輸電線路距離保護設計

1、-作者xxxx-日期xxxx輸電線路距離保護設計【精品文檔】遼 寧 工 業(yè) 大 學電力系統(tǒng)繼電保護課程設計（論文）題目：輸電線路距離保護設計（1）院（系）： 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間： 【精品文檔】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）題目輸電線路距離保護設計（1）課程設計（論文）任務8E6562km38km2174330kmDCBA系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)接線圖如圖：課程設計的內容及技術參數參見下表設計技術參數工作量/km,線路阻抗角為L=65°,AB、BC線路最大負荷電流為40

2、0A,負荷功率因數為cosL=0.9,。電源電勢為E=115kV, ZsAmax=10,ZsAmin=8,ZsBmax=30,ZsBmin=15。歸算至115kV的各變壓器阻抗為84.7,容量ST為15MV.A。其余參數如圖所示。1計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。2. 計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。3. 計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。4分析系統(tǒng)在最小運行方式下振蕩時，保護1各段距離保護的動作情況。5當距保護1出口20km處發(fā)生帶過渡電阻Rarc=12的相間短路時，保護1的三段式距離保護將作何反應（設B母線上電源開路）？6繪制三段式距離保護的原理框圖。并分析動作過程。

3、7. 采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進行仿真分析。續(xù)表進度計劃第一天：收集資料，確定設計方案。 第二天：距離I段整定計算及靈敏度校驗。第三天：距離II段整定計算及靈敏度校驗。 第四天：距離III段整定計算及靈敏度校驗。第五天：系統(tǒng)振蕩和短路過渡電阻影響分析。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% 以百分制計算摘 要距離保護是以距離測量元件為基礎構成的保護裝置，又稱阻抗保護。當系統(tǒng)正常運行時，保護

4、裝置安裝處的電壓為系統(tǒng)的額定電壓，電流為負載電流，而發(fā)生短路故障時，其電壓降低、電流增大。因此，電壓和電流的比值，在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下是有很大變化的。由于線路阻抗和距離成正比，保護安裝處的電壓與電流之比反映了保護安裝處到短路點的阻抗，也反映了保護安裝處到短路點的距離。所以可按照距離的遠近來確定保護裝置的動作時間，這樣就能有選擇地切除故障。本次課程設計主要輸電線路的距離保護，根據已知系統(tǒng)的接線圖，來確定保護1距離保護三段的整定值并校驗各段的靈敏度，同時分析系統(tǒng)在最小運行方式下振蕩時，保護1各段距離保護的動作情況。最后分析動作過程并采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進行仿真分析輸出系統(tǒng)正常狀態(tài)和故障

5、狀態(tài)下的電流和電壓波形，判斷系統(tǒng)是否會出現繼電器的誤動作并分析其動作與否的原因，用實驗數據來驗證計算的準確性。關鍵詞：距離保護；故障點；整定計算；仿真目 錄第1章 緒論1 輸電線路距離保護概述1 本文研究內容2第2章 輸電線路距離保護整定計算3 距離段整定計算3 距離段整定計算3 距離段整定計算4 系統(tǒng)振蕩和短路過渡電阻影響分析5 系統(tǒng)震蕩特性5 短路過渡電阻影響分析8第3章 距離保護原理圖的與動作過程分析11 保護1各段距離保護的動作過程11 三段式距離保護的原理框圖11第4章 MATLAB建模仿真分析13 距離保護MATLAB建模13 距離保護仿真波形及分析14第5章 課程設計總結17第6

