1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　電力系統(tǒng)的各種元件在運行中不可能一直保持正常狀態(tài)。因此，需要有專門的技術為電力系統(tǒng)建立一個安全保障體系，其中最重要的專門技術之一就是繼電保護技術。它可以按指定分區(qū)實時的檢測各種故障和不正常運行狀態(tài)，快速及時地采取故障隔離或告警等措施，以求最大限度地維持系統(tǒng)的穩(wěn)定，保持供電的連續(xù)性，保障人身的安全，防止或減輕設備的損壞。</

2、p><p>　　繼電保護裝置可視為由測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分等部分組成。對作用于跳閘的繼電保護裝置，在技術上有四個基本要求：選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。以上四個基本要求是分析研究繼電保護性能的基礎。在它們之間，既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一面。繼電保護的科學研究、設計、制造和運行的絕大部分工作也是圍繞著如何處理好這四個基本要求之間的辨證統(tǒng)一關系而進行的。</p><p>　　

3、本次課程設計以最常見的110KV電網(wǎng)線路保護設計為例進行分析設計，要求對整個電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)方面的課程有綜合的了解。特別是對繼電保護、電力系統(tǒng)、電路、發(fā)電廠的電氣部分有一定的研究。重點進行了電路的化簡，短路電流的求法，繼電保護中距離保護及整定的具體計算，及振蕩閉鎖有了更近一步的了解。</p><p><b>　　運行方式分析</b></p><p><b&

4、gt;　　2.1參數(shù)計算</b></p><p>　　E = 115/kV，X1.G1 = X2.G1 = X1.G2 = X2.G2 =5.3，</p><p>　　X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 8.1，</p><p>　　X1.T1 ~ X1.T4 =5.2 ，X0.T1 ~ X0.T4 =15.5，</p&

5、gt;<p>　　X1.T5 = X1.T6 =15.2，X0.T5 = X0.T6 =20.7，</p><p>　　LAB = 60km，LBC = 40km，線路阻抗z1 = z2 = 0.4/km，z0 = 1.2/km， </p><p>　　IAB.L.max = ICB.L.max = 300A，Kss = 1.2，Kre = 1.2，KIrel = 0.85，

6、KIIrel = 0.75</p><p>　　=60km， = =24Ω</p><p>　　=40km， = =16Ω</p><p>　　正序等值網(wǎng)絡如圖2.1所示</p><p>　　圖2.1 正序等值網(wǎng)絡</p><p>　　電力系統(tǒng)中，當電網(wǎng)運行狀態(tài)改變時，短路電流也會發(fā)生顯著的變化，對電力系統(tǒng)危害最大的是

7、短路故障，分為三相短路、兩相短路和單相短路。電力系統(tǒng)最大和最小運行方式大部分用在電力系統(tǒng)潮流、穩(wěn)定計算中。有文獻關于電力系統(tǒng)最大和最小運行方式描述如下：最大運行方式為投入運行的電源容量最大，系統(tǒng)的等效阻抗最小，發(fā)生故障時，短路電流為最大的運行方式；最小運行方式為投入運行的電源容量最小，系統(tǒng)的等效阻抗最大，發(fā)生故障時，短路電流為最小的運行方式。各種短路情況如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2各種短路情況&

8、lt;/p><p>　　2.2保護1的最大和最小運行方式</p><p>　　(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的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，而變壓器T1、T2都同時運行的運行方式，則</p><p>　　=(5.3+5.2)/2=5.25</p><p>　　式中為保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的最小阻抗。

9、</p><p>　　式中為流過保護1的最大短路電流。</p><p>　　(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</p><p>　　=5.3+5.2=10.5</p><p>　　式中為保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的最大阻

10、抗。</p><p>　　式中為流過保護1的最小短路電流。</p><p>　　2.3保護2的最大和最小運行方式</p><p>　　(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(fā)電機共同運行，則 </p><p><b>　　6.65</b></p><p&

11、gt;　　式中為流過保護2的最大短路電流。</p><p>　　(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，則</p><p><b>　　13.3</b></p><p>　　式中為流過保護2的最小短路電流。</p><p>　　2.4保護3

12、的最大和最小運行方式</p><p>　　(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(fā)電機共同運行，則</p><p><b>　　5.25</b></p><p>　　式中為流過保護3的最大短路電流。</p><p>　　(2) 保護3的最小運行方式分析。保護3的最小運行方

