1、某輸電線路距離保護設計方案1.1 輸電線路距離保護概述輸電線路距離保護是指利用阻抗元件來反應短路故障的保護裝置， 阻抗元件的阻 抗值是接入該元件的電壓與電流的比值， 也就是短路點至保護安裝處的阻抗值。 因線 路的阻抗值與距離成正比， 所以叫距離保護或阻抗保護。 系統在正常運行時， 不可能 總工作于最大運行方式下， 因此當運行方式變小時， 電流保護的保護圍將縮短， 靈敏 度降低；而距離保護測量的是短路點至保護安裝處的距離， 受系統運行方式影響較小， 保護圍穩定，常用于線路保護電力系統穩定運行主要有符合要求電網結構、 系統運行方式和電力系統繼電保護 來保證。 高壓及以上等級電網中， 繼電裝置可靠性

2、和速動性有雙重主保護來保證， 其 選擇性和靈敏性主要由相間接地故障后被保護延時段來保證。 距離保護是以距離測量 元件為基礎構成保護裝置， 稱阻抗保護。系統正常運行時， 保護裝置安裝處的電壓為 系統的額定電壓，電流負載電流，發生短路故障時，電壓降低、電流增大。因此，電 壓和電流比， 正常狀態和故障狀態有很大變化。 由于線路阻抗和距離成正比， 保護安 裝處的電壓與電流之比反映了保護安裝處到短路點的阻抗， 也反映保護安裝處到短路 點距離。所以按照距離遠近來確定保護動作時間，這樣就能有選擇地切除故障。當前微計算機硬件的更新和網絡化發展在計算機控制領域。單片機與DSP芯片二 者技術上的融合，主要體現在運

3、算能力的提高及嵌入式網絡通信芯片的出現和應用等 方面。這些發展使硬件設計更加方便。 高性價比使冗余設計成為可能， 為實現靈活化、 高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創造了條件。 硬件技術的不斷更新和微機保護設 計網絡化，將為距離保護的設計和發展帶來一種全新的理念和創新， 它會大大簡化硬 件設計、增強硬件的可靠性，使裝置真正具有了局部或整體升級的可能。1.2 本文研究容本次課程設計的主要是輸電線路的距離保護。計算和分析主要容是計算保護1距離保護I段、U段和川段整定值和靈敏度，計算靈敏度同時要注意每個保護的動作 時間要精確，上述工作完成后接下來對設計提出的系統震蕩和短路過渡電阻對系統的 影響進行相應

4、的計算分析， 并確定距離保護的圍， 并分析系統在最小運行方式下振蕩 時，保護1各段距離保護的動作情況。后用 MATLA仿真，驗證計算的正確性。第2章 輸電線路距離保護整定計算2.1距離I段整定計算距離I段動作阻抗的整定距離 I 段按躲開下一條線路出口處短路的原則整定ZoIp.1 K rIesZ AB 其中： KrIel 0.8計算相間距離保護第I段動作阻抗ZoIp.1 K rIes ZAB 0.8 0.4 30 9.6斷路器1、3、4QF處距離保護第I段的動作時間和靈敏度分別為:Iop1tIop3tIop4Isen1KIsen3KIsen4 80%確定動作時限: t=0S整定阻抗角與線路阻抗角

5、相等，保護區為被保護線路全長的80%。2.2距離口段整定計算距離 II 段與相鄰線路距離保護 I 段相配合，或躲開線路末端變電所變壓器低壓出口側出口處短路時的阻抗值整定。(1)與相鄰線路第I段配合動作阻抗為:Zop.1Krel ZABKrel Kb.min Zop.2K b.min :最小分支系數 K rel 0.8助增分支:KbZ sA maxZ ABZ sBminZsB min10 12 152.4715汲出系數為：1總的分支系數為：K bm.inKb助Kb汲2.47 12.47整定阻抗為：Zop.1KrelZAB K rel Kb.min Zop.2 °8 12 °.

6、8 2.47 15.2 39.64z"IIop.1 -靈敏度校驗：Ksen萬要求：1.31.5ABKsen業 更64 3.30滿足要求Zab 12(2)躲開線路末端變電所變壓器低壓出口側出口處短路時的阻抗值。動作阻抗為:zOP.1KrelZAB Krel Kb.min ZBKb.min :最小分支系數整定阻抗為:zOP.1K；|ZabKrel Kb.min Zb0.8 12 0.8 2.47 38.5 85.68靈敏度校驗:K IIsenK IIsenzII也2 要求：1.31.5ZAB85B8714滿足要求12 'zIIzop.1IZab段整定值取上述兩項中較小值。整定阻抗

7、為：zop.1K；|ZabKrel Kb.minZOp.20.8 12 0.8 2.47 16.7242.64相間距離II整定時間為：t=0.5S2.3距離川段整定計算(1)按躲過最小負荷阻抗整定動作阻抗為：zIIIset.1z0.9Ue.xZ fh .minI fh.max整定阻抗為：zIIIz set. 1Z fh.minzmz fh . minK K Krel re ss0.9 115 170.730.35 3Z fh.minK m K Krel re ss0.9Ue.x' 3I fh.max上乩78.881.2 1.5 1.2(2)靈敏度校驗近后備時：KSenIII遠后備時：K

