35kV輸電線路電流電壓保護設(shè)計(2)

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學學 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 輸電線路電流電壓保護設(shè)計（輸電線路電流電壓保護設(shè)計（2 2） 院（系）：院（系）： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學學 號：號： 學生姓名：學生姓名： 指導教師：指導教師： （簽字） 起止時間：起止時間： 本科生課程設(shè)計（論文） I 課程設(shè)計（論文）任務及評語課程設(shè)計（論文）任務及評語 院（系）： 教研室：電氣工程及其自動化 學 號學生姓名專業(yè)班級 課程設(shè) 計（論 文）題 目 35kV 輸電線路電流電壓保護設(shè)計（2） 本科生課程設(shè)計（論文） II 課程設(shè)計（論文）任務

2、系統(tǒng)接線圖如圖： 課程設(shè)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 ,25,3/37 1 G XkVE ,10,15 32 GG XX L1=L2=60km,L3=40km, LB-C=30km,LC-D=30km, LD-E=20km,線路阻抗 0.4/km, ,2 . 1 I rel K rel K15 . 1 rel K 最大負荷電流 IB-C.Lmax=110A, IC-D.Lmax=70A, ID-E.Lmax=35A, 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：G

3、2、L2 退出運行。 1.確定保護 3 在最大、最小運行方 式下的等值電抗。 2.進行 C 母線、D 母線、E 母線相間 短路的最大、最小短路電流的計算。 3.整定保護 1、2、3 的電流速斷保 護定值，并計算各自的最小保護范 圍。 4.整定保護 2、3 的限時電流速斷保 護定值，并校驗靈敏度。 5.整定保護 1、2、3 的過電流保護 定值，假定母線 E 過電流保護動作 時限為 0.5s，確定保護 1、2、3 過 電流保護的動作時限，校驗保護 1 作近后備，保護 2、3 作遠后備的靈 敏度。 6繪制三段式電流保護原理接線圖。 并分析動作過程。 7、采用 MATLAB 建立系統(tǒng)模型進行 仿真分析

4、。 B A G 1 1 23 L 3 L 2 L 1 ED C G 2 G 3 98 76 54 系統(tǒng)接線圖 本科生課程設(shè)計（論文） III 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：電流 I 段整定計算及靈敏度校驗。 第四天：電流 II 段整定計算及靈敏度校驗。 第五天：電流 III 段整定計算及靈敏度校驗。 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。 指導教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日 注：成績：平時20% 論文

5、質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算。 本科生課程設(shè)計（論文） IV 摘要 電力系統(tǒng)在運行中，可能發(fā)生各種故障和異常運行狀態(tài)。故障和異常運行狀態(tài) 都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。較其他電氣元件，輸電線路是電力系統(tǒng)中最容易發(fā) 生故障的一環(huán)。故障一旦發(fā)生，必須迅速而有選擇性的切除故障區(qū)段，使非故障區(qū) 段正常供電，這是保證電力系統(tǒng)安全運行的最有效方法之一。實現(xiàn)這些功能的就要 靠繼電保護裝置。隨著微機技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代社會對供電可靠性的提高，微機保護 裝置正日益普遍的用于電力系統(tǒng)中。 1.無論傳統(tǒng)繼電保護還是現(xiàn)代微機保護，其基本任務都是： （1）當電力系統(tǒng)被保護元件發(fā)生故障時，保護裝置應能自動、迅速、有選擇

6、性 的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障 部分迅速恢復正常運行。 （2）當電力系統(tǒng)被保護元件出現(xiàn)異常運行狀態(tài)，能根據(jù)運行維護的條件，而動 作于發(fā)出信號，減負荷或跳閘。 可見，繼電保護對保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運 行，阻止故障的擴大和事故的發(fā)生，發(fā)揮著極其重要的作用。因此，合理配置繼電 保護裝置，提高整定和校核工作的快速性和準確性，以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定 運行的要求，理應得到我們的重視。 2.對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求： 動作于跳閘的繼電保護，在技術(shù)上一般 應滿足四個基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。 （1）選擇性 繼電保護動作的選擇性是指保護

7、動作裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中 切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。 （2）速動性 快速的切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低 的情況下工作的時間，以及縮小故障元件的損壞程度。因此，在故障發(fā)生時，應力 求保護裝置能迅速動作切除故障。 本科生課程設(shè)計（論文） V （3）靈敏性 繼電保護的靈敏性，是指對于其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或者不正常運行狀態(tài)的 反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應該是在事先規(guī)定的保護范圍內(nèi)部故障時， 不論短路點的位置、短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻都能敏銳感覺， 正確反應。 （4）可靠性 保護裝置的可靠性

8、是指在該保護裝置規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了它應該動作的 故障時，它不應該拒絕動作，而在任何其他該保護不該動作的情況下，則不應該誤 動作。 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：繼電保護；電流電壓保護；電力系統(tǒng)；保護元件 本科生課程設(shè)計（論文） VI 目 錄 第 1 章 緒論.1 1.1 輸電線路電流保護概述 .1 1.2 本文設(shè)計內(nèi)容 .1 第 2 章 輸電線路電流保護整定計算.2 2.

