14、35kV輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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(hù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目：35kV35kV 輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 電氣電氣102102 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 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(shí)間：起止時(shí)間： 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目35kV 輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)系統(tǒng)接線圖如圖：課程設(shè)

2、計(jì)的內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)參見下表設(shè)計(jì)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(fù)荷電流 IB-C.Lmax=90A,IC-D.Lmax=60A, ID-E.Lmax=45A,電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù) Kss=1.5，電流繼電器返回系數(shù) Kre=0.85。最大運(yùn)行方式：三臺(tái)發(fā)電機(jī)及線路L1、L2、L3 同時(shí)投入運(yùn)行；最小運(yùn)行方式：G2、L2 退出運(yùn)行。1.等值電抗計(jì)算、短路電流計(jì)算。2. 整定保護(hù) 4、5 的電流速斷保

3、護(hù)定值，并盡可能在一端加裝方向元件。3確定保護(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確定保護(hù) 4、5、6、7、8、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繪制方向過電流保護(hù)的原理接線圖。并分析動(dòng)作過程。6、采用 MATLAB 建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析。BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系統(tǒng)接線圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1續(xù)表進(jìn)度計(jì)劃第一天：收集資料，確定設(shè)計(jì)方案。 第二天：等值電抗計(jì)算、短路電流計(jì)算。第三天：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。第四天：確定保護(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、。第五天：確定保護(hù) 4、5、6、7、8、9 過電流保護(hù)的時(shí)間定值，說明何處需安裝方向元件。 第六天：繪制保護(hù)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(píng)語及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2摘 要電力是當(dāng)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(yùn)行對(duì)國民經(jīng)濟(jì)、人民生活乃至社會(huì)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(yùn)行維護(hù)水平等諸多方面的原因，電力系統(tǒng)的各

5、種元件在運(yùn)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(gè)安全保障體系，其中最重要的技術(shù)之一就是繼電保護(hù)技術(shù)。本文主要對(duì) 35KV 輸電線路方向電流保護(hù)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，對(duì)電氣元件在最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式下的電流進(jìn)行整定計(jì)算后，進(jìn)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(hù)原理圖后進(jìn)行仿真，最后達(dá)到安全穩(wěn)定的保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的要求。關(guān)鍵詞：輸電線路；方向元件；電流保護(hù)；電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3目 錄第 1 章 緒論.41.1 輸電線路電流保護(hù)概述 .41.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容.4第 2 章 輸電線路方向電流保護(hù)整定計(jì)算.52.1 方向電流 段整定計(jì)算

6、.52.1.1 保護(hù) 4、5 的 段動(dòng)作電流的整定 .62.1.2 靈敏度校驗(yàn) .72.1.3 動(dòng)作時(shí)間的整定 .72.2 保護(hù) 5、7、9 方向電流段整定計(jì)算.72.3 方向電流段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算及方向元件的安裝 .8第 3 章 方向電流保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過程分析.93.1 繪制方向保護(hù)原理圖 .93.2 動(dòng)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(jì)總結(jié).12參考文獻(xiàn).13本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4第 1 章 緒論1.1 輸電線路電流保護(hù)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(dāng)?shù)仍蚩赡軙?huì)發(fā)生相間或相地短路故障，因此，必須有相

7、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。而且，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 35KV 及以上的電力設(shè)備和線路故障，應(yīng)有主保護(hù)和后備保護(hù)；對(duì)于電壓等級(jí)在 220KV 及以上的線路，應(yīng)該考慮或者必須裝設(shè)雙重化的主保護(hù)，對(duì)于整個(gè)線路的故障，應(yīng)該無延時(shí)控制其斷路器跳閘。線路的相間短路、接地短路保護(hù)主要有電流電壓保護(hù)，方向電流電壓保護(hù)，接地零序電流電壓保護(hù)，距離保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)等。而其中電流電壓保護(hù)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(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(jì)內(nèi)容方向電流保護(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。本次設(shè)計(jì)主要對(duì)保護(hù)段的 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、方向電流段的整定計(jì)算和方向電流段動(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。以及運(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)算等。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5第 2 章 輸電線路方向電流保護(hù)整定計(jì)算2.1 方向電流 段整定計(jì)算首先要進(jìn)行動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)和最小運(yùn)行狀態(tài)下的等效電路圖：圖 2.1 系統(tǒng)最大運(yùn)行方式等效電路圖XG11XL13XG32XL34Xbc5Xcd6Xde7圖 2.2 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式XG11XL14XG22XL25XG33XL36Xbc7Xcd8Xde9本科生課程設(shè)計(jì)（論文）6由條件可知：10321GGGXXX16321LLLXXX,16BCX12CDX12DEX所以最大運(yùn)行方式的等值阻抗為：7 . 8)(|)|(332121min3LGLLGGXXXXXXX最小運(yùn)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(hù) 1、2、3 的第一段動(dòng)作電流分別為：KAIKIkcrelop516. 0max11KAIKIkdrelop696. 0max12KAIKIkerelop032. 1max132.1.1 保護(hù) 4、5 的 段動(dòng)作電流的整定在線路 A 點(diǎn)的三相短路時(shí)的最大短路電流為：KAXXXXXEILLGLGka737. 0)(|)(32211max所以保護(hù) 4 的 段動(dòng)作電流為：

