kV輸電線路電流電壓保護設(shè)計

1、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(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）題目：題目： 10kV10kV 輸電線路電流電壓保護設(shè)計輸電線路電流電壓保護設(shè)計院（系）：院（系）： 電氣工程學院電氣工程學院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電氣電氣104104 學學 號：號： 100303115100303115 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：20132013年年1212月月3030日至日至20142014年年1 1月月1010日日本科生課程設(shè)計（論文）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）：電氣工程學院 教研室：電氣工程

2、及其自動化學 號100303115學生姓名李洋專業(yè)班級電氣 104 班課程設(shè)計（論文）題目10kV 輸電線路電流電壓保護設(shè)計本科生課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）任務(wù)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,18X,kV3/5 .10E1G,14X,14X3G2GL1=L2=60km,L3=50km,LB-C=30km,LC-D=30km,LD-E=20km,線路阻抗 0.4/km,2 . 1IrelKrelK15. 1relK最大負荷電流 IB-C.Lmax=30A,IC-D.Lmax=20A, ID-E.Lmax=10A,電動機自啟動系數(shù) Kss=1.5，電流繼電

3、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.確定保護 3 在最大、最小運行方式下的等值電抗。2.進行 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 1、2、3 的電流速斷保護定值，并計算各自的最小保護范圍。4.整定保護 2、3 的限時電流速斷保護定值，并校驗靈敏度。5.整定保護 1、2、3 的過電流保護定值，假定母線 E 過電流保護動作時限為 0.5s，確定保護 1、2、3 過電流保護的動作時限，校驗保護 1作近后備，保護 2、3 作遠后備的靈敏度。6繪制三段式電流保護原理

4、接線圖。并分析動作過程。7、采用 MATLAB 建立系統(tǒng)模型進行仿真分析。續(xù)表BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系統(tǒng)接線圖本科生課程設(shè)計（論文）進度計劃第一天：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。 第四天：電流 II 段整定計算及靈敏度校驗。第五天：電流 III 段整定計算及靈敏度校驗。 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(shè)總結(jié)，迎接答辯。指導教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)

5、量60% 答辯20% 以百分制計算本科生課程設(shè)計（論文）摘 要 針對電力系統(tǒng)的輸電線路進行了繼電保護設(shè)計，采用了電流電壓保護方法，首先確定了在最大運行方式和最小運行方式下的等值阻抗。并對其進行了相間短路的最大、最小短路電流的計算。進行了保護 1、2、3 的電流速斷保護定值的計算，同時也計算了各自的最小保護范圍。然后，對保護 2、3 進行限時電流速斷保護的定值計算，并校驗各保護的靈敏度。接著，進行了保護 1、2、3 的過電流保護定值計算，確定保護 1、2、3 過電流保護的動作時限。校驗保護 1 作近后備，保護 2、3 作遠后備的靈敏度。同時繪制電磁式三段式電流保護原理電路圖，并詳細的分析其動作過

6、程。最后對整個電流電壓繼電保護系統(tǒng)采用 MATLAB 建立系統(tǒng)模型，并對其仿真所得的結(jié)果與運算法所得結(jié)果進行分析和比較。關(guān)鍵詞：電流電壓保護；三段式電流保護；靈敏度；最大運行方式；本科生課程設(shè)計（論文）目 錄第 1 章 緒論.11.1 電流電壓保護概述.11.1.1 電流電壓保護概況.11.1.2 電流電壓保護的性能特點.1 1.2 本文主要內(nèi)容.2第 2 章 輸電線路電流保護整定計算.3 2.1 電流 段整定計算 .32.1.1 計算保護 3 在最大、最小運行方式下的等值電抗.32.1.2 C 母線、D 母線、E 母線相間短路的短路最大、最小電流計算.42.1.3 保護 1、2、3 電流速斷

