线上出线回路数较多，也涉及供电的连续性问题，故一般采用零序电流或零序方向保护反应接地故障。 对于短线路、运行方式变化较大时，可不考虑Ⅰ段保护，仅用Ⅱ段+Ⅲ段保护分别
本科毕业设计（论 文) 继电保护整定计算的分析与研究 —距离保护整定计算 指导老师 学号 二O一二年六月 中国南京
摘要 继电保护是电力系统安全运行的防护线,继电保护的整定计算是继电保护装置正确动作的关键。随着电力系统的快速发展，电力系统的网络构成日趋复杂,继电保护的整定也越来越复杂,而且更费时费力，也更容易出错。规范继电保护整定计算,提高继电保护整定计算水平对于减少设备事故或杜绝事故的发生具有深刻的意义。如果能成功编制一款软件，该软件能够在各种各样的系统运行方式下,根据整定原则计算出继电保护装置的整定值，使装置正确动作,那么将很大程度上减少工作人员的工作量,使工作效率大大提高。 本文以三段式距离保护为例，介绍了如何利用软件开发工具Ｍatlab编制三段式距离保护软件。主要使用了Maｔlab的GUI(图形用户界面)功能将距离保护整定计算划分成五个模块。用户通过这些模块的提示，能准确快速地计算出整个网络的继电保护装置的整定值，并且用户还可以根据系统运行方式的变化修改整定计算算法,使整定值能够适用于多种不同的运行方式,实现了整定计算过程的自动化和智能化。 【关键词】继电保护距离保护整定计算 Matｌａb
Abstract Relay ｐrotｅctioｎ is ｔｈe lｉｎe of defenｃｅｏf safetｙｏperaｔion of the ｐoｗer system.Seｔtｉnｇcalculation of relaｙprotection is ｔhe key to the ｒiｇhｔ action of relay ｐrotecｔion ｄｅｖｉces． With thｅ develｏpmｅｎt of power systｅm, pｏweｒsystem network iｓbecｏming mｏｒｅａnd more ｃomｐｌex, tｈe rel ａy protｅction ｉs becoｍiｎｇｍｏre anｄ more coｍplex, aｎd more ｔiｍｅ－ｃｏnsuminｇ and lａbｏrious, but alsｏｍore ｐrone ｔo e ｒror．Speｃificａtiｏn fｏｒ and raiｓｅ the ｌeｖel of setting calculatｉon ｏｆ relay proｔeｃtioｎhas pｒofound ｓｉgnifｉcａｎce on ｔｈe ｒeｄuctioｎ of equipment ａccidenｔ anｄ aｖｏiｄing the hａppeninｇｏf ａccideｎts．If we cａn suｃｃｅｓｓfully devｅlop a piece oｆsoftware，ｔhe softwaｒe ｃan cａlculａtｅthe ｓettiｎg values in ｖarious opｅratｉng mode of ｔhe system acｃoｒdi ｎg to ｔhe ｐｒinｃiplｅｓ of sｅtｔｉng calｃｕlaｔion of relay protection ｄeｖｉｃｅ setting vaｌｕe， so thａt the relay protｅc ｔion ｄeｖiｃeｓwiｌl aｃt coｒrectly．Ｉｔｗill ｇｒeaｔly r ｅduｃe thｅ workload of staｆf, greａｔly improvｅtｈe wｏrk ｅｆficieｎcｙ. The pａｐer tａkeｓｔhｒee sections ｄiｓtance pｒoｔeｃtion f ｏr an exaｍple anｄｉntroｄｕcｅｓhow to prｏgrａme thｅ thr ｅe seｃtionｓ distaｎcｅ pｒotｅｃｔioｎｗith ｔhｅ sofｔｗarｅ dｅvｅlｏｐinｇ tool－－Ｍatlab. The setｔing ｃalcuｌａtion of ｄistaｎce pｒoｔｅctｉoｎ is ｄiviｄed ｉnto fivｅ modulｅs by thhe mａin function of Maｔｌａb－－ＧUI （ｇraphｉcal user interfaｃe ). Through tｈｅse modulｅs tips, users cａn accurately aｎd ｑｕicｋlｙcalculate tｈｅ rｅｌay proｔｅctｉｏn device sｅttｉng ｖalｕeｓ of t ｈe entiｒe network, anｄ tｈe users caｎ alsｏchａｎｇｅｔhｅ
