继电保护-电流电压保护

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 5 5 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092092 学学 号 号 学生姓名 学生姓名 金金 指导教师 指导教师 签字 起止时间 起止时间 2012 12 2013 1 112012 12 2013 1 11 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 号学生姓名专业班级电气 092 课 程设计 题目 输电线路电流电压保护设计 5 本科生课程设计 论文 II 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 10 20 32 GG XX L1 L2 50km L3 40km LB C 30km LC D 50km LD E 30km 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 400A IC D Lmax 360A ID E Lmax 240A 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 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 6 绘制三段式电流保护原理接 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 G 1 L 3 L 2 L 1 G 2 G 3 系统接线 图 本科生课程设计 论文 III 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 IV 摘 要 本任务书研究的是不带方向判别的相间短路电流电压保护 该线路相间短路电 流电压保护又称为三段式电流电压保护 电流电压保护在单电源辐射网中一般有很 好的选择性和灵敏度 而且电流电压保护的电路构成 整定计算及调试维护都较简 单 因此 它是最可靠的一种保护 但是 三段式电流电压保护在多电源或单电源 环网灯复杂网络中无法保证其选择性 另外在系统运行方式变化很大 线路很短和 线路长而负荷重等情况下 其灵敏度可能不满足要求 甚至出现保护范围为零的情 况 因此主要用于 35kV 及以下单电源辐射网络作为线路保护 也可以作为电动机 和小型变压器等元件的保护 关键词 关键词 电流电压保护 三段式 选择性 灵敏度 本科生课程设计 论文 V 目录 摘 要 III 第 1 章 绪论 1 1 1 电流电压保护概述 1 1 1 1 电流电压保护概况 1 1 1 2 电流电压保护的性能分析 1 1 2 本文主要内容 2 第 2 章 输电线路电流保护整定计算 3 2 1 电流 段整定计算 3 2 1 1 保护 3 在最大 最小运行方式下的等值电抗 3 2 1 2 C 母线 D 母线 E 母线相间短路的短路电流 4 2 1 3 整定计算 1 2 3 的电流速断保护定值 4 2 2 电流 段整定计算 5 2 3 电流 段整定计算 6 第 3 章 电流保护原理图的绘制与动作过程分析 7 3 1 电流三段式保护原理图 7 3 2 电流三段式保护展开图 8 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 10 4 1 电流 段 段保护模拟动作 10 4 2 电流 段的保护模拟动作 11 第 5 章 课程设计总结 12 参考文献 13 本科生课程设计 论文 1 第 1 章 绪论 1 1 电流电压保护概述 1 1 1 电流电压保护概况 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 线路相间短路电流电压是根据输 配电线上发生相间短路时线路电流增加而 母线电压下降的特征而设计的一种保护 主要用于 35kA 及以下的小接地电流系统 中 电流电压保护中有一种是以反应电流增大而动作的电流测量元件为基础构成的 电流保护 另一种是以反应电流增大而动作的电流测量元件和反应电压下降而动作 的电压测量元件为基础构成的电流电压保护 为了实现保护之间的配合和保护的选 择性 在这些保护中一般需要增加延时元件等逻辑元件才能形成一个完整的保护方 案 电流保护及电流电压保护的原理很简单 它们的关键在于如何选择保护的整定 值 以及如何设计保护中各个元件间的逻辑关系 1 1 2 电流电压保护的性能分析 1 电流电压保护的选择性 电流电压保护在单电源辐射网中一般有很好的选择 性 电流 电压 保护第 段主要靠动作电流值来区分被保护范围内部和外部短路 而具有选择性 而电流保护第 段和第 段则应由动作电流和动作时间二者相结合 才能保证其选择性 缺一不可 