电力系统继电保护课程设计-输电线路方向电流保护设计

1、电力系统机电保护课程设计论文设计课题电力系统继电保护课程设计论文题目输电线路方向电流保护设计学部专业电气工程及其自动化班级学号学生姓名指导教师年月日1广东工业大学华立学院课程设计（论文）任务书题目名称输电线路方向电流保护设计学生学部（系）专业班级姓名学号一、课程设计（论文）的内容输电线路方向电流保护设计二、设计（论文）的要求与数据1、设计技术参数：E115 /3kV, X G120 ,X G 212, XG3 12,L1=L2=60km,L3=50km,LB-C=40km,LC-D=50km,LD-E=20km,线路阻抗 0.4/km,K relI1.2 , K relK rel1.15 ,最

2、大负荷电流 IB-C.Lmax=360A,IC-D.Lmax=210A, ID-E.Lmax=110A,2、统接线图如图：2GA 98 BLG763CDE21LGL系统接线图54三、课程设计（论文）应完成的工作1、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、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、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、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。四、课程设计（论文）进程安排序号设计（

3、论文）各阶段内容地点起止日期1收集输电线路方向电流保护等相关资料，确定图书馆6月 8 日设计方案2进行计算，绘出电路原理图图书馆6月 9-12 日3MATLAB建模仿真分析， 行课6 月 13-15程设计报告的撰写综合楼日4课程设计总结宿舍6 月 16-17日五、应收集的资料及主要参考文献31 谷水清电力系统继电保护 M 北京：中国电力出版社， 20052 贺家礼电力系统继电保护 M 北京：中国电力出版社， 20043 能源部西北电力设计院电力工程电气设计手册（电气二次部分）北京：中国电力出版社， 19824 方大千实用继电保护技术 M 北京：人民邮电出版社， 20035 崔家佩等电力系统继电

4、保护及安全自动装置整定计算 M 北京：水利电力出版社， 19936 卓有乐电力工程电气设计 200 例M 北京：中国电力出版社， 20027 陈德树计算机继电保护原理与技术 M 北京：水利电力出版社， 19928 陈曾田电力变压器保护 M 北京：水利电力出版社， 19899 许建安电力系统继电保护 M 北京：水利电力出版社， 2003发出任务书日期：年月日指导教师签名：计划完成日期：年月日教学单位责任人签章：4目 录第 1 章 绪论 -61.1输电线路电流保护概述 -71.2本文主要内容 -7第 2章 输电线路方向电流保护整定计算 -92.1方向电流 段整定计算 -92.1.1 保护 4、5

5、的 段动作电流的整定 -102.1.2 灵敏度校验 -102.1.3 动作时间的整定 -102.2保护 5、 7、 9 方向电流段整定计算- 112.3 方向电流段动作时间整定计算及方向元件的安装-12第 3章 方向电流保护原理图的绘制与动作过程分析- 123.1保护原理图 -123.2动作过程分析 -12第 4章 MATLAB 建模仿真分析 -13第 5章 课程设计总结 -155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，方向保护是利用电压和电流的乘积判明电流流向（相位）的继电保护。以判明短路故障位于保护装置处的正向或反向。

6、本设计题目为输电线路方向电流保护设计，经过保护4、 5 的 段动作电流的整定、灵敏度的校验、动作时间的整定、保护5、 7、 9 方向电流段的整定计算和方向电流段动作时间整定计算，绘制方向电流保护原理图，并对动作过程进行分析。利用 MATLAB 软件建立系统仿真模型，根据给定参数对电气元件设定，对仿真结果分析，符合设计要求。关键词： 电力系统；电流保护；方向保护；方向元件6一、绪论1.1 输电线路电流保护概述电力系统的输、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

7、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。1.2 本文主要内容通过对保护段的 段动

8、作电流的整定、灵敏度的校验、动作时间的整定、方向电流段的整定计算和方向电流段动作时间整定计算，绘制方向电流保护原理图，并对动作过程进行分析。在对电流保护段来说， 因为反方向短路时功率方向测量元件不动作， 其整定值就只需躲过正方向线路末端短路电流最大值， 而不必躲过反方向短路的最大短路电流，因而提高了灵敏度。 这种增加了功率方向测量元件的电流保护即为方向电流保护。在双电源网络或其他复杂网络中， 可以采用带方向的三段式电流保护，以满足保护的各种性能要求。方向电流保护用于双电源网络和单电源环形网络时， 在构成、整定、相互配合等问题上还有以下特点： 在保护构成中增加功率方向测量原件， 并与电流测量元件

9、共同判别是否在保护线路的正方向上发生故障。 方向电流保护第段， 即无时限方向电流速度保护的动作电流整定可以不必躲过反方向外部最大短路电流；第段电流保护动作电流还应考虑躲过反向不对称短路时，流过非故障相的电流，这样可防止在反方向发生不对称故障时非故障线功率方向测量元件误动作而造成的保护误动作； 在环网和双电源网中， 功率方向可能相同的电流保护第段的动7作电流之间和动作时间之间应相互配合，以保证保护的选择性。本次设计包含了运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。8二、输电线

10、路方向电流保护整定计算2.1方向电流段整定计算2.1.1保护 4、5 的段动作电流的整定根据任务书中的系统接线图计算各段线路的阻抗。X L 1 = X L 2 =60*0.4=24 X L 3 =50*0.4=20 X BC =40*0.4=16 X CD =50*0.4=20 X DE =20*0.4=8由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，可计算：保护4I KA(3)max(XG1E=( 2011531.668kAXL1)(X G2 XL2)X L324) (1224)20I OPI4K relII KA(3)max =1.21.668=2.002kA保护 5I KB(3)