7、保護定值的整定及各自的最小保護范圍.4 2.2 電流段整定計算及其靈敏度校驗.5 2.3 電流段整定計算及其靈敏度校驗.6第 3 章 電流保護原理圖的繪制與動作過程分析.7 3.1 電流三段式保護原理圖.7 3.2 電磁式電流三段式保護展開圖.8第 4 章 MATLAB 建模及仿真分析.10 4.1 系統(tǒng)仿真模型的建立.10 4.2 仿真結(jié)果與分析.11第 5 章 課程設(shè)計總結(jié).13參考文獻.14本科生課程設(shè)計（論文）0第 1 章 緒論1.1 電流電壓保護概述 1.1.1 電流電壓保護概況 隨著社會的日益發(fā)展，電力是當今世界使用最為廣泛、地位最為重要的能源，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行對國民經(jīng)濟、人

8、民生活乃至社會穩(wěn)定都有非常重大的影響。電力系統(tǒng)由各種元件組成。由于自然環(huán)境、制造質(zhì)量、運行維護水平等諸方面的原因，電力系統(tǒng)的各種元件在運行中不能一直達到穩(wěn)定正常的運行狀態(tài)。因此，需要有專門的技術(shù)為電力系統(tǒng)建立一個安全保障體系，其中最重要的專門技術(shù)之一就是繼電保護。電力系統(tǒng)幾點保護的基本作用是，在全系范圍內(nèi)，按指定分區(qū)實時地檢測各種故障和不正常運行狀態(tài)，快速及時地采取故障隔離或警報燈措施，以求最大限度地維持系統(tǒng)的穩(wěn)定、保持供電的連續(xù)性、保障人身的安全、防止或減輕設(shè)備的損壞。 1.1.2 電流電壓保護的性能特點 一個繼電保護裝置的好壞，主要是從它的選擇性、靈敏度、動作速度和可靠性等方面衡量的。1.

9、選擇性 盡可能小范圍的切除故障部分，可以盡可能大的范圍保證無故障部分盡快的恢復供電并且，電流電壓保護在單電源輻射網(wǎng)中一般有很好的選擇性。2.電流電壓保護的動作速度 電流電壓保護可以盡可能快的切除故障，一方面可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，另一方面對系統(tǒng)的破壞比較小，并且有時候動作時間長達好幾秒，因而一般情況下只能作為線路的后備保護。3.電流電壓保護的靈敏度 在電力系統(tǒng)中，一般都可以滿足要求，但是對于較長的線路，其靈敏度可能不容易滿足要求，這也是電流保護的主要缺點。 本科生課程設(shè)計（論文）14.電流電壓保護的可靠性 擁有該動時不拒動，不該動時不誤動的特點，電流電壓保護的連線方便，整定計算及調(diào)試維護都較簡單。

10、并且通?？蛇m用于 35KV 以下的線路保護。 1.2 本文主要內(nèi)容 首先確定了在最大運行方式和最小運行方式下的等值阻抗。并對其進行了相間短路的最大、最小短路電流的計算。其中相間電流電壓保護包括 ：第段稱為無時限電流速斷保護，該段動作時間快但是不能保護線路全長。第 段稱為帶時限電流速斷保護，該段保護在任何情況下均能保護本線路的全長（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的選擇性，必須和相鄰的無時限電流速斷保護配合。 第段稱為定時限過電流保護，該段保護主要是作為本線路主保護的近后備保護和相鄰下一線路（或元件）的遠后備保護。所以，對整個系統(tǒng)進行了保護1、2、3 的電流速斷保護

11、定值的計算，同時也計算了各自的最小保護范圍。然后，對保護 2、3 進行限時電流速斷保護的定值計算，并校驗各保護的靈敏度。接著，進行了保護 1、2、3 的過電流保護定值計算，確定保護 1、2、3 過電流保護的動作時限。校驗保護 1 作近后備，保護 2、3 作遠后備的靈敏度。并對其動作方式進行詳細的分析。本科生課程設(shè)計（論文）2第 2 章 輸電線路電流保護整定計算2.1 電流 段整定計算2.1.1 計算保護 3 在最大、最小運行方式下的等值電抗（1）最大運行方式：三臺發(fā)電機及線路 L1、L2、L3 同時投入運行，等值阻抗如圖 2.1 所示。XG 2XL 2XG 3XL 3XB-CXC-DXD -E

