220kv输电线路距离保护方案课程方案

1、辽宁工业大学电力系统继电保护课程设计（论文）题目： 220kV输电线路距离保护设计（ 3） 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气 1 学 号：学生姓名：指导教师： （签字）起止时间： 2013.12.30-2014.1.101 / 14课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目220kV 输电线路距离保护设计（ 3）系统接线图如图：课程设计的内容及技术参数参见下6tOP8 0.5设计技术参数线路每公里阻抗为AZ1=0.42 /km, 线路阻抗角为1=69,为 830A, 负荷功率因数为3最0 大负荷电流cosL=0

2、.9, K rIel0E 81计算保护 1 灵敏度 .2. 计算保C护 1 定38值k 和灵敏度4 . 62距离保护第段的整距离保护D 第课程设计（论文为BK rel 0.8 K rel 0.E=230kV, ZsAmax=11 ,ZsAmin=8,ZsBmax=30,ZsBmin=14. 归算至 230kV 的各变压器阻抗为 164, 容量 ST为30MVA其. 余参数如图所示 .3. 计算保护 1 距离保护第段的整 定值和灵敏度 .4分析系系统统接在线最图小运行方式下振荡 时，保护 1 各段距离保护的动作情况 . 5当距保护 1 出口 20km处发生带过 渡电阻 Rarc=12的相间短路时

3、，保 护 1 的三段式距离保护将作何反应 （设 B 母线上电源开路）？ 6绘制三段式距离保护的原理框图 . 并分析动作过程 .7. 采用 MATLAB建立系统模型进行仿 真分析 .续表进度计划案 灵敏 灵 及 阻 分 . 设计 算及 计算 定计算 过渡 . 模仿 答辩 定 计 定 整定 路 图 B建 接 确 定 整 段整 短 理 AB . 迎 ， 整 段 和 原 T 书 ， 料 段 I II 荡 护 A 明 结 资 / 14 I I 振 保 M 说 总 集离离离统制：写设 收距距距系绘天撰课 天天天天天天、天天 一二三四五六七九十 第第第第第第第第第指导教师评语及成绩日 月 字：年 签 师 教

4、 ：导 辩指 答 ：绩 时成 平总注：成绩：平时 20% 论文质量 60% 答辩 20% 以百分制计算摘要对于如今现代电网环境， 对输电线路的电流电压保护构成简单， 对没有特殊要求 的中低压电网，都能满足保护要求 . 但是随着对电网质量的日益提高，灵敏度受系统 运行方式的影响有时保护范围很小， 再者，该保护的整定计算比较麻烦， 这使得其在 35KV 及以上的复杂网络中很难适用，为此研究了性能更好的保护原理和方案距离保 护.本文主要设计对 220kV输电线路距离保护， 按照躲开下一条线路出口处短路的原 则计算保护 1距离保护第段，第段，第段的整定值和灵敏度 . 分析系统在最小 运行方式下振荡时，

5、保护 1各段距离保护的动作情况 . 并且分析在具体故障点给定后， 保护 1 的三段式距离保护的反应 . 最后绘制三段式距离保护的原理框图，分析其动作 过程，并采用 MATLAB建立简单电力系统三段式距离保护的模型，进行仿真分析 .关键词： 三段式距离保护； MATLAB仿真；系统振荡；2 / 14目录第1章 绪论 11.1 继电保护概述 11.2 本文研究内容 1第 2 章 输电线路距离保护整定计算 22.1 距离段整定计算 22.2 距离段整定计算 22.3 距离段整定计算 32.4 系统振荡和短路过渡电阻影响分析 4第 3 章 距离保护原理图的绘制与动作过程分析 53.1 距离保护原理图

6、53.2 距离保护原理说明 5第4章 MATLAB建模仿真分析 64.1 距离保护的 MATLAB仿真 64.2 距离保护仿真波形及分析 6第 5 章 课程设计总结 8参考文献 9第 1 章 绪论1.1 继电保护概述电力是如今社会发展所缺少的主要能源，其应用广泛，地位重要 . 电力系统的稳 定安全以及经济性，对人民的生活乃至社会稳定都有着极大地影响 . 其中在输电线路 上的保护尤为重要， 我们一般使用作用于断路器的过电流继电器对线路进行保护， 达 到反应快，误差小，精度快等优点 .继电器对线路的保护是在被保护的电力系统发生故障时， 应该由元件的保护装置 迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出

