電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計-輸電線路方向電流保護設(shè)計

1、電力系統(tǒng)機電保護課程設(shè)計論文設(shè)計課題電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計論文題目輸電線路方向電流保護設(shè)計學(xué)部專 業(yè)電氣工程及其自動化班級學(xué)號學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師年 月日廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院課程設(shè)計（論文）任務(wù)書題目名稱輸電線路方向電流保護設(shè)計學(xué)生學(xué)部（系）專業(yè)班級姓 名學(xué)號、課程設(shè)計（論文）的內(nèi)容輸電線路方向電流保護設(shè)計、設(shè)計（論文）的要求與數(shù)據(jù)1、設(shè)計技術(shù)參數(shù)：E =115/ 3kV,XGi =20/Xg2 二12Xg3 =12/L1=L2=60km,L3=50km,LB-C=40km,LC-D=50km,LD-E=20kmi路阻抗 0.4"km,K；el =1.2, kK= KrP=1.15,

2、最大負荷電流舊-C.Lmax=360A, IC-D.Lmax=210A, ID-E.Lmax=110A,2、統(tǒng)接線圖如圖：系統(tǒng)接線圖三、課程設(shè)計（論文）應(yīng)完成的工作1、值電抗計算、短路電流計算。2、整定保護4、5的電流速斷保護定值，并盡可能在一端加裝方向元件。3、定保護5、7、9限時電流速斷保護的電流定值，并校驗靈敏度。4、定保護4、5、6、7、8、9過電流保護的時間定值，并說明何處需要安裝方向 元件。5、制方向過電流保護的原理接線圖。并分析動作過程。6、采用MATLABS立系統(tǒng)模型進行仿真分析。四、課程設(shè)計（論文）進程安排廳P設(shè)計（論文）各階段內(nèi)容地點起止日期1收集輸電線路方向電流保護等相關(guān)

3、資料，確定 設(shè)計力殺圖書館6月8日2進行計算，繪出電路原理圖圖書館6月9-12日3MATLABt模仿真分析，行課程設(shè)計報告的撰寫綜合樓6 月 13-15日4課程設(shè)計總結(jié)宿舍6 月 16-17日五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻1 谷水清電力系統(tǒng)繼電保護M 北京：中國電力出版社，20052 賀家禮電力系統(tǒng)繼電保護M 北京：中國電力出版社，20043 能源部西北電力設(shè)計院電力工程電氣設(shè)計手冊（電氣二次部分）北京：中國電力出版社，19824 方大千實用繼電保護技術(shù)M 北京：人民郵電出版社，20035 崔家佩等電力系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置整定計算M 北京：水利電力出版社，19936 卓有樂電力工程電氣設(shè)

4、計200例 M 北京：中國電力出版社，20027 陳德樹計算機繼電保護原理與技術(shù)M 北京：水利電力出版社，19928 陳曾田電力變壓器保護M 北京：水利電力出版社，19899 許建安電力系統(tǒng)繼電保護M 北京：水利電力出版社，2003發(fā)出任務(wù)書日期：年月 日 指導(dǎo)教師簽名：15計劃完成日期：年 月 日教學(xué)單位責(zé)任人簽章：第 1 章 緒論 61.1 輸電線路電流保護概述 71.2 本文主要內(nèi)容 7第 2 章輸電線路方向電流保護整定計算 92.1 方向電流I段整定計算92.1.1 保護4、5的I段動作電流的整定 102.1.2 靈敏度校驗 102.1.3 動作時間的整定102.2 保護5、7、9方向

5、電流II段整定計算 112.3 方向電流加段動作時間整定計算及方向元件的安裝 12第 3 章 方向電流保護原理圖的繪制與動作過程分析 123.1 保護原理圖 123.2 動作過程分析 12第 4 章MATLAB 建模仿真分析 13第 5 章課程設(shè)計總結(jié) 15摘要電力系統(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(yīng)的保護裝置來反映這些故障，方向保護是利用電壓和電流的乘積判明電流流向（相位）的繼電保護。以判明短路故障位于保護裝置處的正向或反向。本設(shè)計題目為輸電線路方向電流保護設(shè)計，經(jīng)過保護4、5的I段動作電流的整定、靈敏度的校驗、動作時間的整定、保護5、7、9方向電流H段的

