繼電保護(hù)課程設(shè)計 輸電線路電流電壓保護(hù)設(shè)計

1、繼電保護(hù)課程設(shè)計輸電線路電流電壓保護(hù)設(shè)計15第1章 緒論1第2章 設(shè)計的原始資料22.1題目內(nèi)容22.2課程設(shè)計的內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)參見下表22.3 工作計劃：32.4設(shè)計需要考慮的問題32.5保護(hù)方式的選取及整定計算 3 第3章 輸電線路電流保護(hù)整定計算43.1保護(hù)3在最大、最小運(yùn)行方式下的等值阻抗43.2保護(hù)3在最小運(yùn)行方式下G2退出運(yùn)行，L2退出運(yùn)行等值電路43.3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53.4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63.5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73.6整定保護(hù)1、2、3的過電流保護(hù)定值

2、8第4章 電流保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析94.1電流三段式保護(hù)原理圖94.2電流三段式原理展開圖10第5章MATLAB建模仿真分析125.1 MATLAB的概述125.2 仿真設(shè)計135.3仿真結(jié)果135.4結(jié)果分析15 第6章 課程設(shè)計總結(jié)與心得16參考文獻(xiàn)16 第1章 緒論 繼電保護(hù)裝置是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生的故障或不正常遠(yuǎn)行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的基本任務(wù)是：（1）自動、迅速、有選擇地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）反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件，而動作于發(fā)出

3、信號、減負(fù)荷或跳閘。一般情況下不要求保護(hù)迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的程度經(jīng)一定的延時動作于信號。目前，繼電保護(hù)裝置是以各電氣元件作為保護(hù)對象的，其切除故障的范圍是斷路器之間的區(qū)段。反應(yīng)整個被保護(hù)元件上的故障，并能以最短的延時有選擇性地切除故障的保護(hù)稱為主保護(hù)；當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒絕動作時，用來切除故障的保護(hù)稱為后備保護(hù)。 電力系統(tǒng)對動作于跳閘的繼電保護(hù)裝置提出了四個基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。這四個基本要求是分析研究繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)，在它們之間，既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一面。除了以上四個基本要求以外，選用保護(hù)裝置時還應(yīng)該考慮經(jīng)濟(jì)性。在保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行

4、的前提下，盡可能采用投資少、維護(hù)費(fèi)用低的保護(hù)裝置。 線路相間短路的電流電壓保護(hù)有三種：第一，無時限電流速斷保護(hù)；第二，帶時限電流速斷保護(hù)；第三，定時限過電流保護(hù)。這三種相間短路電流電壓保護(hù)分別稱為相間短路電流保護(hù)第段、第段和第段。其中第段和第段作為線路主保護(hù)，第段作為本線路主保護(hù)的近后備保護(hù)和相鄰線路或元件的遠(yuǎn)后備保護(hù)。第、段統(tǒng)稱為線路相間短路的三段式電流電壓保護(hù)。 第段稱為無時限電流速斷保護(hù)，該段動作時間快但是不能保護(hù)線路全長。第段稱為帶時限電流速斷保護(hù)，該段保護(hù)在任何情況下均能保護(hù)本線路的全長（包括線路末端），但是為了保證在相鄰的下一個線路出口處短路時保護(hù)的選擇性，必須和相鄰的無時限電流速

5、斷保護(hù)配合。第段稱為定時限過電流保護(hù)，該段保護(hù)主要是作為本線路主保護(hù)的近后備保護(hù)和相鄰下一線路（或元件）的遠(yuǎn)后備保護(hù)。 本文主要內(nèi)容是研究在母線短路時，保護(hù)1、2、3的第段、第段和第段的整定值，并檢驗(yàn)它們的靈敏度確定它們是否能夠保護(hù)線路。第2章 設(shè)計的原始資料2.1題目內(nèi)容系統(tǒng)接線圖如圖： BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系統(tǒng)接線圖 2.2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L1=L2=50km,L3=40km,LB-C=30km,LC-D=50km,LD-E=30km,線路阻抗0.4/km,最大負(fù)荷電流IB-C.Lmax=400A,IC-D.Lmax=360

6、A, ID-E.Lmax=240A,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：G2、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

7、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。2.3 工作計劃： 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。 2.4設(shè)計需要考慮的問題（1） 系統(tǒng)運(yùn)行方式的考慮 除考慮發(fā)電廠發(fā)電容量的最大和最小運(yùn)行方式外，還必須考慮在設(shè)備檢修或故障切除的情況下，發(fā)生短路時流過保護(hù)裝置的短路電流最大和

