220kV输电线路距离保护设计课程设计(论文)1.doc

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 课程设计 题目 题目 220kV220kV 输电线路距离保护设计 输电线路距离保护设计 3 3 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 电气电气1 1 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 20XX 12 30 20XX 1 1020XX 12 30 20XX 1 10 本科生课程设计 课程设计 任务及评语课程设计 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 题目 220kV 输电线路距离保护设计 3 课程设计 任务 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 线路每公里阻抗为 Z1 0 42 km 线路阻抗角为 L 69 AB BC 线路最大负荷电 流为 830A 负荷功率因数为 cos L 0 9 8 0 I rel K 电源电势8 0 rel K35 0 rel K 为 E 230kV ZsAmax 11 ZsAmin 8 ZsBmax 30 ZsBmin 14 归算至 230kV 的各变压器 阻抗为 164 容量 ST为 30MVA 其余参数如图所示 1 计算保护 1 距离保护第 段的整 定值和灵敏度 2 计算保护 1 距离保护第 段的整 定值和灵敏度 3 计算保护 1 距离保护第 段的整 定值和灵敏度 4 分析系统在最小运行方式下振荡 时 保护 1 各段距离保护的动作情 况 5 当距保护 1 出口 20km 处发生带 过渡电阻 Rarc 12 的相间短路时 保护 1 的三段式距离保护将作何反 应 设 B 母线上电源开路 6 绘制三段式距离保护的原理框图 并分析动作过程 7 采用 MATLAB 建立系统模型进行 仿真分析 stOP5 0 8 stOP1 7 8 E 6 5 62 km 38k m 2 1 74 3 30 km D C B A 系统接线图 续表 进度计划 第一天 收集资料 确定设计方案 第二天 距离 I 段整定计算及灵敏度校验 第三天 距离 II 段整定计算及灵敏度校验 第四天 距离 III 段整定计算及灵敏度校验 第五天 系统振荡和短路过渡电阻影响分析 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 质量 答辩 总成绩 指导教师签字 年 月 日 注 成绩 平时20 质量60 答辩20 以百分制计算 摘 要 对于如今现代电网环境 对输电线路的电流电压保护构成简单 对没有特殊要 求的中低压电网 都能满足保护要求 但是随着对电网质量的日益提高 灵敏度受 系统运行方式的影响有时保护范围很小 再者 该保护的整定计算比较麻烦 这使 得其在 35KV 及以上的复杂网络中很难适用 为此研究了性能更好的保护原理和方案 距离保护 本文主要设计对 220kV 输电线路距离保护 按照躲开下一条线路出口处短路的 原则计算保护 1 距离保护第 段 第 段 第 段的整定值和灵敏度 分析系统在 最小运行方式下振荡时 保护 1 各段距离保护的动作情况 并且分析在具体故障点 给定后 保护 1 的三段式距离保护的反应 最后绘制三段式距离保护的原理框图 分析其动作过程 并采用 MATLAB 建立简单电力系统三段式距离保护的模型 进行仿 真分析 关键词 三段式距离保护 MATLAB 仿真 系统振荡 本科生课程设计 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 继电保护概述 1 1 2 本文研究内容 1 第 2 章 输电线路距离保护整定计算 2 2 1 距离 段整定计算 2 2 2 距离 段整定计算 2 2 3 距离 段整定计算 3 2 4 系统振荡和短路过渡电阻影响分析 4 第 3 章 距离保护原理图的绘制与动作过程分析 5 3 1 距离保护原理图 5 3 2 距离保护原理说明 5 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 7 4 1 距离保护的 MATLAB 仿真 7 4 2 距离保护仿真波形及分析 8 第 5 章 课程设计总结 10 参考文献 11 本科生课程设计 第 1 章 绪论 1 1 继电保护概述 电力是如今社会发展所缺少的主要能源 其应用广泛 地位重要 电力系统的 稳定安全以及经济性 对人民的生活乃至社会稳定都有着极大地影响 其中在输电 线路上的保护尤为重要 我们一般使用作用于断路器的过电流继电器对线路进行保 护 达到反应快 误差小 精度快等优点 继电器对线路的保护是在被保护的电力系统发生故障时 应该由元件的保护装 