35kV输电线路电流电压保护设计(2)

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 电力系统继电保护电力系统继电保护课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 35kV35kV 输电线路电流电压保护设计（输电线路电流电压保护设计（2 2） 院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间： 本科生课程设计（论文） I 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）： 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 35kV 输电线路电流电压保护设计（2） 本科生课程设计（论文） II 课程设计（论文）任务

2、系统接线图如图： 课程设计的内容及技术参数参见下表 设计技术参数工作量 ,25,3/37 1 G XkVE ,10,15 32 GG XX L1=L2=60km,L3=40km, LB-C=30km,LC-D=30km, LD-E=20km,线路阻抗 0.4/km, ,2 . 1 I rel K rel K15 . 1 rel K 最大负荷电流 IB-C.Lmax=110A, IC-D.Lmax=70A, ID-E.Lmax=35A, 电动机自启动系数 Kss=1.5，电流 继电器返回系数 Kre=0.85。 最大运行方式：三台发电机及线 路 L1、L2、L3 同时投入运行；最 小运行方式：G

3、2、L2 退出运行。 1.确定保护 3 在最大、最小运行方 式下的等值电抗。 2.进行 C 母线、D 母线、E 母线相间 短路的最大、最小短路电流的计算。 3.整定保护 1、2、3 的电流速断保 护定值，并计算各自的最小保护范 围。 4.整定保护 2、3 的限时电流速断保 护定值，并校验灵敏度。 5.整定保护 1、2、3 的过电流保护 定值，假定母线 E 过电流保护动作 时限为 0.5s，确定保护 1、2、3 过 电流保护的动作时限，校验保护 1 作近后备，保护 2、3 作远后备的灵 敏度。 6绘制三段式电流保护原理接线图。 并分析动作过程。 7、采用 MATLAB 建立系统模型进行 仿真分析

4、。 B A G 1 1 23 L 3 L 2 L 1 ED C G 2 G 3 98 76 54 系统接线图 本科生课程设计（论文） III 续表 进度计划 第一天：收集资料，确定设计方案。 第二天：等值电抗计算、短路电流计算。 第三天：电流 I 段整定计算及灵敏度校验。 第四天：电流 II 段整定计算及灵敏度校验。 第五天：电流 III 段整定计算及灵敏度校验。 第六天：绘制保护原理图。 第七、八天：MATLAB 建模仿真分析。 第九天：撰写说明书。 第十天：课设总结，迎接答辩。 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 注：成绩：平时20% 论文

5、质量60% 答辩20% 以百分制计算。 本科生课程设计（论文） IV 摘要 电力系统在运行中，可能发生各种故障和异常运行状态。故障和异常运行状态 都可能在电力系统中引起事故。较其他电气元件，输电线路是电力系统中最容易发 生故障的一环。故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障区段，使非故障区 段正常供电，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。实现这些功能的就要 靠继电保护装置。随着微机技术的发展及现代社会对供电可靠性的提高，微机保护 装置正日益普遍的用于电力系统中。 1.无论传统继电保护还是现代微机保护，其基本任务都是： （1）当电力系统被保护元件发生故障时，保护装置应能自动、迅速、有选择

6、性 的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障 部分迅速恢复正常运行。 （2）当电力系统被保护元件出现异常运行状态，能根据运行维护的条件，而动 作于发出信号，减负荷或跳闸。 可见，继电保护对保证系统安全、稳定和经济运 行，阻止故障的扩大和事故的发生，发挥着极其重要的作用。因此，合理配置继电 保护装置，提高整定和校核工作的快速性和准确性，以满足现代电力系统安全稳定 运行的要求，理应得到我们的重视。 2.对电力系统继电保护的基本要求： 动作于跳闸的继电保护，在技术上一般 应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。 （1）选择性 继电保护动作的选择性是指保护

7、动作装置动作时，仅将故障元件从电力系统中 切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。 （2）速动性 快速的切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低 的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在故障发生时，应力 求保护装置能迅速动作切除故障。 本科生课程设计（论文） V （3）灵敏性 继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或者不正常运行状态的 反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时， 不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻都能敏锐感觉， 正确反应。 （4）可靠性 保护装置的可靠性

8、是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的 故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不该动作的情况下，则不应该误 动作。 本文主要对 35KV 输电线路方向电流保护进行分析与设计，对电气元件在最大 运行方式和最小运行方式下的电流进行整定计算后，进行分析，判断是否需要安装 方向元件，并在绘制方向电流保护原理图后进行仿真，最后达到安全稳定的保护电 力系统运行的要求。 关键词：继电保护；电流电压保护；电力系统；保护元件 本科生课程设计（论文） VI 目 录 第 1 章 绪论.1 1.1 输电线路电流保护概述 .1 1.2 本文设计内容 .1 第 2 章 输电线路电流保护整定计算.2 2.

