27零序保护设计(2).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 论文 课程设计 论文 题目 输电线路零序电流保护设计 题目 输电线路零序电流保护设计 2 2 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095095 学学 号 号 090303132090303132 学生姓名 学生姓名 田贵宝田贵宝 指导教师 指导教师 签字 起止时间 起止时间 2012 12 312012 12 31 2013 01 112013 01 11 本科生课程设计 论文 课程设计 论文 任务及评语课程设计 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 090303132 学生姓名田贵宝专业班级电气 095 课程设 计 论 文 题 目 输电线路零序电流保护设计 2 本科生课程设计 论文 1 课程设计 论文 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 3 115kVE 2 1 I rel K rel K1 1 rel K 系统中各元件及线路的负序阻抗 与正序阻抗相同 其他参数见图 计算最大和最小零序电流 应根据当 Z1 Z0 时 则有 反之 当 Z1 Z0 时 1 1 0 1 0 kk II 则有 1 1 0 1 0 kk II 1 计算 B 母线 C 母线 D 母线处 正序 负序 及零序综合阻抗 Z1 Z0 2 计算 B 母线 C 母线 D 母线处 发生单相或两相接地短路时出现的 最大 最小零序电流 3 整定保护 1 2 3 零序电流 I 段 的定值 并计算各自的最小保护范 围 4 当 B 母线上负荷变压器始终保持 两台中性点都接地运行时 整定保 护 1 2 零序 定值 并校验灵敏度 5 整定保护 1 零序 段定值 假定 母线 D 零序过电流保护动作时限为 0 5s 确定保护 1 2 3 零序过电 流保护的动作时限 校验保护 1 零 序 段的灵敏度 6 绘制零序三段式电流保护的原理 接线图 并分析动作过程 7 采用 MATLAB 建立系统模型进行 仿真分析 续表 ZT4 60 ZT3 60 ZT2 10 ZG2 16 ZT1 10 32 1 ZG1 16 Z1 CD 40 Z0 CD 80 Z1 BC 20 Z0 BC 40 Z0 AB 40 A Z1 AB 20 D C B 本科生课程设计 论文 2 进度计划 第一天 收集资料 确定设计方案 第二天 综合阻抗 Z1 Z0 计算 第三天 计算最大 最小零序电流 第四天 整定保护 1 2 3 零序电流 I 段 第五天 整定保护 1 2 零序 段 第六天 整定保护 1 零序 段定值 第七天 绘制保护原理图 第八天 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 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 本科生课程设计 论文 3 摘 要 本文是针对 110KV 电力系统进行的零序电流保护设计 零序电流保护是利用接 地时产生的零序电流使保护动作的装置 零序电流保护不反应三相和两相短路 在 正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生 所以有较好的灵敏度 设计了满足零序电流整定计算时 所需的短路电流计算 对现有零序电流整定 计算的一般方法和原则做了介绍 给出了优化线路零序电流计算整定计算技术措施 利用大接地电流系统中发生接地短路时出现零序电流等的特点 可以构成反映 零序电流大小的多段式零序电流保护 零序电流一般分三段式 零序电流第 段为线路接地故障的主保护 而第 段为线路接地故障的后备保护 第 段零序电流保护的整定计算 因线路 电压等级不同和采用的重合闸方式不同而略 有差别 但其基本原则与相间电流保护的相同 关键词 继电保护 零序电流保护 短路计算 整定计算 本科生课程设计 论文 4 目 录 第 1 章 绪论 4 1 1 目的 4 1 2 零序电流保护的重要性及研究意义 4 第 2 章 输电线路零序电流保护整定计算 5 2 1 零序电流 段整定计算 6 2 1 1 零序电流 段动作电流的整定 6 2 1 2 灵敏度校验 10 2 1 3 动作时间的整定 13 2 2 零序电流 段整定计算 13 2 3 零序电流 段整定计算 14 第 3 章 零序保护原理图的绘制与动作过程分析 15 3 1 零序保护原理接线图 15 3 2 系统接线图 16 3 3 各保护的动作过程分析 16 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 17 第 5 章 课程设计总结 18 参考文献 19 本科生课程设计 论文 5 第 1 章 绪论 1 11 1 目的目的 课题名称为高压输电线路零序电流保护的整定计算研究 课题的目的是研究总 结出影响线路零序电流整定计算的因素 并给出改进措施 找出一些计算规律 从 而改进整定计算速度 提高计算效率 减少整定计算的盲目性 从而减少数据处理 的复杂性 适应电网不断发展对整定计算的快速要求 提高零序电流整定计算软件 的实用性 1 21 