置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令 使故障元件及时从电力 系统中断开 以最大限度的减少对电力元件本身的损害 降低对电力系统安全供电 的影响 并满足电力系统的某些特定要求 继电器会快速准确地反映出设备不正常 运行以及维护信号 以便人员及时调节 来保护我们的电力系统 整定计算是针对 具体的电力系统 通过网络计算工具进行分析计算 确定配置的各种系统保护的保 护方式得到保护装置的定值以满足系统的运行要求 整定计算是继电保护工作中一 项非常重要的内容 正确 合理的进行整定计算才能使系统中的各种保护装置和谐 的一起工作 发挥积极的作用 1 2 本文研究内容 本文主要对电力系统中 220kV 输电线路距离保护进行设计 其主要内容如下 1 首先对系统中保护 1 的各段整定值和灵敏度进行了整定计算 2 分析了系统在最小运行方式下振荡时 保护 1 各段距离保护的动作情况 3 分析其在具体故障点给定后 保护 1 的三段式距离保护的动作情况 4 分析其动作过程 最后采用 MATLAB 建立简单电力系统三段式距离保护的 模型 进行仿真分析 6976 123842 0 8 0 3BCrelset ZKZ 6908 103042 08 0 1ABrelset ZKZ 6983 206242 08 0 4CDrelset ZKZ 第 2 章 输电线路距离保护整定计算 2 1 距离 段整定计算 距离 I 段的整定方法按照躲开下一条线路出口处短路的原则整定 1 1 其中 0 8 通过该公式计算距离保护第 段动作阻抗 I rel K 为配合方便 先求出 1 3 4QF 断路器处保护第 段的整定值 即 确定动作时间 t 0s 整定阻抗角与线路阻抗角相等 保护区为被保护线路全长的 80 2 2 距离 段整定计算 在对 段进行保护的整定计算时与相邻线路距离保护I段相配合 当1QF处距离保护 第 段与BC线段第 段配合时 有 3min1 setbABrelset ZKZKZ 69 1 30 3042 0 8 111 max min min sB ABsA AB B AB BAB AB BC b Z ZZ I I I II I I K 68 2 14 3042 0 11 11 min max max sB ABsA b Z ZZ K 故 6957 286968 1369 1 3042 0 8 0 1 set Z 灵敏度校验 1 AB I rel I op ZKZ 1 08 103042 08 0 1 AB I res I op ZKZ AB II opII sen Z Z K 1 2 要求 1 3 1 5 满足要求 动作时间 t 0 5s 2 3 距离 段整定计算 因为采用方向阻抗元件 故距离保护第 段的整定值应按以下条件整定 一 躲过最小负荷阻抗 即 1 cos 9 0 3 1 max 1 LsetL erel set I UK Z 3 由题意知 即 而9 0cos L 8 25 L 69 set 故 6964 73 8 2569cos 4 0 9 035 0 3 115 1 set Z 按与相邻距离保护第 段动作时间配合 第 段距离保护的动作时间为 stop5 2 1 二 与相邻线距离保护第 段配合 即 3min 1setbrelABrelset ZKKZKZ 8 0 relrel KK 4 min3setbBCrelset ZKZKZ 1 min b K 6951 3404 263845 0 8 0 3 set Z 3min1 8 0 setbABset ZKZZ 69 4 57 69 3 58 5 138 0 6951 3469 1 3045 0 8 0 应取为相间距离保护第 段的整定值 69 4 57 1 set Z 26 2 6 12 57 28 1 AB II op II sen Z Z K 按与相邻距离保护第 段配合 第 段距离保护的动作时间为 ttt opop 31 试中 相邻线路重合后不经振荡闭锁的距离保护第 段的动作时间 3op t 取第 段的动作时间为 stop5 2 1 进行距离保护第 段的灵敏度校验 当作为近后备时 5 125 4 3045 0 4 57 1 AB set sen Z Z K 当作为远后备时 97 0 45 0 3868 2 3045 0 4 57 max 1 BCbAB set sen ZKZ Z K 2 4 系统振荡和短路过渡电阻影响分析 全相振荡时 系统三相对称 故可只取一相分析 两侧电源电势和电势ME NE 相等 相角差为系统中各元件阻抗角均相等 以表示不考虑负荷 3600 d 电流的影响 不考虑振荡同时发生短路 当 且系统中各元件阻抗角相等NMEE 时 振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点 则系统在 最小运行 方式下振荡时 保护 1 各段距离保护的动作情况如下 1 相间距离保护 I 段 在系统最小运行方式下 其值与该段阻抗相比 小于该段阻抗 