110kV输电线路电流电压保护设计(1).pdf

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学电力系统继电保护电力系统继电保护课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目：110kV110kV 输电线路电流电压保护设计（输电线路电流电压保护设计（1 1）院（系）：院（系）：专业班级：专业班级：学学 号：号：学生姓名：学生姓名：指导教师：指导教师：（签字）起止时间：起止时间：本科生课程设计（论文）II课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目110kV 输电线路电流电压保护设计（1）III课程设计（论文）任务系统接线图如图：课程设计的内容及技术参数参见下表设计技术参数工作量,15,3/1151GXkVE,10,1032GGXXL1=L2=60km,L3=40km,LB-C=50km,LC-D=30km,LD-E=20km,线路阻抗 0.4/km,2.1IrelKrelK15.1relK最大负荷电流 IB-C.Lmax=300A,IC-D.Lmax=200A,ID-E.Lmax=150A,电动机自启动系数 Kss=1.5，电流继电器返回系数 Kre=0.85。最大运行方式：三台发电机及线路 L1、L2、L3 同时投入运行；最小运行方式：G2、L2 退出运行。1.确定保护 3 在最大、最小运行方式下的等值电抗。2.进行 C 母线、D 母线、E 母线相间短路的最大、最小短路电流的计算。3.整定保护 1、2、3 的电流速断保护定值，并计算各自的最小保护范围。4.整定保护 2、3 的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度。5.整定保护 1、2、3 的过电流保护定值，假定母线 E 过电流保护动作时限为 0.5s，确定保护 1、2、3 过电流保护的动作时限，校验保护 1作近后备，保护 2、3 作远后备的灵敏度。6绘制三段式电流保护原理接线图。并分析动作过程。7、采用 MATLAB 建立系统模型进行仿真分析。续表BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系统接线图IV进度计划第一天：收集资料，确定设计方案。第二天：等值电抗计算、短路电流计算。第三天：电流 I 段整定计算及灵敏度校验。第四天：电流 II 段整定计算及灵敏度校验。第五天：电流 III 段整定计算及灵敏度校验。第六天：绘制保护原理图。第七、八天：MATLAB 建模仿真分析。第九天：撰写说明书。第十天：课设总结，迎接答辩。指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年 月 日注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算V摘要电力系统的输、配线路因各种原因可能 会发生相间或相地短路故障,因此,必须有相应的保护装置来反映这些故障，方向保护是利用电压和电流的乘积判明电流流向（相位）的继电保护。以判明短路故障位于保护装置处的正向或反向。电力系统的输、配线路因各种原因可能会发生相间或相地短路故障因此必须有相应的保护装置来反映这些故障并控制故障线路的断路器使其跳闸以切除故障.对各种不同电压等级的线路应该装设不同的相间短路和接地短路的保护。对于 3KV 及以上的电力设备和线路的短路故障，应有主保护和后备保护；对于电压等级在 220KV 及以上的线路，应考虑或者必须装设双重化的主保护，对于整个线路的故障，应无延时控制其短路器跳闸。线路的相间短路、接地短路保护有：电流电压保护，方向电流电压保护，接地零序流电压保护，距离保护和纵联保护等。电力系统中线路的电流电压保护包括：带方向判别和不带方向判别的相间短路电流电压保护，带方向判别和不带方向判别的接地短路电流电压保护。他们分别是用于双电源网络、单电源环形网络及单电源辐射网络的线路上切除相间或接地短路故障。根据线路故障对主、后备保护的要求，线路相间短路的电流电压保护有三种：第一，无时限电流速断保护；第二，带时限电流速断保护；第三，定时限过电流保护。这三种相间短路电流电压保护分别称为相间短路电流保护第段、第段和第段。其中第、段作为线路主保护，第段作为本线路主保护的后备保护和相邻线路或元件的远后备保护。第、段统称为线路相间短路的三段式电流电压保护。关键词：线路相间短路；电流电压保护；电力系统VI目 录第 1 章 绪论.11.1 继电保护基本概念.11.2 继电保护装置的基本要求.1第 2 章 输电线路电流保护整定计算.22.1 电流 段整定计算.22.1.1 动作电流的整定.22.1.2 灵敏度校验.32.1.3 动作时间的整定.32.2 电流段整定计算.42.3 电流段整定计算.4第 3 章 电流保护原理图的绘制与动作过程分析.63.1 电流三段式保护原理接线图.63.2 电流三段式原理展开图.7第 4 章 MATLAB 建模仿真分析.8第 5 章 课程设计总结.10参考文献.11本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 继电保护基本概念在电力系统运行中，外界因素（如雷击、鸟害呢）、内部因素（绝缘老化，损坏等）及操作等，都可能引起各种故障及不正常运行的状态出现，常见的故障有：单相接地；三相接地；两相接地；相间短路；短路等。