1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學學 電力系統(tǒng)繼電保護電力系統(tǒng)繼電保護課程設計（論文）課程設計（論文） 題目：題目：35kV35kV 輸電線路方向電流保護設計輸電線路方向電流保護設計 院（系）：院（系）： 電氣工程學院電氣工程學院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電氣電氣102102 學學 號：號： 學生姓名：學生姓名： 指導教師：指導教師： （簽字） 起止時間：起止時間： 課程設計（論文）任務及評語課程設計（論文）任務及評語 院（系）：電氣工程學院 教研室：電氣工程及其自動化 學 號學生姓名專業(yè)班級 課程設 計（論 文）題 目 35kV 輸電線路方向電流保護設計 課程設計（論文）任務 系統(tǒng)接線圖如圖：

2、課程設計的內(nèi)容及技術參數(shù)參見下表 設計技術參數(shù)工作量 ,10,3/37 1 G XkVE ,10,10 32 GG XX L1=L2=40km,L3=40km,LB-C=40km, LC-D=30km,LD-E=30km,線路阻抗 0.4/km, , 2 . 1 I rel K rel K15 . 1 rel K 最大負荷電流 IB-C.Lmax=90A, IC-D.Lmax=60A, ID-E.Lmax=45A, 電動機自啟動系數(shù) Kss=1.5，電流 繼電器返回系數(shù) Kre=0.85。最大 運行方式：三臺發(fā)電機及線路 L1、L2、L3 同時投入運行；最小 運行方式：G2、L2 退出運行。

3、1.等值電抗計算、短路電流計算。 2. 整定保護 4、5 的電流速斷保護 定值，并盡可能在一端加裝方向元 件。 3確定保護 5、7、9 限時電流速斷 保護的電流定值，并校驗靈敏度。 4確定保護 4、5、6、7、8、9 過 電流保護的時間定值，并說明何處 需要安裝方向元件。 5繪制方向過電流保護的原理接線 圖。并分析動作過程。 6、采用 MATLAB 建立系統(tǒng)模型進行 仿真分析。 B A G 1 1 23 L 3 L 2 L 1 ED C G 2 G 3 98 76 54 系統(tǒng)接線圖 續(xù)表 進度計劃 第一天：收集資料，確定設計方案。 第二天：等值電抗計算、短路電流計算。 第三天：整定保護 4、5

4、 的電流速斷保護定值，并 盡可能在一端加裝方向元件。 第四天：確定保護 5、7、9 限時電流速斷保護的 電流定值，并校驗靈敏度。 第五天：確定保護 4、5、6、7、8、9 過電流保護 的時間定值，說明何處需安裝方向元件。 第六天：繪制保護原理圖。 第七、八天：MATLAB 建模仿真分析。 第九天：撰寫說明書。 第十天：課設總結，迎接答辯。 指導教師評語及成績 平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日 注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算 摘 要 電力是當今世界使用最為廣泛、地位最為重要的能源，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運 行對國民經(jīng)濟、人民生活乃至社會

5、穩(wěn)定都有著極為重要的影響。電力系統(tǒng)由各種電 氣元件組成，由于自然環(huán)境、制造質量、運行維護水平等諸多方面的原因，電力系 統(tǒng)的各種元件在運行中不可能一直保持正常狀態(tài)。因此，需要有專門的技術為電力 系統(tǒng)建立一個安全保障體系，其中最重要的技術之一就是繼電保護技術。 本文主要對 35KV 輸電線路方向電流保護進行分析與設計，對電氣元件在最大運 行方式和最小運行方式下的電流進行整定計算后，進行分析，判斷是否需要安裝方 向元件，并在繪制方向電流保護原理圖后進行仿真，最后達到安全穩(wěn)定的保護電力 系統(tǒng)運行的要求。 關鍵詞：輸電線路；方向元件；電流保護；電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行 目 錄 第 1 章 緒論.4 1.1 輸電

6、線路電流保護概述 .4 1.2 本文設計內(nèi)容.4 第 2 章 輸電線路方向電流保護整定計算.5 2.1 方向電流 段整定計算.5 2.1.1 保護 4、5 的 段動作電流的整定 .6 2.1.2 靈敏度校驗 .7 2.1.3 動作時間的整定 .7 2.2 保護 5、7、9 方向電流段整定計算.7 2.3 方向電流段動作時間整定計算及方向元件的安裝 .8 第 3 章 方向電流保護原理圖的繪制與動作過程分析.9 3.1 繪制方向保護原理圖 .9 3.2 動作過程分析 .9 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 .10 第 5 章 課程設計總結.12 參考文獻.13 第 1 章 緒論 1.1 輸電

