继电保护原理课程设计--距离保护
继电保护原理距离保护原理
继电保护原理距离保护原理系统在正常运行时，不可能总工作于最大运行方式下，因此当运行方式变小时，电流保护的保护范围将缩短，灵敏度降低；而距离保护，顾名思义它测量的是短路点至保护安装处的距离，受系统运行方式影响较小，保护范围稳定。
常用于线路保护。
距离保护的具体实现方法是通过测量短路点至保护安装处的阻抗实现的，因为线路的阻抗成正比于线路长度。
在前面的分析中大家已经知道：保护安装处的电压等于故障点电压加上线路压降，即U KM=U K+△U；其中线路压降△U并不单纯是线路阻抗乘以相电流，它等于正、负、零序电流在各序阻抗上的压降之和，即△U=IK1*X1+ IK2*X2+ IK0*X0 。
接下来我们先以A相接地短路故障将保护安装处母线电压重新推导一下。
因为在发生单相接地短路时，3IO等于故障相电流IKA；同时考虑线路X1=X2 则有：U KAM=U KA+I KA1* X LM1+ I KA2* X LM2+ I KA0* X LM0=U KA+I KA1*X LM1+ I KA2*X LM1+ I KA0*X LM0+ (I KA0* X LM1－I KA0* X LM1)=U KA+ X LM1(I KA1+ I KA2+ I KA0)+ I KA0（X LM0－X LM1）=U KA+X LM1*I KA+ 3I KA0（X LM0－X LM1）*X LM1/3X LM1=U KA+X LM1*I KA[1+（X LM0－X LM1）/3X LM1]令K=（X LM0－X LM1）/3X LM1则有U KAM=U KA+I KA*X LM1(1+K)或U KAM=U KA+I KA*X LM1(1+K)=U KA+X LM1(I KA+KI KA)=U KA+X LM1(I KA+K3I KA0)同理可得U KBM=U KB+ X LM1(I KB+K3I KB0)U KCM=U KC+ X LM1(I KC+K3I KC0)这样我们就可得到母线电压计算得一般公式：U KΦM=U KΦ+ X LM1(I KΦ+K3I0)该公式适用于任何母线电压的计算，对于相间电压，只不过因两相相减将同相位的零序分量K3I KC0减去了而已。
继电保护课程设计--110kV电网距离保护设计
继电保护课程设计--110kV电网距离保护设计
一、课程介绍
本课程设计是针对110kV电网中的距离保护进行设计的，旨在使学生了解距离保护的基本原理、组成部分、应用场景以及调试方法等方面的知识，能够独立设计和调试110kV电网距离保护系统。
二、设计内容
1. 距离保护的基本原理及分类
了解距离保护的基本原理，包括电气距离原理、I-V特征法和角度特征法等，以及距离保护的分类。
2. 距离保护的组成部分
了解距离保护的组成部分，包括主保护、备用保护、监控装置和负载切换等，并掌握各个组成部分的功能和特点。
3. 距离保护的应用场景
了解距离保护在电网中的应用场景，包括线路距离保护、变压器距离保护和母线距离保护等，并掌握不同应用场景下距离保护的设计要求和调试方法。
4. 距离保护系统的设计
根据实际需求，独立设计110kV电网距离保护系统，包括选型、接线、参数设置和调试等，实现对电网故障的保护和自动切除。
5. 距离保护系统的调试
针对设计的距离保护系统进行调试，包括模拟故障、检查保护动作、检查自动切除等，保证距离保护系统的稳定可靠性。
三、设计要求
1. 设计过程需结合实际电网，在电网拓扑结构、线路参数、变压器参数和母线参数等方面进行适当调整和设计。
2. 设计过程中需加强安全意识，确保操作过程安全可靠。
3. 设计报告中需详细说明设计思路、参数设置、故障模拟和调试等过程，保证报告清晰明了。
电力系统继电保护-3 电网距离保护
3.1.1 距离保护的概念
测量阻抗和故障距离的关系 测量阻抗的定义（以单相系统为例）
Zm
U
m
zl
z为线路单位长度的阻抗
Im
试图找到与系统运行方式、短路类型无关，只与短路点到 保护安装处有关的测量参量
3.1.1 距离保护的概念
距离保护-利用短路发生时电压、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。 整定距离Lset-与距离保护的范围相对应的距离。 工作原理大致如下：
3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
不同故障类型电流、电压和测量阻抗的关系：
CASE3：两相短路接地故障 ABG故障边界条件 (I K 3I )z L 0 U U A A 0 1 k kA K 3I )z L U kB 0 U B ( I B 0 1 k I z L 0 U U I kAB A B 1 k kAB
3 电网距离保护
3.1 距离保护的基本原理与构成
电流保护的缺陷 缺点 灵敏度不足 运行方式对保护影响大 配合困难 问题 无法满足更高电压等级电网对保护的速动性、选择性、灵 敏性的要求
3.1 距离保护的基本原理与构成
故障特征分析 特征 故障时电流增大 故障时电压降低 思路 综合利用电流、电压可以提高灵敏度，所以就有了阻抗保 护，利用电流电压比值作为故障特征量
总结
