kV輸電線路零序電流保護設計

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學電力系統(tǒng)繼電保護課程設計（論文）題目：110kV輸電線路零序電流保護設計（2）院（系）： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 電氣111 學 號： 110303011 學生姓名： 左鈺 指導教師： （簽字）起止時間：課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室：電氣工程及其自動化學 號100303135學生姓名付瑤專業(yè)班級電氣104課程設計（論文）題目110kV輸電線路零序電流保護設計（5）課程設計（論文）任務ZT4=60ZT3=60ZT2=10ZG2=18ZT1=10321ZG1=18Z1.CD=40Z0.CD=80Z1.BC=20Z0.BC=40Z0.AB=40AZ

2、1.AB=20DCB系統(tǒng)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,系統(tǒng)中各元件及線路的負序阻抗與正序阻抗相同,其他參數見圖。計算最大和最小零序電流，應根據當Z1Z0時，則有；反之，當Z1Z0時，則有。1計算B母線、C母線、D母線處正序（負序）及零序綜合阻抗Z1、Z0。2計算B母線、C母線、D母線處發(fā)生單相或兩相接地短路時出現的最大、最小零序電流。3整定保護1、2、3零序電流I段的定值，并計算各自的最小保護范圍。4當 B母線上負荷變壓器始終保持兩臺中性點都接地運行時，整定保護1、2零序定值，并校驗靈敏度。5整定保護1零序段定值，假定母線D零序過電流保護動作時限為0.5s，確

3、定保護1、2、3零序過電流保護的動作時限，校驗保護1零序段的靈敏度。5繪制零序三段式電流保護的原理接線圖。并分析動作過程。6. 采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進行仿真分析。續(xù)表進度計劃第一天：收集資料，確定設計方案。 第二天：綜合阻抗Z1、Z0計算。第三天：計算最大、最小零序電流。 第四天：整定保護1、2、3零序電流I段。第五天：整定保護1、2零序段。 第六天：整定保護1零序段定值 第七天：繪制保護原理圖。 第八天：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

4、文質量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要我國110kV及以上的電力系統(tǒng)均為大電流接地系統(tǒng)，單相接地短路將產生很大的故障相電流和零序 電流。三相式保護雖然對接地短路有保護作用。但該保護的動作電流必須大于最大負荷電流。因而靈敏度往往不夠。所以必須采用零序電流保護裝置作為接地保護是必要的。零序電流保護分為四段式，分別為主保護段，段。后備保護段，段。在本設計當中，計算部分首先確定系統(tǒng)的最大最小運行方式，再通過零序電流保護的各段的整定原則計算出保護1、2、3的無時限零序電流保護的動作電流和動作時限整定值，算出各自的最小保護范圍以完成靈敏度的校驗。之后計算出保護2，3的帶時限零序電流保護的動作電流值，

5、然后通過最小運行方式校驗帶時限電流保護的靈敏度。最后對保護1的進行零序三段的整定計算。圖形部分畫出零序電流保護的原理圖以及展開圖。并介紹了方向性零序保護的原理圖。系統(tǒng)控制部分設計了對零序電流保護的控制。并分析了動作過程。關鍵詞：零序電流；單相接地；靈敏度；原理圖目 錄第1章 緒論5第2章 輸電線路零序電流保護整定計算62.1 零序電流段整定計算62.1.1 零序電流段動作電流的整定62.1.2 靈敏度校驗62.1.3 動作時間的整定62.2 零序電流段整定計算72.3零序電流段整定計算7第3章 零序保護原理圖的繪制與動作過程分析8第4章 MATLAB建模仿真分析9第5章 課程設計總結10參考文

