零序保護(hù)設(shè)計

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計（論文）題目：輸電線路零序電流保護(hù)設(shè)計（1）院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 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080303116學(xué)生姓名黃長清專業(yè)班級電氣084課程設(shè)計（論文）題目輸電線路零序電流保護(hù)設(shè)計（1）課程設(shè)計（論文）任務(wù)ZT4=60ZT3=60ZT2=10ZG2=20ZT1=10321ZG1=20Z1.CD=40Z0.CD=80Z1.BC=20Z0.BC=40Z0.AB=40AZ1.AB=20DCB系統(tǒng)接線圖如圖：課程設(shè)計的內(nèi)容及技

2、術(shù)參數(shù)參見下表設(shè)計技術(shù)參數(shù)工作量,系統(tǒng)中各元件及線路的負(fù)序阻抗與正序阻抗相同,其他參數(shù)見圖。計算最大和最小零序電流，應(yīng)根據(jù)當(dāng)Z1Z0時，則有；反之，當(dāng)Z1Z0時，則有。1計算B母線、C母線、D母線處正序（負(fù)序）及零序綜合阻抗Z1、Z0。2計算B母線、C母線、D母線處發(fā)生單相或兩相接地短路時出現(xiàn)的最大、最小零序電流。3整定保護(hù)1、2、3零序電流I段的定值，并計算各自的最小保護(hù)范圍。4當(dāng) B母線上負(fù)荷變壓器始終保持兩臺中性點(diǎn)都接地運(yùn)行時，整定保護(hù)1、2零序定值，并校驗靈敏度。5整定保護(hù)1零序段定值，假定母線D零序過電流保護(hù)動作時限為0.5s，確定保護(hù)1、2、3零序過電流保護(hù)的動作時限，校驗保護(hù)1零

3、序段的靈敏度。5繪制零序三段式電流保護(hù)的原理接線圖。并分析動作過程。6. 采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析。摘 要零序電流保護(hù)是中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路，將產(chǎn)生很大的零序電流，利用零序電流分量構(gòu)成保護(hù)，可以作為一種主要的接地短路保護(hù)。針對題給的輸電線路進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)計，采用三段式零序電流保護(hù)方法，確定出最大、最小運(yùn)行方式下的等值電抗。進(jìn)行了接地短路的最大、最小短路電流的計算。進(jìn)行了保護(hù)1、2、3的電流速斷保護(hù)整定計算，并計算各自的最小保護(hù)范圍。進(jìn)行了保護(hù)2、3的限時電流速斷保護(hù)定值計算，并校驗了靈敏度。進(jìn)行了保護(hù)1、2、3的過電流保護(hù)定值計算，確定保護(hù)1、2、3過電流保護(hù)的動作時

4、限，校驗保護(hù)1作進(jìn)后備，保護(hù)2、3作遠(yuǎn)后備的靈敏度。繪制三段式電流保護(hù)原理接線圖。并分析了動作過程。采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行了仿真分析。關(guān)鍵詞：零序電流；靈敏度；校驗；目 錄第1章 緒論31.1 零序電流的概況及分段整定31.2零序分量的特點(diǎn)4第二章 輸電線路零序電流保護(hù)整定計算52.1 零序電流段整定計算52.1.1 保護(hù)1、2、3零序電流段動作電流的整定82.1.2 靈敏度校驗92.1.3 動作時間的整定112.2 零序電流段整定計算12保護(hù)1的段整定計算12保護(hù)2的段整定計算122.3保護(hù)1零序電流段整定計算13第三章零序保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析143.1零序保護(hù)原理接線圖

5、143.2系統(tǒng)接線圖143.3各保護(hù)的動作過程分析15第四章 總結(jié)16參考文獻(xiàn)17第1章 緒論1.1 零序電流的概況及分段整定在現(xiàn)代電網(wǎng)中，隨著超高壓、大容量、遠(yuǎn)距離輸電線路的不斷增多，對電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置提出了更高、更嚴(yán)格和要求。目前我國110KV及以上電網(wǎng)都采用中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)?，F(xiàn)有的接地保護(hù)如果不計高頻保護(hù)在內(nèi)，主要有零序電流保護(hù)和接地距離保護(hù)。零序電流保護(hù)有結(jié)構(gòu)簡單靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，但是其保護(hù)區(qū)域受運(yùn)行方式的影響較大。利用接地時產(chǎn)生的零序電流使保護(hù)動作的裝置，叫零序電流保護(hù)。零序電流一般分四段式，零序電流第、段為線路接地故障的主保護(hù)，而第、段為線路接地故障的后備保護(hù)。在電力系統(tǒng)架