8、最小的系統(tǒng)運(yùn)行方式，以便計算保護(hù)的整定值和保護(hù)靈敏度。在需采用電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)時，還必須考慮系統(tǒng)的正常運(yùn)行方式。 （2） 短路點(diǎn)的考慮 求不同保護(hù)的整定值和靈敏度時，應(yīng)注意短路點(diǎn)的選擇。 （3） 短路類型的考慮 相間短路保護(hù)的整定計算應(yīng)取系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路電流，以作動作電流整定之用；而在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下計算兩相短路電流，以作計算靈敏度之用。短路的計算選用三相短路或兩相短路進(jìn)行計算均可，因?yàn)閷ΡＷo(hù)所取的殘余而言，三相短路和兩相短路的殘余數(shù)值相同。 2.5保護(hù)方式的選取及整定計算 采用什么保護(hù)方式，主要視其能否滿足規(guī)程的要求。能滿足要求時，所采用的保護(hù)就可采用；不能滿足要求時，就必須

9、采取措施使其符合要求或改用其他保護(hù)方式。 選用保護(hù)方式時，首先考慮采用最簡單的保護(hù)，以便提高保護(hù)的可靠性。當(dāng)采用簡單保護(hù)不能同時滿足選擇性、靈敏性和速動性要求時，則可采用較復(fù)雜的保護(hù)方式。 選用保護(hù)方式時，可先選擇主保護(hù)，然后選擇后備保護(hù)。通過整定計算，檢驗(yàn)?zāi)芊駶M足靈敏性和速動性的要求。當(dāng)采用的保護(hù)不能很好地滿足選擇性或速動性的要求時，允許采用自動重合閘來校正選擇性或加速保護(hù)動作。 第3章 輸電線路電流保護(hù)整定計算3.1保護(hù)3在最大、最小運(yùn)行方式下的等值阻抗保護(hù)3的最大運(yùn)行方式：三臺發(fā)電機(jī)及線路L1、L2、L3同時投入運(yùn)行，等效電路圖如圖3.1 圖3.1 最大運(yùn)行方式在最大運(yùn)行方式下，短路電流

10、最大，阻抗最小如圖所示，根據(jù)任務(wù)書所給參數(shù)可以計算出：，可得： 3.2保護(hù)3在最小運(yùn)行方式下G2退出運(yùn)行，L2退出運(yùn)行等值電路保護(hù)3在最小運(yùn)行方式下G2退出運(yùn)行，L2退出運(yùn)行等效電路圖如圖3.2. 圖3.2 最小運(yùn)行方式同理，最小運(yùn)行方式下，短路電流最小，阻抗最大3.3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當(dāng)系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下運(yùn)行時C母線短路，此處有最大的短路電流為： 當(dāng)系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下運(yùn)行時C母線短路,此處有最小的短路電流為： 對于D 、E母線發(fā)生相間短路的最大,最小短路電流計算,同樣的道理： 3.4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)范圍由

11、于電流速斷保護(hù)的動作電流應(yīng)躲過本線末端的最大短路電流，故應(yīng)考慮最小運(yùn)行方式下的三相短路電流.故有，保護(hù)1、2、3的第段的動作電流為：當(dāng)最小靈敏度大于時,滿足保護(hù)設(shè)計要求,經(jīng)計算都滿足。3.5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 由于無時限電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分,而該線路的剩下部分的短路故障必須依靠另外一種電流保護(hù),即帶時限的電流速斷保護(hù)。對于此種保護(hù)的動作電流和動作時間的整定分別為: 其中為時限階段,它與短路器的動作時間,被保護(hù)線路的保護(hù)的動作時間誤差等因素有關(guān).這里我們?nèi)?0.5S ,所以對于保護(hù)3的電流保護(hù)的第段的動作電流應(yīng)與相鄰線路電流保護(hù)的第段相配合, 分支系數(shù)

12、為:=1即所以該處電流保護(hù)的第段的靈敏度為:<1.3故不滿足靈敏度的要求。斷路器3QF處電流保護(hù)的第段與相鄰線路電流保護(hù)的電流保護(hù)的第段相配合。即有 此時的靈敏度: <1.3 不滿足要求。此時斷路器3QF處電流保護(hù)的第段動作時間和斷路器2QF處電流保護(hù)的第段動作時間相配合： 對于保護(hù)2QF的電流保護(hù)的第段與相鄰線路1QF電流保護(hù)的電流保護(hù)的第段相配合。此時的靈敏度1.3不滿足要求。3.6整定保護(hù)1、2、3的過電流保護(hù)定值整定保護(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。

13、定時限過電流保護(hù)的作用是作本線主保護(hù)的后備保護(hù),即近后備保護(hù),并做相鄰下一線路的后備保護(hù),即遠(yuǎn)后備保護(hù)。因此，它的保護(hù)范圍要求超過相鄰線路的末端。故保護(hù)1可以作E點(diǎn)的近后備保護(hù)。故保護(hù)2可以作E點(diǎn)的遠(yuǎn)后備保護(hù)。故滿足靈敏度的要求。 第4章 電流保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析4.1電流三段式保護(hù)原理圖圖4.1 三段式電流保護(hù)原理接線圖如圖所示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；1KS、2KS、3KS是電流保護(hù)、段動

