14、35kV輸電線路方向電流保護設(shè)計要點

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)電力系統(tǒng)繼電保護電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）題目：題目：35kV35kV 輸電線路方向電流保護設(shè)計輸電線路方向電流保護設(shè)計院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電氣電氣102102 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間：起止時間： 本科生課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動化學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計（論文）題目35kV 輸電線路方向電流保護設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)系統(tǒng)接線圖如圖：課程設(shè)

2、計的內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)參見下表設(shè)計技術(shù)參數(shù)工作量,10,3/371GXkVE,10,1032GGXXL1=L2=40km,L3=40km,LB-C=40km,LC-D=30km,LD-E=30km,線路阻抗0.4/km,2 . 1IrelKrelK15. 1relK最大負荷電流 IB-C.Lmax=90A,IC-D.Lmax=60A, ID-E.Lmax=45A,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。1.等值電抗計算、短路電流計算。2. 整定保護 4、5 的電流速斷保

3、護定值，并盡可能在一端加裝方向元件。3確定保護 5、7、9 限時電流速斷保護的電流定值，并校驗靈敏度。4確定保護 4、5、6、7、8、9 過電流保護的時間定值，并說明何處需要安裝方向元件。5繪制方向過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。BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系統(tǒng)接線圖本科生課程設(shè)計（論文）1續(xù)表進度計劃第一天：收集資料，確定設(shè)計方案。 第二天：等值電抗計算、短路電流計算。第三天：整定保護 4、5 的電流速斷保護定值，并盡可能在一端加裝方向元件。第四天：確定保護 5、7、9 限時電流速斷保護的電流定值，并校驗靈敏度

4、。第五天：確定保護 4、5、6、7、8、9 過電流保護的時間定值，說明何處需安裝方向元件。 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(shè)總結(jié)，迎接答辯。指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算本科生課程設(shè)計（論文）2摘 要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)定運行對國民經(jīng)濟、人民生活乃至社會穩(wěn)定都有著極為重要的影響。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、運行維護水平等諸多方面的原因，電力系統(tǒng)的各

5、種元件在運行中不可能一直保持正常狀態(tài)。因此，需要有專門的技術(shù)為電力系統(tǒng)建立一個安全保障體系，其中最重要的技術(shù)之一就是繼電保護技術(shù)。本文主要對 35KV 輸電線路方向電流保護進行分析與設(shè)計，對電氣元件在最大運行方式和最小運行方式下的電流進行整定計算后，進行分析，判斷是否需要安裝方向元件，并在繪制方向電流保護原理圖后進行仿真，最后達到安全穩(wěn)定的保護電力系統(tǒng)運行的要求。關(guān)鍵詞：輸電線路；方向元件；電流保護；電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行本科生課程設(shè)計（論文）3目 錄第 1 章 緒論.41.1 輸電線路電流保護概述 .41.2 本文設(shè)計內(nèi)容.4第 2 章 輸電線路方向電流保護整定計算.52.1 方向電流 段整定計算

6、.52.1.1 保護 4、5 的 段動作電流的整定 .62.1.2 靈敏度校驗 .72.1.3 動作時間的整定 .72.2 保護 5、7、9 方向電流段整定計算.72.3 方向電流段動作時間整定計算及方向元件的安裝 .8第 3 章 方向電流保護原理圖的繪制與動作過程分析.93.1 繪制方向保護原理圖 .93.2 動作過程分析 .9第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 .10第 5 章 課程設(shè)計總結(jié).12參考文獻.13本科生課程設(shè)計（論文）4第 1 章 緒論1.1 輸電線路電流保護概述電力系統(tǒng)的輸、配電線路因各種設(shè)備原因、自然原因、人工操作不當?shù)仍蚩赡軙l(fā)生相間或相地短路故障，因此，必須有相

7、應(yīng)的保護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。而且，對各種不同電壓等級的線路應(yīng)該裝設(shè)不同的相間短路和接地短路的保護。對于 35KV 及以上的電力設(shè)備和線路故障，應(yīng)有主保護和后備保護；對于電壓等級在 220KV 及以上的線路，應(yīng)該考慮或者必須裝設(shè)雙重化的主保護，對于整個線路的故障，應(yīng)該無延時控制其斷路器跳閘。線路的相間短路、接地短路保護主要有電流電壓保護，方向電流電壓保護，接地零序電流電壓保護，距離保護和縱聯(lián)保護等。而其中電流電壓保護主要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、帶方向判別和不帶方向判別的接地短路電流電壓保護。他們分別用于雙電源網(wǎng)絡(luò)、單電源環(huán)形

