閙雊了沒侑
1、 距离保护Ⅰ段的保护范围为线路全长的80~85%，即线路AB段的80~85%。
Ⅰ 动作阻抗为ZOP1=(0.80~0.85)ZAB，瞬时动作。
动作过程：当故障点位于距离保护Ⅰ段范围内时，测量阻抗ZM小于动作Ⅰ 阻抗ZOP1，保护1动作跳闸，切除故障。
2、 距离保护Ⅱ段的保护范围为AB段的全长，并延伸至BC段但不超出保护2的距离保护Ⅰ段保护的范围（保护2距离Ⅰ段的保护范围为保护2本线路的80~85%，因此保护1距离保护Ⅱ段的保护范围小于AB+80~85%BC），因此保护
Ⅱ 1距离Ⅱ段的动作阻抗ZOP1小于(ZAB+ZⅠOP2)，动作时间大于距离保护Ⅰ
段。距离保护Ⅱ段是为了保护距离保护Ⅰ段保护范围之外的15%~20%的线路及作为距离保护Ⅰ段的后备保护。
动作过程：
（1）当故障点位于AB段距离保护Ⅰ段范围之外时（即距离保护Ⅰ段保护范围之外的15%~20%AB），测量阻抗ZM大于保护1的距离Ⅰ段动作阻抗，保护1的距离保护Ⅰ段不动作。保护2的距离Ⅰ段保护范围为本线路的80~85%，故障点也不在保护2的保护范围内，因此保护2也不动作。由上距离保护Ⅱ段的保护范围可知，故障点位于该保护范围内。因此，当该点发生故障时，保护1的距离保护Ⅰ段不动作，经过保护1的距离保护Ⅱ段动作整定时间，保护动作切除故障。
（2）当故障点位于保护2本线路80~85%范围内时，保护2测量阻抗
ZM小于保护2距离保护Ⅰ段动作阻抗ZⅠOP2,保护2动作跳闸，切除故障。虽
然故障点也可能位于保护1距离保护Ⅱ段的范围内，但是其动作时间大于保护
2距离保护Ⅰ段的动作时间，距离保护Ⅰ段是瞬时动作的。因此保护2距离保护Ⅰ段先动作，保护1距离保护Ⅱ段不动作。
3、 距离保护Ⅲ段作为下一线路的保护和本线路主保护的后备保护，动作阻抗
应小于线路最小负荷阻抗，动作时间大于本线路及相邻线路保护动作的最大时间。即当距离保护Ⅰ、Ⅱ段在故障时均不动作，距离保护Ⅲ段作为后备保护动作跳闸，切除故障。
三段式相间距离保护）
继电保护科技论文
三峡电力职业学院 电力系统继电保护 期末考试
项目 分 数 签 名 院 、 系
知识点答 辩成绩 专 业
课程设计 论文成绩 学 号
论文名称
总 分
姓 名
评阅教师签字:
(试卷为论文、设计图、报告的在给出成绩的同时须由评阅人写出评语)
试 卷 评 语
评阅教师签字:
年 月 日
继电保护科技论文
三段式相间距离保护
姚杰卿
三峡电力职业学院
新能源工程学院
发电厂及电力系统专业
20103097班
2010309736号
摘 要:为避免电力系统运行方式和接线形式的影响，同时可适用于35KV及以上的输电线路中，研究人员提出了距离保护的继电保护方式。以相间距离保护为例，在规定的整定原则下，进行了距离三段的整定，同时验证了灵敏性，做出了比较合理的方案。 关键词:继电保护 距离保护 整定计算 设备选择 接线方式 优缺点
0 引言:
继电保护中的电流电压保护常常因系统运行方式和接线方式的影响而失去灵敏性和可靠性，并且适用的电压等级较低，一般为35KV及以下的配电线路中。为克服以上因素的影响，提出了距离保护的保护方式。距离保护是根据保护安装处到短路点之间的阻抗大小及方向为原理的一种保护方式。
现如今，可用微机来实现这种保护方式，故障发生时可更快反应故障类型并快速地切除故障，速动性和灵敏性都得到了大的提高。
本文，仅以距离保护的原理为基础进行分析计算，意在说明此保护方式的优缺点和适用范围。
1 三段式相间距离保护整定计算
如图:
双侧电源网络，电压等级为115KV，AB线路的最大负荷电流为350A，线路电抗为0.4Ω/km，母线最小工作电压Uw.min=0.9UN;可靠系数分别为:,,,,,,KKK==0.8，=0.7。其中QF3的动作时限为0.5s，时限级差为0.5s。 relrelrel
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1.1距离?段
AB为整为了避免BC线路首端发生相间短路而使保护1误动，因此不能以Z定值，应以躲过AB线路末端发生相间短路为原则进行整定。
,,即Z=K×ZAB=16.0Ω relset.1
,动作时限:0s ,T1
由整定值可知，?段保护仅能保护本线路的80%，为保护本线路全长，应设距离?段保护。
1.2距离?段
考虑要可靠保护本线路全长，应与BC线路的距离?段相配合，为避免误动，应在动作时限上比BC线路的距离?段时限多出一个时限?t。
,,,,,ZKZ即=×(ZAB +)31.36Ω ,set.2relset.1
