輸電線路方向電流保護設計

1、本科生課程設計（論文）遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學學電力系統(tǒng)繼電保護電力系統(tǒng)繼電保護課程設計（論文）課程設計（論文）題目：輸電線路方向電流保護設計（題目：輸電線路方向電流保護設計（5 5）院（系）：院（系）： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學學 號：號： 學生姓名：學生姓名： 指導教師：指導教師： （簽字）起止時間：起止時間： 2012.12.312012.12.312013.01.112013.01.11本科生課程設計（論文）課程設計（論文）任務及評語課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室：電氣工程及其自動化學 號學生姓名專業(yè)班級課程設計（論文）題目輸電線路方向電流保護設計（5

2、）課程設計（論文）任務系統(tǒng)接線圖如圖：課程設計的內容及技術參數(shù)參見下表設計技術參數(shù)工作量,20,3/1151GXkVE,12,1232GGXXL1=L2=60km,L3=50km,LB-C=40km,LC-D=50km,LD-E=20km,線路阻抗0.4/km,2 . 1IrelKrelK15. 1relK最大負荷電流 IB-C.Lmax=360A,IC-D.Lmax=210A, ID-E.Lmax=110A,電動機自啟動系數(shù) Kss=1.5，電流繼電器返回系數(shù) Kre=0.85。最大運行方式：三臺發(fā)電機及線路L1、L2、L3 同時投入運行；最小運行方式：G2、L2 退出運行。1.等值電抗計算

3、、短路電流計算。2. 整定保護 4、5 的電流速斷保護定值，并盡可能在一端加裝方向元件。3確定保護 5、7、9 限時電流速斷保護的電流定值，并校驗靈敏度。4確定保護 4、5、6、7、8、9 過電流保護的時間定值，并說明何處需要安裝方向元件。5繪制方向過電流保護的原理接線圖。并分析動作過程。6、采用 MATLAB 建立系統(tǒng)模型進行仿真分析。BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系統(tǒng)接線圖本科生課程設計（論文）1續(xù)表進度計劃第一天：收集資料，確定設計方案。 第二天：等值電抗計算、短路電流計算。第三天：整定保護 4、5 的電流速斷保護定值，并盡可能在一端加裝方向元件。第四天：確定保護

4、5、7、9 限時電流速斷保護的電流定值，并校驗靈敏度。第五天：確定保護 4、5、6、7、8、9 過電流保護的時間定值，說明何處需安裝方向元件。 第六天：繪制保護原理圖。 第七、八天：MATLAB 建模仿真分析。第九天：撰寫說明書。 第十天：課設總結，迎接答辯。指導教師評語及成績平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算本科生課程設計（論文）2摘 要電力系統(tǒng)的輸、配線路因各種原因可能 會發(fā)生相間或相地短路故障,因此,必須有相應的保護裝置來反映這些故障，方向保護是利用電壓和電流的乘積判明電流流向（相位）的繼電保護。

5、以判明短路故障位于保護裝置處的正向或反向。本設計題目為輸電線路方向電流保護設計，經(jīng)過 保護 4、5 的 段動作電流的整定、靈敏度的校驗、動作時間的整定 、保護 5、7、9 方向電流段的整定計算和方向電流段動作時間整定計算 ，繪制方向電流保護原理圖 ，并對動作過程進行分析。利用 MATLAB 軟件建立系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)給定參數(shù)對電氣元件設定，對仿真結果分析，符合設計要求。關鍵詞：電力系統(tǒng)；電流保護；方向保護；方向元件本科生課程設計（論文）3目 錄第 1 章 緒論 .41.1 輸電線路電流保護概述.41.2 本文主要內容.4第 2 章 輸電線路方向電流保護整定計算 .62.1 方向電流 段整定計算

6、.62.1.1 保護 4、5 的 段動作電流的整定 .62.1.2 靈敏度校驗 .72.1.3 動作時間的整定 .72.2 保護 5、7、9 方向電流段整定計算.82.3 方向電流段動作時間整定計算及方向元件的安裝 .9第 3 章 方向電流保護原理圖的繪制與動作過程分析 .103.1 保護原理圖.103.2 動作過程分析.12第 4 章 MATLAB 建模仿真分析.13第 5 章 課程設計總結 .16參考文獻 .17本科生課程設計（論文）4第 1 章 緒論1.1 輸電線路電流保護概述電力系統(tǒng)的輸、配線路因各種原因可能 會發(fā)生相間或相地短路故障,因此,必須有相應的保護裝置來反映這些故障,并控制故

