電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告——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)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生指導(dǎo)教師.word.zl-年月日課程設(shè)計(jì)論文任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)論文的容輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)二、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)：E=115/.3kV,X=200,egiX=120,X=120,GL21=L2=60kGm3,L3=50km,LB-C=40km,LC-D=50km,LD-E=20km，線路阻抗0.40/km,Ki二1.2,Kn二Kin二1.15,rel最大負(fù)荷電流lB-C.Lmax=360A,IC-D.Lmax=210A,ID-E.Lmax=11

2、0A,2、統(tǒng)接線圖如圖：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、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、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)展仿真分析。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.：中國電力，20052 賀家禮電力系統(tǒng)繼電保護(hù)M.:中國電力，20043 能源部西北電力電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣二次局部：中國電力，19824 方大千實(shí)

3、用繼電保護(hù)技術(shù)M.:人民郵電，20035 家佩等電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及平安自動(dòng)裝置整定計(jì)算M.：水利電力，19936 卓有樂電力工程電氣設(shè)計(jì)200例M.:中國電力，20027 德樹計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)原理與技術(shù)M.:水利電力，19928 曾田電力變壓器保護(hù)M.:水利電力，19899 許建安電力系統(tǒng)繼電保護(hù)M.:水利電力，2003目錄第1章緒論1.1 輸電線路電流保護(hù)概述71.2 本文主要容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92.1.1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102.2保護(hù)5、7、9方向電流U段整定計(jì)算112.3方

4、向電流皿段動(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13第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié)15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U段的整定計(jì)算和方向電流皿段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算，繪制方向電流保護(hù)原理圖，并

5、對(duì)動(dòng)作過程進(jìn)展分析。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.word.zl-、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

6、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)算和方向電流山段動(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)展分析。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

7、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

8、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，功率方向可能一樣的電流保護(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)展綜合評(píng)價(jià)。二、輸電線路方向電流保護(hù)整定計(jì)算2.1方向電流I段整定計(jì)算2.1.1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=X=60*0.4=240X=50*0.4=200X=40*0.4=160L1L2L3BCX=50*0.4=200X=20

9、*0.4=80CDDE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)4/二色=1153=1.668kAKAmax（X+X）/（X+X）+X（20+24）/（12+24）+20G1L1G2L2L3Ii=KixI（3）=1.2x1.668=2.002kAOP4relKAmax保護(hù)5I=KBmaxX+XG3L3頊一書=2075kAIi=KixI（3）=1.2x2.075=2.49kAOP5relKBmax因?yàn)?1<I（3），所以在4QF加方向元件。OP4KBmax2.1.2 靈敏度校驗(yàn)KI校驗(yàn)，應(yīng)按電流、電壓元件中保護(hù)圍小的元件確定，整定值滿足可靠系sen數(shù)的要求。lxlK

10、Imin4=1min4sen4lxl313保護(hù)4的靈敏度校驗(yàn)：xl=3Ex二、3X15/丫3-20=8.7201min2Ilsmax2X2.002OP4xl=X二X/X+X二24/24+20=32013OP4L1L2L3Ki=i!mn=872x100%=27.25%>15%senX32OP4滿足靈敏度要求，所以合格。保護(hù)5的靈敏度校驗(yàn)：lxlKI=min5=1min5sen5lxl313xl=3ESX="3X115316=7.0901min2Ixmax2X2.49OP5xl=X=X=20013OP5L3xl7.09Ki=-t-mi«5=X100%=35.45%>

11、15%senxl2013滿足靈敏度要求，所以合格。2.1.3 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ti=ti=0。op4op52.2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)限的電流速斷保護(hù)對(duì)于此種保護(hù)的動(dòng)作電流整定為。保護(hù)5H段與保護(hù)3配合Iii=KiiIi/KIi=IB-C.Lmax=360A0P5relOP3bOP3K:分支系數(shù)=流過故障線電流/流過保護(hù)線電流。b.word.zl-K=1+你=1+電”電=1.42bIX+XX+X

