單側電源網絡定時限過電流保護的建模與仿真

1、 河南科技大學河南科技大學課課 程程 設設 計計 說說 明明 書書課程名稱課程名稱 繼電保護課程設計 題題 目目 單側電源網絡定時限過電流保護的建模與仿真 學學 院院 農業(yè)裝備工程學院 班班 級級 農電 131 班 學生姓名學生姓名 劉寧 指導教師指導教師 李樹強 日日 期期 2016 年 11 月 25 日 1課程設計任務書課程設計任務書課程設計名稱繼電保護課程設計 學生姓名 劉寧 專業(yè)班級農電 131設計題目 單側電源網絡定時限過電流保護的建模與仿真一、課程設計目的1掌握繼電保護保護基本原理與整定計算；2掌握保護、控制、測量、信號回路接線與設計方法；3學習和掌握電力系統(tǒng)MATLABSIMU

2、LINK的基本命令和應用。二、課程設計內容和要求1電力系統(tǒng)的仿真。必須說明系統(tǒng)運行方式、短路點與短路類型的確定原則或依據。2保護方式的選擇及短路電流的整定計算。嘗試設置不同的短路參數并整定計算短路電流大小。3繪制繼電保護的接線方式及仿真輸出。要求繪制繼電器的接線圖及某一元件保護原理展開圖。4對保護的評價。要求從可靠性、選擇性、速動性和靈敏性四個方面來評價所采用保護的質量。5編寫設計說明書。不少于2000字的說明書。三、課程設計任務已知：電力系統(tǒng)的接線圖如圖1所示，電源電壓為35KV，系統(tǒng)最大和最小等效阻抗分別為，；線路阻抗為,XS.= 9XS.= 6XAB= 10；流過保護1、2、3的最大負荷

3、電流分別為400、500、550A，XB= 24，。試仿真保護4的過電流保護。Kss= 1.3Kre= 0.85Krel= 1.15圖1電力系統(tǒng)1了解電力系統(tǒng)并繪制電力系統(tǒng)仿真模型；2繪制過電流電流保護的原理接線圖及展開圖并說明；3設置短路點并計算參數；4.繪制繼電保護的仿真模型；5計算短路電流；26給出仿真結果并分析；要求：1繪制電力系統(tǒng)仿真圖；2繪制過電流電流保護的原理接線圖及展開圖；3設置至少三種短路點并計算參數及短路電流；4繪制仿真結果并分析；四、時間進度安排1明確任務和文獻查找：1天 2Matlab/Simulink熟悉與運用：2天3仿真模型建立：2天 4仿真參數設置及仿真結果分析：

4、2天5編寫說明書：2天 6準備答辯及答辯：1天五、主要參考文獻1.家佩. 電力系統(tǒng)繼電保護與安全自動裝置整定計算.北京：中國電力出版社，20062.張保會，尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護（第二版）.中國電力出版社，20103.于群，曹娜. MATLAB_Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真（第一版）. 機械工業(yè)出版社，20114.于群，曹娜.電力系統(tǒng)繼電保護原理及仿真（第一版）. 機械工業(yè)出版社，20155中華人民共和國國家標準化委員會. GB/T 14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程指導教師簽字： 2016 年 11 月 25 日3摘要定時限過電流保護，也叫電流 III 段保護。 其

5、動作電流按躲過被保護線路的最大負荷電流整定，其動作時間一般保護階梯原則進行整定以實現過電流保護的動作選擇性，并且其動作時間和短路電流的大小無關。工作原理：反映電流增大而動作，它要求能保護本條線路的全長和下一條線路的全長，作為本條線路主保護拒動的近后備保護，其保護范圍應包括下條線路或設備的末端。過電流保護在最大負荷時，保護不應該動作。動作電流：按躲開被保護線路的最大負荷電流，且在自起動電流下繼電器能可靠返回進行整定。優(yōu)點：結構簡單，工作可靠，對單側電源的放射性電網能保證有選擇性的動作，不僅能作為本條線路的近后備（有時作為主保護） ，而且可以作為下一條線路的遠后備，在放射型電網中獲得廣泛應用，一般

6、在 35kV 及以下電網中作為主保護。缺點：動作時間長，而且越靠近電源端其動作時間越大，對靠電源端的故障不能快速切除。定時限過電流保護的要求是：應能保護被保護線路的全長，也能保護相鄰線路全長及相鄰元件的全部。即應能起到近后備與遠后備保護的作用，一般作為主保護的后備保護。關鍵字：定時限過電流保護、電流整定、動作電流、靈敏度校驗農業(yè)裝備工程學院課程設計說明書4目 錄第一章 緒論.1 1.1繼電保護基本原理. 1.2繼電保護裝置的基本要求.第二章 單側電源網絡定時限過電流保護的整定計算. 2.1 定時限過電流保護工作原理. 2.2 按選擇性的要求整定過電流保護的動作時限計算. 2.3過電流保護靈敏系

