功率方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)(論文任務(wù)及評(píng)語(yǔ) 本科生課程設(shè)計(jì)(論文續(xù)表 注:成績(jī):平時(shí) 20% 論文質(zhì)量 60% 答辯 20% 以百分制計(jì)算摘 要電能是現(xiàn)代社會(huì)中最重要、 也是最方便的能源。 而發(fā)電廠正是把其他形式的能量 轉(zhuǎn)換成電能, 電能經(jīng)過(guò)變壓器和不同電壓等級(jí)的輸電線路輸送并被分配給用戶, 再通 過(guò)各種用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合用戶需要的其他形式的能量。在輸送電能的過(guò)程中 , 電力 系統(tǒng)希望線路有比較好的可靠性 , 因此在電力系統(tǒng)受到外界干擾時(shí) , 保護(hù)線路的各種 繼電裝置應(yīng)該有比較可靠的、及時(shí)的保護(hù)動(dòng)作 , 從而切斷故障點(diǎn)極大限度的降低電力 系統(tǒng)供電范圍。 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)就是為達(dá)到這個(gè)目的而設(shè)置的。 電流方向保護(hù)

2、是在 每個(gè)斷路器的電流保護(hù)中增加一個(gè)功率方向測(cè)量元件。 使其對(duì)對(duì)電流保護(hù)段來(lái)說(shuō), 因 為反方向短路時(shí)功率方向測(cè)量元件不動(dòng)作, 其整定值就只需躲過(guò)正方向線路末端短路 電流最大值,而不必躲過(guò)反方向短路的最大短路電流,因而提高了靈敏度。關(guān)鍵詞:繼電保護(hù);電流保護(hù);方向保護(hù);方向元件I本科生課程設(shè)計(jì)(論文目 錄第 1章 緒論 . 1 1.1 輸電線路電流保護(hù)概述 . 1 1.2 本文主要內(nèi)容 . 1第 2章 輸電線路方向電流保護(hù)整定計(jì)算 . .3 2.1 方向電流 段整定計(jì)算 . 3 2.1.1 保護(hù) 4、 5的 段動(dòng)作電流的整定 . 3 2.1.2 靈敏度校驗(yàn) . 4 2.1.3 動(dòng)作時(shí)間的整定 .

3、 4 2.2 保護(hù) 5、 7、 9方向電流段整定計(jì)算 . 4 2.3 方向電流段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算及方向元件的安裝 . 5第 3章 方向電流保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過(guò)程分析 . 7 3.1 保護(hù)原理圖 . 7 3.2 動(dòng)作過(guò)程分析 . 8第 4章 MATLAB 建模仿真分析 . . 9 4.1 MATLAB系統(tǒng)仿真圖 . 9 4.2 仿真種波形 . 9第 5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) . 12第 6章 參考文獻(xiàn) . 13第 1章 緒論電力系統(tǒng)的輸、配線路因各種原因可能 會(huì)發(fā)生相間或相地短路故障 , 因此 , 必須 有相應(yīng)的保護(hù)裝置來(lái)反映這些故障 , 并控制故障線路的斷路器 , 使其跳閘以切除故障 . 對(duì)各種

4、不同電壓等級(jí)的線路應(yīng)該裝設(shè)不同的相間短路和接地短路的保護(hù)。對(duì)于 3KV 及以上的電力設(shè)備和線路的短路故障,應(yīng)有主保護(hù)和后備保護(hù);對(duì)于電壓等級(jí)在 220KV 及以上的線路,應(yīng)考慮或者必須裝設(shè)雙重化的主保護(hù),對(duì)于整個(gè)線路的故障, 應(yīng)無(wú)延時(shí)控制其短路器跳閘。線路的相間短路、接地短路保護(hù)有:電流電壓保護(hù),方 向電流電壓保護(hù),接地零序流電壓保護(hù),距離保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)等。電力系統(tǒng)中線路的電流電壓保護(hù)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(hù), 帶方向判別和不帶方向判別的接地短路電流電壓保護(hù)。 他們分別是用于 雙電源網(wǎng)絡(luò)、單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)及單電源輻射網(wǎng)絡(luò)的線路上切除相間或接地短路故障。在每個(gè)斷路器的

