某輸電線路距離保護設計方案

1、某輸電線路距離保護設計方案1.1 輸電線路距離保護概述輸電線路距離保護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。因線路的阻抗值與距離成正比，所以叫距離保護或阻抗保護。系統(tǒng)在正常運行時，不可能總工作于最大運行方式下，因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，受系統(tǒng)運行方式影響較小，保護范圍穩(wěn)定，常用于線路保護電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行主要有符合要求電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運行方式和電力系統(tǒng)繼電保護來保證。高壓及以上等級電網(wǎng)中，繼電裝置可靠性和速動性有雙重主保護來保證，其選擇

2、性和靈敏性主要由相間接地故障后被保護延時段來保證。距離保護是以距離測量元件為基礎構(gòu)成保護裝置，稱阻抗保護。系統(tǒng)正常運行時，保護裝置安裝處的電壓為系統(tǒng)的額定電壓，電流負載電流，發(fā)生短路故障時，電壓降低、電流增大。因此，電壓和電流比，正常狀態(tài)和故障狀態(tài)有很大變化。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，也反映保護安裝處到短路點距離。所以按照距離遠近來確定保護動作時間，這樣就能有選擇地切除故障。當前微計算機硬件的更新和網(wǎng)絡化發(fā)展在計算機控制領域。單片機與DSP5片二者技術(shù)上的融合，主要體現(xiàn)在運算能力的提高及嵌入式網(wǎng)絡通信芯片的出現(xiàn)和應用等方面。這些發(fā)展使硬

3、件設計更加方便。高性價比使冗余設計成為可能，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)的不斷更新和微機保護設計網(wǎng)絡化，將為距離保護的設計和發(fā)展帶來一種全新的理念和創(chuàng)新，它會大大簡化硬件設計、增強硬件的可靠性，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)容本次課程設計的主要是輸電線路的距離保護。計算和分析主要內(nèi)容是計算保護1距離保護I段、n段和田段整定值和靈敏度，計算靈敏度同時要注意每個保護的動作時間要精確，上述工作完成后接下來對設計提出的系統(tǒng)震蕩和短路過渡電阻對系統(tǒng)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(tǒng)在最小運行方式下振蕩時，保護1各段距

4、離保護的動作情況。后用MATLA的真，驗證計算的正確性。第2章輸電線路距離保護整定計算1 距離I段整定計算距離I段動作阻抗的整定距離I段按躲開下一條線路出口處短路的原則整定ZOp.iKLZab其中：q10.8計算相間距離保護第I段動作阻抗zOp.iKrMZab0.80.4309.6斷路器1、3、4QF處距離保護第I段的動作時間和靈敏度分別為:op1Iop3op4J%80%確定動作時限：t=0S整定阻抗角與線路阻抗角相等，保護區(qū)為被保護線路全長的80%1 距離n段整定計算距離ii段與相鄰線路距離保護i段相配合，或躲開線路末端變電所變壓器低壓出口側(cè)出口處短路時的阻抗值整定。(D與相鄰線路第I段配合

5、。動作阻抗為：ZOp.iK；ZabK同Kb.miNp.2Kb.min:最小分支系數(shù)Krel0.8助增分支：KbZsAmaxZABZsBminZsBmin1012152.4715汲出系數(shù)為：1總的分支系數(shù)為:Kbm.inKb助Kb汲2.4712.47整定阻抗為:zOP.1靈敏度校驗:11senIIrelzIIzop.1ZABZabKrelKb.minZOp.20.8120.82.4715.239.64要求：1.31.511senzOp.iZAB39643.30滿足要求12(2)躲開線路末端變電所變壓器低壓出口側(cè)出口處短路時的阻抗值。動作阻抗為:zOP.1ZabKrelKb.minZBKb.min

6、：最小分支系數(shù)整定阻抗為:zOP.1K：ZabKrelKb.minZB0.8120.82.4738.585.68靈敏度校驗:11sen11senzOP.iZabzIIzop.1ZAB85.6812要求：1.31.5714才兩足要求相間距離II段整定值取上述兩項中較小值。整定阻抗為:ZOP.1K：ZabKrelKb.minZOp.20.8120.82.4716.7242.64整定時間為:t=0.5S2.3距離田段整定計算(1)按躲過最小負荷阻抗整定動作阻抗為：Zs1Zfh.minset.1KrelKreKss0.9Uexe.x33Ifh.maxZfh.min0.9Ue.x0.91151fh.ma