7、數的校驗.第三章 MATLAB 建模仿真分析. 3.1MATLAB 的概述. 3.2 系統(tǒng)仿真建模設計.第四章 課程設計總結.參考文獻.農業(yè)裝備工程學院課程設計說明書5 第一章緒論1.1 繼電保護基本原理研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要使用有觸點的繼電器來保護電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機、變壓器、輸電線路、母線等）使之免遭損害，所以簡稱繼電保護。繼電保護裝置必須具有正確區(qū)分被保護元件是處于正常運行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護區(qū)內故障還是區(qū)外故障的功能。保護裝置要實現這一功能，需要根據電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎來構成。

8、電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：(1) 電流增大。 短路時故障點與電源之間的電氣設備和輸電線路上的電流將由負荷電流增大至超過負荷電流。(2) 電壓降低。當發(fā)生相間短路和接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。(3) 電流與電壓之間的相位角改變。正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數角，一般約為 20，三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為 6085，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是 180+(6085)。(4) 測量阻抗發(fā)生變化。測量阻抗即測量點(保護安裝處)電壓與電流之比值。正常運行時，

9、測量阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗轉變?yōu)榫€路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。不對稱短路時，出現相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現負序電流和負序電壓分量；單相接地時，出現負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現的。農業(yè)裝備工程學院課程設計說明書6利用短路故障時電氣量的變化，便可構成各種原理的繼電保護。1.2 繼電保護裝置的基本要求繼電保護裝置為了完成它的任務，必須在技術上滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個基本要求。對于作用于繼電器跳閘的繼電保護，應同時滿足四個基本要求，而對于作用于信號以及只反映不正常的運行情況的繼電保護裝置，這四個基本要求中有些要求可以

10、降低。1選擇性選擇性就是指當電力系統(tǒng)中的設備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護僅將故障的設備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當故障設備或線路的保護或斷路器拒動時，應由相鄰設備或線路的保護將故障切除。2速動性速動性是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障，以減少設備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。一般必須快速切除的故障有：(1) 使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值(一般為 0.7 倍額定電壓)。(2) 大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內部故障。(3) 中、低壓線路導線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障。(4) 可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)造成強烈干擾的故障。故

11、障切除時間包括保護裝置和斷路器動作時間，一般快速保護的動作時間為 0.04s0.08s，最快的可達 0.01s0.04s，一般斷路器的跳閘時間為0.06s0.15s，最快的可達 0.02s0.06s。對于反應不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應按照選擇性的條件，帶延時地發(fā)出信號。農業(yè)裝備工程學院課程設計說明書73靈敏性靈敏性是指電氣設備或線路在被保護范圍內發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內故障時，不論短路點的位置和短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應動作，即要求不但在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時能可

12、靠動作，而且在系統(tǒng)最小運行方式下經過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。系統(tǒng)最大運行方式：被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護裝置的短路電流為最大運行方式；系統(tǒng)最小運行方式：在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式。保護裝置的靈敏性是用靈敏系數來衡量。4可靠性可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護最根本的要求。安全性：要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動。信賴性：要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了應該動作的故障時可靠動作，即不拒動。繼電保護的誤動作和拒動作都會給電力系統(tǒng)帶來嚴重危害。即使對于相同的電力元件，隨著電

13、網的發(fā)展，保護不誤動和不拒動對系統(tǒng)的影響也會發(fā)生變化。以上四個基本要求是設計、配置和維護繼電保護的依據，又是分析評價繼電保護的基礎。這四個基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實際工作中，要根據電網的結構和用戶的性質，辯證地進行統(tǒng)一。農業(yè)裝備工程學院課程設計說明書8 第二章定時限過電流保護的整定計算2.1 過電流保護的作用（1）電流速斷和限時電流速斷配合使得保護范圍內（被保護線路）內的故障都可以快速切除，因此兩者構成了被保護線路的主保護。（2）為了保證相鄰線路主保護拒動或斷路器拒動時可靠切除故障（遠后備），同時作為本線路故障主保護拒動時可靠切除故障（近后備） ，配置過電流保護。

14、 （3）過電流保護的主要作用是作為后備保護，提高整個保護系統(tǒng)的可靠性。2.2 定時限過電流保護工作原理農業(yè)裝備工程學院課程設計說明書9（1）在正常情況下各條線路上的過電流保護絕不會動作max3lIIIsetII（2）在外部故障切除后電壓恢復，負荷自動啟動電流作用下保護裝置必須能夠返回maxSSreII ：過電流保護裝置的啟動電流IIIsetI3 ：過電流保護裝置的返回電流reI：線路上出現的最大負荷電流maxlI：外部故障切除后電壓恢復時的自動啟動電流maxSSI電動機的自起動電流要大于它正常工作的電流，因此，引入一個自起動系數來表示自起動時最大電流與正常運行時最大負荷電流SSKxamSSI.

