输电线路电流电压保护设计

电力系统保护与控制课程设计设计题目二：输电线路电流电压保护设计（2）课程设计任务书一、系统接线图如图：二、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,15,3/1151GXkVE,20,2032GGXXL1=L2=70km,L3=40km,LB-C=30km,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=400A,IC-D.Lmax=300A,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。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。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。三、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。BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系统接线图摘要电力系统的输、配电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。本任务书研究的是不带方向判别的相间短路电流电压保护。该线路相间短路电流电压保护又称为三段式电流电压保护，确定出最大、最小运行方式下的等值电抗，进行相间短路的最大、最小短路电流的计算。绘制三段式电流保护原理接线图，并分析动作过程。电流电压保护在单电源辐射网中一般有很好的选择性和灵敏度。而且电流电压保护的电路构成、整定计算及调试维护都较简单，因此，它是最可靠的一种保护。但是，三段式电流电压保护在多电源或单电源环网灯复杂网络中无法保证其选择性，另外在系统运行方式变化很大、线路很短和线路长而负荷重等情况下，其灵敏度可能不满足要求，甚至出现保护范围为零的情况。因此主要用于35kV及以下单电源辐射网络作为线路保护，也可以作为电动机和小型变压器等元件的保护。关键词：电流电压保护、三段式、选择性、灵敏度目录一、绪论...........................................................11.1电流电压保护概述................................................11.1.1电流电压保护概况...........................................11.1.2电流电压保护的性能分析.....................................11.2课程设计主要内容及目的..........................................2二、输电线路电流保护整定计算........................................32.1电流Ι段整定计算................................................32.1.1保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗....................32.1.2C母线、D母线、E母线相间短路的最大、最小短路电流..........42.1.3整定计算1、2、3的电流速断保护定值........................42.2电流Ⅱ段整定计算................................................52.3电流Ⅲ段整定计算................................................6三、电流保护原理图的绘制与动作过程分析..............................73.1电流三段式保护原理图............................................73.2电流三段式保护展开图............................................8四、MATLAB建模仿真结果推测..........................................9五、课程设计总结...................................................10六、参考文献.......................................................111一、绪论1.1电流电压保护概述1.1.1电流电压保护概况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。线路相间短路电流电压是根据输、配电线上发生相间短路时线路电流增加而母线电压下降的特征而设计的一种保护，主要用于35kA及以下的小接地电流系统中。电流电压保护中有一种是以反应电流增大而动作的电流测量元件为基础构成的电流保护，另一种是以反应电流增大而动作的电流测量元件和反应电压下降而动作的电压测量元件为基础构成的电流电压保护。为了实现保护之间的配合和保护的选择性，在这些保护中一般需要增加延时元件等逻辑元件才能形成一个完整的保护方案。电流保护及电流电压保护的原理很简单，它们的关键在于如何选择保护的整定值，以及如何设计保护中各个元件间的逻辑关系。1.1.2电流电压保护的性能分析1)电流电压保护的选择性电流电压保护在单电源辐射网中一般有很好的选择性。电流（电压）保护第Ⅰ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具有选择性。而电流保护第Ⅱ段和第Ⅲ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。但在多电源或单电源环网等复杂网络中这种保护可能无法保证其选择性。2)电流电压保护的动作速度电流电压保护第Ⅰ段和第Ⅱ段共同作为线路的主保护，能满足《技术规程》关于35kV及以下网络主保护的速动性要求。电流电压保护第Ⅲ段因为越接近电源，动作时间越长，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电流电压保护的灵敏度因系统运行方式的变化而变化。一般情况下能满足灵敏度要求。但在系统运行方式变化很大、线路很短和线路长而负荷重等情况下，其灵敏度可能不容易满足要求，甚至出现保护范围为零的情况。这也是电流保护的主要缺点。4)电流电压保护的可靠性电流电压保护的电路构成、整定计算及调试维护都较简单，因此，它是最可靠的一种保护。电流电压保护因为选择性、灵敏度和动作速度等方面都存在不足，故主要用于35kV及以下单电源辐射网络作为线路保护，也可电动机和小型变压器等元件的保护。1.2课程设计主要内容及目的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或无时限电流电压联锁速断保护；第二，带时限电流速断保护或带时限电流电压联锁速断保护：第三，定时限过电流保护或低电压启动过电流保护。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Ⅰ段、第Ⅱ段和第Ⅲ段。其中第Ⅰ段和第Ⅱ段作为线路主保护，第Ⅲ段作为本线路主保护的近后备保护和相邻线路或元件的远后备保护。这第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段统称为线路相间短路的三段式电流电压保护。第Ⅰ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Ⅱ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Ⅲ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Ⅰ段、第Ⅱ段和第Ⅲ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。通过本课程设计，使学生掌握和应用电力系统继电保护的设计、整定计算、资料整理查询和电气绘图等使用方法。在此过程中培养学生对各门专业课程整体观的综合能力，通过较为完整的工程实践基本训练，为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。本课程主要设计35KV（110KV）线路、变压器、发电机继电保护的原理、配置及整定计算，给今后继电保护的工作打下良好的基础。3二、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，等效电路图如图2.1。XXXXXXXXXG1G2G3L1L2L3BCCDDE....图2.1最大运行方式1270*0.428LL；340*0.416L；30*0.412BCCDXX;20*0.48DEX3min121233(////)//()(60/714)//3613.9GGLLGLXXXXXXX（2）最小运行方式：在最大运行方式基础上G2、L2退出运行，等效电路图如图2.2.XXXXXXXG1G3L1L3BCCDDE....图2.2最小运行方式3max1133()//()43//3619.6GLGLXXXXX42.1.2C母线、D母线、E母线相间短路的最大、最小短路电流C母线最大短路电流：(3)max3min115/32.2113.912kCsBCEIkAXX最小短路电流：(2)min3max33115/31.622219.612kCsBCEIkAXXD母线：(3)max3min115/31.7513.91212kDsBCCDEIkAXXX(2)min3max33115/31.322219.61212kDsBCCDEIkAXXXE母线：(3)3min115/31.4513.912128kEnaxsBCCDDEEIkAXXXX(2)min3max33115/31.112219.612128kEsBCCDDEEIkAXXXX2.1.3整定计算1、2、3的电流速断保护定值由于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.Ikmax,故应考虑最大运行方式下的三相短路电流.故有,保护1、2、3的第Ⅰ段的动作电流为:保护1：(3)op1max1.21.451.74relkEIKIkA保护2：(3)op2max1.21.752.10relkDIKIkA保护3：(3)op3max1.22.212.65relkCIKIkA根据公式1minmax132sopExlXI，可得11min10.5xl；22min4.2xl；33min2.1xl由上可见，保护1和保护2的I段保护不起作用，对于保护3，则有3min33min32.117.5%15%12senBCBClxlKlX保护3的I段动作时间：30opts。52.2电流Ⅱ段整定计算整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度（1）对于保护3的电流保护的第Ⅱ段的动作电流应与相邻线路CD电流保护的第Ⅰ段配合，即3minmin33