6、章 參考文獻18第1章 緒論1.1 輸電線路距離保護概述輸電線路距離保護是指利用阻抗元件來反應短路故障的保護裝置，阻抗元件的阻抗值是接入該元件的電壓與電流的比值，也就是短路點至保護安裝處的阻抗值。因線路的阻抗值與距離成正比，所以叫距離保護或阻抗保護。系統(tǒng)在正常運行時，不可能總工作于最大運行方式下，因此當運行方式變小時，電流保護的保護范圍將縮短，靈敏度降低；而距離保護測量的是短路點至保護安裝處的距離，受系統(tǒng)運行方式影響較小，保護范圍穩(wěn)定，常用于線路保護電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行主要有符合要求電網結構、系統(tǒng)運行方式和電力系統(tǒng)繼電保護來保證。高壓及以上等級電網中，繼電裝置可靠性和速動性有雙重主保護來保證，其選

7、擇性和靈敏性主要由相間接地故障后被保護延時段來保證。距離保護是以距離測量元件為基礎構成保護裝置，稱阻抗保護。系統(tǒng)正常運行時，保護裝置安裝處的電壓為系統(tǒng)的額定電壓，電流負載電流，發(fā)生短路故障時，電壓降低、電流增大。因此，電壓和電流比，正常狀態(tài)和故障狀態(tài)有很大變化。由于線路阻抗和距離成正比，保護安裝處的電壓與電流之比反映了保護安裝處到短路點的阻抗，也反映保護安裝處到短路點距離。所以按照距離遠近來確定保護動作時間，這樣就能有選擇地切除故障。當前微計算機硬件的更新和網絡化發(fā)展在計算機控制領域。單片機與DSP芯片二者技術上的融合，主要體現在運算能力的提高及嵌入式網絡通信芯片的出現和應用等方面。這些發(fā)展使

8、硬件設計更加方便。高性價比使冗余設計成為可能，為實現靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創(chuàng)造了條件。硬件技術的不斷更新和微機保護設計網絡化，將為距離保護的設計和發(fā)展帶來一種全新的理念和創(chuàng)新，它會大大簡化硬件設計、增強硬件的可靠性，使裝置真正具有了局部或整體升級的可能。1.2 本文研究內容本次課程設計的主要是輸電線路的距離保護。計算和分析主要內容是計算保護1距離保護段、段和段整定值和靈敏度，計算靈敏度同時要注意每個保護的動作時間要精確，上述工作完成后接下來對設計提出的系統(tǒng)震蕩和短路過渡電阻對系統(tǒng)的影響進行相應的計算分析，并確定距離保護的范圍，并分析系統(tǒng)在最小運行方式下振蕩時，保護1各段距離保

9、護的動作情況。后用MATLAB仿真，驗證計算的正確性。第2章 輸電線路距離保護整定計算2.1 距離段整定計算距離段動作阻抗的整定距離I段按躲開下一條線路出口處短路的原則整定 其中：計算相間距離保護第段動作阻抗斷路器1、3、4QF處距離保護第段的動作時間和靈敏度分別為：確定動作時限：t=0S整定阻抗角與線路阻抗角相等，保護區(qū)為被保護線路全長的80%。2.2 距離段整定計算距離II段與相鄰線路距離保護I段相配合，或躲開線路末端變電所變壓器低壓出口側出口處短路時的阻抗值整定。（1）與相鄰線路第段配合。動作阻抗為： ：最小分支系數 助增分支：汲出系數為：1總的分支系數為： 整定阻抗為：靈敏度校驗： 要

10、求： 滿足要求（2）躲開線路末端變電所變壓器低壓出口側出口處短路時的阻抗值。動作阻抗為： ：最小分支系數整定阻抗為：靈敏度校驗： 要求： 滿足要求相間距離II段整定值取上述兩項中較小值。整定阻抗為：整定時間為：t=0.5S 2.3 距離段整定計算（1）按躲過最小負荷阻抗整定動作阻抗為： 整定阻抗為： （2）靈敏度校驗近后備時： 滿足要求遠后備時：作為線路BC遠后備時： 滿足要求。作為變壓器遠后備時： 滿足要求。動作時間： 2.4 系統(tǒng)振蕩和短路過渡電阻影響分析2.4.1 系統(tǒng)震蕩特性系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)中各發(fā)電機電勢間的相角差隨時間作周期性變化，從而使系統(tǒng)中各點電壓，線路電流以及距離保護的測量阻抗