但在多电源或单电源环网等复杂网络中这种保护可 能无法保证其选择性 2 电流电压保护的动作速度 电流电压保护第 段和第 段共同作为线路的主 保护 能满足 技术规程 关于 35kV 及以下网络主保护的速动性要求 电流电压 保护第 段因为越接近电源 动作时间越长 有时候动作时间长达好几秒 因而一 般情况下只能作为线路的后备保护 3 电流电压保护的灵敏度 电流电压保护的灵敏度因系统运行方式的变化而变 化 一般情况下能满足灵敏度要求 但在系统运行方式变化很大 线路很短和线路 长而负荷重等情况下 其灵敏度可能不容易满足要求 甚至出现保护范围为零的情 况 这也是电流保护的主要缺点 4 电流电压保护的可靠性 电流电压保护的电路构成 整定计算及调试维护都 本科生课程设计 论文 2 较简单 因此 它是最可靠的一种保护 电流电压保护因为选择性 灵敏度和动作 速度等方面都存在不足 故主要用于 35kV 及以下单电源辐射网络作为线路保护 也可电动机和小型变压器等元件的保护 1 2 本文主要内容 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或无时限电 流电压联锁速断保护 第二 带时限电流速断保护或带时限电流电压联锁速断保护 第三 定时限过电流保护或低电压启动过电流保护 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 段和第 段作为线 路主保护 第 段作为本线路主保护的近后备保护和相邻线路或元件的远后备保护 这第 段统称为线路相间短路的三段式电流电压保护 第 段称为无时 限电流速断保护 该段动作时间快但是不能保护线路全长 第 段称为带时限电流 速断保护 该段保护在任何情况下均能保护本线路的全长 包括线路末端 但是 为了保证在相邻的下一个线路出口处短路时保护的选择性 必须和相邻的无时限电 流速断保护配合 第 段称为定时限过电流保护 该段保护主要是作为本线路主保 护的近后备保护和相邻下一线路 或元件 的远后备保护 本文主要内容是研究在 母线短路时 保护 1 2 3 的第 段 第 段和第 段的整定值 并检验它们的灵 敏度确定它们是否能够保护线路 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 电流 段整定计算 2 1 1 保护 3 在最大 最小运行方式下的等值电抗 1 最大运行方式 三台发电机及线路 L1 L2 L3 同时投入运行 等效电路 图如图 2 1 所示 图 2 1 最大运行方式等值阻抗图 15 1G X 20 2G X 10 3G X 204 050 21LL XX 164 040 3L X 204 050 CD X 124 030 BCDE XX 745 3 332121min3LGLLGG XXXXXXX 2 最小运行方式 在最大运行方式基础上 G2 L2 退出运行 等效电路图 如图 2 2 图 2 2 最小运行方式等值阻抗图 92 14 3311max3LGLG XXXXX 15 XG1 20 XG2 10 XG3 20 XL1 20 XL2 16 XL3 12 XB C 20 XC D 12 XD E 15 XG1 10 XG3 20 XL1 16 XL3 12 XB C 20 XC D 12 XD E 本科生课程设计 论文 4 2 1 2 C 母线 D 母线 E 母线相间短路的短路电流 C 母线最大短路电流 A 22 4 1275 3 3 115 min3 3 max BC KC XX E I C 母线最小短路电流 A 47 2 1292 14 3 115 2 3 2 3 max3 2 min BC KC XX E I D 母线最大短路电流 A 86 1 122075 3 3 115 min3 3 max CDBC KD XXX E I D 母线最小短路电流 A 32 1 201292 14 3 115 2 3 2 3 max3 2 min CDBC KD XXX E I E 母线最大短路电流 A 39 1 20121275 3 3115 min3 3 max DECDBC KE XXXX E I E 母线最小短路电流 A 13 1 20121292 14 3115 2 3 min3 2 min DECDBC KE XXXX E I 2 1 3 整定计算 1 2 3 的电流速断保护定值 无时限电流速断保护依靠动作电流值来保证其选择性 被保护线路外部短路时 流过该保护的电流总小于其动作值 不能动作 而只有在内部短路时流过该保护的 电流有可能大于其动作值 使保护动作 且无时限电流速断保护的作用是保证在任 何情况下只切除本线路上的故障 保护 1 A KIKI KErelop 67 1 39 1 2 1 3 max1 保护 2 A 23 2 86 1 2 1 3 max2KDrelop IKI 保护 3 A 06 5 23 