60kV輸電線路電流電壓保護設計

1、 微機繼電保護課程設計（論文）題目：60kv輸電線路電流電壓保護設計 院（系）： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間： 本科生課程設計（論文）課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 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60kv輸電線路電流電壓保護設計 課程設計（論文）任務bag1123l3l2l1edcg2g3987654系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)接線圖如圖：課程設計的內容及技術參數(shù)參見下表設計技術參數(shù)工作量l1=l2=60km,l3=40km,lb-c=40km,lc-d=30km,ld-e=20km,線路阻抗0.

2、4/km,最大負荷電流ib-c.lmax=160a,ic-d.lmax=110a, id-e.lmax=70a,電動機自啟動系數(shù)kss=1.5，電流繼電器返回系數(shù)kre=0.85。最大運行方式：三臺發(fā)電機及線路l1、l2、l3同時投入運行；最小運行方式：g2、l2退出運行。一、整定計算1.確定保護3在最大、最小運行方式下的等值電抗。2.進行c母線、d母線、e母線相間短路的最大、最小短路電流的計算。3.整定保護1、2、3的電流速斷保護定值，并計算各自的最小保護范圍。4.整定保護2、3的限時電流速斷保護定值，并校驗靈敏度。5.整定保護1、2、3的過電流保護定值，假定母線e過電流保護動作時限為0.5

3、s，確定保護1、2、3過電流保護的動作時限，校驗保護1作近后備，保護2、3作遠后備的靈敏度。二、硬件電路設計包括cpu最小系統(tǒng)、電流電壓數(shù)據(jù)采集、開關設備狀態(tài)檢測、控制輸出、報警顯示等部分。三、軟件設計說明設計思想，給出參數(shù)有效值計算及故障判據(jù)方法，繪制流程圖或邏輯圖。四、實驗驗證給出實驗電路及實驗結果，分析實驗結果同理論計算結果的異同及原因。續(xù)表進度計劃第一天：收集資料，確定設計方案。 第二天：等值電抗和短路電流計算、電流i段整定計算及靈敏度校驗。第三天：電流ii段、iii段整定計算及靈敏度校驗。 第四天：硬件電路設計（最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)檢測部分）。第五天：硬件電路設計（控制輸出、報警

4、顯示部分）。 第六天：軟件設計（有效值計算、故障判據(jù)）。第七天：軟件設計（繪制流程圖或邏輯圖）第八天：實驗驗證及分析。 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 要輸電線路電流電壓繼電保護裝置夠維持電流電壓輸電線路中的正常流轉，能夠在輸電線路出現(xiàn)異常時保證線路中的電流電壓在最短時間內恢復正常，并且能夠較為及時的發(fā)現(xiàn)線路中電流電壓的異常，并檢測出出現(xiàn)異常的原件。對輸電線路電流電壓的保護對保護電力系統(tǒng)的正常安全運行，穩(wěn)定電流和電壓以及預防故障和事

5、故具有重要的意義。針對本次設計，首先確定保護3在最大、最小運行方式下得等值電抗，計算c母線、d母線、e母線相間短路的最大，最小短路電流，然后整定保護1、2、3的各個參數(shù)值并校驗靈敏度。硬件部分，包括cpu最小系統(tǒng)、電流電壓數(shù)據(jù)采集、開關設備狀態(tài)檢測、控制輸出、報警顯示等部分。軟件部分，根據(jù)設計思想繪制流程圖或是邏輯圖，最后采用實驗的方式進行輸電線路電流電壓保護的分析。關鍵詞：電流電壓保護；整定值計算；實驗分析目 錄第1章 緒論11.1 輸電線路電流電壓保護的概況11.2 本文主要內容2第2章 輸電線路電流保護整定計算32.1 保護3在最大、最小運行方式下的等值電抗32.2 c、d、e母線相間短

