110kV输电线路电流电压保护设计Word格式.docx

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专业班级

电气112

课程设计（论文）题目

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

L1=L2=60km,L3=40km,

LB-C=40km,LC-D=30km,

LD-E=20km,线路阻抗

km,

最大负荷电流=350A,

=200A,

=150A,

电动机自启动系数Kss=，电流继电器返回系数Kre=。

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.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，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。

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、实验验证

给出实验电路及实验结果，分析实验结果同理论计算结果的异同及原因。

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I段整定计算及灵敏度校验。

第三天：

电流II段、III段整定计算及灵敏度校验。

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：

实验验证及分析。

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

摘要

电力系统的输、配电线路因各类原因可能会发生相间或相地短路故障，因此，必需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。

针对电力系统输电线路进行继电保护设计，采用三段式电流电压保护的方式，肯定出最大、最小运行方式下的等值电抗。

进行了相间短路的最大、最小短路电流的计算。

进行了保护一、二、3的电流速断保护整定值计算，并计算了各自的最小保护范围。

进行了保护二、3的限时电流速断保护定值计算，并校验了灵敏度。

进行了保护一、二、3的过电流保护定值计算，肯定保护一、二、3过电流保护的动作时限，校验保护1作近后备，保护二、3作远后备的灵敏度。

绘制三段式电流保护原理接线图。

并分析了动作进程。

采用MATLAB成立系统模型进行输电线路电流电压保护仿真分析。

关键词：

三段式电流电压联锁保护；

整定值计算；

校验灵敏度；

等值电抗

第1章绪论

现今世界最重要的专门技术之一就是继电保护技术，利用最为普遍、地位最为重要的能源，电力系统的安全稳固运行对国民经济、人民生活乃至社会稳固都有着极为重大的影响。

它要有一个专门保障体系，其中。

电力系统断电保护能在全系统范围内，按指定分区实时地检测各类故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或警告等办法，以求最限度地维持系统的稳固、维持供电的持续性、保障人身的安全、避免或减轻设备的损坏。

电力系统继电保护设计包括发电机、变压器、线路、电动机、电容器等元件的保护方案选择，自动装置的选择及整定计算等等。

电力系统继电保护是随着电力系统的进展和科学技术的进步而不断进展起来的。

电力系统故障和不正常运行状态是不可避免的，为了避免电力系统事故的扩大保证非故障部份仍能靠得住供电通过继电保护装置准确迅速地识别并切除故障同时电力系统运行状态应实时监视一旦发生不正常行状态时能通过继电保护装置及时警告或启动自动控制装置。

如此就可以够维持供电的持续性、保障人身的安全、避免或减轻设备的损坏。

继电保护装置由测量部份、逻辑部份和执行部份等组成。

对于作用于断路器跳闸的继电保护装置有几点大体要求。

1．选择性

电力系统发生故障时，继电保护的动作应当具有选择件，它仅将故障部份切除能继续运行．尽可能缩小中断供电的范围。

2．动作迅速

电力系统发生故障后，要求继电保护装置尽快的动作．切除故障部份，如此做的

益处

（1）系统电压恢复得快，减少对广大用户的影响。

（2）电气设备损坏程度减轻。

（3）避免故障扩大，对高压电网来讲，快速切除故障更为必要，不然会引发电力系统振荡乃至失去稳固。

（4）有利于电弧闪络处的绝缘强度恢复．当电源切除后又自动从头合上（即采用白动重合闸装置）再送电时容易取得成功（即提高了自动重合闸的成功率）。

3．灵敏性

灵敏性是指继电保护装置反映故障的能力，一般以灵敏系数的大小来衡量。

4．安全性和靠得住性

（1）选用确当的保护原理，在可能条件下尽可能简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。

（2）提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰办法。

（3）提高保护装置安装和调试的质量，并增强保护和管理。

除上述四个方面大体要求之外，在选用继电保护装置时，还必需注意经济性，在保证电力系统安全运行的前提下，应采用投资少、保护费用较低的保护装置。

电流电压保护分为两种一种是以反映电流增大而动作的电流测量元件为基础的组成的电流保护元件另一种是以反映电压为基础组成的电流保护。

按照线路故障对主、后备保护的要求线路相间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按时限过电流保护或低电压启动过电流保护。

这三种相间电流电压保护别离成为相间短路电流保护第Ⅰ段第Ⅱ段和第Ⅲ段。

其中Ⅰ、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。

这三段统称为线路相间短路的。

本设计为了取得较好的选择性并保证灵敏度，采用了三段式电流电压联锁速断保护，按照设计要求为了实现保护之间的配合和保护的选择性在这些保护中增加延时元件等逻辑元件形成一个完整的保护方案。

第2章输电线路电流保护整定计算

电流I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

三台发电机及线路L1、L2、L3同时投入运行，等效电路图如图。

图最大运行方式等值阻抗图

；

在最大运行方式基础上G2、L2退出运行，等效电路图如图.

