輸電線路距離保護設計

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：輸電線路距離保護設計院（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： 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）題目輸電線路距離保護設計（5）課程設計（論文）任務8E6562km38km2174330kmDCBA系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)接線圖如圖：課程設計的內(nèi)容及技術參數(shù)參見下表設計技術參數(shù)工作量線路每公里阻抗為Z1=0.45/km,線路阻抗角為L=63°,AB、BC線路最大負荷電流為380A,負荷功率因數(shù)為cosL=0.

2、9,。電源電勢為E=115kV, ZsAmax=10,ZsAmin=7,ZsBmax=30,ZsBmin=15。歸算至115kV的各變壓器阻抗為82.8,容量ST為15MV.A。其余參數(shù)如圖所示。1計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。2. 計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。3. 計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。4分析系統(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。5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，保護1的三段式距離保護將作何反應（設B母線上電源開路）？6繪制三段式距離保護的原理框圖。并分析動作過程。7. 采用MATLAB建立系統(tǒng)模型

3、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：距離I段整定計算及靈敏度校驗。第三天：距離II段整定計算及靈敏度校驗。 第四天：距離III段整定計算及靈敏度校驗。第五天：系統(tǒng)振蕩和短路過渡電阻影響分析。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(jié)，迎接答辯。指導教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要線路的電流電壓保護構成簡單，可靠性好，用于中、低壓電網(wǎng)一般能滿足對保護性能的要求。但是由于其靈敏度受系統(tǒng)運行方式的影

4、響，有時保護范圍很小，再者，該保護的整定計算比較麻煩，這使得其在35KV及以上的復雜網(wǎng)絡中很難適用，為此研究了性能更好的保護原理和方案距離保護。距離保護是一種反映物理量，測量阻抗下降而動作的保護，可構成三段式距離保護即本設計所采用的保護方式，首先對系統(tǒng)中保護1的各段整定值和靈敏度進行計算，然后分析了系統(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。并且分析在具體故障點給定后，保護1的三段式距離保護的反應。最后繪制三段式距離保護的原理框圖，分析其動作過程，并采用MATLAB建立簡單電力系統(tǒng)三段式距離保護的模型，進行仿真分析。關鍵詞：三段式距離保護；系統(tǒng)振蕩；MATLAB仿真； 目 錄第1

5、章緒論11.1繼電保護概況11.2本文研究內(nèi)容1第2章輸電線路距離保護整定計算22.1保護1距離保護第段整定計算22.2保護1距離保護第段整定計算22.3保護1距離保護第段整定計算32.4系統(tǒng)振蕩和短路過渡電阻影響分析4系統(tǒng)在最小運行方式下發(fā)生振蕩42.4.2 系統(tǒng)發(fā)生帶過渡阻抗的相間短路6第3章 線路距離保護原理圖83.1距離保護原理圖83.2距離保護原理說明8第4章MATLAB建模仿真分析104.1距離保護MATLAB建模104.2距離保護仿真波形及分析11第5章 課程設計總結(jié)14參考文獻15第1章 緒論1.1繼電保護概況電力是當今世界使用最為廣泛、地位最為重要的能源，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運

6、行對國民經(jīng)濟、人民生活乃至社會穩(wěn)定都有著極為重大的影響。電力系統(tǒng)由各種電氣元件組成，由于自然環(huán)境、制造質(zhì)量、運行維護水平等諸方面的原因，電力系統(tǒng)中的各種元件在運行中不可能一直保持正常狀態(tài)。根據(jù)斷路通常伴隨著電流顯著增大的特征，首先出現(xiàn)了電流超過預定值即動作的過電流保護，最早出現(xiàn)的過電流保護是熔斷器，其特點是集保護裝置與斷電裝置于一體，因而簡單可靠，但也有諸多缺點，動作精度差，配合難度大，斷流能力有限，恢復供電麻煩。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對繼電保護的性能要求不斷提高，于是出現(xiàn)了作用于斷路器的過電流繼電器。20世紀初，繼電器開始廣泛應用于電力系統(tǒng)的保護。1901年出現(xiàn)了感應型過電流繼電器。1908年

