电流电压保护设计(10).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 题目 输电线路电流电压保护设计 输电线路电流电压保护设计 10 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085 学学 号 号 080303160 学生姓名 学生姓名 陈凌蕊陈凌蕊 指导教师 指导教师 签字 起止时间 起止时间 本科生课程设计 论文 I 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080303160学生姓名陈凌蕊专业班级电气 085 课程设 计 论 文 题 目 输电线路方向电流保护设计 10 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 15 3 115 1 G XkVE 15 15 32 GG XX L1 L2 60km L3 40km LB C 40km LC D 30km LD E 20km 线路阻抗 0 4 km 2 1 I rel K rel K15 1 rel K 最大负荷电流 IB C Lmax 300A IC D Lmax 200A ID E Lmax 150A 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 1 等值电抗计算 短路电流计算 2 整定保护 4 5 的电流速断保护 定值 并尽可能在一端加装方向元 件 3 确定保护 5 7 9 限时电流速 断保护的电流定值 并校验灵敏度 4 确定保护 4 5 6 7 8 9 过 电流保护的时间定值 并说明何处 需要安装方向元件 5 绘制方向过电流保护的原理接 线图 并分析动作过程 6 采用 MATLAB 建立系统模型 进行仿真分析 B A G 1 1 23 L 3 L 2 L 1 ED C G 2 G 3 98 76 54 系统接线图 本科生课程设计 论文 II 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 III 摘 要 电力系统的输 配线路因各种原因可能会发生相间或相地短路故障因此必须有 相应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 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 3KV 及 以上的电力设备和线路的短路故障 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 应无延时控制其短路器跳闸 线路的相间短路 接地短路保护有 电流电压保护 方向电流电压保护 接地零序流电压保护 距离保护和纵联保护等 电力系统中线 路的电流电压保护包括 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 他们分别是用于双电源网络 单电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 根据线路故障对主 后备保护的要求 线路相间短路的电流电压保护有三种 第一 无时限电流速断保护 第二 带时限电流速断保护 第三 定时限过电流保 护 这三种相间短路电流电压保护分别称为相间短路电流保护第 段 第 段和第 段 其中第 段作为线路主保护 第 段作为本线路主保护的后备保护和相 邻线路或元件的远后备保护 第 段统称为线路相间短路的三段式电流电 压保护 关键词 线路相间短路 电流电压保护 电力系统 本科生课程设计 论文 IV 目 录 第 1 章 绪论 4 1 1 继电保护基本概念 4 1 2 继电保护装置的基本要求 4 第 2 章 输电线路电流保护整定计算 6 2 1 保护 3 在最大 最小运行方式下的等值阻抗 6 2 2 保护 3 在最小运行方式下 G2 退出运行 L2 退出运行等值电路 6 2 3 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 7 2 4 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 8 2 5 整定保护 2 3 的限时电流速断保护定值 并校验灵敏度 8 2 6 整定保护 1 2 3 的过电流保护定值 9 第 3 章 电流保护原理图的绘制与动作过程分析 11 3 1 电流三段式保护原理接线图 11 3 2 电流三段式原理展开图 12 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 13 4 1 MATLAB 的概述 13 4 2 系统仿真建模设计 13 第 5 章 课程设计总结 16 参考文献 17 本科生课程设计 论文 1 第 1 章 绪论 1 1 继电保护基本概念 在电力系统运行 中 外界因素 如雷击 鸟害呢 内部因素 绝缘老化 损坏等 及操作等 都可能引起各种故障及不正常运行的状态出现 常见的故障 有 单相接地 三相接地 两相接地 相间短路 短路等 电力系统非正常运行状态有 过负荷 过电压 非全相运行 振荡 次同 步谐振 同步发电机短时失磁异步运行等 电力系统继电保护和安全自动装置是在电力系统发生故障和不正常运行情况 时 用于快速切除故障 消除不正常状况的重要自动化技术和设备 电力系统发 生故障或危及其安全运行的事件时 他们能及时发出告警信号 或直接发出跳闸 命令以终止事件 1 2 继电保护装置的基本要求 1 选择性 电力系统发生故障时 继电保护的动作应当具有选择件 它仅将故障部分切除 能继续运行 尽量缩小中断供电的范围 2 动作迅速 