繼電保護課程設(shè)計(3)課件

1、輸電線路距離保護設(shè)計（3）專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化1班 學(xué) 號： 2011116111 學(xué)生姓名： 鐘英鶴 指導(dǎo)教師： 孫秀桂 課程設(shè)計任務(wù) 學(xué) 號2011116111學(xué)生姓名鐘英鶴專業(yè)班級電氣工程及其自動化1班課程設(shè)計（論文）題目輸電線路距離保護設(shè)計課程設(shè)計8E6560km40km2174330kmDCBA系統(tǒng)接線圖系統(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)工作量線路每公里阻抗為Z1=0.4/km,線路阻抗角為L=75,AB、BC線路最大負(fù)荷電流為410A,負(fù)荷功率因數(shù)為cosL=0.9,。電源電勢為E=115kV, ZsAmax=15,ZsAmin=6,ZsBmax

2、=15,ZsBmin=10。歸算至115kV的各變壓器阻抗為84.2,容量ST為15MV.A。其余參數(shù)如圖所示。1計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。2. 計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。3. 計算保護1距離保護第段的整定值和靈敏度。4分析系統(tǒng)在最小運行方式下振蕩時，保護1各段距離保護的動作情況。5當(dāng)距保護1出口20km處發(fā)生帶過渡電阻Rarc=12的相間短路時，保護1的三段式距離保護將作何反應(yīng)（設(shè)B母線上電源開路）？6繪制三段式距離保護的原理框圖。并分析動作過程。7. 采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進行仿真分析。摘 要距離保護是以距離測量元件為基礎(chǔ)構(gòu)成的保護裝置，又稱阻抗保護。當(dāng)系

3、統(tǒng)正常運行時，保護裝置安裝處的電壓為系統(tǒng)的額定電壓，電流為負(fù)載電流，而發(fā)生短路故障時，其電壓降低、電流增大。因此，電壓和電流的比值，在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下是有很大變化的。由于線路阻抗和距離成正比，保護安裝處的電壓與電流之比反映了保護安裝處到短路點的阻抗，也反映了保護安裝處到短路點的距離。所以可按照距離的遠(yuǎn)近來確定保護裝置的動作時間，這樣就能有選擇地切除故障。本設(shè)計為輸電線路的距離保護，簡述了輸電線路距離保護的原理具體整定方法和有關(guān)注意細(xì)節(jié)，對輸電網(wǎng)絡(luò)距離保護做了詳細(xì)的描述，同時介紹了距離保護的接線方式及阻抗繼電器的分類，分析了系統(tǒng)振蕩系統(tǒng)時各發(fā)電機電勢間的相角差隨時間周期性變化和短路過渡電阻

4、影響。最后通過MATLAB建模仿真分析本設(shè)計的合理性，及是否滿足要求。關(guān)鍵詞：距離保護；故障點；整定計算；仿真目 錄第1章 緒論11.1 輸電線路距離保護概述11.2 本文研究內(nèi)容2第2章 輸電線路距離保護整定計算32.1 距離段整定計算32.2 距離段整定計算32.3 距離段整定計算42.4 系統(tǒng)振蕩和短路過渡電阻影響分析52.4.1 系統(tǒng)震蕩特性52.4.2 短路過渡電阻影響分析8第3章 距離保護原理圖的繪制與動作過程分析113.1 保護1各段距離保護的動作過程113.2 三段式距離保護的原理框圖11第4章 課程設(shè)計總結(jié)17第5章 參考文獻(xiàn)18141、 緒論1.1 輸電線路距離保護概述電力