6、獻11第1章 緒論1.1 零序電流保護的概況本文是針對110kV輸電線路采用零序電流保護的方法進行的繼電保護設計。在正常負荷下，零序電流沒有或者很??；當發(fā)生接地故障時，就一定有零序電流產生。據統(tǒng)計，接地短路故障約占總故障次數的93%。所以，采用零序電流保護裝置作為接地短路保護是必要的。零序電流保護裝置簡單，動作電流電流小，經濟可靠，靈敏度高，正確動作率高。因此零序電流保護在中性點直接接地的高壓，超高壓輸變電系統(tǒng)中的到了廣泛的應用。零序電流I段保護的動作原則是：（1）躲過本線路末端接地短路時的最大三倍零序電流。(2)躲斷路器三相觸頭不同時合閘而出現的最大零序電流。 整定值應選取較大的一個。靈敏I

7、段是按條件（1）或（2）整定。零序電流II段保護的動作原則是：與相鄰線路零序電流I段配合。靈敏性校驗的原則是按本線路末端發(fā)生接地故障時最小零序電流校驗。要求靈敏度大于等于1.5。若不滿足要求，改與相鄰線段配合。零序電流III段保護的動作原則是：躲下級線路出口三相短路時流過保護裝置的最大不平衡電流。靈敏性校驗遵循的原則是：近后備按被保護線路末端短路時，流過保護的最小三倍零序電流校驗。遠后備按相鄰線路末端短路時，流過保護的最小三倍零序電流校驗。動作時間按階梯時限原則來選擇 應用零序電流保護的優(yōu)點是零序過電流保護的靈敏度高，受系統(tǒng)運行方式的影響要小，不受系統(tǒng)振蕩和過負荷的影響，方向性零序電流保護沒有

8、電壓死區(qū)，簡單、可靠。零序電流的分布與變壓器中性點接地的多少和位置有關；大小與線路及中性點接地變壓器的零序阻抗有關。在同一線路上的零序過電流保護與相間短路的過電流保護相比，將具有較小的時限，這是零序過電流保護的一大優(yōu)點。零序電流保護的缺點是對短線路或運行方式變化很大時，保護往往不能滿足要求，單相重合閘的過程中可能誤動，當采用自耦變壓器聯(lián)系兩個不同電壓等級的電網時，將使保護的整定配合復雜化，且將增大第III段保護的動作時間。1.2 本文主要內容1.計算B母線、C母線、D母線處正序（負序）及零序綜合阻抗Z1、Z0。2計算B母線、C母線、D母線處發(fā)生單相或兩相接地短路時出現的最大、最小零序 電流。3

9、整定保護1、2、3零序電流I段的定值，并計算各自的最小保護范圍。4當 B母線上負荷變壓器始終保持兩臺中性點都接地運行時，整定保護1、2零序定值，并校驗靈敏度。5整定保護1零序段定值，假定母線D零序過電流保護動作時限為0.5s，確定保護1、2、3零序過電流保護的動作時限，校驗保護1零序段的靈敏度。6繪制零序三段式電流保護的原理接線圖。并分析動作過程。第2章 輸電線路零序電流保護整定計算2.1 零序電流段整定計算系統(tǒng)接線圖如圖：ZT4=60ZT3=60ZT2=10ZG2=18ZT1=10321ZG1=18Z1.CD=40Z0.CD=80Z1.BC=20Z0.BC=40Z0.AB=40AZ1.AB=

10、20DCB圖2.1 系統(tǒng)接線圖一、計算各母線處正序（負序）和零序綜合阻抗 ，（1）當、均投入運行時：圖2.2等值正序（負序）網絡圖圖2.3等值零序網絡圖B母線：C母線:D母線：（2） 當、投入運行時:圖2.4等值正序（負序）網絡圖圖2.5等值零序網絡圖B母線：C母線：D母線：（3）當、投入運行時圖2.6等值正序（負序）網絡圖圖2.7等值零序網絡圖B母線：C母線：D母線：（4）當、投入運行時圖2.8等值正序（負序）網絡圖圖2.9等值零序網絡圖B母線：C母線：D母線：二、計算B、C、D母線處發(fā)生單相或兩相接地短路時出現的最大、最小零序電流（1）當、均投入運行時B母線：C母線：D母線：（2）當、投入