11、也將發(fā)生周期性變化，可能導致距離保護的誤動作。但通常系統(tǒng)振蕩若干周期后，多數情況下能自行恢復同步，若此時保護誤動，勢必造成不良后果，因而使不允許的。（1）對系統(tǒng)振蕩電壓，電流的變化規(guī)律幾點假設：.全相振蕩時，系統(tǒng)三相對稱，故可只取一相分析；.兩側電源電勢和電勢相等，相角差為；.系統(tǒng)中各元件阻抗角均相等，以表示；不考慮負荷電流的影響，不考慮振蕩同時發(fā)生短路。電流：振蕩電流的有效值隨變化（包絡線）電壓：系統(tǒng)中總有一點的電壓為最低，其值為由0向相量所做的垂線的長度，該點則稱為振蕩中心，以z表示。當 且系統(tǒng)中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統(tǒng)縱向阻抗的中點（即處）。當時，I最大，相當于在線路z

12、點發(fā)生三相短路。振蕩周期：電壓的一個最大值到下一個最大值所經歷的時間，一般發(fā)生在0.252.5s的范圍內。（2）系統(tǒng)振蕩時測量阻抗時測量阻抗的變化規(guī)律。M側：因為所以,可見，當變化，幅值變化，阻抗角亦變化。系統(tǒng)振蕩時時距離保護的影響：當測量阻抗進入特性圓內，阻抗繼電器就要誤動。全阻抗繼電器誤動的相角，方向阻抗繼電器誤動的相角。 因為T0.252.5之間，所以就可躲振蕩的影響。（3）當 且系統(tǒng)中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統(tǒng)縱向阻抗的中點（即處）。則2.4.2 短路過渡電阻影響分析過渡電阻的性質： 電弧電阻 電弧電阻，桿塔電阻，大地電阻 其中為附加阻抗， ，為超前的角度。討論：.,單

13、側電源網絡 純電阻性， 增大。. . 雙側電源網絡受電側>0, 電阻電感性，電抗部分增大。送電側<0, 電阻電容性，電抗部分減小。依設計要求，當距保護1出口20km處發(fā)生帶過渡電阻Rarc=12的相間短路時，觀察保護1的三段式距離保護將作出的反應（設B母線上電源開路）。則可將系統(tǒng)視作單側電源網絡1、 相間距離保護I段：由于所以相間距離保護I段不動作。2、 相間距離保護II段：由于 所以相間距離保護II段動作。3、 相間距離保護II段：由于 所以相間距離保護III段動作。第3章 距離保護原理圖的與動作過程分析3.1 保護1各段距離保護的動作過程系統(tǒng)在最小運行方式下振蕩時，保護1各段距

14、離保護的動作情況如下：1、 相間距離保護I段：由于所以相間距離保護I段不動作。2、 相間距離保護II段：由于 所以相間距離保護II段動作。3、 相間距離保護II段：由于 所以相間距離保護III段不動作。3.2 三段式距離保護的原理框圖三段式距離保護的原理框圖如圖3.1。圖3.1 三段式距離保護的原理框圖第4章 MATLAB建模仿真分析4.1 距離保護MATLAB建模目前電子計算機已廣泛應用于電力系統(tǒng)的分析計算。MATLAB是一種交互式、面向對象的程序設計語言，廣泛應用于工業(yè)界與學術界，主要用于矩陣運算，同時在數值分析、自動控制模擬、數字信號處理、動態(tài)分析、繪圖等方面也具有強大的功能，其程序設計

