KV輸電線路距離保護設計

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學電力系統繼電保護課程設計（論文）題目：輸電線路距離保護設計（1）院（系）： 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間： 課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣學院 教研室：電氣工程及其自動化學 號學生姓名專業(yè)班級課程設計（論文）題目輸電線路距離保護設計（1）課程設計（論文）任務8E6562km38km2174330kmDCBA系統接線圖系統接線圖如圖：課程設計的內容及技術參數參見下表設計技術參數工作量線路每公里阻抗為Z1=0.4/km,線路阻抗角為L=65°,AB、BC線路最大負荷電流為400A,負荷功率因數為cosL=0.9,。電源電勢

2、為E=115kV, ZsAmax=10,ZsAmin=8,ZsBmax=30,ZsBmin=15。歸算至115kV的各變壓器阻抗為84.7,容量ST為15MV.A。其余參數如圖所示。1計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。2. 計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。3. 計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。4分析系統在最小運行方式下振蕩時，保護1各段距離保護的動作情況。5當距保護1出口20km處發(fā)生帶過渡電阻Rarc=12的相間短路時，保護1的三段式距離保護將作何反應（設B母線上電源開路）？6繪制三段式距離保護的原理框圖。并分析動作過程。7. 采用MATLAB建立系統模型進行仿真分析。

3、續(xù)表進度計劃第一天：收集資料，確定設計方案。 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：系統振蕩和短路過渡電阻影響分析。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：課設總結，迎接答辯。指導教師評語及成績平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要距離保護也稱阻抗保護，一般是以阻抗繼電器為基本元件，其動作原理是根據故障點與保護安裝處的距離的遠近來判斷是否動作的一種保護方式。其

4、保護最大范圍稱為整定阻抗。它可根據其端子上所加的電壓和電流測知保護安裝處至短路點間的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測量阻抗。距離保護的工作原理就根據測量阻抗與整定阻抗的位置關系來判斷保護是否動作。當系統正常工作時，保護裝置安裝處的電流為負載電流，電壓為系統的額定電壓，當系統發(fā)生短路故障時，系統電壓降低、而電流增大。所以，測量阻抗在正常狀態(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，保護安裝處的電壓與電流之比反映了保護安裝處到短路點的阻抗，也反映了保護安裝處到短路點的距離。所以可按照距離的遠近來確定保護裝置的動作時間，這樣使得保護動作時具有選擇性。本次課程設計主要針對輸電線路的距離保護，

5、根據已知系統的接線圖，確定保護1距離保護三段的整定值并校驗各段的靈敏度，再求得靈敏度之后分析系統在最小運行方式下振蕩時，保護1各段距離保護的動作情況。最后采用MATLAB軟件建立系統模型進行仿真分析輸出系統正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的電流和電壓波形，判斷系統是否會出現繼電器的誤動作并分析其動作與否的原因，用實驗數據來驗證計算的準確性。 關鍵詞：距離保護；整定計算；靈敏度；仿真目 錄第1章 緒論11.1 輸電線路距離保護概述11.2 本文研究內容1第2章 輸電線路距離保護整定計算22.1 距離段整定計算22.2 距離段整定計算22.3 距離段整定計算32.4 系統振蕩及短路時有過渡電阻保護1各段保護動

6、作情況.4 系統在最小運行方式下發(fā)生震蕩特性4 短路過渡電阻對保護1各段影響分析5第3章 距離保護各段動作判別與原理圖63.1 保護1各段的動作判別63.2 距離保護三段式的原理框圖6第4章 MATLAB建模仿真分析74.1 MATLAB軟件簡介74.2 距離保護仿真波形及分析8第5章 課程設計總結11第6章 參考文獻12第1章 緒論1.1 輸電線路距離保護概述輸電線路距離保護顧名思義就是針對輸電線路而設計的距離保護裝置，是指利用阻抗元件來反應短路故障的保護裝置，阻抗元件的阻抗值是接入該元件的電壓與電流的比值，也就是短路點至保護安裝處的阻抗值。系統在正常運行時，不可能總工作于最大運行方式下，因

