功率方向电流保护设计

1、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生姓名专业班级课程设计（论文）题目输电线路方向电流保护设计（1）系统接线图如图:G A 9LLG78C课程设计论文>任务系统接线图设计技术参数工作量E© = 115/3kV,XG1 =150,Xg2 =15QXg3 =1如,L仁 L2=60km,L3=40km,LB-C=40km, LC-D=30k m, LD-E=20km线路阻抗 0.4 0/km,"2,帘=KrJP=1.15,最大负荷电流IB-C丄max=300A, IC-D. Lmax=200A,ID-E 丄 max=150A,电动机自

2、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： G2 L2退出运行。1. 等值电抗计算、短路电流计算。2. 整定保护4、5的电流速断保护定 值，并尽可能在一端加装方向元件。3. 确定保护5、7、9限时电流速断 保护的电流定值，并校验灵敏度。4. 确定保护4、5、6、7、& 9过电 流保护的时间定值，并说明何处需要 安装方向兀件。5. 绘制方向过电流保护的原理接线 图。并分析动作过程。&米用MATLAB!立系统模型进行仿 真分析。课程设计的内容及技术参数参见下表续表进度计划并 电 护 并

3、 的 保 瓦 抑 流E<呆 电 氏！ 过 。对 束 9 O 算 川 釜 、件 。 = 计断 序 00 元 析 计矶血。限 刖»0 设短小件9 、r。模 昔 S 5 匸 人 5 崙 劉 老 妾 户刀 、 一-/ O 月亓 及、一 4 确544皿鼻傩44说创T迎 ， 、每 T 一 ， 料抗护装涉灵护明护从明结 资电保加你验保说保M说总 集值定端定校定，制：写设 收等整一确并确值绘天撰课 祀 ： ，：定 ：八 ： ： 天天天能天值天间天、天天 二三可&定応时亠八七儿十 第第第尽第流第的第第第第指导教师评语及成绩日月 宀字年»:指 :轨 时 成 平 总注：成绩：平时2

4、0% 论文质量60% 答辩20%以百分制计算电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中，电力系统希望线路有比较好的可靠性，因此在电力系统受到外界干扰时，保护线路的各种 继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作，从而切断故障点极大限度的降低电力 系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。 电流方向保护是在 每个断路器的电流保护中增加一个功率方向测量元件。使其对对电流保护段来说，因为反方向短路时功率方向测量元件不动

5、作，其整定值就只需躲过正方向线路末端短路 电流最大值，而不必躲过反方向短路的最大短路电流，因而提高了灵敏度。关键词：继电保护；电流保护；方向保护；方向元件本科生课程设计（论文）第 1 章 绪论 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签错误！未定义书签目录1.1 输电线路电流保护概述 1.2 本文主要内容 第 2 章 输电线路方向电流保

6、护整定计算 2.1方向电流I段整定计算2.1.1保护4、5的I段动作电流的整定 2.1.2 灵敏度校验 2.1.3 动作时间的整定 2.2保护5、7、9方向电流U段整定计算 2.3方向电流川段动作时间整定计算及方向元件的安装第 3 章 方向电流保护原理图的绘制与动作过程分析 3.1 保护原理图 3.2 动作过程分析 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 4.1 MATLAB 系统仿真图 4.2 仿真种波形 第 5 章 课程设计总结 第 6 章 参考文献 本科生课程设计（论文）第1章绪论1.1输电线路电流保护概述电力系统的输、配线路因各种原因可能 会发生相间或相地短路故障，因此，必须 有相应的

7、保护装置来反映这些故障，并控制故障线路的断路器,使其跳闸以切除故障 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3KV及以上的电力设备和线路的短路故障，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， 应无延时控制其短路器跳闸。线路的相间短路、接地短路保护有：电流电压保护，方 向电流电压保护，接地零序流电压保护，距离保护和纵联保护等。电力系统中线路的电流电压保护包括：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。他们分别是用于双电源网络、单电源环形网络