13、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</p><p><b>　　=10.5</b></p><p>　　式中為流過保護2的最小短路電流。</p><p>　　2.5保護4的最大和最小運行方式</p><p>　　(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

14、的電流最大即兩個發(fā)電機共同運行，而變壓器T5、T6都同時運行的運行方式，則</p><p><b>　　6.65</b></p><p>　　式中為流過保護3的最大短路電流。</p><p>　　(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

15、式，則</p><p><b>　　13.3</b></p><p>　　式中為流過保護4的最小短路電流。</p><p>　　距離保護的配置與整定</p><p>　　3.1保護1相間距離保護的配置和整定</p><p>　　(1)保護1距離保護第Ⅰ段整定</p><p&g

16、t;　　保護1的I段的整定阻抗為</p><p>　　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(shù)。</p><p><b>　　動作時間 </b></p><p>　　第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。</p><p>　　(2) 保護1距離保護第Ⅱ段整定&

17、lt;/p><p>　　整定阻抗：按下面兩個條件選擇。</p><p>　?、佼斉c相鄰下級線路距離保護I段相配合時，有，則</p><p>　　式中為保護3距離I段的整定阻抗；為被保護線路的長度。</p><p>　　式中為保護1距離II段的整定阻抗；為可靠系數(shù)。 </p><p>　?、诋斉c相鄰變壓器的快速保護相配合時，

18、有 ,有</p><p><b>　　靈敏度校驗 </b></p><p><b>　　不滿足靈敏度要求。</b></p><p>　　故應與保護3的段相配合。</p><p><b>　　保護1的段</b></p><p><b>　　靈敏度

19、校驗 </b></p><p><b>　　滿足靈敏度要求</b></p><p><b>　　動作時限</b></p><p>　　與相鄰線路保護3的段保護配合，它能同時滿足與相鄰保護以及與相鄰變壓器保護配合的要求。</p><p>　　(3) 保護1距離保護第Ⅲ段整定</p&g

20、t;<p>　　整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有</p><p>　　式中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。</p><p>　　式中為保護1距離III段的整定阻抗；為可靠系數(shù)。</p><p><b>　　取，，和，，于是</b></p><p><b

21、>　　靈敏度校驗 </b></p><p>　?、俦揪€路末端短路時靈敏系數(shù)：</p><p><b>　　滿足靈敏度要求。</b></p><p>　?、谙噜従€路末端短路時靈敏系數(shù)。</p><p>　?、巯噜徸儔浩髂┒硕搪窌r靈敏系數(shù),，，有</p><p>　　靈敏度校驗滿足要

22、求。</p><p><b>　　動作時限</b></p><p>　　與相鄰設備保護配合，它能同時滿足與相鄰線路保護和相鄰變壓器保護的配合要求。</p><p>　　3.2保護2相間距離保護的配置和整定</p><p>　?。?）保護2的I段的整定阻抗為</p><p>　　式中為保護2距離的I

23、段的整定阻抗。</p><p><b>　?。?）動作時限</b></p><p>　　第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。</p><p>　　(2) 保護2距離保護第Ⅲ段整定</p><p>　　整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有</p><p>　　式中最小負荷阻抗為正

24、常運行母線電壓的最低值，為被保護線路最大負荷電流。</p><p>　　式中為保護2距離III段的整定阻抗；為可靠系數(shù)。</p><p><b>　　取，，和，，于是</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　靈敏度校驗 </b></p

25、><p>　?、俦揪€路末端短路時靈敏系數(shù)：</p><p>　　靈敏度校驗滿足要求。</p><p><b>　　動作時限</b></p><p>　　3.3保護3相間距離保護的配置和整定</p><p>　　（1）保護3的I段的整定阻抗為 </p><p>　　式中為保護3距

26、離I段的整定阻抗；為被保護線路的長度。</p><p><b>　　動作時間 </b></p><p>　　第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。</p><p>　　(2) 保護3距離保護第Ⅲ段整定</p><p>　　整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有</p><p>　　

27、式中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。</p><p>　　式中為保護3距離III段的整定阻抗；為可靠系數(shù)。</p><p><b>　　取，，和，，于是</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　靈敏度校驗 </b

28、></p><p>　?、俦揪€路末端短路時靈敏系數(shù)：</p><p>　　靈敏度校驗滿足要求。</p><p><b>　　動作時限</b></p><p>　　3.4保護4相間距離保護的配置和整定</p><p>　　(1)保護4距離保護第Ⅰ段整定</p><p>