2 零序电流保护的重要性及研究意义零序电流保护的重要性及研究意义 在中性点直接接地的系统中 统计数字表明 接地故障占总故障的 90 以上 其中 110KV 及以上电网单相接地故障占 70 90 三相短路很少见 多数都是由接 地短路故障或相问短路而致 因此接地短路的保护是高压电网的重要保护之一 线 路的接地保护如果不计高频保护在内 主要有零序电流保护和接地距离保护 因零 序电流保护的原理简单 动作速度快 所以被广泛应用于高压电网各种电压等级的 接地系统中 然而要将此保护应用到电网中 其中一个最重要的工作之一就是保护 定值计算 零序电流整定计算的结果 关系到电力系统运行的安全性 零序电流保护装置 也电力系统重要的二次设备之一 正确的保护定值是防止事故进一步扩大的基础 在电力生产运行工作和电力工程的设计中 零序电流保护整定计算就是保障电网安 全运行的重要工作之一 随着电力网络的发展和电网结构同益复杂化 如今电力系统已经广泛使用计算 机进行整定计算 整定计算已经向着智能化和提高计算速度方向发展 常规计算方 法 存在一些无必要的计算 使得计算等待时问过长 满足不了整定计算人员快速 改变一些运行方式下 对定值的分析模拟 一定程度上降低了软件的计算效率 尤 其是满足不了网络规模复杂化后对定值的快速计算要求 因此研究零序电流的整定 计算方法有利于找出合理的整定计算规律 进一步优化程序的计算功能 减少不必 要的运算 提高软件的计算速度 适应了电网不断发展 网络日益复杂化后对整定 计算快速化的要求 本科生课程设计 论文 6 本科生课程设计 论文 7 第 2 章 输电线路零序电流保护整定计算 在现代电网中 随着超高压 大容量 远距离输电线路的不断增多 对电力系 统的继电保护装置提出了更高 更严格和要求 目前我国 110KV 及以上电网都采用 中性点直接接地的系统 现有的接地保护如果不计高频保护在内 主要有零序电流 保护和接地距离保护 零序电流保护有结构简单灵敏度高的优点 但是其保护区域 受运行方式的影响较大 利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置 叫零序电流保护 零序电流一 般分四段式 零序电流第 段为线路接地故障的主保护 而第 段为线路接地 故障的后备保护 在电力系统架空线路上零序电流一般用零序电流滤过器获得 对 于电缆采用的是零序电流互感器 TAN 获得零序电流 一 无时限零序电流保护 零序电流保护 段 的整定计算原则 第一 躲过相邻的下一线路出口 即本线路末端单相或两相接地短路时可能出现的 最大 3 倍零序电流 即 max0 3I max0 3IKI I rel I op 3 1 I rel K 第二 躲过本线路三相断路器触头不同时合闸时出现的最大 3 倍零序电流 ust I 0 3 即 ust I rel I op IKI 0 3 2 1 I rel K 第三 对于采用单相重合闸的线路 还应躲过非全相运行又发生系统振荡时所出现 的最大 3 倍零序电流 即 unc I 0 3 unc I rel I op IKI 0 3 按第一或第二条整定的零序电流保护 I 段称为灵敏 I 段 按第三条整定的零序 电流保护 I 段称为不灵敏 I 段 零序电流保护 I 段的保护最小保护范围要求不小于本保护线长度的 15 其整 定的动作延时为 0 二 带时限零序电流速断保护 零序电流保护 段 的整定计算原则 与相邻下一线路的零序电流保护第 I 段配合 即 min2 0 1 b I op II rel II op KIKI 式中 分支系数最小值 minb KstK II op II rel 0 1 3 1 1 灵敏度 5 1 3 1 3 1 0 min0 II op II sen IIK 三 零序过电流保护 零序电流保护 段 的整定计算原则 与相邻线路的零序电流保护第 段配合 即 min2 0 1 b II op III rel III op KIKI 本科生课程设计 论文 8 式中 灵敏度 tttK II op III op III rel 21 1 15 1 3 1 III sen K 2 12 1 零序电流零序电流 段整定计算段整定计算 2 1 1 零序电流 段动作电流的整定 一 计算各母线处正序和零序综合阻抗 1 Z 0 Z 一 当 均投入运行时1G1T2G2T3T4T 正序 G11A B1BC1CDT1 G2T2 Z ABCD Z ZZ ZZZ 图2 1 均投入运行时正序等值序网络图1G1T2G2T3T4T 零序 T4 0A B0BC0CDT1 T3 T2 Z ABCD Z ZZ ZZZ 图2 2 均投入运行时零序等值序网络图1G1T2G2T3T4T 整定计算 B 母线 33201016 1016 122111ABTGTGB ZZZZZZ 1860 60 4010 10 430210TTABTTB ZZZZZZ C 母线 53 111BCBC ZZZ 58 000BCBC ZZZ 本科生课程设计 论文 9 D 母线 93 111CDCD ZZZ 138 000CDCD ZZZ 二 当 投入运行时1G1T2G2T3T 正序 G11A B1BC1CDT1 G2T2 Z ABCD Z ZZ ZZZ 图2 3 投入运行时正序等值序网络图1G1T2G2T3T 零序 0A B0BC0CDT1 T3 T2 Z ABCD Z Z ZZZ 