电力系统非正常运行状态有：过负荷，过电压，非全相运行，振荡，次同步谐振，同步发电机短时失磁异步运行等。电力系统继电保护和安全自动装置是在电力系统发生故障和不正常运行情况时，用于快速切除故障，消除不正常状况的重要自动化技术和设备。电力系统发生故障或危及其安全运行的事件时，他们能及时发出告警信号，或直接发出跳闸命令以终止事件。1.2 继电保护装置的基本要求1选择性电力系统发生故障时，继电保护的动作应当具有选择件，它仅将故障部分切除能继续运行尽量缩小中断供电的范围。2动作迅速电力系统发生故障后，要求继电保护装置尽快的动作切除故障部分，这样做的好处(1)系统电压恢复得快，减少对广大用户的影响。(2)电气设备损坏程度减轻。(3)防止故障扩大，对高压电网来说，快速切除故障更为必要，否则会引起电力系统振荡甚至失去稳定。(4)有利于电弧闪络处的绝缘强度恢复当电源切除后又自动重新合上(即采用白动重合闸装置)再送电时容易获得成功(即提高了自动重合闸的成功率)。3灵敏性灵敏性是指继电保护装置反应故障的能力，一般以灵敏系数的大小来衡量。4安全性和可靠性(1)选用确当的保护原理，在可能条件下尽量简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。2(2)提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施。(3)提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理。除了上述四个方面基本要求之外，在选用继电保护装置时，还必须注意经济性，在保证电力系统安全运行的前提下，应采用投资少、维护费用较低的保护装置。本科生课程设计（论文）2第 2 章 输电线路电流保护整定计算2.1 电流 段整定计算2.1.1 动作电流的整定，244.06021LLXX164.0403LX，,204.050BCX124.030CDX84.020DEX所以，最大运行方式的等值阻抗为：11161024241015332121min3LGLLGGXXXXXXX最小运行方式的等值阻抗为：6.15161024153311max3LGLGXXXXXC 母线最大短路电流为：A14.220113115min3maxBCskCXXEIC 母线最小短路电流为：A62.1206.1531152323max3minBCskCXXEI同理，D 母线最大短路电流为：A54.11220113115min3maxCDBCskDXXXEID 母线最小短路电流为：A21.112206.1531152323max3minCDBCskDXXXEIE 母线最大短路电流为：本科生课程设计（论文）3A3.181220113115min3maxDECDBCskEXXXXEIE 母线最小短路电流为：A03.1812206.1531152323max3minDECDBCskEXXXXEI保护 1，2，3 的第 I 段动作电流分别为：A56.13.12.1max1kEIrelIopIKIA85.154.12.1max2kDIrelIopIKIA57.214.22.1max3kCIrelIopIKI2.1.2 灵敏度校验7.1012206.1556.1211523max31min1CDBCIopsXXXIExl5.4206.1585.1211523max32min2BCIopsXXIExl8.66.1557.2211523max33min3XIExlIops所以，不满足灵敏度要求。0%100min11DEIsenXxlK，不满足灵敏度要求。,0%100min22CDIsenXxlK，满足灵敏度要求。%15%34%100208.6%100min33BCIsenXxlK2.1.3 动作时间的整定由上述过程可知，保护 1，2，3 的 I 段动作时间分别为：，s01IopIs02IopIs03IopI本科生课程设计（论文）42.2 电流段整定计算对于保护 2 的电流保护 II 段动作电流应与相邻线路 DE 电流保护的 I 段配合，即，2min12bIopIIrelIIopKIKI12minbK所以，A79.1156.115.12IIopI，不满足灵敏度要求。3.165.085.121.12minIIopkDIIsenIIK所以断路器 2 处电流保护 II 段与断路器 1 处的 II 段配合，但因 1 处没有保护 II段，所以不满足要求。对于保护 3 的电流保护的 II 段的动作电流应与相邻线路 CD 电流保护的 I 段配合，即A23.2185.115.13min23bIopIIrelIIopKIKI，不满足灵敏度要求。3.173.023.262.13minIIopkCIIsenIIK所以，断路器 3 处电流保护 II 段与断路器 2 处电流保护 II 断配合，即A06.2179.115.13min23bIIopIIrelIIopKIKI，不满足灵敏度要求。3.173.023.262.13minIIopkCIIsenIIKs 13IIopI2.3 电流段整定计算整定保护 1，2，3 的过电流保护定值，假定母线 E 过电流保护动作电流时限为0.5s,确定保护 1，2，3 过电流保护的动作时限，校验保护 1 作近后备，保护 2，3作远后备的灵敏度。