單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)定時限過電流保護的建模與仿真

1、河南科技大學(xué)課程設(shè)計說明書課程名稱繼電保護課程設(shè)計題目單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)定時限過電流保護的建模與仿真學(xué)院農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院班級農(nóng)電131班學(xué)生姓名劉士指導(dǎo)教師李樹強日期2016年11月25日課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計名稱繼電保護課程設(shè)計學(xué)生姓名劉寧專業(yè)班級農(nóng)電131設(shè)計題目單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)定時限過電流保護的建模與仿真1 .掌握繼電保護保護基本原理與整定計算；2 .掌握保護、控制、測量、信號回路接線與設(shè)計方法；3 .學(xué)習(xí)和掌握電力系統(tǒng)MATLAB/SIMULINK的基本命令和應(yīng)用。二、課程設(shè)計內(nèi)容和要求1 .電力系統(tǒng)的仿真。必須說明系統(tǒng)運行方式、短路點與短路類型的確定原則或依據(jù)。2 .保護方式的選擇及短路電流的

2、整定計算。嘗試設(shè)置不同的短路參數(shù)并整定計算短路電流大小。3 .繪制繼電保護的接線方式及仿真輸出。要求繪制繼電器的接線圖及某一元件保護原理展開圖。4 .對保護的評價。要求從可靠性、選擇性、速動性和靈敏性四個方面來評價所采用保護的質(zhì)量。5 .編寫設(shè)計說明書。不少于2000字的說明書。三、課程設(shè)計任務(wù)已知：電力系統(tǒng)的接線圖如圖1所示，電源電壓為35KV,系統(tǒng)最大和最小等效阻抗分別為=9化/"=6n；線路阻抗為%=ion鼠=24n；流過保護1、2、3的最大負(fù)荷電流分別為400、500、550A,心=1,3,Krt=0.85,K”尸115。試仿真保護4的過電流保護。圖1電力系統(tǒng)1 .了解電力系

3、統(tǒng)并繪制電力系統(tǒng)仿真模型；2 .繪制過電流電流保護的原理接線圖及展開圖并說明;3 .設(shè)置短路點并計算參數(shù)；4 .繪制繼電保護的仿真模型；5 .計算短路電流；6 .給出仿真結(jié)果并分析;要求：1 .繪制電力系統(tǒng)仿真圖；2 .繪制過電流電流保護的原理接線圖及展開圖;3 .設(shè)置至少三種短路點并計算參數(shù)及短路電流;四、時間進(jìn)度安排1.明確任務(wù)和文獻(xiàn)查找:3.仿真模型建立：2天5.編寫說明書：2天4 .繪制仿真結(jié)果并分析；2 .Matlab/Simulink熟悉與運用：2天4 .仿真參數(shù)設(shè)置及仿真結(jié)果分析：2天6 .準(zhǔn)備答辯及答辯：1天五、主要參考文獻(xiàn)1 .家佩.電力系統(tǒng)繼電保護與安全自動裝置整定計算.北

4、京：中國電力出版社，20062 .張保會，尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護（第二版）.中國電力出版社，20103 .于群，曹娜.MATLAB_Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真（第一版）.機械工業(yè)出版社，20114 .于群，曹娜.電力系統(tǒng)繼電保護原理及仿真（第一版）.機械工業(yè)出版社，20155,中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會.GB/T14285-2006繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程指導(dǎo)教師簽字:2016年11月25日摘要定時限過電流保護，也叫電流III段保護。其動作電流按躲過被保護線路的最大負(fù)荷電流整定，其動作時間一般保護階梯原則進(jìn)行整定以實現(xiàn)過電流保護的動作選擇性，并且其動作時間和短路電流的大小無

5、關(guān)。工作原理：反映電流增大而動作，它要求能保護本條線路的全長和下一條線路的全長，作為本條線路主保護拒動的近后備保護，具保護范圍應(yīng)包括下條線路或設(shè)備的末端。過電流保護在最大負(fù)荷時，保護不應(yīng)該動作。動作電流：按躲開被保護線路的最大負(fù)荷電流，且在自起動電流下繼電器能可靠返回進(jìn)行整定。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，對單側(cè)電源的放射性電網(wǎng)能保證有選擇性的動作，不僅能作為本條線路的近后備（有時作為主保護），而且可以作為下一條線路的遠(yuǎn)后備，在放射型電網(wǎng)中獲得廣泛應(yīng)用，一般在35kV及以下電網(wǎng)中作為主保護。缺點：動作時間長，而且越靠近電源端其動作時間越大，對靠電源端的故障不能快速切除。定時限過電流保護的要求是：應(yīng)