图2 4 投入运行时零序等值序网络图1G1T2G2T3T 整定计算 B 母线 33201016 1016 122111ABTGTG ZZZZZZ 71 2560 4010 10 30210TABTT ZZZZZ C 母线 53 111BCBC ZZZ 71 65 000BCBC ZZZ D 母线 93 111CDCD ZZZ 71 145 000CDCD ZZZ 三 当 投入运行时1G1T3T4T 正序 G11A B1BC1CDT1 Z ABCD ZZZZ 图2 5 投入运行时正序等值序网络图1G1T3T4T 本科生课程设计 论文 10 零序 T4 0A B0BC0CDT1 T3 Z ABCD ZZ ZZZ 图 2 6 投入运行时零序等值序网络图1G1T3T4T B 母线 46 1111ABTGB ZZZZ 75 18 4030010TTABTB ZZZZZ C 母线 66 111BCBC ZZZ 75 58 000BCBC ZZZ D 母线 106 111CDCD ZZZ 75 138 000CDCD ZZZ 四 当 投入运行时1G1T3T 正序 G11A B1BC1CDT1 Z ABCD ZZZZ 图 2 7 投入运行时正序等值序网络图1G1T3T 零序 0A B0BC0CDT1 T3 Z ABCD Z ZZZ 图 2 8 投入运行时等值零序序网络图1G1T3T B 母线 46 1111ABTGB ZZZZ 27 27 3010TABTB ZZZZ C 母线 66 111BCBC ZZZ 27 67 000BCBC ZZZ D 母线 106 111CDCD ZZZ 27 147 000CDCD ZZZ 二 计算 B C D 母线处发生单相或两相接地短路时出现的最大 最小零序电流 本科生课程设计 论文 11 一 当 均投入运行时1G1T2G2T3T4T B 母线 962 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I BB s KB 790 0 2 01 1 0 KA ZZ E I BB s KB C 母线 393 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I CC s KC 405 0 2 01 1 0 KA ZZ E I CC s KC D 母线 180 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I DD s KD 205 0 2 01 1 0 KA ZZ E I DD s KD 二 当 投入运行时1G1T2G2T3T B 母线 786 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I BB s KB 724 0 2 01 1 0 KA ZZ E I BB s KB C 母线 360 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I CC s KC 387 0 2 01 1 0 KA ZZ E I CC s KC D 母线 173 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I DD s KD 200 0 2 01 1 0 KA ZZ E I DD s KD 三 当 投入运行时1G1T3T4T B 母线 795 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I BB s KB 600 0 2 01 1 0 KA ZZ E I BB s KB C 母线 362 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I CC s KC 348 0 2 01 1 0 KA ZZ E I CC s KC D 母线 173 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I DD s KD 189 0 2 01 1 0 KA ZZ E I DD s KD 四 当 投入运行时1G1T3T B 母线 660 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I BB s KB 557 0 2 01 1 0 KA ZZ E I BB s KB C 母线 331 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I CC s KC 333 0 2 01 1 0 KA ZZ E I CC s KC D 母线 166 0 2 01 1 1 0 KA ZZ E I DD s KD 185 0 2 01 1 0 KA ZZ E I DD s KD 三 保护 1 2 3 零序电流 段动作电流的整定 一 保护 1 零序电流 I 段 本科生课程设计 论文 12 运行1G1T2G2T3T4T 取两相接地短路 1 0 1 1 0KBKB II 385 0 43021 1 1 043 0 KA ZZZZZ IZZ I TTABTT KBTT 运行1G1T2G2T3T 取两相接地短路 1 0 1 1 0KBKB II 449 0 3021 1 1 03 