29、　　保護4的I段的整定阻抗為 </p><p>　　式中為保護4距離I段的整定阻抗。</p><p><b>　　動作時間 </b></p><p>　　第I段實際動作時間為保護裝置固有的動作時間。</p><p>　　(2) 保護4距離保護第Ⅱ段整定</p><p>　　整定阻抗：按下面兩個條件

30、選擇。</p><p>　　①當與相鄰下級線路距離保護I段相配合時，有，則</p><p>　　式中為保護4距離II段的整定阻抗；為可靠系數(shù)。 </p><p>　　②當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有 ,有</p><p><b>　　靈敏度校驗 </b></p><p><b>

31、　　不滿足靈敏度要求。</b></p><p>　　故應與保護2的段相配合。</p><p><b>　　保護4的段</b></p><p><b>　　靈敏度校驗 </b></p><p><b>　　滿足靈敏度要求</b></p><p>

32、;<b>　　動作時限</b></p><p>　　與相鄰線路保護2的段保護配合，它能同時滿足與相鄰保護以及與相鄰變壓器保護配合的要求。</p><p>　　(3) 保護4距離保護第Ⅲ段整定</p><p>　　整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有</p><p>　　式中最小負荷阻抗為正常運行母線電壓的最低

33、值，為被保護線路最大負荷電流。</p><p>　　式中為保護4距離III段的整定阻抗；為可靠系數(shù)。</p><p><b>　　取，，和，，于是</b></p><p><b>　　靈敏度校驗 </b></p><p>　?、俦揪€路末端短路時靈敏系數(shù)：</p><p>&l

34、t;b>　　滿足靈敏度要求。</b></p><p>　?、谙噜従€路末端短路時靈敏系數(shù)。</p><p>　?、巯噜徸儔浩髂┒硕搪窌r靈敏系數(shù),，，有</p><p>　　靈敏度校驗滿足要求。</p><p><b>　　動作時限</b></p><p>　　與相鄰設備保護配合，它

35、能同時滿足與相鄰線路保護和相鄰變壓器保護的配合要求。</p><p>　　3.5保護1、2、3、4的動作特性</p><p>　　3.5.1Ⅰ段動作特性如圖3.1</p><p>　　圖3.1Ⅰ段動作特性</p><p>　　3.5.2Ⅱ段動作特性如圖3.2</p><p>　　圖3.2Ⅱ段動作特性</p>

36、<p>　　3.5.3Ⅲ段動作特性如圖3.3</p><p>　　圖3.3Ⅲ段動作特性</p><p><b>　　振蕩閉鎖分析</b></p><p>　　并聯(lián)運行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠之間出現(xiàn)功率角大范圍周期勝變化的現(xiàn)象，稱為電力系統(tǒng)振蕩。電力系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)兩側等效電動勢間的夾角占可能在0度到360度范圍內作周期勝變化，從而使系

37、統(tǒng)中各點的電壓、線路電流、功率大小和方向以及距離保護的測量阻抗也都呈現(xiàn)周期性變化。這樣，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的失步振蕩時，功角在0~360之間變化，以上述這些量為測量對象的各種保護的測量元件，就有可能因系統(tǒng)振蕩而誤動作。電力系統(tǒng)的失步振蕩屬于嚴重的不正常運行狀態(tài)，而不是故障狀態(tài)，大多數(shù)情況下能夠通過自動裝置的調節(jié)自行恢復同步，或者在預定的地點由專門的振蕩解列裝置動作解開已經(jīng)失步的系統(tǒng)。如果在振蕩過程中繼電保護裝置無計劃地動作，切除了重要的

38、聯(lián)絡線，或斷開了電源和負荷，不僅不利于振蕩的白動恢復，而且還有可能使事故擴大，造成更為嚴重后果。所以在系統(tǒng)振蕩時，要采取必要的措施，防止保護因測量元件動作而誤動。這種用來防止系統(tǒng)振蕩時保護誤動的措施，就稱為振蕩閉鎖。</p><p>　　振蕩中心近似位于 =27.125Ω處兩側電源電壓幅值相等，則系統(tǒng)振蕩時測量阻抗的變化軌跡為一條直線</p><p>　　4.1保護1的振蕩閉鎖分析<

39、/p><p>　　（1）保護1的Ⅰ段保護 =20.4Ω，振蕩中心處于其范圍內，故其測量阻抗會受振蕩影響，可能會引起誤動，由于Ⅰ段保護為速斷保護，需要加振蕩閉鎖，防止其誤動</p><p>　　振蕩閉鎖措施可以采用電流的負序、零序分量或突變量來實現(xiàn)振蕩閉鎖。</p><p>　　在系統(tǒng)沒有故障時，距離保護一直處于閉鎖狀態(tài)，因為系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)處于三相對稱狀態(tài)，不會有零序分

