35kV輸電線路電流電壓保護(hù)設(shè)計(2)

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文） 題目：題目： 35kV35kV 輸電線路電流電壓保護(hù)設(shè)計（輸電線路電流電壓保護(hù)設(shè)計（2 2） 院（系）：院（系）： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字） 起止時間：起止時間： 本科生課程設(shè)計（論文） I 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語 院（系）： 教研室：電氣工程及其自動化 學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級 課程設(shè) 計（論 文）題 目 35kV 輸電線路電流電壓保護(hù)設(shè)計（2） 本科生課程設(shè)計（論文） II 課程設(shè)計（論文）任務(wù)

2、系統(tǒng)接線圖如圖： 課程設(shè)計的內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)參見下表 設(shè)計技術(shù)參數(shù)工作量 ,25,3/37 1 G XkVE ,10,15 32 GG XX L1=L2=60km,L3=40km, LB-C=30km,LC-D=30km, LD-E=20km,線路阻抗 0.4/km, ,2 . 1 I rel K rel K15 . 1 rel K 最大負(fù)荷電流 IB-C.Lmax=110A, IC-D.Lmax=70A, ID-E.Lmax=35A, 電動機(jī)自啟動系數(shù) Kss=1.5，電流 繼電器返回系數(shù) Kre=0.85。 最大運(yùn)行方式：三臺發(fā)電機(jī)及線 路 L1、L2、L3 同時投入運(yùn)行；最 小運(yùn)行方式：G

3、2、L2 退出運(yùn)行。 1.確定保護(hù) 3 在最大、最小運(yùn)行方 式下的等值電抗。 2.進(jìn)行 C 母線、D 母線、E 母線相間 短路的最大、最小短路電流的計算。 3.整定保護(hù) 1、2、3 的電流速斷保 護(hù)定值，并計算各自的最小保護(hù)范 圍。 4.整定保護(hù) 2、3 的限時電流速斷保 護(hù)定值，并校驗(yàn)靈敏度。 5.整定保護(hù) 1、2、3 的過電流保護(hù) 定值，假定母線 E 過電流保護(hù)動作 時限為 0.5s，確定保護(hù) 1、2、3 過 電流保護(hù)的動作時限，校驗(yàn)保護(hù) 1 作近后備，保護(hù) 2、3 作遠(yuǎn)后備的靈 敏度。 6繪制三段式電流保護(hù)原理接線圖。 并分析動作過程。 7、采用 MATLAB 建立系統(tǒng)模型進(jìn)行 仿真分析

4、。 B A G 1 1 23 L 3 L 2 L 1 ED C G 2 G 3 98 76 54 系統(tǒng)接線圖 本科生課程設(shè)計（論文） III 續(xù)表 進(jìn)度計劃 第一天：收集資料，確定設(shè)計方案。 第二天：等值電抗計算、短路電流計算。 第三天：電流 I 段整定計算及靈敏度校驗(yàn)。 第四天：電流 II 段整定計算及靈敏度校驗(yàn)。 第五天：電流 III 段整定計算及靈敏度校驗(yàn)。 第六天：繪制保護(hù)原理圖。 第七、八天：MATLAB 建模仿真分析。 第九天：撰寫說明書。 第十天：課設(shè)總結(jié)，迎接答辯。 指導(dǎo)教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 注：成績：平時20% 論文

5、質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算。 本科生課程設(shè)計（論文） IV 摘要 電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能發(fā)生各種故障和異常運(yùn)行狀態(tài)。故障和異常運(yùn)行狀態(tài) 都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。較其他電氣元件，輸電線路是電力系統(tǒng)中最容易發(fā) 生故障的一環(huán)。故障一旦發(fā)生，必須迅速而有選擇性的切除故障區(qū)段，使非故障區(qū) 段正常供電，這是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最有效方法之一。實(shí)現(xiàn)這些功能的就要 靠繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代社會對供電可靠性的提高，微機(jī)保護(hù) 裝置正日益普遍的用于電力系統(tǒng)中。 1.無論傳統(tǒng)繼電保護(hù)還是現(xiàn)代微機(jī)保護(hù)，其基本任務(wù)都是： （1）當(dāng)電力系統(tǒng)被保護(hù)元件發(fā)生故障時，保護(hù)裝置應(yīng)能自動、迅速、有選擇

