电力系统继电保护课程设计输电线路方向电流保护设计.docx
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电力系统继电保护课程设计输电线路方向电流保护设计
电力系统机电保护
课程设计论文
设计课题电力系统继电保护课程设计
论文题目输电线路方向电流保护设计
学部
专业
班级
学号
学生姓名
指导教师
年月曰
广东工业大学华立学院
课程设计（论文）任务书
题目名称
输电线路方向电流保护设计
学生学部（系）
专业班级
姓名
学号
、课程设计（论文）的内容
输电线路方向电流保护设计
、设计（论文）的要求与数据
1设计技术参数：
ET15/3kV,XGi=20",
Xg2=120,Xg3=120,
L仁L2=60km,L3=50km,LB-C=40km,
LC-D=50km,LD-E=20km线路阻抗0.4「/km,K；ei=1.2,k4i.15,
最大负荷电流IB-C.Lmax=360A,
IC-D丄max=210A,ID-ELmax=110A,
2、、统接线图如图：
1
三、课程设计（论文）应完成的工作
1、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、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、定保护4、5、67、&9过电流保护的时间定值，并说明何处需要安装方向元件。
5、制方向过电流保护的原理接线图。
并分析动作过程。
6采用MATLABS立系统模型进行仿真分析。
四、课程设计（论文）进程安排
序号
设计（论文）各阶段内容
地点
起止日期
1
收集输电线路方向电流保护等相关资料，确疋设计方案
图书馆
6月8日
2
进行计算，绘出电路原理图
图书馆
6月9-12日
3
MATLABS模仿真分析，行课
程设计报告的撰写
综合楼
6月13-15日
4
课程设计总结
宿舍
6月16-17日
五、应收集的资料及主要参考文献
[1]谷水清．电力系统继电保护[M]．北京：
中国电力出版社，2005
[2]贺家礼．电力系统继电保护[M]．北京：
中国电力出版社，2004
[3]能源部西北电力设计院．电力工程电气设计手册（电气二次部分）．北京：
中国电力出版社，1982
[4]方大千．实用继电保护技术[M]．北京：
人民邮电出版社，2003
[5]崔家佩等．电力系统继电保护及安全自动装置整定计算[M]．北京：
水利电力出版社，1993
⑹卓有乐•电力工程电气设计200例[M].北京：
中国电力出版社，2002
[7]陈德树•计算机继电保护原理与技术[M].北京：
水利电力出版社，1992
[8]陈曾田•电力变压器保护[M].北京：
水利电力出版社，1989
[9]许建安•电力系统继电保护[M].北京：
水利电力出版社，2003
发出任务书日期：
年月日指导教师签名：
计划完成日期：
年月日教学单位责任人签章：
第1章绪论6
1.1输电线路电流保护概述7
1.2本文主要内容7
第2章输电线路方向电流保护整定计算9
2.1方向电流I段整定计算9
2.1.1保护4、5的I段动作电流的整定10
2.1.2灵敏度校验10
2.1.3动作时间的整定10
2.2保护5、7、9方向电流U段整定计算11
2.3方向电流川段动作时间整定计算及方向元件的安装12
第3章方向电流保护原理图的绘制与动作过程分析12
3.1保护原理图12
3.2动作过程分析12
第4章MATLAB建模仿真分析13
第5章课程设计总结15
摘要
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，方向保护是利用电压和电流的乘积判明电流流向（相位）的继电保护。
以判明短路故障位于保护装置处的正向或反向。
本设计题目为输电线路方向电流保护设计，经过保护4、5的I段动作电流的整
定、灵敏度的校验、动作时间的整定、保护5、7、9方向电流H段的整定计算和方向
电流川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。
利用MATLAB软件建立系统仿真模型，根据给定参数对电气元件设定，对仿真结果分析，符合设计要求。
关键词：
电力系统；电流保护；方向保护；方向元件
、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
