輸電線路電流電壓保護設計

1、電力系統(tǒng)保護與控制課程設計報告摘要本文針對 110kV 輸電線路進行了繼電保護的設計，采用了電流電壓保護的方法，首 先確定了系統(tǒng)分別在最大運行方式和最小運行方式下的等值阻抗，并計算了各相間短 路的最大最小短路電流。接著，計算了保護1、2、3 的電流保護定值，并計算了各自的最小保護圍。在接著，對保護 2、3 進行限時電流速斷保護定值的計算及其靈敏度校 驗，并確定其動作時限。然后對保護 1、2、3 進行過電流保護定值計算及其靈敏度校 驗，并確定各段保護的動作時限。最后，繪制了電磁式三段式電流保護原理圖和展開 圖，并詳細分析其動作過程。關鍵詞：電流電壓保護；三段式電流保護；靈敏度目錄1 緒論 31.

2、1 繼電保護的作用 31.2 對繼電保護的基本要求 31.3 原始資料 41.3.1 系統(tǒng)接線圖如圖： 41.3.2 課程設計的容及技術參數(shù)參見下表 41.3.3 工作計劃： 52 輸電線路電流保護整定計算 62.1 保護 3 在最大、最小運行方式下的等值電抗 62.1.1 最大運行方式 62.3 電流 I 段整定計算及靈敏度校驗 82.4 電流 II 段整定計算及靈敏度校驗 122.4.1 保護 2 的整定 132.4.2 保護 3 的整定 143 電流保護原理圖的繪制及其動作過程分析 1831 電流三段式保護原理圖 183.2 電磁式電流三段式保護展開圖 204 課程設計總結 215 參考

3、文獻 221 緒論1.1 繼電保護的作用隨著自動化技術的發(fā)展，電力系統(tǒng)的正常運行、故障期間以及故障后的回 復過程中，許多控制操作日趨高度自動化。這些控制操作的技術與裝備大致可 以分為兩類，一類是通常理解的“電力系統(tǒng)自動化”，另一類是當電網或電氣 設備發(fā)生故障，或出現(xiàn)影響安全運行的異常情況時，自動切除故障設備和消除 異常情況的技術與裝備。其特點是動作速度快，其性質是非調節(jié)性的，這就是 通常理解的“電力系統(tǒng)繼電保護與安全自動裝置”。其作用是，一自動、迅 速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，是故障元件免于繼續(xù)遭到損 壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行；二是反應電氣設備的不正常運行 狀態(tài)，并

4、根據(jù)運行維護條件，而動作與發(fā)出信號或跳閘。此時一般不要求迅速 動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免暫短的 運行波動造成不必要的動作和干擾引起的誤動。1.2 對繼電保護的基本要求動作于跳閘的繼電保護，在技術上一般應滿足四個基本要求，即可靠性 （安全性和信賴性）、選擇性、速動性和靈敏性。這幾“性”之間，緊密聯(lián) 系，既矛盾又統(tǒng)一，必須根據(jù)具體電力系統(tǒng)運行的主要矛盾和矛盾的主要方 面，配置、配合、整定每個電力元件的繼電保護，充分發(fā)揮和利用繼電保護的 科學性、工程技術性，使繼電保護為提高電力系統(tǒng)運行的安全性、確定性和經 濟性發(fā)揮最大效能?？煽啃园ò踩院托刨囆?，是對繼電保護性

5、能的最基本 要求。繼電保護的選擇性是指保護裝置動作時，在可能最小的區(qū)間將故障從電 力系統(tǒng)中斷開，最大限度地保證系統(tǒng)中無故障部分仍能持續(xù)安全地運行。1.3原始資料設計題目四：輸電線路電流電壓保護設計（4）系統(tǒng)接線圖如圖：課程設計的容及技術參數(shù)參見下表設計技術參數(shù)工作量E115hJ3kV,XG1 15 ,1.確定保護3在最大、最小運行方式下的等值電抗。Xg2 15 ,Xg3 20 ,2.進行C母線、D母線、E母線相間短路的最大、L仁 L2=60km,L3=40km,最小短路電流的計算。LB-C=40km,LC-D=50km,3.整定保護1、2、3的電流速斷保護定值，并計LD-E=30km,線路阻抗

6、 0.4 /km,算各自的最小保護圍。K；i1.2,KreiK 冋1.15,4.整定保護2、3的限時電流速斷保護定值，并校 驗靈敏度。最大負荷電流IB-C .L max=300A,5.整定保護1、2、3的過電流保護定值，假定母IC-D. Lmax=260A,線E過電流保護動作時限為0.5s，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ID-E. Lmax=140A,備，保護2、3作遠后備的靈敏度。電動機自啟動系數(shù) Kss=1.5，電流繼6繪制三段式電流保護原理接線圖。并分析動作電器返回系數(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：