6、空線路上零序電流一般用零序電流濾過器獲得，對于電纜采用的是零序電流互感器（TAN）獲得零序電流。（一）無時限零序電流保護(hù)（零序電流保護(hù)段）的整定計算原則：第一，躲過相鄰的下一線路出口，即本線路末端單相或兩相接地短路時可能出現(xiàn)的最大3倍零序電流，即，；第二，躲過本線路三相斷路器觸頭不同時合閘時出現(xiàn)的最大3倍零序電流，即，；第三，對于采用單相重合閘的線路，還應(yīng)躲過非全相運(yùn)行又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時所出現(xiàn)的最大3倍零序電流，即；按第一或第二條整定的零序電流保護(hù)I段稱為靈敏I段，按第三條整定的零序電流保護(hù)I段稱為不靈敏I段。零序電流保護(hù)I段的保護(hù)最小保護(hù)范圍要求不小于本保護(hù)線長度的15%，其整定的動作延時為0

7、。（二）帶時限零序電流速斷保護(hù)（零序電流保護(hù)段）的整定計算原則：與相鄰下一線路的零序電流保護(hù)第I段配合，即式中，分支系數(shù)最小值，靈敏度：（三）零序過電流保護(hù)（零序電流保護(hù)段）的整定計算原則：與相鄰線路的零序電流保護(hù)第段配合，即式中，；靈敏度：1.2零序分量的特點(diǎn) 系統(tǒng)零序電流：I0的分布與中性點(diǎn)接地的多少及位置有關(guān)，而與電流之和，因而容易檢測出接地故障電流，故可用零序電流保護(hù)裝置來監(jiān)察相對地第一次接地故障。TT接地系統(tǒng)常應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、民用建筑的照明、動力混合供電的三相四線配電系統(tǒng)中，常發(fā)現(xiàn)三相不平衡電流較大，當(dāng)發(fā)生一相接地時，Id回路阻抗包括相線阻抗Z1，PE線阻抗ZPE，負(fù)載側(cè)接地電阻RA和

8、電源側(cè)接地電阻RB，接觸阻抗Zf，即ZS=Z1+ZPE+RA+RB+Zf，接地故障電流Id=220/ZS，由于RA+RBZ1+ZPE+Zf，且RA+RB數(shù)值一般均較大，很明顯TT系統(tǒng)的故障環(huán)路阻抗大，產(chǎn)生的單接故障電流Id，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不平衡電流，很難檢測出故障電流，故不適用于TT接地系統(tǒng)。 零序電流保護(hù)具體應(yīng)用可在三相線路上各裝一個電流互感器（C.T），或讓三相導(dǎo)線一起穿過一零序C.T，也可在中性線N上安裝一個零序C.T，利用這些C.T來檢測三相的電流矢量和，即零序電流Io，IA+IBIC=IO，當(dāng)線路上所接的三相負(fù)荷完全平衡時（無接地故障，且不考慮線路、電器設(shè)備的泄漏電流），IO=0；當(dāng)線路上

9、所接的三相負(fù)荷不平衡，則IO=IN，此時的零序電流為不平衡電流IN；當(dāng)某一相發(fā)生接地故障時，必然產(chǎn)生一個單相接地故障電流Id，此時檢測到的零序電流IO=IN+Id，是三相不平衡電流與單相接地電流的矢量和。1.3 本文的設(shè)計內(nèi)容本文采用的是三段式電流保護(hù)。中性點(diǎn)直接接地，系統(tǒng)發(fā)生接地短路時，將有以下特征：1：系統(tǒng)中出現(xiàn)零序電流，且零序電流的分布與接地點(diǎn)的位置和數(shù)目有關(guān)。2：系統(tǒng)中出現(xiàn)零序電壓，且故障點(diǎn)零序電壓U最高.而變壓器中性點(diǎn)的零序電壓為0，保護(hù)安裝處母線A、B的零序電壓取決于變壓器零序阻抗的大小。3：零序功率在故障點(diǎn)處最大，零序功率方向在故障線路上由線路指向母線，在非故障線路上卻從母線指向

