辽宁工业大学电力系统继电保护课设输电线路距离保护设计.docx

辽宁工业大学电力系统继电保护课设输电线路距离保护设计.docx

《辽宁工业大学电力系统继电保护课设输电线路距离保护设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《辽宁工业大学电力系统继电保护课设输电线路距离保护设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

辽宁工业大学电力系统继电保护课设输电线路距离保护设计

辽宁工业大学

电力系统继电保护课程设计〔论文〕

题目：

输电线路距离保护设计〔1〕

院〔系〕：

新能源学院

专业班级：

电气工程122

学号：

121803045

学生XX：

李东泽

指导教师：

吴静〔签字〕

起止时间：

课程设计〔论文〕任务及评语

院〔系〕：

新能源学院教研室：

电气工程及其自动化

学号

121803045

学生XX

李东泽

专业班级

电气工程122

课程设计〔论文〕题目

输电线路距离保护设计〔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

线路每公里阻抗为Z1=0.4/km,线路阻抗角为φL=65°,AB、BC线路最大负荷电流为400A,负荷功率因数为

cosφL=0.9,,

。

电源电势为E=115kV,ZsAmax=10Ω,

ZsAmin=8Ω,ZsBmax=30Ω,ZsBmin=15Ω。

归算至115kV的各变压器阻抗为84.7Ω,容量ST为15MV.A。

其余参数如下图。

1．计算保护1距离保护第Ⅰ段的整定值和灵敏度。

2.计算保护1距离保护第Ⅱ段的整定值和灵敏度。

3.计算保护1距离保护第Ⅲ段的整定值和灵敏度。

4．分析系统在最小运行方式下振荡时，保护1各段距离保护的动作情况。

5．当距保护1出口20km处发生带过渡电阻Rarc=12Ω的相间短路时，保护1的三段式距离保护将作何反响〔设B母线上电源开路〕？

6．绘制三段式距离保护的原理框图。

并分析动作过程。

7.采用MATLAB建立系统模型进展仿真分析。

续表

进度方案

第一天：

收集资料，确定设计方案。

第二天：

距离I段整定计算及灵敏度校验。

第三天：

距离II段整定计算及灵敏度校验。

第四天：

距离III段整定计算及灵敏度校验。

第五天：

系统振荡和短路过渡电阻影响分析。

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，迎接辩论。

指导教师评语及成绩

平时：

论文质量：

辩论：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

成绩：

平时20%论文质量60%辩论20%以百分制计算

摘要

距离保护是以距离测量元件为根底构成的保护装置，又称阻抗保护。

当系统正常运行时，保护装置安装处的电压为系统的额定电压，电流为负载电流，而发生短路故障时，其电压降低、电流增大。

因此，电压和电流的比值，在正常状态下和故障状态下是有很大变化的。

由于线路阻抗和距离成正比，保护安装处的电压与电流之比反映了保护安装处到短路点的阻抗，也反映了保护安装处到短路点的距离。

所以可按照距离的远近来确定保护装置的动作时间，这样就能有选择地切除故障。

本次课程设计主要输电线路的距离保护，根据系统的接线图，来确定保护1距离保护三段的整定值并校验各段的灵敏度，同时分析系统在最小运行方式下振荡时，保护1各段距离保护的动作情况。

最后分析动作过程并采用MATLAB建立系统模型进展仿真分析输出系统正常状态和故障状态下的电流和电压波形，判断系统是否会出现继电器的误动作并分析其动作与否的原因，用实验数据来验证计算的准确性。

关键词：

距离保护；故障点；整定计算；仿真

第1章绪论

1.1输电线路距离保护概述

输电线路距离保护是指利用阻抗元件来反响短路故障的保护装置，阻抗元件的阻抗值是接入该元件的电压与电流的比值，也就是短路点至保护安装处的阻抗值。

因线路的阻抗值与距离成正比，所以叫距离保护或阻抗保护。

系统在正常运行时，不可能总工作于最大运行方式下，因此当运行方式变小时，电流保护的保护范围将缩短，灵敏度降低；而距离保护测量的是短路点至保护安装处的距离，受系统运行方式影响较小，保护范围稳定，常用于线路保护