7、跳闸命令， 使故障元件及时从电力系统 中断开，以最大限度的减少对电力元件本身的损害， 降低对电力系统安全供电的影响， 并满足电力系统的某些特定要求 . 继电器会快速准确地反映出设备不正常运行以及维 护信号，以便人员及时调节，来保护我们的电力系统 . 整定计算是针对具体的电力系 统，通过网络计算工具进行分析计算、 确定配置的各种系统保护的保护方式得到保护 装置的定值以满足系统的运行要求 . 整定计算是继电保护工作中一项非常重要的内 容，正确、合理的进行整定计算才能使系统中的各种保护装置和谐的一起工作， 发挥 积极的作用 .1.2 本文研究内容本文主要对电力系统中， 220kV 输电线路距离保护进

8、行设计 . 其主要内容如下：（1）首先对系统中保护 1 的各段整定值和灵敏度进行了整定计算 .（2）分析了系统在最小运行方式下振荡时，保护 1 各段距离保护的动作情况 .（3）分析其在具体故障点给定后，保护 1 的三段式距离保护的动作情况 .（4）分析其动作过程， 最后采用 MATLAB建立简单电力系统三段式距离保护的模 型，进行仿真分析 .第 2 章 输电线路距离保护整定计算2.1 距离段整定计算距离 I 段的整定方法按照躲开下一条线路出口处短路的原则整定Zop.1 Krel ZAB（1-1 ）其中 KrIel =0.8，通过该公式计算距离保护第段动作阻抗为配Z合op.1方便K，res先ZA

9、求B出 0.18、03.、424Q3F0断路10器.0处8保护第段的整定值，即 :Z set1K relZ AB0.80.423010.0869Z set3 K relZ BC0.80.423812.7669确定Z动se作t4 时间K r：elZtC=D0s0.80.426220.8369整定阻抗角与线路阻抗角相等，保护区为被保护线路全长的 80%.2.2 距离 段整定计算在对段进行保护的整定计算时与相邻线路距离保护 I段相配合 .当1QF处距离保护第段与BC线段第段配合时，有：Zset1Krel(Z AB K bmin Z set3)K bminI BCI AB I BIBZ sAminZ

10、AB 1I ABI ABI ABZ sBmax8 0.42 30 1.6930Kbmax1 Z sAmax Z AB110.42 30 2.68Z sB min14故 Z set1 0.8 0.42 30 1.6913.68 6928.57 69灵敏度校验：II senIIop.1ZAB1-2)要求： 1.3 1.5IIsenZoIIp.1ZAB28.5712.62.262 / 14满足要求 .动作时间： t=0.5s2.3 距离段整定计算因为采用方向阻抗元件，故距离保护第段的整定值应按以下条件整定（一）躲过最小负荷阻抗，即：Zset11Krel 0.9U eI L max cos( set

11、L )1-3)由题意知：cos L 0.9, 即 L 25.8 ，而 set 69故Z set1115 0.35 0.9373.64 690.4 cos(69 25.8 )按与相邻距离保护第段动作时间配合，第段距离保护的动作时间为：top1 2.5sZset1K rel Z ABK rel K bmin Z set3， K relK rel0.8Zset3K rel Z BCK Z ，bmin set4 ，Kb min1Zset30.8 0.4538 26.0434.5169Zset10.8 Z ABK Z bmin set30.80.45 301.69 34.51690.813.5 58.3

12、 6957.469应取 Zset157.469 为相间距离保护第段的整定值二）与相邻线距离保护第段配合，即：按与相邻距离保护第段配合，第段距离保护的动作时间为：top1 top3t试中， top3 相邻线路重合后不经振荡闭锁的距离保护第段的动作时间 取第段的动作时间为：op12.5s3 / 14进行距离保护第段的灵敏度校验：当作为近后备时，Ksen Zset157.4 4.25 1.5sen Z AB 0.45 30当作为远后备时，KsenZ ABZset1bmaxBC57.40.45 30 2.68 38 0.450.972.4 系统振荡和短路过渡电阻影响分析全相振荡时，系统三相对称，故可只

13、取一相分析；两侧电源电势EM 和 EN 电势相等，相角差为 (0 360 )系统中各元件阻抗角均相等，以 d 表示不考虑负荷 电流的影响，不考虑振荡同时发生短路 . 当 E M E N 且系统中各元件阻抗角相等 时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点 . 则系统在 ZJ Z 18.1最小运行方J2 式下振荡时，保护 1 各段距离保护的动作情况如下：1. 相间距离保护 I 段： 在系统最小运行方式下，其值与该段阻抗相比，小于该段阻抗 . 所以相间距离 I 不动作 .2. 相间距离保护 II 段： 在系统最小运行方式下，其值与该段阻抗相比，大于该段阻抗，且动作时间 小于其时间 .所以相间距离保护