图最小运行方式等值阻抗图

2.1.1动作电流的整定

第一算出母线C、D、E的最小及最大短路电流。

C母线最大短路电流：

C母线最小短路电流：

D母线最大短路电流：

D母线最小短路电流：

E母线最大短路电：

E母线最小短路电流:

无时限电流速断保护依托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形下只切除本线路上的故障。

无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最不利情形下保护的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护的最小的线路长度不小于线路长度的15%。

保护1保护的最小范围：

保护2保护的最小范围：

保护3保护的最小范围：

2.1.2灵敏度校验

因为

所以保护一、2灵敏度不符合要求。

保护3的灵敏度也不符合要求。

2.1.3动作时刻的整定

结尾保护1的动作时刻为0（I段无延时），则保护2的动作时刻为，保护2的动作时刻为1s。

电流Ⅱ段整定计算

由于无时限电流速断保护只能保护线路的一部份，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Ⅱ段）来靠得住切除。

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，靠得住并有选择性的切除本线路上任一处，包括被保护线路结尾的相间短路故障。

保护2的Ⅱ段应与相邻线路的Ⅰ段配合。

灵敏度：

保护3的Ⅱ段与相邻线路的Ⅰ段配合。

则保护3的Ⅱ段与相邻线路的Ⅱ段配合。

灵敏度不知足要求。

电流Ⅲ段整定计算

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，肯定保护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。

保护1的Ⅲ段：

保护2的Ⅲ段：

保护3的Ⅲ段：

保护1作近后备保护的灵敏度：

知足灵敏度要求。

保护2作近后备保护的灵敏度：

保护3作近后备保护的灵敏度：

假定母线E过电流保护动作时限为，即：

保护1的Ⅲ动作时刻：

保护2的Ⅲ动作时刻：

保护3的Ⅲ动作时刻：

第3章硬件电路设计

系统整体框图

图 

CPU最小系统图

CPU最小系统

数据收集及模数转换

图电流电压数据收集

要实现开关设备状态检测，则要进行AD转换。

本设计采用ADC809作为转化芯片。

图 

ADC0809与89C51单片机的接口电路

接着将转化取得的开关量输出，控制各类信号和继电器动作。

开关量输出回路接线图

电流三段式保护原理接线图及展开图

图电流三段式保护原理接线图

图交流回路展开图

图直流回路展开图

图信号回路展开图

第4章软件设计

在微机保护装置中，第一要对反映被保护设备的电气量模拟量进行收集，然后对这些收集的数据进行数字滤波，再对这些通过数字滤波的数字信号进行数学运算、逻辑运算，并进行分析判断，最终输出跳闸命令、信号命令或计算结果，以实现各类继电保护功能。

这种对数据进行处置、分析、判断以实现保护功能的方式称为算法。

目前普遍采用全波傅氏算法和最小二乘法作为电力系统微机保护提取基波分量的算法。

傅立叶算法可用于求出各谐波分量的幅值和相角，所以它在微机保护中作为计算信号幅值的算法被普遍采用。

实际上，傅立叶算法也是一种滤波方式。

分析可知，全周傅氏算法可有效滤除恒定直流分量和各正次谐波分量。

全波傅立叶算法能够计算信号谐波分量，半波傅立叶算法把运算的数据窗减少了一

半，运算量比全波算法减少，但二者都会受到衰减直流分量的影响。

本文在传统傅立叶算法的的基础上，每次求和时把衰减直流分量减去，从而去除衰减直流分量的影响。

一、全波傅立叶算法原理

传统傅立叶算法的原理是基于对周期信号的傅立叶分解.并把对持续信号的积分改成对离散量的求和,公式如下：

系统程序流程主要包括初始化模块和系统程序的其他流程。

其中初始化包括对可编程接口进行初始化，读取所有开关量输入状态并将其存入RAM或ROM，对装置的软硬件进行一次全面的自检，将所有标志字清除,最后进行数据收集系统的初始化。

具体的系统程序流程图如图。

图电流保护流程图

第5章课程设计总结

本课设主如果针对输电线路电流电压保护进行设计。

随着电力系统规模的不断扩大，对电力系统安全性、靠得住性、高效性运行的要求愈来愈高，继电保护应运而生，本文对继电保护各项参数进行了计算，和安装了方向保护元件实现方向保护，并对其系统保护的算法进行了MATLAB仿真研究。

本文章第一是对电力系统继电保护进行了简单的介绍，然后对电流电压保护做了概述和简单的计算，然后给出了三段式电流保护的原理图，绘制出了电流三段式保护的原理接线图、交、直流展开图及信号回路展开图，电流三段式保护的原理接线图、交、直流展开图及信号回路展开图最后是对系统进行MATLAB仿真。

最后得出结果与计算的结果相一致。

参考文献

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