4 2 1 3 max3KCrelop IKI 无时限电流保护不能保护线路全长 应采用最不利情况下保护的保护范围 来校验保护的灵敏度 一般要求保护的最小的线路长度不小于线路长度的 15 保护 1 保护的最小范围 45 12 2 3 max3 1 min11CDBC op XXX I E lx 本科生课程设计 论文 5 保护 2 保护的最小范围 11 1 2 3 max3 2 min22BC op XX I E lx 保护 3 保护的最小范围 55 3 2 3 max3 3 min33 X I E lx op 因为 15 min11 DE sen X lx K 15 min22 CD sen X lx K 所以灵敏度不合格 15 min33 BC sen X lx K 2 2 电流 段整定计算 由于无时限电流速断保护只能保护线路的一部分 而该线路剩下的短路故障由 能保护本线路全长的带时限电流速断保护 电流保护第 段 来可靠切除 带时限 电流速断保护与无时限电流速断保护的配合能以尽可能快的速度 可靠并有选择性 的切除本线路上任一处 包括被保护线路末端的相间短路故障 保护 2 的 段应与相邻线路的 段配合 即 A 92 1 1 67 1 15 1 2min12boprelop KIKI 灵敏度 所以不合格 5 13 181 0 92 1 55 1 2 2 min op KD sen I I K 保护 3 的 段与相邻线路的 段配合 即 A 56 2 1 23 2 15 1 3min23boprelop KIKI 灵敏度 所以不合格 5 13 196 0 56 2 47 2 3 2 min op KC sen I I K 保护 3 的 段与相邻线路的 段配合 即 A 21 2 1 92 1 15 1 3min23boprelop KIKI 灵敏度 所以不合格 5 13 1 11 1 21 2 45 2 3 2 min op KC sen I I K 本科生课程设计 论文 6 2 3 电流 段整定计算 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 保护 1 的 段 A 04 487240 85 0 5 115 1 max1LDE re ssrel op I K KK I 保护 2 的 段 A 56 730360 85 0 5 115 1 max2LCD re ssrel op I K KK I 保护 3 的 段 A 8 811400 85 0 5 115 1 max3LBC re ssrel op I K KK I 保护 1 作近后备的灵敏度 所以合格 3 128 2 04 487 1110 1 2 min op KE sen I I K 保护 2 作远后备的灵敏度 所以合格 2 152 1 56 730 1110 2 2 min op KE sen I I K 保护 3 作远后备的灵敏度 所以合格 2 163 1 8 811 1320 3 2 min op KD sen I I K 假定母线 E 过电流保护动作时限为 0 5s 即 stOPE5 0 保护 1 的 动作时间 sttt OPE 15 05 0 1 保护 2 的 动作时间 sttt5 15 01 12 保护 3 的 动作时间 sttt25 05 1 23 本科生课程设计 论文 7 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图 图 3 1 三段式电流保护原理接线图 图 3 1 给出的是三段式电流电压保护的原理接线图 其中 1KA 2KA KM 和 1KS 构成第 段无时限电流速断保护 3KA 4KA 1KT 和 2KS 构成第 段带时限电 流速断保护 5KA 6KA 7KA 采用两相三继电器式接线 2KT 和 3KS 构成第 段 定时限过电流保护 由于三段式电流保护各段的动作电流和动作时限整定均不相同 必须分别使用不同的电流继电器和时间继电器 而信号继电器 1KS 2KS 和 3KS 则 分别用以发出 段保护动作的信号 电流继电器 7KA 接于 A C 两相电流之 和上 是为了在 Y d 接线的变压器后发生两相短路时提高过电流保护的灵敏性 每个继电器都由感受元件 比较元件和执行元件三个主要部分组成 感受元件用来 测量控制量 如电压 电流等 的变化 并以某种形式传送到比较元件 比较元件将 接收到的控制量与整定值进行比较 并将比较结果的信号送到执行元件 执行元件 执行继电器功作输出信号的任务 QF 交交 1KS I I 交交 2KS I I 交交 3KS I I I 1KM1KT2KT 1KA2KA3KA4KA5KA6KA7KA TAaTAc 本科生课程设计 论文 8 3 2 电流三段式保护展开图 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 