電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計——輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計

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1、真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請指正。 電力系統(tǒng)機電保護(hù) 課程設(shè)計論文 二號黑體加粗居中號） 設(shè)計課題 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計 論文題目 輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計 學(xué) 部 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師

2、 年 月 日 課程設(shè)計（論文）任務(wù)書 一、 課程設(shè)計（論文）的內(nèi)容 輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計 二、設(shè)計（論文）的要求與數(shù)據(jù) 1、設(shè)計技術(shù)參數(shù)： L1=L2=60km,L3=50km,LB-C=40km, LC-D=50km,LD-E=20km,線路阻抗0.4/km, ,, 最大負(fù)荷電流IB-C.Lmax=360A, IC-D.Lmax=210A, ID-E.Lmax=110A, 2、、統(tǒng)接線圖如圖： B A G1 1 2 3 L3 L2 L1 E

3、 D C G2 G3 9 8 7 6 5 4 系統(tǒng)接線圖 三、課程設(shè)計（論文）應(yīng)完成的工作 1、值電抗計算、短路電流計算。 2、整定保護(hù)4、5的電流速斷保護(hù)定值，并盡可能在一端加裝方向元件。 3、定保護(hù)5、7、9限時電流速斷保護(hù)的電流定值，并校驗靈敏度。 4、定保護(hù)4、5、6、7、8、9過電流保護(hù)的時間定值，并說明何處需要安裝方向元件。 5、制方向過電流保護(hù)的原理接線圖。并分析動作過程。 6、采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析。 五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) [1] 谷水清．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M]．北

4、京：中國電力出版社，2005 [2] 賀家禮．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M]．北京：中國電力出版社，2004 [3] 能源部西北電力設(shè)計院．電力工程電氣設(shè)計手冊（電氣二次部分）．北京：中國電力出版社，1982 [4] 方大千．實用繼電保護(hù)技術(shù)[M]．北京：人民郵電出版社，2003 [5] 崔家佩等．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動裝置整定計算[M]．北京：水利電力出版社，1993 [6] 卓有樂．電力工程電氣設(shè)計200例[M]．北京：中國電力出版社，2002 [7] 陳德樹．計算機繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M]．北京：水利電力出版社，1992 [8] 陳曾田．電力變壓器保護(hù)[M]．北京：水

5、利電力出版社，1989 [9] 許建安．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M]．北京：水利電力出版社，2003 目 錄 第1章 緒論 ------------------------------------------------------6 1.1 輸電線路電流保護(hù)概述 --------------------------------------------7 1.2 本文主要內(nèi)容 -----------------------------------------------------7 第2章 輸電線路方向電流保護(hù)整定計算 ------------

6、-------------9 2.1 方向電流Ι段整定計算----------------------------------------------------- 9 2.1.1 保護(hù)4、5的Ι段動作電流的整定------------------------------------- 10 2.1.2 靈敏度校驗 ---------------------------------------------10 2.1.3 動作時間的整定------------------------------------------------------ 10 2.2 保護(hù)5、7、9方向電流Ⅱ段

7、整定計算 ------------------------11 2.3方向電流Ⅲ段動作時間整定計算及方向元件的安裝 -------------12 第3章 方向電流保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析 -----12 3.1 保護(hù)原理圖--------------------------------------------------------------- 12 3.2 動作過程分析----------------------------------------------------------- 12 第4章 MATLAB建模仿真分析------------------------

8、---- 13 第5章 課程設(shè)計總結(jié)------------------------------------------ 15 摘 要 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(yīng)的保護(hù)裝置來反映這些故障，方向保護(hù)是利用電壓和電流的乘積判明電流流向（相位）的繼電保護(hù)。以判明短路故障位于保護(hù)裝置處的正向或反向。 本設(shè)計題目為輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計，經(jīng)過保護(hù)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(hù)5、7、9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(hù)原理圖，并對動作過程進(jìn)行分析。 利用MATLAB軟件

9、建立系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)給定參數(shù)對電氣元件設(shè)定，對仿真結(jié)果分析，符合設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電流保護(hù)；方向保護(hù)；方向元件 一、緒論 1.1 輸電線路電流保護(hù)概述 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(yīng)的保護(hù)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(yīng)該裝設(shè)不同的相間短路和接地短路的保護(hù)。對于3KV及以上的電力設(shè)備和線路的短路故障，應(yīng)有主保護(hù)和后備保護(hù)，對于電壓等級在220KV及以上的線路，應(yīng)考慮或者必須裝設(shè)雙重化的主保護(hù)，對于整個線路的故障，應(yīng)無延時控制其短路器跳閘。線路的相間短路、接