,,,动作时限:=+?t (?t一般取1s-1.2s之间的数值) TT21
,,Z.1set灵敏度校验:Ksen=1.56,1.25(满足灵敏性) ,ZAB
至此，距离?段和距离?段整定完毕，?段和?段可构成距离保护的主保护来保护AB线路全长。但当主保护拒动时为满足可靠性，应设距离?断保护。
1.3距离?断
为满足可靠性和灵敏性，距离?段以躲过本线路最小负荷阻抗为原则来进行整定。
,,,,,,ZK即=× Zrelset.1LAB.min
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,,,所以122Ω Z,set.1
网络图为双侧电源网络，进行时限确定时可以舍去E2电源来考虑。因为QF3
,,,的动作时限为0.5s，时限级差为0.5s，因此=0.5×3=1.5s T1
,,,Z.1set灵敏度校验:Ksen(近后备)==6.1,1.3~1.5(满足灵敏性) ZAB
,,,Z.1setKsen(远后备)==2.7,1.2(满足灵敏性) Z，ZABBC
至此距离?、?、?段组合就是完整的一个距离保护方式。
2 保护设备的选择
2.1距离保护的设备构成图
启动元件
信号
跳闸
震荡闭锁
断线
由上图可知，构成完整的距离保护必须有启动元件、方向元件(阻抗继电器)、时间继电器，为防止保护装置误动，还必须有震荡闭锁装置和TV断线闭锁装置。
阻抗继电器的选择要根据具体的网络图进行分析:
双侧电源网络中为防止E1电源出口处发生相间短路，即反向故障，保护1误动。鉴于此考虑?、?两段保护均采用方向阻抗继电器。但方向阻抗继电器存在电压死区，因此从电压死区和方向性双方面考虑，距离三段宜使用偏移特性阻抗继电器。
这样选择，既能防止发生反向故障时保护误动也能防止遇到电压死区保护拒
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动。
但如果把经济因素也考虑在内，可以选择?段使用全阻抗继电器，?段使用方向阻抗继电器，?段使用偏移特性阻抗继电器，这样可以节省成本。
3 接线方式
距离保护的接线方式主要反应与阻抗继电器的接线方式。
3.1对阻抗继电器接线方式的要求
(1)阻抗继电器的测量阻抗要正比于保护安装处到短路点的阻抗。
(2)阻抗继电器的测量阻抗要与故障类型无关，不论发生何种故障均能动作。
(3)阻抗继电器的测量阻抗应不受短路故障点过渡电阻的影响。
3.2接线方式的选择
本文讨论的是相间故障，针对于此种故障有0?、30?两种接线形式，如下表所示: 表3-1 阻抗继电器的常用接线方式
，，，，UUUU000Y接线方式ΔΔΔ，，0，，,30，，30，，，，，，IK3I,IIIY0ΔYY
继电器，，，，，，，，UIUIIIUUJJJJJJJJ
，，，，，，，，，，I,IJUUUI，K3I,IUIAB1ABABABA0BAA
，，，，，，，，，，JI，K3IUI,IU,IUIUB02BCBCBCCBCBB
，，，，，，，，，，JI，K3IUI,IUUUI,IC03CACACACACCA
现将两种接线形式分析如下:
,03.2.1反应相间短路阻抗继电器的接线
，，3EdZ
L
1、三相短路 图3-31 三相短路测量阻抗分析
J1以为例分析之。设短路点至保护安装地点之间的距离为L千米，线路每
，Z,U1AB千米的正序阻抗为，则保护安装地点的电压应为
，，，，，，，U,U,U,IZL,IZL,(I,I)ZLABABA1B1AB1
此时，阻抗继电器的测量阻抗为
，U，，3ABZ,,ZLJ11，，I,IAB
结论:在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点
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之间的正序阻抗，三个继电器均能正确动作。
2(两相短路
如图3-32所示，设以AB两相短路为例，分析此时三个阻抗继电器的测量阻
J1抗。对而言
，，2EZdAB
L
，，，，，U,IZL,IZL,(I,I)ZL图3-32 两相短路测量阻抗分析ABA1B1AB1
则
，U(2)ABZ,,ZLJ11，，I,IAB
JJJ312结论:与三相短路时的测量阻抗相同。因此，能正确动作，和不会动作。
JJZL321同理，在BC或CA两相短路时，相应地分别有和能准确测量出而正确动作。
一般为了能正确反映保护安装处到短路点之间的距离，必须加入相间电压和
?接线方式，同名相的两相电流差。采用线电压和两相电流差的接线方式称为0
.