6、能保護被保護線路的全長，也能保護相鄰線路全長及相鄰元件的全部。即應(yīng)能起到近后備與遠(yuǎn)后備保護的作用，一般作為主保護的后備保護。關(guān)鍵字：定時限過電流保護、電流整定、動作電流、靈敏度校驗農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院課程設(shè)計說明書目錄第一章緒論1.1 繼電保護基本原理1.2 繼電保護裝置的基本要求第二章單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)定時限過電流保護的整定計算2.1 定時限過電流保護工作原理2.2 按選擇性的要求整定過電流保護的動作時限計算2.3 過電流保護靈敏系數(shù)的校驗第三章MATLAB建模仿真分析3.1 MATLAB的概述3.2 系統(tǒng)仿真建模設(shè)計第四章課程設(shè)計總結(jié)參考文獻(xiàn)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院課程設(shè)計說明書第一章緒論1.1繼電保護基本

7、原理研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要使用有觸點的繼電器來保護電力系統(tǒng)及其元件(發(fā)電機、變壓器、輸電線路、母線等)使之免遭損害，所以簡稱繼電保護。繼電保護裝置必須具有正確區(qū)分被保護元件是處于正常運行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護裝置要實現(xiàn)這一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎(chǔ)來構(gòu)成。電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：(1)電流增大。短路時故障點與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負(fù)荷電流增大至超過負(fù)荷電流。(2)電壓降低。當(dāng)發(fā)生相問短路和接地短路故障時，系統(tǒng)各

8、點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。(3)電流與電壓之間的相位角改變。正常運行時電流與電壓間的相位角是負(fù)荷的功率因數(shù)角，一般約為20。，三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為60085°,而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是1800+(60085°)。(4)測量阻抗發(fā)生變化。測量阻抗即測量點(保護安裝處)電壓與電流之比值。正常運行時，測量阻抗為負(fù)荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。不對稱短路時，出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現(xiàn)負(fù)序電流和負(fù)序電壓分量；單相接地

9、時，出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現(xiàn)的。利用短路故障時電氣量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護。農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院課程設(shè)計說明書1.2繼電保護裝置的基本要求繼電保護裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個基本要求。對于作用于繼電器跳閘的繼電保護，應(yīng)同時滿足四個基本要求，而對于作用于信號以及只反映不正常的運行情況的繼電保護裝置，這四個基本要求中有些要求可以降低。1 .選擇性選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護僅將故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護或斷路器拒動時，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護將故障切除。

10、2 .速動性速動性是指繼電保護裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。一般必須快速切除的故障有：(1)使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值(一般為0.7倍額定電壓)。(2)大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內(nèi)部故障。(3)中、低壓線路導(dǎo)線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障。(4)可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)造成強烈干擾的故障。故障切除時間包括保護裝置和斷路器動作時間，一般快速保護的動作時間為0.04s0.08s,最快的可達(dá)0.01s0.04s,一般斷路器的跳閘時間為0.06s0.15s,最快的可達(dá)0.02s0.06s

11、o對于反應(yīng)不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應(yīng)按照選擇性的條件，帶延時地發(fā)出信號。3 .靈敏性靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應(yīng)能力。6農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院課程設(shè)計說明書能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時，不論短路點的位置和短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應(yīng)動作，即要求不但在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統(tǒng)最小運行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。系統(tǒng)最大運行方式：被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護裝置的短路電流為最大運行方式；系統(tǒng)最小運行方

12、式：在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式。保護裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量。4 .可靠性可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護最根本的要求。安全性：要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動。信賴性：要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動作的故障時可靠動作，即不拒動。繼電保護的誤動作和拒動作都會給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重危害。即使對于相同的電力元件，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，保護不誤動和不拒動對系統(tǒng)的影響也會發(fā)生變化。以上四個基本要求是設(shè)計、配置和維護繼電保護的依據(jù)，又是分析評價繼電保護的基礎(chǔ)。這四個基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，

13、在實際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進(jìn)行統(tǒng)一。農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院課程設(shè)計說明書第二章定時限過電流保護的整定計算2.1 過電流保護的作用(1)電流速斷和限時電流速斷配合使得保護范圍內(nèi)(被保護線路)內(nèi)的故障都可以快速切除，因此兩者構(gòu)成了被保護線路的主保護。(2)為了保證相鄰線路主保護拒動或斷路器拒動時可靠切除故障(遠(yuǎn)后備)，同時作為本線路故障主保護拒動時可靠切除故障(近后備)，配置過電流保護。(3)過電流保護的主要作用是作為后備保護，提高整個保護系統(tǒng)的可靠性。2.2 定時限過電流保護工作原理III(1)在正常情況下各條線路上的過電流保護絕不會動作Iset3,Ilmax(2)在外部故障切

14、除后電壓恢復(fù)，負(fù)荷自動啟動電流作用下保護裝置必須能夠返回l.maxre>ISSmaxI111Iset3：過電流保護裝置的后動電流Ire:過電流保護裝置的返回電流11max：線路上出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院課程設(shè)計說明書1ssmax:外部故障切除后電壓恢復(fù)時的自動啟動電流B53AtAt電動機的自起動電流要大于它正常工作的電流，因此，引入一個自起動系44D4數(shù)Kss來表示自起動時最大電流1ss.max與正常運行時最大負(fù)荷電流115ax之比，即SSS.max-KSSlmax保護3、4和5在各自起動電流的作用下必須立即返回。為此應(yīng)使保護裝置的返回電流（一次值）Ir'e大于ISS.

