輸電線路電流電壓保護(hù)設(shè)計(jì)

1、<p>　　遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)</p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目： 輸電線路電流電壓保護(hù)設(shè)計(jì)（7）</p><p>　　院（系）： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電氣09 </p><p>　　學(xué)

2、 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： （簽字）</p><p>　　起止時(shí)間： 2012.12.31-2013.01.11</p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)</p><p

3、>　　院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化</p><p><b>　　續(xù)表</b></p><p>　　注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電力系統(tǒng)的輸

4、、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(lái)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。</p><p>　　針對(duì)電力系統(tǒng)輸電線路進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)計(jì)，采用三段式電流電壓保護(hù)的方法，確定出最大、最小運(yùn)行方式下的等值電抗。進(jìn)行了相間短路的最大、最小短路電流的計(jì)算。進(jìn)行了保護(hù)1、2、3的電流速斷保護(hù)整定值計(jì)算，并計(jì)算了各自的最小保護(hù)范圍。進(jìn)行了保護(hù)2、3的限時(shí)電流速斷保護(hù)定值

5、計(jì)算，并校驗(yàn)了靈敏度。進(jìn)行了保護(hù)1、2、3的過(guò)電流保護(hù)定值計(jì)算，確定保護(hù)1、2、3過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，校驗(yàn)保護(hù)1作近后備，保護(hù)2、3作遠(yuǎn)后備的靈敏度。繪制三段式電流保護(hù)原理接線圖。并分析了動(dòng)作過(guò)程。采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行輸電線路電流電壓保護(hù)仿真分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：三段式電流電壓保護(hù)；整定值計(jì)算；靈敏度；等值電抗</p><p><b>　　目 錄<

6、;/b></p><p><b>　　第1章 緒論4</b></p><p>　　第2章 輸電線路電流保護(hù)整定計(jì)算7</p><p>　　2.1電流Ι段整定計(jì)算7</p><p>　　2.1.1保護(hù)3在最大、最小運(yùn)行方式下的等值電抗7</p><p>　　2.1.2C、D、E母線相

7、間短路的最大、最小短路電流8</p><p>　　2.1.3保護(hù)1、2、3的電流速斷整定值8</p><p>　　2.2電流Ⅱ段整定計(jì)算9</p><p>　　2.3電流Ⅲ段整定計(jì)算10</p><p>　　第3章電流保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過(guò)程分析12</p><p>　　3.1電流三段式保護(hù)原理接線圖12

8、</p><p>　　3.2電流三段式保護(hù)原理展開(kāi)圖13</p><p>　　第4章MATLAB建模仿真分析15</p><p>　　第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)17</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></

9、p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展起來(lái)的為電力系統(tǒng)建立了一個(gè)安全保障體系。電力系統(tǒng)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)是不可避免的為了防止電力系統(tǒng)事故的擴(kuò)大保證非故障部分仍能可靠供電通過(guò)繼電保護(hù)裝置準(zhǔn)確迅速地識(shí)別并切除故障同時(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)視一旦發(fā)生不正常行狀態(tài)時(shí)能通過(guò)繼電保護(hù)裝置及時(shí)警告或啟動(dòng)自動(dòng)控制裝置。這樣就可以保持供電的連續(xù)性、保障人身的安全、防止或減輕設(shè)備的損壞。<

10、;/p><p>　　繼電保護(hù)裝置由測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分等組成。對(duì)于作用于斷路器跳閘的繼電保護(hù)裝置有四點(diǎn)基本要求。</p><p>　　1.電流電壓保護(hù)的選擇性</p><p>　　電流電壓保護(hù)在單電源輻射網(wǎng)中一般有很好的選擇性。電流（電壓）保護(hù)第Ⅰ段主要靠動(dòng)作電流值來(lái)區(qū)分被保護(hù)范圍內(nèi)部和外部短路而具有選擇性。而電流保護(hù)第Ⅱ 段和第Ⅲ段則應(yīng)由動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間二者

11、相結(jié)合才能保證其選擇性，缺一不可。但在多電源或單電源環(huán)網(wǎng)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中這種保護(hù)可能無(wú)法保證其選擇性。</p><p>　　2.電流電壓保護(hù)的動(dòng)作速度</p><p>　　電流電壓保護(hù)第Ⅰ段和第Ⅱ段共同作為線路的主保護(hù)，能滿(mǎn)足《技術(shù)規(guī)程》關(guān)于 35kV 及以下網(wǎng)絡(luò)主保護(hù)的速動(dòng)性要求。電流電壓保護(hù)第Ⅲ段因?yàn)樵浇咏娫?，?dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)，有時(shí)候動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)好幾秒，因而一般情況下只能作為線路的后備保護(hù)。