UUABABABr即接入电压=，则接入电流I=I-I,采用这种接线方式，当在同一地点发生各种相间短路时，测量阻抗都相等。而采用30?接线方式时，在线路同一地点发生不同类型相间短路故障，不仅测量阻抗数值不同，而且相位也不同。因此，30?接线方式阻抗继电器一般不适用做测量元件而适合用做启动元件，但
,,1在送电端可采用-30?接线，在受电端可采用+30?接线方式。
由以上分析可知，相间距离保护采用0?接线方式均满足阻抗继电器接线方式的要求。
4 结语
本文针对于具体的双侧电源网络图做出了相应的整定计算，设备的选择和接线方式的选择。通过这三方面的具体分析可以让读者大致了解距离保护的保护原理和其他保护相比的优缺点。
距离保护中所用的主要装置是阻抗继电器，该装置可根据其端子上所加的电流和电压测知保护安装处到短路点间的阻抗，即测量阻抗Zm，当短路点至保护安装处近时Zm小，动作时限短，反之动作时限长，这样就保证了选择性。这是和电流保护相比的一个区别，一般电流保护电流值一旦超出整定值就动作了。距离保护动作是由距离所定，受系统运行方式的影响较小，因此可满足可靠性。距离
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保护的动作时限T与短路点到保护安装处的距离L的关系为T=F(L)，此为距离保护的时限特性。为满足速动性、选择性、灵敏性的要求目前广泛采用三段式动作范围的时限特性。其中?、?、?段能在任何形状的电网中保证选择性，比电流、电压保护灵敏性要高出很多。
但不可否认，由于科技水平有限，距离保护本身也有一定的缺陷。如不能实现全线速动，接线复杂，维护较为冗繁。
据以上分析可作出以下结论:
对于电流保护等其他保护形式的分析方法和整定计算与以上类似。
对于不要求全线速动的线路，距离保护可以作为主保护，否则可以作为相间
,,2或者接地故障的后备保护。
5 致谢
感谢王俊老师教授继电保护知识，使我能够顺利写出本文，间接地为本文做出了很大的贡献。
参考文献:
,,1:贺家李，宋从矩等，阻抗继电器的接线方式及多相补偿式阻抗继电器.电力系统继电保护原理，2004(增订版):96-110.
,,2:贺家里，宋从矩等，距离保护的评价.电力系统继电保护原理，2004(增订版):117-120.
三段式距离保护设计
继电保护课程设计
院系名称： 电气工程学院 专业班级： 电气F1302 学生姓名： 学 号：
题 目: 三段式距离保护设计
电力系统继电保护 课程设计任务书
目录
1.设计题目及资料.................................................... 2
1.1具体题目..................................................... 2
1.2完成内容..................................................... 2
2分析课题设计内容 .................................................. 2
2.1设计规程..................................................... 2
2.2保护配置..................................................... 3
2.2.1主保护配置 ............................................. 3
2.2.2后备保护配置 ........................................... 4
3路电流及残压计算 .................................................. 4
3.1等效电路的建立............................................... 4
3.2保护短路点的选取............................................. 5
3.3短路电流的计算............................................... 5
3.3.1最大运行方式短路电流计算 ............................... 5
3.3.2最小运行方式短路电流计算 ............................... 5
4保护的配合及整定计算 .............................................. 6
4.1保护4距离保护的整定与校验................................... 6
4.1.1保护4距离保护第I段整定 ............................... 6
4.1.2保护4距离保护第II段整定 .............................. 6
4.1.3保护4距离保护第III段整定： ........................... 7
5继电保护设备选择 .................................................. 8
5.1互感器的选择................................................. 8
5.1.1电流互感器的选择 ....................................... 8
5.1.2电压互感器的选择 ...................................... 10
5.2继电器的选择................................................ 11
5.2.1按使用环境选型 ........................................ 11
5.2.2按输入信号不同确定继电器种类 .......................... 11
5.2.3输入参量的选定 ........................................ 11
5.2.4根据负载情况选择继电器触点的种类和容量 ................ 11
6二次展开图的绘制 ................................................. 12
6.1保护测量回路................................................ 12
6.1.1 绝对值比较原理的实现.................................. 12
6.2保护跳闸回路................................................ 14
6.2.1 起动回路.............................................. 14
6.2.2 测量回路.............................................. 15
6.2.3逻辑回路 .............................................. 15
7对距离保护的评价 ................................................. 15
8设计心得 ......................................................... 16
参 考 文 献........................................................ 16
1.设计题目及资料
1.1具体题目
G
G243
T56