6、路的最大、最小短路電流計算42.3 整定保護1、2、3及最小范圍的計算42.4 整定保護2、3的限時電流速斷保護定值，并校驗靈敏度52.5 保護1、2、3動作時限計算6第3章 硬件電路設計8第4章 軟件設計11第5章 實驗驗證及分析135.1 實驗電路的連接135.2 實驗結果及分析13第6章 課程設計總結15參考文獻16v第1章 緒論1.1 輸電線路電流電壓保護的概況最早用于輸電線路電流電壓保護的設備室熔斷器，這種繼電保護裝置在19世紀70年代開始廣泛的在輸電線路電流電壓的保護。上個世紀初期出現(xiàn)了基于電磁原理的電磁型電流電壓保護裝置。1965年，隨著計算機技術和信息技術的發(fā)展，出現(xiàn)了基于大規(guī)

7、模集成電路和微處理技術的輸電線路電流電壓技術，這一技術的優(yōu)勢明顯，并在輸電線路電流電壓保護工作中取得了較好的成績。電流和電壓是輸電線路的核心要素，也是整個電力系統(tǒng)的核心。電力系統(tǒng)的線路或元件發(fā)生故障時，故障點越靠近電源，短路電流越大。利用這一特點，可構成電流保護。對于僅反應電流增大而瞬間動作的電流保護，稱為電流速斷保護（電流保護第段）。它的保護范圍受系統(tǒng)運行方式的影響較大，不可能保護線路的全長；為了保護線路全長，通常采用帶時限的電流速斷（電流保護第段）與相鄰線路的速斷保護相配合，其保護范圍包括本線路的全部和相鄰線路的一部分，其時限比相鄰線路的速斷保護大；電流保護、段可構成線路的主保護。過電流保

8、護（電流保護第段）是按躲開最大負荷電流來整定的一種保護裝置，可作為本線路和相鄰線路的后被保護。具體應用時，只采用電流速斷保護和限時電流速斷，或限時電流速斷保護和定時限過流保護的方式，也可三者同時采用。對繼電保護的基本要求有四個：選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。繼電保護裝置的基本任務是：（1）自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，并保證其他無故障元件迅速恢復正常運行。（2）反應電氣元件不正常運行情況，并根據(jù)不正常運行情況的種類和電氣元件維護條件，發(fā)出信號，由運行人員進行處理或自動地進行調整或將那些繼續(xù)運行會引起事故的電氣元件予以切除。（3）繼電保護裝置還可

9、以和電力系統(tǒng)中其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預訂措施，縮短事故停電時間，盡快恢復供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。1.2 本文主要內容1、根據(jù)已知接線圖給出等效電路圖并求出個參數(shù)，并按要求進行整定計算；2、根據(jù)設計原理確定各部分系統(tǒng)，并作出總的硬件電路圖；3、說明設計思想，給出給出參數(shù)有效值計算及故障判據(jù)方法，繪制流程圖或邏輯圖；4、利用實驗進行驗證，給出實驗電路及實驗結果，分析實驗結果同理論計算結果的異同及原因。第2章 輸電線路電流保護整定計算2.1 保護3在最大、最小運行方式下的等值電抗保護3在在最大運行方式時，三臺發(fā)電機及線路l1、l2、l3同時運行，等效電路圖如圖2.1所示：

10、圖2.1 最大運行方式保護3在最小運行方式下g2、l2退出運行，等效電路圖如圖2.2所示：圖2.1 最小運行方式2.2 c、d、e母線相間短路的最大、最小短路電流計算當系統(tǒng)在最大運行方式下運行時c母線短路，此處有最大的短路電流為：當系統(tǒng)在最小運行方式下運行時c母線短路，此處有最小的短路電流為：同理，d、e母線發(fā)生相間短路的最大、最小短路電流為：2.3 整定保護1、2、3及最小范圍的計算斷路器1qf處電流保護第段的動作電流應躲過本線路de末端的最大短路電流，即斷路器2qf處電流保護第段的動作電流應躲過本線路cd末端的最大短路電流，即斷路器3qf處電流保護第段的動作電流應躲過本線路bc末端的最大短