7、G2、L2退出運行。過程。7、采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進行仿真分析。133工作計劃：第一天：收集資料，確定設計方案。第二天：等值電抗計算、短路電流計算。第三天：電流I段整定計算及靈敏度校驗。第四天：電流II段整定計算及靈敏度校驗。第五天：電流III段整定計算及靈敏度校驗。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。2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最大運行方式在最大運行方式下，三臺發(fā)電機及線路L1、L2、L3同時投入運行，等值阻抗如圖2.1所示。XG1XL1XG2XL2XG3XL3 XB

8、_C XC_D XD_E圖2.1最大運行方式等值阻抗% = 15門心=1驗X&疔200XL1 = 60X 0.4（1=2皿*傭= 60X 0.4° =2覽= 40X 0.4 =16 'XBC-0X 0.4門=16】心二 50X 0.40=20】X處"ox 0.4（】=12】X3mtn =（心 *（；2+心1/ 竝2）/（ *的+"比）=（15 /15+24/24）/（20+16）= 12.65【】最小運行方式根據(jù)原始資料，最小運行方式就是，在最大運行方式的基礎上讓G2 L2退出運行，等值阻抗如圖2.2XL1XG1XB CXC DXD EXG3XL3

9、圖2.2最小運行方式等值阻抗其中X黔吟=兀殆/胡）二（15|+24）/（20+16）丨二 18.72燈2. 2相間短路的最大、最小短路電流的計算K ('maxC母線最大短路電流:=2.32k二-P = 巴一心點+一12.砧+ MC母線最小短路電流fKc2in - 2 X+X _L 九 Ztnai r H BC盤加3D母線最大短路電流115/512/)5 + 1ft + 20kA = 137 kAD母線最小短路電流喪 115/2 18.73 + 16 + 20E母線最大短路電流：EKEmax =, + XCD + XaE = 12.65 + 16+20+ 12 = 1山9妊/1E母線最小

10、短路電流f=掘2心謝比+尙亡+乳幼+ X陰霽杓E；w肝= 0.95肋母線名稱系統(tǒng)運行方式短路電流大小(kA)C母線最大232最小166D母線最大1.37最小LO5E母線最大1.09最小0.952.3 電流I段整定計算及靈敏度校驗無時限電流速斷保護依靠動作電流來保證選擇性，被保護線路外部短路時 流過該保護的電流總是小于其動作值，不能動作；而只有在保護圍段錄制，流 過保護的電流有可能大于動作值，是該保護動作。且無時限電流速斷保護的作 用是保證在任何情況下無時限切除本線路上的故障。保護1:U1 =也品=1-2 x IMA = 1.308M保護2:爲=遷 X kA = 1.644/U保護3:訃=心爲忌

11、L =九2 x 232kA = 2.784kA在已知保護的動作電流后，大于一次動作電流的短路電流對應的短路點區(qū) 域，就是保護圍。保護的圍隨運行方式、故障類型的變化而變化，最小的保護 圍在系統(tǒng)最小運行方式下兩相短路時出現(xiàn)。一般情況下，應按這種運行方式和 故障類型來校驗保護的最小圍，要求大于被保護線路全長的 15%- 20%保護1的最小保護圍：一BC + Ci)3 llS/y!321.308(1872 + 16 + 20)=-10760保護2的最小保護圍:g 115/S _72 * 16= 0.257(12L644保護3的最小保護圍:戎 115/v32 2784-(1872)= 1.93Q因為保護

12、1:K Jd =* 1w% =- 89.67% < 15%保護2:Kjn2 = T，'/'rir：" x 100% = 1.285% < 15%保護3:汀誓詠均不滿足靈敏度，所以均不合格，需重新整定。由系統(tǒng)接線圖可知，E母線為系統(tǒng)最末端母線，保護 1的電流速斷保護按 保護圍為全長的30規(guī)定也不會引起誤動，因此按保護圍為全長的 20規(guī)定。保護1:= 30% X 120 = 3.60，l =迥吊嘰 2 X2max + XCD + XDExlllmtn= 0,986U2 18.72 + 16 + 20 + 3.6因為|.1.15 X 1.5zrd1 DE.Lma

