10kV输电线路电流电压保护设计

10kV输电线路电流电压保护 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 辽 宁 工 业 大 学 电力系统继电保护课程设计(论文) 题目: 10kV输电线路电流电压保护设计 院(系): 电气工程学院 专业班级: 电气104 学 号: 100303115 学生姓名: 指导教师: (签字) 起止时间:2013年12月30日至2014年1月10日 本科生课程设计(论文) 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 100303115 学生姓名 李洋 专业班级 电气104班 课程设 计(论10kV输电线路电流电压保护设计 文)题目 系统接线图如图: A GB 9 8 L1 1 C D E G 7 6 3 2 1 2 L 2 G系统接线图 L5 4 3 3 课 程 设课程设计的内容及技术参数参见下表 计 )设计技术参数 工作量 论1.确定保护3在最大、最小运行方式E,10.5/3kV,X,18,, ,G1文下的等值电抗。 X,14,,X,14,, )G2G3 任2.进行C母线、D母线、E母线相间L1=L2=60km,L3=50km, 务 短路的最大、最小短路电流的计算。 LB-C=30km,LC-D=30km, 3.整定保护1、2、3的电流速断保护LD-E=20km,线路阻抗0.4/km, , I,,,定值，并计算各自的最小保护范围。 K,1.2K,K,1.15,, relrelrel4.整定保护2、3的限时电流速断保最大负荷电流IB-C.Lmax=30A, 护定值，并校验灵敏度。 IC-D.Lmax=20A, 5.整定保护1、2、3的过电流保护定ID-E.Lmax=10A, 值，假定母线E过电流保护动作时限电动机自启动系数Kss=1.5，电流 为0.5s，确定保护1、2、3过电流保继电器返回系数Kre=0.85。 护的动作时限，校验保护1作近后备，最大运行方式:三台发电机及线路 保护2、3作远后备的灵敏度。 L1、L2、L3同时投入运行;最小运6(绘制三段式电流保护原理接线图。行方式:G2、L2退出运行。 并 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 动作过程。 7、采用MATLAB建立系统模型进行仿 真分析。 本科生课程设计(论文) 续表 第一天:收集资料，确定设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 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。 进 度第六天:绘制保护原理图。 计 划第七、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。 指 导 教 师 评 语 及 平时: 论文质量: 答辩: 成 绩 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 本科生课程设计(论文) 摘 要 针对电力系统的输电线路进行了继电保护设计，采用了电流电压保护方法，首先确定了在最大运行方式和最小运行方式下的等值阻抗。并对其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的电流速断保护定值的计算，同时也计算了各自的最小保护范围。然后，对保护2、3进行限时电流速断保护的定值计算，并校验各保护的灵敏度。接着，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。同时绘制电磁式三段式电流保护原理电路图，并详细的分析其动作过程。最后对整个电流电压继电保护系统采用MATLAB建立系统模型，并对其仿真所得的结果与运算法所得结果进行分析和比较。 关键词:电流电压保护;三段式电流保护;灵敏度;最大运行方式; 本科生课程设计(论文) 目 录 第1章 绪论 ................................................................................................................ 1 1.1 电流电压保护概述 .............................................................................................1 1.1.1 电流电压保护概况 ...................................................................................... 1 1.1.2 电流电压保护的性能特点 .......................................................................... 1 1.2 本文主要内容..................................................................................................... 