11、運行時B母線：C母線：D母線：（3）當、投入運行時B母線：C母線：D母線：（4）當、投入運行時B母線：C母線：D母線： 零序電流段動作電流的整定1、 保護1零序電流I段（1） 、運行 因為 所以取兩相接地短路（2） 、運行 因為 所以取兩相接地短路 所以最大運行方式為：、運行 保護1的I段動作電流為：2、 保護2零序電流I段（1）、運行 因為 所以取單相接地短路（2） 、運行 因為 取單相接地短路所以最大運行方式為：、運行保護2的I段動作電流為：三、保護3零序電流I段（1） 、運行因為取單相接地短路 （2） 、運行 因為取單相接地短路所以最大運行方式為：、運行保護3的I段動作電流為： 靈敏度校

12、驗一、保護1的最小保護范圍計算設 （），則(1)、運行 取單相接地短路得，滿足靈敏度要求(2)、運行 取單相接地短路得，滿足靈敏度要求 根據、，最小運行方式為：、運行 保護1的I段最小可以保護線路AB全長的33.6%二、保護2的最小保護范圍計算設 （），則（1）、運行 取單相接地短路得，滿足靈敏度要求（2）、運行 取單相接地短路得，滿足靈敏度要求 根據、，最小運行方式為：、運行 保護2的I段最小可以保護線路BC全長的16%三、保護3的最小保護范圍計算設 （），則（1）、運行若 ,則取單相接地短路得，滿足靈敏度要求此時，與矛盾所以，取兩相接地短路得，滿足靈敏度要求（2）、運行若 ,則取單相接地短

13、路得，滿足靈敏度要求此時，與矛盾所以，取兩相接地短路得，滿足靈敏度要求 根據（1）、（2），最小運行方式為：、運行 保護3的I段最小可以保護線路CD全長的34.65% 動作時間的整定斷路器1QF處無時限電流速斷保護的動作時間為：斷路器2QF處無時限電流速斷保護的動作時間為：電路器3QF處無時限電流速斷保護的動作時間為：2.2 零序電流段整定計算保護1的段與保護2的I段配合，保護1的分支系數靈敏度校驗：最小運行方式為、運行流過保護1的最小零序電流 不滿足靈敏度要求所以，保護1的段與保護2的段配合，保護2的分支系數滿足靈敏度要求所以，保護1的段動作電流：保護1的段動作時間與保護2的段動作時間配合：

14、2.3零序電流段整定計算保護1的段與保護2的段配合靈敏度校驗：最小運行方式為、運行作為近后備：滿足靈敏度要求作為遠后備：滿足靈敏度要求已知母線D零序過電流保護動作時限為0.5s所以保護1的段零序電流保護的動作時間與保護2的段動作時間配合：第3章 方向性零序電流保護3.1 方向性零序保護的特點及原理圖變壓器的零序方向過電流保護是為防止電力變壓器出現單項短路或負載嚴重不平衡而安裝的保護電路，在變壓器出現單項短路或負載嚴重不平衡切斷高壓輸出柜，使變壓器斷電，達到保護變壓器和線路安全的目的。通常保護值設為額定電流的25%。 零序功率方向保護原理是利用故障線路零序電流滯后零序電壓90。，非故障線路零序電

15、流超前零序電壓90。的特點來實現的。即零序功率方向保護是利用故障線路和非故障線路的保護安裝處零序電流方向相反的特點構成。用于零序電流保護不滿足要求和接線復雜的網絡中。目前采用這一原理實現的裝置在實際電網中應用較多，但對中性點經消弧線圈接地的系統(tǒng)此原理無效。是針對中性點非直接接地系統(tǒng)中單相接地保護的裝置。 圖3.1 靜態(tài)功率方向繼電器圖3.2 整流型和晶體管型零序功率方向繼電器3.2 零序電流的獲取方法 在電力系統(tǒng)架空線路上的零序電流一般用零序電流過濾器獲得，如圖所示。圖中，三個相的電流互感器采用相同的型號和變比，按圖所示的極性接線，當架空線發(fā)生接地故障時，零序電流過濾器將輸出零序電流.圖3.3