发电机以发－变组接入系统，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，T5和T6可能运行1台或2台。参数为：UN=115KV、X1G1=X1G2=15Ω，X1G3=X1G4=10Ω，X1T1=X1T2=X1T3=X1T4=10Ω，X1T5=X1T6=20Ω，X0T5=X0T6=40Ω，X0T1=X0T2=X0T3=X0T4=30Ω，LA-B=60km，LB-C=40km，X1=X2=0.4Ω/km,X0=1.2Ω/km，线路阻抗角φ为75°，IA-BLmax=IC-BLmax=300A，负荷功率因数角为30°，Kss=1.2，Kre=1.2，K
请对4进行距离保护设计。 Ⅰrel=0.85，KⅡrel=0.75。变压器均装有快速差动保护，
1.2完成内容
我们要完成的内容是实现对线路的距离保护。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分析课题设计内容
2.1设计规程
在距离保护中应满足一下四个要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。这几个之间，紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力原件的继电保护。充分发挥和利用继电保护的科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性发挥最大效能。
可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能的最根本要求。所谓安全性，是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。所谓信赖性，
是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。安全性和信赖性主要取决于保护装置本身的制造质量、保护回路的连接和运行维护的水平。一般而言，保护装置的组成原件质量越高、回路接线越简单，保护的工作就越可靠。同时，正确的调试、整定，良好的运行维护以及丰富的运行经验，对于提高保护的可靠性具有重要作用。
继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度的保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它包含两种意思：其一是只应有装在故障元件上的保护装置动作切除故障；其二是要力争相邻原件的保护装置对它起后备保护作用。
继电保护的速动性是指尽可能快的切出故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。动作迅速而又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格比较昂贵，对大量的中、低压电力原件，不一定都采用高速动作的保护。对保护速动性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格比较昂贵，对大量的中、低压电力原件的具体情况，经技术经济比较后确定。
继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在规定的保护范围内部故障时，在系统任意的运行条件下，无论短路点的位置、短路的类型如何以及短路点是否有过渡电阻，当发生短路时都能敏锐感觉、正确反应。灵敏性通常用灵敏系数或灵敏度来衡量，增大灵敏度，增加了保护动作的信赖性，但有时与安全性相矛盾。对各类保护的的灵敏系数的要求都作了具体规定，一般要求灵敏系数在1.2~2之间。
以上四个基本要求是评价和研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾的一面，又要根据被保护原件在电力系统中的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到统一。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行的。相同原理的保护装置在电力系统不同位置安装时如何配置相应的继电保护，才能最大限度地发挥被保护电力系统的运行效能，充分体现着继电保护工作的科学性和继电保护工程实践的技术性。
2.2保护配置
2.2.1主保护配置
距离保护的主保护是距离保护Ⅰ段和距离保护Ⅱ段。
（1）距离保护第Ⅰ段
距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的，是保护本身的固有动作时间。以保护2为例，其第Ⅰ段保护本应保护线路A-B全长，即保护范围为全长的100％，然而实际上却是不可能的，因为当线路B-C出口处短路时，保护2第Ⅰ段不应动作，为此，其启动阻抗的整定值必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗ZAB,整定阻抗Zset<>
Kk，（一般取0.8～0.85），则
Zset=(0.8~0.85)ZAB 同理对保护1的第Ⅰ段整定值应为
'ZdZ（0.8～0.85）ZBC 1=
如此整定后，距离Ⅰ段就只能保护本线路全长的80％～85％，这是一个严重缺点。为了切除本线路末端15％～20％范围以内的故障，就需设置距离保护第Ⅱ段。
（2）距离保护第Ⅱ段
距离Ⅱ段整定值的选择是类似于限时电流速断的，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。例如在图1-1单侧电源网咯中，当保护1第Ⅰ段末端短路时，保护2的测量阻抗Z2为 'Z2=ZAB+ZdZ1 引入可靠系数Kk，保护2的启动阻抗为
'' ZdZ=K(Z+Z（0.8～0.85）ZBC］2kABdZ1)=0.8［ZAB+ 距离Ⅰ段与Ⅱ段联合工作构成本线路的主保护。
2.2.2后备保护配置
距离保护第Ⅲ段，装设距离保护第Ⅲ段是为了作为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为Ⅰ、Ⅱ段的后备保护。
对距离Ⅲ段整定值的考虑是与过电流保护相似的，其启动阻抗要按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来选择，而动作时限应使其比距离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路电流及残压计算
3.1等效电路的建立
由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式下各线路未端短路的情况,最小运行方式下各线路未端短路的情况。
3.2保护短路点的选取
本设计中主要考虑母线、线路末端的短路故障。
3.3短路电流的计算
电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能，因此，在对继电保护进行整定计算之前，首先应该分析运行方式。在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大，对继电保护而言称为最大运行方式，对应的系统等值阻抗最小；在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小，对继电保护而言称为最小运行方式，对应的系统等值阻抗最大。需要着重说明的是，继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。
3.3.1最大运行方式短路电流计算
保护4的最大运行方式分析。保护4的最大运行方式就是指流过保护4的电流最大即两个发电机共同运行，而变压器T5、T6两个都同时运行的运行方式，则 11Zs.min=?(X1.G3+X1.T3)=?(10+10)=10(Ω) 22
Ik.4.max=E?