8、senIIIop.178.88Z AB z III 12Zop.1ZAB作為線路BC遠后備時：KS；n作為變壓器遠后備時：KS；n6.57IIIop. 11.3滿足要求Z AB Kb，maxZBCzOP.iZ AB K b.max ZB78.8812 1 15.278.8812 1 38.52.9 1.2滿足要求1.561.2滿足要求動作時間:toP1toP73 t 1 1.5 2.5S2.4系統振蕩和短路過渡電阻影響分析系統震蕩特性系統振蕩時，系統中各發電機電勢間的相角差隨時間作周期性變化， 從而使系統 中各點電壓，線路電流以及距離保護的測量阻抗也將發生周期性變化， 可能導致距離 保護的誤動

9、作。但通常系統振蕩若干周期后，多數情況下能自行恢復同步，若此時保 護誤動，勢必造成不良后果，因而使不允許的。（1）對系統振蕩電壓，電流的變化規律幾點假設： .全相振蕩時，系統三相對稱，故可只取一相分析； .兩側電源電勢Em和En電勢相等，相角差為 （0360 ）； .系統中各元件阻抗角均相等，以 d表示； 不考慮負荷電流的影響，不考慮振蕩同時發生短路。電流：IE M E NZM Z L Z NEm (1 ej )Z2Em .Sin Z 2振蕩電流的有效值隨變化（包絡線）U ME MI ZmU NEnI ZnEm弋.zOn/ En電壓:系統中總有一點的電壓為最低，其值為由0向Em En相量所做的

10、垂線的長度,該點則稱為振蕩中心，以z表示。當Em En且系統中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統縱向阻抗的中點(即乞處)2當 180時，Uz 0，I最大，相當于在線路z點發生三相短路。 振蕩周期：電壓的一個最大值到下一個最大值所經歷的時間，一般發生在 0.252.5s 的圍。(2)系統振蕩時測量阻抗時測量阻抗的變化規律。M側：Zj.mI ZmZZm廠 Zm1 e因為1ej1 jctgZ所以Zj.mZmZZ( Zm) jctg?Zm)Z(1180 , ctg 0，ZJ Z2360 , ctg，zj(Z2Zm)可見，當 變化，Zj幅值變化，阻抗角亦變化系統振蕩時時距離保護的影響:當測量阻抗

11、進入特性圓,阻抗繼電器就要誤動。全阻抗繼電器誤動的相角方向阻抗繼電器誤動的相角32t2 丄T360因為T= 0.252.5之間，所以気1.5S就可躲振蕩的影響。(3)當Em En且系統中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統縱向阻抗的中點(即處)2則乙Z 18.12短路過渡電阻影響分析過渡電阻的性質：d(3),d電弧電阻d(1,1),d電弧電阻，桿塔電阻，電阻ClR g J I i dZd一IU J I d Rg I d ZdI dZj J - Zd rRg Zd ZfIJI dI dI 其中乙為附加阻抗，Zf 也Rgej ,口為I d超前Id的角度。I dII討論：.I d 0 ,單側電

12、源網絡II d I d,Zf Rg純電阻性，Zj增大。II.Id 0.雙側電源網絡受電側a >0, Zf電阻電感性，Zf電抗部分增大。送電側a <0, Zf電阻電容性，Zf電抗部分減小。依設計要求，當距保護1出口 20km處發生帶過渡電阻Rarc=12Q的相間短路時,觀察保護1的三段式距離保護將作出的反應（設 B母線上電源開路）。則可將系統視作單側電源網絡Zj Zd Zf 8.8 1220.81、相間距離保護I段：由于乙20.8zOp.1所以相間距離保護I段不動作。2、相間距離保護II段：由于乙20.8Z0P.1所以相間距離保護II段動作。3、相間距離保護II段：由于乙20.8Z0

13、P.1所以相間距離保護 III 段動作第 3章 距離保護原理圖的與動作過程分析3.1 保護 1 各段距離保護的動作過程系統在最小運行方式下振蕩時，保護 1 各段距離保護的動作情況如下：1、相間距離保護 I 段： 由于 ZJ 18.1 ZoIp.1 所以相間距離保護 I 段不動作。2、相間距離保護 II 段： 由于 ZJ 18.1 ZoIIp.1 t=0.5S<1.5S 所以相間距離保護 II 段動作。3、相間距離保護 II 段： 由于 ZJ 18.1 ZoIIpI.1 t=2.5S>1.5S 所以相間距離保護 III 段不動作。3.2 三段式距離保護的原理框圖三段式距離保護的原理框

