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

1、電力系統(tǒng)機(jī)電保護(hù)課程設(shè)計(jì)論文設(shè)計(jì)課題電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)論文題目輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)學(xué)部專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師年 月曰廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目名稱輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)部（系）專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)、課程設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：E115/ 3kV,X Gi 20 ,XG2 12 ,Xg3 12 ,L 仁 L2=60km,L3=50km,LB-C=40km, LC-D=50km丄D-E=20km 線路阻抗 0.4 /km,K ； el 1.2, Krel K rel 1.15,最大負(fù)荷電流IB-C丄

2、max=360A,IC-D 丄 max=210A, ID-E Lmax=110A,2、統(tǒng)接線圖如圖2系統(tǒng)接線圖三、課程設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作1、值電抗計(jì)算、短路電流計(jì)算。2、整定保護(hù)4、5的電流速斷保護(hù)定值，并盡可能在一端加裝方向元件3、定保護(hù)5、7、9限時(shí)電流速斷保護(hù)的電流定值，并校驗(yàn)靈敏度。4、 定保護(hù)4、5、67、&9過電流保護(hù)的時(shí)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(hù)的原理接線圖。并分析動(dòng)作過程。6采用MATLABS立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析。四、課程設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)程安排序號(hào)設(shè)計(jì)（論文）各階段內(nèi)容地點(diǎn)起止日期1收集輸電線路方向電流保護(hù)等相關(guān)資料，確疋設(shè)計(jì)方案圖書館

3、6月8日2進(jìn)行計(jì)算，繪出電路原理圖圖書館6月9-12日3MATLAS模仿真分析，行課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫綜合樓6月13-15日4課程設(shè)計(jì)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(xiàn)1 谷水清電力系統(tǒng)繼電保護(hù) M 北京：中國(guó)電力出版社， 20052 賀家禮電力系統(tǒng)繼電保護(hù) M 北京：中國(guó)電力出版社， 2004中國(guó)電力出版社，3 能源部西北電力設(shè)計(jì)院電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣二次部分）北京： 19824 方大千實(shí)用繼電保護(hù)技術(shù) M 北京：人民郵電出版社， 2003力出版社， 19935 崔家佩等電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算 M 北京：水利電 卓有樂？電力工程電氣設(shè)計(jì) 200例M.北

4、京：中國(guó)電力出版社， 20027 陳德樹計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)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(hù) M 北京：水利電力出版社， 1989發(fā)出任務(wù)書日期： 年月 日指導(dǎo)教師簽名：9 許建安電力系統(tǒng)繼電保護(hù)M 北京：水利電力出版社，2003目錄第 1 章 緒論 61.1 輸電線路電流保護(hù)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(hù)整定計(jì)算 92.1 方向電流 I 段整定計(jì)算 9保護(hù)4、 5的I段動(dòng)作電流的整定 102.1.2 靈敏度校驗(yàn) 102.1.3 動(dòng)作時(shí)間的整定 1 02.2 保護(hù) 5、7、 9方向電流 U 段整定計(jì)算 - 112.3 方向電流

5、川段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算及方向元件的安裝 12第 3 章 方向電流保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過程分析 123.1 保護(hù)原理圖 123.2 動(dòng)作過程分析 12第 4 章 MATLAB 建模仿真分析- 1315第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)摘要電力系統(tǒng)的輸、 配線路因各種原因可能 會(huì)發(fā)生相間或相地短路故障 , 因此 , 必須有相應(yīng)的 保 護(hù)裝置來反映這些故障，方向保護(hù)是利用電壓和電流的乘積判明電流流向（相位）的 繼電保護(hù)。以判 明短路故障位于保護(hù)裝置處的正向或反向。本設(shè)計(jì)題目為輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)，經(jīng)過保護(hù)4、5的I段動(dòng)作電流的整定、靈敏度的校驗(yàn)、動(dòng)作時(shí)間的整定、保護(hù)5、 7、 9方向電流 H 段的整定計(jì)算

6、和方向電流川段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算，繪制方向電流保護(hù)原理圖，并對(duì)動(dòng)作過程進(jìn)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(duì)電氣元件設(shè)定，對(duì)仿真結(jié)果分析，符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞： 電力系統(tǒng)；電流保護(hù)；方向保護(hù)；方向元件、緒論1.1 輸電線路電流保護(hù)概述電力系統(tǒng)的輸、配線路因各種原因可能 會(huì)發(fā)生相間或相地短路故障 ,因此 , 必須有相應(yīng)的 保護(hù)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(duì)各種不同電壓等 級(jí)的線路應(yīng)該裝設(shè)不同的相間短路和接地短路的保 護(hù)。對(duì)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(hù)和后備保護(hù)， 對(duì)于電壓等級(jí)在 220KV 及以上的線

