080303022距離保護(hù)設(shè)計7

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計（論文）題目：輸電線路距離保護(hù)設(shè)計（7）院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級：電氣081學(xué) 號：080303022學(xué)生姓名：曹海濤指導(dǎo)教師：（簽字）起止時間：課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：電氣工程及其自動化學(xué)號0803030022學(xué)生姓名曹海濤專業(yè)班級電氣081課程設(shè)計（論文）題目輸電線路距離保護(hù)設(shè)計（7）課程設(shè)計（論文）任務(wù)8E6562km38km2174330kmDCBA系統(tǒng)接線圖系統(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)工作量線路每公里阻抗為Z/km,線路阻抗角為L=64°,AB、BC線路最大負(fù)荷電流為400A,

2、負(fù)荷功率因數(shù)為cosL=0.9,。電源電勢為E=115kV, ZsAmax=13,ZsAmin=8,ZsBmax=30,ZsBmin=15。歸算至115kV的各變壓器阻抗為84.7,容量ST為。其余參數(shù)如圖所示。1計算保護(hù)1距離保護(hù)第段的整定值和靈敏度。2. 計算保護(hù)1距離保護(hù)第段的整定值和靈敏度。3. 計算保護(hù)1距離保護(hù)第段的整定值和靈敏度。4分析系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下振蕩時，保護(hù)1各段距離保護(hù)的動作情況。5當(dāng)距保護(hù)1出口20km處發(fā)生帶過渡電阻Rarc=12的相間短路時，保護(hù)1的三段式距離保護(hù)將作何反應(yīng)（設(shè)B母線上電源開路）？6繪制三段式距離保護(hù)的原理框圖。并分析動作過程。7. 采用MATL

3、AB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析。續(xù)表進(jìn)度計劃第一天：收集資料，確定設(shè)計方案。第二天：距離I段整定計算及靈敏度校驗。第三天：距離II段整定計算及靈敏度校驗。第四天：距離III段整定計算及靈敏度校驗。第五天：系統(tǒng)振蕩和短路過渡電阻影響分析。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。指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯：總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要距離保護(hù)是以距離測量元件為基礎(chǔ)構(gòu)成的保護(hù)裝置，又稱阻抗保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時，保護(hù)裝置安裝處的電壓為系統(tǒng)的額

4、定電壓，電流為負(fù)載電流，而發(fā)生短路故障時，其電壓降低、電流增大。因此，電壓和電流的比值，在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下是有很大變化的。由于線路阻抗和距離成正比，保護(hù)安裝處的電壓與電流之比反映了保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)的阻抗，也反映了保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)的距離。所以可按照距離的遠(yuǎn)近來確定保護(hù)裝置的動作時間，這樣就能有選擇地切除故障。本次課程設(shè)計主要輸電線路的距離保護(hù)，根據(jù)已知系統(tǒng)的接線圖，來確定保護(hù)1距離保護(hù)三段的整定值并校驗各段的靈敏度，同時分析系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下振蕩時，保護(hù)1各段距離保護(hù)的動作情況。最后分析動作過程并采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析輸出系統(tǒng)正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的電流和電壓波形，判

5、斷系統(tǒng)是否會出現(xiàn)繼電器的誤動作并分析其動作與否的原因，用實驗數(shù)據(jù)來驗證計算的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：距離保護(hù)；故障點(diǎn)；整定計算；仿真目 錄第1章緒論11.1 輸電線路距離保護(hù)概述11.2 本文研究內(nèi)容1第2章輸電線路距離保護(hù)整定計算32.1 距離段整定計算32.1.1 距離段動作阻抗的整定32.1.2 靈敏度校驗32.1.3 動作時間的整定32.2 距離段整定計算32.2.1 距離段動作阻抗的整定32.2.2 距離段靈敏度校驗42.2.3 動作時間的整定42.3 距離段整定計算42.4 系統(tǒng)振蕩和短路過渡電阻影響分析5第3章距離保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析83.1 距離保護(hù)原理圖的繪制83.2 距離

