輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)（5）院（系）： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間： 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)（5）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)接線圖如圖：課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)參見下表設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)工作量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

2、-C.Lmax=360A,IC-D.Lmax=210A, ID-E.Lmax=110A,電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)Kss=1.5，電流繼電器返回系數(shù)Kre=0.85。最大運(yùn)行方式：三臺(tái)發(fā)電機(jī)及線路L1、L2、L3同時(shí)投入運(yùn)行；最小運(yùn)行方式：G2、L2退出運(yùn)行。1.等值電抗計(jì)算、短路電流計(jì)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(shí)電流速斷保護(hù)的電流定值，并校驗(yàn)靈敏度。4確定保護(hù)4、5、6、7、8、9過電流保護(hù)的時(shí)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(dòng)作過程。6、采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析。續(xù)表進(jìn)度計(jì)

3、劃第一天：收集資料，確定設(shè)計(jì)方案。 第二天：等值電抗計(jì)算、短路電流計(jì)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(shí)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(shí)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。第九天：撰寫說明書。 第十天：課設(shè)總結(jié)，迎接答辯。指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要電力系統(tǒng)的輸、配線路因各種原因可能 會(huì)發(fā)

4、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(jì)題目為輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)，經(jīng)過保護(hù)4、5的段動(dòng)作電流的整定、靈敏度的校驗(yàn)、動(dòng)作時(shí)間的整定、保護(hù)5、7、9方向電流段的整定計(jì)算和方向電流段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算，繪制方向電流保護(hù)原理圖，并對(duì)動(dòng)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(duì)電氣元件設(shè)定，對(duì)仿真結(jié)果分析，符合設(shè)計(jì)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

5、 輸電線路方向電流保護(hù)整定計(jì)算62.1 方向電流段整定計(jì)算62.1.1 保護(hù)4、5的段動(dòng)作電流的整定62.1.2 靈敏度校驗(yàn)72.1.3 動(dòng)作時(shí)間的整定72.2 保護(hù)5、7、9方向電流段整定計(jì)算82.3方向電流段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算及方向元件的安裝9第3章 方向電流保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過程分析103.1 保護(hù)原理圖103.2 動(dòng)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(jì)總結(jié)16參考文獻(xiàn)17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(huì)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

6、.對(duì)各種不同電壓等級(jí)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(duì)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(duì)于電壓等級(jí)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(duì)于整個(gè)線路的故障，應(yīng)無延時(shí)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(duì)

7、保護(hù)段的段動(dòng)作電流的整定、靈敏度的校驗(yàn)、動(dòng)作時(shí)間的整定、方向電流段的整定計(jì)算和方向電流段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算，繪制方向電流保護(hù)原理圖，并對(duì)動(dòng)作過程進(jìn)行分析。在對(duì)電流保護(hù)段來說，因?yàn)榉捶较蚨搪窌r(shí)功率方向測(cè)量元件不動(dòng)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(cè)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(shí)，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(cè)量原件，并與電流測(cè)量元件共同

8、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(shí)限方向電流速度保護(hù)的動(dòng)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(dòng)作電流還應(yīng)考慮躲過反向不對(duì)稱短路時(shí)，流過非故障相的電流，這樣可防止在反方向發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)非故障線功率方向測(cè)量元件誤動(dòng)作而造成的保護(hù)誤動(dòng)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(dòng)作電流之間和動(dòng)作時(shí)間之間應(yīng)相互配合，以保證保護(hù)的選擇性。本次設(shè)計(jì)包含了運(yùn)行方式的選擇、電網(wǎng)各個(gè)元件參數(shù)及負(fù)荷電流計(jì)算、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、對(duì)所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。第2章 輸電線路方向電流保

9、護(hù)整定計(jì)算2.1 方向電流段整定計(jì)算 保護(hù)4、5的段動(dòng)作電流的整定根據(jù)任務(wù)書中的系統(tǒng)接線圖計(jì)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(dòng)作電流應(yīng)躲過本線末端的最大短路電流，可計(jì)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。 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