9、1 電流 段整定計算.2 2.1.1 動作電流的整定 .2 2.1.2 靈敏度校驗 .3 2.1.3 動作時間的整定 .3 2.2 電流段整定計算.4 2.3 電流段整定計算 .4 第 3 章 電流保護原理圖的繪制與動作過程分析.6 3.1 電流三段式保護原理接線圖 .6 3.2 電流三段式原理展開圖.7 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 .8 第 5 章 課程設(shè)計總結(jié).10 參考文獻.11 本科生課程設(shè)計（論文） 1 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?能會發(fā)生相間或相地短路故障，因此，必須有相應的保護裝

10、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，應有主保護和后備保護；對于電壓等級在 220KV 及以上的線路，應該考慮或者 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

11、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） 2 第 2 章 輸電線路電流保護整定計算 2.1 電流 段整

12、定計算 2.1.1 動作電流的整定 ，244 . 060 21LL XX164 . 040 3L X ，, 124 . 030 BC X124 . 030 CD X84 . 020 DE X 所以，最大運行方式的等值阻抗為： 14152524241525 212121min3GGLLGG XXXXXXX 最小運行方式的等值阻抗為： 1716102425 3311max3LGLG XXXXX C 母線最大短路電流為： A 82 . 0 1214 337 min3 max BC s kC XX E I C 母線最小短路電流為： A 64. 0 1217 337 2 3 2 3 max3 min B

13、C s kC XX E I 同理，D 母線最大短路電流為： A 56. 0 121214 337 min3 max CDBC s kD XXX E I D 母線最小短路電流為： A 45. 0 121217 337 2 3 2 3 max3 min CDBC s kD XXX E I E 母線最大短路電流為： 本科生課程設(shè)計（論文） 3 A 46 . 0 8121214 337 min3 max DECDBC s kE XXXX E I E 母線最小短路電流為： A 38. 0 8121217 337 2 3 2 3 max3 min DECDBC s kE XXXX E I 保護 1，2，3

14、 的第 I 段動作電流分別為： A552 . 0 46. 02 . 1 max1kE I rel I op IKI A672 . 0 56 . 0 2 . 1 max2kD I rel I op IKI A984 . 0 82 . 0 2 . 1 max3kC I rel I op IKI 2.1.2 靈敏度校驗 49. 6121216 552 . 0 2 37 2 3 max3 1 min1CDBC I op s XXX I E xl 470 . 0 1216 672 . 0 2 37 2 3 max3 2 min2BC I op s XX I E xl 800 . 2 16 984 . 0

15、 2 37 2 3 max3 3 min3 X I E xl I op s 所以，不滿足靈敏度要求。 0%100 min1 1 DE I sen X xl K ，不滿足靈敏度要求。 , 0%100 min2 2 CD I sen X xl K ，滿足靈敏度要求。 %15% 3 . 23%100 12 800. 2 %100 min3 3 BC I sen X xl K 2.1.3 動作時間的整定 由上述過程可知，保護 1，2，3 的 I 段動作時間分別為： ，s0 1 I op Is0 2 I op Is0 3 I op I 本科生課程設(shè)計（論文） 4 2.2 電流段整定計算 對于保護 2 的

16、電流保護 II 段動作電流應與相鄰線路 DE 電流保護的 I 段配合， 即 ， 2min12b I op II rel II op KIKI1 2min b K 所以，A63 . 0 1552 . 0 15 . 1 2 II op I ，不滿足靈敏度要求。 3 . 171. 0 63. 0 45. 0 2 min II op kDII sen I I K 所以斷路器 2 處電流保護 II 段與斷路器 1 處的 II 段配合，但因 1 處沒有保護 II 段，所以不滿足要求。 對于保護 3 的電流保護的 II 段的動作電流應與相鄰線路 CD 電流保護的 I 段配 合，即 A77 . 0 1672