6、性 的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障 部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。 （2）當(dāng)電力系統(tǒng)被保護(hù)元件出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)，能根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件，而動 作于發(fā)出信號，減負(fù)荷或跳閘。 可見，繼電保護(hù)對保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn) 行，阻止故障的擴(kuò)大和事故的發(fā)生，發(fā)揮著極其重要的作用。因此，合理配置繼電 保護(hù)裝置，提高整定和校核工作的快速性和準(zhǔn)確性，以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定 運(yùn)行的要求，理應(yīng)得到我們的重視。 2.對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求： 動作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般 應(yīng)滿足四個基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。 （1）選擇性 繼電保護(hù)動作的選擇性是指保護(hù)

7、動作裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中 切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。 （2）速動性 快速的切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低 的情況下工作的時間，以及縮小故障元件的損壞程度。因此，在故障發(fā)生時，應(yīng)力 求保護(hù)裝置能迅速動作切除故障。 本科生課程設(shè)計（論文） V （3）靈敏性 繼電保護(hù)的靈敏性，是指對于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或者不正常運(yùn)行狀態(tài)的 反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)該是在事先規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)部故障時， 不論短路點(diǎn)的位置、短路的類型如何，以及短路點(diǎn)是否有過渡電阻都能敏銳感覺， 正確反應(yīng)。 （4）可靠性 保護(hù)裝置的可靠性

8、是指在該保護(hù)裝置規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該動作的 故障時，它不應(yīng)該拒絕動作，而在任何其他該保護(hù)不該動作的情況下，則不應(yīng)該誤 動作。 本文主要對 35KV 輸電線路方向電流保護(hù)進(jìn)行分析與設(shè)計，對電氣元件在最大 運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式下的電流進(jìn)行整定計算后，進(jìn)行分析，判斷是否需要安裝 方向元件，并在繪制方向電流保護(hù)原理圖后進(jìn)行仿真，最后達(dá)到安全穩(wěn)定的保護(hù)電 力系統(tǒng)運(yùn)行的要求。 關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；電流電壓保護(hù)；電力系統(tǒng)；保護(hù)元件 本科生課程設(shè)計（論文） VI 目 錄 第 1 章 緒論.1 1.1 輸電線路電流保護(hù)概述 .1 1.2 本文設(shè)計內(nèi)容 .1 第 2 章 輸電線路電流保護(hù)整定計算.2 2.

9、1 電流 段整定計算.2 2.1.1 動作電流的整定 .2 2.1.2 靈敏度校驗(yàn) .3 2.1.3 動作時間的整定 .3 2.2 電流段整定計算.4 2.3 電流段整定計算 .4 第 3 章 電流保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析.6 3.1 電流三段式保護(hù)原理接線圖 .6 3.2 電流三段式原理展開圖.7 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 .8 第 5 章 課程設(shè)計總結(jié).10 參考文獻(xiàn).11 本科生課程設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 1.1 輸電線路電流保護(hù)概述 電力系統(tǒng)的輸、配電線路因各種設(shè)備原因、自然原因、人工操作不當(dāng)?shù)仍蚩?能會發(fā)生相間或相地短路故障，因此，必須有相應(yīng)的保護(hù)裝