12、XG 1XL 1圖 2.1 最大運行方式等值阻抗 18X1G14X2G14X3G 244 . 060X1L244 . 060X2L204 . 050X3L 124 . 030XBC124 . 030XCD84 . 020XDE 5 .12XX/X/XX/XX3L3G2L1L2G1Gmin3（2）最小運行方式：根據(jù)要求，在最大運行方式基礎(chǔ)上讓 G2、L2 退出運行，等值阻抗如圖 2.2. XG 1XL 1XG 3XL 3XB-CXC-DXD -E圖 2.2 最小運行方式等值阻抗其中： 8 .18XX/XXX3L3G1L1Gmax3本科生課程設(shè)計（論文）32.1.2 C 母線、D 母線、E 母線相

13、間短路的短路最大、最小電流計算C 母線最大短路電流： A247. 0125 .123/5 .10XXEIBCmin33maxKCC 母線最小短路電流： A17. 0128 .183/5 .1023XXE23IBCmax32minKCD 母線最大短路電流： A166. 012125 .123/5 .10XXXEICDBCmin33maxKDD 母線最小短路電流： A11. 012128 .183/5 .1023XXXE23ICDBCmax32minKDE 母線最大短路電： A14. 0812125 .123/5 .10XXXXEIDECDBCmin33maxKEE 母線最小短路電流: A10.

14、0XXXXE23IDECDBCmax32minKE2.1.3 保護 1、2、3 電流速斷保護定值的整定及各自的最小保護范圍無時限電流速斷保護依靠動作電流值來保證其選擇性，被保護線路外部短路時流過該保護的電流總小于其動作值，不能動作；而只有在內(nèi)部短路時流過該保護的電流有可能大于其動作值，使保護動作。且無時限電流速斷保護的作用是保證在任何情況下只切除本線路上的故障。 保護 1： A168. 014. 02 . 1IKI3maxKErel1op保護 2： A199. 0166. 02 . 1IKI3maxKDrel2op保護 3： A204. 017. 02 . 1IKI3maxKCrel3op無時

15、限電流保護不能保護線路全長，應(yīng)采用最不利情況下保護的保護范圍、來本科生課程設(shè)計（論文）4校驗保護的靈敏度，一般要求保護的最小的線路長度不小于線路長度的 15%。保護 1 保護的最小范圍：55.11XXXIE23lxCDBCmax31opmin11保護 2 保護的最小范圍：41. 4XXIE23lxBCmax32opmin22保護 3 保護的最小范圍：94. 6XIE23lxmax33opmin33因為: %15XlxKDEmin11sen%15XlxKCDmin22sen 不符合應(yīng)有的靈敏度，所以均不合格。 %15XlxKBCmin33sen2.2 電流段整定計算及其靈敏度校驗由于無時限電流速

16、斷保護只能保護線路的一部分，而該線路剩下的短路故障由能保護本線路全長的帶時限電流速斷保護（電流保護第段）來可靠切除。帶時限電流速斷保護與無時限電流速斷保護的配合能以盡可能快的速度，可靠并有選擇性的切除本線路上任一處，包括被保護線路末端的相間短路故障。保護 2 的段應(yīng)與相鄰線路的段配合 即：A319. 01/168. 015. 1K/IKI2minb1oprel2op 靈敏度： 所以不合格 5 . 13 . 157. 00.1930.11IIK2op2minKDsen保護 3 的段與相鄰線路的段配合即：A0.231/0.19915. 1K/IKI3minb2oprel3op靈敏度： 所以不合格

17、5 . 13 . 174. 00.230.17IIK3op2minKCsen本科生課程設(shè)計（論文）5 保護 3 的段與相鄰線路的段配合即：A0.231/0.20415. 1K/IKI3minb2oprel3op靈敏度： 所以不合格 )5 . 13 . 1 (0.740.230.17IIK3op2minKCsen2.3 電流段整定計算及其靈敏度校驗整定保護 1、2、3 的過電流保護定值，假設(shè)母線 E 過電流保護動作時限為0.5s，確定保護 1、2、3 過電流保護的動作時限，校驗保護 1 作近后備，保護 2、3 作遠后備的靈敏度。保護 1 的段：A30.201085. 05 . 115. 1IKK