6、保護(hù)原理圖過程分析8第4章 MATLAB建模仿真分析104.1 距離保護(hù)MATLAB建模104.2 距離保護(hù)仿真波形及分析11第5章課程設(shè)計總結(jié)14第6章參考文獻(xiàn)15第1章 緒論1.1 輸電線路距離保護(hù)概述輸電線路距離保護(hù)是指利用阻抗元件來反應(yīng)短路故障的保護(hù)裝置，阻抗元件的阻抗值是接入該元件的電壓與電流的比值，也就是短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗值。因線路的阻抗值與距離成正比，所以叫距離保護(hù)或阻抗保護(hù)。系統(tǒng)在正常運(yùn)行時，不可能總工作于最大運(yùn)行方式下，因此當(dāng)運(yùn)行方式變小時，電流保護(hù)的保護(hù)范圍將縮短，靈敏度降低；而距離保護(hù)測量的是短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離，受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響較小，保護(hù)范圍穩(wěn)定，常用于線路

7、保護(hù)。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行主要有符合要求的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)行方式和電力系統(tǒng)繼電保護(hù)來保證。在高壓及以上等級電網(wǎng)中，繼電裝置的可靠性和速動性有雙重化的主保護(hù)來保證，其選擇性和靈敏性主要由相間接地故障的后被保護(hù)延時段來保證。距離保護(hù)是以距離測量元件為基礎(chǔ)構(gòu)成的保護(hù)裝置，又稱阻抗保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時，保護(hù)裝置安裝處的電壓為系統(tǒng)的額定電壓，電流為負(fù)載電流，而發(fā)生短路故障時，其電壓降低、電流增大。因此，電壓和電流的比值，在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下是有很大變化的。由于線路阻抗和距離成正比，保護(hù)安裝處的電壓與電流之比反映了保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)的阻抗，也反映了保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)的距離。所以可按照距離的遠(yuǎn)近來確定保

8、護(hù)裝置的動作時間，這樣就能有選擇地切除故障。當(dāng)前微計算機(jī)硬件的更新和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展在計算機(jī)控制領(lǐng)域。單片機(jī)與DSP芯片二者技術(shù)上的融合，主要體現(xiàn)在運(yùn)算能力的提高及嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信芯片的出現(xiàn)和應(yīng)用等方面。這些發(fā)展使硬件設(shè)計更加方便。高性價比使冗余設(shè)計成為可能，為實現(xiàn)靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創(chuàng)造了條件。硬件技術(shù)的不斷更新和微機(jī)保護(hù)設(shè)計網(wǎng)絡(luò)化，將為距離保護(hù)的設(shè)計和發(fā)展帶來一種全新的理念和創(chuàng)新，它會大大簡化硬件設(shè)計、增強(qiáng)硬件的可靠性，使裝置真正具有了局部或整體升級的可能。1.2 本文研究內(nèi)容本次課程設(shè)計的主要針對方向是輸電線路的距離保護(hù)。研究內(nèi)容分為計算和分析兩個部分計算部分的主要內(nèi)容是計算

9、保護(hù)1距離保護(hù)段、段和段的整定值和靈敏度，在計算靈敏度的同時要注意每個保護(hù)的動作時間要精確，上述工作完成后接下來對設(shè)計提出的系統(tǒng)震蕩和短路過渡電阻對系統(tǒng)的影響進(jìn)行相應(yīng)的計算分析，并確定距離保護(hù)的范圍，并分析系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下振蕩時，保護(hù)1的各段距離保護(hù)的動作情況。最后用MATLAB進(jìn)行仿真，來驗證計算的正確性。第2章 輸電線路距離保護(hù)整定計算2.1 距離段整定計算2.1.1 距離段動作阻抗的整定為了配合放方便，先求出1、3、4QF斷路器處保護(hù)第段的整定值，即2.1.2 靈敏度校驗根據(jù)題意可知，由于采用距離保護(hù)，其段的靈敏系數(shù)即為整定系數(shù)0.8。2.1.3 動作時間的整定斷路器1、3、4QF處