10、置來反映這些故障，并 控制故障線路的斷路器，使其跳閘以切除故障。而且，對各種不同電壓等級的線路 應(yīng)該裝設(shè)不同的相間短路和接地短路的保護(hù)。對于 35KV 及以上的電力設(shè)備和線路故 障，應(yīng)有主保護(hù)和后備保護(hù)；對于電壓等級在 220KV 及以上的線路，應(yīng)該考慮或者 必須裝設(shè)雙重化的主保護(hù)，對于整個線路的故障，應(yīng)該無延時控制其斷路器跳閘。 線路的相間短路、接地短路保護(hù)主要有電流電壓保護(hù)，方向電流電壓保護(hù)，接地零 序電流電壓保護(hù)，距離保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)等。而其中電流電壓保護(hù)主要包括帶方向判 別和不帶方向判別的相間短路電流電壓保護(hù)、帶方向判別和不帶方向判別的接地短 路電流電壓保護(hù)。他們分別用于雙電源網(wǎng)絡(luò)、單電

11、源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)及單電源輻射網(wǎng)絡(luò)的 線路上切除相間或接地短路故障。 1.2 本文設(shè)計內(nèi)容 方向電流保護(hù)用于雙電源網(wǎng)絡(luò)和單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)時，在構(gòu)成、整定、相互配合 等問題上還有以下特點(diǎn)：在保護(hù)構(gòu)成中增加功率方向測量原件，并與電流測量元件 共同判別是否在保護(hù)線路的正方向上發(fā)生故障。 本次設(shè)計主要對保護(hù)段的 段動 作電流的整定、靈敏度的校驗(yàn)、動作時間的整定、方向電流段的整定計算和方向 電流段動作時間整定計算，繪制方向電流保護(hù)原理圖，并對動作過程進(jìn)行分析。 以及運(yùn)行方式的選擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負(fù)荷電流計算、短路電流計算等。 本科生課程設(shè)計（論文） 2 第 2 章 輸電線路電流保護(hù)整定計算 2.1 電流 段整

12、定計算 2.1.1 動作電流的整定 ，244 . 060 21LL XX164 . 040 3L X ，, 124 . 030 BC X124 . 030 CD X84 . 020 DE X 所以，最大運(yùn)行方式的等值阻抗為： 14152524241525 212121min3GGLLGG XXXXXXX 最小運(yùn)行方式的等值阻抗為： 1716102425 3311max3LGLG XXXXX C 母線最大短路電流為： A 82 . 0 1214 337 min3 max BC s kC XX E I C 母線最小短路電流為： A 64. 0 1217 337 2 3 2 3 max3 min B

13、C s kC XX E I 同理，D 母線最大短路電流為： A 56. 0 121214 337 min3 max CDBC s kD XXX E I D 母線最小短路電流為： A 45. 0 121217 337 2 3 2 3 max3 min CDBC s kD XXX E I E 母線最大短路電流為： 本科生課程設(shè)計（論文） 3 A 46 . 0 8121214 337 min3 max DECDBC s kE XXXX E I E 母線最小短路電流為： A 38. 0 8121217 337 2 3 2 3 max3 min DECDBC s kE XXXX E I 保護(hù) 1，2，3

14、 的第 I 段動作電流分別為： A552 . 0 46. 02 . 1 max1kE I rel I op IKI A672 . 0 56 . 0 2 . 1 max2kD I rel I op IKI A984 . 0 82 . 0 2 . 1 max3kC I rel I op IKI 2.1.2 靈敏度校驗(yàn) 49. 6121216 552 . 0 2 37 2 3 max3 1 min1CDBC I op s XXX I E xl 470 . 0 1216 672 . 0 2 37 2 3 max3 2 min2BC I op s XX I E xl 800 . 2 16 984 . 0

15、 2 37 2 3 max3 3 min3 X I E xl I op s 所以，不滿足靈敏度要求。 0%100 min1 1 DE I sen X xl K ，不滿足靈敏度要求。 , 0%100 min2 2 CD I sen X xl K ，滿足靈敏度要求。 %15% 3 . 23%100 12 800. 2 %100 min3 3 BC I sen X xl K 2.1.3 動作時間的整定 由上述過程可知，保護(hù) 1，2，3 的 I 段動作時間分別為： ，s0 1 I op Is0 2 I op Is0 3 I op I 本科生課程設(shè)計（論文） 4 2.2 電流段整定計算 對于保護(hù) 2 的