10、地短路保護(hù)有：電流電壓保護(hù)，方向電流電壓保護(hù)，接地零序流電壓保護(hù)，距離保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)等。 電力系統(tǒng)中線路的電流電壓保護(hù)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(hù)，帶方向判別和不帶方向判別的接地短路電流電壓保護(hù)。他們分別是用于雙電源網(wǎng)絡(luò)、單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)及單電源輻射網(wǎng)絡(luò)的線路上切除相間或接地短路故障。 1.2 本文主要內(nèi)容 通過對保護(hù)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(hù)原理圖，并對動作過程進(jìn)行分析。 在對電流保護(hù)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

11、路電流最大值，而不必躲過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(hù)即為方向電流保護(hù)。在雙電源網(wǎng)絡(luò)或其他復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，可以采用帶方向的三段式電流保護(hù)，以滿足保護(hù)的各種性能要求。 方向電流保護(hù)用于雙電源網(wǎng)絡(luò)和單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)時，在構(gòu)成、整定、相互配合等問題上還有以下特點：在保護(hù)構(gòu)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(hù)線路的正方向上發(fā)生故障。方向電流保護(hù)第Ⅰ段，即無時限方向電流速度保護(hù)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(hù)動作電流還應(yīng)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

12、線功率方向測量元件誤動作而造成的保護(hù)誤動作；在環(huán)網(wǎng)和雙電源網(wǎng)中，功率方向可能相同的電流保護(hù)第段的動作電流之間和動作時間之間應(yīng)相互配合，以保證保護(hù)的選擇性。 本次設(shè)計包含了運行方式的選擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負(fù)荷電流計算、短路電流計算、繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計算和校驗、繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定計算和校驗、對所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評價。 二、輸電線路方向電流保護(hù)整定計算 2.1 方向電流Ι段整定計算 2.1.1 保護(hù)4、5的Ι段動作電流的整定 根據(jù)任務(wù)書中的系統(tǒng)接線圖計算各段線路的阻抗。 ==60*0.4=24Ω =50*0.4=20Ω =40*0.4=16Ω =50*0.

13、4=20Ω =20*0.4=8Ω 由電流速斷保護(hù)的動作電流應(yīng)躲過本線末端的最大短路電流，可計算：保護(hù)4 = 1.668kA =1.21.668=2.002kA 保護(hù)5 因為 ，所以在4QF加方向元件。 2.1.2 靈敏度校驗 校驗，應(yīng)按電流、電壓元件中保護(hù)范圍小的元件確定，整定值滿足可靠系數(shù)的要求。 保護(hù)4的靈敏度校驗： =-20=8.72Ω =2424+20=32Ω ==100%=27.25%>15% 滿足靈敏度要求，所以合格。 保護(hù)5的靈敏度校驗：

14、 =7.09Ω =20Ω ==100%=35.45%>15% 滿足靈敏度要求，所以合格。 2.1.3 動作時間的整定 因為無時限電流速斷保護(hù)不必外加延時元件即可保證保護(hù)的選擇性，所以電流保護(hù)第I段的動作時間為0，即t=t=0。 2.2 保護(hù)5、7、9方向電流Ⅱ段整定計算 無時限電流速斷保護(hù)在任何情況下只能切除本線路上的故障，外部短路故障應(yīng)依靠另外一種電流保護(hù),即帶時限的電流速斷保護(hù)對于此種保護(hù)的動作電流整定為。 保護(hù)5Ⅱ段與保護(hù)3配合 = IB-C.Lmax=3

15、60A :分支系數(shù)=流過故障線電流/流過保護(hù)線電流。 =1+=1+=1.42 =/1.42=291.54A kA=1796.875A ===6.16>1.4 所以滿足靈敏度要求。 與相鄰保護(hù)3Ⅱ段配合 =1+=1+=1.42 IC-D.Lmax=210A 分支系數(shù)=流過故障線電流/流過保護(hù)線電流，且兩電流相等。 所以：=1 =/==264.5A =/==214.21A ==8

