60kV输电线路电流电压保护设计.doc

微机继电保护课程设计（论文）题目：60kv输电线路电流电压保护设计 院（系）： 电气工程学院 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）：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60kv输电线路电流电压保护设计 课程设计（论文）任务bag1123l3l2l1edcg2g3987654系统接线图系统接线图如图：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l1=l2=60km,l3=40km,lb-c=40km,lc-d=30km,ld-e=20km,线路阻抗0.4/km,最大负荷电流ib-c.lmax=160a,ic-d.lmax=110a, id-e.lmax=70a,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：g2、l2退出运行。一、整定计算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。二、硬件电路设计包括cpu最小系统、电流电压数据采集、开关设备状态检测、控制输出、报警显示等部分。三、软件设计说明设计思想，给出参数有效值计算及故障判据方法，绘制流程图或逻辑图。四、实验验证给出实验电路及实验结果，分析实验结果同理论计算结果的异同及原因。续表进度计划第一天：收集资料，确定设计方案。 第二天：等值电抗和短路电流计算、电流i段整定计算及灵敏度校验。第三天：电流ii段、iii段整定计算及灵敏度校验。 第四天：硬件电路设计（最小系统、数据采集、状态检测部分）。第五天：硬件电路设计（控制输出、报警显示部分）。 第六天：软件设计（有效值计算、故障判据）。第七天：软件设计（绘制流程图或逻辑图）第八天：实验验证及分析。 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% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要输电线路电流电压继电保护装置够维持电流电压输电线路中的正常流转，能够在输电线路出现异常时保证线路中的电流电压在最短时间内恢复正常，并且能够较为及时的发现线路中电流电压的异常，并检测出出现异常的原件。对输电线路电流电压的保护对保护电力系统的正常安全运行，稳定电流和电压以及预防故障和事故具有重要的意义。针对本次设计，首先确定保护3在最大、最小运行方式下得等值电抗，计算c母线、d母线、e母线相间短路的最大，最小短路电流，然后整定保护1、2、3的各个参数值并校验灵敏度。硬件部分，包括cpu最小系统、电流电压数据采集、开关设备状态检测、控制输出、报警显示等部分。软件部分，根据设计思想绘制流程图或是逻辑图，最后采用实验的方式进行输电线路电流电压保护的分析。关键词：电流电压保护；整定值计算；实验分析目 录第1章 绪论11.1 输电线路电流电压保护的概况11.2 本文主要内容2第2章 输电线路电流保护整定计算32.1 保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗32.2 c、d、e母线相间短路的最大、最小短路电流计算42.3 整定保护1、2、3及最小范围的计算42.4 整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度52.5 保护1、2、3动作时限计算6第3章 硬件电路设计8第4章 软件设计11第5章 实验验证及分析135.1 实验电路的连接135.2 实验结果及分析13第6章 课程设计总结15参考文献16v第1章 绪论1.1 输电线路电流电压保护的概况最早用于输电线路电流电压保护的设备室熔断器，这种继电保护装置在19世纪70年代开始广泛的在输电线路电流电压的保护。上个世纪初期出现了基于电磁原理的电磁型电流电压保护装置。1965年，随着计算机技术和信息技术的发展，出现了基于大规模集成电路和微处理技术的输电线路电流电压技术，这一技术的优势明显，并在输电线路电流电压保护工作中取得了较好的成绩。电流和电压是输电线路的核心要素，也是整个电力系统的核心。电力系统的线路或元件发生故障时，故障点越靠近电源，短路电流越大。利用这一特点，可构成电流保护。对于仅反应电流增大而瞬间动作的电流保护，称为电流速断保护（电流保护第段）。