距离保护的整定计算 一、距离保护第一段 1.动作阻抗 (１)对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定，即取 AB K dz Z k Z '='?1 2．动作时限 0≈'t 秒。 二、距离保护第二段 1．动作阻抗 （1）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即 ()BC k fz AB k dz Z K K Z K Z '+''=''?1 式中 fz K 为分支系数 min ???? ??=AB BC fz I I K （2）与相邻变压器的快速保护相配合 ()B fz AB k dz Z K Z K Z +''=''?1 取（1）、（2）计算结果中的小者作为1?''dz Z 。 2. 动作时限 保护第Ⅱ段的动作时限，应比下一线路保护第Ⅰ段的动作时限大一个时限阶段，即 12C A B A ' 图3-50 电力系统接线图 A Z 'B A B Z B C Z Z 'Z ''Z ' ''00.5t Z 'Z ''Z ' ''00.5t 3 A Z 12C A B A ' 图3-50 电力系统接线图A Z 'B A B Z B C Z Z 'Z ''Z ' ''00.5t Z 'Z ''Z ' ''00.5t 3 A Z
t t t t ?≈?+'=''21 3.灵敏度校验 5.1≥''= AB dz lm Z Z K 如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第Ⅱ段相配合的原则选择动作阻抗，即 ()2.dz fz AB k dz Z K Z K Z ''+''='' 这时，第Ⅱ段的动作时限应比下一线路第Ⅱ段的动作时限大一个时限阶段，即 t t t ?+''=''21 三、 距离保护的第三段 1．动作阻抗 按躲开最小负荷阻抗来选择，若第Ⅲ段采用全阻抗继电器，其动作阻抗为 min .1.1 fh zq h k dz Z K K K Z '''=''' 式中 2．动作时限 保护第Ⅲ段的动作时限较相邻与之配合的元件保护的动作时限大一个时限阶段，即 t t t ?+'''='''2 3．灵敏度校验 作近后备保护时 5.11.≥'''= ?AB dz lm Z Z K 近 作远后备保护时 2 .1≥+'''= ?BC fz AB dz lm Z K Z Z K 远 式中，K fz 为分支系数，取最大可能值。 思考：灵敏度不能满足要求时，怎么办？ 解决方法：采用方向阻抗继电器，以提高灵敏度 方向阻抗继电器的动作阻抗的整定原则与全阻抗继电器相同。考虑到正常运行时，负荷阻抗的阻抗角 fh ?较小， （约为 25），而短路时，架空线路短路阻抗角d ?较大（一般约为 65~ 85）。如果选取方向阻抗继电器的最大灵敏角d lm ??=，则方向阻抗继电器的动作阻抗为
第二节 阻抗继电器动作特性 四. 方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法 当保护出口正方向发生相间短路时，故障线路母线上的残余电压将降低到零，即。由动作方程分析，继电器不动作。这种不动作的范围，称为保护装置的“死区”。为了减小和消除死区，常采用以下措施。 1．增加记忆回路 引入记忆电压。 2．引入第三相电压 五、阻抗继电器的精工电流和精工电压 1.阻抗继电器测量阻抗与测量电流的关系曲线： 由图可见，当加入继电器的电流较小时，继电器的动作阻抗将下降，使阻抗继电器的实际保护范围缩短。I op.min-----阻抗继电器的最小动作电流。这将影响到与相邻线路阻抗元件的配合，甚至引起非选择性动作。 2.阻抗继电器的精工电流和精工电压 为了把动作阻抗的误差限制在一定的范围内，规定了精工电流。所谓精工电流，就是当继电器的动作阻抗时，通过的电流。 Iacmin-----阻抗继电器的最小精确工作电流 Iacmax-----阻抗继电器的最大精确工作电流 为了便于衡量阻抗继电器的灵敏度，有时应用精工电压作为继电器的质量指标。所谓精工电压就是精工电流和整定阻抗的乘积，用表示。 第3节阻抗继电器的接线方式 根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压和电流应满足如下要求： 1．继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，即与故障点至保障