Zs.min+ZBC==2.554(kA)
式中Ik.4.max为流过保护3的最大短路电流。
3.3.2最小运行方式短路电流计算
保护4的最小运行方式分析。保护4的最小运行方式就是指流过保护4的电流最小即是在G3和G4只有一个工作，变压器T3、T4两个中有一个工作时的运行方式，则
Zs.max=(X1.G3+X1.T3)=(10+10)=20(Ω) Ik.4.min=E?==1.042(kA) Zs.max+ZBC
式中Ik.4.min为流过保护4的最小短路电流。
4保护的配合及整定计算
4.1保护4距离保护的整定与校验
4.1.1保护4距离保护第I段整定
（1）保护4的I段的整定阻抗为
IIZset=K.4relz1LB-C=0.85?0.4?40=13.6(Ω)
I式中Zset.4为保护4距离I段的整定阻抗。
（2）动作时间
It4=0(s)
第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间。
4.1.2保护4距离保护第II段整定
（1）整定阻抗：按下面两个条件选择。
①当与相邻下级线路距离保护I段配合时，K4b.max=2.26，K4b.min=1.41，有
IIIIIZset.4=Krel(ZBC+K4b?minZset.2)=0.75(16+1.41?20.4)=33.573(Ω)
II式中Zset.4为保护4距离II段的整定阻抗。
②当与相邻变压器的快速保护相配合时，K4b.max=1.99，K4b.min=1.53，Zt=20Ω，有
IIIIZset.4=Krel(ZBC+K4b?minZt)=0.75(16+1.53?20)=34.95(Ω)
II所以取Zset.4=33.573Ω。
（2）灵敏度校验
满足灵敏度要求。
（3）动作时限
IIIt4=t2+?t=0.5(s) KsenIIZset33.573.4===2.1>1.25 ZBC16
与相邻保护2的I段配合，它能同时满足与相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。
4.1.3保护4距离保护第III段整定：
（1）整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有
ZL?min U=L.min==190.53(Ω) IL.maxZL.min KrelKssKrecos(?set-?L) IIIZset.4=
III式中Zset.4为保护4距离III段的整定阻抗。
oo取Krel=0.83，Krel=1.2，Kre=1.2和?set=75，?L=30,于是 IIIZset.4= 190.53=155.93(Ω) 1.2*1.2*1.2*cos(75 -30 )
（2）灵敏度校验
①本线路末端短路时灵敏系数为
满足灵敏度要求。
②相邻线路末端短路时灵敏系数。经分析可得
K4b=1+1
+??[+(1+)(1+)X34.0+XBC031+34.1AC1X12.0X12.0X34.0+XBC0X12.1Ksen(1)IIIZset155.93.4===9.74>1.5 ZBC16
当X12.1、X56.0、分别取最小值，而X34.1、X12.0、X34.0分别取最大值时，K4b就
=12.Ω5，X56.0min=20Ω，X34.1max=20Ω，取最大值，即当X12.1min
X12.0max=30Ω，X34.0max=30Ω，Znext=ZAB=24，有 K4b.max=1+1
2021207220+??[+(1+)(1+30+4831+303030+48
12.5=2.21 Ksen(2)IIIZset155.93.4===2.26>1.2 ZBC+K4b.maxZnext16+2.21?24
灵敏度校验满足要求。
③相邻变压器末端短路时灵敏系数。此时Znext=20Ω，有 Ksen(2)IIIZset155.93.4===2.79>1.2 ZBC+K4b.maxZnext16+1.99?20
灵敏度校验满足要求。
（3）动作时限
IIIIIIt4=t2+?t=0.5+0.5=1(s)
与相邻设备保护配合有它能同时满足与相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。
5继电保护设备选择
5.1互感器的选择
互感器分为电流互感器TA和电压互感器TV，它们既是电力系统中一次系统与二次系统间的联络元件，同时也是一次系统与二次系统的隔离元件。它们将一次系统的高电压、大电流，转变成二次系统的低电压、小电流，供测量、监视、控制及继电保护使用。互感器的具体作用是：（1）将一次系统各级电压均变成100以下的低电压，将一次系统各回路电流变成5A以下的小电流，以便于测量仪表及继电器的小型化、系列化、标准化。（2）讲一次系统与二次系统在电气
方面隔离，同时互感器二次侧有一点可靠接地，从而保证了二次设备及人员安全。
5.1.1电流互感器的选择
（1）电流互感器的选择
① 电流互感器一次回路额定电压和电流选择。电流互感器一次回路额定电压和电流选择应满足：
UN1≥UNS IN1≥I.max
式中UN1/、IN1—电流互感器一次额定电压和电流。
为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。
② 二次额定电流的选择
电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般强电系统用5A， 弱电系
统用1A。
③ 电流互感器种类和型式的选择
在选择互感器时，应根据安装地点(如屋内、屋外)和安装方式(如穿墙式、支持式、装入式等)选择相适应的类别和型式。选用母线型电流互感器时，应注意校核窗口尺寸。
④ 电流互感器准确级的选择
为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。例如:装于重要回路(如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和计费的电能表一般采用0.5~1级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级；对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆用1~1.5级的，相应的电流互感器应为0.5~1级。供只需估计电参数仪表的互感器可用3级的。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。
⑤ 二次容量或二次负载的校验
为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接实际负载Z2l或所消耗的实际容量荷S2应不大于该准确级所规定的额定负载ZN2或额定容量SN2（ZN2及SN2均可从产品样本查到），即
2
SN2≥S2=IN2Z21
或ZN2≥Z21≈RWi+Rtou+Rm+Rr
式中Rm、Rr—电流互感器二次回路中所接仪表内阻的总和与所接继电器内阻的总和，可由产品样本中查得；RWi—电流互感器二次联接导线的电阻；Rtou—电流互感器二次连线的接触电阻，一般取为0.1Ω。
2
SN2-IN2(Rtou+Rm+Rr)RWi≤ 2
IN2
lcalca
，所以A≥，式中A，lca一电流互感器二次γRwiγ(ZN2-Rtou-Rm-Rr)
回路连接导线截面积（mm2）及计算长度（mm）。 因为A=
按规程要求联接导线应采用不得小于1.5mm2的铜线，实际工作中常取2.5mm2