5、系統(tǒng)是一個地域分布遼闊，由發(fā)電廠、變電站、輸配電網(wǎng)絡(luò)和用戶組成的統(tǒng)一調(diào)度和運行的復(fù)雜大系統(tǒng)。電力系統(tǒng)自動化的領(lǐng)域包括生產(chǎn)過程的自動檢測、調(diào)節(jié)和控制,系統(tǒng)和元件的自動安全保護,網(wǎng)絡(luò)信息的自動傳輸，系統(tǒng)生產(chǎn)的自動調(diào)度，以及企業(yè)的自動化經(jīng)濟管理等。電力系統(tǒng)自動化的主要目標(biāo)是保證供電的電能質(zhì)量發(fā)展過程20世紀(jì)50年代以前，電力系統(tǒng)容量在幾百萬千瓦左右,單機容量不超過10萬千瓦,電力系統(tǒng)自動化多限于單項自動裝置，且以安全保護和過程自動調(diào)節(jié)為主。例如,電網(wǎng)和發(fā)電機的各種繼電保護,汽輪機的危急保安器,鍋爐的安全閥,汽輪機轉(zhuǎn)速和發(fā)電機電壓的自動調(diào)節(jié),并網(wǎng)的自動同期裝置等。5060年代, 電力系統(tǒng)規(guī)模發(fā)展到上千

6、萬千瓦,單機容量超過20萬千瓦,并形成區(qū)域聯(lián)網(wǎng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟調(diào)度和綜合自動化方面提出了新的要求。廠內(nèi)自動化方面開始采用機、爐、電單元式集中控制。系統(tǒng)開始裝設(shè)模擬式調(diào)頻裝置和以離線計算為基礎(chǔ)的經(jīng)濟功率分配裝置，并廣泛采用遠(yuǎn)動通信技術(shù)。各種新型自動裝置如晶體管保護裝置、可控硅勵磁調(diào)節(jié)器、電氣液壓式調(diào)速器等得到推廣使用。7080年代，以計算機為主體配有功能齊全的整套軟硬件的電網(wǎng)實時監(jiān)控系統(tǒng) (SCADA)開始出現(xiàn)。20萬千瓦以上大型火力發(fā)電機組開始采用實時安全監(jiān)控和閉環(huán)自動起停全過程控制。水力發(fā)電站的水庫調(diào)度、大壩監(jiān)測和電廠綜合自動化的計算機監(jiān)控開始得到推廣。各種自動調(diào)節(jié)裝置和繼電保護裝置中廣泛

7、采用微型計算機。電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力。因此，繼電保護技術(shù)得天獨厚，在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個歷史階段：繼電保護的萌芽期、晶體管繼電保護、集成運算放大器的集成電路保護和計算機繼電保護。繼電保護技術(shù)未來趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化的發(fā)展。隨著計算機硬件的迅速發(fā)展，微機保護硬件也在不斷發(fā)展。電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高，除了保護的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強大的通信能力，與其它保護。繼電保護的原

8、理是利用被保護線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量為信號量，當(dāng)突變量到達(dá)一定值時，起動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。對電力系統(tǒng)繼電保護的基本性能要求是有選擇性，速動性，靈敏性，可靠性。這次課程設(shè)計以最常見的輸電線路距離保護設(shè)計為例進行分析設(shè)計，要求對整個電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)方面的課程有綜合的了解。特別是對繼電保護、電力系統(tǒng)、電路、發(fā)電廠的電氣部分有一定的研究。重點進行了電路的化簡、距離保護的具體計算。1.2 本文研究內(nèi)容本次課程設(shè)計的主要針對方向是輸電線路的距離保護。研究內(nèi)容分為計算和分析兩個部分計算部分的主要內(nèi)容是計算保護1距離保護段、段和段的整定值和靈敏度，在計算靈敏度的同時要注

9、意每個保護的動作時間要精確，上述工作完成后接下來對設(shè)計提出的系統(tǒng)震蕩和短路過渡電阻對系統(tǒng)的影響進行相應(yīng)的計算分析，并確定距離保護的范圍，并分析系統(tǒng)在最小運行方式下振蕩時，保護1的各段距離保護的動作情況。最后用MATLAB進行仿真，來驗證計算的正確性。1、 輸電線路距離保護整定計算1.3 距離段整定計算距離段動作阻抗的整定距離I段按躲開下一條線路出口處短路的原則整定 其中：計算相間距離保護第段動作阻抗確定動作時限：t=0S整定阻抗角與線路阻抗角相等，保護區(qū)為被保護線路全長的80%。1.4 距離段整定計算距離II段與相鄰線路距離保護I段相配合，或躲開線路末端變電所變壓器低壓出口側(cè)出口處短路時的阻抗