7、路，應(yīng)考慮或者必須裝 設(shè)雙重化的主保護(hù)， 對(duì)于整個(gè)線路的故障， 應(yīng)無延時(shí)控制其短路器跳閘。 線路的相間短路、 接 地短路 保護(hù)有：電流電壓保護(hù)，方向電流電壓保護(hù)，接地零序流電壓保護(hù)，距離保護(hù)和 縱聯(lián)保 護(hù)等。電力系統(tǒng)中線路的電流電壓保護(hù)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(hù)， 帶方向判別和不帶方向判別的接地短路電流電壓保護(hù)。 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(duì)保護(hù)段的 I 段動(dòng)作電流的整定、靈敏度的校驗(yàn)、動(dòng)作時(shí)間的整 定、方向電流 U 段的 整定計(jì)算和方向電流川段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算，繪制方

8、 向電流保護(hù)原理圖，并對(duì)動(dòng)作過程進(jìn)行分 析。在對(duì)電流保護(hù)段來說， 因?yàn)榉捶较蚨搪窌r(shí)功率方向測(cè)量元件不動(dòng)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(cè)量元件的電流保護(hù)即為方向 電流保護(hù)。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(hù)， 以滿足保護(hù)的各種性能要求。方向電流保護(hù)用于雙電源網(wǎng)絡(luò)和單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)時(shí)， 在構(gòu)成、 整定、 相互配 合等問題 上還有以下特點(diǎn)： 在保護(hù)構(gòu)成中增加功率方向測(cè)量原件， 并與電流測(cè)量 元件共同判別是否在 保護(hù)線路的正方向上發(fā)生故障。 方向電流保護(hù)第 I 段，即

9、無 時(shí)限方向電流速度保護(hù)的動(dòng)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(hù)動(dòng)作電流還應(yīng)考慮躲過反向不對(duì)稱 短路時(shí)，流過非故障相的電流， 這樣可防止在反方向發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)非故障線功率方向測(cè)量 元件誤動(dòng)作而造 成的保護(hù)誤動(dòng)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(hù)第段 的動(dòng) 作電流之間和動(dòng)作時(shí)間之間應(yīng)相互配合，以保證保護(hù)的選擇性。本次設(shè)計(jì)包含了運(yùn)行方式的選擇、 電網(wǎng)各個(gè)元件參數(shù)及負(fù)荷電流計(jì)算、 短路 電流計(jì)算、 繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、 繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定 計(jì)算和校驗(yàn)、對(duì)所選擇的 保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。1、輸電線路方向電流保護(hù)整定計(jì)算2.1方向電流I

10、段整定計(jì)算保護(hù)4、5的I段動(dòng)作電流的整定根據(jù)任務(wù)書中的系統(tǒng)接線圖計(jì)算各段線路的阻抗X li = X L2 =60*0.4=24 Q x L3 =50*0.4=20 Q X bc =40*0.4=16 QX cd =50*0.4=20 Q x de =20*0.4=8 Q由電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲過本線末端的最大短路電流，可計(jì)算：保護(hù)(3)I KA maxE = 1_15(Xg1 Xl1)/ (X G2 Xl2) Xl3 = (20 24) II (12 24) 201.668kAI OP4 K rel I KA max =1.2 1.668=2.002kA(3)KB maxEx G3X L3

11、0P5K ； l IKB max保護(hù)5I1.2 2.075 2.49kA因?yàn)閨0P4I115 .312 202.075kAKB max，所以在4QF加方向元件。靈敏度校驗(yàn)i sen4min 4X1 Im in 4x1'3Ksen校驗(yàn)，應(yīng)按電流、電壓元件中保護(hù)范圍小的元件確定，整定值滿足可靠系數(shù)的要求.3 115/ .3smax2 2.002保護(hù)4的靈敏度校驗(yàn)：x1l min皿2iop4-20=8.72 Q為 I3 = XoP4 Xli Xl2Xl3 24 24+20=32 QKse n =XA =872X°P4100%=27.25%>15%32Imin 5l3X1 l

12、min 5Isen5x< 3x1l min3Es3 1153- 16=7.09 Q2IOP5x max2 2.49滿足靈敏度要求，所以合格保護(hù)5的靈敏度校驗(yàn)：x113 = xOP 5 X L320 QKsen=XA 二 7091 00%=35.45%>15%xil320滿足靈敏度要求，所以合格動(dòng)作時(shí)間的整定因?yàn)闊o時(shí)限電流速斷保護(hù)不必外加延時(shí)元件即可保證保護(hù)的選擇性，所以電流保護(hù)第I段的動(dòng)作時(shí)間為 0,即t °4=t °5=0。2.2保護(hù)5、7、9方向電流H段整定計(jì)算無時(shí)限電流速斷保護(hù)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(hù) ，即帶時(shí)

13、限的電流速斷保護(hù)對(duì)于此種保護(hù)的動(dòng)作電流整疋為。OP5 =Krel【OP3 / Kb保護(hù)5U段與保護(hù)3配合I or = IB-C 丄 max=360AKb=1 +=1 +I AB心：分支系數(shù)=流過故障線電流/流過保護(hù)線電流。Iop5= Krel I op / Kb =1.1駅60 /1.42=291.54>=1.42Xg1Xl1K2) .3Ikb23Es-Xg3+ X L321153kA=1796.875A12 + 20I K1 KBK sen=1796.875 =6.1 6>1.4所以滿足靈敏度要求。IOP 5291.54與相鄰保護(hù)3U段配合心=1+且=1 +ESES_ =1.42