10、校驗(yàn)： =7.09=20=100%=35.45%>15%滿足靈敏度要求，所以合格。 動(dòng)作時(shí)間的整定因?yàn)闊o時(shí)限電流速斷保護(hù)不必外加延時(shí)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(dòng)作時(shí)間為0，即t=t=0。2.2 保護(hù)5、7、9方向電流段整定計(jì)算無時(shí)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(shí)限的電流速斷保護(hù)對(duì)于此種保護(hù)的動(dòng)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

11、足靈敏度要求。 與相鄰保護(hù)3段配合=1+=1+=1.42 IC-D.Lmax=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(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算及方向元件的安裝為保證選擇性，則必須加延時(shí)元件，且應(yīng)按照階梯形原則整定，即兩相鄰線路的電流動(dòng)作時(shí)間相差一個(gè)t。上一線路與動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)的下一段線路相配合；末級(jí)不裝延時(shí)元件；越靠近電源，延時(shí)越長(zhǎng)。s（線路末端），（無下一級(jí)，相當(dāng)于末級(jí)） 若:>，:<矛盾，則需加方向元件。因?yàn)?gt;

12、為簡(jiǎn)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(gè)方向元件。電流保護(hù)第段的動(dòng)作時(shí)間較小者而可能失去選擇性時(shí)加方向元件，動(dòng)作時(shí)間相同者可能失去選擇性時(shí)均加方向元件。所以,保護(hù)4,6,8加方向元件。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3.2 動(dòng)作過程分析電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動(dòng)方式，當(dāng)兩者都滿足時(shí)線路才能接通。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，有本線路所在保護(hù)的段切故障。當(dāng)斷拒動(dòng)或故障時(shí)，電流繼電器經(jīng)過延時(shí)繼電器，延時(shí)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(dòng)和判別是否相鄰元件發(fā)生了故障

13、而相鄰元件保護(hù)或斷路器據(jù)動(dòng)，若出現(xiàn)上述舉動(dòng)情況，則延時(shí)元件會(huì)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(shí)有輸出，經(jīng)非門閉鎖保護(hù)，可防止保護(hù)誤動(dòng)作。發(fā)生故障時(shí)相應(yīng)段的保護(hù)動(dòng)作，信號(hào)元件動(dòng)作輸出保護(hù)動(dòng)作的報(bào)警信號(hào)。整套保護(hù)也可用距離保護(hù)中第段的測(cè)量元件兼做啟動(dòng)元件，保護(hù)中第、段的測(cè)量元件、整定值可由一個(gè)阻抗元件用接點(diǎn)進(jìn)行切換實(shí)現(xiàn)，若測(cè)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(dòng)元件，可以增加保護(hù)的可靠性。第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(duì)各電氣元件設(shè)定，系統(tǒng)在MATLA

14、B軟件中的仿真圖如圖4.1所示。將給定的信號(hào)輸入仿真系統(tǒng)，將各個(gè)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(dòng)作情況。圖4.1 MATLAB建模仿真圖正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)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(shí)的故障相電流波形如圖4.3所示。線路兩相短路故障時(shí)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(shí)性和正確性，符合計(jì)算結(jié)論。圖4.3 故障相電流波形第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)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(duì)繼電保護(hù)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)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(jì)題目為輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)，通過對(duì)保護(hù)段的段動(dòng)作電流的整定、靈敏度的校驗(yàn)、動(dòng)作時(shí)間的整定、方向電流段的整定計(jì)算和方向電流段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算，繪制方向電流保護(hù)原理圖，并對(duì)動(dòng)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(duì)電氣設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)仿真結(jié)果分析，本次設(shè)計(jì)符合要求。參考文獻(xiàn)1 陳堂等編著 配電系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù) 中國電力出版社2004.8 2 趙晶 主編Prot