电力系统发生故障后 要求继电保护装置尽快的动作 切除故障部分 这样做 的好处 1 系统电压恢复得快 减少对广大用户的影响 2 电气设备损坏程度减轻 3 防止故障扩大 对高压电网来说 快速切除故障更为必要 否则会引起电力 系统振荡甚至失去稳定 4 有利于电弧闪络处的绝缘强度恢复 当电源切除后又自动重新合上 即采用白 动重合闸装置 再送电时容易获得成功 即提高了自动重合闸的成功率 3 灵敏性 灵敏性是指继电保护装置反应故障的能力 一般以灵敏系数的大小来衡量 4 安全性和可靠性 1 选用确当的保护原理 在可能条件下尽量简化接线 减少元器件的数量和触 本科生课程设计 论文 2 点的数量 2 提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平 并有必要的抗干扰措施 3 提高保护装置安装和调试的质量 并加强维护和管理 除了上述四个方面基本要求之外 在选用继电保护装置时 还必须注意经济性 在保证电力系统安全运行的前提下 应采用投资少 维护费用较低的保护装置 本科生课程设计 论文 3 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阻抗 保护 3 在最大运行方式下系统的等值电路图如下图 2 1 X1 X2 X4 X5X7 X3X6 X8X9 图 2 1 根据设计参数计算得 X4 X5 60 0 4 24 X6 40 0 4 16 X7 40 0 4 16 X8 30 0 4 12 X9 20 0 4 8 1336 5 20 63 5 42 1 max3 XXXXXX X 2 2 保护 3 在最小运行方式下 G2 退出运行 L2 退出运行等值电路 保护 3 在最小运行方式下 G2 退出运行 L2 退出运行等值电路图 2 2 如下 本科生课程设计 论文 4 X1X4 X7 X3X6 X8X9 图 2 2 18 736 39 63 41 min3 XXXXX 2 3 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 1 进行 C 母线相间短路的最大 最小短路电流的计算 KA XbcX E I s kc 91 1 16 7 18 3 115 min3 3 max KA XbcX E Ikc97 1 2 3 1613 3 115 2 3 max3 2 min 2 进行 D 母线相间短路的最大 最小短路电流的计算 XbdX E I s KD min3 3 max KA42 1 1216 7 18 3 115 KA XbdX E I s kD 40 1 2 3 121613 3 115 2 3 max3 2 min 3 进行 E 母线相间短路的最大 最小短路电流的计算 XbeX E I s KE min3 3 max KA21 1 81216 7 18 3 115 KA XbeX E I s kE 16 1 2 3 8121613 3 115 2 3 max3 2 min 本科生课程设计 论文 5 2 4 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 由于电流速断保护的动作电流应躲过本线末端的最大短路电流 故应考虑 Ik max 最小运行方式下的三相短路电流 故有 保护 1 2 3 的第 段的动作电流为 当最小灵敏度大于时 满足保护设计要求 经计算都满足 0 0 15 2 5 整定保护 2 3 的限时电流速断保护定值 并校验灵敏度 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 即 所以该处电流保护的第 段的灵敏度为 故满足灵敏度的要求 k I b op relopmin 2 22 3 1 KI 29 2 1613 16 7 18 1 max3 min3 1 min XbcX XbcX kb KA k I b op relop 85 0 29 2 7 1 15 1 1 min 2 22 3KI 0 0 0 0 0 0 3 min33 15 6 75 100 16 1 12 100 lX lX BC KAIKI kErelop 45 1 21 1 2 1 3 max 11 1 KAIKI kDrelop 70 1 42 1 2 1 3 max 11 2 KAIKI kCrelop 29 2 91 1 2 1 3 max 11 3 65 52165 26 2 3 max3 1 1 min11 XbdX I E lx S OP 82 4 161382 33 2 3 max3 1 2 min22 XbcX I E lx S OP 0 0 0 0 0 0 min22 1517 40 100 12 82 4 100 2 l X lX CD 1 121310 25 2 3 max3 1 3 min33S OP X I E lx 本科生课程设计 论文 6 对于保护 2QF 的电流保护的第 段与相邻线路电流保护的电流保护的第 段相 配合 KA op 78 0 13 2 45 1 15 1 I 2 2 此时的灵敏度 故满足灵敏度的要求 2 6 整定保护 1 2 3 的过电流保护定值 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 灵敏度为 故保护 1 可以作 E 点的近后备保护 故满足灵敏度的要求 故保护 2 可以作 E 点的远后备保护 故满足灵敏度的要求 故保护 3 可以作 D 点的远后备保护 k I b op relopmin 1 22 2 1 KI 13 2 2813 28 7 18 1 max3 min3 1 min xbdX XbdX kb 2 187 2 404 0 16 1 3 3 2 min 1 I I