7、線路電流保護概述 電力系統(tǒng)的輸、配電線路因各種設備原因、自然原因、人工操作不當?shù)仍蚩?能會發(fā)生相間或相地短路故障，因此，必須有相應的保護裝置來反映這些故障，并 控制故障線路的斷路器，使其跳閘以切除故障。而且，對各種不同電壓等級的線路 應該裝設不同的相間短路和接地短路的保護。對于 35KV 及以上的電力設備和線路故 障，應有主保護和后備保護；對于電壓等級在 220KV 及以上的線路，應該考慮或者 必須裝設雙重化的主保護，對于整個線路的故障，應該無延時控制其斷路器跳閘。 線路的相間短路、接地短路保護主要有電流電壓保護，方向電流電壓保護，接 地零序電流電壓保護，距離保護和縱聯(lián)保護等。而其中電流電壓

8、保護主要包括帶方 向判別和不帶方向判別的相間短路電流電壓保護、帶方向判別和不帶方向判別的接 地短路電流電壓保護。他們分別用于雙電源網(wǎng)絡、單電源環(huán)形網(wǎng)絡及單電源輻射網(wǎng) 絡的線路上切除相間或接地短路故障。 1.2 本文設計內(nèi)容 方向電流保護用于雙電源網(wǎng)絡和單電源環(huán)形網(wǎng)絡時，在構成、整定、相互配合 等問題上還有以下特點：在保護構成中增加功率方向測量原件，并與電流測量元件 共同判別是否在保護線路的正方向上發(fā)生故障。 本次設計主要對保護段的 段動作電流的整定、靈敏度的校驗、動作時間的整 定、方向電流段的整定計算和方向電流段動作時間整定計算，繪制方向電流保 護原理圖，并對動作過程進行分析。以及運行方式的選

9、擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負 荷電流計算、短路電流計算等。 第 2 章 輸電線路方向電流保護整定計算 2.1 方向電流 段整定計算 首先要進行動作電流的整定，如圖 2.1 和圖 2.2 所示分別為系統(tǒng)最大運行狀態(tài) 和最小運行狀態(tài)下的等效電路圖： 圖 2.1 系統(tǒng)最大運行方式等效電路圖 XG1 1 XL1 3 XG3 2 XL3 4 Xbc 5 Xcd 6 Xde 7 圖 2.2 系統(tǒng)最小運行方式 XG1 1 XL1 4 XG2 2 XL2 5 XG3 3 XL3 6 Xbc 7 Xcd 8 Xde 9 由條件可知： 10 321GGG XXX 16 321LLL XXX ,16 BC X12 CD

10、 X12 DE X 所以最大運行方式的等值阻抗為： 7 . 8)(|)|( 332121min3LGLLGG XXXXXXX 最小運行方式下的等值阻抗為： 13)(|)( 3311max3LGLG XXXXX 則 C 母線的最大短路電流為： KA XX E I BC kc 86 . 0 min3 max 同理 D 母線的最大短路電流為： KA XXX E I CDBC kd 58 . 0 min3 max E 母線的最大短路電流為： KA XXXX E I DECDBC ke 43 . 0 min3 max 于是可以求出保護 1、2、3 的第一段動作電流分別為： KAIKI kcrelop 5

11、16 . 0 max 1 1 KAIKI kdrelop 696 . 0 max 1 2 KAIKI kerelop 032 . 1 max 1 3 2.1.1 保護 4、5 的 段動作電流的整定 在線路 A 點的三相短路時的最大短路電流為： KA XXXXX E I LLGLG ka 737 . 0 )(|)( 32211 max 所以保護 4 的 段動作電流為： KAIKI karelop 884 . 0 3 max4 同理，在線路 B 點的三相短路時的最大短路電流為： KA XX E I LG kb 822 . 0 33 max 保護 5 的 段動作電流為： KAIKI kbrelop

12、986 . 0 3 max5 2.1.2 靈敏度校驗 靈敏度可以反映出繼電保護裝置對于其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或者不正常運行狀 態(tài)的反應能力，所以對各個保護進行靈敏度校驗就很有必要，如下所示： 7 . 7 2 3 max3 4 min4 X I E X op s l 9 . 8 2 3 max3 5 min5 X I E X op s l 所以保護 4 的靈敏度為： %15%48%100 3 min4 1 l sen X Xl K 所以保護 4 滿足靈敏度要求。 同理保護 5 的靈敏度為： %15%55%100 3 min5 1 l sen X Xl K 所以保護 5 也滿足靈敏度要求。 2.1.

