電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計——輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計

1、電力系統(tǒng)機(jī)電保護(hù)課程設(shè)計論文 二號黑體加粗居中號） 設(shè)計課題 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計 論文題目 輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計 學(xué) 部 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 年 月 日課程設(shè)計（論文）任務(wù)書一、 課程設(shè)計（論文）的內(nèi)容輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計二、設(shè)計（論文）的要求與數(shù)據(jù)1、設(shè)計技術(shù)參數(shù)：L1=L2=60km,L3=50km,LB-C=40km,LC-D=50km,LD-E=20km,線路阻抗0.4/km,最大負(fù)荷電流IB-C.Lmax=360A,IC-D.Lmax=210A, ID-E.Lmax=110A,2、統(tǒng)接線圖如圖：BAG1123L3L2L1EDC

2、G2G3987654系統(tǒng)接線圖三、課程設(shè)計（論文）應(yīng)完成的工作1、值電抗計算、短路電流計算。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。并分析動作過程。6、采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析。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北京：中國電力出版社，20052 賀家禮電力系統(tǒng)繼電保護(hù)M北京：中國電力出版社，2004 3 能源部西北電力設(shè)計院電力工程電氣設(shè)計手冊（電氣二次

3、部分）北京：中國電力出版社，19824 方大千實(shí)用繼電保護(hù)技術(shù)M北京：人民郵電出版社，2003 5 崔家佩等電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動裝置整定計算M北京：水利電力出版社，1993 6 卓有樂電力工程電氣設(shè)計200例M北京：中國電力出版社，2002 7 陳德樹計算機(jī)繼電保護(hù)原理與技術(shù)M北京：水利電力出版社，1992 8 陳曾田電力變壓器保護(hù)M北京：水利電力出版社，1989 9 許建安電力系統(tǒng)繼電保護(hù)M北京：水利電力出版社，2003目 錄第1章 緒論-61.1 輸電線路電流保護(hù)概述-71.2 本文主要內(nèi)容-7第2章 輸電線路方向電流保護(hù)整定計算-92.1 方向電流段整定計算-92.1.1 保護(hù)4、

4、5的段動作電流的整定-102.1.2 靈敏度校驗(yàn)-102.1.3 動作時間的整定-102.2 保護(hù)5、7、9方向電流段整定計算-112.3方向電流段動作時間整定計算及方向元件的安裝-12第3章 方向電流保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析-123.1 保護(hù)原理圖-123.2 動作過程分析-12第4章 MATLAB建模仿真分析-13第5章 課程設(shè)計總結(jié)-15摘 要電力系統(tǒng)的輸、配線路因各種原因可能 會發(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)計題目為輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)

5、計，經(jīng)過保護(hù)4、5的段動作電流的整定、靈敏度的校驗(yàn)、動作時間的整定、保護(hù)5、7、9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(hù)原理圖，并對動作過程進(jìn)行分析。利用MATLAB軟件建立系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)給定參數(shù)對電氣元件設(shè)定，對仿真結(jié)果分析，符合設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電流保護(hù)；方向保護(hù)；方向元件一、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.對各種不同電壓等級的線路應(yīng)該裝設(shè)不同的相間短路和接地短路的保護(hù)。對于3KV及以上的電力設(shè)備和線路

6、的短路故障，應(yīng)有主保護(hù)和后備保護(hù)，對于電壓等級在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)，對于整個線路的故障，應(yīng)無延時控制其短路器跳閘。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 本文主要內(nèi)容通過對保護(hù)段的段動作電流的整定、靈敏度的校驗(yàn)、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

7、定計算，繪制方向電流保護(hù)原理圖，并對動作過程進(jìn)行分析。在對電流保護(hù)段來說，因?yàn)榉捶较蚨搪窌r功率方向測量元件不動作，其整定值就只需躲過正方向線路末端短路電流最大值，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，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量原件，并與電流測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)第段，即無時限方向電流速度保護(hù)的動作電流整定可以

8、不必躲過反方向外部最大短路電流；第段電流保護(hù)動作電流還應(yīng)考慮躲過反向不對稱短路時，流過非故障相的電流，這樣可防止在反方向發(fā)生不對稱故障時非故障線功率方向測量元件誤動作而造成的保護(hù)誤動作；在環(huán)網(wǎng)和雙電源網(wǎng)中，功率方向可能相同的電流保護(hù)第段的動作電流之間和動作時間之間應(yīng)相互配合，以保證保護(hù)的選擇性。本次設(shè)計包含了運(yùn)行方式的選擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負(fù)荷電流計算、短路電流計算、繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計算和校驗(yàn)、繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定計算和校驗(yàn)、對所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評價。二、輸電線路方向電流保護(hù)整定計算2.1 方向電流段整定計算2.1.1 保護(hù)4、5的段動作電流的整定根據(jù)任務(wù)書中的系統(tǒng)接線圖計

