三段式电流保护整定计算和建模仿真详解

1、辽宁工程技术大学电力系统继电保护课程设计设计题目三段式电流保护整定计算和建模仿真指导教师刘健辰院（系、部）电控学院专业班级智能电网信息工程学号1305080116姓名苏小平日期2017.1.9课程设计标准评分模板课程设计成绩评定表学期2016/2017第1学期姓名专业班级课程名称电力系统继电保护课程设计设计题目三段式电流保护整定计算和建模仿真成绩评分项目优良中及格/、及格设计表现1.设计态度非常认真认真较认真一般不认真2.设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反3.独立工作能力强较强能独立设计完成基本独立设计完成不能独立设计完成4.上交设计时间提早或按时按时退交半天退交一天退交一天以上设计

2、说明书5.设计内容设计思路清晰，结构方案良好，设计参数选择正确，条理清楚，内容完整，结果正确设计思路清晰，结构方案合理，设计参数选择正确，条理清楚，内容较完整，极少量错误设计思路较清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有少量错误设计思路基本清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有些错误设计思路不清晰，结构方案不合理，关键设计参数选择肩错误，调理清楚，内容不完整，有明显错误6.设计书写、字体、排版规范、整洁、有条理，排版很好较规范、整洁、有条理，个别排版有问题基本规范、整洁、有条理，个别排版有问题基本规范、整洁、有条理，排版有问题较

3、多不规范、不整洁、无条理，排版有问题很大7.封面、目录、参W义献完整较完整基本完整缺项较多不完整图纸8.绘图效果很出色较出色一般较差很差9.布局合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱10.绘图工程标准符合标准较符合标准基本符合标准个别不符合标准完全不符合标准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级；如优秀评定，设计内容要符合5,其余九项要有4项符合才能评定为优，否则评定为良好，以此类推。最终成绩:评定教师签字:电力系统继电保护课程设计任务书本次课程设计的目的在

4、于通过对于一个简单电网进行三段式电流保护的整定计算和建模仿真，巩固和运用三段式电流保护理论知识，熟悉Matlab仿真软件的使用方法，培养学生分析和解决实际工程问题的能力。简单电网结构图如下：系统参数如下:G1：E115/扼kV,；G2：E115/V3kV,；G3：E115/73kV,；线路阻抗0.4/km,30kmLde20km,L1L260km,L340km,LCDKel1.2,K*lK；l1.15,、C.lmax300A,IcD.lmax200A,IdE.lmax150A,Kss1.5,K；e0.85。XG1,XG2,XG3,LBC见班级数据表;系统运行方式：发电机最多三台并联运行，最少一

5、台，线路最多三条运行，最少一条。设计说明书内容：1、任务书2、确定保护3在系统最大、最小运行方式下的等值阻抗。3、整定保护1、2、3的电流速断整定值，并计算各自的最小保护范围。4、整定保护2、3的限时电流速断整定值，并校验灵敏度要求(Ksen1.2)o5、整定保护1、2、3的过电流整定值，假定母线E过电流动作时限为0.5s，校验保护1作为近后备，保护2和3作为远后备的灵敏度。6、仿真验证保护3的三段保护动作情况(设置短路点在线路首段、末端和下级线路出口处，仿真计算短路电流，比较整定值，分析保护动作情况)。7、结论电网13-1班数据组号姓名Xg1Xg2XG3G3Lbckm115108501121

6、51084522315108403341210850445121084555612108406678101250778陈靓81012408单夕冉8苏小平8张萌说明：1)17组每组3人；第8组4人2)将自己姓名填入表中目录一课程设计目的1二课设内容11最大运行方式和最小运行方式下的等效阻抗12整定保护1、2、3的电流速断整定12.1对于保护1,母线E最大运行方式下短路电流22.2对于保护2,母线E最大运行方式下短路电流22.3对于保护3,母线E最大运行方式下短路电流33整定保护2、3的限时电流速断整定33.1整定保护2的限时电流速断43.2整定保护3的限时电流速断44整定保护1、2、3的过电流整

7、定45仿真验证6三设计总结8参考文献9一课程设计目的继电保护的基本要求：可靠性、选择性、速动性、灵敏性。这四个基本特性是评价继电保护性能的基础，在他们之间，既有矛盾的一面，乂要根据被保护元件在电力系统中的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到统一。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行的。相同原理的保护装置在电力系统不同位置的元件上如何配置和配合，相同的电力元件在电力系统不同位置安装时如何配置响应的继电保护，才能最大限度地发挥被保护电力系统的运行效能，充分体现着继电保护工作的科学性和继电保护工程时间段技术性。通过做此次三段式电流保护的课

8、设，可以让我们更加活除明白电流速断、限时速断、过电流保护的原理与整定原则还有适用场合。在做课设的过程中，肯定会收获很多，不仅对书本内容的理解更为深刻，同时锻炼我们学会应用自己所学到的知识来解决实际问题。二内设内容由已知可得：XliXl20.46024Xl30.44016Xbc0.44016Xcd0.43012XDE0.42081最大运行方式和最小运行方式下的等效阻抗1.1最大运行方式下等效阻抗：Xmin(Xg1|Xg2X|Xl2)(Xg3Xl3)Xmin(4.4412)(1216)10.361.2最小运行方式下等效阻抗：XmaxXg2Xl2Xmax1024342整定保护1、2、3的电流速断整定