12、</p><p>　　3.電流電壓保護(hù)的靈敏度</p><p>　　電流電壓保護(hù)的靈敏度因系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化而變化。一般情況下能滿(mǎn)足靈敏度要求。但在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化很大、線路很短和線路長(zhǎng)而負(fù)荷重等情況下，其靈敏度可能不容易滿(mǎn)足要求，甚至出現(xiàn)保護(hù)范圍為零的情況。這也是電流保護(hù)的主要缺點(diǎn)。</p><p>　　4.電流電壓保護(hù)的可靠性</p><p&

13、gt;　　電流電壓保護(hù)的可靠性 電流電壓保護(hù)的電路構(gòu)成、整定計(jì)算及調(diào)試維護(hù)都較簡(jiǎn)單，因此，它是最可靠的一種保護(hù)。</p><p>　　線路發(fā)生短路故障時(shí)可以采用電流電壓保護(hù)、接地零序保護(hù)、距離保護(hù)和縱差動(dòng)保護(hù)等。當(dāng)線路發(fā)生相間短路時(shí)可以采用電流電壓保護(hù)。電流電壓保護(hù)是根據(jù)輸、配電線上相間短路時(shí)線路電流增加而母線電壓下降的特征而設(shè)計(jì)的一種保護(hù)。主要用于35KV及以下的小接地電流系統(tǒng)中。電流電壓保護(hù)分為兩種一種是以反

14、應(yīng)電流增大而動(dòng)作的電流測(cè)量元件為基礎(chǔ)的構(gòu)成的電流保護(hù)元件另一種是以反應(yīng)電壓為基礎(chǔ)構(gòu)成的電流保護(hù)。 根據(jù)線路故障對(duì)主、后備保護(hù)的要求線路相間的電流電壓保護(hù)有三種第一無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)或無(wú)時(shí)限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)第二帶時(shí)限電流速斷保護(hù)或帶時(shí)限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)第三定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)或低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)。這三種相間電流電壓保護(hù)分別成為相間短路電流保護(hù)第Ⅰ段第Ⅱ段和第Ⅲ段。其中Ⅰ、Ⅱ段作為線路主保護(hù)第Ⅲ段作為本線路主保護(hù)的近后備保護(hù)和相鄰線路

15、或元件的遠(yuǎn)后備保護(hù)。這三段統(tǒng)稱(chēng)為線路相間短路的。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)研究中的繼電保護(hù)采用了三段式電流電壓保護(hù)通過(guò)動(dòng)作電流來(lái)進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)之間的配合和保護(hù)的選擇性在這些保護(hù)中增加延時(shí)元件等邏輯元件形成一個(gè)完整的保護(hù)方案。</p><p>　　第2章 輸電線路電流保護(hù)整定計(jì)算</p><p>　　2.1電流Ι段整定計(jì)算</p>

16、<p>　　2.1.1保護(hù)3在最大、最小運(yùn)行方式下的等值電抗</p><p>　?。?）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，等效電路圖如圖2.1。</p><p>　　圖 2.1 最大運(yùn)行方式等值阻抗圖</p><p><b>　　； ；</b></p><p><b>

17、;　??；； </b></p><p><b>　　；； </b></p><p>　?。?）最小運(yùn)行方式：在最大運(yùn)行方式基礎(chǔ)上 G2、L2 退出運(yùn)行，等效電路圖如圖2.2.</p><p>　　圖 2.2 最小運(yùn)行方式等值阻抗圖</p><p>　　C、D、E母線相間短路的最大、最小短路電流</p>

18、;<p>　　C母線最大短路電流：</p><p>　　C母線最小短路電流：</p><p>　　D母線最大短路電流：</p><p>　　D母線最小短路電流：</p><p><b>　　E母線最大短路電：</b></p><p>　　E母線最小短路電流:</p>&