0 KA ZZZZ IZ I TABTT KBT 最大运行方式为 运行1G1T2G2T3T 保护 1 的 I 段动作电流为 6164 1 449 0 32 13 max0rel 0 KAIKI OP 二 保护 2 零序电流 I 段 运行1G1T2G2T3T4T 取单相接地短路 1 0 1 1 0KCKC II 405 0 1 00 KAII KCC 运行1G1T2G2T3T 取单相接地短路 1 0 1 1 0KCKC II 387 0 1 00 KAII KCC 最大运行方式为 运行1G1T2G2T3T4T 保护 2 的 I 段动作电流为 458 1 405 0 32 13 02 0 KAIKI Crelop 三 保护 3 零序电流 I 段 运行1G1T2G2T3T4T 取单相接地短路 1 0 1 1 0KDKD II 205 0 1 00 KAII KDD 运行1G1T2G2T3T 取单相接地短路 1 0 1 1 0KDKD II 200 0 1 00 KAII KDD 最大运行方式为 运行1G1T2G2T3T4T 保护 3 的 I 段动作电流为 738 0205 0 32 13 03 0 KAIKI Drelop 2 1 2 灵敏度校验 一 保护 1 的最小保护范围计算 设 则 AB AK Z Z k 1 1 10 1 k 4040 40 20 101011 111 kZkZkZ BKAKAK 运行1G1T3T4T 1111 2026 11 kZZZZ LAKTGK 8 4070 41 430010 111 kkZZZZZZ TTBKAKTK 取单相接地短路 1 0 1 1 001 11 KBKBKK IIZZ 本科生课程设计 论文 13 8 4070 41 2026 2 3 115 2 11101 1 0 11 kkkZZ E I KK s KB 75 682070 3 115 8 47 11 1 4301 430 2 00 1 1 kk k ZZZZ ZZZ II TTABT TTBK KBk 5084 1 3 1 0 0 1 KAII OPK 得 满足灵敏度要求 15 26 31 1 k 运行1G1T3T 11 40100 41 2026 1130010 11111 111 11 kkZZZZZ kZZZZ TBKAKTK AKTGK 取单相接地短路 1 0 1 1 001 11 KBKBKK IIZZ 11 40100 41 2030 2 3 115 2 11101 1 0 11 kkkZZ E I KK s KB 5084 1 3 11 40100 41 2026 2 3 115 11 410 1 0 0 111 1 301 30 1 00 1 1 1 KAII kkk k ZZZ ZZ II opK TABT TBK KBK 得 满足灵敏度要求 15 16 40 1 k 根据 可知 最小运行方式为 运行1G1T3T4T 保护 1 的 I 段最小可以保护线路 AB 全长的 31 26 二 保护 2 的最小保护范围计算 设 则 BC BK Z Z k 2 2 10 2 k 2021 40 20 22 kZkZ BKBK 运行1G1T3T4T 2043010 211111 4075 18 2046 22 22 kZZZZZZ kZZZZZ BKTTABTK BKABTGK 取单相接地短路 1 0 1 1 001 22 KCKCKK IIZZ 2201 1 00 4075 18 2046 2 3 115 2 22 2 kkZZ E II KK s KCK 得 满足灵敏度要求 422 1 3 2 0 0 2 KAII opK 15 66 26 2 k 运行1G1T3T 本科生课程设计 论文 14 203010 21111 4027 27 2046 22 22 kZZZZZ kZZZZ BKTABTK AKTGK 取单相接地短路 1 0 1 1 001 22 KCKCKK IIZZ 2201 1 00 4027 27 2046 2 3 115 2 22 2 KKZZ E II KK s KCK 得 满足灵敏度要求 422 1 3 2 0 0 2 KAII opK 15 16 1 k 根据 最小运行方式为 运行1G1T3T 保护 2 的 I 段最小可以保护线路 BC 全长的 16 三 保护 3 的最小保护范围计算 设 则 CD CK Z Z k 3 3 10 3 k 3031 80 40 33 kZkZ CKCK 运行1G1T3T4T 30043010 3111111 8075 58 4066 33 33 kZZZZZZZ kZZZZZZ CKBCTTABTK CKBCABTGK 若 则取单相接地短路 33 01kK ZZ 1 0 1 1 0KDKD II 3301 1 00 8075 58 4066 2 3 115 2 33 3 kkZZ E II KK s KDK 得 满足灵敏度要求 7272 0 3 3 0 0 3 KAII opK 15 66 45 3 k 此时 与矛盾 326 96 788 88 33 01KK ZZ 33 01KK ZZ 所以 取两相接地短路 33 01KK ZZ 1 0 1 1 0KDKD II 8075 58 24066 3 115 2 3301 1 1 00 33 3 kkZZ E II KK s KDK 得 满足灵敏度要求 