2 第2章 输电线路电流保护整定计算 .......................................................................... 3 2.1 电流Ι段整定计算 ............................................................................................. 3 2.1.1计算保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗 ..................................... 3 2.1.2 C 母线、D 母线、E 母线相间短路的短路最大、最小电流计算 ............ 4 2.1.3保护1、2、3 电流速断保护定值的整定及各自的最小保护范围............. 4 2.2 电流?段整定计算及其灵敏度校验 .................................................................. 5 2.3电流?段整定计算及其灵敏度校验 ................................................................... 6 第3章 电流保护原理图的绘制与动作过程分析 ....................................................... 7 3.1电流三段式保护原理图 ...................................................................................... 7 3.2 电磁式电流三段式保护展开图 .......................................................................... 8 第4章 MATLAB建模及仿真分析 .......................................................................... 10 4.1 系统仿真模型的建立 ....................................................................................... 10 4.2 仿真结果与分析 ............................................................................................... 11 第5章 课程设计总结 ............................................................................................... 13 参考文献 .................................................................................................................... 14 本科生课程设计(论文) 第1章 绪论 1.1 电流电压保护概述 1.1.1 电流电压保护概况 随着社会的日益发展，电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源，电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有非常重大的影响。电力系统由各种元件组成。由于自然环境、制造质量、运行维护水平等诸方面的原因，电力系统的各种元件在运行中不能一直达到稳定正常的运行状态。因此，需要有专门的技术为电力系统建立一个安全保障体系，其中最重要的专门技术之一就是继电保护。电力系统几点保护的基本作用是，在全系范围内，按指定分区实时地 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或警报灯措施，以求最大限度地维持系统的稳定、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。 1.1.2 电流电压保护的性能特点 一个继电保护装置的好坏，主要是从它的选择性、灵敏度、动作速度和可靠性等方面衡量的。 1.选择性 尽可能小范围的切除故障部分，可以尽可能大的范围保证无故障部分尽快的恢复供电并且，电流电压保护在单电源辐射网中一般有很好的选择性。 2.电流电压保护的动作速度 电流电压保护可以尽可能快的切除故障，一方面可以提高系统稳定性，另一方面对系统的破坏比较小，并且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 在电力系统中，一般都可以满足要求，但是对于较长的线路，其灵敏度可能不容易满足要求，这也是电流保护的主要缺点。 4.电流电压保护的可靠性 1 本科生课程设计(论文) 拥有该动时不拒动，不该动时不误动的特点，电流电压保护的连线方便，整定计算及调试维护都较简单。