電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)——輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電力系統(tǒng)機(jī)電保護(hù)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)論文 </p><p>　　設(shè)計(jì)課題 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　論文題目 輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)

2、部 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p>&

3、lt;p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容&

4、lt;/p><p>　　輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　二、設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)</p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　L1=L2=60km,L3=50km,LB-C=40km,</p><p>　　LC-D=50km,LD-E=20km,線路阻

5、抗0.4/km,</p><p><b>　　,,</b></p><p>　　最大負(fù)荷電流IB-C.Lmax=360A,</p><p>　　IC-D.Lmax=210A, ID-E.Lmax=110A,</p><p>　　2、、統(tǒng)接線圖如圖：</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的

6、工作</p><p>　　1、值電抗計(jì)算、短路電流計(jì)算。</p><p>　　2、整定保護(hù)4、5的電流速斷保護(hù)定值，并盡可能在一端加裝方向元件。</p><p>　　3、定保護(hù)5、7、9限時(shí)電流速斷保護(hù)的電流定值，并校驗(yàn)靈敏度。</p><p>　　4、定保護(hù)4、5、6、7、8、9過(guò)電流保護(hù)的時(shí)間定值，并說(shuō)明何處需要安裝方向元件。</p

7、><p>　　5、制方向過(guò)電流保護(hù)的原理接線圖。并分析動(dòng)作過(guò)程。</p><p>　　6、采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析。</p><p>　　四、課程設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)程安排</p><p>　　五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)</p><p>　　谷水清．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2005<

8、;/p><p>　　賀家禮．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2004 </p><p>　　能源部西北電力設(shè)計(jì)院．電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣二次部分）．北京：中國(guó)電力出版社，1982</p><p>　　方大千．實(shí)用繼電保護(hù)技術(shù)[M]．北京：人民郵電出版社，2003 </p><p>　　崔家佩等．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置整定

9、計(jì)算[M]．北京：水利電力出版社，1993 </p><p>　　卓有樂(lè)．電力工程電氣設(shè)計(jì)200例[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2002 </p><p>　　陳德樹(shù)．計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M]．北京：水利電力出版社，1992 </p><p>　　陳曾田．電力變壓器保護(hù)[M]．北京：水利電力出版社，1989 </p><p>　　許建安

10、．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M]．北京：水利電力出版社，2003</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒論------------------------------------------------------6</p><p>　　1.1 輸電線路電流保護(hù)概述------------------------

11、--------------------7</p><p>　　1.2 本文主要內(nèi)容-----------------------------------------------------7</p><p>　　第2章 輸電線路方向電流保護(hù)整定計(jì)算-------------------------9</p><p>　　2.1 方向電流Ι段整定計(jì)算-----

12、------------------------------------------------9</p><p>　　2.1.1 保護(hù)4、5的Ι段動(dòng)作電流的整定-------------------------------------10</p><p>　　2.1.2 靈敏度校驗(yàn)---------------------------------------------10<

13、/p><p>　　2.1.3 動(dòng)作時(shí)間的整定------------------------------------------------------10</p><p>　　2.2 保護(hù)5、7、9方向電流Ⅱ段整定計(jì)算------------------------11</p><p>　　2.3方向電流Ⅲ段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算及方向元件的安裝-----------

14、--12</p><p>　　第3章 方向電流保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過(guò)程分析-----12</p><p>　　3.1 保護(hù)原理圖---------------------------------------------------------------12</p><p>　　3.2 動(dòng)作過(guò)程分析-------------------------------

15、----------------------------12</p><p>　　第4章 MATLAB建模仿真分析----------------------------13</p><p>　　第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)------------------------------------------15</p><p><b>　　摘 要</b

16、></p><p>　　電力系統(tǒng)的輸、配線路因各種原因可能 會(huì)發(fā)生相間或相地短路故障,因此,必須有相應(yīng)的保護(hù)裝置來(lái)反映這些故障，方向保護(hù)是利用電壓和電流的乘積判明電流流向（相位）的繼電保護(hù)。以判明短路故障位于保護(hù)裝置處的正向或反向。</p><p>　　本設(shè)計(jì)題目為輸電線路方向電流保護(hù)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)保護(hù)4、5的Ι段動(dòng)作電流的整定、靈敏度的校驗(yàn)、動(dòng)作時(shí)間的整定、保護(hù)5、7、9方向電流Ⅱ段的