7272 0 3 3 0 0 3 KAII opK 15 20 43 3 k 运行1G1T3T 3003010 3111111 8027 67 4066 33 33 kZZZZZZ kZZZZZZ CKBCTABTK CKBCABTGK 若 则取单相接地短路 33 01kK ZZ 1 0 1 1 0KDKD II 本科生课程设计 论文 15 3301 1 00 8027 67 4066 2 3 115 2 33 3 kkZZ E II KK s KDK 得 满足灵敏度要求 7272 0 3 3 0 0 3 KAII opK 15 65 41 3 k 此时 与矛盾 59 100 66 86 33 01KK ZZ 33 01KK ZZ 所以 取两相接地短路 33 01KK ZZ 1 0 1 1 0KDKD II 8027 67 24066 3 115 2 3301 1 1 00 33 3 kkZZ E II KK s KDK 得 满足灵敏度要求 7272 0 3 3 0 0 3 KAII opK 15 68 34 3 k 根据 最小运行方式为 运行1G1T3T 保护 3 的 I 段最小可以保护线路 CD 全长的 34 68 2 1 3 动作时间的整定 保护 1 2 3 的 段动作时间为 sttt I op I op I op 0 321 2 2 零序电流零序电流 段整定计算 一 保护 1 的 段与保护 2 的 I 段配合 保护 1 的分支系数 1min I 2 0 II 1 0 bop II relop kIKI 5 2 30 75 0 0 1min AB BC b I I k 626 0 5 2 422 1 1 1 II 1 0 KAI op 灵敏度校验 最小运行方式为 运行1G1T3T4T 流过保护 1 的最小零序电流 2096 0 4301 41 1 0min0 KA ZZZZ ZZ II TTABT TT KB 不满足灵敏度要求3 1005 1 626 0 2096 0 33 1 0 min0 1 II op II sen I I K 所以 保护 1 的 段与保护 2 的 段配合 保护 2 的分支系数 1min II 2 0 II 1 0 bop II relop kIKI 1 2min b k 80 0 1 7272 0 1 1 2min I 3 0 II 2 0 KAkIKI bop II relop 本科生课程设计 论文 16 352 0 5 2 80 0 1 1 II 1 0 KAI op 满足灵敏度要求3 179 1 352 0 2096 0 33 1 0 min0 1 II op II sen I I K 所以保护 1 的 段动作电流 352 0 II 1 0 KAI op 保护 1 的 段动作时间 stttttt I op II op II op 0 15 05 00 321 二 保护 2 的 段与保护 3 的 I 段配合 80 0 1 7272 0 1 1 2min I 3 0 II 2 0 KAkIKI bop II relop 灵敏度校验 最小运行方式为 运行1G1T3T 流过保护 2 的最小零序电流 320 0 1 0min0 KAII KC 不满足灵敏度要求3 12 1 80 0 320 0 33 2 0 min0 2 II op II sen I I K 所以 保护 2 的 段与保护 3 的 段配合 2 3 零序电流零序电流 段整定计算 保护 1 的 段与保护 2 的 段配合 KAkIKI bop III relop 352 0 5 2 80 0 1 1 1min II 2 0 III 1 0 灵敏度校验 最小运行方式为 运行1G1T3T4T 作为近后备 满足灵敏度要求3 179 1 352 0 2096 0 33 1 0 min0 1 III op BIII sen I I K 作为远后备 满足灵敏度要求2 173 2 352 0 320 0 33 1 0 min0 1 III op CIII sen I I K 已知母线 D 零序过电流保护动作时限为 0 5s 所以保护 1 的 段零序电流保护的动作时间 stttttt II op II op III op 5 15 05 05 0 321 本科生课程设计 论文 17 第 3 章 零序保护原理图的绘制与动作过程分析 3 1 零序保护原理接线图 图 3 1 零序保护原理图 本科生课程设计 论文 18 3 23 2 系统接线图系统接线图 ZT4 60 ZT3 60 ZT2 10 ZG2 16 ZT1 10 32 1 ZG1 16 Z1 CD 40 Z0 CD 80 Z1 BC 20 Z0 BC 40 Z0 AB 40 A Z1 AB 20 D C B 图 3 2 系统接线图 3 33 3 各保护的动作过程分析各保护的动作过程分析 以线路 AC 为例 如图 3 2 所示 已知各保护的保护范围 1QF I 段 AM 段 AP 段 C 母线以后 2QF I 段 BN 段 段 C 母线以后 3QF C 母线以后 故障发生在 AM 间时 由 1QF 的 I 段切除故障 动作的继电器 1QF 1KA KM 1KS 2KA 3KA 2QF 3QF 不动作 故障发生在 MB 间时 由 1QF 的 段切除故障 动作的继电器 1QF 2KA 1KT 2KS 3KA 2QF 3QF 不动作 故障发生在 BP