通过对保护段的I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U段的整定计算和方向电流川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。
在对电流保护段来说，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方向电流保护。
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。
方向电流保护用于双电源网络和单电源环形网络时，在构成、整定、相互配合等问题上还有以下特点：
在保护构成中增加功率方向测量原件，并与电流测量元件共同判别是否在保护线路的正方向上发生故障。
方向电流保护第I段，即无时限方向电流速度保护的动作电流整定可以不必躲过反方向外部最大短路电流；第段电流保护动作电流还应考虑躲过反向不对称短路时，流过非故障相的电流，这样可防止在反方向发生不对称故障时非故障线功率方向测量元件误动作而造成的保护误动作；在环网和双电源网中，功率方向可能相同的电流保护第段的动作电流之间和动作时间之间应相互配合，以保证保护的选择性。
本次设计包含了运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流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。
1、输电线路方向电流保护整定计算
2.1方向电流I段整定计算
2.1.1保护4、5的I段动作电流的整定
根据任务书中的系统接线图计算各段线路的阻抗
Xli=XL2=60*0.4=24QXL3=50*0.4=20QXbc=40*0.4=16Q
Xcd=50*0.4=20QXde=20*0.4=8Q
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，可计算：
保护
4
（3）
IKAmax
E半
（XG1•Xl1）//（Xg2，Xl2）・Xl3
115方
（2024）//（1224）20
=1.668kA
|Op4二K；elIKAmax=1.21.668=2.002kA
保护5
IKLax
E「
Xg3XL3
1153
1220
=2.075kA
|Op5二K；liKBmax"・22.075=2.49kA
因为IOP4:
:
:
IKBmax，所以在4QF加方向兀件。
2.1.2灵敏度校验
KSen校验，应按电流、电压元件中保护范围小的元件确定，整定值满足可靠
系数的要求。
K1
sen4
l3
X1Imin4
XJ3
保护4的灵敏度校验:
x1lmin—I
2I1
3Es
一V
smax
OP4
■^^^-20=8.72Q
22.002
x」3=XOp4二XL1〃XL2XL3=24//24+20=32Q
I
sen
x1min
XOP4
=872100%=27.25%>15%
32
满足灵敏度要求，所以合格保护5的灵敏度校验：
Ilmin5X1lmin5
Ksen5
l3X1l3
X1lmin
3Es
2IOP
xmax
31153-16=7.09Q
22.49
x*3=Xop5—Xl3—20Q
Ksen==7^100%=35.45%>15%
x1l320
满足灵敏度要求，所以合格。
2.1.3动作时间的整定
因为无时限电流速断保护不必外加延时元件即可保证保护的选择性，所以电
流保护第I段的动作时间为0,即t°p4=t°p5=0。
2.2保护5、7、9方向电流H段整定计算
无时限电流速断保护在任何情况下只能切除本线路上的故障，外部短路故障
应依靠另外一种电流保护，即带时限的电流速断保护对于此种保护的动作电流整疋为。
保护5U段与保护3配合
Iop；=KreiloR/KbIop3—IB-C.Lmax=360A
Kb：
分支系数=流过故障线电流/流过保护线电流。
Kb=1+h=1+—EsEs=1.42
IABXg1+Xl1,Xg3+Xl3
I°P—Kreg.Kb=1.15360/1.42=291.54A
10
（2）.3ES3115,3,
IKB=S——=kA=1796.875A
KB2Xg3+Xl3212+20
Ksen=上策=1796.875=6.16>1.4所以满足灵敏度要求决291.54
与相邻保护3U段配合
Kb=1+邑=1+—EsEs=1.42
IABXG1*XL1/Xg3+Xl3
（2）