电力系统稳定运行主要有符合要求电网构造、系统运行方式和电力系统继电保护来保证。

高压及以上等级电网中，继电装置可靠性和速动性有双重主保护来保证，其选择性和灵敏性主要由相间接地故障后被保护延时段来保证。

距离保护是以距离测量元件为根底构成保护装置，称阻抗保护。

系统正常运行时，保护装置安装处的电压为系统的额定电压，电流负载电流，发生短路故障时，电压降低、电流增大。

因此，电压和电流比，正常状态和故障状态有很大变化。

由于线路阻抗和距离成正比，保护安装处的电压与电流之比反映了保护安装处到短路点的阻抗，也反映保护安装处到短路点距离。

所以按照距离远近来确定保护动作时间，这样就能有选择地切除故障。

当前微计算机硬件的更新和网络化开展在计算机控制领域。

单片机与DSP芯片二者技术上的融合，主要表达在运算能力的提高及嵌入式网络通信芯片的出现和应用等方面。

这些开展使硬件设计更加方便。

高性价比使冗余设计成为可能，为实现灵活化、高可靠性和模块化的通用软硬件平台创造了条件。

硬件技术的不断更新和微机保护设计网络化，将为距离保护的设计和开展带来一种全新的理念和创新，它会大大简化硬件设计、增强硬件的可靠性，使装置真正具有了局部或整体升级的可能。

1.2本文研究内容

本次课程设计的主要是输电线路的距离保护。

计算和分析主要内容是计算保护1距离保护Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段整定值和灵敏度，计算灵敏度同时要注意每个保护的动作时间要准确，上述工作完成后接下来对设计提出的系统震荡和短路过渡电阻对系统的影响进展相应的计算分析，并确定距离保护的范围，并分析系统在最小运行方式下振荡时，保护1各段距离保护的动作情况。