6、整定計算和方向電流出段動作時間整定計算，繪制方向電流保護原理圖，并對動作過程進行分析。利用MATLAB 軟件建立系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)給定參數(shù)對電氣元件設(shè)定，對仿真結(jié)果分析，符合設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電流保護；方向保護；方向元件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(yīng)的保護裝置來反映這些故障,并控制故障線路的斷路器,使其跳閘以切除故障.對各種不同電壓等級的線路應(yīng)該裝設(shè)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(shè)備和線路的短路故障，應(yīng)有主保護和后備保護，對于電壓等級在220KV 及以上的線路，應(yīng)考慮或者必須裝設(shè)雙重化

7、的主保護，對于整個線路的故障，應(yīng)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(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。1.2 本文主要內(nèi)容通過對保護段的I段動作電流的整定、靈敏度的校驗、動作時間的整 定、方向電流R段的整定計算和方向電流田段動作時間整定計算，繪制方 向電流保護原理圖，并對動作過程進行分析。在對電流保護段來說，因為反方向短

8、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(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，以滿足保護的各種性能要求。方向電流保護用于雙電源網(wǎng)絡(luò)和單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)時，在構(gòu)成、 整定、 相互配合等問題上還有以下特點：在保護構(gòu)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I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(yīng)考慮躲過反向不對稱短路

9、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電流之間和動作時間之間應(yīng)相互配合，以保證保護的選擇性。本次設(shè)計包含了運行方式的選擇、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。:、輸電線路方向電流保護整定計算2.1 方向電流I段整定計算2.1.1 保護4、5的I段動作電流的整定根據(jù)任務(wù)書中的系統(tǒng)接線圖計算各段線路的阻抗。X Lk X L2=60*0.4=24 Q X l3=5

10、0*0.4=20 Q X bc =40*0.4=16 QX cd =50*0.4=20 QXde =20*0.4=8 Q由電流速斷保護的動作電流應(yīng)躲過本線末端的最大短路電流，可計算：保護4(3)KA maxE :(Xgi , Xli) / (Xg2 -Xl2)-Xl3115 3(20 24) / (12 24) 20=1.668kA&4 =KrIel I KAmax=1.2 1.668=2.002kA保護5(3)KB maxE；Xg3 Xl3115 312 20= 2.075kAIOp5 = KrIel 噌max =1.2 2.075 =2.49kA因為IOp4 <IK3)max

11、,所以在4QF加方向元件。2.1.2 靈敏度校驗KSen校驗，應(yīng)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。Il min 4 XiI min 4Ksen4 二；13X1l3保護4的靈敏度校驗:x1l min2J4X八 smax3 115/.3 “ c c-20=8.72 Q2 2.002x1l3 = XOP4 =XL1XL2 XL3 =24 24+20=32。X op432Ksen= min =872 100%=27.25%>15%滿足靈敏度要求，所以合格保護5的靈敏度校驗：I sen5min 5l3X1l min 5Xil3X1l min 一也X =X xmax

12、2I%叵皿1-16=7.09Q2 2.49X1I3 = X op5 = X l3 = 20 QKsen=刈叱=49 100%=35.45%>15% x1l320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，所以電 流保護第I段的動作時間為0,即球4=/=02.2 保護5、7、9方向電流n段整定計算無時限電流速斷保護在任何情況下只能切除本線路上的故障，外部短路故障應(yīng)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5n段與保護3配合IoP5 = Krel& / Kb4= IB-C.Lma

13、x=360AKb:分支系數(shù)二流過故障線電流/流過保護線電流。Kb=1 + -=1+ESES =1.42I AB Xg1 X L1 Xg3 X L3IO3塘層/Kb = 1.15父360/1.42=291.54A|KB=Es=Xg3+ X L3.3 115、3 一 kA=1796.875A212+ 20盤=4 = 1796.875 =6.16>1.4所以滿足靈敏度要求。 Iop5291.54與相鄰保護3R段配合Kb=1 +顯=1+一ESES =1.421 ABXG1 XL1 XG3 X L3IKsen=衛(wèi)Iop2 = IC-D.Lmax=210AI 0P5分支系數(shù)二流過故障線電流/流過保護