13、3 動作時間的整定 無時限電流速斷保護不必外加延時元件，即電流保護的第 段動作時間為： 0 54 opop tt 2.2 保護 5、7、9 方向電流段整定計算 當電流 段的保護靈敏度達不到要求時就不能使用，此時可以采用另一種保護 方式，即帶時限的電流速斷保護，所以以保護 5 為例對其方向電流段進行整定計 算。 已知KA I I k AB B b 92. 01 min5 KAIop032 . 1 1 3 分支系數(shù)=流過故障線電流與流過保護線電流的比值。 所以KA I I k AB B b 92. 01 min5 所以保護 5 的動作電流為： KA k IK I b oprel op 29 . 1

14、 min5 3 5 對其進行校驗： 3 . 121 . 4 5 2 min op kb sen I I K 所以滿足靈敏度要求。 2.3 方向電流段動作時間整定計算及方向元件的安裝 方向電流段動作電流的整定計算應遵循階梯型原則： st0 1 sttt5 . 0 12 sttt0 . 1 23 sttttt5 . 1 3976 為簡化保護接線和提高保護的可靠性，電流保護每相的第、段可共用 一個方向元件。電流保護第段的動作時間較小者而可能失去選擇性時加方向元件， 動作時間相同者可能失去選擇性時均加方向元件。所以,保護 4,6,8 加方向元件。 第 3 章 方向電流保護原理圖的繪制與動作過程分析 3

15、.1 繪制方向保護原理圖 根據(jù)系統(tǒng)接線圖，繪制出方向電流保護原理圖，如圖 3.1 所示： 圖 3.1 方向電流保護原理圖 3.2 動作過程分析 電流繼電器和功率繼電器才用按相啟動方式，當兩者都滿足時線路才能接通。 當系統(tǒng)發(fā)生短路時，有本線路所在保護的段切故障。當斷拒動或故障時，電流 繼電器經(jīng)過延時繼電器，延時元件則用于判別是否本線路發(fā)生了故障而主保護據(jù)動 和判別是否相鄰元件發(fā)生了故障而相鄰元件保護或斷路器據(jù)動，若出現(xiàn)上述舉動情 況，則延時元件會有輸出，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有輸出，經(jīng)非門閉鎖保護，可防 止保護誤動作。發(fā)生故

16、障時相應段的保護動作，信號元件動作輸出保護動作的報警 信號，而整套保護中每相均有啟動元件，可以增加保護的可靠性。 第 4 章 MATLAB 建模仿真分析 利用 Simulink 中的 SimPowerSystems 工具箱構建設計要求中給定的電力系統(tǒng)系 統(tǒng)，并在 Matlab 環(huán)境中調(diào)試成功。再建立線路三段式電流保護模塊對各個部分參數(shù) 進行設定。根據(jù)線路三段式保護的原理以及各段保護之間的配合模擬電流 I、II 段 保護動作分別在電流 I、II 段的范圍內(nèi)設置故障進行調(diào)試仿真。 （1）模擬電流段保護動作執(zhí)行仿真后，仿真結果如下圖 4.1 所示： 由圖可以看出線路在 0.05s 發(fā)生了故障，產(chǎn)生一

17、個較大的短路電流，之后經(jīng)過 一個很小的延時 0.001s，斷路器 1 跳閘。電流段成功按時動作。 圖 4.1 電流段保護仿真圖形 （2）模擬電流段保護動作，在電流段的范圍內(nèi)設置故障，由于本設計是模 擬線路不同段發(fā)生故障，所以就可以直接改變線路 1 的值來模擬線路不同段的故障。 將線路 1 的值設置為 10，線路 0、2 分別為 0.3、3.5。仿真參數(shù)同 1，執(zhí)行仿真后， 仿真結果如下圖 4.2 所示: 圖 4.2 電流段保護仿真圖形 由圖可以看出線路在 0.05s 發(fā)生了故障，產(chǎn)生一個較大的短路電流，之后經(jīng)過 預先設置的延時 0.5s，斷路器 1 在 0.55s 跳閘。電流段成功按時動作。 第 5 章 課程設計總結 隨著電力應用的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)繼電保護對電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全 性、可靠性起到了非常重要的作用，因為在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，為了防止電力系 統(tǒng)事故的擴大，保證非故障部分仍能可以可靠的供電，以及維持電力系統(tǒng)運行的穩(wěn) 定性，要求電力系統(tǒng)繼電保護裝置能在幾十毫秒內(nèi)準確迅速的識別并切除故障。所 以，電力系統(tǒng)繼電保護已經(jīng)成為電力工業(yè)的一個必不可少的組成部分。 本課設主要是針對輸電線路方向電流保護進行設計，本文首先對電力系統(tǒng)繼電 保護進行簡單的介紹，然后分別在最大運行方式和最小運行方式下對等值電抗進行 計算，并且計算出各個保護的動作電流，進行靈敏度校驗，進而繪制出方