8、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本文主要内容在每个断路器的电流保护中增加一个功率方向测量元件 （当他和电流测量元件均 动作后才启动逻辑元件），并规定当短路功率从母线流向线路（为正）时该功率元件 动作，而从线路流向母线（为负）时不动作。那么对电流保护段来说，因为反方向短 路时功率方向测量元件不动作，其整定值就只需躲过正方向线路末端短路电流最大 值，而不必躲过反方向短路的最大短路电流， 因而提高了灵敏度。这种增加了功率方 向测量元件的电流保护即为方向电流保护。 在双电源网络或其他复杂网络中，可以采 用带方向的三段式电流保护，以满足保护的各种性能要求。三段式方向电流保护的特点，

9、三段式电流保护在作用原理、征订计算原则等方面 与无方向三段式保护基本相同。但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。方向电流保护第I段，即无时限方向电流速度保护的动作电流整定可以不必躲过反方向外部最 大短路电流；第段电流保护动作电流还应考虑躲过反向不对称短路时，流过非故障相的电流，这样可防止在反方向发生不对称故障时非故障线功率方向测量元件误动作而 造成的保护误动作；在环网和双电源网中，功率方向可能相同的电流保护第段的动作 电流之间和动作时间之间应相互

10、配合，以保证保护的选择性。本次设计的任务主要包括了六大部分， 分别为运行方式的选择、 电网各个元件参 数及负荷电流计算、 短路电流计算、 继电保护距离保护的整定计算和校验、 继电保护 零序电流保护的整定计算和校验、 对所选择的保护装置进行综合评价。 其中短路电流 的计算和电气设备的选择是本设计的重点。3第2章 输电线路方向电流保护整定计算2.1方向电流I段整定计算1各段线路的阻抗为:X bc =40*0.4=16 QX li = x L2 =60*0.4=24 Q x l 3=40*0.4=16 QXcd =30*0.4=12 Q x de =20*0.4=8 Q系统接线图如图2.1所示，由电

11、流速断保护的动作电流应躲过本线末端的最大短 路电流，可计算保护4(3)115 3|KAmax-=1.357AIop4*rel1(Xg1 Xl1)/(Xg2 Xl2)Xl3 (15 24) / (15 24) 16(3)Isax=1.2*1.5457=1.85A保护5(3)I KB maxEXg3 Xl3115315 16-2.14AI op5I= krel(3)I KB max=1.2* 2.07 =2.48A因为|Op4”|KBmax所以在4QF加方向元件2.1.2灵敏度校验K；en校验，应按电流、电压元件中保护范围小的元件确定，整定值满足可靠系 数的要求。min 4sen 4 -l3X1

12、lmin 4刈3(2-1)保护4的灵敏度校验xilmin=證 一 XsmaxV2.o/20=8.05 QXop4 =XlXl2 + Xl3 = 28 28 + 16 =30QKsen = x，min二空 =36.37%>15%满足灵敏度要求所以合格30XOP4保护5的灵敏度校验K Isen 5l min 5x1l min 5l3X1I3(2-2)x1l min 3Es2 I OP5xmax3 1153-16=7.09 Q2 2.49X op5 X l3 16QKsen = 7.°9=44.31%>15%, 16满足灵敏度要求所以合格2.1.3动作时间的整定因为无时限电流速

13、断保护不必外加延时元件即可保证保护的选择性，也就是说电流保护第I段的人为延时，所以电流保护第I段的动作时间为0。即t op4 =t op5 =02.2保护5、7、9方向电流H段整定计算由于无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，而该线路的剩下部分的短路故 障必须依靠另外一种电流保护，即带时限的电流速断保护对于此种保护的动作电流整 疋为：(2-3)保护5 U段与保护3配合IoP5 二 KreiKbIOp = IB-C 丄 max=320AKb :分支系数=流过故障线电流/流过保护线电流。k2 i1 XG：SXL1Xg3ESXl3 =1.67IOp = K冋 lop . Kb =1.15 320/

14、1.67=220.36A(2)KBEsXg3+ XL32 16+161796.88AK se尸 扯=1796.88 =8.2>1.4满足灵敏度要求IOP 220.36与相邻保护3U段配合kb"1 XgESXl1X G3 ' X L3= 1.67(2-4)即两相邻线路的IK hen |I OP5I= IC-D Lmax=200A分支系数=流过故障线电流/流过保护线电流，且两电流相等。所以：Kb =14IOP3 = Krel - Iop2/ Kb4=1.15 200/1=230AIOP = K rel - IOP / Kb =1.15 230/1.67=158.38A(2)