5、電流保護(hù)中增加一個(gè)功率方向測(cè)量元件 (當(dāng)他和電流測(cè)量元件均 動(dòng)作后才啟動(dòng)邏輯元件 ,并規(guī)定當(dāng)短路功率從母線流向線路(為正時(shí)該功率元件 動(dòng)作,而從線路流向母線(為負(fù)時(shí)不動(dòng)作。那么對(duì)電流保護(hù)段來(lái)說(shuō),因?yàn)榉捶较蚨?路時(shí)功率方向測(cè)量元件不動(dòng)作,其整定值就只需躲過(guò)正方向線路末端短路電流最大 值, 而不必躲過(guò)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(cè)量元件的電流保護(hù)即為方向電流保護(hù)。 在雙電源網(wǎng)絡(luò)或其他復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中, 可以采 用帶方向的三段式電流保護(hù),以滿足保護(hù)的各種性能要求。三段式方向電流保護(hù)的特點(diǎn), 三段式電流保護(hù)在作用原理、 征訂計(jì)算原則等方面 與無(wú)方向三段式保護(hù)基本相同。

6、但方向電流保護(hù)用于雙電源網(wǎng)絡(luò)和單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò) 時(shí),在構(gòu)成、整定、相互配合等問(wèn)題上還有以下特點(diǎn):在保護(hù)構(gòu)成中增加功率方向測(cè) 量原件, 并與電流測(cè)量元件共同判別是否在保護(hù)線路的正方向上發(fā)生故障。 方向電流 保護(hù)第段, 即無(wú)時(shí)限方向電流速度保護(hù)的動(dòng)作電流整定可以不必躲過(guò)反方向外部最 大短路電流; 第段電流保護(hù)動(dòng)作電流還應(yīng)考慮躲過(guò)反向不對(duì)稱短路時(shí), 流過(guò)非故障相 的電流, 這樣可防止在反方向發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)非故障線功率方向測(cè)量元件誤動(dòng)作而 造成的保護(hù)誤動(dòng)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(hù)第段的動(dòng)作1本科生課程設(shè)計(jì)(論文電流之間和動(dòng)作時(shí)間之間應(yīng)相互配合,以保證保護(hù)的選擇性。本次設(shè)計(jì)的

7、任務(wù)主要包括了六大部分, 分別為運(yùn)行方式的選擇、 電網(wǎng)各個(gè)元件參 數(shù)及負(fù)荷電流計(jì)算、 短路電流計(jì)算、 繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、 繼電保護(hù) 零序電流保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、 對(duì)所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。 其中短路電流 的計(jì)算和電氣設(shè)備的選擇是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。第 2章 輸電線路方向電流保護(hù)整定計(jì)算2.1 方向電流段整定計(jì)算2.1.1保護(hù) 4、 5的段動(dòng)作電流的整定 圖 2.1 系統(tǒng)接線圖各段線路的阻抗為:1L X =2L X =60*0.4=24 3L X =40*0.4=16 BC X =40*0.4=16CD X =30*0.4=12 DE X =20*0.4=8 系統(tǒng)接線圖如圖 2

8、.1所示, 由電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)本線末端的最大短 路電流,可計(jì)算保護(hù) 4X X (X X X (E L3L2G21L 1G 3(max KA I +=保護(hù) 5A X E G KB I 14. 21615 X L33 3(max =+=+= A 48. 207. 2*2. 1*I k I 3(max KB rel op5=因?yàn)?I I (3max KB 4OP < 所以在 4QF 加方向元件 2.1.2 靈敏度校驗(yàn)sen K 校驗(yàn),應(yīng)按電流、電壓元件中保護(hù)范圍小的元件確定,整定值滿足可靠系 數(shù)的要求。min 41min 44313sen l x l K l x l =(2-1 保

9、護(hù) 4的靈敏度校驗(yàn) -=I OP min 142I 3S E l x max s X 4OP X =321L L L X X X +=282816+=30Isen K =4min 1OP X l x =10.9130=36.37%>15%滿足靈敏度要求所以合格 保護(hù) 5的靈敏度校驗(yàn)min 51min 55313sen l x l K l x l =(2-2 =-=max min 1523x OP S X I E l x 16=7.09 =35L OP X X 16=44.31%>15%, 滿足靈敏度要求所以合格2.1.3 動(dòng)作時(shí)間的整定因?yàn)闊o(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)不必外加延時(shí)元件即可保證

