功率方向電流保護設計

1、課程設計(論文任務及評語 本科生課程設計(論文續(xù)表 注:成績:平時 20% 論文質(zhì)量 60% 答辯 20% 以百分制計算摘 要電能是現(xiàn)代社會中最重要、 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)過變壓器和不同電壓等級的輸電線路輸送并被分配給用戶, 再通 過各種用電設備轉(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 , 保護線路的各種 繼電裝置應該有比較可靠的、及時的保護動作 , 從而切斷故障點極大限度的降低電力 系統(tǒng)供電范圍。 電力系統(tǒng)繼電保護就是為達到這個目的而設置的。 電流方向保護

2、是在 每個斷路器的電流保護中增加一個功率方向測量元件。 使其對對電流保護段來說, 因 為反方向短路時功率方向測量元件不動作, 其整定值就只需躲過正方向線路末端短路 電流最大值,而不必躲過反方向短路的最大短路電流,因而提高了靈敏度。關鍵詞:繼電保護;電流保護;方向保護;方向元件I本科生課程設計(論文目 錄第 1章 緒論 . 1 1.1 輸電線路電流保護概述 . 1 1.2 本文主要內(nèi)容 . 1第 2章 輸電線路方向電流保護整定計算 . .3 2.1 方向電流 段整定計算 . 3 2.1.1 保護 4、 5的 段動作電流的整定 . 3 2.1.2 靈敏度校驗 . 4 2.1.3 動作時間的整定 .

3、 4 2.2 保護 5、 7、 9方向電流段整定計算 . 4 2.3 方向電流段動作時間整定計算及方向元件的安裝 . 5第 3章 方向電流保護原理圖的繪制與動作過程分析 . 7 3.1 保護原理圖 . 7 3.2 動作過程分析 . 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 課程設計總結 . 12第 6章 參考文獻 . 13第 1章 緒論1.1輸電線路電流保護概述電力系統(tǒng)的輸、配線路因各種原因可能 會發(fā)生相間或相地短路故障 , 因此 , 必須 有相應的保護裝置來反映這些故障 , 并控制故障線路的斷路器 , 使其

4、跳閘以切除故障 . 對各種不同電壓等級的線路應該裝設不同的相間短路和接地短路的保護。對于 3KV 及以上的電力設備和線路的短路故障,應有主保護和后備保護;對于電壓等級在 220KV 及以上的線路,應考慮或者必須裝設雙重化的主保護,對于整個線路的故障, 應無延時控制其短路器跳閘。線路的相間短路、接地短路保護有:電流電壓保護,方 向電流電壓保護,接地零序流電壓保護,距離保護和縱聯(lián)保護等。電力系統(tǒng)中線路的電流電壓保護包括:帶方向判別和不帶方向判別的相間短路電 流電壓保護, 帶方向判別和不帶方向判別的接地短路電流電壓保護。 他們分別是用于 雙電源網(wǎng)絡、單電源環(huán)形網(wǎng)絡及單電源輻射網(wǎng)絡的線路上切除相間或接

5、地短路故障。1.2本文主要內(nèi)容在每個斷路器的電流保護中增加一個功率方向測量元件 (當他和電流測量元件均 動作后才啟動邏輯元件 ,并規(guī)定當短路功率從母線流向線路(為正時該功率元件 動作,而從線路流向母線(為負時不動作。那么對電流保護段來說,因為反方向短 路時功率方向測量元件不動作,其整定值就只需躲過正方向線路末端短路電流最大 值, 而不必躲過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 向測量元件的電流保護即為方向電流保護。 在雙電源網(wǎng)絡或其他復雜網(wǎng)絡中, 可以采 用帶方向的三段式電流保護,以滿足保護的各種性能要求。三段式方向電流保護的特點, 三段式電流保護在作用原理、 征訂

6、計算原則等方面 與無方向三段式保護基本相同。但方向電流保護用于雙電源網(wǎng)絡和單電源環(huán)形網(wǎng)絡 時,在構成、整定、相互配合等問題上還有以下特點:在保護構成中增加功率方向測 量原件, 并與電流測量元件共同判別是否在保護線路的正方向上發(fā)生故障。 方向電流 保護第段, 即無時限方向電流速度保護的動作電流整定可以不必躲過反方向外部最 大短路電流; 第段電流保護動作電流還應考慮躲過反向不對稱短路時, 流過非故障相 的電流, 這樣可防止在反方向發(fā)生不對稱故障時非故障線功率方向測量元件誤動作而 造成的保護誤動作; 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第段的動作1本科生課程設計(論文電流之間和動作時間之

7、間應相互配合,以保證保護的選擇性。本次設計的任務主要包括了六大部分, 分別為運行方式的選擇、 電網(wǎng)各個元件參 數(shù)及負荷電流計算、 短路電流計算、 繼電保護距離保護的整定計算和校驗、 繼電保護 零序電流保護的整定計算和校驗、 對所選擇的保護裝置進行綜合評價。 其中短路電流 的計算和電氣設備的選擇是本設計的重點。第 2章 輸電線路方向電流保護整定計算2.1 方向電流段整定計算2.1.1保護 4、 5的段動作電流的整定 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

8、 X =20*0.4=8 系統(tǒng)接線圖如圖 2.1所示, 由電流速斷保護的動作電流應躲過本線末端的最大短 路電流,可計算保護 4X X (X X X (E L3L2G21L 1G 3(max KA I += =+ 1624 (15 2415(1.357A I k I 3(max KA rel op4*=1.2*1.5457=1.85A保護 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=因為 I I (3max KB 4OP < 所以在 4QF 加方向元件 2.1.2 靈敏