并且通常可适用于35KV以下的线路保护。 1.2 本文主要内容 首先确定了在最大运行方式和最小运行方式下的等值阻抗。并对其进行了相间短路的最大、最小短路电流的计算。其中相间电流电压保护包括 :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。所以，对整个系统进行了保护1、2、3的电流速断保护定值的计算，同时也计算了各自的最小保护范围。然后，对保护2、3进行限时电流速断保护的定值计算，并校验各保护的灵敏度。接着，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。并对其动作方式进行详细的分析。 2 本科生课程设计(论文) 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计算保护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，等值阻抗如图2.1所示。 XG1XL1 XG2XL2 XG3XL3XB-CXC-DXD-E 图 2.1 最大运行方式等值阻抗 X,18,X,14,X,14,G1G2G3 X,60，0.4,24,X,60，0.4,24,X,50，0.4,20,L2L1L3 X,30，0.4,12,X,30，0.4,12,X,20，0.4,8,BCCDDE ，，，，X,X//X，X//X//X，X,12.5,3minG1G2L1L2G3L3 (2)最小运行方式:根据要求，在最大运行方式基础上让 G2、L2 退出运行，等值阻抗如图2.2. XG1XL1 XG3XL3XB-CXC-DXD-E 图 2.2 最小运行方式等值阻抗 ，，，，X,X，X//X，X,18.8,其中: 3maxG1L1G3L3 3 本科生课程设计(论文) 2.1.2 C 母线、D 母线、E 母线相间短路的短路最大、最小电流计算 C母线最大短路电流: E10.5/33,，， I,,,0.247,,KCmaxX，X12.5，123minBC C母线最小短路电流: E3310.5/32,，， I,,，,0.17,,KCmin2X，X218.8，123maxBC D母线最大短路电流: E10.5/33,，， I,,,0.166,,KDmaxX，X，X12.5，12，123minBCCD D母线最小短路电流: E3310.5/32,，， I,,,0.11,,KDmin2X，X，X218.8，12，123maxBCCD E母线最大短路电: E10.5/33,，， I,,,0.14,,KEmaxX，X，X，X12.5，12，12，83minBCCDDE E母线最小短路电流: E32,，， I,,0.10,,KEmin2X，X，X，X3maxBCCDDE 2.1.3保护1、2、3 电流速断保护定值的整定及各自的最小保护范围 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。 ,,，，3I,K,I,1.2，0.14,0.168,,保护1: op1relKEmax ,,，，3I,K,I,1.2，0.166,0.199,,保护2: op2relKDmax ,,，，3I,K,I,1.2，0.17,0.204,,保护3: op3relKCmax 无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最不利情况下保护的保护范围、来校 4 本科生课程设计(论文) 验保护的灵敏度，一般要求保护的最小的线路长度不小于线路长度的15%。 E3,保护1保护的最小范围: ，，xl,,X，X，X,,11.55,11min3maxBCCD,2Iop1 E3,保护2保护的最小范围: ，，xl,,X，X,,4.41,22min3maxBC,2Iop2 E3,保护3保护的最小范围: xl,,X,6.94,33min3max,2Iop3 因为: xl,11min K,,15%senXDE xl,22min K,,15%senXCD xl,33min 不符合应有的灵敏度，所以均不合格。 K,,15%senXBC 2.2 电流?段整定计算及其灵敏度校验 由于无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，而该线路剩下的短路故障由能保护本线路全长的带时限电流速断保护(电流保护第?段)来可靠切除。带时限电流速断保护与无时限电流速断保护的配合能以尽可能快的速度，可靠并有选择性的切除本线路上任一处，包括被保护线路末端的相间短路故障。 保护2的?段应与相邻线路的?段配合 ,,,I,KI/K,1.15，0.168/1,0.193,, 即: op2relop1bmin2 2，，I0.11,KDmin 灵敏度: 所以不合格 ，，K,,,0.57,1.3,1.5sen,I0.193op2 保护3的?段与相邻线路的?段配合 ,,,I,KI/K,1.15，0.199/1,0.23,,即: op3relop2bmin3 2，，I0.17,KCmin灵敏度: 所以不合格 ，，K,,,0.74,1.3,1.5sen,I0.23op3 5 本科生课程设计(论文) 保护3的?