10、距離保護(hù)第段的動作時間為：2.2 距離段整定計算2.2.1 距離段動作阻抗的整定1QF處保護(hù)的相鄰原件為BC線和并聯(lián)運(yùn)行的變壓器T。當(dāng)1QF出距離保護(hù)第段與BC線第段配合時，有而故 和變壓器配合時，因為，應(yīng)裝縱差動保護(hù)，故變壓器第段保護(hù)范圍應(yīng)至低壓母線E上， ，故選 為整定值。2.2.2 距離段靈敏度校驗第段保護(hù)的靈敏度： 經(jīng)過校驗可知，滿足靈敏度要求。2.2.3 動作時間的整定距離保護(hù)第段的動作時間為：2.3 距離段整定計算由于網(wǎng)絡(luò)為多電源網(wǎng)絡(luò)，因此阻抗原件的應(yīng)為方向原件。第一，躲過最小負(fù)荷阻抗，即，即 ，而故按與相鄰距離保護(hù)第段動作時間配合，第段距保護(hù)的動作時間為：第二，與相鄰線距離保護(hù)第

11、段配合，即，應(yīng)取為1QF第段的整定值。按與相鄰距離保護(hù)第段配合，第段距離保護(hù)的動作時間為：式中，相鄰線路重合后不經(jīng)震蕩閉鎖的距離保護(hù)第段的動作時間。第段的動作時間為：進(jìn)行距離保護(hù)第段的靈敏度校驗：作為近后備時，作為遠(yuǎn)后備時，可以得出結(jié)論，做為近后備保護(hù)時，可滿足靈敏度要求，作為BC線遠(yuǎn)后備保護(hù)時，卻不滿足靈敏度要求，作為變壓器的遠(yuǎn)后備保護(hù)時，更不滿足靈敏度要求，故應(yīng)考慮取為整定值，這時靈敏度得到提高，為1.51，滿足要求。2.4 系統(tǒng)振蕩和短路過渡電阻影響分析求系統(tǒng)在最小系統(tǒng)運(yùn)行方式下震蕩時最小測量阻抗。時保護(hù)安裝處的測量阻抗為：，而 由此可見，在最小運(yùn)行方式下系統(tǒng)震蕩時的軌跡線穿過阻抗保護(hù)的

12、和第段測量原件的動作特性圓，如圖3.1所示，距離保護(hù)第、段的阻抗原件將誤動。令對應(yīng)時間為，為第段測量原件誤動作時間，對應(yīng)時間為，為第段測量原件誤動作時間。對阻抗保護(hù)第段而言，當(dāng),雖第段測量元件動作，但保護(hù)將不誤動；當(dāng)時，測量元件和保護(hù)均誤動。對第段而言，測量元件誤動，當(dāng)時，第段保護(hù)將會誤動作，跳閘，故障被切除，故第段保護(hù)的阻抗元件應(yīng)反悔不會誤動；通常，因時，第段保護(hù)動作時間可躲過震蕩的影響，也不可能誤動。從以上的分析計算可知，系統(tǒng)震蕩可能是距離保護(hù)第段發(fā)生誤動作。因此，在距離保護(hù)裝置中必須增加震蕩閉鎖原件。利斷路器1QF處保護(hù)安裝處發(fā)生帶過渡電阻時，當(dāng)離斷路器1QF保護(hù)安裝處20km處發(fā)生帶過

13、度電阻的相間短路時，1QF處保護(hù)的測量阻抗為：方向第、段的動作阻抗分別為：故有： 根據(jù)上述分析所知，故障點(diǎn)應(yīng)在斷路器1QF處相間距離保護(hù)的第段保護(hù)范圍內(nèi)，而此時由于短路點(diǎn)過度電阻的影響，如圖3.2所示，卻落在距離保護(hù)第段的第段的動作特性圓內(nèi)，故這時距離保護(hù)第段將據(jù)動，而距離保護(hù)第段動作，降低了動作的速動性。因此，距離保護(hù)中必須有防止過度電阻影響的措施。如在距離第段保護(hù)中增加瞬時測量元件或采用承受過度電阻能力強(qiáng)的阻抗測量元件。第3章 距離保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析3.1 距離保護(hù)原理圖的繪制線路距離保護(hù)可構(gòu)成三段式距離保護(hù)，其中距離保護(hù)第、段作為線路的主保護(hù)，距離保護(hù)第段為本線住保護(hù)的近后備