9、度校驗sen K 校驗,應按電流、電壓元件中保護范圍小的元件確定,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 保護 4的靈敏度校驗 -=I OP min 142I 3S E l x max s X02=8.05 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 5的靈敏度校驗min 51min 55313sen l x l K l x l =(2-2 =-=max min 1523x OP S X

10、 I E l x 16=7.09 =35L OP X X 16Isen K =7.0916=44.31%>15%, 滿足靈敏度要求所以合格2.1.3 動作時間的整定因為無時限電流速斷保護不必外加延時元件即可保證保護的選擇性, 也就是說電流保護第 I 段的人為延時,所以電流保護第 I 段的動作時間為 0。即 t I4op =tI5op =02.2 保護 5、 7、 9方向電流段整定計算由于無時限電流速斷保護只能保護線路的一部分 , 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 , 即帶時限的電流速斷保護對于此種保護的動作電流整 定為 :保護 5段與保護 3配合b rel K K

11、IIIII3OP I =5O P I (2-3 =I 3IO P IB-C.Lmax=320A b K :分支系數(shù) =流過故障線電流 /流過保護線電流。67. 1X X E X X E 1I I 13L 3G S 1L 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 3段配合 67.

12、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) =流過故障線電流 /流過保護線電流,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此結果滿足靈

13、敏度要求 =II5O P t t t 3+IIOP =t t t 2+IO P =1s保護 7,9與保護 5相同2.3 方向電流段動作時間整定計算及方向元件的安裝為保證選擇性, 則必須加延時元件, 且應按照階梯形原則整定, 即兩相鄰線路的電流動作時間相差一個 t 。上一線路與動作時間長的下一段線路相配合;末級不 裝延時元件;越靠近電源,延時越長。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(無下一級,相當于末級若

14、 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 864=IIIIIIIII為簡化保護接線和提高保護的可靠性, 電流保護每相的第、 、 段可共用一 個方向元件。 電流保護第段的動作時間較小者而可能失去選擇性時加方向元件, 動 作時間相同者可能失去選擇性時均加方向元件。所以 , 保護 4,6,8加方向元件。第 3章 方向電流保護原理圖的繪制與動作過程分析3.1保護原理圖 圖 3.1 三段式電流保護原理接線圖圖 3.1 給出的是三段式電

15、流電壓保護的原理接線圖,其中 1KA 、 2KA 、 KM 和 1KS 構成第段無時限電流速斷保護; 3KA 、 4KA 、 1KT 和 2KS 構成第段帶時限電流速斷 保護; 5KA 、 6KA 、 7KA(采用兩相三繼電器式接線 、 2KT 和 3KS 構成第段定時限過 電流保護。 由于三段式電流保護各段的動作電流和動作時限整定均不相同, 必須分別 圖 3.2方向電流保護原理圖交流回路本科生課程設計(論文使用不同的電流繼電器和時間繼電器,而信號繼電器 1KS 、 2KS 和 3KS 則分別用以發(fā) 出、段保護動作的信號。電流繼電器 7KA 接于 A,C 兩相電流之和上,是為了 在 Y,d 接

16、線的變壓器后發(fā)生兩相短路時提高過電流保護的靈敏性。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行比較, 并將比較結果的信號送到執(zhí)行元件; 執(zhí)行元件執(zhí) 行繼電器功作輸出信號的任務。 圖 3.5方向電流保護原理圖直流回路 圖 3.4方向電流保護原理圖信號回路3.2動作過程分析電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動方式, 當兩者都滿足時線路才能接通。 當 系統(tǒng)發(fā)生短路時,有本線路所在保護的段切故障,則直接經(jīng)過線圈 KM ,通過信號 線圈 KS 發(fā)出信號,并跳閘。當

17、斷拒動或故障時,電流繼電器經(jīng)過延時繼電器,當 延時時間到達時,接通信號繼電器發(fā)信號,并接通跳閘線圈進行跳閘動作。 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 軟件進行輸電線路方向電流保護仿真實驗的仿真圖形如圖 4.1所示。圖 4.1 MATLAB建模仿真圖將 MATLAB 仿真技術應用于電力系統(tǒng)繼電保護中輸電線路方向電流保護的研 究,針對輸電線路方向電流保護技術的核心內(nèi)容。仿真步驟如下1 環(huán)節(jié)庫及其輸入,將給定的信號輸入仿真系統(tǒng)

18、;2 環(huán)節(jié)的聯(lián)接,將各個環(huán)節(jié)的端口按框圖連接起來;3 環(huán)節(jié)參數(shù)的設定,將參數(shù)以 MATLAB 中合法的方式表示;4 系統(tǒng)的建立, 構建了繼電保護系統(tǒng)輸電線路方向電流保護的 MATLAB 仿真。 4.2 仿真種波形根據(jù)線路三段式保護的原理以及各段保護之間的配合模擬各段保護的動作情況。 (1模擬電流段保護動作執(zhí)行仿真后,仿真結果如下圖 4.2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。 圖 4.2 電流段仿真波形圖2模擬電流段保護動作,在電流段的范圍內(nèi)設置故障,由于本設計是模擬 線路不同

19、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)生一個較大的短路電流, 之后經(jīng) 過預先設置的延時 0.5s ,斷路器 1在 0.55s 跳閘。電流段成功按時動作。3模擬電流段保護動作,在電流段的范圍內(nèi)設置故障,由于本設計是模擬 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)生一個較