只有采用与故障回路相关的电流、电压才能实现距离的测量。继电器接 入不同电压、电流仪，称为不同的接线方式。 存在相间故障回路时，采用保护安装处的故障相间电压和故障相间电流 差可以反应故障距离，称为相间距离保护。 存在接地故障回路时，采用保护安装处的相电压和经零序补偿的相电流 可以反应故障距离，称为接地距离保护。 为了保护接地故障和相间故障，需要配备接地距离保护和相间距离保 护，短路形成几个故障回路。就有几个阻抗继电器可以实现阻抗测量。
继电保护课程设计--距离保护
电力系统继电保护课程设计1 设计原始资料1.1 具体题目如下图所示网络，系统参数为:3115=ϕE kV ,Ω=151G X 、Ω=102G X 、Ω=103G X ，6021==L L km 、403=L km ，50=-C B L km 、30=-D C L km 、30=-E D L km ，线路阻抗/4.0Ωkm ,2.1=ⅠrelK 、15.1K ==ⅢⅡrel rel K ，300max =-C B I A 、200max =-D C I A 、150max =-E C I A ，5.1=ss K ，85.0=re K试对线路L1、L2、L3进行距离保护的设计。
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线路L1、L2、L3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 分析要设计的课题内容2.1 设计规程根据继电保护在电力系统中所担负的任务，一般情况下，对动作于跳闸的继电保护在技术上有四条基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。
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。
(1)可靠性可靠性是指保护该动作时应动作，不该动作时不动作。
为保证可靠性，宜选用性能满足要求、原理尽可能简单的保护方案。
(2)选择性选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障。
为保证选择性，对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如起动与跳闸元件、闭锁与动作元件），其灵敏系数及动作时间应相互配合。
电力系统继电保护--距离保护的基本原理、阻抗继电器及其动作特性 ppt课件
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三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
K：零序电流补偿系数 PPT课件
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三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
单相接地短路（以A相接地为例）
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三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
两相接地短路1（以B，C两相接地为例）
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三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
两相短路、三相短路和两相短路接地：两故障相的电压差
和电流差。
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四、距离保护的延时特性
距离保护的动作延时t与故障点到保护安装处的距离Lk 之间的关系称为距离保护的延时特性
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五、距离保护的构成
1.启动部分：模拟式距离保护中，由硬件电路元
件实现，大多反应负序电流、零序电流或负序与 零序复合电流的判断原理；数字式保护中，由实 时逐点检测电流突变量或零序电流的变化的软件 来实现。
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三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
U A UkA I A1z1Lk I A2 z2Lk I A0 z0Lk
UkA
(I A1
I A2
I A0 ) 3I A0
z0 z1 3z1
z1Lk
UkA (I A K 3I0 )z1Lk
电气工程及其自动化专业课程
电力系统继电保护
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1
距离保护的基本原理与构成
一、距离保护的概念 二、测量阻抗及其与故障距离的关系 三、三相系统中测量电压和测量电流的选取 四、距离保护的延时特性 五、距离保护的构成PPTຫໍສະໝຸດ 件2一、距离保护的概念