段与相邻线路的?段配合 ,,,I,KI/K,1.15，0.204/1,0.23,,即: op3relop2bmin3 2，，I0.17,KCmin灵敏度: 所以不合格 K,,,0.74,(1.3,1.5)sen,I0.23op3 2.3电流?段整定计算及其灵敏度校验 整定保护1、2、3 的过电流保护定值，假设母线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。 ,,,K,K1.15，1.5,,,relss保护1的?段: I,,I,，10,20.30,op1LDEmaxK0.85re ,,,K,K1.15，1.5,,,relss保护2的?段: I,,I,，20,40.59,op2LCDmaxK0.85re ,,,K,K1.15，1.5,,,relss保护3的?段: I,,I,，30,60.89,op3LBCmaxK0.85re 2，，I100,,,KEmin保护1作近后备的灵敏度: 所以合格 K,,,4.92,1.3sen,,,I20.30op1 2，，I100,,,KEmin保护2作远后备的灵敏度: 所以合格 K,,,2.46,1.2sen,,,I40.59op2 2，，I110,,,KDmin保护3作远后备的灵敏度: 所以合格 K,,,1.81,1.2sen,,,I60.89op3 ,,,t,0.5s假定母线E过电流保护动作时限为0.5s，即: OPE 所有有: ,,,,,,t,t，,t,0.5，0.5,1s保护1的?动作时间: 1OPE ,,,,,,t,t，,t,1，0.5,1.5s保护2的?动作时间: 21 ,,,,,,t,t，,t,1.5，0.5,2s保护3的?动作时间: 32 6 本科生课程设计(论文) 第3章 电流保护原理图的绘制与动作过程分析 3.1电流三段式保护原理图 QFTQQF1+信号+信号+信号 1KS2KS3KS +++ KM1KT2KT --- I>I>I>I>I>I>I>I>I>1KA2KA3KA4KA5KA6KA7KA8KA9KA IaIbIb Ta 图3.1 三段式电流保护原理接线图 三段式电流保护原理接线图如图3.1所示，其中所包括的元件有: 三相电流保护第?段的测量元件1KA、4KA、7KA;三相电流保护第?段的测量元件2KA、5KA、8KA;三相电流保护第?段的测量元件3KA、6KA、9KA;电流保护第?、?段的逻辑延时元件2KT、3KT及电流保护?段接触继电器KM;电流保护第?、?、?段动作的报警用信号元件1KS、2KS、3KS;其中因为三段式电流保护各段的动作电流与动作时限的整定值都不相同，所以才去用不同规格和作用的电流继电器和时间继电器。并且用1KS、2KS和3KS信号继电器用以发出?、?、?段发生保护动作的信号。 7 本科生课程设计(论文) 本次设计中采取的是三段式电流保护的完全星形接线。因此，在该保护的第?段保护范围内发生AB两相短路时，测量元件1KA、2KA、3KA、4KA、5KA、6KA都会有动作，其中测量元件1KA、4KA直接启动出口继电器KCO和信号元件1KS(其中并没有延时)，并使断路器QF1跳闸，切除故障。虽然测量元件2KA、5KA启动了延时元件2KT，测量元件3KA、6KA、启动了延时元件3KT，但是此时因1KA、4KA元件没有延时直接动作，所以故障被切除，故障电流已消失，所以所有测量元件和延时未到的延时元件2KT、3KT，故出口继电器KCO的信号均会返回。所以电流保护第?、?段不会再输出跳闸信号。同理，在线路末端短路时，只有延时元件2KT动作以切除故障。在有些情况下，线路并不一定都需要装三段电流保护。 3.2 电磁式电流三段式保护展开图 电流三段式保护展开图连线比较简单，让人一目了然，其中直流回路部分如图3.2。它是由控制母线，电流保护?段、电流保护?段、电流保护?段、信号回路和跳闸回路几部分组成。 +WC-WC 控制小母线直1KSKCO 1KA 电流保护?段 4KA 7KA流 2KA2KT电流保护?段5KA 8KA 3KA回3KT电流保护?段6KA 9KA 2KS2KT 路 信号回路3KS3KT QF1YRKCO 跳闸回路 图3.2 直流回路展开图 8 本科生课程设计(论文) 交流回路部分如图3.3所示，它是由1KA~9KA与相应的电流互感器a、b、c相连, 构成相应的A、B、C三相，并与中线共同组成交流回路。 1KA2KA3KA A相交4KA5KA6KA B相 7KA8KA9KA流C相 回 中线TAaTAbTAc 路 图3.3 直流回路展开图 信号回路展开图如图3.4所示，它是由1KS、2KS、3KS三个报警信号原件组成。 WS 1KS 2KS 信号 3KS 图3.4 信号回路展开图 9 本科生课程设计(论文) 第4章 MATLAB建模及仿真分析 4.1 系统仿真模型的建立 针对本次课程设计，对其系统进行了MATLAB模型的建立。在Simulink的扩展工具箱中找到SimPowerSystems，或者直接在提示符下键入powerlib打开电力系统模块库，选择建模所需要的模块。使用三相同步发电机，励磁系统和水轮机调速器来组成发电机组。其可用模块的可选为默认值。三相变压器选择双绕组三相变压器，将变 3比设置为高压侧额定电压为10/KV。