继电保护课程设计-输电线路电流电压保护设计.doc

1、 1 继电保护课程设计 输电线路电流电压保护设计 1 第 1 章 绪论 . 1 第 2 章 设计的原始资料 . 2 2.1 题目内容 . 2 2.2 课程 设计的内容及技术参数参见下表 . 2 2.3 工作计划： . 3 2.4 设计需要考虑的问题 . 3 2.5 保护方式的选取及整定计算 . 3 第 3 章 输电线路电流保护整定计算 . 4 3.1 保护 3在最大、最小运行方式下的等值阻抗 . 4 3.2 保护 3在最小运行方式下 G2退出运行， L2 退出运行等值电路 . 4 3.3 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 . 5 3.4 整定保护 1、

2、2、 3 的电流速断保护定值，并计算各自的最小保护范围 . 6 3.5 整定保护 2、 3 的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度 . 7 3.6 整定保护 1、 2、 3 的过电流保护定值 . 8 第 4 章 电流保护原理图的绘制与动作过程分析 . 9 4.1 电流三段式保护原理图 . 9 4.2 电流三段式原理展开图 . 10 第 5 章 MATLAB 建模仿真分析 . 12 5.1 MATLAB 的概述 . 12 5.2 仿真设计 . 13 5.3 仿真结果 . 13 5.4 结果分析 . 15 第 6 章 课程设计总结与心得 . 16 参考文献 . 16 1 第 1 章 绪论 继电保护装

3、置是指能反应电力系统中电气元件发生的故障或不正常远行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：（ 1）自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续 遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。（ 2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。一般情况下不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的程度经一定的延时动作于信号。目前，继电保护装置是以各电气元件作为保护对象的，其切除故障的范围是断路器之间的区段。反应整个被保护元件上的故障，并能以最短的延时有选择性地切除故障的保护称为主保护；当主保护或断路器拒

4、绝动作时，用来切除故障的保护称为后备保护。 电力系统对动作于跳闸的继电保护装置提出了四个基本要求，即 选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。除了以上四个基本要求以外，选用保护装置时还应该考虑经济性。在保证电力系统安全运行的前提下，尽可能采用投资少、维护费用低的保护装置。 线路相间短路的电流电压保护有三种：第一，无时限电流速断保护；第二，带时限电流速断保护；第三，定时限过电流保护。这三种相间短路电流电压保护分别称为相间短路电流保护第段、第段和第段。其中第段和第段作为线路主保护，第段作为本线路主保 护的近

5、后备保护和相邻线路或元件的远后备保护。第、段统称为线路相间短路的三段式电流电压保护。 第段称为无时限电流速断保护，该段动作时间快但是不能保护线路全长。第段称为带时限电流速断保护，该段保护在任何情况下均能保护本线路的全长（包括线路末端），但是为了保证在相邻的下一个线路出口处短路时保护的选择性，必须和相邻的无时限电流速断保护配合。第段称为定时限过电流保护，该段保护主要是作为本线路主保护的近后备保护和相邻下一线路（或元件）的远后备保护。 本文主要内容是研究在母线短路时，保护 1、 2、 3 的第段、第段和第段的整定值，并检验它们的灵敏度确定它们是否能够保护线路。 2 第 2 章 设计的原始资料 2.

6、1 题目内容 系统接线图如图： 2.2 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 ,15,3/1 1 5 1 GXkVE ,10,20 32 GG XX L1=L2=50km,L3=40km, LB-C=30km,LC-D=50km, LD-E=30km,线路阻抗 0.4 /km, 2.1IrelK , relK 15.1relK , 最大负荷电流 IB-C.Lmax=400A, IC-D.Lmax=360A, ID-E.Lmax=240A, 电动机自启动系数 Kss=1.5，电流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

7、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B A G1 1 2 3 L3 L2 L1 E D C G2 G3 9 8 7 6 5 4 系统接线图 3 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。 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

8、、 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。 2.3 工作计划： 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。 2.4 设计需要考虑的问题 （ 1） 系统运行方式的考虑 除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备

9、检修或故障切除的情况下，发生短路时流过保护装置的短路电流最大和最小的系统运行方式，以便计算保护的 整定值和保护灵敏度。在需采用电流电压联锁速断保护时，还必须考虑系统的正常运行方式。 （ 2） 短路点的考虑 求不同保护的整定值和灵敏度时，应注意短路点的选择。 （ 3） 短路类型的考虑 相间短路保护的整定计算应取系统最大运行方式下三相短路电流，以作动作电流整定之用；而在系统最小运行方式下计算两相短路电流，以作计算灵敏度之用。短路的计算选用三相短路或两相短路进行计算均可，因为对保护所取的残余而言，三相短路和两相短路的残余数值相同。 2.5 保护方式的选取及整定计算 采用什么保护方 式，主要视其能否满

10、足规程的要求。能满足要求时，所采用的保护就可采用；不能满足要求时，就必须采取措施使其符合要求或改用其他保护方式。 4 选用保护方式时，首先考虑采用最简单的保护，以便提高保护的可靠性。当采用简单保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，则可采用较复杂的保护方式。 选用保护方式时，可先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。当采用的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸来校正选择性或加速保护动作。 第 3 章 输电线路电流保护整定计算 3.1 保护 3 在最大、最小运行方式下的等值阻抗 保护 3的 最大运行方式 ：三台发电机及线路 L