19、lt;p>　　2.1.3保護(hù)1、2、3的電流速斷整定值</p><p>　　無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)依靠動(dòng)作電流值來(lái)保證其選擇性，被保護(hù)線路外部短路時(shí)流過(guò)該保護(hù)的電流總小于其動(dòng)作值，不能動(dòng)作；而只有在內(nèi)部短路時(shí)流過(guò)該保護(hù)的電流有可能大于其動(dòng)作值，使保護(hù)動(dòng)作。且無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的作用是保證在任何情況下只切除本線路上的故障。</p><p><b>　　保護(hù)1：</b>

20、</p><p><b>　　保護(hù)2：</b></p><p><b>　　保護(hù)3：</b></p><p>　　無(wú)時(shí)限電流保護(hù)不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，應(yīng)采用最不利情況下保護(hù)的保護(hù)范圍來(lái)校驗(yàn)保護(hù)的靈敏度，一般要求保護(hù)的最小的線路長(zhǎng)度不小于線路長(zhǎng)度的15%。</p><p>　　保護(hù)1保護(hù)的最小范圍：<

21、;/p><p>　　保護(hù)2保護(hù)的最小范圍：</p><p>　　保護(hù)3保護(hù)的最小范圍：</p><p><b>　　因?yàn)?</b></p><p>　　所以保護(hù)1、保護(hù)2的1段靈敏度不合格，保護(hù)3合格。</p><p>　　2.2電流Ⅱ段整定計(jì)算</p><p>　　由于無(wú)時(shí)

22、限電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分，而該線路剩下的短路故障由能保護(hù)本線路全長(zhǎng)的帶時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流保護(hù)第Ⅱ段）來(lái)可靠切除。帶時(shí)限電流速斷保護(hù)與無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的配合能以盡可能快的速度，可靠并有選擇性的切除本線路上任一處，包括被保護(hù)線路末端的相間短路故障。</p><p>　　保護(hù)2的Ⅱ段應(yīng)與相鄰線路的Ⅰ段配合</p><p><b>　　即：</b></p

23、><p>　　靈敏度： 不合格</p><p>　　保護(hù)3的Ⅱ段與相鄰線路的Ⅰ段配合</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　靈敏度： 不合格</p><p>　　保護(hù)3的Ⅱ段與相鄰線路的Ⅱ段配合</p><p><b>　　即：&

24、lt;/b></p><p>　　靈敏度： 不合格</p><p>　　2.3電流Ⅲ段整定計(jì)算</p><p>　　整定保護(hù)1、2、3 的過(guò)電流保護(hù)定值，假定母線E 過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.5s，確定保護(hù)1、2、3 過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，校驗(yàn)保護(hù)1 作近后備，保護(hù)2、3 作遠(yuǎn)后備的靈敏度。</p><p><b>　

25、　保護(hù)1的Ⅲ段：</b></p><p><b>　　保護(hù)2的Ⅲ段：</b></p><p><b>　　保護(hù)3的Ⅲ段：</b></p><p>　　保護(hù)1作近后備的靈敏度：</p><p><b>　　合格</b></p><p>　　保護(hù)

26、2作遠(yuǎn)后備的靈敏度：</p><p><b>　　合格</b></p><p>　　保護(hù)3作遠(yuǎn)后備的靈敏度：</p><p><b>　　合格</b></p><p>　　假定母線E過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.5s，即：</p><p>　　保護(hù)1的Ⅲ動(dòng)作時(shí)間：</p>

27、;<p>　　保護(hù)2的Ⅲ動(dòng)作時(shí)間：</p><p>　　保護(hù)3的Ⅲ動(dòng)作時(shí)間：</p><p>　　第3章電流保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過(guò)程分析</p><p>　　3.1電流三段式保護(hù)原理接線圖</p><p>　　原理接線圖如圖3.1</p><p>　　圖3.1 電流三段式保護(hù)原理接線圖</p>

28、;<p>　　圖中，1KA、2KA是A、C三相電流保護(hù)Ⅰ段的測(cè)量元件；</p><p>　　3KA、4KA是A、C三項(xiàng)電流保護(hù)Ⅱ段的測(cè)量元件；</p><p>　　5KA、6KA、7KA是A、C三相電流保護(hù)Ⅲ段的測(cè)量元件；</p><p><b>　　KM是中間繼電器；</b></p><p>　　1KT、