9、1 电流 段整定计算.2 2.1.1 动作电流的整定 .2 2.1.2 灵敏度校验 .3 2.1.3 动作时间的整定 .3 2.2 电流段整定计算.4 2.3 电流段整定计算 .4 第 3 章 电流保护原理图的绘制与动作过程分析.6 3.1 电流三段式保护原理接线图 .6 3.2 电流三段式原理展开图.7 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 .8 第 5 章 课程设计总结.10 参考文献.11 本科生课程设计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 输电线路电流保护概述 电力系统的输、配电线路因各种设备原因、自然原因、人工操作不当等原因可 能会发生相间或相地短路故障，因此，必须有相应的保护装

10、置来反映这些故障，并 控制故障线路的断路器，使其跳闸以切除故障。而且，对各种不同电压等级的线路 应该装设不同的相间短路和接地短路的保护。对于 35KV 及以上的电力设备和线路故 障，应有主保护和后备保护；对于电压等级在 220KV 及以上的线路，应该考虑或者 必须装设双重化的主保护，对于整个线路的故障，应该无延时控制其断路器跳闸。 线路的相间短路、接地短路保护主要有电流电压保护，方向电流电压保护，接地零 序电流电压保护，距离保护和纵联保护等。而其中电流电压保护主要包括带方向判 别和不带方向判别的相间短路电流电压保护、带方向判别和不带方向判别的接地短 路电流电压保护。他们分别用于双电源网络、单电

11、源环形网络及单电源辐射网络的 线路上切除相间或接地短路故障。 1.2 本文设计内容 方向电流保护用于双电源网络和单电源环形网络时，在构成、整定、相互配合 等问题上还有以下特点：在保护构成中增加功率方向测量原件，并与电流测量元件 共同判别是否在保护线路的正方向上发生故障。 本次设计主要对保护段的 段动 作电流的整定、灵敏度的校验、动作时间的整定、方向电流段的整定计算和方向 电流段动作时间整定计算，绘制方向电流保护原理图，并对动作过程进行分析。 以及运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算等。 本科生课程设计（论文） 2 第 2 章 输电线路电流保护整定计算 2.1 电流 段整

12、定计算 2.1.1 动作电流的整定 ，244 . 060 21LL XX164 . 040 3L X ，, 124 . 030 BC X124 . 030 CD X84 . 020 DE X 所以，最大运行方式的等值阻抗为： 14152524241525 212121min3GGLLGG XXXXXXX 最小运行方式的等值阻抗为： 1716102425 3311max3LGLG XXXXX C 母线最大短路电流为： A 82 . 0 1214 337 min3 max BC s kC XX E I C 母线最小短路电流为： A 64. 0 1217 337 2 3 2 3 max3 min B

13、C s kC XX E I 同理，D 母线最大短路电流为： A 56. 0 121214 337 min3 max CDBC s kD XXX E I D 母线最小短路电流为： A 45. 0 121217 337 2 3 2 3 max3 min CDBC s kD XXX E I E 母线最大短路电流为： 本科生课程设计（论文） 3 A 46 . 0 8121214 337 min3 max DECDBC s kE XXXX E I E 母线最小短路电流为： A 38. 0 8121217 337 2 3 2 3 max3 min DECDBC s kE XXXX E I 保护 1，2，3

14、 的第 I 段动作电流分别为： A552 . 0 46. 02 . 1 max1kE I rel I op IKI A672 . 0 56 . 0 2 . 1 max2kD I rel I op IKI A984 . 0 82 . 0 2 . 1 max3kC I rel I op IKI 2.1.2 灵敏度校验 49. 6121216 552 . 0 2 37 2 3 max3 1 min1CDBC I op s XXX I E xl 470 . 0 1216 672 . 0 2 37 2 3 max3 2 min2BC I op s XX I E xl 800 . 2 16 984 . 0

15、 2 37 2 3 max3 3 min3 X I E xl I op s 所以，不满足灵敏度要求。 0%100 min1 1 DE I sen X xl K ，不满足灵敏度要求。 , 0%100 min2 2 CD I sen X xl K ，满足灵敏度要求。 %15% 3 . 23%100 12 800. 2 %100 min3 3 BC I sen X xl K 2.1.3 动作时间的整定 由上述过程可知，保护 1，2，3 的 I 段动作时间分别为： ，s0 1 I op Is0 2 I op Is0 3 I op I 本科生课程设计（论文） 4 2.2 电流段整定计算 对于保护 2 的

16、电流保护 II 段动作电流应与相邻线路 DE 电流保护的 I 段配合， 即 ， 2min12b I op II rel II op KIKI1 2min b K 所以，A63 . 0 1552 . 0 15 . 1 2 II op I ，不满足灵敏度要求。 3 . 171. 0 63. 0 45. 0 2 min II op kDII sen I I K 所以断路器 2 处电流保护 II 段与断路器 1 处的 II 段配合，但因 1 处没有保护 II 段，所以不满足要求。 对于保护 3 的电流保护的 II 段的动作电流应与相邻线路 CD 电流保护的 I 段配 合，即 A77 . 0 1672

17、. 0 15 . 1 3min23b I op II rel II op KIKI ，不满足灵敏度要求。 3 . 183 . 0 77 . 0 64 . 0 3 min II op kCII sen I I K 所以，断路器 3 处电流保护 II 段与断路器 2 处电流保护 II 断配合，即 A72. 0163 . 0 15 . 1 3min23b II op II rel II op KIKI ，不满足灵敏度要求。 3 . 189. 0 72. 0 64. 0 3 min II op kCII sen I I K s 1 3 II op I 2.3 电流段整定计算 整定保护 1，2，3 的过