15、語言結構完整，且具有優(yōu)良的移植性，它的基本數據元素是不需要定義的數組。它可以高效率地解決工業(yè)計算問題，特別是關于矩陣和矢量的計算。MATLAB設計中，原始數據的填寫格式是很關鍵的一個環(huán)節(jié)，它與程序使用的方便性和靈活性有著直接的關系。原始數據輸入格式的設計，主要應從使用的角度出發(fā)，原則是簡單明了，便于修改。作為強大的計算平臺，MATLAB集數值計算、符號運算及圖形處理等強大功能于一身，它幾乎可以滿足所有的計算要求。另外，MATLAB還針對許功能強大的模塊集或工具箱，如電力系統(tǒng)仿真工具箱等。一般說來，用戶可以直接使用工具箱足學習、應用和評估不同的模型而不需要自己編寫代碼。當今社會高性能、低成本以及

16、生產和更新換代周期短已經成為現代企業(yè)對產品設計的最基本要求，模塊化、模型化以及動態(tài)仿真是產品設計者對設計工具的最基本要求，而MATLAB中的Simulink就是可以完全滿足要求的幾個工具軟件之一。本次課程設計在斷路器處安裝保護及啟動原件，保護模塊經封裝成子系統(tǒng)，其輸入信號為電壓電流測量值和由啟動元件發(fā)出的投切信號，輸入信號送至斷路器的控制端，以控制斷路器的開合狀態(tài)。信號1表示合閘，斷路器的初始狀態(tài)為合閘。氣動元件是通過負序電流來判別系統(tǒng)是否發(fā)生故障，只有當故障發(fā)生時才能將整套保護模塊迅速投入工作。使用元件庫中的故障模塊進行故障點的設置，可以方便的設置故障類型以及故障點起始時刻。為了簡化系統(tǒng)，線

17、路只有電感，總長為120km。Three-PhauseV-1measurement模塊充當了由SimPowerSystem系統(tǒng)到Simulink系統(tǒng)的接口，相當于實際的電流和電壓互感器。Three-Phause Fault模塊可以模擬三相的各種故障，當設定某種故障時，運行仿真可以得到短路電流和短路電壓，這是其他元件需要的數據，先經過一個三相濾波器消除衰減的直流分量。整個系統(tǒng)通過設定不同的整定值來得到不同的保護范圍，因此可以將三個整定值不同的距離保護模塊以及延時模塊組成三段式距離保護，實現本線路的主保護和下級線路的后備保護。最后再設計一個啟動原件來控制三段式距離保護的投切。輸電線路距離保護的MA

18、TLAB仿真電路圖如圖4.1所示。圖4.1 輸電線路距離保護的仿真電路圖4.2 距離保護仿真波形及分析正常狀態(tài)下的波形圖如圖4.2所示，此時的波形是電壓時三相對稱，相角互差120度的波形。圖4.2 正常狀態(tài)下時系統(tǒng)的電壓波形圖系統(tǒng)發(fā)生設計中的線路故障時的各相電壓波形如圖4.3和圖4.4所示。由于故障仿真屬于暫態(tài)，故此時ss,。改變故障類型仿真得到如下結論：接地距離保護對于范圍內的相間短路不會動作，并且各段中的相間距離保護對于保護范圍內的單相接地故障也不會動作。圖4.3 故障線路的相間電壓波形 圖4.4 故障線路的相間電流波形線路兩相接地故障時的電壓波形圖如圖所示。線路兩相接地故障時的電壓波形圖反映了系統(tǒng)發(fā)生兩相接地故障的過程中，故障線路的電壓變化，根據系統(tǒng)的發(fā)生故障后電流電壓的變化，發(fā)現距離保護能夠反映保護范圍內的各種相間故障和接地故障，實現了本線路保護和后一級級線路的后備保護。仿真結果表明，所建立的保護模型具有實時性和正確性，符合上文的計算結論。圖4.5 線路兩相接地故障時的電壓波形圖第5章 課程設計總結本文要求設計輸電線路的距離保護。這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關重要。系統(tǒng)在正常運行時，不可能總工作于最大