10、保護(hù)的選擇性, 也就是說(shuō)電流保護(hù)第 I 段的人為延時(shí),所以電流保護(hù)第 I 段的動(dòng)作時(shí)間為 0。即 t I4op =tI5op =02.2 保護(hù) 5、 7、 9方向電流段整定計(jì)算由于無(wú)時(shí)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(shí)限的電流速斷保護(hù)對(duì)于此種保護(hù)的動(dòng)作電流整 定為 :保護(hù) 5段與保護(hù) 3配合b rel K K IIIII3OP I =5O P I (2-3 =I 3IO P IB-C.Lmax=320A b K :分支系數(shù) =流過(guò)故障線電流 /流過(guò)保護(hù)線電流。67. 1X X E X X E 1I I 13L 3G S 1

11、L 1G S AB B b k =+=+= b rel K K IIIII3OP I =5O P I =32015. 1/1.67=220.36A =+=33 2(KB 23I L G S X X E =+16163231796.88A IIII5OP 2 KB I I (=senK =6.32208.81796=8.2>1.4 滿足靈敏度要求 與相鄰保護(hù) 3段配合 67. 1X X E X X E 1I I 13L 3G S 1L 1G S AB B b k =+=+=IIII5OP 2 KB I I (=senK (2-4 =I2O P I IC-D.Lmax=200A分支系數(shù) =流

12、過(guò)故障線電流 /流過(guò)保護(hù)線電流,且兩電流相等。所以:1K 4b =II3OP I =III*2O P rel I K /4b K =1/20015. 1=230AII5OP I =III*3O P rel I K /b K =7.61/23015. 1=158.38A IIII5OP 2 KB I I (=senK =8.31588.81796=11.35>1.4此結(jié)果滿足靈敏度要求 =II5O P t t t 3+IIOP =t t t 2+IO P =1s保護(hù) 7,9與保護(hù) 5相同2.3 方向電流段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算及方向元件的安裝為保證選擇性, 則必須加延時(shí)元件, 且應(yīng)按照階梯形原則

13、整定, 即兩相鄰線路的電流動(dòng)作時(shí)間相差一個(gè) t 。上一線路與動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)的下一段線路相配合;末級(jí)不 裝延時(shí)元件;越靠近電源,延時(shí)越長(zhǎng)。0t 1=IIIs (線路末端 , t t t 12+=IIIIII, t 2t t t 23=+=IIIIII5793t t t t 1.5s t IIIIIIIIIIII=+=, 0s t t t 864=IIIIIIIII(無(wú)下一級(jí),相當(dāng)于末級(jí)若 54' 54, , BC op op A op op K t t K t t >< 矛盾,所以需加方向元件。 又由于:1.5s t t t 975=IIIIIIIII>0s t t t 8

14、64=IIIIIIIII為簡(jiǎn)化保護(hù)接線和提高保護(hù)的可靠性, 電流保護(hù)每相的第、 、 段可共用一 個(gè)方向元件。 電流保護(hù)第段的動(dòng)作時(shí)間較小者而可能失去選擇性時(shí)加方向元件, 動(dòng) 作時(shí)間相同者可能失去選擇性時(shí)均加方向元件。所以 , 保護(hù) 4,6,8加方向元件。第 3章 方向電流保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過(guò)程分析 圖 3.1 三段式電流保護(hù)原理接線圖圖 3.1 給出的是三段式電流電壓保護(hù)的原理接線圖,其中 1KA 、 2KA 、 KM 和 1KS 構(gòu)成第段無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù); 3KA 、 4KA 、 1KT 和 2KS 構(gòu)成第段帶時(shí)限電流速斷 保護(hù); 5KA 、 6KA 、 7KA(采用兩相三繼電器式接線

