35kV输电线路电流电压保护设计(2)概述

1、辽宁工业大学力系统继电保护课程设计（论文）题目：35kV输电线路电流电压保护设计（2）院（系）： 专业班级：学 号：学生姓名：指导教师： （签字）起止时间：本科生课程设计（论文）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35kV输电线路电流电压保护设计（2）课程设 计（论 文）题目系统接线图如图:3课程设计E系统接线图课程设计的内容及技术参数参见下表（ 论 文 ） 任 务设计技术参数L1=L2=60km,L3=40km,最小运E =37/ 3kV,XG1 =25，1Xg2 =15/Xg3 =10/LB-C=30km,LC-D=30km,LD-E=20km

2、线路阻抗 0.4"km,KI =12 K - = K - = 1 15 rel.4 , rel rel ,最大负荷电流旧-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LI、L2、L3同时投入运行；行方式：G2 L2退出运行。工作量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

3、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MATLAB1立系统模型进行仿 真分析。续表进度计划指导教师评语及成绩第一天：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、八大：MATLA建模仿真分析。第九天：撰写

4、说明书。第十天：课设总结，迎接答辩。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% 论文质量60% 答辩20%以百分制计算Ia小手本科生课程设计(论文)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

5、 .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

6、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。iiiIa小手本科生课程设计(论文)(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

7、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#Ia小手本科生课程设计（论文）目录第1章绪论 11.1 输电线路电流

8、保护概述 11.2 本文设计内容 1第2章输电线路电流保护整定计算 22.1 电流I段整定计算 22.1.1 动作电流的整定 22.1.2 灵敏度校验 32.1.3 动作时间的整定 32.2 电流II段整定计算 42.3 电流田段整定计算 4第3章电流保护原理图的绘制与动作过程分析 63.1 电流三段式保护原理接线图 63.2 电流三段式原理展开图 7第4章MATLA班模仿真分析 8第5章课程设计总结 10参考文献 11V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

9、的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。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

10、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I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II段的整定计算和方向电流田段 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。7第2章 输电线路电流保护整定计算2.1 电流I段整定计算2.1.1 动作电流的整定Xli

11、 =Xl2 =60m0.4 = 24C , Xl3 =40父 0.4 = 16CXbc =30m0.4=12G , Xcd =30x0.4 = 12。，XDE = 20父 0.4 =炭所以，最大运行方式的等值阻抗为：X3min = Xg1 Xg2 Xl1 Xl2 Xg1 Xg2 = 2515 24 24 25 15 = 14-最小运行方式的等值阻抗为：X3max = Xg1 Xl1 Xg3 Xl3 = 25 24 10 16 = 171 1C母线最大短路电流为:I kC maxEsX3min Xbc37 3 =0.82工上14 12C母线最小短路电流为:I kCminEs2 X3max Xbc

12、7 3 =0.64、217 12同理,D母线最大短路电流为:I kD maxEsX3min XBC X CD37 3= 0.56。14 12 12D母线最小短路电流为:I kD minEs% 337 , 3二- =0.45 -2 X3max Xbc Xcd 217 12 12E母线最大短路电流为:I kE maxEsX3min XBC XCD X DE37 3 -14 12 12 8E母线最小短路电流为:I kEmin、3xEs3X保护IOp1IOp2IOp32X3maxXBC XCD X DE1, 2,=Krel=Krel=Krel3的第I段动作电流分别为:I kE maxI kD max&

13、#39; I kC max= 1.2 0.46 = 0.552。= 1.2 0.56 = 0.672。= 1.2 0.82 = 0.984。2.1.2灵敏度校验xL1 min、3Ess2IOp1一 X3max _ XBC _ XCDxl2min, 3Ess2IOp2一 X3maxXl 3min2IOIP3一 X3max所以,KI1senxL1 minX DEKI2senxl2minXCDK'3sen37 ' 3= 0.38<a2 17 12 12 83716-12-12-6.4912 0.55237XBC16-12 =-0.4702 0.67237 16= 2.8002

14、0.984父100%<0 ,不满足灵敏度要求。父100%<0,不满足灵敏度要求。 100% ;咨XBC12父100% = 23.3% >15%,满足灵敏度要求。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:IOp1=0s, IOp2=0s,op3 - 0s2.2 电流n段整定计算Kbmin 2 - 1对于保护2的电流保护II段动作电流应与相邻线路 DE电流保护的I段配合，即I op2 = K rel ' I op1 / Kbmin 2 ,所以，I；Ip2 = 1.15 0.552.1 = 0.63、iisenI kD minTpT0.4

15、50.63= 0.71 <1.3,不满足灵敏度要求。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，3 = Cl IOp2 / Kbmin3 = 1.15 父 0.672/1 = 0.77K AII _ I kCmin _ 0.64 _Ksen = F一 =不万=0.83 <1.3 ,不潴足灵敏度要求。I op30.77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IOp3= Ki 旦2/&3=1.15父0.63/1 = 0.7

16、2。II IkCmin 0.64sen 喘 0.72=0.89 < 1.3 ,不满足灵敏度要求。.iiI op3 一 1S2.3 电流田段整定计算整定保护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IIIIopiiirelKssssKreL max本科生课程设计（论文）11所以III KrIeIl Kssop1KreIDE max1 15 1 5-35= 71.029、0.85IOP2KIIIKrelKssKreI CDmax1.15 1.50.8570

17、= 142.059、IOP3Kt KssKreI BCmax1.15 1.50.85110 = 223.235, a因为假定母线E过电流保护动作的时限为0.5s,即IOPe = 0.5s,所以保护1, 2,3整定时间分别为:IOP1=IOPe t =伯IOP2IOP1 t =1.5sIOP3IOP2 ，t = 2sIIII左kE min_ 0.38 _sen1I IIII op171.029IIII日kE min_ 0.38sen2I IIII op 2142.059IIII, kE min0.38sen3一 I IIII op 3223.2350.00535 <1.3=0.00267

18、二 1.2=0.00170 ： 1.2不满足灵敏度要求。,不满足灵敏度要求。,不满足灵敏度要求。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I段的测量元件；3KA、4KA是A、C三项电流保护II段的测量元件；5KA、6KA、7KA是A、C三相电流保护田段的测量元件;KM是中间继电器；1KT、2KT是电流保护H、田段的逻辑延时元件；1KS、2KS、3KS是电流保护I、H、m段动作的报警用信号元件。在该保护的第I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

19、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R、 田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。TAa1KA3KA5KA图3.2交流回路展开图A相交流C相回N相路+

20、WC-WC图3.3直流回路展开图控制母线直熔断器电流I段流电流n段回电流皿段跳路闸回路+ WS图3.4信号回路展开图I焦小手本科生课程设计(论文)13 u itc r20002000 a宣I 口lb BreakBrlfl 2-0 4 S口日1口目 Q 句 除恒直飞于有T端Ub Brakr1x 100 20 40 60 0第4章MATLAB1模仿真分析利用Simulink中的SimPowerSystems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、I

21、II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I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,断品&器1跳闸。电流I段成功按时动作。rTor图4.1电流I段保护仿真波形图(2)模拟电流R段保护动作，在电流R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

22、真参数同1),执行仿真后, 仿真结果如下图4.2所示：图4.2电流n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,断品&器1在0.55s跳闸。电流II段成功按时动作。(3)模拟电流田段保护动作，在电流田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15.5Q ,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电流出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