15、Kse产J=n.35>1.4此结果满足灵敏度要求IOP 158.38厂5t°P5 二 t°p3：t=t°p2：t ：t=1S保护7,9与保护5相同2.3方向电流山段动作时间整定计算及方向元件的安装为保证选择性，则必须加延时元件，且应按照阶梯形原则整定， 本 计（论文）电流川动作时间相差一个 t。上一线路与动作时间长的下一段线路相配合；末级不 装延时元件；越靠近电源，延时越长。tN Os （线路末端），t = t . ：t， t亠麻=2.vtt5“，t7：=t9it =1.5s, t，t6=t8,0S （无下一级，相当于末级）KBC , top5 >to

16、p4若刑 m 矛盾，所以需加方向元件。Ka , t爲吩爲J又由于：t5，t7，t9,1.5S>t47，tOS为简化保护接线和提高保护的可靠性， 电流保护每相的第I、 U、川段可共用一 个方向元件。电流保护第川段的动作时间较小者而可能失去选择性时加方向元件， 动 作时间相同者可能失去选择性时均加方向元件。所以 保护4,6,8加方向元件。5本科生课程设计（论文）第3章 方向电流保护原理图的绘制与动作过程分析图3.1三段式电流保护原理接线图9图3.1给出的是三段式电流电压保护的原理接线图，其中1KA 2KA KM和1KS构成第I段无时限电流速断保护；3KA 4KA 1KT和2KS构成第U段带时

17、限电流速断 保护；5KA 6KA 7KA（采用两相三继电器式接线）、2KT和3KS构成第川段定时限过 电流保护。由于三段式电流保护各段的动作电流和动作时限整定均不相同，必须分别1KW图3.2方向电流保护原理图交流回路使用不同的电流继电器和时间继电器，而信号继电器1KS 2KS和3KS则分别用以发出I、U、川段保护动作的信号。电流继电器 7KA接于A,C两相电流之和上，是为了在Y,d接线的变压器后发生两相短路时提高过电流保护的灵敏性。每个继电器都由感受元件、比较元件和执行元件三个主要部分组成。感受元件用比较元件将接收到的控制量与整定值进行比较,并将比较结果的信号送到执行元件;执行元件执来测量控制

18、量（如电压、电流等）的变化，并以某种形式传送到比较元件;行继电器功作输出信号的任务。+WC-WC图3.5方向电流保护原理图直流回路1KS3KS佶号冋跆图3.4方向电流保护原理图信号回路3.2动作过程分析电流继电器和功率继电器才用按相启动方式， 当两者都满足时线路才能接通。当 系统发生短路时，有本线路所在保护的I段切故障，则直接经过线圈KM通过信号线圈KS发出信号，并跳闸。当I断拒动或故障时，电流继电器经过延时继电器，当 延时时间到达时，接通信号继电器发信号，并接通跳闸线圈进行跳闸动作。第4章MATLAB建模仿真分析4.1 MATLAB系统仿真图由MATLAB软件进行输电线路方向电流保护仿真实验

19、的仿真图形如图4.1所示图4.1 MATLAB建模仿真图将MATLAB仿真技术应用于电力系统继电保护中输电线路方向电流保护的研究，针对输电线路方向电流保护技术的核心内容。仿真步骤如下1）环节库及其输入，将给定的信号输入仿真系统；2）环节的联接，将各个环节的端口按框图连接起来；3）环节参数的设定，将参数以 MATLAB中合法的方式表示；4）系统的建立，构建了继电保护系统输电线路方向电流保护的 MATLAB仿真4.2仿真种波形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I段保护动作执行仿真后，仿真结果如下图4.2所示：由图可以看出线路在0.05s发生了故障，

20、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I段成功按时动作。lb Breakerlx 协° Ut： Three-Phase Fault/Fault A1 卜IIIII0 00.20 40 60 611.2图4.2电流I段仿真波形图lb Sreakerlx iq4Ub Breaker 1lb Ihrn-Phase Fault/Fault A2）模拟电流U段保护动作，在电流U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100，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U段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U段成功按时动作。3）模拟电流川段保护动作，在电流川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 0，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4.4