继电保护距离保护特性原理说明
三电网距离保护1距离保护基本原理与构成1.距离保护的概念短路时，电压电流同时变化，测量到电压与电流的比值就反映了故障点到保护安装处的距离，短路时：电流增大、电压变小、阻抗与电流的关系：故障点与保护安装处越近，阻抗越小，短路电流越大。
阻抗与距离的关系：阻抗与距离成正比，阻抗的单位是欧姆/公里。
距离保护与电流保护的关系:电流保护的范围与距离保护的范围大致相同，电流保护的范围就是用距离来衡量的,电流的保护范围实际反映的是距离的范围。
距离与电流是统一的。
但是，电流保护只用电流值来判断是否故障,距离保护使用电压、电流2个物理量来判断，因此,距离保护更准确.2.测量阻抗、负荷阻抗、短路阻抗、整定阻抗、动作阻抗概念辨析？负荷阻抗:正常运行条件下,额定电压与负荷电流的比值;短路阻抗：短路发生后，保护安装处的残压与流过保护的短路电流的比值（线路的阻抗值）;短路阻抗总小于负荷阻抗。
测量阻抗：继电器测量到的电压除以电流，得到的阻抗值；正常运行时，测量阻抗就是负荷阻抗,短路时，测量阻抗就是短路阻抗。
测量阻抗能反应出运行状态。
整定阻抗:能使继电器动作的最大阻抗,是一个定值。
测量阻抗小于整定阻抗，继电器就动作。
阻抗继电器是一个欠量继电器，电流继电器是过量继电器，测量电流大于整定电流时动作。
这是一对对偶关系.动作阻抗：阻抗继电器动作时，测量到的阻抗值。
比如：人为设置整定阻抗是20Ω，只要测量到的阻抗值小于20就可以动作，今天动作了一次，一查故障记录，动作阻抗是10Ω，说明动作准确无误.3.一次阻抗、二次阻抗区别?这里要对比一次电流和二次电流的概念,道理是一样的。
一次阻抗：一次电压与一次电流的比值，二次阻抗：二次电压与二次电流的比值，4.测量阻抗角、负荷阻抗角、短路阻抗角、整定阻抗角、动作阻抗角概念辨析测量阻抗角：测量电压与测量电流的夹角负荷阻抗角：负荷电压与负荷电流的夹角短路阻抗角：短路电压与短路电流的夹角动作阻抗角：继电器动作时，加入继电器的电压与电流的夹角.整定阻抗角：能够使保护动作的最大灵敏角，这是人为设置的,其余都是测量到的。
继电保护技术培训(距离保护)
距离保护整定计算
二、相间距离保护的整定计算公式
2.3 距离Ⅲ段：
III Z set .1
Z ld . min Ⅲ K rel K re K ss
Z ld . min
0.9U e. x I fh. max
可靠系数Krel取1.2～1.3；返回系数Kre取1.15～1.25；自启动系数Kss取1.1～1.7。
A、助增分支（保护安装处至故障点sN Kb Z sN
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距离保护整定计算
二、相间距离保护的整定计算公式 分支系数的计算：
B、汲出分支(保护安装处至故障点有负荷引出，保护测量阻抗将减小)
汲出系数是小于1的数值
Kb
1 Z dz Z fhmin K h K zq cos( d fh ) Kk U fhmin I fhmax 0.9 110 3 I fhmax 0.9 110 3 0.35 163.5
带方向闭锁的距离保护
Z fh. min
系数取值： 1.2, K h Kk
II II I Z op .1 K rel Z AB K rel Kb. min Z op.2
Z A 1 I f .m n 2 M 3 k0 m 1 / E1 1 3k 5 V N
6 k0 m
6 k0 m
0.5s t8
6
7 10
8
9
t1 0.5s V A0
总分支系数
Kb.min Kb助Kb汲 2.52 0.575 1.35
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距离保护整定计算
二、相间距离保护的整定计算公式
2.2 距离Ⅱ段：
② 与相邻元件的速动保护配合：
继电保护距离
& & & = UK + Z1Im + ( Z0 − Z1 )I0m 在电流测量中， 在电流测量中，直接得 3I0m的形式 到 &
& & = UK + Z1Im +
( Z0 − Z1 )
3
& 3I0m
Z1 ( Z0 − Z1 ) & (为了提取Z ) & & 3I0m = UK + Z1Im + 1 3 Z1
& & & 为了组合出： & Z 为了组合出： 1 ( I1m + I2m + I0m ) = Z1Im & & & & & = UK + Z1 ( I1m + I2m + I0m ) + (− Z1 + Z0 )I0m & & & = UK + Z1Im + ( Z0 − Z1 )I0m
19/77 19/77
& Um Zm = 反映阻抗， —反映阻抗，称为阻抗保护； & Im Zm = z1lm —反映距离lm，称为距离保护。 称为距离保护。
二者几乎反映了同一个性质。 二者几乎反映了同一个性质。 细微的区别：一个侧重保护的范围； 细微的区别：一个侧重保护的范围； 另一个侧重具体的测量数值。 另一个侧重具体的测量数值。
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& UK
由此可以得到： 由此可以得到：