安装处的距离成正比。 2．继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围不随故障类型而变化。 类似功率方向继电器的定义方式，阻抗继电器常用的接线方式有四类，如表3-1中所示。表3-1 阻抗继电器的常用接线方式 0°－30°30° KR1 KR2 KR3 继电器 接线方式 第五节距离保护的整定计算 以图3－46 为例，说明三段式距离保护的整定计算。 图3—46 电力系统接线图 一、距离保护第一段 1.动作阻抗 (１)对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定，即取 式中—可靠系数，取0.8~0.85。 2．动作时限：人为延时为零，即秒。 二、距离保护第二段 1．动作阻抗 （1）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即
继电保护整定计算例题 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
如下图所示网络中采用三段式相间距离保护为相间短路保护。已知线路每公里阻抗Z 1=km /Ω，线路阻抗角?=651?，线路AB 及线路BC 的最大负荷电流 I m ax .L =400A ，功率因数cos ?=。K I rel =K ∏ rel =，K I ∏rel =，K ss =2，K res =，电源电动 势E=115kV ，系统阻抗为X max .sA =10Ω，X min .sA =8Ω，X max .sB =30Ω，X min .sB =15Ω；变压器采用能保护整个变压器的无时限纵差保护；t ?=。归算至115kV 的变压器阻抗为Ω，其余参数如图所示。当各距离保护测量元件均采用方向阻抗继电器时，求距离保护1的I ∏∏I 、、段的一次动作阻抗及整定时限，并校验I ∏ ∏、段灵敏度。（要求∏ sen ≥；作为本线路的近后备保护时，I ∏sen ≥；作为相邻下一线 路远后备时，I ∏sen ≥） 解：（1）距离保护1第I 段的整定。 1）整定阻抗。 11.Z L K Z B A rel set -I I ==Ω=??6.94.0308.0 2)动作时间：s t 01=I 。 （2）距离保护1第∏段的整定。 1）整定阻抗：保护1 的相邻元件为BC 线和并联运行的两台变压器，所以∏段整定阻抗按下列两个条件选择。
a ）与保护3的第I 段配合。 I -∏∏+=3.min .11.(set b B A rel set Z K Z L K Z ） 其中， Ω=??==-I I 16.124.0388.013.Z L K Z C B rel set ； min .b K 为保护3 的I 段末端发生短路时对保护1而言的最小分支系数（见图4- 15）。 当保护3的I 段末端K 1点短路时，分支系数为sB AB sB sA b X X X X I I K ++== 12 （4-3） 分析式（4-3）可看出，为了得出最小分支系数，式中SA X 应取最小值min .SA X ；而SB X 应取最大值max .SB X 。因而 max .min .min .1sB AB sA b X Z X K ++==1+30304.08?+= 则 Ω=?+??=∏817.25)16.12667.14.030(8.01.set Z b ）与母线B 上所连接的降压变压器的无时限纵差保护相配合，变压器保护范围直至低压母线E 上。由于两台变压器并列运行，所以将两台变压器作为一个整体考虑，分支系数的计算方法和结果同a ）。 ?? ? ??+=-∏∏2min .1t b B A rel set Z K Z L K Z =Ω=?+??078.66)27.84667.14.030(8.0