10、線路。4：在故障線路上，故障點(diǎn)零序電壓和零序電流之間的相差角為，若取決于線路和變壓器的零序阻抗角，則=-。第二章 輸電線路零序電流保護(hù)整定計算2.1 零序電流段整定計算一、計算各母線處正序（負(fù)序）和零序綜合阻抗、（一）當(dāng)、均投入運(yùn)行時2.1 (a)正序或負(fù)序等值網(wǎng)絡(luò)2.1(b)零序等值網(wǎng)絡(luò)圖2.1、均投入運(yùn)行時等值序網(wǎng)絡(luò)圖(a)(b)B母線：C母線：D母線：（二）當(dāng)、投入運(yùn)行時正序（負(fù)序）：2.2(a) 正序或負(fù)序等值網(wǎng)絡(luò)2.2(b) 零序等值網(wǎng)絡(luò)圖2.2、投入運(yùn)行時等值序網(wǎng)絡(luò)圖(a)(b)B母線：C母線：D母線：（三）當(dāng)、投入運(yùn)行時正序（負(fù)序）：零序：圖2.3、投入運(yùn)行時等值序網(wǎng)絡(luò)圖B母線：

11、C母線：D母線：（四）當(dāng)、投入運(yùn)行時正序（負(fù)序）：零序：圖2.4、投入運(yùn)行時等值序網(wǎng)絡(luò)圖B母線：C母線：D母線：二、計算B、C、D母線處發(fā)生單相或兩相接地短路時出現(xiàn)的最大、最小零序電流（一）當(dāng)、均投入運(yùn)行時B母線：C母線：D母線：（二）當(dāng)、投入運(yùn)行時B母線：C母線：D母線：（三）當(dāng)、投入運(yùn)行時B母線：C母線：D母線：（四）當(dāng)、投入運(yùn)行時B母線：C母線： D母線： 保護(hù)1、2、3零序電流段動作電流的整定（一）保護(hù)1零序電流I段、運(yùn)行取兩相接地短路 、運(yùn)行取兩相接地短路最大運(yùn)行方式為：、運(yùn)行保護(hù)1的I段動作電流為：（二）保護(hù)2零序電流I段、運(yùn)行取單相接地短路 、運(yùn)行取單相接地短路最大運(yùn)行方式為：、

12、運(yùn)行保護(hù)2的I段動作電流為：（三）保護(hù)3零序電流I段、運(yùn)行取單相接地短路 、運(yùn)行取單相接地短路最大運(yùn)行方式為：、運(yùn)行保護(hù)3的I段動作電流為： 靈敏度校驗（一）保護(hù)1的最小保護(hù)范圍計算設(shè) （），則、運(yùn)行 取單相接地短路得，滿足靈敏度要求、運(yùn)行 取單相接地短路得，滿足靈敏度要求根據(jù)、，最小運(yùn)行方式為：、運(yùn)行保護(hù)1的I段最小可以保護(hù)線路AB全長的33.7%（二）保護(hù)2的最小保護(hù)范圍計算設(shè) （），則、運(yùn)行 取單相接地短路得，滿足靈敏度要求、運(yùn)行 取單相接地短路得，滿足靈敏度要求根據(jù)、，最小運(yùn)行方式為：、運(yùn)行保護(hù)2的I段最小可以保護(hù)線路BC全長的16%（三）保護(hù)3的最小保護(hù)范圍計算設(shè) （），則、運(yùn)行若