17、. 0 15 . 1 3min23b I op II rel II op KIKI ，不滿足靈敏度要求。 3 . 183 . 0 77 . 0 64 . 0 3 min II op kCII sen I I K 所以，斷路器 3 處電流保護 II 段與斷路器 2 處電流保護 II 斷配合，即 A72. 0163 . 0 15 . 1 3min23b II op II rel II op KIKI ，不滿足靈敏度要求。 3 . 189. 0 72. 0 64. 0 3 min II op kCII sen I I K s 1 3 II op I 2.3 電流段整定計算 整定保護 1，2，3 的過

18、電流保護定值，假定母線 E 過電流保護動作電流時限為 0.5s,確定保護 1，2，3 過電流保護的動作時限，校驗保護 1 作近后備，保護 2，3 作遠后備的靈敏度。 因為 max rel L re ss III III op I K KK I 本科生課程設(shè)計（論文） 5 所以 A 029.7135 85 . 0 5 . 115. 1 max rel 1DE re ss III III op I K KK I A 059.14270 85. 0 5 . 115 . 1 max rel 2CD re ss III III op I K KK I A 235.223110 85. 0 5 . 115

19、. 1 max rel 3BC re ss III III op I K KK I 因為假定母線 E 過電流保護動作的時限為 0.5s,即，所以保護s5 . 0 e III op I 1，2，3 整定時間分別為： s 1 e1 tII III op III op s5 . 1 12 tII III op III op s2 23 tII III op III op ，不滿足靈敏度要求。 3 . 100535 . 0 029.71 38 . 0 1 min 1 III op kEIII sen I I K ，不滿足靈敏度要求。 2 . 100267 . 0 059.142 38 . 0 2 mi

20、n 2 III op kEIII sen I I K ，不滿足靈敏度要求。 2 . 100170. 0 235.223 38 . 0 3 min 3 III op kEIII sen I I K 本科生課程設(shè)計（論文） 6 第 3 章 電流保護原理圖的繪制與動作過程分析 3.1 電流三段式保護原理接線圖 圖 3.1 三段式電流保護原理接線圖 圖中，1KA、2KA 是 A、C 三相電流保護段的測量元件； 3KA、4KA 是 A、C 三項電流保護段的測量元件； 5KA、6KA、7KA 是 A、C 三相電流保護段的測量元件； KM 是中間繼電器； 1KT、2KT 是電流保護、段的邏輯延時元件； 1K

21、S、2KS、3KS 是電流保護、段動作的報警用信號元件。 在該保護的第段保護范圍內(nèi)發(fā)生 AB 兩項短路時，測量元件 1、2、3、4、5、6 都將動作，其中測量元件 1、2 直接啟動中間繼電器和信號元件， 并使斷路器跳閘，切出故障。雖然測量元件 3、4、5、6 啟動了延時元件，但因故障 切除后，故障電流已消失，所以所有測量元件和延時未到的延時元件，均將返回。 電流保護的、段不會再輸出跳閘信號。同理，在線路末端短路時，只有延時元 本科生課程設(shè)計（論文） 7 件動作以切出故障。 3.2 電流三段式原理展開圖 電網(wǎng)的三段式電流保護的作用，是利用不同過電流值下，設(shè)置不同的延時動作 時間來規(guī)避工作尖峰電流

22、和使發(fā)生短路故障時，只有事故點最近的斷路器動作以減 少斷電的影響范圍。 三段式電流保護原理展開圖如圖 3.2、3.3、3.4 所示。 圖 3.2 交流回路展開圖 圖 3.3 直流回路展開圖 圖 3.4 信號回路展開圖 T Aa T Ac 1KA3KA5KA 2KA4KA6KA 7KA A C N +WC-W C 1KA 2KA 3KA 4KA 5KA 6KA 7KA KM 1KT 2KT 1KS 2KS 3KS KM 1KT 2KT QF T Q + WS 1KS 2KS 3KS 本科生課程設(shè)計（論文） 8 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 利用 Simulink 中的 SimPower

23、Systems 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、III 段保護動作分別在電流 I、II、III 段的范圍內(nèi)設(shè)置故障進行調(diào)試仿真。 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各段保護的動作情況。 （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 0.05s 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

24、段保護仿真波形圖 （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） 9 圖 4.2 電流段保護仿真波形圖 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 預先設(shè)置的延時 0.5s，斷路器 1 在 0.55s 跳閘。電流段成功按時動作。 （3）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 15.5，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 4.3 所示: 圖 4.3 電流段