16、電流保護(hù) II 段動作電流應(yīng)與相鄰線路 DE 電流保護(hù)的 I 段配合， 即 ， 2min12b I op II rel II op KIKI1 2min b K 所以，A63 . 0 1552 . 0 15 . 1 2 II op I ，不滿足靈敏度要求。 3 . 171. 0 63. 0 45. 0 2 min II op kDII sen I I K 所以斷路器 2 處電流保護(hù) II 段與斷路器 1 處的 II 段配合，但因 1 處沒有保護(hù) II 段，所以不滿足要求。 對于保護(hù) 3 的電流保護(hù)的 II 段的動作電流應(yīng)與相鄰線路 CD 電流保護(hù)的 I 段配 合，即 A77 . 0 1672

17、. 0 15 . 1 3min23b I op II rel II op KIKI ，不滿足靈敏度要求。 3 . 183 . 0 77 . 0 64 . 0 3 min II op kCII sen I I K 所以，斷路器 3 處電流保護(hù) II 段與斷路器 2 處電流保護(hù) II 斷配合，即 A72. 0163 . 0 15 . 1 3min23b II op II rel II op KIKI ，不滿足靈敏度要求。 3 . 189. 0 72. 0 64. 0 3 min II op kCII sen I I K s 1 3 II op I 2.3 電流段整定計算 整定保護(hù) 1，2，3 的過

18、電流保護(hù)定值，假定母線 E 過電流保護(hù)動作電流時限為 0.5s,確定保護(hù) 1，2，3 過電流保護(hù)的動作時限，校驗(yàn)保護(hù) 1 作近后備，保護(hù) 2，3 作遠(yuǎn)后備的靈敏度。 因?yàn)?max rel L re ss III III op I K KK I 本科生課程設(shè)計（論文） 5 所以 A 029.7135 85 . 0 5 . 115. 1 max rel 1DE re ss III III op I K KK I A 059.14270 85. 0 5 . 115 . 1 max rel 2CD re ss III III op I K KK I A 235.223110 85. 0 5 . 115

19、. 1 max rel 3BC re ss III III op I K KK I 因?yàn)榧俣妇€ E 過電流保護(hù)動作的時限為 0.5s,即，所以保護(hù)s5 . 0 e III op I 1，2，3 整定時間分別為： s 1 e1 tII III op III op s5 . 1 12 tII III op III op s2 23 tII III op III op ，不滿足靈敏度要求。 3 . 100535 . 0 029.71 38 . 0 1 min 1 III op kEIII sen I I K ，不滿足靈敏度要求。 2 . 100267 . 0 059.142 38 . 0 2 mi

20、n 2 III op kEIII sen I I K ，不滿足靈敏度要求。 2 . 100170. 0 235.223 38 . 0 3 min 3 III op kEIII sen I I K 本科生課程設(shè)計（論文） 6 第 3 章 電流保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析 3.1 電流三段式保護(hù)原理接線圖 圖 3.1 三段式電流保護(hù)原理接線圖 圖中，1KA、2KA 是 A、C 三相電流保護(hù)段的測量元件； 3KA、4KA 是 A、C 三項(xiàng)電流保護(hù)段的測量元件； 5KA、6KA、7KA 是 A、C 三相電流保護(hù)段的測量元件； KM 是中間繼電器； 1KT、2KT 是電流保護(hù)、段的邏輯延時元件； 1K