13、x =。亦X °*14 = °*284故該整定值符合靈敏度要求，且保護 1的最小保護圍為忖圧保護2： 由于按躲開本線路末端的最大短路電流來整定得到的啟動電流不符合靈敏度要 求，因此降低整定值，增加動作時限，以保證該保護的可靠性。在此按躲開下 一段線路20%處的最大短路電流來整定。DE線路20%處最大短路電流：Eg耗A12.65 + 16 + 20 + 2.4=1301M= "rb"點X 1.301 kA = 1,561 kA校驗：保護2的最小保護圍:$ 115"=一 - (1872 + 16) = 2115(12L561t 札爲=X 100%

14、= 10.58% < 15%由于 靈敏度不符合要求，需重新整定。按躲開下一段線路40%處的最大短路電流來整定KDE2DE線路40%處最大短路電流:X3min + 乂眈 + XC) + 0AXde12.65 + 16 + 20 + 4.8kA=1.242 見4仏=喙品二 1-2 X 1.242kA = 1.491 肋校驗： 保護2的最小保護圍:x2l2mtn =亍廠廠(“珈處 + XBCJ 心2週嚴“ _72 + 16= 3,845(121.491由于 X22mlnKjn2 =x 100% = 19,22% > 15%Xcd靈敏度符合要求。為了保證繼電保護系統(tǒng)的選擇性，需要增加時間延

15、時，延時時間為 £ = 0.張，以免de段發(fā)生短路時，保護2誤動作。增加延時以后，若 CD段發(fā) 生短路，延時時間到以后保護 2動作，若DE段發(fā)生短路且短路電流大于保護 2 的啟動電流，保護2會啟動計時，而保護1直接動作，切斷線路，使得短路電 流消失，保護2返回，從而保證了系統(tǒng)的可靠性和選擇性，但犧牲了系統(tǒng)的快 速性。保護3：按躲開下一段線路即CD段線路的10%處的最大短路電流來整定115/312,65 + 16 + 1.6kA12 二= IN x 2.034U = Z634肋2校驗：保護3的最小保護圍:_羽E$x2l2fniv -2 /J.t)p33max=1118.72 =3.11

16、002 2.634由于K二3 =X 100% = 19,44% >15%Xrc靈敏度符合要求。為了保證繼電保護系統(tǒng)的選擇性，需要增加時間延時，延時時間為 此=疏，以免CD段發(fā)生短路時，保護3誤動作。增加延時以后，若 BC段發(fā) 生短路，延時時間到以后保護 3動作，若CD段發(fā)生短路且短路電流大于保護 3 的啟動電流，保護3會啟動計時，而保護2直接動作，切斷線路，使得短路電 流消失，保護3返回，從而保證了系統(tǒng)的可靠性和選擇性，但犧牲了系統(tǒng)的快 速性。2.4電流II段整定計算及靈敏度校驗由于有選擇性電流速斷保護不能保護線路全長，因此增加限時電流速斷保 護，用來切除本線路上速斷保護圍以外的故障，同

17、時作為速斷保護的后備保 護。限時電流速斷保護需與下一級線路的速斷保護配合，啟動電流值為I II _ izll J IIlop2 rel i動作時限為嗎=t J + At其中取門J。保護2的整定由題意，保護2的U段電流保護應與保護1的I段保護配合，其啟動電流為:=1+15 x0.986=L134/ti41動作時限t= t j + At = 0 + 0.5s = 0.5(2)KDmin靈敏度校驗:LOS=0.926V 1.5L134通過校驗可知該整定值不符合靈敏度要求。因此要降低整定值，由于E母線為系統(tǒng)最末端，故要滿足 邙廬昭.及LA 1.11 JZ| 一op2 «即可。其中:1,15

18、x 1.5皿"=0.85 X °26 = °5甌肋若按iZ Hnsen整定保護2電流保護U段整定值，則i| lKlnin 1*05 小.川.f. 7 = 0.7kA > 0.528fc/l嘰 K n 1.5"sen2的U段整定值小于保護,若保護2限時速斷保故保護2限時電流速斷保護的整定值取護的時限只比保護1的電流速斷保護大，由于保護1I段整定值，當DE段發(fā)生短路且短路電流小于保護 1I段整定值時，保護1 I段保護不動作，保護2的U段將動作，不能保證繼電保護系統(tǒng)的選擇性；由于DE段處于系統(tǒng)末端，故保護2U段的動作時限要比保護1的川段大一個 ，即動作時