采用分布参数输电线路模型模拟的高压线。 首先用模块建立一个正常运行的电力系统，本文以单相接地短路故障为例，仿真模型如图4.1所示 ci2+ 1-23Breaker1 LOAD 1Continuous Timepowerguicom AABB CC电流?段 AC Voltage Source Three-Phase FaultScopeConstant -0.52Transport Scope3DelayMultimeter magnitudeRelay In1Out1signalNOTangle 4LogicalFourierTerminatorOperator Constant1DivideTransportScope1 -0.5Delay12 ?段 Relay1 Multimeter1NOTIn1Out1 Logical 5Operator1Constant2 -0.5TransportRelay2Delay2 ?段 NOTIn1Out1Scope2Logical Operator26 图4.1系统仿真模型 10 本科生课程设计(论文) 4.2 仿真结果与分析 首先我们由电流第?段的仿真波形图(如图4.2)，我们可以得出一个结论，在时间大约为0.075s时发生了短路，在经过延迟时间不大于0.01s的时间断路器1发生了跳闸，断路器两端存在线路电压。其实，?、?段也都有相应的动作，但是，由于线路中接有时间继电器，会经过一小段延时时间才会动作，而此时?段已经动作完成，故障部分已经被切除掉，电流已经大大的减少，所以?、?段均会返回。由此可以证明，本文所设计的电流?段保护能够成功的动作。 图4.2 电流?段仿真波形图 根据故障必须在保护范围内的要求和电流第二段仿真波形图(如图4.3)我们可以得出，输电线路在0.075s 发生了故障，随后发生短路产生短路电流，但是这个电流的最大值小于让?段动作的电流值，所以?段不会因此而动作，这也保证了对?段保护仿真的顺利进行。由于?段接有时间继电器，之后经过预先设置的延时0.5s，断路器1 在0.575s时，两端电压瞬间提升，由此证明了已经跳闸。同理，由于?段保护已经动作，故障被排除，?的延时时间还没有到，电流就大大减小了，所以?段返回。这与我们预计结果是相符的，同时也证明了电流保护的时限配合，电流?段也成功的按时动作。 11 本科生课程设计(论文) 图4.3 电流?段仿真波形图 由电流?段的仿真波形图(如图4.4)我们可以得出，断路器1在延时1.075s后，俩段电压瞬加增大，断路器跳闸，切除故障。由于线路末端短路的电流值相比?、?段是比较小的，所以?、?是不会动作的。由我们所学的知识可以知道，因为?段的启动电流较小、延时时间较?、?段长，所以?段也可以作为线路主保护拒动情况的近后备保护，还可以作为下一级线路保护和断路器拒绝动作时的远后备保护，并且还能担任过负荷时的保护。因此，电流?段保护是最灵敏的，这也与我们预计的结果相符合。 图4.4 电流?段仿真波形图 12 本科生课程设计(论文) 第5章 课程设计总结 本文设计的是输电线路电流电压保护的设计。所以，在开始部分首先计算并确定了系统在保护3最大、最小运行方式下的等值阻抗，其次，对母线C、D、E相间短路的最大、最小的短路电流进行计算，在满足要求的情况下整定保护1、2、3的电流速断保护定值，并通过计算确定它们各自的保护范围。保护第?段主要靠动作电流值来区分被保护范围内部和外部短路，而且具有选择性。而电流保护第?段和第?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。其次，进行了保护 、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1、2 护1作近后备，保护2、3作远后备的灵敏度。通过查阅资料绘制电磁式三段式电流保护原理电路图，并详细的分析其动作过程。最后对整个电流电压继电保护系统采用MATLAB建立系统模型，并仿真出结果。 在本次课程设计中，遇到了诸多问题，如计算量较大，MATLAB软件中元件查找不到，仿真出的波形震荡大使得误差变大，绘制三段式电流保护原理展开图时的连线问题等。通过对系统的三段式电流保护整定计算来完成整定。将系统进行多次仿真，并调节参数，使其趋于稳定达到所需要的结果。 仿真结果得出后，与我们预想的结果是相符合的，故本设计是满足要求的。 13 本科生课程设计(论文) 参考文献 [1] 贺家李.电力系统继电保护原理.天津大学出版社，2010.8 [2] 尹硕根.电力系统继电保护原理与应用(上).华中科技大学出版社，2001.4 [3] 刘学军.继电保护原理.中国电力出版社，2007.3 [4] 刘卫国.MATLAB程序设计与应用(第2版).高等教育出版社, 2008.2 [5] 吴大正.MATLAB及在电子信息课程中的应用.电子工业出版社,2006.1 [6] 李梅兰.电力系统分析.中国电力出版社，2010.2 [7] 何仰赞.电力系统分析(上).华中科技大学出版社，2002.9 [8] 于海生.微型计算机控制技术.清华大学出版社，2003.10 [9] 邱关源.电路.高等教育出版社，2006.3 [10] 曾克娥.电力系统继电保护原理与应用(下).武华中科技大学出版社，2001.4 14