7、提出了比較被保護元件兩端電流的電流差動保護原理。1910年方向性電流保護原理得到應用。1920年輸電線路距離保護裝置誕生。20世紀60年代末，有人提出了用小型計算機實現(xiàn)繼電保護裝置的設想，因當時小型計算機在價格、體積、性能方面的種種原因而未能投入實用。但卻由此開始了對繼電保護計算計算法的大量研究，為后來微型計算機型繼電保護裝置的發(fā)展奠定了理論基礎。微機型保護除了具有保護功能外，還可兼有故障錄波、故障測距、事件順序記錄以及網(wǎng)絡通信等鋪筑功能，這對簡化保護的調(diào)試、事故分析和事故后的處理等都有重大意義。由于微機型保護裝置的巨大優(yōu)越性和潛力，因而受到了運行人員的廣泛歡迎，可以說微機型保護代表著電力系統(tǒng)

8、繼電保護的未來。1.2本文研究內(nèi)容本文主要研究針對于簡單的電力系統(tǒng)，分析其距離三段式保護的原理及動作過程。首先對系統(tǒng)中保護1的各段整定值和靈敏度進行了整定計算，然后分析了系統(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。分析其在具體故障點給定后，保護1的三段式距離保護的動作情況，分析其動作過程，最后采用MATLAB建立簡單電力系統(tǒng)三段式距離保護的模型，進行仿真分析。第2章輸電線路距離保護整定計算2.1保護1距離保護第段整定計算 為配合方便，先求出1、3、4QF斷路器處保護第段的整定值，即:斷路器1、3、4QF處距離保護第段的動作時間和靈敏度分別為：2.2保護1距離保護第段整定計算1QF

9、處保護的相鄰元件為BC線和并聯(lián)運行的變壓器T。當1QF處距離保護第段與BC線段第段配合時，有故和變壓器配合時，因為,按技術規(guī)程.2條，應裝縱差保護，故變壓器第段保護范圍應至低壓母線E上， 試中，(考慮兩臺變壓器并列運行)，選為整定值。距離保護第段的動作時間為： 第段保護的靈敏度為： 滿足靈敏度要求。2.3保護1距離保護第段整定計算因為采用方向阻抗元件，故距離保護第段的整定值應按一下條件整定。第一，躲過最小負荷阻抗，即：由題意知：,即，而故按與相鄰距離保護第段動作時間配合，第段距離保護的動作時間為：第二，與相鄰線距離保護第段配合，即：，應取為相間距離保護第段的整定值。按與相鄰距離保護第段配合，第

10、段距離保護的動作時間為：試中，相鄰線路重合后不經(jīng)振蕩閉鎖的距離保護第段的動作時間。取第段的動作時間為：進行距離保護第段的靈敏度校驗：當作為近后備時，當作為遠后備時，可見，作為近后備保護時，可滿足靈敏度要求，作為BC線遠后備保護時，卻不滿足靈敏度要求，作為變壓器的遠后備保護時，更不滿足靈敏度的要求，故應考慮取為整定值，這時靈敏度得到提高，為1.21，接近滿足要求。2.4系統(tǒng)振蕩和短路過渡電阻影響分析系統(tǒng)在最小運行方式下發(fā)生振蕩求系統(tǒng)在最小運行方式下振蕩時最小測量阻抗。時保護安裝處的測量阻抗為： 可得：而可見，在最小運行方式下系統(tǒng)振蕩時的軌跡線穿過阻抗保護第和第段測量元件的動作特性圓，如圖2.1所

11、示，距離保護第、段的阻抗元件將誤動。 圖 2.1 振蕩對保護的影響 令對應時間為，為第測量元件誤動作時間，對應的時間為，為第段測量元件誤動作時間。對阻抗保護第段而言，當時，雖第段測量元件動作，但保護將不誤動，時，測量元件和保護均誤動，對第段而言，測量元件誤動，當時，第段保護會發(fā)生誤動作，跳閘，故障被切除，故第段保護的阻抗元件應返回不會誤動；通常，因時，第段保護動作時間可躲過振蕩影響，也不可能誤動。從以上分析計算知，系統(tǒng)振蕩可能使距離保護第段發(fā)生誤動作。因此，在距離保護裝置中必須增加振蕩閉鎖元件。 系統(tǒng)發(fā)生帶過渡阻抗的相間短路當離斷路器1QF保護安裝處20KM處發(fā)生帶過渡電阻的相間短路時，1QF