18、电流保护定值，假定母线 E 过电流保护动作电流时限为 0.5s,确定保护 1，2，3 过电流保护的动作时限，校验保护 1 作近后备，保护 2，3 作远后备的灵敏度。 因为 max rel L re ss III III op I K KK I 本科生课程设计（论文） 5 所以 A 029.7135 85 . 0 5 . 115. 1 max rel 1DE re ss III III op I K KK I A 059.14270 85. 0 5 . 115 . 1 max rel 2CD re ss III III op I K KK I A 235.223110 85. 0 5 . 115

19、. 1 max rel 3BC re ss III III op I K KK I 因为假定母线 E 过电流保护动作的时限为 0.5s,即，所以保护s5 . 0 e III op I 1，2，3 整定时间分别为： s 1 e1 tII III op III op s5 . 1 12 tII III op III op s2 23 tII III op III op ，不满足灵敏度要求。 3 . 100535 . 0 029.71 38 . 0 1 min 1 III op kEIII sen I I K ，不满足灵敏度要求。 2 . 100267 . 0 059.142 38 . 0 2 mi

20、n 2 III op kEIII sen I I K ，不满足灵敏度要求。 2 . 100170. 0 235.223 38 . 0 3 min 3 III op kEIII sen I I K 本科生课程设计（论文） 6 第 3 章 电流保护原理图的绘制与动作过程分析 3.1 电流三段式保护原理接线图 图 3.1 三段式电流保护原理接线图 图中，1KA、2KA 是 A、C 三相电流保护段的测量元件； 3KA、4KA 是 A、C 三项电流保护段的测量元件； 5KA、6KA、7KA 是 A、C 三相电流保护段的测量元件； KM 是中间继电器； 1KT、2KT 是电流保护、段的逻辑延时元件； 1K

21、S、2KS、3KS 是电流保护、段动作的报警用信号元件。 在该保护的第段保护范围内发生 AB 两项短路时，测量元件 1、2、3、4、5、6 都将动作，其中测量元件 1、2 直接启动中间继电器和信号元件， 并使断路器跳闸，切出故障。虽然测量元件 3、4、5、6 启动了延时元件，但因故障 切除后，故障电流已消失，所以所有测量元件和延时未到的延时元件，均将返回。 电流保护的、段不会再输出跳闸信号。同理，在线路末端短路时，只有延时元 本科生课程设计（论文） 7 件动作以切出故障。 3.2 电流三段式原理展开图 电网的三段式电流保护的作用，是利用不同过电流值下，设置不同的延时动作 时间来规避工作尖峰电流

22、和使发生短路故障时，只有事故点最近的断路器动作以减 少断电的影响范围。 三段式电流保护原理展开图如图 3.2、3.3、3.4 所示。 图 3.2 交流回路展开图 图 3.3 直流回路展开图 图 3.4 信号回路展开图 T Aa T Ac 1KA3KA5KA 2KA4KA6KA 7KA A C N +WC-W C 1KA 2KA 3KA 4KA 5KA 6KA 7KA KM 1KT 2KT 1KS 2KS 3KS KM 1KT 2KT QF T Q + WS 1KS 2KS 3KS 本科生课程设计（论文） 8 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 利用 Simulink 中的 SimPower

23、Systems 工具箱构建设计要求中给定的电力系统系 统，并在 Matlab 环境中调试成功。再建立线路三段式电流保护模块对各个部分参数 进行设定。根据线路三段式保护的原理以及各段保护之间的配合模拟电流 I、II、III 段保护动作分别在电流 I、II、III 段的范围内设置故障进行调试仿真。 根据线路三段式保护的原理以及各段保护之间的配合模拟各段保护的动作情况。 （1）模拟电流段保护动作执行仿真后，仿真结果如下图 4.1 所示： 由图可以看出线路在 0.05s 发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过 一个很小的延时 0.001s，断路器 1 跳闸。电流段成功按时动作。 图 4.1 电流

24、段保护仿真波形图 （2）模拟电流段保护动作，在电流段的范围内设置故障，由于本设计是模 拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路 1 的值来模拟线路不同段的故障。 将线路 1 的值设置为 10，线路 0、2 分别为 0.3、3.5。仿真参数同 1） ，执行仿真 后，仿真结果如下图 4.2 所示: 本科生课程设计（论文） 9 图 4.2 电流段保护仿真波形图 由图可以看出线路在 0.05s 发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过 预先设置的延时 0.5s，断路器 1 在 0.55s 跳闸。电流段成功按时动作。 （3）模拟电流段保护动作，在电流段的范围内设置故障，由于本设计是模 拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路 1 的值来模拟线路不同段的故障。 将线路 1 的值设置为 15.5，线路 0、2 分别为 0.3、3.5。仿真参数同 1） ，执行仿真 后，仿真结果如下图 4.3 所示: 图 4.3 电流段