9、值，并计算各自的最小保护范围最大短路电流：速断定值:I.K,I.setrelK.max最小保护范围:Iset2ZS.maxZLminLmin3-2ZS.maxIsetZi2.1对丁保护1,母线E最大运行方式下短路电流为:1K.E.max1相应的速断定值为:最小保护范围计算式为:LminXs.minIset1XBCKrelISetXCDXDEIK.E.max1.21.43kA10.36161281.431.716kA2ZS.maxZLmin3E_2_Iset.1ZS.maxZ11152(341612)1.71671.23km0.4即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。2.2对丁保护2,

10、母线E最大运行方式下短路电流为:IK.D.max-Xs.minXBCXCD115<31.73kA10.361612相应的速断定值为:Iset.2%IK.D.max伐1.732.08kA最小保护范围计算式为:3ELmin1set.2Zs.max1152(3416)2.0810.455.89km即2处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。2.3对丁保护3,母线E最大运行方式下短路电流为:IK.E.maxXs.minXbc115.310.36162.52kA相应的速断定值为:Iset.3KrelIK.C.max1.22.523.02kA最小保护范围计算式为:Lmin2Iset.3ISetZ

11、S.max2ZS.maxZ1LminZi3437.4km3.020.4即3处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。上述计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小运行方式下可能没有保护区。3整定保护2、3的限时电流速断整定值，并校验灵敏度要求（Ksen1.2）限时电流速断定值:UtKurelIset.1线路末端最小运行方式两相短路电流:K.min灵敏度:KSetk.minI°Iset3.1整定保护2的限时电流速断定值为:I"一KnIset.2relset.11.151.7161.97kAD处最小运行方式两相短路电流为:1K.D.min.32XS.maxXBC

12、Xcd1153_1.07kA341612保护2处灵敏度:Kset.2k.D.minIst.21.071.970.54即不满足Ksen1.2的要求3.2整定保护3的限时电流速断定值为:/.3KlIset.21.152.082.392kAC处最小运行方式两相短路电流为:IK.C.min2XS.maxXbc1153.31.33kA23416保护3处灵敏度:KSet.3k.C.minTi71.330.562.392即不满足Ksen1.2的要求可见，由丁运行方式变化太大,2、3两处的限时电流速断保护灵敏度都远远不能满足相应要求。4整定保护1、2、3的过电流整定值，假定母线E过电流动作时限为0.5s，校验

13、保护1作为近后备,保护2和3作为远后备的灵敏度。IsetIreKre过电流整定值计算公式:K皿KI.relsslL.maxKre所以有:mset.1K/KssIdE.Lmax1.151.51500.852.03150304.5A同理，得:lSet.22.03200406AlSet.32.03300609A最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流公式:Ik.min2ZS.maxZl所以有:IE.min115、31000821.43A23416128ID.min11533416121000927.42AIC.min、31153341610001150A11Kset.2所以由灵敏度公式Ik.D.mi

14、n可知,保护1作为近后备的灵敏度为:Ks¥t.3IE.minImIset.1821.43304.52.71.5满足近后备保护灵敏度要求。保护2作为远后备的灵敏度为:Kset2IuE.min工Iset.2821.434062.021.2满足远后备保护灵敏度要求。保护3作为近后备的灵敏度为:Kset3D.minIs：t.3927.426091.521.2满足近后备保护灵敏度要求保护动作时间:tm110.50.51smmt2t10.51.5st3t20.52s5仿真验证保护3的三段式电流保护的整定值分别为：3020A,1330A,609A1）系统模型:Three-PhaseFaultCAB

15、C图1系统模型a短路点在本级线路末端:00.20.40.60.811.21.41.61.82Ib:Three-PhaseFault/FaultC20001000.000.20.40.60.811.21.41.61.82图2三相短路电流三段式电流保护的动作情况:图3三段式电流保护动作b.短路点在下级线路出口处:故障出三相电流:图4三相短路电流三段式电流保护的动作情况:图5三段式电流保护动作0.5s处动作，由于限时速断段的动作时由图2可知，三段式电流保护的动作情况为：断路器在时间为间为0.5s，而故障开始时间为0.2s,所以在二段动作时间范围内，即当下级线路出口处发生三相短路故障时，继电保护装置3

16、的限时速断段动作切除故障线路。比较短路点在下级线路出口处和本线路末端，二者在短路发生后，三段式电流保护的动作情况是一致的。c短路点在本级线路的首端：Ib:Three-PhaseFault/FaultA50000-500000.20.40.60.811.21.41.61.8200.20.40.60.811.21.41.61.82图6三相短路电流TofmiilfF图7三段式电流保护动作由图6可以看出，相比于短路点在下级线路和本级线路的末端而言，短路变流变大，而且大出很多，同时观察图7可以看出三段式电流保护在时间不到0.1s处便动作了，而且动作时间极短，大致低于0.06s因此可知，当线路首端发生短路故障时，由三段式电流保护的速断段动作将故障线路切除。三设计总结1 相间短路的三段式电流保护，利用短路故障时电流显著增大的故障特征，形成判据构成保护，其中，速断段按照躲开本级线路末端最大短路电流整定，保护本线路的一部分，限时速断保护按照躲开下级速断保护短路整定，保护本线路全长，速断和限时速断