第一讲 线路保护整定计算 1）三个电压等级各选一条线路进行线路保护整定 2）110千伏线路最大负荷电流可根据给定条件计算，35和10千伏线路可按300安计算。 第一节 10千伏线路保护的整定计算 原则： 电流保护具有简单、可靠、经济的优点。对35千伏及以下电网，通常采用 三段式电流保护加重合闸的保护方式，对复杂网络或电压等级较高网络，很难满足选择性、灵敏性以及速动性的要求。 整定计算： 对10千伏线路通常采用三段式电流保护即可满足要求，实际使用时可以 根据需要采用两段也可以采用三段保护。 根据保护整定计算原则： 电流速断，按照躲过本线路的末端短路最大三相短路电流整定 I set1= k rel I kmax /n TA 本式要求 一次、二次的动作电流都需要计算。 注意问题：1）归算至10千伏母线侧的综合阻抗 2）计算最大三相短路电流， (3)k S k E E Z Z Z I φφ∑ = = + 3）计算最小两相短路电流，校核保护范围 min s max set 1 ) 12X l Z I = - m i n m i n 100%%l l L = ? 4）选择线路适当长度（选一条）计算 5）动作时限0秒。 限时电流速断，与相邻线路一段配合整定。由于现在的10 千伏线路一般都是放射形线路，没有相邻线路，可不设本段保护
过电流保护，即电流保护第III 段，按照躲过本线路的最大负荷电流整定 rel ss set L.max re = K K I K I 式中 K rel ——可靠系数，一般采用1.15—1.25； K ss ——自起动系数，数值大于1，由网络具体接线和负荷性质确定； K re ——电流继电器的返回系数,一般取0.85。 校核末端短路的灵敏度。 动作时限 由于不需要与相邻线路配合，可取0.5秒。防止配变故障时保护的误动作。 目前采用微机型保护，都配有带低电压闭锁的电流保护，以及线路重合闸。 第二节 35千伏线路保护的整定计算 原则： 对35千伏电网，通常采用三段式电流保护加重合闸的保护方式可以满足要求，但对于复杂网络、环形网络，很难满足要求。 对35千伏线路，有时可能有相邻线路，因此需要三段式保护，如果是只有相邻变压器，则限时电流速断保护应按照躲过变压器低压侧短路整定，时间则取0.5秒，但应校核本线路末端短路的灵敏度。 电流速断，按照躲过本线路的末端短路最大三相短路电流整定 I set1= k rel I kmax /n TA 本式要求 一次、二次的动作电流都需要计算。 注意问题：1）归算至35千伏母线侧的综合阻抗 2）计算最大三相短路电流， (3)k S k E E Z Z Z I φφ∑= = + 3）计算最小两相短路电流，校核保护范围 min s max set 1 ) 12X l Z I = - m i n m i n 100%%l l L = ? 4）选择线路适当长度（选一条）计算
茶慈线，茶庵110Kv母线侧相间距离保护整定计算方案 2012年8月4日 整定：皮玉审核： 一. 线路原始参数 1) 线路长度：L＝3.7 km；电压等级：Ue＝115 kV 2) 正序阻抗：Z1＝(0.0058+j0.0121)×132.25＝0.7718+j1.6001Ω＝1.7765∠64.25°Ω 二次值：Z1'＝(0.7718+j1.6001)×40/1100＝0.0281+j0.0582Ω＝0.0646∠64.25°Ω 3) 零序阻抗：Z0＝(0.029+j0.0346)×132.25＝3.8325+j4.5815Ω＝5.9731∠50.09°Ω 二次值：Z0'＝(3.8325+j4.5815)×40/1100＝0.1394+j0.1666Ω＝0.2172∠50.09°Ω 4) 最大负荷电流：Ifh ＝300A 最大负荷电流标么值：Ifh.pu＝Ifh/Ifh.e＝300/502.0437＝0.5976 最小负荷阻抗：Zfh＝U/√3Ifh＝115×0.9×1000/(√3×300)＝199.1858Ω 最小负荷阻抗标么值：Zfh.pu＝Upu/Ifh.pu＝0.9/0.5975575＝1.5061 5) CT 变比：200A/5A PT 变比：110000/100 二. 整定计算 2.1 I 段整定计算 1、躲线路末端故障 可靠系数Kk = 0.8 线路阻抗Zl = 1.776513 一次计算值Zdz = Kk * Zl= 0.8 * 1.776513= 1.4212 总的取值原则为：躲线路末端故障 I 段动作定值为：Zdz = 1.42 Ω I 段时间定值为：Tdz = 0 S 2.2 II 段整定计算 1、保证线路末端故障有灵敏度 灵敏度系数Klm = 1.5 线路阻抗Zl = 1.7765 一次计算值Zdz = Klm * Zl = 1.5 * 1.7765 = 2.6648 动作时间值Tdz = TdzI + DT = 0.3 2、与相邻线路慈明城线1的相间距离保护配合 一、与相邻线路的相间距离保护I 段配合 可靠系数Kk = 0.8 线路阻抗Zl = 1.7765 配合系数Kkl = 0.8 助增系数Kz = 5.4139 (对应方式：大方式对应故障：慈明城线2城110KvI母三相短路)