15、之比，即xamlI. xamlSSxamSSIKI.保護 3、4 和 5 在各自起動電流的作用下必須立即返回。為此應使保護裝置的返回電流（一次值）大于。引入可靠系數，則reIxamSSI.IIIrelKxamlSSIIIrelxamSSIIIrelreIKKIKI.xamlreSSIIIrelrereIIIsetIKKKIKI.1農業(yè)裝備工程學院課程設計說明書10式中 ：可靠系數，一般采用 1.151.25 ；IIIrelK ：自起動系數。數值大于 1，應由網絡具體接線和負荷性質確定；SSK ：電流繼電器的返回系數，一般采用 0.850.95。reK保護 1-位于電網的末端，只要電動機內部故障

16、，它就可以瞬時動作予以切除，即為保護裝置本身的故固有動作時間。IIIt1保護 2-為了保證點短路時動作的選擇性，則應整定其動作時限 1dIIIIIItt12。引入時間階段，則保護 2 的動作時限為t （24）tttIIIIII12依次類推，保護 3、4、5 的動作時限均應比相鄰各元件保護得動作時限均高出至少一個，只有這樣才能充分保證動作的選擇性。t2.3 按選擇性的要求整定過電流保護的動作時限計算2.3.1保護4的電流定值流過保護4的最大負荷電流為)(1450550500400max. 4 . lAI保護4的過電流值)(55. 2145085. 015. 13 . 1. 4 .4 .KAIKK

17、KIxamlreSSIIIrelIIIset時限為)(5 . 15 . 01),max(III3III2III1III4sttttt農業(yè)裝備工程學院課程設計說明書11保護 1 切除故障后，流過保護 4 的最大負荷電流KAAI05. 11050550500max. 4 . l在考慮電機的自啟動出現的最大啟動電流KAIKIssss365. 105. 13 . 1max. 4 . lmax.這個電流必須小于保護 4 的返回電流，否則 1.5s 以后保護 4 將誤切除。max.ssIreI相應的要求,從而有，當re4 .remax.ss55. 2KIKIIIIIsetre365. 155. 2reK5

18、35. 055. 2365. 1reK返回系數低于 0.535 時，會造成誤動。在上圖所示的網絡中，對保護 4 而言即應滿足以下要求： tttttttIIIIIIIIIIII3214,max式中 ：1 號（電動機）保護的動作時間IIIt1 ：2 號（變壓器）保護的動作時間IIIt2：3 號（線路 BC）保護的動作時間IIIt32.4 過電流保護靈敏系數的校驗 過電流保護靈敏系數的校驗保護裝置的動作參數值短路時故障參數的計算保護范圍內發(fā)生金屬性senK(1)當過電流保護作為本線路的主保護時，應采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流進行校驗，要求；5 . 13 . 1senK(2)當作為相鄰

19、線路的后備保護時，則應采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流進行校驗，此時要求。2 . 1senK(3)保護 4 的靈敏度max. 4 .IIImin.III4 .min.4 .lssrelreBksetBksenIKKKIIIK與成正比，當下降時靈敏度下降4 .senKreKreK農業(yè)裝備工程學院課程設計說明書12635. 22 . 385. 07 . 0senK此外，在各個過電流保護之間，還必須要求靈敏系數互相配合，即對同一故障點而言，要求越靠近故障點的保護應具有越高的靈敏系數。2.5 原理接線分析如圖所示，當被保護線路發(fā)生故障時，短路電流經電流互感器 TA 流入KA1KA3，短路電流大于電流繼電器整定值時，電流繼電器啟動。因三只電流繼電器觸點并聯(lián)，所以只要一只電流繼電器觸點閉合，便啟動時間繼電器KT，按預先整定的時限，其觸點閉合，并啟動出口中間繼電器 KOM。 KOM 動作后，接通跳閘回路，使 QF 斷路器跳閘，同時使信號繼電器動作發(fā)出動作信號。由于保護的動作時限與短路電流的大小無關，是固定的，故稱為定時限過電流。農業(yè)裝備工程學院課程設計說明書13第四章課程設計總結本課程設計，主要