& & & & Um = U1m + U2m + U0m
& & & & & & = (U1K + U2K + U0K ) + ( Z1I1m + Z2 I2m + Z0 I0m )
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继电保护原理课程设计--距离保护1 设计原始资料1.1具体题目一台双绕组降压变压器的容量为25MV A ，电压比为%/38.5kA 5.22110⨯±，Y ，d11接线；采用BCH-2型继电器。
求纵差动保护的动作电流。
已知：38.5kV 外部短路的最大三相短路电流为9420A 、最小短路电流为8000A 。
110kV 侧电流互感器变比为1000/5,38.5kV 侧电流互感器的变比为1500/5；可靠系数取3.1K rel =；灵敏度校验点发生三相金属性短路时，保护安装处感受到的最大残压kV 5.17min .=k U 。
试对变压器进行相关保护的设计。
1.2要完成的内容求该变压器纵差动保护的动作电流，对该变压器进行相关保护的设计。
2设计课设的内容2.1 设计规程根据规程规定，变压器一般应装设下列保护：(1) 瓦斯保护。
瓦斯保护是变压器内部故障的主保护，对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。
当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护，也叫气体保护。
规程规定：对于容量为800kV A 及以上的油浸式变压器和400kV A 及以上的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。
(2) 纵差动保护或电流速断保护。
对于容量为6300kV A 及以上的变压器，以及发电厂厂用变压器和并列运行的变压器，10000kV A 及以上的发电厂厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设纵差动保护。
电流速断保护用于对于容量为10 000kV A 以下的变压器，当后备保护的动作时限大于0.5s 时，应装设电流速断保护。
对2000kV A 以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。
(3) 外部相间短路和接地短路时的后备保护。
除了主保护外，变压器还应装设相间短路和接地短路时的后备保护。
后备保护的作用是为了防止由外部故障引起的变压器绕组过电路，并作为相邻元件(母线或线路)保护的后备以及在可能的条件下作为变压器内部故障时主保护的后备。
(4) 过负荷保护。
变压器长期运行时，绕组会因发热而受到损伤。
对400kV A 以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。
过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。
(5) 过励磁保护。
当变压器发生过励磁故障时，铁芯的工作磁密升高导致其出现饱和使得铁损增加。
铁芯饱和还会使漏磁场增强，漏磁通在穿过铁芯表面和相应结构件中引起的涡流损耗也相应增加。
由这些附加损耗引起的温升有可能导致设备绝缘的损坏。
由于现代大型变压器的额定工作磁密接近其饱和磁密，使得过励磁故障的后果更加严重。
并且，对于变压器组其电压和频率都会大幅度偏离额定值，有可能出现因电机转速偏低而电压接近额定值时由低频产生的过励磁故障。
因此，变压器必须要配置专门的过励磁保护。
(6) 其他非电量保护。
对变压器温度及邮箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行有关变压器的标准要求，专设可作用于信号或动作于跳闸的非电气量保护。
2.2本设计的保护配置2.2.1主保护配置瓦斯保护和纵差动保护。
2.2.2后备保护配置低压启动的过电流保护和过负荷保护。
3 保护配合及整定计算3.1主保护的整定计算3.1.1纵差动保护动作电流的整定计算(1) 躲过外部短路故障时的最大不平衡电流max .max .unb )1.0f (k st np za I K K U I +∆+∆=式中：0997.0)3003()5.38110(200-13/1f 21=⨯÷÷⨯=-=∆TA T TA za n n n取%5=∆U ，1np =K ，1st =K ，)A (9420max .=k I 。
可得： )A (174.23529420)1.005.00997.0(max .=⋅++=unb I 则整定电流为：)A (8262.3057174.174.23523.1max .=⨯==nub rel set I K I将set I 归算到电流互感器二次侧的数值为)A (193.103008262.3057'==set I 。
(2) 躲过变压器最大的励磁涌流)A (374.4875.3832500013.1=⨯⨯⨯==N rel set I K K I μ将set I 归算到电流互感器二次侧的数值为)A (62458.1300374.487''==set I 。