7、x整定阻抗為：0.353170.73zset.1zfh.ffh.minKmKKrelress170.7378.881.21.51.2(2)靈敏度校驗近后備時：kMIII遠后備時：KsenIIIop.178.88Zab7iii12Zop.1ZAB作為線路BC遠后備時：k2作為變壓器遠后備時：K：n動作時間:6.57zOP.11.3滿足要求ZabKbmaXZBCzOP.1ZabKiZB78.8812115.278.8812138.52.91.2滿足要求1.561.2滿足要求tOP1tOP75111.52.5S2.4系統(tǒng)振蕩和短路過渡電阻影響分析系統(tǒng)震蕩特性系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)中各發(fā)電機電勢間的相角差隨

8、時間作周期性變化，從而使系統(tǒng)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。但通常系統(tǒng)振蕩若干周期后，多數(shù)情況下能自行恢復同步，若此時保護誤動，勢必造成不良后果，因而使不允許的。(1)對系統(tǒng)振蕩電壓，電流的變化規(guī)律幾點假設：.全相振蕩時，系統(tǒng)三相對稱，故可只取一相分析；.兩側(cè)電源電勢Em和En電勢相等，相角差為(0360)；.系統(tǒng)中各元件阻抗角均相等，以d表示；.不考慮負荷電流的影響，不考慮振蕩同時發(fā)生短路。Em(1ej)2Em電流：IEMENZmZlZnsin2振蕩電流的有效值隨變化（包絡線）電壓：UMEmIZM.UNEnIZN系統(tǒng)中總有一點的電壓為最

9、低，其值為由0向EmEn相量所做的垂線的長度,該點則稱為振蕩中心，以z表示。.當EmEn且系統(tǒng)中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統(tǒng)縱向阻抗的中點(即二處)。2當180時，Uz0,I最大，相當于在線路z點發(fā)生三相短路。振蕩周期：電壓的一個最大值到下一個最大值所經(jīng)歷的時間，一般發(fā)生在0.252.5s的范圍內(nèi)。(2)系統(tǒng)振蕩時測量阻抗時測量阻抗的變化規(guī)律。M側(cè)：Zj.mEmIZmZm因為1ej1jctg.所以Zj.mZ(1jctg2)ZmZZm)jctg2zz0,ctg-,Zj(Zm)j一.222180,ctg-0,ZjZm22360,ctg-,Zj(JZm)jZ222可見，當變化，Zj幅值

10、變化，阻抗角亦變化系統(tǒng)振蕩時時距離保護的影響:當測量阻抗進入特性圓內(nèi)，阻抗繼電器就要誤動。全阻抗繼電器誤動的相角41,方向阻抗繼電器誤動的相角3203-1.Tt2二一2.T360360因為T=0.252.5之間，所以tbh1.5S就可躲振蕩的影響。(3)當EmEn且系統(tǒng)中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統(tǒng)縱向阻抗的中點(即二處)。2MZj18.122.4.2短路過渡電阻影響分析過渡電阻的性質(zhì)：d,d電弧電阻UJ1dRg1dZd1ZJ.'Zd'RgZdZf.IJIdId(I其中Zf為附加阻抗，Zf4Rgej,口為1超前Id的角度。Id“.討論：.Id0,單側(cè)電源網(wǎng)絡(.I

11、dId,ZfRg純電阻性，ZJ增大。“.Id0.雙側(cè)電源網(wǎng)絡受電側(cè)a>0,Zf電阻電感性，Zf電抗部分增大。送電側(cè)a<0,Zf電阻電容性，Zf電抗部分減小。依設計要求，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,觀察保護1的三段式距離保護將作出的反應(設B母線上電源開路)。則可將系統(tǒng)視作單側(cè)電源網(wǎng)絡ZjZdZf8.81220.81、相間距離保護I段：由于Zj20.8ZOp.1所以相間距離保護I段不動作。2、相間距離保護II段：由于Zj20.8NO；所以相間距離保護II段動作。3、相間距離保護II段：由于Zj20.8ZOP.1所以相間距離保護III段動作第3章