17、整定計(jì)算和方向電流Ⅲ段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算，繪制方向電流保護(hù)原理圖，并對(duì)動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行分析。</p><p>　　利用MATLAB軟件建立系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)給定參數(shù)對(duì)電氣元件設(shè)定，對(duì)仿真結(jié)果分析，符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電流保護(hù)；方向保護(hù)；方向元件</p><p><b>　　一、緒論</b></p>&l

18、t;p>　　輸電線路電流保護(hù)概述</p><p>　　電力系統(tǒng)的輸、配線路因各種原因可能 會(huì)發(fā)生相間或相地短路故障,因此,必須有相應(yīng)的保護(hù)裝置來(lái)反映這些故障,并控制故障線路的斷路器,使其跳閘以切除故障.對(duì)各種不同電壓等級(jí)的線路應(yīng)該裝設(shè)不同的相間短路和接地短路的保護(hù)。對(duì)于3KV及以上的電力設(shè)備和線路的短路故障，應(yīng)有主保護(hù)和后備保護(hù)，對(duì)于電壓等級(jí)在220KV及以上的線路，應(yīng)考慮或者必須裝設(shè)雙重化的主保護(hù)，對(duì)于整

19、個(gè)線路的故障，應(yīng)無(wú)延時(shí)控制其短路器跳閘。線路的相間短路、接地短路保護(hù)有：電流電壓保護(hù)，方向電流電壓保護(hù)，接地零序流電壓保護(hù)，距離保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)等。</p><p>　　電力系統(tǒng)中線路的電流電壓保護(hù)包括：帶方向判別和不帶方向判別的相間短路電流電壓保護(hù)，帶方向判別和不帶方向判別的接地短路電流電壓保護(hù)。他們分別是用于雙電源網(wǎng)絡(luò)、單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)及單電源輻射網(wǎng)絡(luò)的線路上切除相間或接地短路故障。</p><

20、;p><b>　　本文主要內(nèi)容</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)保護(hù)段的Ι段動(dòng)作電流的整定、靈敏度的校驗(yàn)、動(dòng)作時(shí)間的整定、方向電流Ⅱ段的整定計(jì)算和方向電流Ⅲ段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算，繪制方向電流保護(hù)原理圖，并對(duì)動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行分析。</p><p>　　在對(duì)電流保護(hù)段來(lái)說(shuō)，因?yàn)榉捶较蚨搪窌r(shí)功率方向測(cè)量元件不動(dòng)作，其整定值就只需躲過(guò)正方向線路末端短路電流最大值，而不必躲過(guò)

21、反方向短路的最大短路電流，因而提高了靈敏度。這種增加了功率方向測(cè)量元件的電流保護(hù)即為方向電流保護(hù)。在雙電源網(wǎng)絡(luò)或其他復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，可以采用帶方向的三段式電流保護(hù)，以滿足保護(hù)的各種性能要求。</p><p>　　方向電流保護(hù)用于雙電源網(wǎng)絡(luò)和單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在構(gòu)成、整定、相互配合等問(wèn)題上還有以下特點(diǎn)：在保護(hù)構(gòu)成中增加功率方向測(cè)量原件，并與電流測(cè)量元件共同判別是否在保護(hù)線路的正方向上發(fā)生故障。方向電流保護(hù)第Ⅰ段，即無(wú)時(shí)