第五节 距离保护的整定计算 一、距离保护第一段 1.动作阻抗 (１)对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定，即取 AB K dz Z k Z '='?1 2．动作时限 0≈'t 秒。 二、距离保护第二段 1．动作阻抗 （1）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即 ()BC k fz AB k dz Z K K Z K Z '+''=''?1 式中 fz K 为分支系数 min ???? ??=AB BC fz I I K （2）与相邻变压器的快速保护相配合 ()B fz AB k dz Z K Z K Z +''=''?1 取（1）、（2）计算结果中的小者作为1?''dz Z 。 2. 动作时限 保护第Ⅱ段的动作时限，应比下一线路保护第Ⅰ段的动作时限大一个时限阶段，即 12C A B A ' 图3-50 电力系统接线图 A Z 'B A B Z B C Z Z 'Z ''Z ' ''00.5t Z 'Z ''Z ' ''00.5t 3 A Z 12C A B A ' 图3-50 电力系统接线图A Z 'B A B Z B C Z Z 'Z ''Z ' ''00.5t Z 'Z ''Z ' ''00.5t 3 A Z
t t t t ?≈?+'=''21 3.灵敏度校验 5.1≥''= AB dz lm Z Z K 如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第Ⅱ段相配合的原则选择动作阻抗，即 ()2.dz fz AB k dz Z K Z K Z ''+''='' 这时，第Ⅱ段的动作时限应比下一线路第Ⅱ段的动作时限大一个时限阶段，即 t t t ?+''=''21 三、 距离保护的第三段 1．动作阻抗 按躲开最小负荷阻抗来选择，若第Ⅲ段采用全阻抗继电器，其动作阻抗为 min .1.1 fh zq h k dz Z K K K Z '''=''' 式中 2．动作时限 保护第Ⅲ段的动作时限较相邻与之配合的元件保护的动作时限大一个时限阶段，即 t t t ?+'''='''2 3．灵敏度校验 作近后备保护时 5.11.≥'''= ?AB dz lm Z Z K 近 作远后备保护时 2 .1≥+'''= ?BC fz AB dz lm Z K Z Z K 远 式中，K fz 为分支系数，取最大可能值。 思考：灵敏度不能满足要求时，怎么办？ 解决方法：采用方向阻抗继电器，以提高灵敏度 方向阻抗继电器的动作阻抗的整定原则与全阻抗继电器相同。考虑到正常运行时，负荷阻抗的阻抗角 fh ?较小， （约为 25），而短路时，架空线路短路阻抗角d ?较大（一般约为 65~ 85）。如果选取方向阻抗继电器的最大灵敏角d lm ??=，则方向阻抗继电器的动作阻抗为
电力系统继电保护课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气093 姓名：张阿兰 学号：200811133 指导教师：任丽苗 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2012 年7月7日
1 设计原始资料 1.1 具体题目 图1.1所示系统中，发电机以发电机－变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。其参数为：kV 3/115=?E , 1.G3 2.G3 1.G4 2.G411ΩX X X X ====；Ω10.~.4111=T X T X ，Ω30~0.T40.T1=X X ,Ω201.T61.T5==X X ,Ω400.T60.T5==X X ，km 60B A =-L ，km 40C B =-L ；线路阻抗Ω/km 4.021==Z Z ，Ω/km 2.10=Z ，线路阻抗角均为?75，A 300BLmax C BLmax A ==--I I ，负荷功率因数角为?302.1ss =K ，2.1re =K ，0.85Ⅰ rel =K ， 0.75Ⅱ rel =K ，变压器均装有快速差动保护,试对1、3进行距离保护的设计。 图1.1 电力系统示意图 1.2 要完成的内容 本文要完成的内容是对线路的距离保护原理和计算原则的简述，并对线路各参数进行分析及对保护1和保护3进行距离保护的具体整定计算并注意有关细节。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。