14、保護(hù)和相鄰元件的遠(yuǎn)后備保護(hù)。由此可以得到如圖所示的距離保護(hù)的原理框圖。圖中距離保護(hù)第、段的測量元件，叫阻抗元件或阻抗繼電器，KT為延時特性元件，用于三段式保護(hù)的選擇性，KS為信號元件，用于對相應(yīng)的故障發(fā)出相應(yīng)的信號。這些元件綜合構(gòu)成輸電線路三段式距離保護(hù)裝置。跳閘圖3.1 三段式距離保護(hù)原理圖3.2 距離保護(hù)原理圖過程分析根據(jù)圖3.1所示，圖中阻抗測量值與整定值進(jìn)行比較，當(dāng)時，測量元件有輸出，反之，無輸出。2KT和3KT分別是距離保護(hù)第、段的延時元件，它作為時序邏輯判斷元件。延時元件2KT用于判別故障是否在距離保護(hù)第段保護(hù)范圍外的被保護(hù)線路內(nèi)，故障點(diǎn)在該保護(hù)范圍內(nèi)時，延時元件2KT輸出跳閘信號

15、；否則2KT不輸出跳閘信號；延時元件3KT則用于判別是否本線路發(fā)生了故障而主保護(hù)據(jù)動和判別是否相鄰元件發(fā)生了故障而相鄰元件保護(hù)或斷路器據(jù)動，若出現(xiàn)上述舉動情況，則延時元件3KT會有輸出，使本線斷路器跳閘。元件1是電流或阻抗測量元件，作為整套距離保護(hù)的啟動元件，判斷是否發(fā)生故障，發(fā)生故障時有輸出；元件2和3分別是振蕩元件和電壓互感器二次斷線閉鎖元件，分別在系統(tǒng)振蕩和電壓互感器二次斷線時有輸出，經(jīng)非門閉鎖保護(hù)，可防止保護(hù)誤動作。1KS、2KS、3KS為距離保護(hù)第、段保護(hù)的信號元件，當(dāng)相應(yīng)段的保護(hù)動作時，相應(yīng)段的信號元件動作輸出保護(hù)動作的報警信號。在上述遠(yuǎn)離框圖中，有三點(diǎn)值得說明：第一，整套保護(hù)也可

16、用距離保護(hù)中第段的測量元件兼做啟動元件；第二，保護(hù)中第、段的測量元件、整定值可由一個阻抗元件用接點(diǎn)進(jìn)行切換實現(xiàn)；第三，若測量元件、和無方向性，則需加方向判別元件。通過對三段式距離保護(hù)的動作過程的分析。我們可以得到三段式距離保護(hù)和三段式電流保護(hù)的差別為：第一，測量元件是阻抗元件，而不是電流元件；第二，增加了兩個閉鎖元件；第三，整套保護(hù)中每相均有啟動元件，可以增加保護(hù)的可靠性。第4章 MATLAB建模仿真分析4.1 距離保護(hù)MATLAB建模目前電子計算機(jī)已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的分析計算。MATLAB是一種交互式、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，廣泛應(yīng)用于工業(yè)界與學(xué)術(shù)界，主要用于矩陣運(yùn)算，同時在數(shù)值分析、自動

17、控制模擬、數(shù)字信號處理、動態(tài)分析、繪圖等方面也具有強(qiáng)大的功能，其程序設(shè)計語言結(jié)構(gòu)完整，且具有優(yōu)良的移植性，它的基本數(shù)據(jù)元素是不需要定義的數(shù)組。它可以高效率地解決工業(yè)計算問題，特別是關(guān)于矩陣和矢量的計算。MATLAB設(shè)計中，原始數(shù)據(jù)的填寫格式是很關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，它與程序使用的方便性和靈活性有著直接的關(guān)系。原始數(shù)據(jù)輸入格式的設(shè)計，主要應(yīng)從使用的角度出發(fā)，原則是簡單明了，便于修改。作為強(qiáng)大的計算平臺，MATLAB集數(shù)值計算、符號運(yùn)算及圖形處理等強(qiáng)大功能于一身，它幾乎可以滿足所有的計算要求。另外，MATLAB還針對許功能強(qiáng)大的模塊集或工具箱，如電力系統(tǒng)仿真工具箱等。一般說來，用戶可以直接使用工具箱足學(xué)