40、量或負序分量，不會誤動作。</p><p>　?。?）保護1的Ⅱ段保護范圍也包含振蕩中心，也會受影響，須加振蕩閉鎖。</p><p>　　可以采用測量阻抗變化率不同構成振蕩閉鎖，在系統(tǒng)振蕩時，阻抗由線路阻抗緩慢變化到振蕩中心到保護安裝處的線路阻抗，變化率低，而短路時，阻抗發(fā)生突變，阻抗變化率高，可以采用一個高整定值阻抗元件和一個低阻抗元件，當阻抗從高變到低的時間很短就開放保護，反之閉鎖保護

41、。</p><p>　?。?）保護1的Ⅲ段保護范圍仍然包含振蕩中心，但其有1s的延時，而測量阻抗落入其動作區(qū)的時間很短，所以它不會誤動作。</p><p>　　4.2保護2的振蕩閉鎖分析</p><p>　　保護2的Ⅰ段距離保護，它保護范圍為線路AB的一部分，包含了振蕩中心，需要設置與保護1的Ⅰ段相同的振蕩閉鎖，以防止其誤動作。</p><p&g

42、t;　　4.3保護3的振蕩閉鎖分析</p><p>　　保護3的Ⅰ段距離保護，但其保護范圍為BC線路的一部分，不包含振蕩中心，無須設置振蕩閉鎖，但由于不同的系統(tǒng)運行方式，振蕩中心有可能轉移到BC段，故最好加上振蕩閉鎖環(huán)節(jié)，可以增強其通用性</p><p>　　4.4保護4的振蕩閉鎖分析</p><p>　?。?）保護4的1段保護的保護范圍為BC，不包含振蕩中心，不用

43、設置振蕩閉鎖環(huán)節(jié)，但為保持通用性，可以自帶振蕩閉鎖</p><p>　　（2）保護4的Ⅱ段保護包含BC全部和AB的一部分，可能會包含振蕩中心，需要同保護1的Ⅱ 段設置同樣的閉鎖保護裝置</p><p>　　（3）保護4的Ⅲ段保護雖然包含振蕩中心，但是其動作時限為1s比較長，而測量阻抗落入其動作范圍的時間短，不會引起誤動作，故不需要設置振蕩閉鎖。</p><p>&l

44、t;b>　　結論</b></p><p>　　根據(jù)上述的分析和實際運行的經(jīng)驗，對于距離保護有如下結論</p><p>　?。?）由于同時利用一了短路時電壓、電流的變化特征，通過測量故障阻抗來確定故障所處的范圍，保護區(qū)穩(wěn)定，靈敏度高，動作情況受電網(wǎng)運行方式變化的影響小，能夠在多側電源的高壓及超高壓復雜電力系統(tǒng)中應用。</p><p>　?。?）由于只

45、利用了線路一側短路時電壓、電流的變化特征，距離保護1段的整定范圍為線路全長的80%~85%，這樣在雙側電源線路中，有30%~40%的區(qū)域內故障時，只有一側的保護能無延時地動作，另一側保護需經(jīng)0.5s的延時后跳閘;在220k及以上電壓等級的網(wǎng)絡中，有時候不能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性對短路切除快速性的要求，因而，還應配備能夠全線快速切除故障的縱聯(lián)保護。</p><p>　　(3)距離保護的阻抗測量原理，除可以應用于輸電線路

46、的保護外，還可以應用于發(fā)電機、變壓器保護中，作為后備保護。</p><p>　　(4)相對于電流、電壓保護來說，距離保護的構成、接線和算法都比較復雜，裝置自身的可靠性稍差。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 張保會，尹項根. 電力系統(tǒng)繼電保護－2版. 北京：中國電力出版社，2009. 12</p&g

47、t;<p>　　[2]陳永芳.電力系統(tǒng)繼電保護與安全自動裝置整定計算. 北京:中國電力出版社 </p><p>　　[3]孫國凱.電力系統(tǒng)繼電保護原理. 北京:中國水利水電出版社,2002 </p><p>　　[4]何仰贊.溫增銀.電力系統(tǒng)分析（上、下）.武漢:華中科技大學出版社，2002 </p><p>　　[5]馮炳陽.輸電設備手冊[M] .北