22、限方向電流速度保護(hù)的動(dòng)作電流整定可以不必躲過(guò)反方向外部最大短路電流；第段電流保護(hù)動(dòng)作電流還應(yīng)考慮躲過(guò)反向不對(duì)稱(chēng)短路時(shí)，流過(guò)非故障相的電流，這樣可防止在反方向發(fā)生不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)非故障線功率方向測(cè)量元件誤動(dòng)作而造成的保護(hù)誤動(dòng)作；在環(huán)網(wǎng)和雙電源網(wǎng)中，功率方向可能相同的電流保護(hù)第段的動(dòng)作電流之間和動(dòng)作時(shí)間之間應(yīng)相互配合，以保證保護(hù)的選擇性。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)包含了運(yùn)行方式的選擇、電網(wǎng)各個(gè)元件參數(shù)及負(fù)荷電流計(jì)算、

23、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、對(duì)所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。</p><p>　　二、輸電線路方向電流保護(hù)整定計(jì)算</p><p>　　2.1 方向電流Ι段整定計(jì)算</p><p>　　2.1.1 保護(hù)4、5的Ι段動(dòng)作電流的整定</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書(shū)中的系統(tǒng)接線圖計(jì)算各段線路

24、的阻抗。</p><p>　　==60*0.4=24Ω =50*0.4=20Ω =40*0.4=16Ω</p><p>　　=50*0.4=20Ω =20*0.4=8Ω</p><p>　　由電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)本線末端的最大短路電流，可計(jì)算：保護(hù)4</p><p>　　= 1.668kA </p><p&

25、gt;　　=1.21.668=2.002kA</p><p><b>　　保護(hù)5</b></p><p>　　因?yàn)?，所以在4QF加方向元件。</p><p>　　2.1.2 靈敏度校驗(yàn)</p><p>　　校驗(yàn)，應(yīng)按電流、電壓元件中保護(hù)范圍小的元件確定，整定值滿足可靠系數(shù)的要求。</p><p>

26、;　　保護(hù)4的靈敏度校驗(yàn)：</p><p>　　=-20=8.72Ω</p><p>　　=2424+20=32Ω</p><p>　　==100%=27.25%>15%</p><p>　　滿足靈敏度要求，所以合格。</p><p>　　保護(hù)5的靈敏度校驗(yàn)：</p><p><b&

27、gt;　　=7.09Ω</b></p><p><b>　　=20Ω</b></p><p>　　==100%=35.45%>15%</p><p>　　滿足靈敏度要求，所以合格。</p><p>　　2.1.3 動(dòng)作時(shí)間的整定</p><p>　　因?yàn)闊o(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)不必外加

28、延時(shí)元件即可保證保護(hù)的選擇性，所以電流保護(hù)第I段的動(dòng)作時(shí)間為0，即t=t=0。</p><p>　　2.2 保護(hù)5、7、9方向電流Ⅱ段整定計(jì)算</p><p>　　無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)在任何情況下只能切除本線路上的故障，外部短路故障應(yīng)依靠另外一種電流保護(hù),即帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)對(duì)于此種保護(hù)的動(dòng)作電流整定為。</p><p>　　保護(hù)5Ⅱ段與保護(hù)3配合</p>

29、;<p>　　= IB-C.Lmax=360A </p><p>　　:分支系數(shù)=流過(guò)故障線電流/流過(guò)保護(hù)線電流。</p><p>　　=1+=1+=1.42</p><p>　　=/1.42=291.54A </p><p>　　kA=1796.875A</p

30、><p>　　===6.16>1.4 所以滿足靈敏度要求。 </p><p>　　與相鄰保護(hù)3Ⅱ段配合</p><p>　　=1+=1+=1.42</p><p>　　IC-D.Lmax=210A </p><p>　　分支系數(shù)=流過(guò)故障線電流/

31、流過(guò)保護(hù)線電流，且兩電流相等。</p><p><b>　　所以：=1</b></p><p>　　=/==264.5A </p><p>　　=/==214.21A </p><p>　　==8.38>1.4此結(jié)果滿足靈敏度要求。 </p><p>

32、;　　==1s </p><p>　　保護(hù)7,9與保護(hù)5相同。</p><p>　　2.3方向電流Ⅲ段動(dòng)作時(shí)間整定計(jì)算及方向元件的安裝</p><p>　　為保證選擇性，則必須加延時(shí)元件，且應(yīng)按照階梯形原則整定，即兩相鄰線路的電流Ⅲ動(dòng)作時(shí)間相差一個(gè)△t。上一線路與動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)的下一段線路相配合；末級(jí)不裝延時(shí)元件；越靠近電源，延時(shí)