11、路電流，即所以保護1、保護2的段靈敏度不合格，保護3合格。2.4 整定保護2、3的限時電流速斷保護定值，并校驗靈敏度由于無時限電流速斷保護只能保護線路的一部分，而該線路的剩下部分的短路故障必須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和動作時間的整定為：其中為時限階段，它與斷路器的動作時間，被保護線路的保護的動作時間誤差等因素有關。取，所以對于保護3的電流保護的第段的動作電流應與相鄰線路電流保護的第段相配合，分支系數(shù)即所以該處電流保護的第段的靈敏度為，故不滿足靈敏度要求。斷路器3qf處電流保護的第段動作時間和斷路器2qf處電流保護的第段動作時間相配合所以，此時靈敏度為

12、 滿足要求對于保護2qf的電流保護的第段與相鄰線路1qf電流保護的第段相配合 故不滿足靈敏度要求2.5 保護1、2、3動作時限計算整定保護1、2、3的過電流保護定值，假定母線e過電流保護動作時限為0.5s，確定保護1、2、3過電流的動作時限，校驗保護1作近后備，保護2、3作遠后備的靈敏度。定時限過電流保護的作用是作本線主保護的后備保護，即近后備保護，并做相鄰下一線路的后備保護即遠后備保護。因此，它的保護范圍要求超過相鄰線路的末端。通過計算得：故保護1可以作e點的近后備保護。故保護2、3可以作e點的遠后備保護。 第3章 硬件電路設計本次設計的硬件電路圖包括cpu最小系統(tǒng)，電流電壓數(shù)據(jù)采集、開關設

13、備狀態(tài)檢測，輸出控制，報警顯示等部分。如圖3.1所示，cpu最小系統(tǒng)包括電源電路，濾波電路，時鐘電路和復位電路，時鐘電路主要由晶振，電阻和濾波電容組成，8051作為主機與外設的連接芯片單片機的復位信號，它是從rst引腳輸入到芯片內的施密特觸發(fā)器中。當系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果rst引腳上有一個高電平并維持2個機器周期以上，則cpu就可以響應響應并將系統(tǒng)復位。圖3.1 cpu最小系統(tǒng)圖3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖3.2所示為電壓與電流采集電路。電壓采集，因為采樣信號要輸入單片機8051內部，其內部采樣基準電壓選為2.5v，因此要將輸入的采樣電壓限制在2.5v以下；電流采集，采用康銅絲進

14、行采集。首先考慮到效率問題，康銅絲不能過大，同時8051基準電壓為2.5v，且所需康銅絲需自制?？紤]到以上方面在康銅絲阻值選取上約為0.1。如圖3.3所示為開關設備狀態(tài)檢測電路，圖中采用排阻來實現(xiàn)，它是一排電阻的簡稱。我們知道內存在處理、傳輸數(shù)據(jù)時會產生大小不一的工作電流。而在內存內存顆粒走線的必經之處安裝一排電阻，則能夠幫助內存起到穩(wěn)壓作用，讓內存工作更穩(wěn)定。從而提升內存的穩(wěn)定性。1與a、2與b、3與c、4與d之間的電阻都是10，與其他的管教沒有任何關系，就是一排電阻，做在了一個元件上，與普通電阻相比具有整齊、少占空間的優(yōu)點。圖3.3 開關設備狀態(tài)檢測電路如圖3.4所示，當開關事故跳閘發(fā)生事