18、KImaxLDEressrel1op保護 2 的段：A59.402085. 05 . 115. 1IKKKImaxLCDressrel2op保護 3 的段：A89.603085. 05 . 115. 1IKKKImaxLBCressrel3op保護 1 作近后備的靈敏度： 所以合格 3 . 192. 430.20100IIK1op2minKEsen保護 2 作遠后備的靈敏度： 所以合格 2 . 146. 259.40100IIK2op2minKEsen保護 3 作遠后備的靈敏度： 所以合格 2 . 181. 189.60110IIK3op2minKDsen假定母線 E 過電流保護動作時限為 0

19、.5s，即：s5 . 0tOPE所有有：保護 1 的動作時間：s 15 . 05 . 0tttOPE1保護 2 的動作時間：s5 . 15 . 01ttt12保護 3 的動作時間：sttt25 . 05 . 123本科生課程設(shè)計（論文）6第 3 章 電流保護原理圖的繪制與動作過程分析3.1 電流三段式保護原理圖 圖 3.1 三段式電流保護原理接線圖 三段式電流保護原理接線圖如圖 3.1 所示，其中所包括的元件有： 三相電流保護第段的測量元件 1KA、4KA、7KA；三相電流保護第段的測量元件 2KA、5KA、8KA；三相電流保護第段的測量元件 3KA、6KA、9KA；電流保護第、段的邏輯延時元

20、件 2KT、3KT 及電流保護段接觸繼電器 KM；電流保護第、段動作的報警用信號元件 1KS、2KS、3KS；其中因為三段式電流保護各段的動作電流與動作時限的整定值都不相同，所以才去用不同規(guī)格和作用的電流繼電器和時間繼電器。并且用 1KS、2KS 和 3KS 信號繼電器用以發(fā)出、段發(fā)生保護動作的信號。QFTQQF11KA2KA3KA4KA5KA6KA7KA8KA9KA+信信+TaIaIbIb-+-+信信+-信信1KS2KS3KSKM1KT2KTIIIIIIIII本科生課程設(shè)計（論文）7 本次設(shè)計中采取的是三段式電流保護的完全星形接線。因此，在該保護的第段保護范圍內(nèi)發(fā)生 AB 兩相短路時，測量元

21、件 1KA、2KA、3KA、4KA、5KA、6KA 都會有動作，其中測量元件 1KA、4KA 直接啟動出口繼電器 KCO 和信號元件 1KS（其中并沒有延時），并使斷路器 QF1 跳閘，切除故障。雖然測量元件 2KA、5KA 啟動了延時元件 2KT，測量元件 3KA、6KA、啟動了延時元件 3KT，但是此時因 1KA、4KA 元件沒有延時直接動作，所以故障被切除，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 2KT、3KT，故出口繼電器 KCO 的信號均會返回。所以電流保護第、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 2KT 動作以切除故障。在有些情況下，線路并不一定

22、都需要裝三段電流保護。3.2 電磁式電流三段式保護展開圖電流三段式保護展開圖連線比較簡單，讓人一目了然，其中直流回路部分如圖3.2。它是由控制母線，電流保護段、電流保護段、電流保護段、信號回路和跳閘回路幾部分組成。圖 3.2 直流回路展開圖1K SKCO1K A4K A7K A2K A5K A8K A2K T3K T3K A6K A9K A2K T3K T2K S3K S+W C-WCYRKCOQF1電流保護段電流保護段電流保護段控制小母線信號回路跳閘回路直流回路本科生課程設(shè)計（論文）8交流回路部分如圖 3.3 所示，它是由 1KA9KA 與相應(yīng)的電流互感器 a、b、c 相連,構(gòu)成相應(yīng)的 A、