7、此當運行方式變小時，電流保護的保護范圍將縮短，靈敏度降低；而距離保護測量的是短路點至保護安裝處的距離，而系統運行方式對保護的影響不大。在高壓及以上電壓等級電網中，繼電裝置可靠性和速動性有雙重主保護來保證，其選擇性和靈敏性主要由相間接地故障后被保護延時段來保證。電力系統穩(wěn)定運行主要有符合要求電網結構、系統運行方式和電力系統繼電保護來保證。當前微計算機硬件的更新和網絡化發(fā)展在計算機控制領域。單片機與DSP芯片二者技術上的融合，主要體現在運算能力的提高及嵌入式網絡通信芯片的出現和應用等方面。同時使用距離保護還應該注意：任何阻抗繼電器均需克服機械阻力或閾電壓才能動作，所以輸入繼電器的電流不能太小。輸入

8、繼電器的電流較小時，繼電器的起動阻抗將下降，使距離繼電器的實際保護范圍縮短，這將影響到與相鄰線路距離元件的配合，甚至引起非選擇性動作。為把起動阻抗的誤差限制在一定范圍內,規(guī)定了精確工作電流這一指標。當輸入電流等于閾電壓時,繼電器的起動阻抗下降到整定值的90%；當輸入電流大于閾電壓時,就可保證起動阻抗的誤差在10%以內。因此精確工作電流愈小,則繼電器愈靈敏。對于方向阻抗繼電器，在近處發(fā)生短路時存在電壓死區(qū)，即繼電器拒絕動作。為了改善它的動作性能，常采用極化回路以消除電壓死區(qū)。當系統發(fā)生振蕩時，靠近系統振蕩中心處的距離保護所測得的電壓很低、電流很大，即阻抗很小。為避免在系統振蕩時距離保護裝置誤動作

9、，應加設振蕩閉鎖裝置。在電壓互感回路斷線時也將造成距離保護誤動作，也應增設閉鎖元件。這些發(fā)展使硬件設計更加方便。高性價比使冗余設計成為可能，為實現靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創(chuàng)造了條件。硬件技術的不斷更新和微機保護設計網絡化。它可以做到簡化硬件設計、提高硬件的可靠性，不管是經濟還是安全方面都可以有很大的提高。1.2 本文研究內容而對于本次課程設計的研究，主要是針對題目給出的線路先計算出保護1的各段的整定值與靈敏度并判斷其是否符合要求。再分析其在最小運行方式下在發(fā)生系統震蕩時保護1的各段的動作情況。另外再假設線路上B母線電源開路時，當保護1出口20km處發(fā)生帶過度電阻的相間短路時距離

10、保護三段式都有什么反應。在計算完成之后繪制出流程圖或原理框圖。并運用MATLAB仿真軟件對給出的系統接線圖進行仿真繪制，并測出計算時所求出的各個數值與波形，觀察測出的數值與波形是否與計算時預期的一致。第2章 輸電線路距離保護整定計算2.1 距離段整定計算整定距離保護段的動作阻抗：距離保護I段的保護范圍一般為線路的80%-85%。在此我們取： 帶入已知數據可求得距離保護1第段動作阻抗 同時可以得出保護1、3、4QF處距離保護第段的動作時間和靈敏度分別為：故可知它們的均為動作時限：t=0S2.2 距離段整定計算距離保護II段則需要與相鄰線路距離保護I段相配合，而對于有變壓器的線路還要躲開線路末端變