14、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，只有延時元件動作以切出故障。每個繼電器都由感受元件、比較元件和執(zhí)行元件三個主要部分組成。感受元件用來測量控制量(如電壓、電流等)的變化，并以某種形式傳送到比較元件；比較元件將接收到的控制量與整定值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果的信號送到執(zhí)行元件；執(zhí)行

15、元件執(zhí)行繼電器功作輸出信號的任務(wù)。4.2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4.2、4.3、4.4所示。圖4.2 交流回路展開圖 圖4.3 直流回路展開圖圖4.4 信號回路展開圖二次設(shè)備互相連接，構(gòu)成對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)的電氣回路稱為二次回路。按電源性質(zhì)分為交流電流回路（由電流互感器（TA）二次側(cè)供電給測量儀表及繼電器的電流線圈等所有電流元件的全部回路）和交流電壓回路-由電壓互感器（TV）二次側(cè)及三相五柱電壓互

16、感器開口三角經(jīng)升壓變壓器轉(zhuǎn)換為220V供電給測量儀表及繼電器等所有電壓線圈以及信號電源等。如圖4.2所示，它由交流回路、信號回路及紙簍控制回路三部分構(gòu)成。交流回路由電流互感器TAa、TAc的二次繞組構(gòu)成不完全星形聯(lián)結(jié)，二次繞組姐電流繼電器KA1KA7的線圈。信號回路由直流屏引出主流操作電源+WS供電。直流控制回路由直流操作電源+WC、-WC供電。當(dāng)Lbc短路時，保護(hù)1、2全不動作，保護(hù)3動作。測量元件1KA6KA都將動作，其中1KA、2KA經(jīng)KM無時限動作直接啟動信號元件1KS，并使斷路器跳閘，切除故障。雖然測量元件3KA、4KA啟動了延時元件1KT，測量元件5KA、6KA啟動了延時元件2KT

17、，但是故障切除后，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返回。因此，電流、段不會再輸出跳閘信號。同理，當(dāng)Lcd短路時，保護(hù)3的段都不動作，段和段只有KA動作，KT和KS都不動作。保護(hù)2 的段都動作，并且使斷路器跳閘。段和段中只有KA動作，KT和KS也都不動作，而保護(hù)3全部動作。當(dāng)Lde短路時，保護(hù)1、2中段全不動作，段和段中只有KA動作，KT和KS都不動作。保護(hù)3的段動作，段和段中只有KA動作，KT和KS不動作。 第5章MATLAB建模仿真分析5.1 MATLAB的概述MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)

18、水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時控制等功能。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué),工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來解算問題要比用C、FORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多.在新的版本中也加入了對C、FORTRAN、c+ 、JAVA的支持，可以直接調(diào)用。用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用，非常的方便。MATLAB的基礎(chǔ)是矩陣計算,但是由于他的開放性，并且mathwork也吸收了像maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個強(qiáng)大的數(shù)

19、學(xué)軟件。當(dāng)前流行的MATLAB 6.5/7.0包括擁有數(shù)百個內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(Toolbox)，工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能工具包用來擴(kuò)充MATLAB的符號計算，可視化建模仿真,文字處理及實(shí)時控制等功能。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包、控制工具包、信號處理工具包、通信工具包等都屬于此類。開放性使MATLAB廣受用戶歡迎.除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。MATLAB一個高級的距陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命

20、令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序(M文件)后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非計算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計算各個領(lǐng)域的重要原因。MATLAB對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來說，他們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和

21、工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計、實(shí)時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。5.2 仿真設(shè)計5.3仿真結(jié)果 （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5.1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。

22、圖5.1 電流I段 （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5.2所示: 圖5.2 電流II段 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.

23、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5.3所示: 圖5.3 電流III段 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1.0s，斷路器1在1.05s跳閘。電流段成功按時動作。5.4結(jié)果分析對于電流段保護(hù)仿真，由圖4.1可以出看出電流段成功按時動作。但是這個故障必須設(shè)置在電流速斷的保護(hù)范圍之內(nèi)。這期間其實(shí)電流段和段都啟動了，只是他們帶有一個動作延時，在還沒來得及動作時，電流段已經(jīng)動作，并跳開斷路器，以至線路電流減小，段和段都返回而不動作。對于電流段保護(hù)仿真，由仿真的波形圖4.2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，但是這個電流值小于電流段的啟動值，所以電流段不會啟動，而段和段會啟動，在經(jīng)過段預(yù)先設(shè)置的延時0.5s后，斷路器1在0.55s跳閘，電流段成功按時動作。這是因?yàn)殡娏鞫坞m然啟動，但是還沒來得及動作，電流已經(jīng)將故障切除，以致電流減小使段返回，這也正是電流保護(hù)為什么要有動作時限配合的原因。對于電流段保護(hù)仿真，在線路末端發(fā)生短路產(chǎn)生的短路電流較小，使得保護(hù)段和段都不會啟動，而段啟動