12、處保護的測量阻抗為： 方向第、段的動作阻抗分別為：故有：由上述可見，故障點應在斷路器1QF處相間距離保護的第段保護范圍內(nèi)，而此時喲與短路點過渡阻抗的影響，如圖2-2所示，卻落在距離保護第段和第段的動作特性圓內(nèi)。 圖2.2 短路過渡電阻對保護影響其中A=、B=、C=、D=、E=、F=。故這時距離保護第段將拒動，而距離保護第段動作，降低了保護的速動性。因此，距離保護中必須有防止過渡電阻影響的措施。例如在距離第段保護中增加瞬時測量元件或采用承受過渡電阻能力強的阻抗測量元件等。第3章 線路距離保護原理圖3.1距離保護原理圖線路距離保護與電流電壓保護類同，亦可構成三段式距離保護，其中距離保護第、段為線路

13、的主保護，距離保護第段為本線主保護的近后備保護和相鄰元件的遠后備保護，相間距離保護構成可用圖3-1所示的框圖來說明。3KT2KT3KS2KS1KS7892345610跳閘1圖3.1 三段式距離保護構成的單相原理框圖3.2距離保護原理說明圖中，、分別是距離保護第、段的測量元件，叫阻抗元件或阻抗繼電器，用于測量故障點至保護安裝處的距離，并與整定值進行比較；當時，測量元件有輸出，反之，無輸出。2KT和3KT分別是距離保護第、段的延時元件，它作為時序邏輯判斷元件。延時元件2KT用于判別故障是否在距離保護第段保護范圍外的被保護線路內(nèi)，故障點在該保護范圍內(nèi)時，延時元件2KT輸出跳閘信號；否則2KT不輸出跳

14、閘信號；延時元件3KT則用于判別是否本線路發(fā)生了故障而主保護拒動和判別是否相鄰元件發(fā)生了故障而相鄰元件保護或斷路器拒動，若出現(xiàn)上述拒動情況，則延時元件3KT會有輸出，使本線斷路器跳閘。元件1是電流或阻抗測量元件，作為整套距離保護的啟動元件，判斷是否發(fā)生故障，發(fā)生故障時有輸出；元件2和3分別是振蕩閉鎖元件和電壓互感器二次斷線閉鎖元件，分別在系統(tǒng)振蕩和電壓互感器二次斷線時有輸出，經(jīng)非門10閉鎖保護，可防止保護誤動作。1KS、2KS、3KS為距離第、段保護的信號元件，當相應段的保護動作時，相應段的信號元件動作輸出保護動作的報警信號。在上述原理框圖中，有三點值得說明：第一，整套保護也可用距離保護中第段

15、的測量元件兼做啟動元件；第二，保護中第、的測量元件、整定值可由一個阻抗元件用接點進行切換來實現(xiàn)；第三，若測量元件、和無方向性，則需加方向判斷元件。從圖3.1中可見，三段式距離保護與三段式電流保護的差別主要表現(xiàn)在一下三個方面：第一，測量元件是阻抗元件，而不是電流元件；第二，增加了兩個閉鎖元件；整套保護中每相均有啟動元件，可以增強保護的可靠性。第4章MATLAB建模仿真分析4.1距離保護MATLAB建模目前電子計算機已廣泛應用于電力系統(tǒng)的分析計算。MATLAB是一種交互式、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

16、等方面也具有強大的功能，其程序設計語言結(jié)構完整，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，MATLAB集數(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。另外，MATLAB還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

17、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MATLAB中的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。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

18、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-1measurement模塊充當了由SimPowerSystem系統(tǒng)到Simulink系統(tǒng)的接口，相當于實際的電流和電壓互感器。Three-Phause Fault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

19、保護的投切。輸電線路距離保護的MATLAB仿真電路圖如圖4.1所示。圖4.1 輸電線路距離保護的仿真電路圖4.2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)本次課程設計的任務是設計輸電線路的距離保護，線路的電流電壓保護構成簡單，可靠性好，用于中、低壓電