(3) 躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流)A (374.4875.383250003.1max .=⨯⨯==l rel set I K I将set I 归算到电流互感器二次侧的数值为)A (62458.1300374.487'''==set I 。
取上述3种情况的最大整定电流，则纵差动保护动作电流为)A (193.10=set I 。
3.1.2灵敏度校验纵差动保护的灵敏系数校验式为：262.2193.103008000.min .≥=÷==set r k sen I I K 。
综上可知整定的动作电流能满足灵敏度的要求。
3.1.3瓦斯保护该变压器可以采用“轻瓦斯”，保护的动作值采用气体容积表示。
通常气体的容积的整定范围为250~3003cm 。
对于容量在10MV A 以上变压器多采用2503cm 。
3.3.4动作时间变压器的主保护都设定为当测得的数值大于整定值时，主保护能迅速动作即动作时间为零。
4.2后备保护的整定计算4.2.1变压器低电压启动过电流保护的整定计算及校验原则(1)电流继电器的整定值的计算及校验采用低电压继电器后，电流继电器的整定值就可以不再考虑并联运行变压器切除或电动机自启动是可能出现的最大负荷，而是按大于变压器的额定电流整定， 即N set I K K I rerel=式中，rel K —可靠系数，取1.3； re K —返回系数，取0.85~0.95； N I —变压器额定电流。
则可得： )A (380.5735.3832500085.03.1=⨯⨯=set I 经过灵敏度校验可知set I I K max sen ==，25.143.16380.5739420≥=满足灵敏度要求。
(2)低电压继电器的动作电压按以下条件整定，并取最小值。
①按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定，计算式为rerel L set K K U U min.=式中，min .L U —最低工作电压，一般取0.9N U (N U 为变压器的额定电压)； rel K —可靠系数，取1.1~1.2；re K —低电压继电器的返回系数，取1.15~1.25。
则可得： )V (262502.11.1385009.0set =⨯⨯=U②按躲过电动机自启动时的电压整定当低压继电器由变压器低压侧互感器供电时，计算式为N set U U )6.0~5.0(=取)V (23100385006.06.0set =⨯==N U U 综上选择)V (23100=set U 。
低电压继电器的灵敏系数按下式校验min.sen k setU U K =则min .sen k set U U K ==25.132.11750023100≥=，可知满足灵敏度要求。
5继电保护电流互感器的选择该变压器工作于强电系统中则额定二次电流为5A 。
(1)一次侧电流互感器的选择 按额定电压和额定电流选择，即Ns N U U ≥ max al I I ≥则可得：KV)(110≥N U ，)A (66.0≥al I 。
综上可选择：LB-110和LB1-110型号互感器。
(2)二次侧电流互感器的选择 按额定电压和额定电流选择，即Ns N U U ≥ max al I I ≥则可得：KV)(5.38≥N U ，)A (25.1≥al I 。
综上可选择：LCW-110型号互感器。
6 原理图的绘制6.1 保护测量电路双绕组三相变压器纵差动保护原理接线图如下图1所示。
II图1 双绕组三相变压器纵差动保护原理接线图6.2保护跳闸电路保护跳闸电路附录一所示。
7 总结本次关于双绕组降压变压器的相关设计，主保护采用的是瓦斯保护和纵差动保护，后备保护采用的是低压启动的过电流保护和过负荷保护。
其中过负荷保护在本课程设计没有阐述相关的整定计算。
本次课程中关于变压器的保护的整定计算中涉及到很多公式，虽然看起来相当麻烦，但只要理清相关的设计思路和理解各种公式的意义，会使计算过程显得清晰明了。
另外，关于电流互感器选择这一部分，做的不是很明了。
因为继电保护的电流互感器的选择有与其他的电流互感器的选择依据不同，用于继电保护的电流互感器有其特有的型号。
所以，给该部分的完成造成了很大的困难。
总的来说，本次课程设计让我对变压器的保护的设计有了一些了解，关于变压器保护的设计这方面的内容也相当的复杂，对于这方面的东西自己也比较有兴趣，在今后还要多多涉猎相关的内容。
参考文献[1] 宋志明.继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社,2007.[2]孙国凯,霍利民,柴玉华.电力系统继电保护原理[M].北京:中国水利水电出版社,2002.[3]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. [4]张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2009.附录一差动保护保护出口继电器低电压启动过电流保护接地保护重瓦斯保护轻瓦斯保护低电压启动过电流保护接地保护装置过负荷保护装置至110kV 1QF 分闸回路。