10、值整定。（1）與相鄰線路第段配合。動作阻抗為： ：最小分支系數(shù) 助增分支：汲出系數(shù)為：1總的分支系數(shù)為： 整定阻抗為：靈敏度校驗： 要求：1.31.5 滿足要求（2）躲開線路末端變電所變壓器低壓出口側(cè)出口處短路時的阻抗值。動作阻抗為： ：最小分支系數(shù)整定阻抗為：靈敏度校驗： 要求：1.31.5 滿足要求相間距離II段整定值取上述兩項中較小值。整定阻抗為：整定時間為：t=0.5S 1.5 距離段整定計算（1）按躲過最小負(fù)荷阻抗整定動作阻抗為： 整定阻抗為： （2）靈敏度校驗近后備時： 滿足要求遠(yuǎn)后備時：作為線路BC遠(yuǎn)后備時： 滿足要求。作為變壓器遠(yuǎn)后備時： 滿足要求。動作時間： 1.6 系統(tǒng)振蕩

11、和短路過渡電阻影響分析1.6.1 系統(tǒng)震蕩特性系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)中各發(fā)電機電勢間的相角差隨時間作周期性變化，從而使系統(tǒng)中各點電壓，線路電流以及距離保護的測量阻抗也將發(fā)生周期性變化，可能導(dǎo)致距離保護的誤動作。但通常系統(tǒng)振蕩若干周期后，多數(shù)情況下能自行恢復(fù)同步，若此時保護誤動，勢必造成不良后果，因而使不允許的。（1）對系統(tǒng)振蕩電壓，電流的變化規(guī)律幾點假設(shè)：.全相振蕩時，系統(tǒng)三相對稱，故可只取一相分析；.兩側(cè)電源電勢和電勢相等，相角差為；.系統(tǒng)中各元件阻抗角均相等，以表示；不考慮負(fù)荷電流的影響，不考慮振蕩同時發(fā)生短路。電流：振蕩電流的有效值隨變化（包絡(luò)線）電壓：系統(tǒng)中總有一點的電壓為最低，其值為由0向

12、相量所做的垂線的長度，該點則稱為振蕩中心，以z表示。當(dāng) 且系統(tǒng)中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統(tǒng)縱向阻抗的中點（即處）。當(dāng)時，I最大，相當(dāng)于在線路z點發(fā)生三相短路。振蕩周期：電壓的一個最大值到下一個最大值所經(jīng)歷的時間，一般發(fā)生在0.252.5s的范圍內(nèi)。（2）系統(tǒng)振蕩時測量阻抗時測量阻抗的變化規(guī)律。M側(cè)：因為所以,可見，當(dāng)變化，幅值變化，阻抗角亦變化。系統(tǒng)振蕩時時距離保護的影響：當(dāng)測量阻抗進入特性圓內(nèi)，阻抗繼電器就要誤動。全阻抗繼電器誤動的相角，方向阻抗繼電器誤動的相角。 因為T0.252.5之間，所以就可躲振蕩的影響。（3）當(dāng) 且系統(tǒng)中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統(tǒng)縱向

13、阻抗的中點（即處）。則1.6.2 短路過渡電阻影響分析過渡電阻的性質(zhì)： 電弧電阻 電弧電阻，桿塔電阻，大地電阻 其中為附加阻抗， ，為超前的角度。討論：.,單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò) 純電阻性， 增大。. . 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)受電側(cè)0, 電阻電感性，電抗部分增大。送電側(cè)0, 電阻電容性，電抗部分減小。依設(shè)計要求，當(dāng)距保護1出口20km處發(fā)生帶過渡電阻Rarc=12的相間短路時，觀察保護1的三段式距離保護將作出的反應(yīng)（設(shè)B母線上電源開路）。則可將系統(tǒng)視作單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)1、 相間距離保護I段：由于所以相間距離保護I段不動作。2、 相間距離保護II段：由于 所以相間距離保護II段動作。3、 相間距離保護II段：由于 所

