電力系統(tǒng)繼電保護課程設計——輸電線路方向電流保護設計

1、<p><b>　　電力系統(tǒng)機電保護</b></p><p>　　課程設計論文 </p><p>　　設計課題 電力系統(tǒng)繼電保護課程設計 </p><p>　　論文題目 輸電線路方向電流保護設計 </p><p>　　學

2、部 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學 號 </p>&

3、lt;p>　　學生姓名 </p><p>　　指導教師 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　課程設計（論文）任務書</p><p>　　課程設計（論文）的內容&

4、lt;/p><p>　　輸電線路方向電流保護設計</p><p>　　二、設計（論文）的要求與數據</p><p><b>　　1、設計技術參數：</b></p><p>　　L1=L2=60km,L3=50km,LB-C=40km,</p><p>　　LC-D=50km,LD-E=20km,線路阻

5、抗0.4/km,</p><p><b>　　,,</b></p><p>　　最大負荷電流IB-C.Lmax=360A,</p><p>　　IC-D.Lmax=210A, ID-E.Lmax=110A,</p><p>　　2、、統(tǒng)接線圖如圖：</p><p>　　三、課程設計（論文）應完成的

6、工作</p><p>　　1、值電抗計算、短路電流計算。</p><p>　　2、整定保護4、5的電流速斷保護定值，并盡可能在一端加裝方向元件。</p><p>　　3、定保護5、7、9限時電流速斷保護的電流定值，并校驗靈敏度。</p><p>　　4、定保護4、5、6、7、8、9過電流保護的時間定值，并說明何處需要安裝方向元件。</p

7、><p>　　5、制方向過電流保護的原理接線圖。并分析動作過程。</p><p>　　6、采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進行仿真分析。</p><p>　　四、課程設計（論文）進程安排</p><p>　　五、應收集的資料及主要參考文獻</p><p>　　谷水清．電力系統(tǒng)繼電保護[M]．北京：中國電力出版社，2005<

8、;/p><p>　　賀家禮．電力系統(tǒng)繼電保護[M]．北京：中國電力出版社，2004 </p><p>　　能源部西北電力設計院．電力工程電氣設計手冊（電氣二次部分）．北京：中國電力出版社，1982</p><p>　　方大千．實用繼電保護技術[M]．北京：人民郵電出版社，2003 </p><p>　　崔家佩等．電力系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置整定

9、計算[M]．北京：水利電力出版社，1993 </p><p>　　卓有樂．電力工程電氣設計200例[M]．北京：中國電力出版社，2002 </p><p>　　陳德樹．計算機繼電保護原理與技術[M]．北京：水利電力出版社，1992 </p><p>　　陳曾田．電力變壓器保護[M]．北京：水利電力出版社，1989 </p><p>　　許建安

10、．電力系統(tǒng)繼電保護[M]．北京：水利電力出版社，2003</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒論------------------------------------------------------6</p><p>　　1.1 輸電線路電流保護概述------------------------

11、--------------------7</p><p>　　1.2 本文主要內容-----------------------------------------------------7</p><p>　　第2章 輸電線路方向電流保護整定計算-------------------------9</p><p>　　2.1 方向電流Ι段整定計算-----

12、------------------------------------------------9</p><p>　　2.1.1 保護4、5的Ι段動作電流的整定-------------------------------------10</p><p>　　2.1.2 靈敏度校驗---------------------------------------------10<

13、/p><p>　　2.1.3 動作時間的整定------------------------------------------------------10</p><p>　　2.2 保護5、7、9方向電流Ⅱ段整定計算------------------------11</p><p>　　2.3方向電流Ⅲ段動作時間整定計算及方向元件的安裝-----------

14、--12</p><p>　　第3章 方向電流保護原理圖的繪制與動作過程分析-----12</p><p>　　3.1 保護原理圖---------------------------------------------------------------12</p><p>　　3.2 動作過程分析-------------------------------

15、----------------------------12</p><p>　　第4章 MATLAB建模仿真分析----------------------------13</p><p>　　第5章 課程設計總結------------------------------------------15</p><p><b>　　摘 要</b