K op kE sen KAI ED l re ss rel op I K KK I 303 0 02 2 3 3 max max 1 KAI DC l re ss rel op I K KK I 404 0 02 2 3 3 max max 2 KAI CB l re ss rel op I K KK I 606 0 02 2 3 3 max max 3 3 18 3 303 0 16 1 3 3 1 min 1 I I K op kE sen 2 13 2 606 0 4 1 3 3 3 min 1 I I K op kE sen 4 179 1 78 0 4 1 2 2 2 2 min I I K op kD sen 4 13 2 85 0 97 1 I2 3 2 2 min op I K kc sen 本科生课程设计 论文 7 故满足灵敏度的要求 保护 1 作为 E 点的近后备保护 保护 2 作为 E 点的远后备保护 保护 3 作为 D 点 的远后备保护 动作时间 sttt opopop 1 321 本科生课程设计 论文 8 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 原理接线图如图 3 1 图 3 1 电流三段式保护原理接线图 图中 1KA 2KA 是 A C 三相电流保护 段的测量元件 3KA 4KA 是 A C 三项电流保护 段的测量元件 5KA 6KA 7KA 是 A C 三相电流保护 段的测量元件 KM 是中间继电器 1KT 2KT 是电流保护 段的逻辑延时元件 1KS 2KS 3KS 是电流保护 段动作的报警用信号元件 在该保护的第 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 本科生课程设计 论文 9 电流保护的 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 图 3 2 交流回路展开图 图 3 3 直流回路展开图 图 3 4 信号回路展开图 T Aa T Ac 1KA3KA5KA 2KA4KA6KA 7KA A C N WC W C 1KA 2KA 3KA 4KA 5KA 6KA 7KA KM 1KT 2KT 1KS 2KS 3KS KM 1KT 2KT QF T Q WS 1KS 2KS 3KS 本科生课程设计 论文 10 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 4 1 MATLAB 的概述 Matlab 是美国 Mathworks 公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式 大型软件 是一个可以完成各种精确计算和数据处理的 可视化的 强大的计算工 具 她集图示和精确计算于一身 在应用数学 物理 化工 机电工程 医药 金 融和其它需要进行复杂数值计算的各个领域得到了广泛应用 她不仅是一个在各类 工程设计中便于使用的计算工具 而且也是一个在数学 数值分析和工程计算等课 程教学中的优秀的教学工具 在世界各地的高等院校中十分流行 在各类工业应用 中更有不俗的表现 它将数值分析 矩阵计算 科学数据可视化以及非线性动态系 统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中 为科学研究 工程设计以及必须进行有效数值计算的 众多科学领域提供了一种全面的解决方案 并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言 如C Fortran 的编辑模 式 代表了当今国际科学计算软件的先进水平 MATLAB 和 Mathematica Maple 并称为三大 数学软件 它在数学类科技应 用软件中在数值计算方面首屈一指 MATLAB 可以进行矩阵运算 绘制 函数 和数据 实现 算法 创建用户界面 连接其他编程语言的程序等 主 要应用于工程计算 控制设计 信号处理与通讯 图像处理 信号检测 金融建模设计与分析等领域 MATLAB 的基本数据单位是矩阵 它的指令表达式与数学 工程中常用的 形式十分相似 故用 MATLAB 来解算问题要比用 C FORTRAN 等语言完成相 同的事情简捷得多 并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等软件的优点 使 MATLAB 成为一个强大的 数学软件 在新的版本中也加入了对 C FORTRAN C JAVA 的支持 可以直接调用 用户也可以将自己编写的 实用程序导入到 MATLAB 函数库中方便自己以后调用 此外许多的MATLAB 爱好者都编写了一些经典的程序 用户可以直接进行下载就可以用 4 2 系统仿真建模设计 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 本科生课程设计 论文 11 1 模拟电流 段保护动作执行仿真后 仿真结果如下图 4 2 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 断路器 1 跳闸 电流 段成功按时动作 图 4 2 电流 段仿真波形图 2 模拟电流 段保护动作 在电流 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 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 预先设置的延时 0 5s 断路器 1 在 0 55s 跳闸 电流 段成功按时动作 本科生课程设计 论文 12 3 模拟电流 段保护动作 在电流 段的范围内设置故障