21、S、2KS、3KS 是電流保護(hù)、段動作的報警用信號元件。 在該保護(hù)的第段保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生 AB 兩項(xiàng)短路時，測量元件 1、2、3、4、5、6 都將動作，其中測量元件 1、2 直接啟動中間繼電器和信號元件， 并使斷路器跳閘，切出故障。雖然測量元件 3、4、5、6 啟動了延時元件，但因故障 切除后，故障電流已消失，所以所有測量元件和延時未到的延時元件，均將返回。 電流保護(hù)的、段不會再輸出跳閘信號。同理，在線路末端短路時，只有延時元 本科生課程設(shè)計（論文） 7 件動作以切出故障。 3.2 電流三段式原理展開圖 電網(wǎng)的三段式電流保護(hù)的作用，是利用不同過電流值下，設(shè)置不同的延時動作 時間來規(guī)避工作尖峰電流

22、和使發(fā)生短路故障時，只有事故點(diǎn)最近的斷路器動作以減 少斷電的影響范圍。 三段式電流保護(hù)原理展開圖如圖 3.2、3.3、3.4 所示。 圖 3.2 交流回路展開圖 圖 3.3 直流回路展開圖 圖 3.4 信號回路展開圖 T Aa T Ac 1KA3KA5KA 2KA4KA6KA 7KA A C N +WC-W C 1KA 2KA 3KA 4KA 5KA 6KA 7KA KM 1KT 2KT 1KS 2KS 3KS KM 1KT 2KT QF T Q + WS 1KS 2KS 3KS 本科生課程設(shè)計（論文） 8 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 利用 Simulink 中的 SimPower

23、Systems 工具箱構(gòu)建設(shè)計要求中給定的電力系統(tǒng)系 統(tǒng)，并在 Matlab 環(huán)境中調(diào)試成功。再建立線路三段式電流保護(hù)模塊對各個部分參數(shù) 進(jìn)行設(shè)定。根據(jù)線路三段式保護(hù)的原理以及各段保護(hù)之間的配合模擬電流 I、II、III 段保護(hù)動作分別在電流 I、II、III 段的范圍內(nèi)設(shè)置故障進(jìn)行調(diào)試仿真。 根據(jù)線路三段式保護(hù)的原理以及各段保護(hù)之間的配合模擬各段保護(hù)的動作情況。 （1）模擬電流段保護(hù)動作執(zhí)行仿真后，仿真結(jié)果如下圖 4.1 所示： 由圖可以看出線路在 0.05s 發(fā)生了故障，產(chǎn)生一個較大的短路電流，之后經(jīng)過 一個很小的延時 0.001s，斷路器 1 跳閘。電流段成功按時動作。 圖 4.1 電流

24、段保護(hù)仿真波形圖 （2）模擬電流段保護(hù)動作，在電流段的范圍內(nèi)設(shè)置故障，由于本設(shè)計是模 擬線路不同段發(fā)生故障，所以就可以直接改變線路 1 的值來模擬線路不同段的故障。 將線路 1 的值設(shè)置為 10，線路 0、2 分別為 0.3、3.5。仿真參數(shù)同 1） ，執(zhí)行仿真 后，仿真結(jié)果如下圖 4.2 所示: 本科生課程設(shè)計（論文） 9 圖 4.2 電流段保護(hù)仿真波形圖 由圖可以看出線路在 0.05s 發(fā)生了故障，產(chǎn)生一個較大的短路電流，之后經(jīng)過 預(yù)先設(shè)置的延時 0.5s，斷路器 1 在 0.55s 跳閘。電流段成功按時動作。 （3）模擬電流段保護(hù)動作，在電流段的范圍內(nèi)設(shè)置故障，由于本設(shè)計是模 擬線路不同段發(fā)生故障，所以就可以直接改變線路 1 的值來模擬線路不同段的故障。 將線路 1 的值設(shè)置為 15.5，線路 0、2 分別為 0.3、3.5。仿真參數(shù)同 1） ，執(zhí)行仿真 后，仿真結(jié)果如下圖 4.3 所示: 圖 4.3 電流段