7、障線路的斷路器,使其跳閘以切除故障.對各種不同電壓等級的線路應該裝設不同的相間短路和接地短路的保護。對于 3KV及以上的電力設備和線路的短路故障，應有主保護和后備保護，對于電壓等級在220KV 及以上的線路，應考慮或者必須裝設雙重化的主保護，對于整個線路的故障，應無延時控制其短路器跳閘。線路的相間短路、接地短路保護有：電流電壓保護，方向電流電壓保護，接地零序流電壓保護，距離保護和縱聯(lián)保護等。電力系統(tǒng)中線路的電流電壓保護包括：帶方向判別和不帶方向判別的相間短路電流電壓保護，帶方向判別和不帶方向判別的接地短路電流電壓保護。他們分別是用于雙電源網(wǎng)絡、單電源環(huán)形網(wǎng)絡及單電源輻射網(wǎng)絡的線路上切除相間或接

8、地短路故障。1.2 本文主要內容通過對保護段的 段動作電流的整定 、靈敏度的校驗、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 ，繪制方向電流保護原理圖，并對動作過程進行分析。在對電流保護段來說，因為反方向短路時功率方向測量元件不動作，其整定值就只需躲過正方向線路末端短路電流最大值，而不必躲過反方向短路的最大短路電流，因而提高了靈敏度。這種增加了功率方向測量元件的電流保護即為方向電流保護。在雙電源網(wǎng)絡或其他復雜網(wǎng)絡中，可以采用帶方向的三段式電流保護，以滿足保護的各種性能要求。方向電流保護用于雙電源網(wǎng)絡和單電源環(huán)形網(wǎng)絡時，在構成、整定、相互配合等問題上還有以下特點：在保護構

9、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線路的正方向上發(fā)生故障。方向電流保護第段，即無時限方向電流速度保護的動作電流整定可以不必躲過反方向外部最大短路電流；第段電流保護動作電流還應考慮躲過反向不對稱短路時，流過非故障相的電流，這樣可防止在反方向發(fā)生不對稱故障時非故障線功率方向測量元件誤動作而造成的保護誤動作；在環(huán)網(wǎng)和雙電源網(wǎng)中，功率方向可能相同的電流保護第段的動作電流之間和動作時本科生課程設計（論文）5間之間應相互配合，以保證保護的選擇性。本次設計包含了運行方式的選擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負荷電流計算、短路電流計算、繼電保護距離保護的整定計算和校驗、繼電保護零序電流保護的整定

10、計算和校驗、對所選擇的保護裝置進行綜合評價。本科生課程設計（論文）6第 2 章 輸電線路方向電流保護整定計算2.1 方向電流 段整定計算2.1.1 保護 4、5 的 段動作電流的整定根據(jù)任務書中的系統(tǒng)接線圖計算各段線路的阻抗。=60*0.4=24 =50*0.4=20 =40*0.4=161LX2LX3LXBCX=50*0.4=20 =20*0.4=8CDXDEX由電流速斷保護的動作電流應躲過本線末端的最大短路電流，可計算：保護 4= 1.668kA X)X(X )(L3L2G211)3(maxLGKAXXEI 2024)(12 )2420(3115=1.2 1.668=2.002kA)3(m

11、ax4KAIrelIOPIKI保護 5kAXEIGKB075. 220123115 XL33)3(maxkAIKIKBIrelIOP49. 2075. 22 . 1)3(max5因為 ，所以在 4QF 加方向元件。)3(max4KBIOPII2.1.2 靈敏度校驗校驗，應按電流、電壓元件中保護范圍小的元件確定，整定值滿足可靠系IsenK數(shù)的要求。 314min134min4lxlxllKIsen保護 4 的靈敏度校驗：=-20=8.72IOPmin142I3SElxmaxsX002. 223/1153本科生課程設計（論文）7=2424+20=3231lx3214/LLLOPXXXX/=100%

12、=27.25%15%senK4min1OPXlx3272. 8滿足靈敏度要求，所以合格。保護 5 的靈敏度校驗： 315min135min5lxlxllKIsen=7.09maxmin1523xOPSXIElx3 1153162 2.49=2031lx35LOPXX=100%=35.45%15%senK315min1lxlx2009. 7滿足靈敏度要求，所以合格。2.1.3 動作時間的整定因為無時限電流速斷保護不必外加延時元件即可保證保護的選擇性，所以電流保護第 I 段的動作時間為 0，即 t=t=0。4op5op2.2 保護 5、7、9 方向電流段整定計算無時限電流速斷保護在任何情況下只能切

13、除本線路上的故障，外部短路故障應依靠另外一種電流保護,即帶時限的電流速斷保護對于此種保護的動作電流整定為。保護 5段與保護 3 配合= 5opIbOPrelKK/IB-C.Lmax=360A OP:分支系數(shù)=流過故障線電流/流過保護線電流。bK=1+=1+=1.42bKABBII3311LGSLGSXXEXXE=/1.42=291.54A bOPrelKIK5OPI36015. 1本科生課程設計（論文）8kA=1796.875A33)2(KB23ILGSXXE2012311523=6.161.4 所以滿足靈敏度要求。 senK5)2(OPKBII54.29175.81796與相鄰保護 3段配合