15、 、 2KT 和 3KS 構(gòu)成第段定時(shí)限過(guò) 電流保護(hù)。 由于三段式電流保護(hù)各段的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限整定均不相同, 必須分別 本科生課程設(shè)計(jì)(論文使用不同的電流繼電器和時(shí)間繼電器,而信號(hào)繼電器 1KS 、 2KS 和 3KS 則分別用以發(fā) 出、段保護(hù)動(dòng)作的信號(hào)。電流繼電器 7KA 接于 A,C 兩相電流之和上,是為了 在 Y,d 接線的變壓器后發(fā)生兩相短路時(shí)提高過(guò)電流保護(hù)的靈敏性。每個(gè)繼電器都由感受元件、 比較元件和執(zhí)行元件三個(gè)主要部分組成。 感受元件用 來(lái)測(cè)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(hào)送到

16、執(zhí)行元件; 執(zhí)行元件執(zhí) 行繼電器功作輸出信號(hào)的任務(wù)。 電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動(dòng)方式, 當(dāng)兩者都滿足時(shí)線路才能接通。 當(dāng) 系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí),有本線路所在保護(hù)的段切故障,則直接經(jīng)過(guò)線圈 KM ,通過(guò)信號(hào) 線圈 KS 發(fā)出信號(hào),并跳閘。當(dāng)斷拒動(dòng)或故障時(shí),電流繼電器經(jīng)過(guò)延時(shí)繼電器,當(dāng) 延時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí),接通信號(hào)繼電器發(fā)信號(hào),并接通跳閘線圈進(jìn)行跳閘動(dòng)作。 KA1 KA3 KA5 KT1 KM KT2 KS1 LT 控制小母 線熔斷器 段電流 段電流 段電流 跳閘回路+wc-wc FU第 4章 MATLAB建模仿真分析4.1 MATLAB系統(tǒng)仿真圖由 MATLAB 軟件進(jìn)行輸電線路方向電流保護(hù)仿真實(shí)

17、驗(yàn)的仿真圖形如圖 4.1所示。圖 4.1 MATLAB建模仿真圖將 MATLAB 仿真技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中輸電線路方向電流保護(hù)的研 究,針對(duì)輸電線路方向電流保護(hù)技術(shù)的核心內(nèi)容。仿真步驟如下1 環(huán)節(jié)庫(kù)及其輸入,將給定的信號(hào)輸入仿真系統(tǒng);2 環(huán)節(jié)的聯(lián)接,將各個(gè)環(huán)節(jié)的端口按框圖連接起來(lái);3 環(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)定,將參數(shù)以 MATLAB 中合法的方式表示;4 系統(tǒng)的建立, 構(gòu)建了繼電保護(hù)系統(tǒng)輸電線路方向電流保護(hù)的 MATLAB 仿真。 4.2 仿真種波形根據(jù)線路三段式保護(hù)的原理以及各段保護(hù)之間的配合模擬各段保護(hù)的動(dòng)作情況。 (1模擬電流段保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行仿真后,仿真結(jié)果如下圖 4.2所示:由圖可以看出線

18、路在 0.05s 發(fā)生了故障, 產(chǎn)生一個(gè)較大的短路電流, 之后經(jīng)過(guò)一 個(gè)很小的延時(shí) 0.001s ,斷路器 1跳閘。電流段成功按時(shí)動(dòng)作。 圖 4.2 電流段仿真波形圖2模擬電流段保護(hù)動(dòng)作,在電流段的范圍內(nèi)設(shè)置故障,由于本設(shè)計(jì)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(lái)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 4.3所示 : 圖 4.3 電流段仿真波形圖由圖可以看出線路在 0.05s 發(fā)生了故障, 產(chǎn)生一個(gè)較大的短路電流, 之后經(jīng) 過(guò)預(yù)先設(shè)置的延時(shí) 0.5s ,斷路器 1在 0.55s 跳閘。電流段成功按時(shí)動(dòng)作。3模擬電流段保護(hù)動(dòng)作,在電流段的范圍內(nèi)設(shè)置故障,由于本設(shè)計(jì)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(lái)模擬線路不同段的故障。將線路 1的值設(shè)置為 15.5 ,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 4.4所示 :圖 4.4 電流段仿真波形圖由圖可以看出線路在 0.05s 發(fā)生了故障, 產(chǎn)生一個(gè)較大的短路電流, 之后經(jīng)過(guò)預(yù) 先設(shè)置