110kV输电线路功率方向保护设计(1)

辽宁工业大学微机继电保护课程设计（论文）题目：110kV输电线路功率方向保护设计（1）院（系）：电气工程学院专业班级：电气111班学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：20141.12.15-2014.12.26.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学生姓名专业班级电气111课程设计（论文）题目110kV输电线路功率方向保护设计（1）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,10,3/1151GXkVE,25,1532GGXXL1=L2=60km,L3=40km,LB-C=40km,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=300A,IC-D.Lmax=200A,ID-E.Lmax=150A,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.等值电抗计算、短路电流计算。2.整定保护4、5的电流速断保护定值，并尽可能在一端加装方向元件。3．确定保护5、7、9限时电流速断保护的电流定值，并校验灵敏度。4．确定保护4、5、6、7、8、9过电流保护的时间定值，并说明何处需要安装方向元件。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、仿真验证给出仿真电路及仿真结果，分析仿真结果同理论计算结果的异同及原因。BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系统接线图本科生课程设计（论文）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，电流速断保护整定计算。第三天：限时电流速断、过电流保护整定计算。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：仿真验证及分析。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%以百分制计算本科生课程设计（论文）摘要电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。电流方向保护是在每个断路器的电流保护中增加一个功率方向测量元件。使其对对电流保护段来说，因为反方向短路时功率方向测量元件不动作，其整定值就只需躲过正方向线路末端短路电流最大值，而不必躲过反方向短路的最大短路电流，因而提高了灵敏度。关键词：继电保护；功率保护保护；方向保护；方向元件本科生课程设计（论文）目录第1章绪论............................................................11.1输电线路电流保护概述...........................................11.2本文主要内容...................................................1第2章输电线路方向电流保护整定计算....................................22.1方向电流Ι段整定计算...........................................22.1.1方向电流的整定............................................22.1.2保护4、5的Ι段动作电流的整定.............................32.1.3灵敏度校验................................................42.1.4动作时间的整定............................................52.2保护5、7、9方向电流Ⅱ段整定计算...............................52.3方向电流Ⅲ段动作时间整定计算及方向元件的安装...................8第3章硬件设计........................................................93.1功率方向保护设计总体设计方案...................................93.2电压电流数据采集...............................................93.3报警显示电路设计..............................................103.4时钟电路设计..................................................103.5人机对话接口电路设计..........................................113.6CPU最小系统图.................................................12第4章软件设计.......................................................134.1主程序流程图设计...............................................134.2模拟量检测流程图设计...........................................14第5章MATLAB建模仿真分析.............................................154.1MATLAB系统仿真图..............................................154.2仿真波形......................................................15第6章课程设计总结...................................................18第7章参考文献.......................................................19本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1输电线路电流保护概述电力系统的输、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.对各种不同电压等级的线路应该装设不同的相间短路和接地短路的保护。对于3KV及以上的电力设备和线路的短路故障，应有主保护和后备保护；对于电压等级在220KV及以上的线路，应考虑或者必须装设双重化的主保护，对于整个线路的故障，应无延时控制其短路器跳闸。线路的相间短路、接地短路保护有：电流电压保护，方向电流电压保护，接地零序流电压保护，距离保护和纵联保护等。电力系统中线路的电流电压保护包括：带方向判别和不带方向判别的相间短路电流电压保护，带方向判别和不带方向判别的接地短路电流电压保护。他们分别是用于双电源网络、单电源环形网络及单电源辐射网络的线路上切除相间或接地短路故障。1.2本文主要内容在每个断路器的电流保护中增加一个功率方向测量元件（当他和电流测量元件均动作后才启动逻辑元件），并规定当短路功率从母线流向线路（为正）时该功率元件动作，而从线路流向母线（为负）时不动作。那么对电流保护段来说，因为反方向短路时功率方向测量元件不动作，其整定值就只需躲过正方向线路末端短路电流最大值，而不必躲过反方向短路的最大短路电流，因而提高了灵敏度。这种增加了功率方向测量元件的电流保护即为功率方向保护。在双电源网络或其他复杂网络中，可以采用带方向的三段式电流保护，以满足保护的各种性能要求。主要对保护段的Ι段动作电流的整定、灵敏度的校验、动作时间的整定、方向电流Ⅱ段的整定计算和方向电流Ⅲ段动作时间整定计算，绘制方向电流保护原理图，并对动作过程进行分析。本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护功率方向保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。本科生课程设计（论文）2第2章输电线路方向电流保护整定计算2.1方向电流Ι段整定计算2.1.1方向电流的整定首先要进行动作电流的整定，如图2.1和图2.2所示分别为系统最大运行状态和最小运行状态下的等效电路图：图2.1系统最大运行方式等效电路图XG11XL13XG32XL34Xbc5Xcd6Xde7图2.2系统最小运行方式等效电路图由条件可知：10321GGGXXX16321LLLXXX16BCX,12CDX,12DEX所以最大运行方式的等值阻抗为：8.8)(||)||||(332121min3LGLLGGXXXXXXXXG11XL14XG22XL25XG33XL36Xbc7Xcd8Xde9本科生课程设计（论文）3最小运行方式下的等值阻抗为：14)(||)(3311max3LGLGXXXXX则C母线的最大短路电流为：KAXXEIBCkc88.0min3max同理D母线的最大短路电流为：KAXXXEICDBCkd47.0min3maxE母线的最大短路电流为：KAXXXXEIDECDBCke35.0min3max于是可以求出保护1、2、3的第一段动作电流分别为：KAIKIkcrelop576.0max11KAIKIkdrelop866.0max122.1.2保护4、5的Ι段动作电流的整定图2.3系统接线图各段线路的阻抗为：244.06021LLXX164.0402LX164.040BCX124.030CDX84.020DEX系统接线图如图2.3所示，由电流速断保护的动作电流应躲过本线末端的最大短路电流，BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654本科生课程设计（论文）4保护4X)X(X∥)(L3L2G211)3(maxLGKAXXEI=1624)(15∥)2415(31151.423A76.1423.12.1)3(maxⅠⅠop4IIkKArel保护514.216153115XL33)3(maxGKBXEI48.207.22.1)3(maxⅠⅠop5IIkKBrel因为II(3)maxKBⅠ4OP所以在4QF加方向元件2.1.3灵敏度校验senKⅠ校验，应按电流、电压元件中保护范围小的元件确定，整定值满足灵敏度的要求。min41min44313senlxlKlxlⅠ（2-1）保护4的灵敏度校验－＝IOPmin142I3SElxmaxsX=31153022.05－2＝8.05Ω4OPX=321LLLXXX＋=282816＋=30ΩsenK=4min1OPXlx=10.9130=36.37%15%满足灵敏度要求所以合格保护5的灵敏度校验min51mi