2 题目分析与方案设计 2.1 题目分析 目前广泛采用具有三段动作范围的时限特性。三段分别称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的，它的保护范围为本线路全长的80～85%；不能保护全线路，所以采取Ⅰ段和Ⅱ段作为主保护，Ⅲ段作为后备保护。 2.2 方案设计 2.2.1 主保护配置 距离保护Ⅰ段为无延时的速动段，它应该只反应本线路的故障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠不动作。 在距离保护Ⅱ段整定时，应考虑分支电路对测量阻抗的影响，同时带有高出一个t ?的时限，以保证选择性。 2.2.2 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。 3 保护的配合及整定计算 3.1 主保护的整定计算 3.1.1 距离保护的整定动作值 (1) 整定保护1～4的距离Ⅰ段 由题目已知条件计算可得AB 的正序阻抗 () 31.92Ω33%1600.4B A 1AB =+?==-L Z Z 线路BC 的正序阻抗 16404.0C B 1BC Ω=?==-L Z Z
实验二 线路相间距离保护 （1）实验目的 1. 了解距离保护的原理； 2. 熟悉相间距离保护的圆特性； 3. 掌握距离保护的逻辑组态方法。 （2）实验原理及逻辑框图 1.距离保护的原理及整定方法； 由于电流保护整定值的选择、保护范围以及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响，在35KV 及以上电压的复杂网络中，很难满足选择性、灵敏性以及快速切除故障要求，为此采用距离保护来实现。 距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离（阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。 距离保护的Ⅰ段： 它和电流保护的Ⅰ段很类似，都是按躲开下条线路出口处短路，保护装置不误动来整定，可靠系数一般取0.8-0.85。AB K dz Z K Z =?2' 距离保护的Ⅱ段： 按以下两点原则来整定： 1）与相邻线路距离保护第Ⅰ段相配合，)'(12 ''??+=dz fz AB K dz Z K Z K Z K K -----一般取0.8； fz K -------应采用当保护1第Ⅰ段末端短路时可能出现的最小 值。如果遇到有助增电流或外汲电流的影响，系数fz K 取小。 2）躲开线路末端变电所变压器低压侧出口处短路时的阻抗值。 K K -----一般取0.7； fz K -------应采用当短路时可能出现的最小值。 计算后， 取以上两式中的较小一个，动作时限为下条线路一段配合，一般为0.5S 。 校验：灵敏度一般为≥1.25。
距离保护的Ⅲ段： 一般按躲开最小负荷阻抗来整定。 2.距离保护评价 1）可以在多电源复杂网络中保证动作的选择性。 2）距离Ⅰ段不能保护全长，两端合起来就是30%-40%的线路不能瞬时切除，须经0.5S 的延时才能切除，在220KV及以上电网中有时候是不满足稳定性要求的，不能作为主保护。 3）由于阻抗继电器同时反应于电压的减低和电流的增加而动作，它较电流、电压保护灵敏。 4）距离Ⅰ段的保护范围不受系统运行方式变化影响，其他两段影响也小，保护范围比较稳定。 5）距离保护接线复杂，可靠性比电流保护低。 3.距离保护逻辑框图；
20距离保护的整定计算实例