16、.38>1.4此結(jié)果滿足靈敏度要求。 ==1s 保護(hù)7,9與保護(hù)5相同。 2.3方向電流Ⅲ段動作時間整定計算及方向元件的安裝 為保證選擇性，則必須加延時元件，且應(yīng)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，延時越長。 s（線路末端），， ，（無下一級，相當(dāng)于末級） 若:>，:<矛盾，則Ⅲ需加方向元件。因為> 為簡化保護(hù)接線和提高保護(hù)的可靠性，電流保護(hù)每相的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段可共用一個方向元件。電流保護(hù)第Ⅲ段的動作時間小者而可能失去選擇性時

17、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(hù)4,6,8加方向元件。 三、方向電流保護(hù)原理圖的繪制 3.1 保護(hù)原理圖 根據(jù)系統(tǒng)接線圖，繪制方向電流保護(hù)原理圖，如圖3.1所示。 圖3.1 方向電流保護(hù)原理圖 3.2 動作過程分析 電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動方式，當(dāng)兩者都滿足時線路才能接通。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，有本線路所在保護(hù)的Ⅰ段切故障。當(dāng)Ⅰ斷拒動或故障時，電流繼電器經(jīng)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(hù)據(jù)動和判別是否相鄰元件發(fā)生了故障而相鄰元件保護(hù)或斷路器據(jù)動，若出現(xiàn)上述舉動情況，則延

18、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(jīng)非門閉鎖保護(hù)，可防止保護(hù)誤動作。發(fā)生故障時相應(yīng)段的保護(hù)動作，信號元件動作輸出保護(hù)動作的報警信號。 整套保護(hù)也可用距離保護(hù)中第Ⅲ段的測量元件兼做啟動元件，保護(hù)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(jìn)行切換實現(xiàn)，若測量元件、和無方向性，則需加方向判別元件。整套保護(hù)中每相均有啟動元件，可以增加保護(hù)的可靠性。 四、MATLAB仿真分析 按系統(tǒng)接線圖在MATLAB軟件中建立仿真模型，根據(jù)給定的參數(shù)對各電氣元件設(shè)定，系統(tǒng)在MATLAB軟件中的仿真圖如圖4.1所示。將

19、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(jù)線路三段式保護(hù)的原理以及各段保護(hù)之間的配合模擬各段保護(hù)的動作情況。 圖4.1 MATLAB建模仿真圖 正常運行狀態(tài)時線路電壓電流波形如圖4.2所示。 圖4.2 電壓波形 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。仿真結(jié)果表明，所建立的保護(hù)模型具有實時性和正確性，符合計算結(jié)論。 圖4.3 故障相電流波形

20、 心 得 體 會 時光飛逝，轉(zhuǎn)眼間電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計結(jié)束了。在這短暫的幾個星期里雖然很辛苦但是我學(xué)會了很多東西，有很大的收獲。這次的課程設(shè)計是自上大學(xué)以來最后一次設(shè)計訓(xùn)練。通過這次課程設(shè)計,對我們綜合運用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及相關(guān)課程知識解決問題的能力有很大的提高,使所學(xué)知識得到鞏固和發(fā)展;并且學(xué)習(xí)了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的一般方法和步驟。 我學(xué)到了很多,我感到最重要的就是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木?不放過一絲的錯誤,對圖的每一個環(huán)節(jié)都要嚴(yán)謹(jǐn),反復(fù)檢查、修改。在課設(shè)中，沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，就不能完成課程設(shè)計?？傊?，在這課程設(shè)計中我受益非淺，對我以后的工作也是有很大的幫助的，我不會忘記

21、這次的課設(shè)的。在這里我也感謝所有給予我關(guān)心幫助的老師和同學(xué)，希望以后有更多的機會來鍛煉自己的綜合素質(zhì)，為以后的學(xué)習(xí)、生活打下良好的基礎(chǔ)，在這次課設(shè)中也暴露了自己的一些缺點，基礎(chǔ)知識不夠扎實，我會在以后的日子里加以改正，來提高自己綜合能力。 在這門學(xué)科的課設(shè)中運用了電力系統(tǒng)分析與電力自動化及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)相結(jié)合不僅僅對電力系統(tǒng)分析更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，同時也對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的中心思想有了感知，在頭腦中也更加清淅初步的做到了理論與實踐相結(jié)合。 年 月 日 教 師 評 語 年 月 日 成 績 及 簽 名 年 月 日 16 / 16