它的保护范围受系统运行方式的影响较大，不可能保护线路的全长；为了保护线路全长，通常采用带时限的电流速断（电流保护第段）与相邻线路的速断保护相配合，其保护范围包括本线路的全部和相邻线路的一部分，其时限比相邻线路的速断保护大；电流保护、段可构成线路的主保护。过电流保护（电流保护第段）是按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，可作为本线路和相邻线路的后被保护。具体应用时，只采用电流速断保护和限时电流速断，或限时电流速断保护和定时限过流保护的方式，也可三者同时采用。对继电保护的基本要求有四个：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。继电保护装置的基本任务是：（1）自动、迅速、有选择性地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，并保证其他无故障元件迅速恢复正常运行。（2）反应电气元件不正常运行情况，并根据不正常运行情况的种类和电气元件维护条件，发出信号，由运行人员进行处理或自动地进行调整或将那些继续运行会引起事故的电气元件予以切除。（3）继电保护装置还可以和电力系统中其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预订措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。1.2 本文主要内容1、根据已知接线图给出等效电路图并求出个参数，并按要求进行整定计算；2、根据设计原理确定各部分系统，并作出总的硬件电路图；3、说明设计思想，给出给出参数有效值计算及故障判据方法，绘制流程图或逻辑图；4、利用实验进行验证，给出实验电路及实验结果，分析实验结果同理论计算结果的异同及原因。第2章 输电线路电流保护整定计算2.1 保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗保护3在在最大运行方式时，三台发电机及线路l1、l2、l3同时运行，等效电路图如图2.1所示：图2.1 最大运行方式保护3在最小运行方式下g2、l2退出运行，等效电路图如图2.2所示：图2.1 最小运行方式2.2 c、d、e母线相间短路的最大、最小短路电流计算当系统在最大运行方式下运行时c母线短路，此处有最大的短路电流为：当系统在最小运行方式下运行时c母线短路，此处有最小的短路电流为：同理，d、e母线发生相间短路的最大、最小短路电流为：2.3 整定保护1、2、3及最小范围的计算断路器1qf处电流保护第段的动作电流应躲过本线路de末端的最大短路电流，即断路器2qf处电流保护第段的动作电流应躲过本线路cd末端的最大短路电流，即断路器3qf处电流保护第段的动作电流应躲过本线路bc末端的最大短路电流，即所以保护1、保护2的段灵敏度不合格，保护3合格。2.4 整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度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和动作时间的整定为：其中为时限阶段，它与断路器的动作时间，被保护线路的保护的动作时间误差等因素有关。取，所以对于保护3的电流保护的第段的动作电流应与相邻线路电流保护的第段相配合，分支系数即所以该处电流保护的第段的灵敏度为，故不满足灵敏度要求。断路器3qf处电流保护的第段动作时间和断路器2qf处电流保护的第段动作时间相配合所以，此时灵敏度为 满足要求对于保护2qf的电流保护的第段与相邻线路1qf电流保护的第段相配合 故不满足灵敏度要求2.5 保护1、2、3动作时限计算整定保护1、2、3的过电流保护定值，假定母线e过电流保护动作时限为0.5s，确定保护1、2、3过电流的动作时限，校验保护1作近后备，保护2、3作远后备的灵敏度。定时限过电流保护的作用是作本线主保护的后备保护，即近后备保护，并做相邻下一线路的后备保护即远后备保护。因此，它的保护范围要求超过相邻线路的末端。通过计算得：故保护1可以作e点的近后备保护。故保护2、3可以作e点的远后备保护。 第3章 硬件电路设计本次设计的硬件电路图包括cpu最小系统，电流电压数据采集、开关设备状态检测，输出控制，报警显示等部分。如图3.1所示，cpu最小系统包括电源电路，滤波电路，时钟电路和复位电路，时钟电路主要由晶振，电阻和滤波电容组成，8051作为主机与外设的连接芯片单片机的复位信号，它是从rst引脚输入到芯片内的施密特触发器中。