輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計方案

1、i小，塔本科生課程設(shè)計（論文）遼寧工業(yè)大學(xué)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（5）院（系）：專業(yè)班級：學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間：2012.12.312013.01.11i第/至士繆本科生課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：電氣工程及其自動化學(xué)號學(xué)生姓名專業(yè)班級輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計（5）課程設(shè) 計（論 文）題目課程設(shè)”(論文)任務(wù)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)E©=115/®V、Xgi =20Q,Xgz =12Q,Xg3 =12Q,Ll=L2=60km, L3=o0km,

2、LB-C-lOkm, LC-D=50km, LD-E=20km,線路阻抗 0. 4Q/km,K1 = 1.2，C/ = K；： = 1.15, 最大負(fù)荷電流IB-C. Lmax=360A, IC-D. Lmax=210A,ID-E. Lmax=110A,電動機(jī)自啟動系數(shù)Kss=l. 5,電流 繼電器返回系數(shù)Kre=0. 85。最大運(yùn) 行方式:三臺發(fā)電機(jī)及線路L1、L2、 L3同時投入運(yùn)行；最小運(yùn)行方式: G2、L2退出運(yùn)行。工作量1 .等值電抗計算、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 .確定保護(hù)5、7、9限時電流速斷 保護(hù)的電流定值，并校驗(yàn)靈

3、敏度。4 .確定保護(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 .繪制方向過電流保護(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。I第f挈本科生課程設(shè)計（論文）續(xù)表進(jìn)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：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。第四天：確定保護(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。第五天：確定保護(hù)4、5、6、7、8、9過電流保護(hù) 的時間定值，說明何處需安裝方向元件。第六天：繪制保護(hù)原理圖。第七、八天：MATLAB建模仿真分析。

4、第九天：撰寫說明書。第十天：課設(shè)總結(jié)，迎接答辯。指導(dǎo)教需語及成績平時：論文質(zhì)量：答辯：總成績： 指導(dǎo)教師簽字：年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20%以百分制計算電力系統(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)計，經(jīng)過保護(hù)4、5的I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H段的整定 計算和方向電流山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

5、 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5目錄第1章緒論41.1 輸電線路電流保護(hù)概述41.2 本文主要內(nèi)容4第2章輸電線路方向電流保護(hù)整定計算62. 1方向電流I段整定計算62. 1. 1保護(hù)4、5的I段動作電流的整定63. 1. 2靈敏度校驗(yàn)62. 1. 3動作時間 的整定71. 2保護(hù)5、7、9方向電流II段整定計算72. 3方向電流III段動作時間整定計算及方向元件的安裝8第3章方向電流保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析103. 1保護(hù)原理圖103. 2動作過程分析10第

6、4章MATLAB建模仿真分析11第5章課程設(shè)計總結(jié)13參考文獻(xiàn)14第1章緒論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

7、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I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【I段的整定計算和方向電流山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。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

8、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1段，即無時限方向電流 速度保護(hù)的動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)

9、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。I第f挈本科生課程設(shè)計（論文）9第2章輸電線路方向電流保護(hù)整定計算2.1方向電流I段整定計算2. 1. 1保護(hù)4、5的I段動作電流的整定根據(jù)任務(wù)書中的系統(tǒng)接線圖計算各段線路的阻抗。=4=24 Q X”=50*0. 4=20。 X*=40*0. 4=16 QX co =50*0. 4=20 Q x 加=20*0. 4=8

10、。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嚴(yán)=E(P一(Xs + XQ / (XG2+XL2) + XL3115/75(20 + 24)(12+24) + 20=1. 668kAI：PA= K) X%x=l. 2x1. 668=2. 002kA保護(hù)5唱=一竺_ = U.石=2.075攵 AKB max XG3+XU 12 + 20l£= K胃 X 咽max = 1.2 x 2.075 = 2.49公因?yàn)?辦4<%工，所以在4QF加方向元件。2.1.2靈敏度校驗(yàn)K2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

11、度校驗(yàn):5”21op473x115/73 2 C i-20=8. 72 02x2.002X/. = X0P4 = X“ X/）+ X/ 3 = 24 24+20=32 Qt /8 7?K：= X 100%=27. 25%>15%X。32滿足靈敏度要求，所以合格。保護(hù)5的靈敏度校驗(yàn)：/1_，min5 _ “"minS近一丁 一丁X/ =立"一X,max=叵色%巨一16=7. 09 Q1 mm 2IOP An,ax 2x2.49xh = X op=X =20Q i j C/35v /7 nolijnin1 = xl0Q%=35> 45%>15%*20滿足靈敏度

12、要求，所以合格。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Hp4=t*=o。2.2保護(hù)5、7、9方向電流II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)5H段與保護(hù)3配合 IB-C. Linax=360AK :分支系數(shù)二流過故障線電流/流過保護(hù)線電流。5=1+4=1+一區(qū)一 /一區(qū)一二L 42 bXc + X/ XG. + X,.喘=/K廣 1.15 x 360 /1. 42=291. 54AkA=179

13、6. 875AEs _ 3 1 15/V3KB "rXXC3+Xo-T 12+20K*二單二！7"5二6 16）L4所以滿足靈敏度要求。%291.54與相鄰保護(hù)31段配合=1.42 XL3/FKf1+&Xg、+/kb AfLpi- 1OP5I晟=IC-D. Lmax=210A分支系數(shù)二流過故障線電流/流過保護(hù)線電流，且兩電流相等。所以：勺廣1噂pK：；/鼠= 15x210/1 =264. 5AI版二 K。嬴 / K h = 1.15 x 264.5/1.42=214. 21A花”二串=1796875=8. 38>1. 4此結(jié)果滿足靈敏度要求。"&qu

14、ot;I 版 214.21toP5 = t隊(duì) + & =%2 + & + At =ls保護(hù)7, 9與保護(hù)5相同。2. 3方向電流III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 電流山動作時間相差一個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。t尸=0s （線路末端），tL=t產(chǎn)+&,呼尸+& = 24邛=中=記=邛+加=1.5$,寸一胃=噌=3 （無下一級，相當(dāng)于末級）若K小儲晨4院小矛盾，則IH需加方向元件。因?yàn)?t? = 1尸=te=L5s=t儼= Os

15、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I、1【、III段可共用一 個方向元件。電流保護(hù)第川段的動作時間較小者而可能失去選擇性時加方向元件，動 I第f挈本科生課程設(shè)計（論文）作時間相同者可能失去選擇性時均加方向元件。所以，保護(hù)4, 6, 8加方向元件。13第3章方向電流保護(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4. 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1段切故障。當(dāng)I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

16、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HI段的測量元件Z"兼做啟動元件，保護(hù)中第I、 【I段的測量元件Z"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 Z Z”和Z川無方向性，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。第

17、4章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。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故障相電流波形第5章課程設(shè)計總結(jié)隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對電力系統(tǒng)安全性、可靠性、高效性運(yùn)行的要求 越來越高，繼電保護(hù)應(yīng)運(yùn)而生，本文對繼電保護(hù)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了計算，以及安裝了方 向保護(hù)元件實(shí)現(xiàn)方向保護(hù)。本次設(shè)計題目為輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計，通過對保護(hù)段的I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1I段的整定計算和方向 電流w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。根據(jù)系統(tǒng)接線圖建立MATLAB系統(tǒng)仿真模型，按給定參數(shù)對電氣設(shè)備的參 數(shù)進(jìn)行設(shè)