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

12、5 的靈敏度為：%15%55%1003min51lsenXXlK所以保護(hù) 5 也滿足靈敏度要求。2.1.3 動(dòng)作時(shí)間的整定無時(shí)限電流速斷保護(hù)不必外加延時(shí)元件，即電流保護(hù)的第 段動(dòng)作時(shí)間為：054opoptt2.2 保護(hù) 5、7、9 方向電流段整定計(jì)算 當(dāng)電流 段的保護(hù)靈敏度達(dá)不到要求時(shí)就不能使用，此時(shí)可以采用另一種保護(hù)方式，即帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)，所以以保護(hù) 5 為例對(duì)其方向電流段進(jìn)行整定計(jì)算。本科生課程設(shè)計(jì)（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(hù)線電流的比值。所以KAIIkABBb92. 01min5所以保護(hù) 5 的動(dòng)作

13、電流為：KAkIKIboprelop29. 1min535對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)：3 . 121. 452minopkbsenIIK所以滿足靈敏度要求。2.3 方向電流段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算及方向元件的安裝方向電流段動(dòng)作電流的整定計(jì)算應(yīng)遵循階梯型原則：st01sttt5 . 012sttt0 . 123sttttt5 . 13976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、段可共用一個(gè)方向元件。電流保護(hù)第段的動(dòng)作時(shí)間較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。所以,保護(hù) 4,6,8 加方向元件。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）9本科生課程設(shè)計(jì)（論文）10第 3 章 方向電

14、流保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過程分析3.1 繪制方向保護(hù)原理圖根據(jù)系統(tǒng)接線圖，繪制出方向電流保護(hù)原理圖，如圖 3.1 所示：圖 3.1 方向電流保護(hù)原理圖3.2 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)的段切故障。當(dāng)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)和判別是否相鄰元件發(fā)生了故障而相鄰元件保護(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)

15、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)，而整套保護(hù)中每相均有啟動(dòng)元件，可以增加保護(hù)的可靠性。本科生課程設(shè)計(jì)（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(jì)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(hù)模塊對(duì)各個(gè)部分參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。根據(jù)線路三段式保護(hù)的原理以及各段保護(hù)之間的配合模擬電流 I、II 段保護(hù)動(dòng)作分別在電流 I、II 段的范圍內(nèi)設(shè)置故障進(jìn)行調(diào)試仿真。（1）模擬電流段保護(hù)動(dòng)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(gè)較大的短路電流，之后經(jīng)過一個(gè)很小的延時(shí) 0.001s，斷路器 1 跳閘。電流段成功按時(shí)動(dòng)作。圖 4.1 電流段保護(hù)仿真圖形（2）模擬電流段保護(hù)動(dòng)作，在電流段的范圍內(nèi)設(shè)置故障，由于本設(shè)計(jì)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(jì)（論文）12圖 4.2 電流段保護(hù)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(gè)較大的短路電流，之后經(jīng)過預(yù)先設(shè)置的延時(shí) 0.5s，斷路器 1 在 0.5

17、5s 跳閘。電流段成功按時(shí)動(dòng)作。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）13第 5 章 課程設(shè)計(jì)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(hù)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性、可靠性起到了非常重要的作用，因?yàn)樵陔娏ο到y(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，為了防止電力系統(tǒng)事故的擴(kuò)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(yùn)行的穩(wěn)定性，要求電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置能在幾十毫秒內(nèi)準(zhǔn)確迅速的識(shí)別并切除故障。所以，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)已經(jīng)成為電力工業(yè)的一個(gè)必不可少的組成部分。本課設(shè)主要是針對(duì)輸電線路方向電流保護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文首先對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，然后分別在最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式下對(duì)等值電抗進(jìn)行計(jì)算，并且計(jì)算出各個(gè)保護(hù)的動(dòng)作電流，進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)，進(jìn)而繪制出方向保護(hù)的原理圖，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真