当系统处于正常状态时，且振荡器稳定后，如果rst引脚上有一个高电平并维持2个机器周期以上，则cpu就可以响应响应并将系统复位。图3.1 cpu最小系统图3.2 数据采集系统如图3.2所示为电压与电流采集电路。电压采集，因为采样信号要输入单片机8051内部，其内部采样基准电压选为2.5v，因此要将输入的采样电压限制在2.5v以下；电流采集，采用康铜丝进行采集。首先考虑到效率问题，康铜丝不能过大，同时8051基准电压为2.5v，且所需康铜丝需自制。考虑到以上方面在康铜丝阻值选取上约为0.1。如图3.3所示为开关设备状态检测电路，图中采用排阻来实现，它是一排电阻的简称。我们知道内存在处理、传输数据时会产生大小不一的工作电流。而在内存内存颗粒走线的必经之处安装一排电阻，则能够帮助内存起到稳压作用，让内存工作更稳定。从而提升内存的稳定性。1与a、2与b、3与c、4与d之间的电阻都是10，与其他的管教没有任何关系，就是一排电阻，做在了一个元件上，与普通电阻相比具有整齐、少占空间的优点。图3.3 开关设备状态检测电路如图3.4所示，当开关事故跳闸发生事故音响后，值班人员可根据指示灯闪烁情况迅速判断跳闸回路，及时处理事故。单片机除了电源引脚，还用到了p0.4、p1.2、p3.0这3个引脚，其中p3.0脚输出2hz脉冲信号通过光耦q817驱动场效应管k1462场效应管导通时信号母线+220v经场效应管和电流采样电阻r1输出到闪光母线，场效应管截止时闪光母线失电。p1.2脚驱动发光二极管作为工作状态指示，正常时以2hz的频率闪烁，过流时常亮。 图3.4 报警电路图第4章 软件设计本次设计采用三段式电流保护，即由瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护组成。根据电压保护装置构成的基本原理：测量部分使用过电压继电器（或低电压继电器），逻辑部分根据保护动作的需要决定是否使用时间继电器来延迟动作速度，从而满足选择性需求。执行部分采用中间继电器去完成跳断路器，信号继电器去接通信号回路，发出相应信号的任务。计算过程中涉及最大、最小运行方式，电流曲线如图4.1所示（曲线1为最大允许方式，曲线2为最小运行方式）：最大运行方式短路电流为： 最小运行方式短路电流为： es和xs是常数，短路点距离电源越远（l越大），短路电流越小。图4.1 线路最大、最小运行方式下电流曲线根据设计思想绘制流程图如图4.2所示：上电或复位系统初始化ny系统上电？ 系统自检？（缺相、相序）等待上电y故障处理程序n采样中断子程序数据处理子程序y是否有故障（短路、漏电、过载）动作否？故障处理程序n动作否？保护动作子程序ny记录、显示报警子程序系统处理控制图4.2 设计流程图第5章 实验验证及分析5.1 实验电路的连接图5.1 实验电路图5.2 实验结果及分析实验电路图如图5.1所示：根据线路三段式保护的原理以及各段保护之间的配合连接电路图进行实验并得出结果，根据实验现象可知电流段保护成功按时动作。但是该故障必须设置在电流速断的保护范围之内。期间其实电流段和段都启动了，只是他们都带有一个动作延时，在还没来得及动作时，电流段已经动作，并跳开断路器，以致线路电流减小，段和段都返回不动作。对于电流段保护，发生故障后断路器1在一个延时后跳闸(即0.5s),电流段成功按时动作。这是因为电流段还没来得及动作，电流段已经将故障切除，以至于电流减小使段返回，这也正是电流保护为什么要有动作时限配合的原因。对于电流段保护，在线路末端发生短路产生的短路电流较小，使得保护段和段都不会启动，经过一个延时（1s）后，段动作而跳闸，切除故障。电流段不仅作为线路主保护拒动时的近后备保护，而且作为下一级相邻线路保护拒动和断路器拒动的远后备保护，同时还作为过负荷时的过负荷保护。第6章 课程设计总结本次设计题目是60kv输电线路电流电压保护设计，首先收集该题目的有关材料，初步确定设计方案，然后确定保护3在最大、最小方式下的等值电抗，并进行c母线、d母线、e母线相间短路电流的计算。整定保护1、2、3的过电流速断保护定值并校验灵敏度。计算完成后在假定母线e过电流保护动作时限为0.5s时，确定并校验保护1作为近后备，保护2、3作为远后备的灵敏度。计算完成后，开始设计硬件电路图，包括cpu最小系统，电流电压数据采集、开关设备状态检测、控制输出、报警显示等部分。在设计的过程中，使用8051作为主机与外设的连接芯片。不仅使设计顺利完成，更重要的是我学到了在课堂上没有涉及到的知识。之后，根据设计思想，计算出参数的有效值并明确故障判断方法，最后绘制流程图加以检验。所有的设计完成后就要用实验进行验证，得出实验结果并分析结果同理论计算结果的异同及原因。参考