19、限242保護3的整定按照限時電流速斷保護的整定原則，保護 3的U段應與保護2的I段相配合，故其啟動電流為:1.491-=L15X=L715/M動作時限t £ = t + At = 0.5 + 0.5s = 1.05靈敏度校驗:l.-ii lKDmin 166K'' = = 0 968< L5回 I H 1715通過校驗可知該整定值不符合靈敏度要求。由于按與保護2I段相配合整定不符合靈敏度要求，則與保護2U段配合整定Il Ti op20,71J動作時限t £ = t 學 + At = 1.0 + 0.5s = 1.55靈敏度校驗:l7 rK： = 2.0

20、62 > L5j n 0,805Jop3通過校驗知該整定值滿足靈敏度要求。故保護3限時電流速斷保護的整定值''''"丄山 v動作時限為t1! = 1.5s2.5 電流III段整定計算及靈敏度校驗整定保護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,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。保護1 :啟動電流值：C : T DS - 1 loiL5 X 0.14 - 0,284U動作時限：t11 = topE + At = 0,5 + 0.5s = 1.0s保護2:啟動電流值：lop2

21、 k1 CD.Lmax 也祐X U*ZD 一 U.n乙df"百動作時限：卩=f +At = 1-0 + 0.55 = 1.55保護3 :啟動電流值：-Hl,1,15 X 15八 f Aa ” 八/、- *!op3 = T 1 亦伽3 = OB5 x 030 = °*609U動作時限:岀=甥 + M = 1,5 + 0,55 = 2.0s靈敏度校驗:保護1做近后備保護的靈敏度:HIven(2)Kt-minyiiT"lopl0,95=33>L50.284滿足靈敏度要求保護2做遠后備保護的靈敏度:I (2)KEmin/in0.950528 = L8 12滿足靈敏度

22、要求保護3做遠后備保護的靈敏度:I（2）川=他竺L05=17>L20,609滿足靈敏度要求表2-5-1保護配置技術參數(shù)表保護序號保護名稱啟動電流值(kA)動作延時(S)保護1瞬時電流速斷保護0.9860延時電流速斷保護-過電流保護0.2841.0保護2瞬時電流速斷保護1.4910.5延時電流速斷保護0.7 1.0過電流保護0.5281.5保護3瞬時電流速斷保護2.6340.5延時電流速斷保護0.8051.5過電流保護0.6092.03電流保護原理圖的繪制及其動作過程分析3. 1電流三段式保護原理圖圖3.1（ b）保護2、3原理接線圖各保護的三段式電流保護原理接線圖如圖 3.1 所示，其中

23、所包括的元件 有：三相電流保護 I段測量元件1KAa 1KAc；三相電流保護U段測量元件 2KAa 2KAc三相電流保護川段測量元件 3KAa 3KAc電流保護I、U、川段 的邏輯延時元件1KT 2KT 3KT;電流保護I、U、川段的信號繼電器 1KS 2KS 3KS其中因為三段式電流保護各段的動作電流與動作時限的整定值各不 相同，所以采取用不同規(guī)格和作用的電流繼電器和時間繼電器。用1KS、2KS、3KS信號繼電器發(fā)出各段保護動作的信號 。由于三相星形接線需要三個電流互感器、三個電流繼電器和四根二次電 纜，相對來講是復雜和不經濟的。而兩相星形接線較為經濟簡單，本次設計采 取的是兩相星形接線方式

24、，在保護圍發(fā)生兩相短路時，能正確反映這些故障， 兩相星系接線方式在 AB和BC相間短路時只有一個繼電器動作，其他兩相短路 時有兩個繼電器動作。例如保護的 I 段 AB 兩相短路時，測量元件1KAa、2KAa 3KAa都會有動作，若在DE段發(fā)生該短路，保護1的1KAa將直接啟動信 號元件KS和出口繼電器KCO使得斷路器跳閘，切除故障。測量元件2KAa3KAa啟動延時元件2KT 3KT,由于1KAa直接啟動1KS和KCO跳閘，延時時間 未到故障已切除，故障電流消失，2KAa 3KAa 2KT 3KT均返回，不能啟動KS 發(fā)出跳閘信號。所以U、川段不會輸出跳閘信號。若在BC段發(fā)生該故障，保護3的1KAa將啟動時間繼電器1KT計時，當延時時間到且信號元件 KS和出口繼 電器KCO使得斷路器跳閘，切除故障，保護 3的U、川段保護動作如保護1。當系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，有兩個繼電器動作，可以爭取反應該故障。由于 110KV系統(tǒng)通常采用專門的零序電流保護，因此，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路 時，零序電流保護能爭取反應各相單相接地短路。就該接法而言，此接線方式 不能反應B相單相接地短路。當系統(tǒng)發(fā)生兩相接地短路時，這種接線方式在