9、算各段線路的阻抗。=60*0.4=24 =50*0.4=20 =40*0.4=16=50*0.4=20 =20*0.4=8由電流速斷保護(hù)的動作電流應(yīng)躲過本線末端的最大短路電流，可計算：保護(hù)4= 1.668kA =1.21.668=2.002kA保護(hù)5因?yàn)?，所以在4QF加方向元件。2.1.2 靈敏度校驗(yàn)校驗(yàn)，應(yīng)按電流、電壓元件中保護(hù)范圍小的元件確定，整定值滿足可靠系數(shù)的要求。 保護(hù)4的靈敏度校驗(yàn)：=-20=8.72=2424+20=32=100%=27.25%>15%滿足靈敏度要求，所以合格。保護(hù)5的靈敏度校驗(yàn)： =7.09=20=100%=35.45%>15%滿足靈敏度要求，所以

10、合格。2.1.3 動作時間的整定因?yàn)闊o時限電流速斷保護(hù)不必外加延時元件即可保證保護(hù)的選擇性，所以電流保護(hù)第I段的動作時間為0，即t=t=0。2.2 保護(hù)5、7、9方向電流段整定計算無時限電流速斷保護(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),即帶時限的電流速斷保護(hù)對于此種保護(hù)的動作電流整定為。保護(hù)5段與保護(hù)3配合= IB-C.Lmax=360A :分支系數(shù)=流過故障線電流/流過保護(hù)線電流。=1+=1+=1.42=/1.42=291.54A kA=1796.875A=6.16>1.4 所以滿足靈敏度要求。 與相鄰保護(hù)3段配合=1+=1+=1.42 IC-D.Lm

11、ax=210A 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：=1=/=264.5A =/=214.21A =8.38>1.4此結(jié)果滿足靈敏度要求。 =1s 保護(hù)7,9與保護(hù)5相同。2.3方向電流段動作時間整定計算及方向元件的安裝為保證選擇性，則必須加延時元件，且應(yīng)按照階梯形原則整定，即兩相鄰線路的電流動作時間相差一個t。上一線路與動作時間長的下一段線路相配合；末級不裝延時元件；越靠近電源，延時越長。s（線路末端），（無下一級，相當(dāng)于末級） 若:>，:<矛盾，則需加方向元件。因?yàn)?gt; 為簡化保護(hù)接線和提高保護(hù)的可靠性，電流保護(hù)每相的第、段可共用一個方向元件

12、。電流保護(hù)第段的動作時間小者而可能失去選擇性時加方向元件，動作時間相同者可能失去選擇性時均加方向元件。故保護(hù)4,6,8加方向元件。三、方向電流保護(hù)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。 圖3.1 方向電流保護(hù)原理圖3.2 動作過程分析電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動方式，當(dāng)兩者都滿足時線路才能接通。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，有本線路所在保護(hù)的段切故障。當(dāng)斷拒動或故障時，電流繼電器經(jīng)過延時繼電器，延時元件則用于判別是否本線路發(fā)生了故障而主保護(hù)據(jù)動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，若出現(xiàn)上述舉動情況，則延時元件會有輸出，使本線斷路器跳

13、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有輸出，經(jīng)非門閉鎖保護(hù)，可防止保護(hù)誤動作。發(fā)生故障時相應(yīng)段的保護(hù)動作，信號元件動作輸出保護(hù)動作的報警信號。整套保護(hù)也可用距離保護(hù)中第段的測量元件兼做啟動元件，保護(hù)中第、段的測量元件、整定值可由一個阻抗元件用接點(diǎn)進(jìn)行切換實(shí)現(xiàn)，若測量元件、和無方向性，則需加方向判別元件。整套保護(hù)中每相均有啟動元件，可以增加保護(hù)的可靠性。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。將給定的信號輸入仿真系統(tǒng)，將各個環(huán)節(jié)的端口按框圖連接起

14、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)的動作情況。圖4.1 MATLAB建模仿真圖正常運(yùn)行狀態(tài)時線路電壓電流波形如圖4.2所示。圖4.2 電壓波形線路發(fā)生相間兩相短路故障時的故障相電流波形如圖4.3所示。線路兩相短路故障時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)果表明，所建立的保護(hù)模型具有實(shí)時性和正確性，符合計算結(jié)論。圖4.3 故障相電流波形心得體會時光飛逝，轉(zhuǎn)眼間電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計結(jié)束了。在這短暫的幾個星期里雖然很辛苦但是我學(xué)會了很多東西，有很大的收獲。這次的課程設(shè)計是自上大學(xué)以來最后一次設(shè)計訓(xùn)練。通過這次課程設(shè)計,對我們綜合運(yùn)用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及相關(guān)課程知識解決問題的能力有很大的提高,使所學(xué)知識得到鞏固和發(fā)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?不放過一絲的錯誤,對圖的每一個環(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?？傊谶@課程設(shè)計中我受益非淺，對我以后的工作也是有很大的幫助的，我不會忘記這次的課設(shè)的。在這里我也感謝所有給予