13、,則取單相接地短路得，滿足靈敏度要求此時，與矛盾所以，取兩相接地短路得，滿足靈敏度要求、運(yùn)行若 ,則取單相接地短路得，滿足靈敏度要求此時，與矛盾所以，取兩相接地短路得，滿足靈敏度要求根據(jù)、，最小運(yùn)行方式為：、運(yùn)行保護(hù)3的I段最小可以保護(hù)線路CD全長的34.68% 動作時間的整定保護(hù)1、2、3的動作時間：2.2 零序電流段整定計算保護(hù)1的段整定計算保護(hù)1的段與保護(hù)2的I段配合，保護(hù)1的分支系數(shù)靈敏度校驗：最小運(yùn)行方式為、運(yùn)行流過保護(hù)1的最小零序電流 不滿足靈敏度要求所以，保護(hù)1的段與保護(hù)2的段配合，保護(hù)2的分支系數(shù)滿足靈敏度要求所以保護(hù)1的段動作電流：保護(hù)1的段動作時間：保護(hù)2的段整定計算保護(hù)2

14、的段與保護(hù)3的I段配合 靈敏度校驗：最小運(yùn)行方式為、運(yùn)行流過保護(hù)2的最小零序電流 不滿足靈敏度要求所以，保護(hù)2的段與保護(hù)3的段配合2.3保護(hù)1零序電流段整定計算保護(hù)1的段與保護(hù)2的段配合靈敏度校驗：最小運(yùn)行方式為、運(yùn)行作為近后備：滿足靈敏度要求作為遠(yuǎn)后備：滿足靈敏度要求已知母線D零序過電流保護(hù)動作時限為0.5s所以保護(hù)1的段零序電流保護(hù)的動作時間：第三章零序保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析3.1零序保護(hù)原理接線圖圖3.1零序保護(hù)原理圖3.2系統(tǒng)接線圖ZT4=60ZT3=60ZT2=10ZG2=20ZT1=10321ZG1=20Z1.CD=40Z0.CD=80Z1.BC=20Z0.BC=40Z0.

15、AB=40AZ1.AB=20DCBMPN圖3.2系統(tǒng)接線圖3.3各保護(hù)的動作過程分析以線路AC為例，如圖3.2所示已知各保護(hù)的保護(hù)范圍：1QF：I段AM，段AP，段C母線以后2QF：I段BN，段、段C母線以后3QF： C母線以后 故障發(fā)生在AM間時,由1QF的I段切除故障動作的繼電器：1QF：1KA、KM、1KS、2KA、3KA2QF、3QF：不動作 故障發(fā)生在MB間時,由1QF的段切除故障動作的繼電器：1QF： 2KA、1KT、2KS、3KA2QF、3QF：不動作 故障發(fā)生在BP間時,由2QF的I段切除故障動作的繼電器：1QF：2KA、3KA2QF：1KA、KM、1KS、2KA、3KA3QF

16、：不動作 故障發(fā)生在PN間時,由2QF的I段切除故障動作的繼電器：2QF：1KA、KM、1KS、2KA、3KA1QF、3QF：不動作 故障發(fā)生在NC間時,由2QF的段切除故障動作的繼電器：2QF：2KA、1KT、2KS、3KA1QF、3QF：不動作第四章 總結(jié)本次課題的設(shè)計過程中，在計算保護(hù)3的I段最小保護(hù)范圍的時候遇到困難，因為根據(jù)得到的無法判斷選擇兩相接地短路還是單相接地短路，通過請教指導(dǎo)老師，先假設(shè)，再假設(shè)，取滿足要求的一個，最終得出正確結(jié)論。還遇到了其它一些小問題，都在老師的幫助下得到了解決，完成了本次課程設(shè)計。多段式零序電流保護(hù)是簡單而有效的接地保護(hù)方式，其優(yōu)點(diǎn)是：(1)結(jié)構(gòu)與工作原

17、理簡單，正確動作率高于其他復(fù)雜保護(hù)。(2)整套保護(hù)中間環(huán)節(jié)少，特別是對于近處故障，可以實(shí)現(xiàn)快速動作，有利于減少發(fā)展性故障。(3)在電網(wǎng)零序網(wǎng)絡(luò)基本保持穩(wěn)定的條件下，保護(hù)范圍比較穩(wěn)定。(4)保護(hù)反應(yīng)于零序電流的絕對值，受故障過渡電阻的影響較小。(5)保護(hù)定值不受負(fù)荷電流的影響，也基本不受其他中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)短路故障的影響，所以保護(hù)延時段靈敏度允許整定較高。相鄰保護(hù)逐級配合的原則是要求相鄰保護(hù)在靈敏度和動作時間上均能相互配合，在上、下兩級保護(hù)的動作特性之間，不允許出現(xiàn)任何交錯點(diǎn)，并應(yīng)留有一定裕度。實(shí)踐證明，逐級配合的原則是保證電網(wǎng)保護(hù)有選擇性動作的重要原則，否則就難免會出現(xiàn)保護(hù)越級跳閘，造成電網(wǎng)事