14、線電流，且兩電流相等。所以：Kb4=1I oP3=Krei IoP2 / Kb4 = 1.15 210/1 =264.5A5 .1 p 10Krel lJj K b =1.15 M 264.5/1.42 =214.21AKs¥= 悟 J796'75 =8.38>1.4此結(jié)果滿足靈敏度要求。IOP5214.21tOP5= tOp3 +&=昌2 +& +&=1s保護7,9與保護5相同。2.3方向電流田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(yīng)按照階梯形原則整定，即兩相鄰線路的 電流出動作時間相差一個 to上一線路與動作時間

15、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。tJOs （線路末端），t2n=t1nI+N, 13nLt2nL&=2&tjt7" =t9'"=t3"+& =1.5S , t4"l=t6"=t8"l=0S （無下一級，相當(dāng)于末級）若KbC ： toP5 > toP4 , KaB ： Q < Q矛盾，則田需加方向元件。因為 t5 .二 t7：=t9： = 1.5S>t4：t6：t8=0S為簡化保護接線和提高保護的可靠性，電流保護每相的第I、 n>田段可共用一個方向元

16、件。電流保護第田段的動作時間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。故保護4,6,8加方向元件。、方向電流保護原理圖的繪制3.1 保護原理圖根據(jù)系統(tǒng)接線圖，繪制方向電流保護原理圖，如圖 3.1所示圖3.1方向電流保護原理圖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(dāng)兩者都滿足時線路才能接 通。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，有本線路所在保護的I段切故障。當(dāng)I斷拒動或故障時， 電流繼電器經(jīng)過延時繼電器，延時元件則用于判別是否本線路發(fā)生了故障而主保 護據(jù)動和判別是否相鄰元件發(fā)生了故障而相鄰元件保護或斷路器據(jù)動，若出現(xiàn)上述舉動情況，則延時元件會有輸出，使本

17、線斷路器跳閘。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，可防止保護誤動作。發(fā)生故障時相應(yīng)段的保護動作，信號元件動作輸出 保護動作的報警信號。整套保護也可用距離保護中第田段的測量元件 Zm兼做啟動元件，保護中第 I、R段的測量元件Z > Z整定值可由一個阻抗元件用接點進行切換實現(xiàn)，若 測量元件/、Z和Z，無方向性，則需加方向判別元件。整套保護中每相均有 啟動元件，可以增加保護的可靠性。四、MATLA的真分析按系統(tǒng)接線圖在MATLAB軟件中建立仿真模型，根據(jù)給定的參數(shù)對各電氣 元件設(shè)定，系統(tǒng)在MATLAB軟件中的仿真圖如圖4.1所

18、示。將給定的信號輸入 仿真系統(tǒng)，將各個環(huán)節(jié)的端口按框圖連接起來，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。圖4.1 MATLAB建模仿真圖正常運行狀態(tài)時線路電壓電流波形如圖4.2所示l(RL3a) l(RL3b)VA線路發(fā)生相問兩相短路故障時的故障相電流波形如圖 4.3所示。線路兩相短 路故障時的電流波形圖反映了系統(tǒng)發(fā)生兩短路故障故障相的電流變化情況。 仿真 結(jié)果表明，所建立的保護模型具有實時性和正確性，符合計算結(jié)論。圖4.3故障相電流波形心得體會時光飛逝，轉(zhuǎn)眼間電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計結(jié)束了。 在這短暫的幾個星期 里雖然很辛苦但是我學(xué)會了很多東西，有很大的收獲。這次的課程設(shè)計是自上 大學(xué)以來最后一次設(shè)計訓(xùn)練。通過這次課程設(shè)計 ，對我們綜合運用電力系統(tǒng)繼電 保護及相關(guān)課程知識解決問題的能力有很大的提高，使所學(xué)知識得到鞏固和發(fā)展;并且學(xué)習(xí)了電力系統(tǒng)繼電保護的一般方法和步驟。我學(xué)到了很多，我感到最重要的就是嚴謹?shù)木?，不放過一絲的錯誤，對圖的每一個環(huán)節(jié)都要嚴謹，反復(fù)檢 查、修改。在課設(shè)中，沒有嚴謹?shù)膽B(tài)度，就不能完