所以相间距 离 I 不动作 2 相间距离保护 II 段 在系统最小运行方式下 其值与该段阻抗相比 大于该段阻抗 且动作时间 小于其时间 所以相间距离保护 II 段动作 3 相间距离保护 II 段 在系统最小运行方式下 其值与该段阻抗相比 小于该段阻抗 且动作时间 大于其时间 所以相间距离保护 III 段不动作 1 18 2 Z ZJ 第 3 章 距离保护原理图的绘制与动作过程分析 3 1 距离保护原理图 线路距离保护可以分为 3 段式保护其中距离保护第 段为线路的主保护 距离 保护第 段为本线主保护的近后备保护 其原理图如下 图 3 1 三段式距离保护构成的单相原理框图 3 2 距离保护原理说明 图中 Z Z Z分别是距离保护第 段的测量元件 叫阻抗元件 或阻抗继电器 用于测量故障点至保护安装处的距离 并与整定值 set Z进行比较 当 setm ZZ 时 测量元件有输出 反之 无输出 2KT 和 3KT 分别是距离保护第 段的延时元件 它作为时序逻辑判断元件 延时元件 2KT 用于判别故障是否 在距离保护第 段保护范围外的被保护线路内 故障点在该保护范围内时 延时元 件 2KT 输出跳闸信号 否则 2KT 不输出跳闸信号 延时元件 3KT 则用于判别是否本 Z Z Z 1 t t 1 3KT 2KT 3KS 2KS 1KS 7 8 9 2 3 4 5 6 10 跳闸 1 线路发生了故障而主保护拒动和判别是否相邻元件发生了故障而相邻元件保护或断 路器拒动 若出现上述拒动情况 则延时元件 3KT 会有输出 使本线断路器跳闸 元件 1 是电流或阻抗测量元件 作为整套距离保护的启动元件 判断是否发生故障 发生故障时有输出 元件 2 和 3 分别是振荡闭锁元件和电压互感器二次断线闭锁元 件 分别在系统振荡和电压互感器二次断线时有输出 经非门 10 闭锁保护 可防止 保护误动作 1KS 2KS 3KS 为距离第 段保护的信号元件 当相应段的 保护动作时 相应段的信号元件动作输出保护动作的报警信号 在上述原理框图中 有三点值得说明 第一 整套保护也可用距离保护中第 段的测量元件 Z兼做启动元件 第二 保护中第 的测量元件 Z Z整定值 可由一个阻抗元件用接点进行切换来实现 第三 若测量元件 Z Z和 Z无方向 性 则需加方向判断元件 从图 3 1 中可见 三段式距离保护与三段式电流保护的差别主要表现在一下三个方 面 第一 测量元件是阻抗元件 而不是电流元件 第二 增加了两个闭锁元件 整套保护中每相均有启动元件 可以增强保护的可靠性 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 4 1 距离保护的 MATLAB 仿真 本次课程设计在断路器处安装保护及启动原件 保护模块经封装成子系统 其 输入信号为电压电流测量值和由启动元件发出的投切信号 输入信号送至断路器的 控制端 以控制断路器的开合状态 信号 1 表示合闸 断路器的初始状态为合闸 气动元件是通过负序电流来判别系统是否发生故障 只有当故障发生时才能将整套 保护模块迅速投入工作 使用元件库中的故障模块进行故障点的设置 可以方便的 设置故障类型以及故障点起始时刻 为了简化系统 线路只有电感 总长为 120km Three PhauseV 1measurement 模块充当了由 SimPowerSystem 系统到 Simulink 系统的接口 相当于实际的电流和电压互感器 Three Phause Fault 模块可 以模拟三相的各种故障 当设定某种故障时 运行仿真可以得到短路电流和短路电 压 这是其他元件需要的数据 先经过一个三相滤波器消除衰减的直流分量 整个 系统通过设定不同的整定值来得到不同的保护范围 因此可以将三个整定值不同的 距离保护模块以及延时模块组成三段式距离保护 实现本线路的主保护和下级线路 的后备保护 最后再设计一个启动原件来控制三段式距离保护的投切 输电线路距 离保护的 MATLAB 仿真电路图如图 4 1 所示 图 4 1 MATLAB 仿真电路图 4 24 2 距离保护仿真波形及分析距离保护仿真波形及分析 正常状态下的波形图如图 4 2 所示 此时的波形是电压时三相对称 相角互差 120 度的波形 图 4 2 正常状态下时系统的电压波形图 系统发生设计中的线路故障时的各相电压波形如图 4 3 和图 4 4 所示 由于故障仿真 属于暂态 故此时仿真起止时间为 0 0 5s 故障的其实时刻为 0 01s 改变故障类型 仿真得到如下结论 接地距离保护对于范围内的相间短路不会动作 并且各段中的 相间距离保护对于保护范围内的单相接地故障也不会动作 图 4 3 故障线路的相间电压波形 图 4 4 故障线路的相间电流波形 线路两相接地故障时的电压波形图如图 4 5 所示 线路两相接地故障时的电压 波形图反映了系统发生两相接地故障的过程中 故障线路的电压变化 根据系统的 发生故障后电流电压的变化 发现距离保护能够反映保护范围内的各种相间故障和 接地故障 实现了本线