14、=1+=1+=1.42bKABBII3311LGSLGSXXEXXE 5OP2)KBII（senK IC-D.Lmax=210A 2OPI分支系數(shù)=流過故障線電流/流過保護線電流，且兩電流相等。所以：=14bK=/=264.5A 3OPI2OPrelIK4bK1/21015. 1=/=214.21A 5OPI3OPrelIKbK42. 1/5 .26415. 1=8.381.4 此結果滿足靈敏度要求。 5OP2)KBII（senK21.21475.81796=1s 5OPttt3OPttt2OP保護 7,9 與保護 5 相同。2.3 方向電流段動作時間整定計算及方向元件的安裝為保證選擇性，則必

15、須加延時元件，且應按照階梯形原則整定，即兩相鄰線路的電流動作時間相差一個t。上一線路與動作時間長的下一段線路相配合；末級不裝延時元件；越靠近電源，延時越長。s（線路末端） ，0t1ttt12t2ttt23，（無下一級，相當于末級） 5793tttt1.5st 0sttt864若:，: 1.5sttt9750sttt864為簡化保護接線和提高保護的可靠性，電流保護每相的第、段可共用一個方向元件。電流保護第段的動作時間較小者而可能失去選擇性時加方向元件，本科生課程設計（論文）9動作時間相同者可能失去選擇性時均加方向元件。所以,保護 4,6,8 加方向元件。本科生課程設計（論文）10第 3 章 方向

16、電流保護原理圖的繪制3.1 保護原理圖根據(jù)系統(tǒng)接線圖，繪制方向電流保護原理圖，如圖 3.1 所示。 圖 3.1 方向電流保護原理圖3.2 動作過程分析電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動方式，當兩者都滿足時線路才能接通。當系統(tǒng)發(fā)生短路時，有本線路所在保護的段切故障。當斷拒動或故障時，電流繼電器經(jīng)過延時繼電器，延時元件則用于判別是否本線路發(fā)生了故障而主保護據(jù)動和判別是否相鄰元件發(fā)生了故障而相鄰元件保護或斷路器據(jù)動，若出現(xiàn)上述舉動情況，則延時元件會有輸出，使本線斷路器跳閘。振蕩元件和電壓互感器二次斷線閉鎖元件，分別在系統(tǒng)振蕩和電壓互感器二次斷線時有輸出，經(jīng)非門閉鎖保護，可防止保護誤動作。發(fā)生故障時相

17、應段的保護動作，信號元件動作輸出保護動作的報警信號。整套保護也可用距離保護中第段的測量元件兼做啟動元件，保護中第Z、段的測量元件、整定值可由一個阻抗元件用接點進行切換實現(xiàn)，若測ZZ量元件、和無方向性，則需加方向判別元件。整套保護中每相均有啟動元ZZZ件，可以增加保護的可靠性。本科生課程設計（論文）11本科生課程設計（論文）12第 4 章 MATLAB 仿真分析按系統(tǒng)接線圖在 MATLAB 軟件中建立仿真模型，根據(jù)給定的參數(shù)對各電氣元件設定，系統(tǒng)在 MATLAB 軟件中的仿真圖如圖 4.1 所示。將給定的信號輸入仿真系統(tǒng)，將各個環(huán)節(jié)的端口按框圖連接起來，根據(jù)線路三段式保護的原理以及各段保護之間的

18、配合模擬各段保護的動作情況。圖 4.1 MATLAB 建模仿真圖正常運行狀態(tài)時線路電壓電流波形如圖 4.2 所示。圖 4.2 電壓波形本科生課程設計（論文）13線路發(fā)生相間兩相短路故障時的故障相電流波形如圖 4.3 所示。線路兩相短路故障時的電流波形圖反映了系統(tǒng)發(fā)生兩短路故障故障相的電流變化情況。仿真結果表明，所建立的保護模型具有實時性和正確性，符合計算結論。圖 4.3 故障相電流波形本科生課程設計（論文）14第 5 章 課程設計總結隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，對電力系統(tǒng)安全性、可靠性、高效性運行的要求越來越高，繼電保護應運而生，本文對繼電保護各項參數(shù)進行了計算，以及安裝了方向保護元件實現(xiàn)方向保護。本次設計題目為輸電線路方向電流保護設計，通過對 保護段的 段動作電流的整定、靈敏度的校驗、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 ，繪制方向電流保護原理圖 ，并對動作過程進行分析。根據(jù)系統(tǒng)接線圖 建立 MATLAB 系統(tǒng)仿真模型， 按給定參數(shù)對電氣設備的參數(shù)進行設定， 對仿真結果分析， 本次設計符合 要求。本科生課程設計（