的铜线。当截面选定之后，即可计算出联接导线的电阻Rwi。有时也可先初选电流互感器，在已知其二次侧连接的仪表及继电器型号的情况下，确定连接导线的截面积。但须指出，只用一只电流互感器时电阻的计算长度应取连接长度2倍，如用三只电流互感器接成完全星形接线时，由于中线电流近于零，则只取连接长度为电阻的计算长度。若用两只电流互感器接成不完全星形结线时，其二次公用线中的电流为两相电流之向量和，其值与相电流相等，但相位差为60，故应取
所以本题中电流互感器的型号为LCWB6-110B。 5.1.2电压互感器的选择
（1）电压互感器一次回路额定电压选择
为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在（1.1-0.9）UNi范围内变动，即满足下列条件
1.1UNi >UNs >0.9UNi
式中UNi—电压互感器一次侧额定电压。选择时，满足UNi=UNs即可。 （2）电压互感器二次侧额定电压的选择
电压互感器二次侧额定线间电压为100V，要和所接用的仪表或继电器相适应。
（3）电压互感器种类和型式的选择
电压互感器的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如：在6-35kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式；110-220kV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；220kV及其以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。
（4）准确级选择 和电流互感器一样，供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。
（5）按准确级和额定二次容量选择 首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级额定容量。有关电压互感器准确级的选择原则，可参照电流互感器准确级选择。一般供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。
电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级）SN2，应不小于电压
互感器的二次负荷S2，即SN2≥S2。
S2=(∑S0cos?)2+(∑S0sin?)2=(∑P0)2+(∑Q0)2
式中S0/、P0、Q0—各仪表的视在功率、有功功率和无功功率。cos?—各仪表的功率因数。
如果各仪表和继电器的功率因数相近，或为了简化计算起见，也可以将各仪表和继电器的视在功率直接相加，得出S2大于的近似值，它若不超过SN2，则实际值更能满足式子的要求。
由于电压互感器三相负荷常不相等，为了满足准确级要求，通常以最大相负
荷进行比较。计算电压互感器各相的负荷时，必须注意互感器和负荷的接线方式。
所以本题中的电压互感器的型号为JDZJ-3。 5.2继电器的选择 5.2.1按使用环境选型
使用环境条件主要指温度（最大与最小）、湿度（一般指40摄氏度下的最大相对湿度）、低气压（使用高度1000米以下可不考虑）、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。
对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬态抑制电路的产品。 5.2.2按输入信号不同确定继电器种类
按输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。 5.2.3输入参量的选定
与用户密切相关的输入量是线圈工作电压（或电流），而吸合电压（或电流）则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。对用户来讲，它只是一个工作下极限参数值。控制安全系数是工作电压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。整机设计时，不能以空载电压作为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别是电源内阻大时更是如此。当用三极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管必须处于开关状态，对6VDC以下工作电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和压降。当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的冲击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的1.5倍，工作值的
10%。 误差一般为±
5.2.4根据负载情况选择继电器触点的种类和容量
国内外长期实践证明，约70%的故障发生在触点上，这足见正确选择和使用
继电器触点非常重要。
触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。动合触点组和转换
触点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用动合触点。
根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）确定参数十分重要。认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的，一般说，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最好。电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠性下降，故100mA称作试验电流，是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。由于一般继电器不具备低电平切换能力，用于切换50mV、50μA以下负荷的继电器订货，用户需注明，必要时应请继电器生产厂协助选型。
继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下，负载为阻性的动作次数，当超出额定电压时，可参照触点负载曲线选用。当负载性质改变时，其触点负载能力将发生变动。
6二次展开图的绘制
6.1保护测量回路
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Zm，然后再将它与事先确定的动作进行比较。当Zm落在动作区之内时，判为区内故障，给出动作信号；当Zm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Zm，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。 6.1.1 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ZB≤ZA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Im，并令ImZA=UA，ImZB=UB,则绝对值比较
的动作条件又可以表示为
B≤A
?
?
?
????
式称为电压形式的绝对值比较方程。电路图如图6.1所示。
图6.1 绝对值比较的电压形成
6.1.2 相位比较原理的实现
o
相位比较原理的阻抗元件动作条件的一般表达式如式-90≤arg
?
?
?
?
ZC
≤90o所ZD
?
示，相角表达式的分子、分母同乘以Im，并令ImZC=UC，I**=UD，则相位比较的动作条件又可以表示为
?
-90o≤arg
UCUD
?
