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二号黑体加粗居中号）2课程设计（论文）任务书一、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：,20,3/1151GXkVE,12,1232GGXXL1=L2=60km,L3=50km,LB-C=40km,LC-D=50km,LD-E=20km,线路阻抗0.4/km,2.1IrelK,relK15.1relK,最大负荷电流IB-C.Lmax=360A,IC-D.Lmax=210A,ID-E.Lmax=110A,2、、统接线图如图：三、课程设计（论文）应完成的工作BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系统接线图31、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。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]．北京：中国电力出版社，2005[2]贺家礼．电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，2004[3]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，1982[4]方大千．实用继电保护技术[M]．北京：人民邮电出版社，2003[5]崔家佩等．电力系统继电保护及安全自动装置整定计算[M]．北京：水利电力出版社，1993[6]卓有乐．电力工程电气设计200例[M]．北京：中国电力出版社，2002[7]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，1992[8]陈曾田．电力变压器保护[M]．北京：水利电力出版社，1989[9]许建安．电力系统继电保护[M]．北京：水利电力出版社，20034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Ι段整定计算-----------------------------------------------------92.1.1保护4、5的Ι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Ⅱ段整定计算------------------------112.3方向电流Ⅲ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。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Ι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Ⅱ段的整定计算和方向电流Ⅲ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Ι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Ⅱ段的整定计算和方向电流Ⅲ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。二、输电线路方向电流保护整定计算2.1方向电流Ι段整定计算2.1.1保护4、5的Ι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。1LX=2LX=60*0.4=24Ω3LX=50*0.4=20ΩBCX=40*0.4=16ΩCDX=50*0.4=20ΩDEX=20*0.4=8Ω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4X)X(X∥)(L3L2G211)3(maxLGKAXXEI=2024)(12∥)2420(31151.668kA)3(max4KAIrelIOPIKI=1.21.668=2.002kA保护5kAXEIGKB075.220123115XL33)3(maxkAIKIKBIrelIOP49.2075.22.1)3(max5因为)3(max4KBIOPII，所以在4QF加方向元件。2.1.2灵敏度校验IsenK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。314min134min4lxlxllKIsen保护4的灵敏度校验：8－＝IOPmin142I3SElxmaxsX=002.223/1153-20=8.72Ω31lx=3214//LLLOPXXXX24//24+20=32ΩsenK=4min1OPXlx=3272.8100%=27.25%15%满足灵敏度要求，所以合格。保护5的灵敏度校验：315min135min5lxlxllKIsen＝－＝maxmin1523xOPSXIElx311531622.49－=7.09Ω31lx=＝＝35LOPXX20ΩsenK=315min1lxlx=2009.7100%=35.45%15%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4op=t5op=0。2.2保护5、7、9方向电流Ⅱ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5Ⅱ段与保护3配合5opI=bOPrelKK/３Ｉ＝Ｉ３OPIB-C.Lmax=360AbK:分支系数=流过故障线电流/流过保护线电流。bK=1+ABBII=1+3311LGSLGSXXEXXE=1.429bOPrelKIK３＝5OPI=36015.1/1.42=291.54A＝＋＝33)2(KB23ILGSXXE2012311523＋kA=1796.875AsenK=5)2(OPKBII=54.29175.81796=6.161.4所以满足灵敏度要求。与相邻保护3Ⅱ段配合bK=1+ABBII=1+3311LGSLGSXXEXXE=1.425OP2)KBII（＝senK2OPIIC-D.Lmax=210A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：4bK=13OPI=2OPrelIK/4bK=1/21015.1=264.5A5OPI=3OPrelIK/bK=42.1/5.26415.1=214.21A5OP2)KBII（＝senK=21.21475.81796=8.381.4此结果满足灵敏度要求。＝5OPttt3OP=ttt2OP=1s保护7,9与保护5相同。2.3方向电流Ⅲ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Ⅲ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。0t1s（线路末端），ttt12，t2ttt235793tttt1.5st，0sttt864（无下一级，相当于末级）若BCK:Ⅲ5optⅢ4opt，ABK:Ⅲ5optⅢ4opt矛盾，则Ⅲ需加方向元件。因为1.5sttt9750sttt864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、Ⅱ、Ⅲ段可共用一个方向元件。电流保护第Ⅲ段的动作时间小者而可能失去选择性时加方向元10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。11三、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