输电线路电流电压保护设计

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1、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（7 7）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0909 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字）起止时间：起止时间： 2012.12.31-2013.01.112012.12.31-2013.01.11本科生课程设计（论文）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课程设计（论文）题目

2、输电线路电流电压保护设计（7）本科生课程设计（论文）1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,20,3/1151GXkVE,15,1532GGXXL1=L2=50km,L3=30km,LB-C=40km,LC-D=30km,LD-E=20km,线路阻抗 0.4/km,2 . 1IrelKrelK15. 1relK最大负荷电流 IB-C.Lmax=350A,IC-D.Lmax=200A, ID-E.Lmax=170A,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

3、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BAG112

4、3L3L2L1EDCG2G3987654系统接线图本科生课程设计（论文）2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）3摘 要电力系统的输、配线路因各

5、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。针对电力系统输电线路进行继电保护设计，采用三段式电流电压保护的方法，确定出最大、最小运行方式下的等值电抗。进行了相间短路的最大、最小短路电流的计算。进行了保护 1、2、3 的电流速断保护整定值计算，并计算了各自的最小保护范围。进行了保护 2、3 的限时电流速断保护定值计算，并校验了灵敏度。进行了保护 1、2、3 的过电流保护定值计算，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。绘制三段式电流保护原理接线图。并分析了动作

6、过程。采用 MATLAB 建立系统模型进行输电线路电流电压保护仿真分析。关键词：三段式电流电压保护；整定值计算；灵敏度；等值电抗本科生课程设计（论文）4目 录第 1 章 绪论 .4第 2 章 输电线路电流保护整定计算 .72.1 电流 段整定计算 .72.1.1 保护 3 在最大、最小运行方式下的等值电抗.72.1.2C、D、E 母线相间短路的最大、最小短路电流 .82.1.3 保护 1、2、3 的电流速断整定值.82.2 电流段整定计算 .92.3 电流段整定计算 .10第 3 章电流保护原理图的绘制与动作过程分析 .123.1 电流三段式保护原理接线图 .123.2 电流三段式保护原理展开

7、图 .13第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 .15第 5 章 课程设计总结 .17参考文献 .18本科生课程设计（论文）5第 1 章 绪论电力系统继电保护是随着电力系统的发展和科学技术的进步而不断发展起来的为电力系统建立了一个安全保障体系。电力系统故障和不正常运行状态是不可避免的为了防止电力系统事故的扩大保证非故障部分仍能可靠供电通过继电保护装置准确迅速地识别并切除故障同时电力系统运行状态应实时监视一旦发生不正常行状态时能通过继电保护装置及时警告或启动自动控制装置。这样就可以保持供电的连续性、保障人身的安全、防止或减轻设备的损坏。继电保护装置由测量部分、逻辑部分和执行部分等组成。对于作用

8、于断路器跳闸的继电保护装置有四点基本要求。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

9、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可靠性 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。线路发生短路故障时可以采用电流电压保护、接地零序保护、距离保护和纵差动保护等。当线路发生相间短路时可以采用电流电压保护。电流电压保护是根据输、配电线上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 35KV 及以下的小接地电流系

10、统中。电流电压保护分为两种一种是以反应电流增大而动作的电流测量元件为基础的构成的电流保护元件另一种是以反应电压为基础构成的电流保护。 根据线路故障对主、后备保护的要求线路相间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。这三种相间电流电压保护分别成为相间短路电流保护第段第段和第段。其中、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。这三段统称为线路相间短路的。本科生课程设计（论文）6本文设计研究中的继电保护采用了三段式电流电压保护通过动作电流来进

11、行保护。根据设计要求为了实现保护之间的配合和保护的选择性在这些保护中增加延时元件等逻辑元件形成一个完整的保护方案。本科生课程设计（论文）7本科生课程设计（论文）8第 2 章 输电线路电流保护整定计算2.1 电流电流 段整定计算段整定计算2.1.12.1.1 保护保护 3 3 在最大、最小运行方式下的等值电抗在最大、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。图 2.1 最大运行方式等值阻抗图 ； ； 201GX1532GGXX ； 204 . 05021LLXX124 . 0303LX ； 164 . 040BCX124

12、 . 030CDX84 . 020DEX 11/332121min3LGLLGGXXXXXXX（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 1 .161620/2815/3311max3LGLGXXXXX本科生课程设计（论文）92.1.22.1.2C C、D D、E E 母线相间短路的最大、最小短路电流母线相间短路的最大、最小短路电流C 母线最大短路电流： A46. 216113/115min33maxBCKCXXEIC 母线最小短路电流： A79. 1161 .163/1152323max32minBCKCXXE