12、ABG1LIG3L3In=Kii11K=1.15x360/1.42=291.54AOP5relOPjb3E-J3115；31I（2）=xs='xkA=1796.875AKB2X+X212+20G3L3Kii=42=1796.875=6.16>1.4所以滿足靈敏度要求。senIii291.54與相鄰保護(hù)3U段配合K=1+厶=1+EsEs=1.42bIX+X/X+XABG1L1G3L3Kii=kb11=IC-D.Lmax=210AsenIiiOP2OP5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：K=1b4Iii=KiiIi/K=1.15x210/1=264.5AOP

13、3relOP2b4Iii=KiiIi/K=1.15x264.5/1.42=214.21AOP5relOP3bKii=-|KL=1796.875=8.38>1.4此結(jié)果滿足靈敏度要求。senIii214.21OP5tii=tii+At=11+At+At=1sOP5OP3OP2保護(hù)7,9與保護(hù)5一樣。2.3方向電流川段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算及方向元件的安裝為保證選擇性，那么必須加延時(shí)元件，且應(yīng)按照階梯形原那么整定，即兩相鄰線路的電流山動(dòng)作時(shí)間相差一個(gè)At。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)。tiii=0s線路末端tiii=tiii+At,tiii=tii

14、i+At=2At12132tiii=tiii=tiii=tiii+At=1.5s,tiii=tiii=tiii=0s無下一級(jí)，相當(dāng)于末級(jí)5793468假設(shè)K:tiii>tiii,K:tiii<tiii矛盾，那么山需加方向元件。因?yàn)锽Cop5op4ABop5op4thi=tin=tin=1.5s>thi=thi=thi=Os579468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、山段可共用一個(gè)方向元件。電流保護(hù)第山段的動(dòng)作時(shí)間小者而可能失去選擇性時(shí)加方向元件，動(dòng)作時(shí)間一樣者可能失去選擇性時(shí)均加方向元件。故保護(hù)4,6,8加方向元件。.word.zl-三、方向電流保護(hù)

15、原理圖的繪制3.1保護(hù)原理圖根據(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。信號(hào)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)元件那么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)，假設(shè)出現(xiàn)上述舉動(dòng)情況，那么延時(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)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

16、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)中第山段的測(cè)量元件zIII兼做啟動(dòng)元件，保護(hù)中第I、U段的測(cè)量元件Zi、ZII整定值可由一個(gè)阻抗元件用接點(diǎn)進(jìn)展切換實(shí)現(xiàn)，假設(shè)測(cè)量元件Zi、Zii和ZI無方向性，那么需加方向判別元件。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。.word.zl-.word.zl-四、MATLAB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。l-Fb-rr

17、tFlSEtithnJ-Pha尙乳伍-O'P：3-Png;cSuLroEl>OE-CS-Phaw鈿笙RLCLswiPIG-i±ani3-PtiPISEdti3n35-Pha=tFl含詡.word.zl-圖4.1MATLAB建模仿真圖正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)線路電壓電流波形如圖4.2所示。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)果說明，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4.3故障相電流波形時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼間電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)完畢了。在這短暫的幾個(gè)星期里雖然很辛苦但是我學(xué)會(huì)了很多東西，有很大的收獲。這次的課程設(shè)計(jì)是自上大學(xué)以來最后一次設(shè)計(jì)訓(xùn)練。通過這次課程設(shè)計(jì)，對(duì)我們綜合運(yùn)用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及相關(guān)課程知識(shí)解決問題的能力有很大的提高，使所學(xué)知識(shí)得到穩(wěn)固和開展;并且學(xué)習(xí)了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的一般方法和步驟。我學(xué)到了很多，我感到最重要的就是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木?，不放過一絲的錯(cuò)誤，對(duì)圖的每一個(gè)環(huán)節(jié)都要嚴(yán)謹(jǐn)，反復(fù)檢查、修改。在課設(shè)中，沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，就不能完成課程設(shè)計(jì)?？傊?，在這課