12、距離保護原理圖的與動作過程分析保護1各段距離保護的動作過程系統(tǒng)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如下：1、相間距離保護I段：由于Zj18.1zOp.1所以相間距離保護I段不動作。2、相間距離保護II段：由于Zj18.1Z：p.1t=0.5S<1.5S所以相間距離保護II段動作。3、相間距離保護II段：由于Zj18.1z；p.1t=2.5S>1.5S所以相間距離保護III段不動作。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的原理框圖第4章MATLAB1模仿真分析距離保護MATLA班模目前電子計算機已廣泛應用于電力系統(tǒng)的分析計算。

13、MATLA配一種交互式、面向?qū)ο蟮某绦蛟O計語言，廣泛應用于工業(yè)界與學術(shù)界，主要用于矩陣運算，同時在數(shù)值分析、自動控制模擬、數(shù)字信號處理、動態(tài)分析、繪圖等方面也具有強大的功能，其程序設計語言結(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)輸入格式的設計，主要應從使用的角度出發(fā)，原則是簡單明了，便于修改。作為強大的計算平臺，MATLAEft數(shù)值計算、符號運算及圖形處理等強大功能于一身，它幾乎可以滿足所有的計算要求

14、。另外，MATLAB®針對許功能強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習、應用和評估不同的模型而不需要自己編寫代碼。當今社會高性能、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)品設計者對設計工具的最基本要求，而MATLA呻的Simulink就是可以完全滿足要求的幾個工具軟件之一。本次課程設計在斷路器處安裝保護及啟動原件，保護模塊經(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

15、。氣動元件是通過負序電流來判別系統(tǒng)是否發(fā)生故障，只有當故障發(fā)生時才能將整套保護模塊迅速投入工作。使用元件庫中的故障模塊進行故障點的設置，可以方便的設置故障類型以及故障點起始時刻。為了簡化系統(tǒng)，線路只有電感，總長為120km。Three-PhauseV-lmeasurement模塊充當了由SimPowerSystem系統(tǒng)至USimulink系統(tǒng)的接口，相當于實際的電流和電壓互感器。Three-PhauseFault模塊可以模擬三相的各種故障，當設定某種故障時，運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)通過設定不同的整定值來得到不同

16、的保護范圍，因此可以將三個整定值不同的距離保護模塊以及延時模塊組成三段式距離保護，實現(xiàn)本線路的主保護和下級線路的后備保護。最后再設計一個啟動原件來控制三段式距離保護的投切。輸電線路距離保護的MATLA的真電路圖如圖4.1所示圖4.1輸電線路距離保護的仿真電路圖距離保護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)，故此時仿真起止時間為0-0.5s,故障的其實時刻為0.01s,。改變故障類型仿真得到如下結(jié)論：接地距離保護對

17、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對于保護范圍內(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4.5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)距離保護能夠反映保護范圍內(nèi)的各種相間故障和接地故障，實現(xiàn)了本線路保護和后一級級線路的后備保護。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5章課程設計總結(jié)本文要求設計輸電線路的距離保護。這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)

18、重要。系統(tǒng)在正常運行時，不可能總工作于最大運行方式下，因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，受系統(tǒng)運行方式影響較小，保護范圍穩(wěn)定因此常用于線路保護。這次設計的主要目標是針對系統(tǒng)的接線圖和提出的相應問題，計算出保護i距離保護I段、正段和田段的整定值和靈敏度，在計算靈敏度的同時要注意的問題就是每個保護的動作時間要計算準確，這對后續(xù)的計算至關(guān)重要。靈敏度的計算同時也是很重要的一環(huán)，這能影響到計算所得的靈敏度是否滿足系統(tǒng)的要求。上述工作完成后接下來對設計提出的系統(tǒng)震蕩和短路過渡電阻對系統(tǒng)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(tǒng)在最小運行方式下振蕩時，保護i的各段距離保護的動作情況。在計算中由于對概念和動作過程了解的不夠詳細，計算靈敏度的時候也出現(xiàn)了錯誤，導致后續(xù)的分析出了很大的問題。時候及時的修正路數(shù)據(jù)，才避免了后面的計算錯誤。計算出來的數(shù)據(jù)一定要留出一定的裕量，方便實際中的斷路器和其他元件電氣參數(shù)的合理選取。123456789101112第6章參考文獻賀家李等編著電力系統(tǒng)繼電保護原理北京：中國電力出版社，1994.8楊新民等編著電力系統(tǒng)微機保護培訓教材北京：中國電力出版社，2000.6何仰贊等編著電力系統(tǒng)分析武漢：華中理科技學出版社，200