≤90o
式称为电压形式相位比较方程。电路图如图6.2所示。
图6.2 相位比较的电压形成
6.2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，如图6.3所示。
图6.3保护跳闸回路 6.2.1 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。实践证明，负序零序电流增量继
电器动作可靠、灵敏度高，同时还可兼起断线闭锁保护作用。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、2ZKJ和3ZKJ通过与门Y1和Y2去跳闸。起动部分启动后，起动时间电路T1，在0.1s时间内（开放时间内）允许距离Ⅰ段跳闸。超过0.1s时T1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。 6.2.2 测量回路
测量回路的Ⅰ段和Ⅱ段，由公用阻抗继电器1、2ZKJ组成，而第Ⅲ段由测量阻抗继电器3ZKJ组成。测量回路是测量短路点到保护安装处的距离，用以判断故障处于那一段保护范围。 6.2.3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Y1、Y2、或门H和禁止门JZ,用以分析判断是否应该跳闸。
7对距离保护的评价
从对继电保护所提出的基本要求来评价距离保护，可以得出如下几个主要的结论：
（1）根据距离保护工作原理，它可以在多电源的复杂网络中保证动作的选择性。
（2）距离I段是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长的80%—85%，因此，两端合起来就使得在30%—40%线路长度内的故障不能从两端瞬时切除，在一端需经过0.5s的延时才能切除。在220kV及以上电压的网络中，这有时候不能满足电力系统稳定运行的要求，因而，不能作为主保护来应用。
（3）由于阻抗继电器同时反应于电压的降低和电流的增大而动作，因此，距离保护较电流、电压保护具有较高的灵敏度。此外，距离I段的保护范围不受系统运行方式变化的影响，其它两段受到的影响也比较小，因此，保护范围比较稳定。
（4）由于保护范围中采用了复杂的阻抗继电器和大量的辅助继电器，再加上各种必要的闭锁装置，因此接线复杂，可靠性比电流保护低，这也是它的主要缺点。
8设计心得
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关电力系统继电保护方面的知识，在设计的过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次有一次的思考，一遍又遍的检查终于找出了问题所在，也暴露出了前期我在这方面知识和经验上的欠缺和不足。实践出真相，通过亲手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。、
过而能改，善莫大焉。在课程设计的过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断收获。这次课程设计终于顺利完成，在设计中遇到了许多的问题，最后在同学们的共同努力下，终于迎刃而解。
参 考 文 献
[1] 尹项根，曾克娥.电力系统继电保护原理与应用[M].武汉: 华中科技大学出版社，2001.
[2] 陈德树，张哲，尹项根.微机继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005. [3] 张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005. [4]《电力工程设计手册》 [5]《电力系统继电保护原理》
[6]《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》 [7]《电力工程电气设计手册》
三段式保护
继 电 保 护 实 验 报 告
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年11月26日
2011
一：实验名称
单侧电流辐射形电网的三段式过流保护实验 二：实验目的
1、通过模拟线路三段式电流保护实验，进一步掌握无时限电流速断保护、带时限电流速断保护及过电流保护的电路原理、工作特性及整定原则。
2、通过三段式过电流保护的动作电流和动作时间的整定掌握三段保护之间的配合关系，加深对继电保护思想基本要求，及可靠性、选择性、快速性、灵敏性的理解。
3、通过实验线路的设计，计算及实际操作，是理论与实际相结合，增加感性认识，使书本知识更加巩固。
4、理解输电线路阶段式电流保护的原理图、展开图及保护装置中各继电器的功用。
5、掌握阶段式电流保护的电气接线和操作实验技术，培养动手能力，了解布线的基本工艺要求。
6、掌握重合闸的应用。
7、培养分析，查找故障及错误接线的能力。 三：实验元件
1 交流接触器一台，代替跳闸开关； 2 电流互感器两个变比为20/5； 3 按钮2个；
4 继电器：电流继电器6个、信号继电器3个、时间继电器2个、中间继
电器一个； 5 三相负载一组； 6 调压器一个； 7 导线若干；
8 重合闸一台；
9 滑动变阻器
6A ，30A 。 四：实验要求
1、各段保护动作时，均应以时中间继电器为出口执行元件，时间继电器信号电流继电器接点容量不够。
2、各段保护动作时，故障指示信号要求准确无误，不允许几灯同时发信号 3、5S 后重合闸动作一次，限时速断与过流保护不允许重合闸
4 要求试验报告画出试验原理图，展开图，实际接线图以及写出整定计算 5 根据搭接的模拟系统求出短路电流