因为maxrelLressIIIIIIopIKKKI本科生课程设计（论文）5所以A304.015085.05.115.1maxrel1DEressIIIIIIopIKKKIA406.020085.05.115.1maxrel2CDressIIIIIIopIKKKIA609.030085.05.115.1maxrel3BCressIIIIIIopIKKKI因为假定母线 E 过电流保护动作的时限为 0.5s,即，所以保护s5.0eIIIopI1，2，3 整定时间分别为：s 1e1tIIIIIopIIIops5.112tIIIIIopIIIops223tIIIIIopIIIop，满足灵敏度要求。3.139.3304.003.11min1IIIopkEIIIsenIIK，满足灵敏度要求。2.154.2406.003.12min2IIIopkEIIIsenIIK，满足灵敏度要求。2.169.1609.003.13min3IIIopkEIIIsenIIK6 第 3 章 电流保护原理图的绘制与动作过程分析3.1 电流三段式保护原理接线图图 3.1 三段式电流保护原理接线图图中，1KA、2KA 是 A、C 三相电流保护段的测量元件；3KA、4KA 是 A、C 三项电流保护段的测量元件；5KA、6KA、7KA 是 A、C 三相电流保护段的测量元件；KM 是中间继电器；1KT、2KT 是电流保护、段的逻辑延时元件；1KS、2KS、3KS 是电流保护、段动作的报警用信号元件。在该保护的第段保护范围内发生 AB 两项短路时，测量元件1、2、3、4、5、6 都将动作，其中测量元件 1、2 直接启动中间继电器和信号元件，并使断路器跳闸，切出故障。虽然测量元件 3、4、5、6 启动了延时元件，但因故障切除后，故障电流已消失，所以所有测量元件和延时未到的延时元件，均将返回。电流保护的、段不会再输出跳闸信号。同理，在线路末端短路时，只有延时元7件动作以切出故障。3.2 电流三段式原理展开图电网的三段式电流保护的作用，是利用不同过电流值下，设置不同的延时动作时间来规避工作尖峰电流和使发生短路故障时，只有事故点最近的断路器动作以减少断电的影响范围。三段式电流保护原理展开图如图 3.2、3.3、3.4 所示。本科生课程设计（论文）8第 4 章 MATLAB 建模仿真分析利用 Simulink 中的 SimPowerSystems 工具箱构建设计要求中给定的电力系统系统，并在 Matlab 环境中调试成功。再建立线路三段式电流保护模块对各个部分参数进行设定。根据线路三段式保护的原理以及各段保护之间的配合模拟电流I、II、III 段保护动作分别在电流 I、II、III 段的范围内设置故障进行调试仿真。根据线路三段式保护的原理以及各段保护之间的配合模拟各段保护的动作情况。（1）模拟电流段保护动作执行仿真后，仿真结果如下图 4.1 所示：由图可以看出线路在 0.05s 发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过一个很小的延时 0.001s，断路器 1 跳闸。电流段成功按时动作。图 4.1 电流段保护仿真波形图（2）模拟电流段保护动作，在电流段的范围内设置故障，由于本设计是模拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路 1 的值来模拟线路不同段的故障。将线路 1 的值设置为 10，线路 0、2 分别为 0.3、3.5。仿真参数同 1），执行仿真后，仿真结果如下图 4.2 所示:9图 4.2 电流段保护仿真波形图 由图可以看出线路在 0.05s 发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过预先设置的延时 0.5s，断路器 1 在 0.55s 跳闸。电流段成功按时动作。（3）模拟电流段保护动作，在电流段的范围内设置故障，由于本设计是模拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路 1 的值来模拟线路不同段的故障。将线路 1 的值设置为 15.5，线路 0、2 分别为 0.3、3.5。仿真参数同 1），执行仿真后，仿真结果如下图 4.3 所示:图 4.3 电流段仿真波形图 由图可以看出线路在 0.05s 发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过预先设置的延时 1.0s，断路器 1 在 1.05s 跳闸。电流段成功按时动作。10第 5 章 课程设计总结本课设主要是针对输电线路电流电压保护进行设计。随着电力系统规模的不断扩大，对电力系统安全性、可靠性、高效性运行的要求越来越高，继电保护应运而生，本文对继电保护各项参数进行了计算，以及安装了方向保护元件实现方向保护，并对其系统保护的算法进行了 MATLAB 仿真研究。本文章首先是对电力系统继电保护进行了简单的介绍，然后对电流电压保护做了概述和简单的计算，然后给出了三段式电流保护的原理图，绘制出了电流三段式保护的原理接线图、交、直流展开图及信号回路展开图，电流三段式保护的原理接线图、交、直流展开图及信号回路展开图最后是对系统进行 MATLAB 仿真。最后得出结果与计算的结果相一致。本科生课程设计（论文）11参考文献1王维俭编著 电力系统继电保护基本原理 清华大学出版社 1991 2 许建安 编著 电力系统微机继电保护中国水利水电出版社 2003.63 何仰赞等 编著 电力系统分析 武汉：华中理科技学出版社，2002.34 于海生 编著 微型计算机控制技术 清华大学出版社 2003.45 王士政主编 电网调度自动化与配网自动化技术中国水利水电出版社 2007.36 梅丽凤等编著单片机原理及接口技术清华大学出版社 2009.7 7 尹项根等编著 电力系统继电保护原理与应用华中科技大学出版社 2001.5