14、圖如圖 3.1 。圖3.1三段式距離保護的原理框圖第4章MATLAB!模仿真分析4.1距離保護MATLAB!模目前電子計算機已廣泛應用于電力系統的分析計算。MATLAB是一種交互式、面向對象的程序設計語言， 廣泛應用于工業界與學術界， 主要用于矩陣運算， 同時在數 值分析、自動控制模擬、數字信號處理、動態分析、繪圖等方面也具有強大的功能， 其程序設計語言結構完整， 且具有優良的移植性， 它的基本數據元素是不需要定義的 數組。它可以高效率地解決工業計算問題，特別是關于矩陣和矢量的計算。MATLAB設計中，原始數據的填寫格式是很關鍵的一個環節， 它與程序使用的方便性和靈活性 有著直接的關系。 原始

15、數據輸入格式的設計， 主要應從使用的角度出發， 原則是簡單 明了，便于修改。作為強大的計算平臺，MATLAB集數值計算、符號運算及圖形處理等強大功能于 一身，它幾乎可以滿足所有的計算要求。另外，MATLAB還針對許功能強大的模塊集或工具箱，如電力系統仿真工具箱等。一般說來，用戶可以直接使用工具箱足學習、 應用和評估不同的模型而不需要自己編寫代碼。 當今社會高性能、 低成本以及生產和 更新換代周期短已經成為現代企業對產品設計的最基本要求， 模塊化、模型化以及動 態仿真是產品設計者對設計工具的最基本要求，而MATLAB的Simulink就是可以完全滿足要求的幾個工具軟件之一。本次課程設計在斷路器處

16、安裝保護及啟動原件， 保護模塊經封裝成子系統， 其輸 入信號為電壓電流測量值和由啟動元件發出的投切信號， 輸入信號送至斷路器的控制 端，以控制斷路器的開合狀態。信號 1 表示合閘，斷路器的初始狀態為合閘。氣動元 件是通過負序電流來判別系統是否發生故障， 只有當故障發生時才能將整套保護模塊 迅速投入工作。 使用元件庫中的故障模塊進行故障點的設置， 可以方便的設置故障類 型以及故障點起始時刻。 為了簡化系統， 線路只有電感， 總長為 120km。 Three-PhauseV-lmeasurement 模塊充當了由 SimPowerSystem系統到 Simulink 系統 的接口，相當于實際的電流

17、和電壓互感器。 Three-Phause Fault 模塊可以模擬三相 的各種故障， 當設定某種故障時， 運行仿真可以得到短路電流和短路電壓， 這是其他 元件需要的數據， 先經過一個三相濾波器消除衰減的直流分量。 整個系統通過設定不 同的整定值來得到不同的保護圍， 因此可以將三個整定值不同的距離保護模塊以及延 時模塊組成三段式距離保護， 實現本線路的主保護和下級線路的后備保護。 最后再設 計一個啟動原件來控制三段式距離保護的投切。輸電線路距離保護的MATLA仿真電路圖如圖4.1所示圖4.1輸電線路距離保護的仿真電路圖4.2距離保護仿真波形及分析正常狀態下的波形圖如圖4.2所示，此時的波形是電壓

18、時三相對稱，相角互差120度的波形。圖4.2正常狀態下時系統的電壓波形圖系統發生設計中的線路故障時的各相電壓波形如圖 4.3和圖4.4所示。由于故障 仿真屬于暫態，故此時仿真起止時間為 0-0.5S，故障的其實時刻為0.01s,。改變故 障類型仿真得到如下結論：接地距離保護對于圍的相間短路不會動作， 并且各段中的 相間距離保護對于保護圍的單相接地故障也不會動作。圖4.3故障線路的相間電壓波形圖4.4故障線路的相間電流波形線路兩相接地故障時的電壓波形圖如圖 4.5所示。線路兩相接地故障時的電壓波 形圖反映了系統發生兩相接地故障的過程中， 故障線路的電壓變化，根據系統的發生 故障后電流電壓的變化，

19、發現距離保護能夠反映保護圍的各種相間故障和接地故障，實現了本線路保護和后一級級線路的后備保護。仿真結果表明，所建立的保護模型具 有實時性和正確性，符合上文的計算結論11圖4.5線路兩相接地故障時的電壓波形圖第 5章 課程設計總結本文要求設計輸電線路的距離保護。 這對電力系統的穩定性至關重要。 系統在正 常運行時， 不可能總工作于最大運行方式下， 因此當運行方式變小時， 電流保護的保 護圍將縮短， 靈敏度降低；而距離保護測量的是短路點至保護安裝處的距離， 受系統 運行方式影響較小，保護圍穩定因此常用于線路保護。這次設計的主要目標是針對系統的接線圖和提出的相應問題， 計算出保護 1 距離 保護I段、U段和川段的整定值和靈敏度，在計算靈敏度的同時要注意的問題就是每 個保護的動作時間要計算準確， 這對后續的計算至關重要。 靈敏度的計算同時也是很 重要的一環， 這能影響到計算所得的靈敏度是否滿足系統的要求。