例3-1 在图3—48所示网络中，各线路均装有距离保护，试对其中保护1的相间短路保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段进行整定计算。已知线路 AB 的最大负荷电流350 max L =?I A,功率因数9 .0cos =? ， 各线路每公里阻抗Ω =4.01 Z /km ，阻抗角ο 70k =? ， 电动机的自起动系数1 ss =K ,正常时母线最低工作电压min MA ?U 取等于110 (9.0N N =U U kV )。 图3—48 网络接线图 解： 1.有关各元件阻抗值的计算 AB 线路的正序阻抗 Ω =?==12304.0L 1AB AB Z Z BC 线路的正序阻抗 Ω =?==24604.0L 1BC BC Z Z 变 压 器 的等值阻 抗 Ω =?=?=1.445 .311151005.10100%2 T 2T k T S U U Z
2．距离Ⅰ段的整定 (1) 动作 阻抗： Ω=?==2.101285.0rel 1.AB op Z K Z Ⅰ Ⅰ (2)动作时间：0 1 =Ⅰt s 3．距离Ⅱ段 (1)动作阻抗：按下列两个条件选择。 1)与相邻线路BC 的保护3(或保护5)的Ⅰ段配合 ) (min b rel rel 1.op BC AB Z K K Z K Z ?+=Ⅰ ⅡⅡ 式中，取8 .0,85.0rel rel ==ⅡⅠ K K ， min b ?K 为保护3的Ⅰ 段末端发生短路时对保护1而言的 图3-49 整定距离Ⅱ段时求min .jz K 的等值电路 最小分支系数，如图3-49所示，当保护3的Ⅰ段末端1 d 点短路时， 分支系数计算式为 215.112)15.01(B A B B A 12b ???? ? ??++=+?++== X Z X Z Z X X Z X I I K AB BC BC AB
距离保护整定计算 现以图2所示多电源电网为例,说明三段式距离保护1的整定计算方法。和方向电流保护一样,保护1、3、5为一组2、4、6为另一组,由于各自具有方向性,故只需在同一组保护间进行配合。 图2三段式距离保护整定计算说明图 (a)网络图例;(b)时限特性 保护动作阻抗Z act(一次动作阻抗)的整定计算 1.距离I段 为了保证选择性,保护1瞬时动作的距离I段动作阻抗应按躲过相邻下一元件首端(图 2中的K1、K2点)短路的条件选择,即Z act.1Ⅰ.=K rel Z1L AB 式中K rel—可靠系数,一般取0.8~0.85; Z1--线路每公里的正序阻抗。 按式Z act.1Ⅰ.=K rel Z1L AB整定的距离I段,不管系统运行方式如何变化,其保护范围不变,即保护线路全长的80%一85%,这是电流速断保护无法比拟的, 2、距离Ⅱ段 (1)保护1距离Ⅱ段应与相邻线路BC的距离I段的保护范围相配合,并引人分支系数,考虑助增(或汲出)电流对保护1距离Ⅱ段测量阻抗的影响,即Z act.1Ⅱ=K rel.(Z1L AB+K bar.BC Z act.3Ⅰ) 式中Z act.3Ⅰ一相邻线路保护3距离1段的动作阻抗:
K bar.BC—考虑助增(或线路BC汲出)电流对保护1而言的分支系数,应取可能的最小值K rel—可靠系数,一般取0.8. (2)对于图2(a)所示网络,因与线路AB相邻的还有降压变压器T,故保护1的距离Ⅱ段还应躲过线路末端降压变压器低压侧母线上(图2,a中的K3点)的短路,即Z act.1Ⅱ=K rel.T.(Z1L AB+K bar.T Z T.MIN) 式中Z T.MIN-变压器的最小等值阻抗: K bar.T考虑助增(或变压器汲出)电流对保护1而言的分支系数； K rel.T—与变压器配合的可靠系数,考虑到Z T.MIN有较大偏差,故取K rel.T≈0.7. 按式1和式2算出两个结果,取其中较小者作为Z act.1Ⅱ的整定值,此时t1Ⅱ=t3Ⅰ+△t=0.5s 保护1距离Ⅱ段应按被保护线路AB末端短路校验灵敏系数,即Ksen=Z act.1Ⅱ/Z1L AB>1.3-1.5若灵敏系数不满足要求,可改为与保护3的Ⅱ段配合,即Z act.1Ⅱ=K rel.(Z1L AB+K bar.BC Z act.3Ⅰ) 相应的t1Ⅱ=t3Ⅰ+△t 3.距离Ⅲ段 若采用阻抗继电器作为距离Ⅲ段的测量元件时,则动作阻抗应按躲过最小负荷阻抗整定,以保证正常运行情况下距离Ⅲ段不误动作,即Z act.1Ⅲ=Z L.min/K rel K r K ast 式中K rel可靠系数,取1.2-1,3: K r返回系数,取1.15-1.25 K ast-考虑电动机自起动时使电流增大、电压降低的自起动系数; Z L.min未考虑电动机自起动影响的最小负荷阻抗,其值可按下式计算Z L.min =0.9U rat.ph/I L.max 式中U rat.ph一电网的额定相电压: I L.max未考虑电动机自起动的最大负荷电流,