11、1、 L2、 L3同时投入运行，等效电路图如图 3.1 XXXXXXX X XG1G2G3L1L2L3BC CD DE. . . 图 3.1 最大运行方式 在最大运行方式下，短路电流最大，阻抗最小 如图所示，根据任务书所给参数可以计算出： 151GX ， 202GX ， 103GX 204.0501LX ， 204.0502LX ， 164.0403LX 124.030BCX ， 204.050CDX ， 124.030DEX 可得： 83.10)1610/ / ()20/2020/15()/ / ()/( 332121m i n3 LGLLGG XXXXXXX 3.2 保护 3 在最小运行方

12、式下 G2 退出运行， L2 退出运行等值电路 保护 3 在最小运行方式下 G2 退出运行， L2 退出运行 等效电 路图如图 3.2. 5 XXXXX X XG1G3L1L3BC CD DE. . . 图 3.2 最小运行方式 同理，最小运行方式下，短路电流最小，阻抗最大 92.14)/ / ()( 3311m a x3 LGLG XXXXX 3.3 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 当系统在最小运行方式下运行时 C 母线短路，此处有最大的短路电流为： KABCXX EI kc 9.2)1283.10(3/1 1 5m i n3m a x 当系统在最大

13、运行方式下运行时 C 母线短路 ,此处有最小的短路电流为： KABCXX EI kc 14.2)(2 m a x3 3m in 对于 D 、 E母线发生相间短路的最大 ,最小短路电流计算 ,同样的道理： KACDXX BCX EI kd 55.1m in3m a x KACDXX BCX EI k D m x in 42.1m a x3 KADEXX CDX BCX EI ke 13.1m a x3m i n KADEXX CDX BCX EI ke 21.1m i n3m a x 6 3.4 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 由于电流速断保护的动作电流应

14、躲过本线末端的最大短路电流 Ikmax ， 故应考虑最小运行方式下的三相短路电流 .故有 ， 保护 1、 2、 3 的第 段的动作电流为 ： 当最小灵敏度大于 0015 时 ,满足保护设计要求 ,经计算都满足。 0015006.75%100*16 1.12001003 m i n33 l BCX lXKAkEIr e lKopI 45.121.1*2.1)3( m a x11 1 KAkDIr e lKopI 70.142.1*2.1)3( m a x11 2 KAkCIr e lKopI 48.39.2*2.1)3( m a x11 3 65.52165.26m a x31123m i n1

15、1 X b dSXOPIElx 82.4161382.332 3 m ax312m i n22X b cXI Elx SOP00150017.40%1 0 0*12 82.4001 0 02 m i n22 lX CDlX 1.121310.25m a x31323m i n33 SXOPIElx 7 3.5 整定保护 2、 3 的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度 由于无时限电流速断保护只能保护线路的一部分 ,而该线路的剩下部分的短路故障必须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和动作时间的整定分别为 : 其中 t 为时限阶段 ,它与短路器的动作时间 ,被保

16、护线路的保护的动作时间误差等因素有关 .这里我们取 t =0.5S ,所以对于保护 3的电流保护的第段的动作电流应与相邻线路电流保护的第段相配合 , 分支系数为 :kbmin =1即KAk bI opr e lop 64.2m in/2K I 3 所以该处电流保护的第段的灵敏度为 : 08.12m in opII kcK sen 1.3 故不满足灵敏度的要求。 断路器 3QF 处电流保护的第段与相邻线路电流保护的电流保护的第段相配合。即有 此时的灵敏度 : 1.3 不满足要求。 此时断路器 3QF 处电流保护的第段动作时间和断路器 2QF 处电流保护的第段动作时间相配合： 对于保护 2QF 的

17、电流保护的第段与相邻线路 1QF 电流保护的电流保护的第 段相配合。 KAk bI opre lop 14.2m in/1K I 2 此时的灵敏度 75.02m in I opI keK sen 1.3 不满足要求。 k bI opr e lop m in/2K I 1 ttt opt op 21k bI oprelop m in/2K I 3 KAk bI opr e lop 98.1m in/1K I 2 75.0m in I opI kcK sensttoptop 123 8 3.6 整定保护 1、 2、 3 的过电流保护定值 整定保护 1、 2、 3的过电流保护定值，假定母线 E 过电

18、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。定时限过电流保护的作用是作本线主保护的后备保护 ,即近后备保护 ,并做相邻下一线路的后备保护 ,即远后备保护。因此，它的保护范围要求超过相邻线路的末端。 故保护 1 可以作 E 点的近后备保护。 故保护 2 可以作 E 点的远后备保护。 故满足灵敏度的要求 。 2.187.24 0 4.0 16.1)3( 2m in)3( 1 I opI kEK senKAEDII lK re K ssK r e lI op 303.0m a x*02.2m a x)3()3( 1 KADCII lK re K ssK r e lI op 4 0 4.0m a x*02.2m a x)3()3( 2 KACBII lK re K ssK r e lI op 6 0 6.0m a x*02.2m a x)3()3( 3 3.18.33 0 3.0 16.1)3( 1m in)3( 1 I opI kEK s e n