15、故音響后，值班人員可根據(jù)指示燈閃爍情況迅速判斷跳閘回路，及時處理事故。單片機除了電源引腳，還用到了p0.4、p1.2、p3.0這3個引腳，其中p3.0腳輸出2hz脈沖信號通過光耦q817驅動場效應管k1462場效應管導通時信號母線+220v經場效應管和電流采樣電阻r1輸出到閃光母線，場效應管截止時閃光母線失電。p1.2腳驅動發(fā)光二極管作為工作狀態(tài)指示，正常時以2hz的頻率閃爍，過流時常亮。 圖3.4 報警電路圖第4章 軟件設計本次設計采用三段式電流保護，即由瞬時電流速斷保護、限時電流速斷保護和定時限過電流保護組成。根據(jù)電壓保護裝置構成的基本原理：測量部分使用過電壓繼電器（或低電壓繼電器），邏輯

16、部分根據(jù)保護動作的需要決定是否使用時間繼電器來延遲動作速度，從而滿足選擇性需求。執(zhí)行部分采用中間繼電器去完成跳斷路器，信號繼電器去接通信號回路，發(fā)出相應信號的任務。計算過程中涉及最大、最小運行方式，電流曲線如圖4.1所示（曲線1為最大允許方式，曲線2為最小運行方式）：最大運行方式短路電流為： 最小運行方式短路電流為： es和xs是常數(shù)，短路點距離電源越遠（l越大），短路電流越小。圖4.1 線路最大、最小運行方式下電流曲線根據(jù)設計思想繪制流程圖如圖4.2所示：上電或復位系統(tǒng)初始化ny系統(tǒng)上電？ 系統(tǒng)自檢？（缺相、相序）等待上電y故障處理程序n采樣中斷子程序數(shù)據(jù)處理子程序y是否有故障（短路、漏電、

17、過載）動作否？故障處理程序n動作否？保護動作子程序ny記錄、顯示報警子程序系統(tǒng)處理控制圖4.2 設計流程圖第5章 實驗驗證及分析5.1 實驗電路的連接圖5.1 實驗電路圖5.2 實驗結果及分析實驗電路圖如圖5.1所示：根據(jù)線路三段式保護的原理以及各段保護之間的配合連接電路圖進行實驗并得出結果，根據(jù)實驗現(xiàn)象可知電流段保護成功按時動作。但是該故障必須設置在電流速斷的保護范圍之內。期間其實電流段和段都啟動了，只是他們都帶有一個動作延時，在還沒來得及動作時，電流段已經動作，并跳開斷路器，以致線路電流減小，段和段都返回不動作。對于電流段保護，發(fā)生故障后斷路器1在一個延時后跳閘(即0.5s),電流段成功按

18、時動作。這是因為電流段還沒來得及動作，電流段已經將故障切除，以至于電流減小使段返回，這也正是電流保護為什么要有動作時限配合的原因。對于電流段保護，在線路末端發(fā)生短路產生的短路電流較小，使得保護段和段都不會啟動，經過一個延時（1s）后，段動作而跳閘，切除故障。電流段不僅作為線路主保護拒動時的近后備保護，而且作為下一級相鄰線路保護拒動和斷路器拒動的遠后備保護，同時還作為過負荷時的過負荷保護。第6章 課程設計總結本次設計題目是60kv輸電線路電流電壓保護設計，首先收集該題目的有關材料，初步確定設計方案，然后確定保護3在最大、最小方式下的等值電抗，并進行c母線、d母線、e母線相間短路電流的計算。整定保護1、2、3的過電流速斷保護定值并校驗靈敏度。計算完成后在假定母線e過電流保護動作時限為0.5s時，確定并校驗保護1作為近后備，保護2、3作為遠后備的靈敏度。計算完成后，開始設計硬件電路圖，包括cpu最小系統(tǒng)，電流電壓數(shù)據(jù)采集、開關設備狀態(tài)檢測、控制輸出、報警顯示等部分。在設計的過程中，使用8051作為主機與外設的連接芯片。不僅使設計順利完成，更重要的是我學到了在課堂上沒有涉及到的知識。之后，根據(jù)設計思想，計算出參數(shù)的有效值并明確故障判斷方法，最后繪制流程圖加以檢驗。所有的設計完成后就要用實驗進行驗證，得出實驗結果并分析結果同理論計算結果的異同及原因。參考