后用MATLAB仿真，验证计算的正确性。

第2章输电线路距离保护整定计算

2.1距离Ι段整定计算

距离Ι段动作阻抗的整定

距离I段按躲开下一条线路出口处短路的原那么整定

其中：

计算相间距离保护第Ⅰ段动作阻抗

断路器1、3、4QF处距离保护第Ⅰ段的动作时间和灵敏度分别为：

确定动作时限：

t=0S

整定阻抗角与线路阻抗角相等，保护区为被保护线路全长的80%。

2.2距离Ⅱ段整定计算

距离II段与相邻线路距离保护I段相配合，或躲开线路末端变电所变压器低压出口侧出口处短路时的阻抗值整定。

〔1〕与相邻线路第Ⅰ段配合。

动作阻抗为：

：

最小分支系数

助增分支：

汲出系数为：

1

总的分支系数为：

整定阻抗为：

灵敏度校验：

要求：

≥1.3～1.5

满足要求

〔2〕躲开线路末端变电所变压器低压出口侧出口处短路时的阻抗值。

动作阻抗为：

：

最小分支系数

整定阻抗为：

灵敏度校验：

要求：

≥1.3～1.5

满足要求

相间距离II段整定值取上述两项中较小值。

整定阻抗为：

整定时间为：

t=0.5S

2.3距离Ⅲ段整定计算

〔1〕按躲过最小负荷阻抗整定

动作阻抗为：

整定阻抗为：

〔2〕灵敏度校验

近后备时：

满足要求

远后备时：

作为线路BC远后备时：

满足要求。

作为变压器远后备时：

满足要求。

动作时间：

2.4系统振荡和短路过渡电阻影响分析

2.4.1系统震荡特性

系统振荡时，系统中各发电机电势间的相角差随时间作周期性变化，从而使系统中各点电压，线路电流以及距离保护的测量阻抗也将发生周期性变化，可能导致距离保护的误动作。

但通常系统振荡假设干周期后，多数情况下能自行恢复同步，假设此时保护误动，势必造成不良后果，因而使不允许的。

〔1〕对系统振荡电压，电流的变化规律几点假设：

①.全相振荡时，系统三相对称，故可只取一相分析；

②.两侧电源电势和电势相等，相角差为；

③.系统中各元件阻抗角均相等，以表示；

④．不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路。

电流：

振荡电流的有效值随变化〔包络线〕

电压：

系统中总有一点的电压为最低，其值为由0向相量所做的垂线的长度，该点那么称为振荡中心，以z表示。

当且系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点〔即处〕。

当时，，I最大，相当于在线路z点发生三相短路。

振荡周期：

电压的一个最大值到下一个最大值所经历的时间，一般发生在0.25~2.5s的范围内。

〔2〕系统振荡时测量阻抗时测量阻抗的变化规律。

M侧：

因为

所以

,

,

,

可见，当变化，幅值变化，阻抗角亦变化。

系统振荡时时距离保护的影响：

当测量阻抗进入特性圆内，阻抗继电器就要误动。

全阻抗继电器误动的相角，方向阻抗继电器误动的相角。

因为T＝0.25～2.5之间，所以就可躲振荡的影响。

〔3〕当且系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点〔即处〕。

那么

2.4.2短路过渡电阻影响分析

过渡电阻的性质：

————电弧电阻

————电弧电阻，杆塔电阻，大地电阻

其中为附加阻抗，，α为超前的角度。

讨论：

①.,单侧电源网络

纯电阻性，增大。

②..双侧电源网络

受电侧α>0,电阻电感性，电抗局部增大。

送电侧α<0,电阻电容性，电抗局部减小。

依设计要求，当距保护1出口20km处发生带过渡电阻Rarc=12Ω的相间短路时，观察保护1的三段式距离保护将作出的反响〔设B母线上电源开路〕。

那么可将系统视作单侧电源网络

1、相间距离保护I段：

由于

所以相间距离保护I段不动作。

2、相间距离保护II段：

由于

所以相间距离保护II段动作。

3、相间距离保护II段：

由于

所以相间距离保护III段动作。

第3章距离保护原理图的与动作过程分析

3.1保护1各段距离保护的动作过程

系统在最小运行方式下振荡时，保护1各段距离保护的动作情况如下：

1、相间距离保护I段：

由于

所以相间距离保护I段不动作。

2、相间距离保护II段：

由于

t=0.5S<1.5S

所以相间距离保护II段动作。

3、相间距离保护II段：

由于

t=2.5S>1.5S

所以相间距离保护III段不动作。

3.2三段式距离保护的原理框图

三段式距离保护的原理框图如图3.1。

图3.1三段式距离保护的原理框图

第4章MATLAB建模仿真分析

4.1距离保护MATLAB建模

目前电子计算机已广泛应用于电力系统的分析计算。

MATLAB是一种交互式、面向对象的程序设计语言，广泛应用于工业界与学术界，主要用于矩阵运算，同时在数值分析、自动控制模拟、数字信号处理、动态分析、绘图等方面也具有强大的功能，其程序设计语言构造完整，且具有优良的移植性，它的根本数据元素是不需要定义的数组。

它可以高效率地解决工业计算问题，特别是关于矩阵和矢量的计算。

MATLAB设计中，原始数据的填写格式是很关键的一个环节，它与程序使用的方便性和灵活性有着直接的关系。

原始数据输入格式的设计，主要应从使用的角度出发，原那么是简单明了，便于修改。

作为强大的计算平台，MATLAB集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一身，它几乎可以满足所有的计算要求。

另外，MATLAB还针对许功能强大的模块集或工具箱，如电力系统仿真工具箱等。

一般说来，用户可以直接使用工具箱足学习、应用和评估不同的模型而不需要自己编写代码。

当今社会高性能、低本钱以及生产和更新换代周期短已经成为现代企业对产品设计的最根本要求，模块化、模型化以及动态仿真是产品设计者对设计工具的最根本要求，而MATLAB中的Simulink就是可以完全满足要求的几个工具软件之一。

本次课程设计在断路器处安装保护及启动原件，保护模块经封装成子系统，其输入信号为电压电流测量值和由启动元件发出的投切信号，输入信号送至断路器的控制端，以控制断路器的开合状态。

信号1表示合闸，断路器的初始状态为合闸。

气动元件是通过负序电流来判别系统是否