35kV输电线路电流电压保护设计(3)

1/271辽宁工业大学微机继电保护课程设计（论文）题目：35kV输电线路电流电压保护设计（3）院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2014—201412/27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35kV输电线路电流电压保护设计（3）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,22,3/371GXkVE,10,1032GGXXL1=L2=70km,L3=40km,LB-C=30km,LC-D=30km,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=100A,IC-D.Lmax=67A,ID-E.Lmax=35A,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同时投入运行；最小运行方式：G2、L2退出运行。一、整定计算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。二、硬件电路设计包括CPU最小系统、电流电压数据采集、开关设备状态检测、控制输出、报警显示等部分。三、软件设计说明设计思想，给出参数有效值计算及故障判据方法，绘制流程图或逻辑图。四、实验验证给出实验电路及实验结果，分析实验结果同理论计算结果的异同及原因。BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系统接线图1/27续表进度计划第一天：收集资料，确定设计方案。第二天：等值电抗和短路电流计算、电流I段整定计算及灵敏度校验。第三天：电流II段、III段整定计算及灵敏度校验。第四天：硬件电路设计（最小系统、数据采集、状态检测部分）。第五天：硬件电路设计（控制输出、报警显示部分）。第六天：软件设计（有效值计算、故障判据）。第七天：软件设计（绘制流程图或逻辑图）第八天：实验验证及分析。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2/27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，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。通过实验验证并分析了动作过程。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3/27目录第1章绪论............................................................1第2章输电线路电流保护整定计算........................................32.1电流Ι段整定计算..................................................32.1.1保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗........................32.1.2C、D、E母线相间短路的最大、最小短路电流......................42.1.3保护1、2、3的电流速断整定值..................................42.2电流Ⅱ段整定计算..................................................52.3电流Ⅲ段整定计算..................................................6第3章硬件电路设计....................................................73.1单片机主系统设计..................................................73.1.1单片机主系统介绍..............................................73.3.2可编程I/O口8255A............................................9第4章软件设计.......................................................124.１保护算法........................................................124.1.1概述........................................................124.1.2全波傅立叶算法.............................................124.2保护软件流程.....................................................124.2.1主程序......................................................134.2.2采样中断服务程序.............................................144.2.3事故处理程序................................................154.3MATLAB建模仿真分析..............................................15第5章实验验证及分析.................................................17第6章课程设计总结...................................................19参考文献..............................................................201/27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Ⅰ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Ⅱ段和第Ⅲ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Ⅰ段和第Ⅱ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Ⅲ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2/27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Ⅰ段第Ⅱ段和第Ⅲ段。其中Ⅰ、Ⅱ段作为线路主保护第Ⅲ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。3/27第2章输电线路电流保护整定计算2.1电流Ι段整定计算2.1.1保护3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201GX；1532GGXX；204.05021LLXX；124.0303LX；164.040BCX；124.030CDX；84.020DEX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4/271.161620//2815//3311max3LGLGXXXXX2.1.2C、D、E母线相间短路的最大、最小短路电流C母线最大短路电流：46.216113/115min33maxBCKCXXEIC母线最小短路电流：79.1161.163/1152323max32minBCKCXXEID母线最大短路电流：7.11216113/115min33maxCDBCKDXXXEID母线最小短路电流：3.112161.163/1152323max32minCDBCKDXXXEIE母线最大短路电：41.181216113/115min33maxDECDBCKEXXXXEIE母线最小短路电流:1.123min32minDECDBCKEXXXXEI2.1.3保护1、2、3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