电力系统继电保护课程设计报告——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指导教师.word.zl-年月日课程设计论文任务书一、课程设计论文的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：E=115/.3kV,X=200,egiX=120,X=120,GL21=L2=60kGm3,L3=50km,LB-C=40km,LC-D=50km,LD-E=20km，线路阻抗0.40/km,Ki二1.2,Kn二Kin二1.15,rel最大负荷电流lB-C.Lmax=360A,IC-D.Lmax=210A,ID-E.Lmax=11

2、0A,2、统接线图如图：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建立系统模型进展仿真分析。五、应收集的资料及主要参考文献1 谷水清电力系统继电保护M.：中国电力，20052 贺家礼电力系统继电保护M.:中国电力，20043 能源部西北电力电力工程电气设计手册电气二次局部：中国电力，19824 方大千实

3、用继电保护技术M.:人民邮电，20035 家佩等电力系统继电保护及平安自动装置整定计算M.：水利电力，19936 卓有乐电力工程电气设计200例M.:中国电力，20027 德树计算机继电保护原理与技术M.:水利电力，19928 曾田电力变压器保护M.:水利电力，19899 许建安电力系统继电保护M.:水利电力，2003目录第1章绪论1.1 输电线路电流保护概述71.2 本文主要容7第2章输电线路方向电流保护整定计算92.1方向电流I段整定计算92.1.1保护4、5的I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U段整定计算112.3方

4、向电流皿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15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。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I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U段的整定计算和方向电流皿段动作时间整定计算，绘制方向电流保护原理图，并

5、对动作过程进展分析。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.word.zl-、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

6、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本文主要容通过对保护段的I段动作电流的整定、灵敏度的校验、动作时间的整定、方向电流U段的整定计算和方向电流山段动作时间整定计算，绘制方向电流保护原理图，并对动作过程进展分析。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

7、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I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

8、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，功率方向可能一样的电流保护第段的动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展综合评价。二、输电线路方向电流保护整定计算2.1方向电流I段整定计算2.1.1保护4、5的I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=X=60*0.4=240X=50*0.4=200X=40*0.4=160L1L2L3BCX=50*0.4=200X=20

9、*0.4=80CDDE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4/二色=1153=1.668kAKAmax（X+X）/（X+X）+X（20+24）/（12+24）+20G1L1G2L2L3Ii=KixI（3）=1.2x1.668=2.002kAOP4relKAmax保护5I=KBmaxX+XG3L3顼一書=2075kAIi=KixI（3）=1.2x2.075=2.49kAOP5relKBmax因为11<I（3），所以在4QF加方向元件。OP4KBmax2.1.2 灵敏度校验KI校验，应按电流、电压元件中保护围小的元件确定，整定值满足可靠系sen数的要求。lxlK

10、Imin4=1min4sen4lxl313保护4的灵敏度校验：xl=3Ex二、3X15/丫3-20=8.7201min2Ilsmax2X2.002OP4xl=X二X/X+X二24/24+20=32013OP4L1L2L3Ki=i!mn=872x100%=27.25%>15%senX32OP4满足灵敏度要求，所以合格。保护5的灵敏度校验：lxlKI=min5=1min5sen5lxl313xl=3ESX="3X115316=7.0901min2Ixmax2X2.49OP5xl=X=X=20013OP5L3xl7.09Ki=-t-mi«5=X100%=35.45%>

11、15%senxl2013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ti=ti=0。op4op52.2保护5、7、9方向电流H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5H段与保护3配合Iii=KiiIi/KIi=IB-C.Lmax=360A0P5relOP3bOP3K:分支系数=流过故障线电流/流过保护线电流。b.word.zl-K=1+你=1+电”电=1.42bIX+XX+X

12、ABG1LIG3L3In=Kii11K=1.15x360/1.42=291.54AOP5relOPjb3E-J3115；31I（2）=xs='xkA=1796.875AKB2X+X212+20G3L3Kii=42=1796.875=6.16>1.4所以满足灵敏度要求。senIii291.54与相邻保护3U段配合K=1+厶=1+EsEs=1.42bIX+X/X+XABG1L1G3L3Kii=kb11=IC-D.Lmax=210AsenIiiOP2OP5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=1b4Iii=KiiIi/K=1.15x210/1=264.5AOP

13、3relOP2b4Iii=KiiIi/K=1.15x264.5/1.42=214.21AOP5relOP3bKii=-|KL=1796.875=8.38>1.4此结果满足灵敏度要求。senIii214.21OP5tii=tii+At=11+At+At=1sOP5OP3OP2保护7,9与保护5一样。2.3方向电流川段动作时间整定计算及方向元件的安装为保证选择性，那么必须加延时元件，且应按照阶梯形原那么整定，即两相邻线路的电流山动作时间相差一个At。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。tiii=0s线路末端tiii=tiii+At,tiii=tii

14、i+At=2At12132tiii=tiii=tiii=tiii+At=1.5s,tiii=tiii=tiii=0s无下一级，相当于末级5793468假设K:tiii>tiii,K:tiii<tiii矛盾，那么山需加方向元件。因为BCop5op4ABop5op4thi=tin=tin=1.5s>thi=thi=thi=Os579468为简化保护接线和提高保护的可靠性，电流保护每相的第I、U、山段可共用一个方向元件。电流保护第山段的动作时间小者而可能失去选择性时加方向元件，动作时间一样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。.word.zl-三、方向电流保护

15、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。信号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。当系统发生短路时，有本线路所在保护的I段切故障。当I断拒动或故障时，电流继电器经过延时继电器，延时元件那么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，假设出现上述举动情况，那么延时元件会有输出，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

16、护动作的报警信号。整套保护也可用距离保护中第山段的测量元件zIII兼做启动元件，保护中第I、U段的测量元件Zi、ZII整定值可由一个阻抗元件用接点进展切换实现，假设测量元件Zi、Zii和ZI无方向性，那么需加方向判别元件。整套保护中每相均有启动元件，可以增加保护的可靠性。.word.zl-.word.zl-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。l-Fb-rr

17、tFlSEtithnJ-Pha尙乳伍-O'P：3-Png;cSuLroEl>OE-CS-Phaw鈿笙RLCLswiPIG-i±ani3-PtiPISEdti3n35-Pha=tFl含詡.word.zl-图4.1MATLAB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。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。仿真结果说明，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故障相电流波形时光飞逝，转眼间电力系统继电保护课程设计完毕了。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，使所学知识得到稳固和开展;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，没有严谨的态度，就不能完成课程设计。总之，在这课