8、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 本文設(shè)計內(nèi)容方向電流保護用于雙電源網(wǎng)絡(luò)和單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)時，在構(gòu)成、整定、相互配合等問題上還有以下特點：在保護構(gòu)成中增加功率方向測量原件，并與電流測量元件共同判別是否在保護線路的正方向上發(fā)生故障。本次設(shè)計主要對保護段的 段動作電流的整定、靈敏度的校驗、動作時間的整定、方向電流段的整定計算和方向電流段動作時間整定計算，繪制方向電流保護原理圖，并對動作過程進行分析。以及運行方式的選擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負荷電流計算、短路電流計算等。本科生課程設(shè)計（論文）5第 2 章 輸電線路方向電流保護整定計算2.1 方向電流 段整定計算首先要進行動作電流

9、的整定，如圖 2.1 和圖 2.2 所示分別為系統(tǒng)最大運行狀態(tài)和最小運行狀態(tài)下的等效電路圖：圖 2.1 系統(tǒng)最大運行方式等效電路圖XG11XL13XG32XL34Xbc5Xcd6Xde7圖 2.2 系統(tǒng)最小運行方式XG11XL14XG22XL25XG33XL36Xbc7Xcd8Xde9本科生課程設(shè)計（論文）6由條件可知：10321GGGXXX16321LLLXXX,16BCX12CDX12DEX所以最大運行方式的等值阻抗為：7 . 8)(|)|(332121min3LGLLGGXXXXXXX最小運行方式下的等值阻抗為：13)(|)(3311max3LGLGXXXXX則 C 母線的最大短路電流為

10、： KAXXEIBCkc86. 0min3max同理 D 母線的最大短路電流為： KAXXXEICDBCkd58. 0min3maxE 母線的最大短路電流為： KAXXXXEIDECDBCke43. 0min3max于是可以求出保護 1、2、3 的第一段動作電流分別為：KAIKIkcrelop516. 0max11KAIKIkdrelop696. 0max12KAIKIkerelop032. 1max132.1.1 保護 4、5 的 段動作電流的整定在線路 A 點的三相短路時的最大短路電流為：KAXXXXXEILLGLGka737. 0)(|)(32211max所以保護 4 的 段動作電流為：

11、KAIKIkarelop884. 03max4同理，在線路 B 點的三相短路時的最大短路電流為：本科生課程設(shè)計（論文）7KAXXEILGkb822. 033max保護 5 的 段動作電流為：KAIKIkbrelop986. 03max52.1.2 靈敏度校驗靈敏度可以反映出繼電保護裝置對于其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或者不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力，所以對各個保護進行靈敏度校驗就很有必要，如下所示：7 . 723max34min4XIEXopsl9 . 823max35min5XIEXopsl所以保護 4 的靈敏度為：%15%48%1003min41lsenXXlK所以保護 4 滿足靈敏度要求。同理保護

12、5 的靈敏度為：%15%55%1003min51lsenXXlK所以保護 5 也滿足靈敏度要求。2.1.3 動作時間的整定無時限電流速斷保護不必外加延時元件，即電流保護的第 段動作時間為：054opoptt2.2 保護 5、7、9 方向電流段整定計算 當電流 段的保護靈敏度達不到要求時就不能使用，此時可以采用另一種保護方式，即帶時限的電流速斷保護，所以以保護 5 為例對其方向電流段進行整定計算。本科生課程設(shè)計（論文）8已知KAIIkABBb92. 01min5KAIop032. 113分支系數(shù)=流過故障線電流與流過保護線電流的比值。所以KAIIkABBb92. 01min5所以保護 5 的動作