11、maxE11532.075kAXG3XL31220I OPI5K relII KB(3)max1.22.0752.49kA因为 I OPI4I KB(3)max ，所以在 4QF 加方向元件。2.1.2灵敏度校验K senI 校验，应按电流、电压元件中保护范围小的元件确定，整定值满足可靠系数的要求。K senI4l min 4x1l min 4l 3x1 l3保护 4 的灵敏度校验：x1l min 3ES X s m ax =3115/ 3-20=8.722I OPI422.0029x1l3 = X OP 4X L1 / X L 2 X L3 24 / 24+20=32x1l min=8.72

12、100%=27.25%>15%K sen =X OP432满足灵敏度要求，所以合格。保护 5 的灵敏度校验：K senI5l min 5x1l min 5l3x1l 3x1l min3ES X xmax3115 3 16 =7.092I OP522.49x1l3 = X OP5X L3 20K sen = x1l min 5= 7.09100%=35.45%>15%x1l320满足灵敏度要求，所以合格。2.1.3动作时间的整定因为无时限电流速断保护不必外加延时元件即可保证保护的选择性，所以电流保护第 I 段的动作时间为0，即 t op 4 =t op5 =0。2.2保护 5、 7、

13、9 方向电流段整定计算无时限电流速断保护在任何情况下只能切除本线路上的故障，外部短路故障应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整定为。保护 5段与保护 3 配合=/ K b IB-C.Lmax=360AI op5K rel OPOPK b :分支系数 =流过故障线电流 /流过保护线电流。K b =1+ I B =1+ESX L 1ES=1.42I ABX G1XG 3X L3I OP Krel IOP Kb =1.15360/1.42=291.54A510I KB(2) 3ES3 115 3 kA=1796.875A2 XG3X L32 1220K sen = I

14、 KB(2)= 1796.875 =6.16>1.4 所以满足灵敏度要求。I OP5291.54与相邻保护 3段配合Kb =1+ I B =1+ESES=1.42I ABXG1XL1X G 3X L3（2)K sen IKBI OP2IC-D.Lmax=210AIOP5分支系数 =流过故障线电流 /流过保护线电流，且两电流相等。所以： K b 4 =1I OP3= K rel I OP2/ K b 4 =1.15210/1 =264.5AI OP5= K rel I OP3/ K b =1.15264.5/1.42 =214.21A（2)= 1796.875 =8.38>1.4 此

15、结果满足灵敏度要求。K sen I KBI OP5214.21t OP tOP 3t = t OP2tt =1s5保护 7,9 与保护 5 相同。2.3 方向电流段动作时间整定计算及方向元件的安装为保证选择性， 则必须加延时元件， 且应按照阶梯形原则整定， 即两相邻线路的电流动作时间相差一个 t。上一线路与动作时间长的下一段线路相配合；末级不装延时元件；越靠近电源，延时越长。t 10 s（线路末端）， t 2t1t ， t3t 2t 2 tt 5t7t 9 t 3t1.5s ， t 4t 6 t80s（无下一级，相当于末级）若 K BC : top5 > top4 ， K AB : to

16、p5 < top4 矛 盾 ， 则 需加 方 向 元 件 。 因为t5t 7t 91.5s > t 4t 6t 80s为简化保护接线和提高保护的可靠性， 电流保护每相的第、 、段可共用一个方向元件。电流保护第段的动作时间小者而可能失去选择性时加方向元件，动作时间相同者可能失去选择性时均加方向元件。故保护 4,6,8 加方向元件。11Z 兼做启动元件，保护中第三、方向电流保护原理图的绘制3.1 保护原理图根据系统接线图，绘制方向电流保护原理图，如图3.1 所示。图 3.1 方向电流保护原理图3.2 动作过程分析电流继电器和功率继电器才用按相启动方式，当两者都满足时线路才能接通。当系统

17、发生短路时， 有本线路所在保护的段切故障。 当断拒动或故障时，电流继电器经过延时继电器， 延时元件则用于判别是否本线路发生了故障而主保护据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据动， 若出现上述举动情况， 则延时元件会有输出， 使本线断路器跳闸。 振荡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， 经非门闭锁保护，可防止保护误动作。 发生故障时相应段的保护动作， 信号元件动作输出保护动作的报警信号。整套保护也可用距离保护中第段的测量元件、段的测量元件 Z 、 Z 整定值可由一个阻抗元件用接点进行切换实现，若测量元件 Z 、 Z 和 Z 无方向性，

18、则需加方向判别元件。整套保护中每相均有启动元件，可以增加保护的可靠性。12四、 MATLAB仿真分析按系统接线图在MATLAB 软件中建立仿真模型， 根据给定的参数对各电气元件设定，系统在MATLAB 软件中的仿真图如图4.1 所示。将给定的信号输入仿真系统，将各个环节的端口按框图连接起来，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。图 4.1 MATLAB 建模仿真图正常运行状态时线路电压电流波形如图4.2 所示。图 4.2电压波形13线路发生相间两相短路故障时的故障相电流波形如图4.3 所示。线路两相短路故障时的电流波形图反映了系统发生两短路故障故障相的电流变化情况。仿真结果表明，所建立的保护模型具有实时性和正确性，符合计算结论。图 4.3故障相电流波形14时光飞逝，转眼间电力系统继电保护课程设计结束了。 在这短暂的几个星期里虽然很辛苦但是我学会了很多东西，有很大的收获。这次的课程设计是自上大学以来最后一次设计训练。通过这次课程设计,对我们综合运用电力系统继电保护及相关课程知识解决问题的能力有很大的提高,使所学知识得到巩固和发展 ;并且学习了电力系统继电保护的一般方法和步骤。 我学到了很多 ,我感到最重要的就是严谨的精神 ,不放过一丝的错误 ,对图的每一个环节都要严谨 ,反复检查、修改。在课设中，没有严