18、故擴(kuò)大的嚴(yán)重后果。第4章 MATLAB建模仿真分析4.1 MATLAB中電力系統(tǒng)繼電保護(hù)仿真介紹在電力系統(tǒng)元件庫對話框中包含了10類庫元件，分別是電源元件（Electrical Sources）、線路元件（Elements）、電力電子元件（Power Electronics）、電機(jī)元件（Machines）、連接器元件（Connectors）、電路測量儀器（Measurements）、附加元件（Extras）、演示教程（Demos）、電力圖形用戶接口（Powergui）、電力系統(tǒng)元件庫模型（Powelib_models）。 點(diǎn)力系統(tǒng)一般由發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路和電力負(fù)荷構(gòu)成。電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

19、一般是由電力系統(tǒng)元件的數(shù)學(xué)模型組合構(gòu)成。MATLAB為電力系統(tǒng)的建模提供了簡潔的工具，通過電力系統(tǒng)的電路圖繪制，可以自動生成數(shù)學(xué)模型。電路圖模型的主要特點(diǎn)是具有良好的人機(jī)界面，便于進(jìn)行簡單的操作，省去了利用程序建立電力系統(tǒng)模型的反覆步驟。利用這種方式構(gòu)成的數(shù)學(xué)模型相對于控制系統(tǒng)中的微分方程模型、狀態(tài)方程模型、傳遞函數(shù)模型有著更直觀和實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。另外，在電路圖模型建立以后，在MATLAB軟件中，提供了power2sys函數(shù)作為短路模型的結(jié)構(gòu)分析函數(shù)，可以利用power2sys函數(shù)將電力系統(tǒng)的電路圖模型向狀態(tài)方程模型和傳遞函數(shù)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 我們選用的是電源原件中的交流電源，線路原件中的斷路器原件

20、和變壓器元件，其電路圖如圖4.1所示。圖4.1繼電保護(hù)電路圖仿真的運(yùn)行：在仿真框圖菜單項Simulink的下拉菜單中選擇Start項，系統(tǒng)進(jìn)開始仿真。在輸出儀表上可以看到輸出曲線，同時Start項就變?yōu)镾top，在任何時候單擊它，仿真就會停止。4.2仿真參數(shù)設(shè)置在電路圖菜單選項中，選擇仿真（Simulation）菜單，激活仿真參數(shù)（Simulation Parameters）命令，即可彈出仿真參數(shù)對話框，根據(jù)相應(yīng)選項對其進(jìn)行設(shè)置：開始時間（Start time）：0停止時間（Stop time）：0.4求解程序類型（Type）選項：可變步長（Variable），Ode45(Domand-Pri

21、ce)最大步長（Max step size）選項：自動（Auto）最小步長（Min step size）選項：自動（Auto）初始步長（Initial step size）選項：自動（Auto）相對容差（Relative tolerance）選項：1e-3絕對容差（Absolute tolerance）選項：1e-64.3仿真結(jié)果及分析合理設(shè)置示波器參數(shù)后，激活仿真按鈕，得到仿真結(jié)果如圖4.2所示。示波器輸出的電壓波形為兩個交流電壓源的疊加，橫軸為時間軸，縱軸為電壓幅值。從仿真結(jié)果可見，在交流電路中，兩個交流電壓源共同作用的結(jié)果等效于一個線性電壓源。圖4.2 故障點(diǎn)發(fā)生三相短路的各相電流波形圖基于計算機(jī)技術(shù)的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)數(shù)字仿真可以輔助繼電保護(hù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計， 將MATLAB仿真技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)研究中具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的核心內(nèi)容， 構(gòu)建了繼電保護(hù)系統(tǒng)的MATLAB 仿真模型。除