6 实验时对整个系统元件进行整定，实验开始前要进行校验 7 写出调试步骤
8 要求电路图以及实际接线不能飞线 五:试验原理
1阶段式电流保护的构成
无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，带时限电流速断保护能够保护本线路全长，但却不能作为下一线路的后备保护，所以还必须采用过电流保护作为本线路和下一线路的后备保护。由无时限电流速断、带时限电流速断与定时限过电流保护相配合可构成的一整套输电线路阶段式电流保护，叫做三段式电流保护。
输电线路并不一定都要装三段式电流保护，有时只装其中的两段就可以了。例如用于“线路－变压器组”保护时，无时限电流速断保护按保护全线路考虑后，此时，可不装设带时限电流速断保护，只装设无时限电流速断和过电流保护装置。又如在很短的线路上，装设无时限电流速断往往其保护区很短，甚至没有保护区，这时就只需装设带时限电流速断和过电流保护装置，叫做二段式电流保护。 在只有一个电源的辐射式单侧电源供电线路上，三段式电流保护装置各段的保护范围和时限特性见图5-1。XL-1线路保护的第Ⅰ段为无时限电流速断保护，它的保护范围为线路XL-1的前一部分即线路首端，动作时限为t 1I ，它由继电器的固有动作时间决定。第Ⅱ段为带时限电流速断保护，它的保护范围为线路XL-1的全部并延伸至线路XL-2的一部分，其动作时限为t 1
II =
t 2 +△t 。无时限电流速
I
断和带时限电流速断是线路XL-1的主保护。第Ⅲ段为定时限过电流保护，保护范围包括XL-1及XL-2全部，其动作时限为t 1III ，它是按照阶梯原则来选择的，即t 1III = t 2III +△t ，t 2III 为线路XL-2的过电流保护的动作时限。当线路XL-2短路而XL-2的保护拒动或断路器拒动时，线路XL-1的过电流保护可起后备作用使断路器1跳闸而切除故障，这种后备作用称远后备。线路XL-1本身故障，其主保护速断与带时限速断拒动时，XL-1的过电流保护也可起后备作用，这种后备作用称近后备。
综上所述，电流保护是根据网络发生短路时，电源与故障点之间电流增大的特点构成的。无时限电流速断保护是以避开被保护线路外部最大短路电流为整定的原则，它是靠动作电流的整定获得选择性。带时限电流速断保护则同时依靠动作电流和动作时间获得选择性，并要与下一线路的无时限电流速断保护相配合。过电流保护以躲开线路最大负荷电流和外部短路切除后电流继电器能可靠返回为整定原则。它依靠动作电流及时间元件的配合获得选择性。
2、自行调试，接线，要求布线整齐。 3、按实验步骤进行调试
①电流继电器的整定和校验
电流继电器校验电路
电流继电器1、2动作值整定为5.5A 电流继电器3、4动作值整定为3.3A 电流继电器5、6动作值整定为1.7A ②时间继电器的校验
时间继电器的校验电路
时间继电器1动作时间为0.5s 时间继电器2动作时间为1.0s
③电流互感器的校验
电流互感器的校验电路
当接在电流互感器一次侧和二次侧电流值比为4:1时，表示已整定准确
4、通电调试单个环节，确认各个环节无误后，通电进行系统调试 ①用万用表，在各个节点进行检测，查看是否有短路情况出现。 ②只通交流电，看各指示灯是否能配合常开常闭按钮，正常亮灭。 ③通直流电，用一根导线短接电流继电器常开触头，观察时间继电器和
中间继电器能否正常动作。
④各环节均正常，再次对电流继电器进行整定，确定各段保护整定动作
时间。
5、人为短路，观察不同情况时的保护动作情况，以及各段保护的配合情况。 6、记录各种情况下保护动作的电流，与设计短路电流比较，有无拒动和误
动现象，分析原因。
三段式过电流及距离保护实验
继电保护课程实验 实验设备：XLR-线路保护装置 实验接线：
XLR-线路保护装置ABC0
实验内容一：三段式过电流保护实验 实验目的：
1) 了解微机三段式过电流保护装置的原理 2) 了解三段式过电流保护定值设置方法 3) 进行保护动作特性实验 实验方法：
1) 合直流开关，保护装置上电，进行过电流定值设定，设置过电流Ι段定值，其它保护功能退出。
2) 三相、单相调压器调整在零位置，合交流电源开关；
3) 调单相调压器， A相电流进入保护装置，慢慢调整调压器增大输出电流，当电流超过
Ι段定值后应动作，观察保护装置动作情况（动作后动作等亮及报警灯亮，记录动作电流值及保护装置动作报告；记录完成，调整调压器减小电流，装置复归。 4) 如上述方法分别进行Ⅱ段定值的设定及实验 5) 如上述方法分别进行Ⅲ段定值的设定及实验
6) Ι段、Ⅱ段、Ⅲ段保护全投入，慢慢调整调压器增大输出电流，当电流超过其相应定值
后应动作，动作顺序应是Ⅲ段、记录完成后，减小电流，调压器归零位置。 Ⅱ段、Ι段。7) 绘制三段动作特性图。
实验内容二：距离保护动作阻抗特性实验
实验目的：
1) 了解距离保护的原理
2) 了解距离保护的动作特性设置方法 3) 进行距离阻抗特性实验 实验方法：
1) 设置距离Ⅲ段保护定值，退出三段式过电流保护；
2) 取A相电流，AB相电压，调整单相调压器，输出电流为1A；
3) 调整三相调压器输出电压为40V，调整移相器在某一个角度后，调整滑线电阻，降低输
出电压，观察距离保护动作电压，动作后，记录动作电压；调整滑线电阻，增大电压，使装置动作复归。然后摇动移相器把守，再移动一个角度，调整滑线电阻，降低输出电压，观察距离保护动作电压，动作后，记录动作电压；调整滑线电阻，增大电压，使装置动作复归。然后摇动移相器把守，再移动一个角度，重复上述实验过程，做完360度，记录其动作电压。 4) 作出距离Ⅲ段动作特性曲线图。
5) 有兴趣的可以自行进行距离保护Ι段功能的实验，实验方法同前。
实验分组：4组，每组15人左右。
实验时间：下周一（11月10日）下午2点开始1组，周三下午1组，周四下午1组，周五1组。