13、電流為：KAkIKIboprelop29. 1min535對其進行校驗：3 . 121. 452minopkbsenIIK所以滿足靈敏度要求。2.3 方向電流段動作時間整定計算及方向元件的安裝方向電流段動作電流的整定計算應(yīng)遵循階梯型原則：st01sttt5 . 012sttt0 . 123sttttt5 . 13976為簡化保護接線和提高保護的可靠性，電流保護每相的第、段可共用一個方向元件。電流保護第段的動作時間較小者而可能失去選擇性時加方向元件，動作時間相同者可能失去選擇性時均加方向元件。所以,保護 4,6,8 加方向元件。本科生課程設(shè)計（論文）9本科生課程設(shè)計（論文）10第 3 章 方向電

14、流保護原理圖的繪制與動作過程分析3.1 繪制方向保護原理圖根據(jù)系統(tǒng)接線圖，繪制出方向電流保護原理圖，如圖 3.1 所示：圖 3.1 方向電流保護原理圖3.2 動作過程分析電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動方式，當兩者都滿足時線路才能接通。當系統(tǒng)發(fā)生短路時，有本線路所在保護的段切故障。當斷拒動或故障時，電流繼電器經(jīng)過延時繼電器，延時元件則用于判別是否本線路發(fā)生了故障而主保護據(jù)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據(jù)動，若出現(xiàn)上述舉動情況，則延時元件會有輸出，使本線斷路器跳閘。振蕩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)非門閉鎖保護，可防止保護

15、誤動作。發(fā)生故障時相應(yīng)段的保護動作，信號元件動作輸出保護動作的報警信號，而整套保護中每相均有啟動元件，可以增加保護的可靠性。本科生課程設(shè)計（論文）11第 4 章 MATLAB 建模仿真分析利用 Simulink 中的 SimPowerSystems 工具箱構(gòu)建設(shè)計要求中給定的電力系統(tǒng)系統(tǒng)，并在 Matlab 環(huán)境中調(diào)試成功。再建立線路三段式電流保護模塊對各個部分參數(shù)進行設(shè)定。根據(jù)線路三段式保護的原理以及各段保護之間的配合模擬電流 I、II 段保護動作分別在電流 I、II 段的范圍內(nèi)設(shè)置故障進行調(diào)試仿真。（1）模擬電流段保護動作執(zhí)行仿真后，仿真結(jié)果如下圖 4.1 所示： 由圖可以看出線路在 0.

16、05s 發(fā)生了故障，產(chǎn)生一個較大的短路電流，之后經(jīng)過一個很小的延時 0.001s，斷路器 1 跳閘。電流段成功按時動作。圖 4.1 電流段保護仿真圖形（2）模擬電流段保護動作，在電流段的范圍內(nèi)設(shè)置故障，由于本設(shè)計是模擬線路不同段發(fā)生故障，所以就可以直接改變線路 1 的值來模擬線路不同段的故障。將線路 1 的值設(shè)置為 10，線路 0、2 分別為 0.3、3.5。仿真參數(shù)同 1，執(zhí)行仿真后，仿真結(jié)果如下圖 4.2 所示:本科生課程設(shè)計（論文）12圖 4.2 電流段保護仿真圖形由圖可以看出線路在 0.05s 發(fā)生了故障，產(chǎn)生一個較大的短路電流，之后經(jīng)過預(yù)先設(shè)置的延時 0.5s，斷路器 1 在 0.5

17、5s 跳閘。電流段成功按時動作。本科生課程設(shè)計（論文）13第 5 章 課程設(shè)計總結(jié)隨著電力應(yīng)用的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)繼電保護對電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性、可靠性起到了非常重要的作用，因為在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，為了防止電力系統(tǒng)事故的擴大，保證非故障部分仍能可以可靠的供電，以及維持電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，要求電力系統(tǒng)繼電保護裝置能在幾十毫秒內(nèi)準確迅速的識別并切除故障。所以，電力系統(tǒng)繼電保護已經(jīng)成為電力工業(yè)的一個必不可少的組成部分。本課設(shè)主要是針對輸電線路方向電流保護進行設(shè)計，本文首先對電力系統(tǒng)繼電保護進行簡單的介紹，然后分別在最大運行方式和最小運行方式下對等值電抗進行計算，并且計算出各個保護的動作電流，進行靈敏度校驗，進而繪制出方向保護的原理圖，最后對系統(tǒng)進行模擬仿真