Ksen=単Iop2二IC-D.Lmax=210A
IOP5
分支系数=流过故障线电流/流过保护线电流，且两电流相等。
所以：
Kb4=1
Iop3=Kre「Iop2/Kb4=1.15210/1=264.5A
nop
K评I丄3/Kb=1.15x264.5/1.42=214.21A
Ksen==1796.875=8.38>1.4此结果满足灵敏度要求。
|JP214.21
toP5=toP3）t=toP2*，t=1S
保护7,9与保护5相同。
2.3方向电流山段动作时间整定计算及方向元件的安装
为保证选择性，则必须加延时元件，且应按照阶梯形原则整定，即两相邻线路的电流川动作时间相差一个△t。
上一线路与动作时间长的下一段线路相配合；末级不装延时元件；越靠近电源，延时越长。
t「uOs（线路末端），上2二沁1山亠迸，t「=t「rt=2.：
t
t<=t^=t^=t^-t=1.5s，t4…二t6…ut8…=0s（无下一级，相当于末级）
若Kbc:
top5>top4，Kab：
t爲因为t5二t7二t9：
1.5s>t4二t「=t8二0s
为简化保护接线和提高保护的可靠性，电流保护每相的第I、U、川段可共
用一个方向元件。
电流保护第川段的动作时间小者而可能失去选择性时加方向元件,动作时间相同者可能失去选择性时均加方向元件。
故保护4,6,8加方向元件。
11
三、方向电流保护原理图的绘制
3.1保护原理图
根据系统接线图，绘制方向电流保护原理图，如图3.1所示
IV
图3.1方向电流保护原理图
3.2动作过程分析
电流继电器和功率继电器才用按相启动方式，当两者都满足时线路才能接通。
当系统发生短路时，有本线路所在保护的I段切故障。
当I断拒动或故障时，电流继电器经过延时继电器，延时元件则用于判别是否本线路发生了故障而主保护据动和判别是否相邻元件发生了故障而相邻元件保护或断路器据动，若出现上
述举动情况，则延时元件会有输出，使本线断路器跳闸。
振荡元件和电压互感器二次断线闭锁元件，分别在系统振荡和电压互感器二次断线时有输出，经非门闭
锁保护，可防止保护误动作。
发生故障时相应段的保护动作，信号元件动作输出保护动作的报警信号。
整套保护也可用距离保护中第川段的测量元件Z皿兼做启动元件，保护中第I、U段的测量元件z1、z"整定值可由一个阻抗元件用接点进行切换实现，若测量元件z1、z"和Z"无方向性，则需加方向判别元件。
整套保护中每相均有启动元件，可以增加保护的可靠性。
12
四、MATLA仿真分析
按系统接线图在MATLAB软件中建立仿真模型，根据给定的参数对各电气元件设定，系统在MATLAB软件中的仿真图如图4.1所示。
将给定的信号输入仿真系统，将各个环节的端口按框图连接起来，根据线路三段式保护的原理以
及各段保护之间的配合模拟各段保护的动作情况。
图4.1MATLAB建模仿真图
正常运行状态时线路电压电流波形如图4.2所示
l（RL3a）l（RL3b）VA
13
线路发生相间两相短路故障时的故障相电流波形如图4.3所示。
线路两相短路故障时的电流波形图反映了系统发生两短路故障故障相的电流变化情况。
仿真结果表明，所建立的保护模型具有实时性和正确性，符合计算结论。
图4.3故障相电流波形
14
心得体会
朝最检
个上宪耐畑反课次更这里保护。
几自系凡用这这有在子电保合网是力餌多呗在记后，日继电结日暂计电壯吐严，忘以础的统继相短设用躺T了要之会望基后系统践弓这程OB到都总不希的以力系实月&课令談学⑷。
我，好在电如与年灿肉所我MO1W心烽：
恢O卩吏‘白一一口一秉、却每夥翳w?
ssx,非妣刮tyO-r/「vyi弋一丿丄二一Xi土口+4^.）o戈勺4^X3'二一r^u司故讹也高期网完川的、够电，㈱设的计提吵対能很助习不与习步程大设的堺不有帮氓识析氓初护有课很O刑，也关后础统步清电西血加一丝态育予为1力进動继东过能知」一的的给，点。
电更也统多通的劭过谨后有质缺力了析中系很。
题M放严以>素些能用分脑力了练问机环有我谢合一合运统头毗会W做啊申没对感號的综中系在转是久机丿打设半里自了高饬对感，但一程rt谨课益这炼露提科仅r逝苦后课打严在受在锻暴来学仅有飞辛最关e是。
我。
来也，门不想光很密相佶就改中的会中正这合思时然以及刨的修计设机设改在结心虽学护M要、设课的课以相中里大保展重查程的多次加护的
教
师评语
日月年
成绩及签名
日月年
15
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