11、壓器低壓出口側出口處短路時的阻抗值整定。（1）當保護II段與相鄰線路第段配合。動作阻抗為： 分支系數： 帶入之后可得： 靈敏度校驗： 故可知靈敏度滿足要求。（2） 當保護段與相鄰線路變壓器相配合時。 而其中兩臺變壓器時并聯運行， 則有：， 帶入求得： 此時的段保護的靈敏度為： 3.24>1.5 靈敏度滿足要求。對于距離保護第段的動作時間，由于都是與相鄰段相配合，且靈敏度都符合要求。所以可知：2.3 距離段整定計算 距離保護段的整定原則是按躲過最小負荷阻抗整定。 動作阻抗： 整定阻抗為： 而距離保護段作為后備保護分為遠后備跟近后備。近后備時： 靈敏度合格遠后備時：線路BC遠后備時： 靈敏度

12、合格。變壓器遠后備時： 靈敏度合格。 距離保護段的動作時間：2.4 系統振蕩及短路時有過渡電阻保護1各段保護動作情況 系統在最小運行方式下發(fā)生震蕩特性根據要求需要求得系統在最小運行方式下振蕩時最小測量阻抗。在系統振蕩過程中，系統中各發(fā)電機電勢間的相角差隨時間作周期性變化，從而使系統中各點電壓，線路電流以及距離保護的測量阻抗也將發(fā)生周期性變化，可能導致距離保護的誤動作。震蕩不屬于故障，一般情況下系統發(fā)生震蕩之后都會在若干周期之后自動恢復正常，所以發(fā)生震蕩的時候系統的距離保護應當不誤動，若此時誤動會影響系統的正常運行，破壞電力系統穩(wěn)定性。結合圖2.1所示的距離保護電路可分析系統震蕩進行時保護的動作

13、情況： 圖2.1 距離保護簡圖其中，電流： 電壓： 系統中總有一點的電壓為最低，其值為由0向相量所做的垂線的長度，該點則稱為振蕩中心，以z表示。當 且系統中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統縱向阻抗的中點（即處）。 當時保護安裝處的測量阻抗為： 可得：而 而系統振蕩時測量阻抗的變化規(guī)律。 M側：因為所以 , , ， 可見，當變化，幅值變化，阻抗角亦變化。當測量阻抗進入特性圓內，阻抗繼電器就要誤動。全阻抗繼電器誤動的相角，方向阻抗繼電器誤動的相角。 因為T0.252.5之間，所以就可躲振蕩的影響。 當 且系統中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統縱向阻抗的中點（即處）。則 根據最小

14、運行狀態(tài)下的測量阻抗與距離保護第、段的整定阻抗的關系可以判斷出保護1的、段的阻抗元件將誤動。2.4.2 短路過渡電阻對保護1各段影響分析根據要求當離斷路器1QF保護安裝處15KM處發(fā)生帶過渡電阻的相間短路時。1QF處保護的測量阻抗為： 方向第、段的動作阻抗分別為： 故有： 根據求得的關系可知，故障點應在保護1QF處相間距離保護的第段保護范圍內，而此時由于短路點過渡阻抗的影響，在距離保護第段和第段的整定阻抗范圍內，故這時距離保護第段將拒動，而距離保護第段動作，降低了保護的速動性。因此，距離保護中必須有防止過渡電阻影響的措施。第3章 距離保護各段動作判別與原理圖3.1 保護1各段的動作判別當系統在

15、最小運行方式下發(fā)生振蕩時，根據第2章以求得的數據可以判斷出保護1各段距離保護的動作情況：（1）距離保護I段：由于 T=0s<1.5s。（2）距離保護II段：由于 T=0.5s<1.5s距離保護II段：（3）由于 T=2.5s>1.5s所以,距離保護I段不動作、保護II段動作、保護III段不動作。 3.2三段式距離保護的原理框圖三段式距離保護的原理框圖如圖3.1。 圖3.1 三段式距離保護原理框圖第4章 MATLAB建模仿真分析4.1 MATLAB軟件簡介本實驗設計在軟件仿真部分采用MATLAB軟件進行仿真。MATLAB（矩陣實驗室）是MATrix LABorator