16、></p><p>　　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,必須有相應的保護裝置來反映這些故障，方向保護是利用電壓和電流的乘積判明電流流向（相位）的繼電保護。以判明短路故障位于保護裝置處的正向或反向。</p><p>　　本設計題目為輸電線路方向電流保護設計，經過保護4、5的Ι段動作電流的整定、靈敏度的校驗、動作時間的整定、保護5、7、9方向電流Ⅱ段的

17、整定計算和方向電流Ⅲ段動作時間整定計算，繪制方向電流保護原理圖，并對動作過程進行分析。</p><p>　　利用MATLAB軟件建立系統(tǒng)仿真模型，根據給定參數對電氣元件設定，對仿真結果分析，符合設計要求。</p><p>　　關鍵詞：電力系統(tǒng)；電流保護；方向保護；方向元件</p><p><b>　　一、緒論</b></p>&l

18、t;p>　　輸電線路電流保護概述</p><p>　　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,必須有相應的保護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該裝設不同的相間短路和接地短路的保護。對于3KV及以上的電力設備和線路的短路故障，應有主保護和后備保護，對于電壓等級在220KV及以上的線路，應考慮或者必須裝設雙重化的主保護，對于整

19、個線路的故障，應無延時控制其短路器跳閘。線路的相間短路、接地短路保護有：電流電壓保護，方向電流電壓保護，接地零序流電壓保護，距離保護和縱聯保護等。</p><p>　　電力系統(tǒng)中線路的電流電壓保護包括：帶方向判別和不帶方向判別的相間短路電流電壓保護，帶方向判別和不帶方向判別的接地短路電流電壓保護。他們分別是用于雙電源網絡、單電源環(huán)形網絡及單電源輻射網絡的線路上切除相間或接地短路故障。</p><

20、;p><b>　　本文主要內容</b></p><p>　　通過對保護段的Ι段動作電流的整定、靈敏度的校驗、動作時間的整定、方向電流Ⅱ段的整定計算和方向電流Ⅲ段動作時間整定計算，繪制方向電流保護原理圖，并對動作過程進行分析。</p><p>　　在對電流保護段來說，因為反方向短路時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

21、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即為方向電流保護。在雙電源網絡或其他復雜網絡中，可以采用帶方向的三段式電流保護，以滿足保護的各種性能要求。</p><p>　　方向電流保護用于雙電源網絡和單電源環(huán)形網絡時，在構成、整定、相互配合等問題上還有以下特點：在保護構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線路的正方向上發(fā)生故障。方向電流保護第Ⅰ段，即無時

22、限方向電流速度保護的動作電流整定可以不必躲過反方向外部最大短路電流；第段電流保護動作電流還應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誤動作；在環(huán)網和雙電源網中，功率方向可能相同的電流保護第段的動作電流之間和動作時間之間應相互配合，以保證保護的選擇性。</p><p>　　本次設計包含了運行方式的選擇、電網各個元件參數及負荷電流計算、

23、短路電流計算、繼電保護距離保護的整定計算和校驗、繼電保護零序電流保護的整定計算和校驗、對所選擇的保護裝置進行綜合評價。</p><p>　　二、輸電線路方向電流保護整定計算</p><p>　　2.1 方向電流Ι段整定計算</p><p>　　2.1.1 保護4、5的Ι段動作電流的整定</p><p>　　根據任務書中的系統(tǒng)接線圖計算各段線路

24、的阻抗。</p><p>　　==60*0.4=24Ω =50*0.4=20Ω =40*0.4=16Ω</p><p>　　=50*0.4=20Ω =20*0.4=8Ω</p><p>　　由電流速斷保護的動作電流應躲過本線末端的最大短路電流，可計算：保護4</p><p>　　= 1.668kA </p><p&

25、gt;　　=1.21.668=2.002kA</p><p><b>　　保護5</b></p><p>　　因為 ，所以在4QF加方向元件。</p><p>　　2.1.2 靈敏度校驗</p><p>　　校驗，應按電流、電壓元件中保護范圍小的元件確定，整定值滿足可靠系數的要求。</p><p>

26、;　　保護4的靈敏度校驗：</p><p>　　=-20=8.72Ω</p><p>　　=2424+20=32Ω</p><p>　　==100%=27.25%>15%</p><p>　　滿足靈敏度要求，所以合格。</p><p>　　保護5的靈敏度校驗：</p><p><b&