14、| ABXG1 X LI / XG3X L3(2)Kse 尸Iop IC-D 丄 max=210A1OP5分支系數(shù)=流過故障線電流/流過保護(hù)線電流，且兩電流相等。所以：Kb4=1I OP3 = Kreil OP2 / K b4 = 1.15 210/1 =264.5AIop5= Krellopa/Kb = 1.15 264.5/1.42 =214.21A.Ksen=旦二1796：875 =8.38>1.4此結(jié)果滿足靈敏度要求|OP5214.21top 5 t OP3t=t °P2t t =1S保護(hù)7,9與保護(hù)5相同2.3方向電流山段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算及方向元件的安裝為保證選擇性，

15、則必須加延時(shí)元件，且應(yīng)按照階梯形原則整定，即兩相鄰線路的電流川動(dòng)作時(shí)間相差一個(gè) t。上一線路與動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)的下一段線路相配合；末級(jí)不裝延時(shí)元件；越靠近電源，延時(shí)越長(zhǎng)。t1 0s （線路末端），t2 t1 t，t3 t2t 2 tt5 t7 t9 t3t 1.5S， t4 t6 t8 0S （無下一級(jí)，相當(dāng)于末級(jí)）若KbC : top5 >top4，J : t爲(wèi)< t爲(wèi)矛盾，則川需加方向元件。因?yàn)閠5 t719 1.5S > 14 16 t8 0S為簡(jiǎn)化保護(hù)接線和提高保護(hù)的可靠性，電流保護(hù)每相的第I、 U、川段可共 用一個(gè)方向元件。電故保護(hù)4,6,8加方向元件流保護(hù)第川段的動(dòng)作時(shí)

16、間小者而可能失去選擇性時(shí)加方向元件，動(dòng)作時(shí)間相同者可能失去選擇性時(shí)均加方向元件二、方向電流保護(hù)原理圖的繪制K.J,B3.1保護(hù)原理圖IVYRQFn根據(jù)系統(tǒng)接線圖，繪制方向電流保護(hù)原理圖，如圖3.1所示圖3.1方向電流保護(hù)原理圖fl3.2動(dòng)作過程分析電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動(dòng)方式，當(dāng)兩者都滿足時(shí)線路才能接通。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，有本線路所在保護(hù)的I段切故障。當(dāng)I斷拒動(dòng)或故障時(shí)，電流繼電器經(jīng)過延時(shí)繼電器，延時(shí)元件則用于判別是否本線路發(fā)生了故障而主保護(hù)據(jù)動(dòng)和判別是否相鄰兀件發(fā)生了故障而相鄰兀件保護(hù)或斷路器據(jù)動(dòng)， 若出現(xiàn)上述舉動(dòng)情況，則延時(shí)元件會(huì)有輸出，使本線斷路器跳閘。振蕩元件和電壓互感器二次

17、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(shí)有輸出，經(jīng)非門閉鎖保護(hù)，可防止保護(hù)誤動(dòng)作。發(fā)生故障時(shí)相應(yīng)段的保護(hù)動(dòng)作，信號(hào)元件動(dòng)作輸出保護(hù)動(dòng)作的報(bào)警信號(hào)。整套保護(hù)也可用距離保護(hù)中第川段的測(cè)量元件Z皿兼做啟動(dòng)元件，保護(hù)中第I、U段的測(cè)量元件z1、Z"整定值可由一個(gè)阻抗元件用接點(diǎn)進(jìn)行切換實(shí)現(xiàn)，若測(cè)量元件Z1、Z"和Z"無方向性，則需加方向判別元 件。整套保護(hù)中每相均有 啟動(dòng)元件，可以增加保護(hù)的可靠性。四、 MATLA 仿真分析按系統(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(duì)各電氣 元件設(shè)定，系統(tǒng)在 MATLAB 軟件中的仿真圖如圖 4.1 所示。將給定的信號(hào)輸入 仿真系統(tǒng)，將各個(gè)環(huán)節(jié)的端口按框圖連接起 來， 根據(jù)線路三段式保護(hù)的原理以 及各段保護(hù)之間的配合模擬各段保護(hù)的動(dòng)作情況。正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)線路電壓電流波形如圖4.2所示l(RL3a) l(RL3b)VA0.00260,00270.00280.00290.00300圖4.2電壓波形線路發(fā)生相間兩相短路故障時(shí)的故障相電流波形如圖4.3所示。線路兩相短 路故障時(shí)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(hù)模型具有實(shí)時(shí)性和正確性，符合計(jì)算結(jié)論。圖43故障相電流波形心 得 體 會(huì)就后在用由后対0秉我要多個(gè)朝 改打轉(zhuǎn)分更礎(chǔ)很戈