15、max。引入可靠系數(shù)K：,則Sre-KrelSSSmax-Kre1KSSSl.maxIIKre'1setreKreLZ111LZKrelKSSKSS:可靠系數(shù)，一般采用1.151.25;自起動系數(shù)。數(shù)值大于1,應(yīng)由網(wǎng)絡(luò)具體接線和負(fù)荷性質(zhì)確定;Kre：電流繼電器的返回系數(shù)，一般采用0.850.95。保護1-位于電網(wǎng)的末端，只要電動機內(nèi)部故障，它就可以瞬時動作予以切除,t;即為保護裝置本身的故固有動作時間。保護2-為了保證di點短路時動作的選擇性，則應(yīng)整定其動作時限農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院課程設(shè)計說明書，2>tl0引入時間階段At,則保護2的動作時限為上IIIAIII.A/、t2=t1+t(

16、24)依次類推，保護3、4、5的動作時限均應(yīng)比相鄰各元件保護得動作時限均高出至少一個At,只有這樣才能充分保證動作的選擇性。2.3按選擇性的要求整定過電流保護的動作時限計算2.3.1 保護4的電流定值流過保護4的最大負(fù)荷電流為11.4.max=400500-5501450(A)保護4的過電流值IIIset.4KIIIKrel'SS11.4.maxKre1.31.15M0.851450=2.55(KA)時限為t：nmaxC,t2",t；)+At=1+0.5=1.5(s)保護1切除故障后，流過保護4的最大負(fù)荷電流_'_._114max=500+550=1050A=1.05

17、KA在考慮電機的自啟動出現(xiàn)的最大啟動電流Issmax=Kss114max=1.31.05=1.365KAss.maxssl.4.max這個電流Iss.max必須小于保護4的返回電流Ire,否則1.5s以后保護4將誤切除相應(yīng)的要求10農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院課程設(shè)計說明書2.55Issmax<Ire=Kre工1st4=2.55Kre,從而有2.55Kre>1.365,Kre>11365=0,535當(dāng)返ss.maxieiesei.ieieie回系數(shù)低于0.535時，會造成誤動。在上圖所示的網(wǎng)絡(luò)中，對保護4而言即應(yīng)滿足以下要求:=maX式中t；：i號(電動機)保護的動作時間t2"

18、：2號(變壓器)保護的動作時間t；：3號(線路B-C)保護的動作時間2.4過電流保護靈敏系數(shù)的校驗過電流保護靈敏系數(shù)的校驗保護范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時故障參數(shù)的計算值Ksen;保護裝置的動作參數(shù)(1)當(dāng)過電流保護作為本線路的主保護時，應(yīng)采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流進(jìn)行校驗，要求Ksen之1.31.5；(2)當(dāng)作為相鄰線路的后備保護時，則應(yīng)采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流進(jìn)行校驗，此時要求Ksen>1.2。(3)保護4的靈敏度k.B.mink.B.minKsen.4set.4relKss1l.4.maxKsen.4與Kre成正比，當(dāng)Kre下降時靈敏度下降Ksen

19、="3.2=2,6350.85止匕外，在各個過電流保護之間，還必須要求靈敏系數(shù)互相配合，即對同一故障點而言，要求越靠近故障點的保護應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)。農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院課程設(shè)計說明書2.5原理接線分析如圖所示，當(dāng)被保護線路發(fā)生故障時，短路電流經(jīng)電流互感器TA流入KA1-KA3,短路電流大于電流繼電器整定值時，電流繼電器啟動。因三只電流繼電器觸點并聯(lián)，所以只要一只電流繼電器觸點閉合，便啟動時間繼電器KT,按預(yù)先整定的時限，其觸點閉合，并啟動出口中間繼電器KOMoKOM動作后，接通跳閘回路，使QF斷路器跳閘，同時使信號繼電器動作發(fā)出動作信號。由于保護的動作時限與短路電流的大小無關(guān)，是固定的，故稱為定時限過電流。12農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院課程設(shè)計說明書第四章課程設(shè)計總結(jié)本課程設(shè)計，主要是針對單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)定時限過電