1K A2K A3K A 4K A5K A6K A 7K A A 交 C交 N 交 交交 交交 TAa TAc 1KM 1KT 2KT 1KS 2KS 3KSTQ 1kA 2KA 3KA 4KA 5KA 6KA 7KA 1KM 2KT QF3KT 交 交交 交 交交交交 交交交 交交1交 交交2交 交交3交 交交 交交 WC WC 1KS 2KS 3KS 交交 WS 本科生课程设计 论文 9 三段式电流保护展开图 继电保护的展开图接线图二次回路的供电方式来划分 即将二次回路分为交流回路 直流回路 信号回路及保护回路等几个主要部分 它 由交流回路 信号回路及纸篓控制回路三部分构成 交流回路由电流互感器 TAa TAc 的二次绕组构成不完全星形联结 二次绕组姐电流继电器 KA1 KA7 的线 圈 信号回路由直流屏引出主流操作电源 WS 供电 直流控制回路由直流操作电源 WC WC 供电 当 Lbc 短路时 保护 1 2 全不动作 保护 3 动作 测量元件 1KA 6KA 都将动作 其中 1KA 2KA 经 KM 无时限动作直接启动信号元件 1KS 并使 断路器跳闸 切除故障 虽然测量元件 3KA 4KA 启动了延时元件 1KT 测量元件 5KA 6KA 启动了延时元件 2KT 但是故障切除后 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返回 因此 电流 段不会再输出跳闸信号 同 理 当 Lcd 短路时 保护 3 的 段都不动作 段和 段只有 KA 动作 KT 和 KS 都不动作 保护 2 的 段都动作 并且使断路器跳闸 段和 段中只有 KA 动作 KT 和 KS 也都不动作 而保护 3 全部动作 当 Lde 短路时 保护 1 2 中 段全 不动作 段和 段中只有 KA 动作 KT 和 KS 都不动作 保护 3 的 段动作 段和 段中只有 KA 动作 KT 和 KS 不动作 KA1 KA2 KA3 KA4 KA5 KA6 KA7 TAa Tac A C N KA1 KA2 KA3 KA4 KA5 KA6 KA7 KT1 KM KT2 KT2 KM KT1 KS2 KS3 KS1 QF1 LT 控制小母线 熔断器 段电流 段电流 段电流 跳闸回路 wc wc FU a 交流电流回路 b 直流电流回路 KS1 KS2 KS3 c 起动信号 WS 本科生课程设计 论文 10 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 4 1 电流 段 段保护模拟动作 由图 4 1 可以看出线路在 0 05s 发生故障 产生一个较大的短路 之后经过一 个很小的延迟 0 001 断路器 1 跳闸 电流 段成功按时动作 图 4 1 电流 段仿真波形图 由图 4 2 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 图 4 2 电流 段仿真波形图 本科生课程设计 论文 11 4 2 电流 段的保护模拟动作 由图 4 3 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 1 0s 断路器 1 在 1 05s 跳闸 电流 段成功按时动作 4 3 仿 真结果分析 对于电流 段保护仿真 由图 4 1 可以出看出电流 段成功按时动作 但是这个故障必须设置在电流速断的保护范围之内 这期间其实电流 段和 段都 启动了 只是他们带有一个动作延时 在还没来得及动作时 电流 段已经动作 并跳开断路器 以至线路电流减小 段和 段都返回而不动作 对于电流 段保 护仿真 由仿真的波形图 4 2 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 但是这个电流值小于电流 段的启动值 所以电流 段不会启动 而 段和 段会启动 在经过 段预先设置的延时 0 5s 后 断路器 1 在 0 55s 跳 闸 电流 段成功按时动作 这是因为电流 段虽然启动 但是还没来得及动作 电流 已经将故障切除 以致电流减小使 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 段保护仿真 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 而 段启动 经过预先设置的延迟时间 1 0s 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时的远后备保护 同时还作 为过负荷时的过负荷保护 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 3 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