14、 II 段动作 .3. 相间距离保护 II 段： 在系统最小运行方式下，其值与该段阻抗相比，小于该段阻抗，且动作时间 大于其时间 .所以相间距离保护 III 段不动作 .4 / 14第 3 章 距离保护原理图的绘制与动作过程分析3.1 距离保护原理图线路距离保护可以分为 3 段式保护其中距离保护第、 段为线路的主保护， 距离保 护第段为本线主保护的近后备保护，其原理图如下：1图 3.1 三段式距离保护构成的单相原理框图3.2 距Z离保护 2KT、 Z 分5 别是距离保护第 或阻抗继Z电 器，用于测量&故障点至保护t安 装处Z set 时，测量元件有输出，反之 3，K无T 输出. 延时元件 2K

15、9T 用于判别故障是否在距离跳保图中， Z、Z、段8 的测量元件，的距离，&并与整定值1叫阻抗元件1KS Zset.2KT 和 3KT 分别进行比1 较；当、时元件，它作为时&序逻6辑 判断元件 护第段Z保护范围外的被保护线路内，t 故障 跳闸信号； 否则 2KT不输出跳闸信号； 延时元件 3KT则用于判别是否本线路发生了故 障而主保护 现上述拒动Zm点在该保&护范围内时2，KS延 时元件 2KT输出若出和判别是否相邻元件发生了故障而相邻元件保护或3断KS路 器拒动，情3 况，则延1时元件 3KT会有输出，使本10线 断路器跳闸 .元件 1 是电流或阻抗测量元件， 作为整套距离保护的启动元件，

16、 判断是否发生故障， 元件 2和 3分别是振荡闭锁元件和电压互感器二次断线闭锁元件， 电压互感器二次断线时有输出，经非门 10 闭锁保护，可防止保护误动作 .1KS、2KS、发生故障时有输出；分别在系统振荡和3KS为距离第、段保护的信号元件，当相应段的保护动作时，相应段的信号 元件动作输出保护动作的报警信号 .在上述原理框图中， 有三点值得说明： 第一，整套保护也可用距离保护中第段的测量元件 Z 兼做启动元件；第二，保护中第、的测量元件Z、 Z整定值可由一个阻抗元件用接点进行切换来实现；第三，若测量元件Z、Z和 Z无方向性，则需加方向判断元件 .从图 3.1 中可见，三段式距离保护与三段式电流

17、保护的差别主要表现在一下三个方 面：第一，测量元件是阻抗元件，而不是电流元件；第二，增加了两个闭锁元件；整 套保护中每相均有启动元件，可以增强保护的可靠性 .5 / 14第 4 章 MATLAB建模仿真分析4.1 距离保护的 MATLAB仿真本次课程设计在断路器处安装保护及启动原件， 保护模块经封装成子系统， 其输 入信号为电压电流测量值和由启动元件发出的投切信号， 输入信号送至断路器的控制 端，以控制断路器的开合状态 .信号 1 表示合闸，断路器的初始状态为合闸 .气动元件 是通过负序电流来判别系统是否发生故障， 只有当故障发生时才能将整套保护模块迅 速投入工作 .使用元件库中的故障模块进行

18、故障点的设置，可以方便的设置故障类型 以及故障点起始时刻.为了简化系统，线路只有电感，总长为 120km.Three-PhauseV-1measuremen模t 块充当了由 SimPowerSystem系统到 Simulink 系统的接口，相当于实际的电流和电压互感器 .Three-Phause Fault 模块可以模拟三相 的各种故障， 当设定某种故障时， 运行仿真可以得到短路电流和短路电压， 这是其他 元件需要的数据，先经过一个三相滤波器消除衰减的直流分量 .整个系统通过设定不 同的整定值来得到不同的保护范围， 因此可以将三个整定值不同的距离保护模块以及 延时模块组成三段式距离保护，实现本线路的主保护和下级线路的后备保护.最后再设计一个启动原件来控制三段式距离保护的投切 .输电线路距离保护的 MATLAB 仿真 电路图如图 4.1 所示.4.1 MAT4.2 距离保护仿真波形及分正常状态下的波形图如图 4.2 所示，此时的波时三相对称，相角互差120度的波形得到间电形图反过7 / 14压