29、2KT是電流保護(hù)Ⅱ、Ⅲ段的邏輯延時(shí)元件；</p><p>　　1KS、2KS、3KS是電流保護(hù)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段動(dòng)作的報(bào)警用信號(hào)元件。</p><p>　　在該保護(hù)的第Ⅰ段保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生AB兩項(xiàng)短路時(shí)，測(cè)量元件1、2、3、4、5、6都將動(dòng)作，其中測(cè)量元件1、2直接啟動(dòng)中間繼電器和信號(hào)元件，并使斷路器跳閘，切出故障。雖然測(cè)量元件3、4、5、6啟動(dòng)了延時(shí)元件，但因故障切除后，故障電流已消失，所以所有

30、測(cè)量元件和延時(shí)未到的延時(shí)元件，均將返回。電流保護(hù)的Ⅱ、Ⅲ段不會(huì)再輸出跳閘信號(hào)。同理，在線路末端短路時(shí)，只有延時(shí)元件動(dòng)作以切出故障。</p><p>　　3.2電流三段式保護(hù)原理展開(kāi)圖</p><p>　　電網(wǎng)的三段式電流保護(hù)的作用，是利用不同過(guò)電流值下，設(shè)置不同的延時(shí)動(dòng)作時(shí)間來(lái)規(guī)避工作尖峰電流和使發(fā)生短路故障時(shí)，只有事故點(diǎn)最近的斷路器動(dòng)作以減少斷電的影響范圍。</p><

31、;p>　　三段式電流保護(hù)原理展開(kāi)圖如圖3.2、3.3、3.4所示。</p><p>　　圖3.2 交流回路展開(kāi)圖</p><p>　　圖3.3 直流回路展開(kāi)圖</p><p>　　圖3.4 信號(hào)回路展開(kāi)圖</p><p>　　第4章MATLAB建模仿真分析</p><p>　　根據(jù)線路三段式保護(hù)的原理以及各段保護(hù)

32、之間的配合模擬各段保護(hù)的動(dòng)作情況。</p><p>　?。?）模擬電流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行仿真后，仿真結(jié)果如下圖4.1所示：</p><p>　　由圖可以看出線路在0.05s發(fā)生了故障，產(chǎn)生一個(gè)較大的短路電流，之后經(jīng)過(guò)一個(gè)很小的延時(shí)0.001s，斷路器1跳閘。電流Ⅰ段成功按時(shí)動(dòng)作。</p><p>　　圖4.1 電流Ⅰ段仿真波形圖</p><p>

33、;　?。?）模擬電流Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作，在電流Ⅱ段的范圍內(nèi)設(shè)置故障，由于本設(shè)計(jì)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(lái)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:</p><p>　　圖4.2 電流Ⅱ段仿真波形圖</p><p>　　由圖可以看出線路在0.05s發(fā)生了故障，產(chǎn)生一個(gè)較大的短路

34、電流，之后經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)置的延時(shí)0.5s，斷路器1在0.55s跳閘。電流Ⅱ段成功按時(shí)動(dòng)作。</p><p>　　3）模擬電流Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作，在電流Ⅲ段的范圍內(nèi)設(shè)置故障，由于本設(shè)計(jì)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(lái)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:</p><p>　　圖4.

35、3 電流Ⅲ段仿真波形圖</p><p>　　由圖可以看出線路在0.05s發(fā)生了故障，產(chǎn)生一個(gè)較大的短路電流，之后經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)置的延時(shí)1.0s，斷路器1在1.05s跳閘。電流Ⅲ段成功按時(shí)動(dòng)作。</p><p>　　第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)</p><p>　　本課設(shè)主要是針對(duì)輸電線路電流電壓保護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。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

36、越來(lái)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)，并對(duì)其系統(tǒng)保護(hù)的算法進(jìn)行了MATLAB仿真研究。</p><p>　　本文章首先是對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，然后對(duì)電流電壓保護(hù)做了概述和簡(jiǎn)單的計(jì)算，然后給出了三段式電流保護(hù)的原理圖，繪制出了電流三段式保護(hù)的原理接線圖、交、直流展開(kāi)圖及信號(hào)回路展開(kāi)圖，電流三段式保護(hù)的原理接線圖、交、直流展開(kāi)圖及信號(hào)回路展開(kāi)圖

37、最后是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行MATLAB仿真。最后得出結(jié)果與計(jì)算的結(jié)果相一致。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 商國(guó)才.電力系統(tǒng)自動(dòng)化.天津大學(xué)出版社，2000 </p><p>　　[2] 王葵等.電力系統(tǒng)自動(dòng)化．中國(guó)電力出版社，2007.1</p><p>　　[3] 何仰贊等.電力系統(tǒng)