18、習(xí)、應(yīng)用和評估不同的模型而不需要自己編寫代碼。當(dāng)今社會高性能、低成本以及生產(chǎn)和更新?lián)Q代周期短已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)對產(chǎn)品設(shè)計的最基本要求，模塊化、模型化以及動態(tài)仿真是產(chǎn)品設(shè)計者對設(shè)計工具的最基本要求，而MATLAB中的Simulink就是可以完全滿足要求的幾個工具軟件之一。本次課程設(shè)計在斷路器處安裝保護(hù)及啟動原件，保護(hù)模塊經(jīng)封裝成子系統(tǒng)，其輸入信號為電壓電流測量值和由啟動元件發(fā)出的投切信號，輸入信號送至斷路器的控制端，以控制斷路器的開合狀態(tài)。信號1表示合閘，斷路器的初始狀態(tài)為合閘。氣動元件是通過負(fù)序電流來判別系統(tǒng)是否發(fā)生故障，只有當(dāng)故障發(fā)生時才能將整套保護(hù)模塊迅速投入工作。使用元件庫中的故障模塊進(jìn)行

19、故障點(diǎn)的設(shè)置，可以方便的設(shè)置故障類型以及故障點(diǎn)起始時刻。為了簡化系統(tǒng)，線路只有電感，總長為120km。Three-PhauseV-1measurement模塊充當(dāng)了由SimPowerSystem系統(tǒng)到Simulink系統(tǒng)的接口，相當(dāng)于實際的電流和電壓互感器。Three-Phause Fault模塊可以模擬三相的各種故障，當(dāng)設(shè)定某種故障時，運(yùn)行仿真可以得到短路電流和短路電壓，這是其他元件需要的數(shù)據(jù)，先經(jīng)過一個三相濾波器消除衰減的直流分量。整個系統(tǒng)通過設(shè)定不同的整定值來得到不同的保護(hù)范圍，因此可以將三個整定值不同的距離保護(hù)模塊以及延時模塊組成三段式距離保護(hù)，實現(xiàn)本線路的主保護(hù)和下級線路的后備保護(hù)。

20、最后再設(shè)計一個啟動原件來控制三段式距離保護(hù)的投切。輸電線路距離保護(hù)的MATLAB仿真電路圖如圖4.1所示。圖4.1 輸電線路距離保護(hù)的仿真電路圖4.2 距離保護(hù)仿真波形及分析正常狀態(tài)下的波形圖如圖4.2所示，此時的波形是電壓時三相對稱，相角互差120度的波形。圖4.2 正常狀態(tài)下時系統(tǒng)的電壓波形圖系統(tǒng)發(fā)生設(shè)計中的線路故障時的各相電壓波形如圖4.3和圖4.4所示。由于故障仿真屬于暫態(tài)，故此時ss,。改變故障類型仿真得到如下結(jié)論：接地距離保護(hù)對于范圍內(nèi)的相間短路不會動作，并且各段中的相間距離保護(hù)對于保護(hù)范圍內(nèi)的單相接地故障也不會動作。圖4.3 故障線路的相間電壓波形圖4.4 故障線路的相間電流波形線路兩相接地故障時的電壓波形圖如圖所示。線路兩相接地故障時的電壓波形圖反映了系統(tǒng)發(fā)生兩相接地故障的過程中，故障線路的電壓變化，根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)生故障后電流電壓的變化，發(fā)現(xiàn)距離保護(hù)能夠反映保護(hù)范圍內(nèi)的各種相間故障和接地故障，實現(xiàn)了本線路保護(hù)和后一級級線路的后備保護(hù)。仿真結(jié)果表明，所建立的保護(hù)模型具有實時性和正確性，符合上文的計算結(jié)論。圖4.5 線路兩相接地故障時的電壓波形圖第