13、ID 母线最大短路电流： A7 . 11216113/115min33maxCDBCKDXXXEID 母线最小短路电流： A3 . 112161 .163/1152323max32minCDBCKDXXXEIE 母线最大短路电： A41. 181216113/115min33maxDECDBCKEXXXXEIE 母线最小短路电流: A1 . 123min32minDECDBCKEXXXXEI2.1.32.1.3 保护保护 1 1、2 2、3 3 的电流速断整定值的电流速断整定值 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

14、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： AKIKIKErelop69. 141. 12 . 13max1保护 2： A04. 27 . 12 . 13max2KDrelopIKI保护 3： A95. 246. 22 . 13max3KCrelopIKI 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：本科生课程设计（论文）101 .10)12161 .16(69. 131152323

15、max31min11CDBCopXXXIElx保护 2 保护的最小范围：91. 3)161 .16(04. 231152323max32min22BCopXXIElx保护 3 保护的最小范围：39. 31 .1695. 231152323max33min33XIElxop因为 %15min33min22min11BCCDDEsenXlxXlxXlxK %15%21min33BCsenXlxK所以保护 1、保护 2 的 1 段灵敏度不合格，保护 3 合格。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）

16、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：A943. 11/69. 115. 1/2min12boprelopKIKI灵敏度： 不合格 5 . 13 . 167. 0943. 13 . 122minopKDsenIIK保护 3 的段与相邻线路的段配合即：A346. 21/04. 215. 1/3min23boprelopKIKI灵敏度： 不合格 5 . 13 . 176. 0346. 279. 132minopKCsenIIK保护 3 的段与相邻线路的段

17、配合即：A23. 21/943. 115. 1/3min23boprelopKIKI本科生课程设计（论文）11灵敏度： 不合格 )5 . 13 . 1 (8 . 023. 279. 132minopKCsenIIK2.3 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：A34517085. 05 . 115. 1max1LDEressrelopIKKKI保护 2 的段：A9 .40520085. 05 . 115. 1max2LCD

18、ressrelopIKKKI保护 3 的段：A3 .71035085. 05 . 115. 1max3LBCressrelopIKKKI保护 1 作近后备的灵敏度： 合格 3 . 119. 3345110012minopKEsenIIK保护 2 作远后备的灵敏度： 合格 2 . 171. 29 .405110022minopKEsenIIK保护 3 作远后备的灵敏度： 合格 2 . 183. 13 .710130032minopKDsenIIK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：stttOPE15 . 05 . 01保护 2 的动作时间：

19、sttt5 . 15 . 0112本科生课程设计（论文）13保护 3 的动作时间：sttt25 . 05 . 123本科生课程设计（论文）14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

20、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。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。本科生课程设计（论文）153.2 电流三段式保护原理展开图电流三段式保护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

21、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+WC-W C1KA2KA3KA4KA5KA6KA7KAKM1KT2KT1KS2KS3KSKM1KT2KTQFT QTAaTAc1KA3KA5KA2KA4KA6KA7KAACN本科生课程设计（论文）16图 3.4 信号回路展开图+ WS1KS2KS3KS本科生课程设计（论文）17第 4 章 MATLAB 建模仿真分析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。（1）模拟电流段保护动作执行仿真后，仿真结果如下图 4.1 所示：由图可

22、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 4.1 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 4.2 所示:图 4.2 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

23、闸。电流段成功按时动作。3）模拟电流段保护动作，在电流段的范围内设置故障，由于本设计是模拟本科生课程设计（论文）18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 15.5，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 1.0s，断路器 1 在 1.05s 跳闸。电流段成功按时动作。本科生课程设计（论文）19第 5 章 课程设计总结本课设主要是针对输电线路电流电压保护进行

24、设计。随着电力系统规模的不断扩大，对电力系统安全性、可靠性、高效性运行的要求越来越高，继电保护应运而生，本文对继电保护各项参数进行了计算，以及安装了方向保护元件实现方向保护，并对其系统保护的算法进行了 MATLAB 仿真研究。本文章首先是对电力系统继电保护进行了简单的介绍，然后对电流电压保护做了概述和简单的计算，然后给出了三段式电流保护的原理图，绘制出了电流三段式保护的原理接线图、交、直流展开图及信号回路展开图，电流三段式保护的原理接线图、交、直流展开图及信号回路展开图最后是对系统进行 MATLAB 仿真。最后得出结果与计算的结果相一致。本科生课程设计（论文）2参考文献1 商国才.电力系统自动化.天津大学出版社，2000 2 王葵等.电力系统自动化中国电力出版社，2007.13 何仰赞等.电力系统分析.华中科技大学出版社，2002.34 于海生.微型计算机控制技术.清华大学出版社，2003.45 王士政.电网调度自动化与配网自动化技术.中国水利水电出版社，2007.36 梅丽凤等.单片机原理及接口技术.清华大学出版社，2009.7