14、以相間距離保護III段動作。1、 距離保護原理圖的繪制與動作過程分析1.7 保護1各段距離保護的動作過程系統(tǒng)在最小運行方式下振蕩時，保護1各段距離保護的動作情況如下：1、 相間距離保護I段：由于所以相間距離保護I段不動作。2、 相間距離保護II段：由于 t=0.5S1.5S所以相間距離保護III段不動作。1.8 三段式距離保護的原理框圖三段式距離保護的原理框圖如圖3.1。圖3.1 三段式距離保護的原理框圖第四章 課程設(shè)計總結(jié)本文要求設(shè)計輸電線路的距離保護。這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。系統(tǒng)在正常運行時，不可能總工作于最大運行方式下，因此當(dāng)運行方式變小時，電流保護的保護范圍將縮短，靈敏度降低；而

15、距離保護測量的是短路點至保護安裝處的距離，受系統(tǒng)運行方式影響較小，保護范圍穩(wěn)定因此常用于線路保護。這次設(shè)計的主要目標(biāo)是針對系統(tǒng)的接線圖和提出的相應(yīng)問題，計算出保護1距離保護段、段和段的整定值和靈敏度，在計算靈敏度的同時要注意的問題就是每個保護的動作時間要計算準(zhǔn)確，這對后續(xù)的計算至關(guān)重要。靈敏度的計算同時也是很重要的一環(huán)，這能影響到計算所得的靈敏度是否滿足系統(tǒng)的要求。上述工作完成后接下來對設(shè)計提出的系統(tǒng)震蕩和短路過渡電阻對系統(tǒng)的影響進行相應(yīng)的計算分析，并確定距離保護的范圍，并分析系統(tǒng)在最小運行方式下振蕩時，保護1的各段距離保護的動作情況。在計算中由于對概念和動作過程了解的不夠詳細(xì)，計算靈敏度的時

16、候也出現(xiàn)了錯誤，導(dǎo)致后續(xù)的分析出了很大的問題。時候及時的修正路數(shù)據(jù)，才避免了后面的計算錯誤。計算出來的數(shù)據(jù)一定要留出一定的裕量，方便實際中的斷路器和其他元件電氣參數(shù)的合理選取。第五章 參考文獻(xiàn)1 賀家李等 編著 電力系統(tǒng)繼電保護原理 北京：中國電力出版社，1994.8 2 楊新民等 編著 電力系統(tǒng)微機保護培訓(xùn)教材北京:中國電力出版社,2000.6 3 何仰贊等 編著 電力系統(tǒng)分析 武漢：華中理科技學(xué)出版社，2002.34 許正亞等 編著 輸電線路新型距離保護北京:中國水利水電出版社,2002.85 陳桂明等 編著 應(yīng)用MATLAB建模與仿真 科學(xué)出版社，2001.36 崔家佩等 編著 電力系統(tǒng)繼電保護與安全自動裝置的整定計算北京:中國電力出版社,1993.1 7 許建安 編著 電力系統(tǒng)微機繼電保護 中國水利水電出版社，2003.68 張保會等 編著 電力系統(tǒng)繼電保護 中國電力出版社，2005.59 黃家裕等 編著 電力系統(tǒng)數(shù)字仿真 水利電力出版社，1995.510 張之哲等 編著 微型計算機距離保護的自適應(yīng)對策 中國電力出版社，1998.111 王梅義等 編著 高壓電網(wǎng)繼電保護運行技術(shù) 北京:電力工業(yè)出版社,1981.312 呂繼紹 主編 電力系統(tǒng)繼電保護設(shè)計原理 北京:水利電力出版社,1986.3試驗總結(jié) 本次試驗