16、 零序電流過濾器 如圖所示的是用零序電流互感器方式取出線路中的零序電流，它用于電纜線路取出零序電流。零序電流互感器有一個鐵芯，三相電纜線穿過其鐵芯，從鐵芯上的二次繞組取出線路故障電流中的零序電流。故障零序電流互感器不存在因為三相電流互感器激磁電流不對稱產生的不平衡電流，而只有三相電纜對鐵芯不對稱而產生的不平衡電流，但其值較小。圖3.4 零序電流互感器第4章 零序保護原理圖的繪制與動作過程分析4.1 零序電流保護的原理圖QFTA圖4.1 零序電流保護原理圖4.2 零序電流保護的展開圖如圖4.2是零序電流保護的交流回路TAcTAa1KA3KA5KA2KA4KA6KA圖4.2 交流回路如圖4.3是零

17、序電流保護的直流電路圖4.3 直流回路如圖4.4是零序電流保護的信號回路WSP3KS1KS2KSWAUX圖4.4 信號回路4.3 動作過程的分析已知各保護的保護范圍：1QF：I段AM，段AP，段C母線以后2QF：I段BN，段、段C母線以后3QF： C母線以后 若在AM線路中發(fā)生AB短路，則故障是由保護1QF的I段切除的。各繼電器的動作情況為發(fā)生短路各電流繼電器動作，但由于是發(fā)生AB相短路，所以反應C相的2KA,4KA,6KA不動作。又因為是由保護1的I段切除的，所以KM,1KS動作。而除電流繼電器的其它繼電器都不動作。若在BN線路中發(fā)生AB短路，則故障是由保護2QF的I段切除的。各繼電器的動作

18、情況與上述判斷方法一致。即2KA,4KA,6KA不動作，其它電流繼電器動作。又是由保護2的I段切除的，所以KM,1KS動作，其它繼電器不動作。若在MB線路中發(fā)生AB短路，則故障是由保護1QF的II段切除的。各繼電器的動作情況為1KA,2KA,4KA,6KA不動作，其它電流繼電器動作，因為由保護1QF的II段切除的，所以1KT,2KS動作，其它繼電器不動作。第5章 MATLAB建模仿真分析5.1仿真模型的建立 用MATLAB仿真分析系統(tǒng)的電流電壓變化過程：采用MATLAB軟件中的Simulink工具箱，先進行圖形模塊的建立和聯(lián)接，連入測量元件示波器測量電流電壓，再運行程序進行波形仿真。模塊聯(lián)接及

19、仿真波形如圖5.1和圖5.2所示：圖5.1 仿真模型5.2仿真結果及分析圖5.2 系統(tǒng)仿真波形圖5.3 系統(tǒng)仿真波形系統(tǒng)采用中性點不接地方式時，發(fā)生單相接地故障三相間線電壓仍然對稱，不必馬上切除故障部分，提高了供電的可靠性。但是接地電流在故障處可能產生穩(wěn)定或間歇性的電弧，將危害整個電網的安全運行。若系統(tǒng)改為直接接地，中性點會與故障點成短路回路，線路上將流過很大的短路電流，此時系統(tǒng)不能繼續(xù)運行，需要迅速切除故障線路。若系統(tǒng)采用中性點經電阻接地，故障點電壓、電流波形均得到改善。系統(tǒng)采用中性點經消弧線圈接地時，由于線圈可產生感性電流，與容性電流相互補償，減少故障的故障電流，可以提高供電的可靠性。第6章 課程設計總結本設計主要是針對輸電線路零序電流保護的研究，內容主要為零序I段，II段III段的整定，方向電流保護的原理和零序電流保護的原理圖以及展開圖，并對其短路過程進行了分析，最后進行了MATER