16、y的縮寫，是一款由美國The MathWorks公司出品的商業(yè)數學軟件。MATLAB是一種用于算法開發(fā)、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境。除了矩陣運算、繪制函數/數據圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來創(chuàng)建用戶界面及與調用其它語言（包括C，C+和FORTRAN）編寫的程序。MATLAB是一種交互式、面向對象的程序設計語言，廣泛應用于工業(yè)界與學術界，主要用于矩陣運算，同時在數值分析、自動控制模擬、數字信號處理、動態(tài)分析、繪圖等方面也具有強大的功能，其程序設計語言結構完整，且具有優(yōu)良的移植性，它的基本數據元素是不需要定義的數組。MATLAB是matrix和labo

17、ratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室）。是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態(tài)系統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB軟件的優(yōu)點：1) 高效的數值計算及符號計算功能，能使用戶從繁雜的數學 運算分析中解脫出來； 2) 具有完備的圖形處理功能，

18、實現計算結果和編程的可視化； 3) 友好的用戶界面及接近數學表達式的自然化語言，使學者易于學習和掌握； 4) 功能豐富的應用工具箱(如信號處理工具箱、通信工具箱等) ，為用戶提供了大量方便實用的處理工具。 運用MATLAB軟件對實驗電路進行仿真。 圖如圖4.1所示：圖4.1 輸電線路距離保護的仿真電路圖4.2 距離保護仿真波形及分析當系統未發(fā)生故障即線路正常運行時，測得線路波形如圖4.2，由于未發(fā)生故障此時波形相差120°且三相對稱。圖4.2 正常狀態(tài)下時系統的電壓波形圖而當系統在最小運行方式下發(fā)生震蕩時各相電壓波形如圖4.3和圖4.4所示。由于時系統震蕩，故障仿真屬于暫態(tài)，故此時仿

19、真起止時間為0-0.5s，故障的其實時刻為0.01s,。根據故障類型仿真得到如下結論：接地距離保護對于相間短路即使在其保護范圍內仍然會拒動，同時各段的的相間距離保護對于保護范圍內的單相接地故障也同樣會拒動。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當線路發(fā)生兩相接地故障時得出的電壓波形圖如圖4.5所示。通過波形我們可以觀察出當線路發(fā)生兩相接地故障時的電壓波形的變化。下圖反映了系統發(fā)生兩相接地故障的過程中，發(fā)生故障的線路電壓波形的變化狀態(tài)，根據系統的發(fā)生故障后電流電壓的變化，發(fā)現距離保護能夠反映保護范圍內的各種相間故障和接地故障，符合我們最初預期的成為本線路保護和后一級線

20、路的后備保護。通過仿真波形我們可以得出結論，本實驗設計的線路距離保護模型符合實驗課題要求，滿足設計方案的預期結果。 圖4.5 線路兩相接地故障時的電壓波形圖第5章 課程設計總結本文要求設計輸電線路的距離保護，而且需要在最小運行狀態(tài)下分析震蕩對于系統的影響，這對電力系統的穩(wěn)定性十分重要。因為電力系統需要處于動態(tài)平衡，不會一直處于一個運行點上，因此當運行方式變小時，電流三段式保護的保護范圍將縮短，靈敏度降低；而距離保護通過反應線路阻抗的的變化來動作，所以距離保護的穩(wěn)定性十分優(yōu)越，不會因為運行狀態(tài)的不變化而影響其靈敏性。本次試驗設計是針對要求給出的系統的接線圖，首先計算出保護1得距離保護段、段和段的整定值和靈敏度，在計算在段和段靈敏度的時候需要考慮與下級或者是相鄰線路相配合，同時要注意的問題就是每個保護的動作時間要計算準確，根據預期配合的線路等級來準確確定其動作時間。靈敏度的計算同時也是十分重要重要的，我們需要根據靈敏度是否滿足保護的要求來確定是否需要改變與其配合的線路等級。上述工作完成后接下來對設計提出的系統震蕩和短路過渡電阻對系統的影響進行相應的計算分析，并確定距離保護的范圍，并分析系統在最小運行方式下振蕩時，保護1的各段距離保護的動作情況。在計算中由于對概念