33、越長(zhǎng)。</p><p><b>　　s（線路末端），，</b></p><p>　　，（無(wú)下一級(jí)，相當(dāng)于末級(jí)） </p><p>　　若:>，:<矛盾，則Ⅲ需加方向元件。因?yàn)?gt; </p><p>　　為簡(jiǎn)化保護(hù)接線和提高保護(hù)的可靠性，電流保護(hù)每相的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段可共用一個(gè)方向元件。電流保護(hù)第Ⅲ段

34、的動(dòng)作時(shí)間小者而可能失去選擇性時(shí)加方向元件，動(dòng)作時(shí)間相同者可能失去選擇性時(shí)均加方向元件。故保護(hù)4,6,8加方向元件。</p><p>　　三、方向電流保護(hù)原理圖的繪制</p><p><b>　　保護(hù)原理圖</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)接線圖，繪制方向電流保護(hù)原理圖，如圖3.1所示。 </p><p>　　圖3.

35、1 方向電流保護(hù)原理圖</p><p><b>　　動(dòng)作過(guò)程分析</b></p><p>　　電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動(dòng)方式，當(dāng)兩者都滿足時(shí)線路才能接通。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，有本線路所在保護(hù)的Ⅰ段切故障。當(dāng)Ⅰ斷拒動(dòng)或故障時(shí)，電流繼電器經(jīng)過(guò)延時(shí)繼電器，延時(shí)元件則用于判別是否本線路發(fā)生了故障而主保護(hù)據(jù)動(dòng)和判別是否相鄰元件發(fā)生了故障而相鄰元件保護(hù)或斷路器據(jù)動(dòng)，若出現(xiàn)上

36、述舉動(dòng)情況，則延時(shí)元件會(huì)有輸出，使本線斷路器跳閘。振蕩元件和電壓互感器二次斷線閉鎖元件，分別在系統(tǒng)振蕩和電壓互感器二次斷線時(shí)有輸出，經(jīng)非門(mén)閉鎖保護(hù)，可防止保護(hù)誤動(dòng)作。發(fā)生故障時(shí)相應(yīng)段的保護(hù)動(dòng)作，信號(hào)元件動(dòng)作輸出保護(hù)動(dòng)作的報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　整套保護(hù)也可用距離保護(hù)中第Ⅲ段的測(cè)量元件兼做啟動(dòng)元件，保護(hù)中第Ⅰ、Ⅱ段的測(cè)量元件、整定值可由一個(gè)阻抗元件用接點(diǎn)進(jìn)行切換實(shí)現(xiàn)，若測(cè)量元件、和無(wú)方向性，則需加方向判別元

37、件。整套保護(hù)中每相均有啟動(dòng)元件，可以增加保護(hù)的可靠性。</p><p>　　四、MATLAB仿真分析</p><p>　　按系統(tǒng)接線圖在MATLAB軟件中建立仿真模型，根據(jù)給定的參數(shù)對(duì)各電氣元件設(shè)定，系統(tǒng)在MATLAB軟件中的仿真圖如圖4.1所示。將給定的信號(hào)輸入仿真系統(tǒng)，將各個(gè)環(huán)節(jié)的端口按框圖連接起來(lái)，根據(jù)線路三段式保護(hù)的原理以及各段保護(hù)之間的配合模擬各段保護(hù)的動(dòng)作情況。</p&g

38、t;<p>　　圖4.1 MATLAB建模仿真圖</p><p>　　正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)線路電壓電流波形如圖4.2所示。</p><p><b>　　圖4.2 電壓波形</b></p><p>　　線路發(fā)生相間兩相短路故障時(shí)的故障相電流波形如圖4.3所示。線路兩相短路故障時(shí)的電流波形圖反映了系統(tǒng)發(fā)生兩短路故障故障相的電流變化情況。仿真