27、gt;　　=7.09Ω</b></p><p><b>　　=20Ω</b></p><p>　　==100%=35.45%>15%</p><p>　　滿足靈敏度要求，所以合格。</p><p>　　2.1.3 動作時間的整定</p><p>　　因為無時限電流速斷保護不必外加

28、延時元件即可保證保護的選擇性，所以電流保護第I段的動作時間為0，即t=t=0。</p><p>　　2.2 保護5、7、9方向電流Ⅱ段整定計算</p><p>　　無時限電流速斷保護在任何情況下只能切除本線路上的故障，外部短路故障應依靠另外一種電流保護,即帶時限的電流速斷保護對于此種保護的動作電流整定為。</p><p>　　保護5Ⅱ段與保護3配合</p>

29、;<p>　　= IB-C.Lmax=360A </p><p>　　:分支系數=流過故障線電流/流過保護線電流。</p><p>　　=1+=1+=1.42</p><p>　　=/1.42=291.54A </p><p>　　kA=1796.875A</p

30、><p>　　===6.16>1.4 所以滿足靈敏度要求。 </p><p>　　與相鄰保護3Ⅱ段配合</p><p>　　=1+=1+=1.42</p><p>　　IC-D.Lmax=210A </p><p>　　分支系數=流過故障線電流/

31、流過保護線電流，且兩電流相等。</p><p><b>　　所以：=1</b></p><p>　　=/==264.5A </p><p>　　=/==214.21A </p><p>　　==8.38>1.4此結果滿足靈敏度要求。 </p><p>

32、;　　==1s </p><p>　　保護7,9與保護5相同。</p><p>　　2.3方向電流Ⅲ段動作時間整定計算及方向元件的安裝</p><p>　　為保證選擇性，則必須加延時元件，且應按照階梯形原則整定，即兩相鄰線路的電流Ⅲ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

33、越長。</p><p><b>　　s（線路末端），，</b></p><p>　　，（無下一級，相當于末級） </p><p>　　若:>，:<矛盾，則Ⅲ需加方向元件。因為> </p><p>　　為簡化保護接線和提高保護的可靠性，電流保護每相的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段可共用一個方向元件。電流保護第Ⅲ段

34、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4,6,8加方向元件。</p><p>　　三、方向電流保護原理圖的繪制</p><p><b>　　保護原理圖</b></p><p>　　根據系統(tǒng)接線圖，繪制方向電流保護原理圖，如圖3.1所示。 </p><p>　　圖3.

35、1 方向電流保護原理圖</p><p><b>　　動作過程分析</b></p><p>　　電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動方式，當兩者都滿足時線路才能接通。當系統(tǒng)發(fā)生短路時，有本線路所在保護的Ⅰ段切故障。當Ⅰ斷拒動或故障時，電流繼電器經過延時繼電器，延時元件則用于判別是否本線路發(fā)生了故障而主保護據動和判別是否相鄰元件發(fā)生了故障而相鄰元件保護或斷路器據動，若出現上

36、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，經非門閉鎖保護，可防止保護誤動作。發(fā)生故障時相應段的保護動作，信號元件動作輸出保護動作的報警信號。</p><p>　　整套保護也可用距離保護中第Ⅲ段的測量元件兼做啟動元件，保護中第Ⅰ、Ⅱ段的測量元件、整定值可由一個阻抗元件用接點進行切換實現，若測量元件、和無方向性，則需加方向判別元

37、件。整套保護中每相均有啟動元件，可以增加保護的可靠性。</p><p>　　四、MATLAB仿真分析</p><p>　　按系統(tǒng)接線圖在MATLAB軟件中建立仿真模型，根據給定的參數對各電氣元件設定，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，根據線路三段式保護的原理以及各段保護之間的配合模擬各段保護的動作情況。</p&g

38、t;<p>　　圖4.1 MATLAB建模仿真圖</p><p>　　正常運行狀態(tài)時線路電壓電流波形如圖4.2所示。</p><p><b>　　圖4.2 電壓波形</b></p><p>　　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