23、B、C 三相，并與中線共同組成交流回路。圖 3.3 直流回路展開圖信號回路展開圖如圖 3.4 所示，它是由 1KS、2KS、3KS 三個報警信號原件組成。圖 3.4 信號回路展開圖1K A2K A3K A4K A5K A6K A7K A8K A9K AA相中線B相C相路回流交TA aTA bTA c信號1K S2K S3K SWS本科生課程設(shè)計（論文）9第 4 章 MATLAB 建模及仿真分析4.1 系統(tǒng)仿真模型的建立針對本次課程設(shè)計，對其系統(tǒng)進行了 MATLAB 模型的建立。在 Simulink 的擴展工具箱中找到 SimPowerSystems，或者直接在提示符下鍵入 powerlib 打

24、開電力系統(tǒng)模塊庫，選擇建模所需要的模塊。使用三相同步發(fā)電機，勵磁系統(tǒng)和水輪機調(diào)速器來組成發(fā)電機組。其可用模塊的可選為默認值。三相變壓器選擇雙繞組三相變壓器，將變比設(shè)置為高壓側(cè)額定電壓為 10/KV。采用分布參數(shù)輸電線路模型模擬的高壓3線。首先用模塊建立一個正常運行的電力系統(tǒng)，本文以單相接地短路故障為例，仿真模型如圖 4.1 所示圖 4.1 系統(tǒng)仿真模型電流段LOADContinuouspowerguiTransportDelay2TransportDelay1TransportDelayTimecomABCABCThree-Phase FaultTerminatorScope3Scope2Sc

25、ope1ScopeRelay2Relay1Relay2Multimeter12MultimeterNOTLogicalOperator2NOTLogicalOperator1NOTLogicalOperatorsignalmagnitudeangleFourierDivide-0.5Constant2-0.5Constant1-0.5Constantc12Breaker1AC Voltage SourceIn1Out16In1Out15In1Out14321i+-段段本科生課程設(shè)計（論文）104.2 仿真結(jié)果與分析首先我們由電流第段的仿真波形圖（如圖 4.2） ，我們可以得出一個結(jié)論，在時間大

26、約為 0.075s 時發(fā)生了短路，在經(jīng)過延遲時間不大于 0.01s 的時間斷路器 1 發(fā)生了跳閘，斷路器兩端存在線路電壓。其實，、段也都有相應(yīng)的動作，但是，由于線路中接有時間繼電器，會經(jīng)過一小段延時時間才會動作，而此時段已經(jīng)動作完成，故障部分已經(jīng)被切除掉，電流已經(jīng)大大的減少，所以、段均會返回。由此可以證明，本文所設(shè)計的電流段保護能夠成功的動作。圖 4.2 電流段仿真波形圖根據(jù)故障必須在保護范圍內(nèi)的要求和電流第二段仿真波形圖（如圖 4.3）我們可以得出，輸電線路在 0.075s 發(fā)生了故障，隨后發(fā)生短路產(chǎn)生短路電流，但是這個電流的最大值小于讓段動作的電流值，所以段不會因此而動作，這也保證了對段保

27、護仿真的順利進行。由于段接有時間繼電器，之后經(jīng)過預先設(shè)置的延時0.5s，斷路器 1 在 0.575s 時，兩端電壓瞬間提升，由此證明了已經(jīng)跳閘。同理，由于段保護已經(jīng)動作，故障被排除，的延時時間還沒有到，電流就大大減小了，所以段返回。這與我們預計結(jié)果是相符的，同時也證明了電流保護的時限配合，電流段也成功的按時動作。本科生課程設(shè)計（論文）11圖 4.3 電流段仿真波形圖由電流段的仿真波形圖（如圖 4.4）我們可以得出，斷路器 1 在延時 1.075s后，倆段電壓瞬加增大，斷路器跳閘，切除故障。由于線路末端短路的電流值相比、段是比較小的，所以、是不會動作的。由我們所學的知識可以知道，因為段的啟動電流較小、延時時間較、段長，所以段也可以作為線路主保護拒動情況的近后備保護，還可以作為下一級線路保護和斷路器拒絕動作時的遠后備保護，并且還能擔任過負荷時的保護。因此，電流段保護是最靈敏的，這也與我們預計的結(jié)果相符合。圖 4.4 電流段仿真